机械工程学报

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张宏伟, 罗忠, 许春阳, 常晶, 姚思博

机械工程学报. 2025, 61(1): 1-12. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.001

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针对航空发动机静叶调节机构中的小间隙转动关节动态接触力计算不准确的问题，提出了新的考虑共形接触的连续接触力模型。基于改进的Winkler接触理论修正了弹性接触力模型，结合恢复系数适用范围广泛的Flores模型中的阻尼耗散项，提出了新的小间隙转动关节连续接触力模型。分析了所提出的接触力模型在不同接触长度、不同恢复系数、不同间隙大小和不同碰撞初速度等条件下的适用性，并与L-N等传统接触力模型进行了比较。将所提出的接触力模型应用于静叶调节机构间隙转动关节的动力学计算，并设计了静叶调节机构原理件实验台进行实验验证。结果表明，基于新模型的动力学数值计算可以准确反映间隙关节的接触特征和机构的动态响应，验证了所提接触模型的有效性。

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空间连续体机械臂运动学分析与末端控制方法

张宇, 汪田鸿, 金滔, 林杨乔, 李龙, 田应仲, 罗均, 张泉

机械工程学报. 2025, 61(1): 13-29. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.013

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为满足日渐增长的太空作业需求，设计了一种线驱中心杆型连续体机械臂，通过分析运动机理得到驱动空间、关节空间以及工作空间之间的正逆运动学关系，由单段臂到多段臂详细介绍了运动学建模方法；然后提出了基于Newton-Raphson法的逆运动学数值解法，并进行多解优化；最后针对正运动学与逆运动学各进行了一组实验。在正运动学模型验证实验中，末端最大误差为机械臂总长度的3.10%；在逆运动学模型验证实验中，臂形最大误差为机械臂总长度的3.63%。实验结果证明了运动学模型的准确性以及末端位姿控制方法的合理性，为线驱连续体机械臂的运动控制提供了理论基础。

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单驱动空间可展开变胞捕获机械手设计与分析

韩博, 杨名, 骆明炎, 李明洋, 姚建涛, 赵永生

机械工程学报. 2025, 61(1): 30-43. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.030

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为改善空间非合作目标捕获任务中抓取机构体积过大、驱动复杂等问题，提出了一种单驱动空间可展开桁架式捕获机械手。基于剪叉机构与变胞原理对可展开基本单元进行了结构设计，并通过同步铰链对可展开单元进行连接，实现单分支桁架上各可展开单元的同步驱动。利用单元中的变胞关节可实现在特定位置使转动副轴线发生变化的特性，使机械手的展开运动转化为平台的翻转运动，完成机械手的捕获动作；在考虑关节摩擦的基础上，利用拉格朗日方程建立了基本可展开单元的动力学模型，通过矢量运算得到各连杆的位置、速度、加速度，同时得到驱动力与等效力矩之间的关系；将单分支机械手桁架等效为一个4R机构，进一步利用牛顿-欧拉递推方法对机械手桁架组合进行了动力学建模，并通过软件仿真验证了模型正确性。所提出的空间捕获机械手具有可展开、可变胞、驱动数量少等优点，可为相关技术领域的研究提供理论指导与借鉴。

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基于数字孪生技术的并联机器人筒段类部组件装配系统

宋轶民, 王睿哲, 连宾宾, 李祺, 孙涛

机械工程学报. 2025, 61(1): 44-59. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.044

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面向筒段类部组件的对接装配需求，提出一种转运小车大范围移动、六自由度并联机器人小范围调姿对接的机器人化装配系统，开展数字孪生装配研究。首先，以旋量为数学工具，进行并联机器人的全关节逆解与运动学标定，获取机器人任意位姿下各个构件的真实相对位姿关系，利用三维模型重建技术构建出与物理空间镜像映射的数字模型。随后，借助双目视觉动态摄影测量仪获取测量点坐标，通过点、线、面等几何特征拟合，建立转运小车、机器人以及筒段的坐标系，完成物理空间的初始特征测量与装配过程的实时反馈，在此基础上，设计数字空间与测量仪、转运小车、机器人控制器的通信，实现“从实到虚”和“以虚控实”。最后，利用数字孪生装配模型开展快速平稳无碰撞的装配轨迹规划，提出停泊点调姿-平移对接的装配工艺流程，并在停泊点处进行装配预测，据此提出对接过程中的实时调整算法。开展筒段特征测量实验，筒段平面、圆柱面、圆心与定位孔的测量精度均较高，满足装配需求；进行筒段位姿实时调整实验，结果表明所提出的算法提高了筒段对接的一次成功率；通过转运、调姿、对接的装配全流程实验，验证了所提出的数字孪生装配技术的有效性。

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基于模糊逻辑的双臂空间机器人在轨辅助对接操作变结构力/位控制

刘东博, 陈力

机械工程学报. 2025, 61(1): 60-70. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.060

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研究了双臂空间机器人在轨辅助对接任务操作的力/位控制问题。首先，利用Lagrange方法并结合系统动量守恒定理、闭链系统运动及几何约束关系等建立了双臂空间机器人捕获目标后形成闭链混合体系统动力学方程；基于阻抗控制理论建立了二阶线性阻抗模型和二阶近似环境模型。然后，考虑在轨任务的快速响应的控制需求以及对接操作所需的高精度力/位控制，针对双臂闭链系统的确定部分设计了标称PD控制器，并针对其建模不确定部分引入滑模变结构控制器来进行精确补偿，以提高力/位的控制精度。结合模糊控制原理，采用将滑模面作为模糊输入，补偿控制增益作为模糊输出的控制方案来实现对固有抖振的抑制。该控制策略不依赖滑模面微分信号，结构可靠，计算效率高，鲁棒性强。最后，通过Lyapunov稳定性判定验证了系统的稳定性。基于Matlab仿真结果分析，验证了所提控制策略的力/位姿控制精度满足在轨对接任务的需求。

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基于物体轮廓的GXU-grasper手指传动性能分析

黄海波, 毛毅, 黄福强, 王汝贵

机械工程学报. 2025, 61(1): 71-81. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.071

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GXU-grasper是一种面向易碎易变形物体的自适应抓手，其手指驱动时的传动性能是此类抓手控制策略的理论基础。基于物体轮廓对GXU-grasper手指传动性能进行分析，给出一种基于物体轮廓的自适应抓手抓取驱动方案。首先，建立抓手指节和物体轮廓间的映射模型，对影响抓手传动性能的角度参数进行分析，其次，研究影响自适应抓手手指传动机构驱动关键参数，基于虚功原理，建立多级传动机构各连杆驱动力矩和驱动角度关系，对电机驱动机构进行分析并建立电机驱动滑块移动距离和第一指节单元驱动角度的数学模型，推导出影响抓手传动机构运动的驱动力矩，然后，以抓取不规则易变形的海绵物体为例，采用数值仿真对影响手指传动性能参数进行计算，最后，通过实验验证了GXU-grasper手指传动性能分析和抓取驱动方案的合理性。研究为此类自适应抓手驱动控制方法提供一种参考。

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基于阻抗椭圆修正的工业机器人变导纳拖动示教方法研究

杨承霖, 李明富, 刘翊, 雷高攀

机械工程学报. 2025, 61(1): 82-91. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.082

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在现代工业生产的过程中，工业机器人拖动示教的研究对改善工人与机器人的交互体验、提高生产效率有很大意义。对拖动示教过程中机器人末端的运动状态进行分析，将拖动示教过程中末端的运动状态分为三个阶段以及一个急停情况，并分析各个状态下末端交互力、末端速度的变化趋势以及应该匹配的阻抗值，提出了一种同时考虑末端交互力信息、交互力增量的变导纳策略。同时针对拖动示教过程中，末端速度与目标方向不一致的问题，提出了一种阻抗椭圆转角修正算法。首先，控制机器人完成多次拖动示教任务，并记录示教过程中末端交互力、末端速度以及末端交互力与目标方向夹角；然后，基于BP神经网络表征末端交互力与目标方向夹角；最后，基于网络输出的数据修正阻抗椭圆。使得阻抗分布更加高效，提高了示教过程中机器人末端的转向效率，并通过拖动示教实验证明了算法的有效性。

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索-梁-膜张拉式天线展开机构非线性动力学特性及参数优化分析

刘瑞伟, 张碧峰, 范雅婷, 温兆麟, 肖体兵, 郭宏伟

机械工程学报. 2025, 61(1): 92-100. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.092

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索-梁-膜组合的张拉式复合结构，具有收纳比高、质量轻、刚柔耦合等特点，是空间可展天线发展方向之一。为研究索-梁-膜天线复杂柔性结构的非线性动力学特性，考虑预应力因素的影响，对一种新型的索-梁-膜张拉式天线进行非线性动力学特性分析和结构参数优化。基于非线性动力学理论，采用温度-结构预应力导入方法，建立了预应力作用下的天线展开机构非线性动力学模型。在此基础上，分析不同的预应力、材料参数和结构几何参数对天线展开机构动力学特性的影响规律。结果表明，天线固有频率随着预应力、拉索直径、梁截面面积的增大而增大，随着薄膜厚度的增大而减小，并给出了材料参数的优选值。根据敏感度分析结果，基于多目标遗传算法(MOGA)，进行了天线结构参数优化分析。该结果为该构型天线样机研制提供理论和工程应用基础。

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稀疏测度和复杂性测度及其在设备健康监测中的研究进展

王冬, 侯炳昌, 王玉婷, 夏唐斌, 彭志科, 奚立峰

机械工程学报. 2025, 61(1): 123-139. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.123

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机械设备健康监测对于保障机械设备的健康运行起着至关重要的作用，其核心技术之一为故障特征提取。由于机械故障信号时域和频域具有稀疏性，因此基于稀疏测度和复杂性测度的故障特征提取被广泛应用于机械设备健康监测中。过去在机械设备健康监测领域主要是通过实验研究手段对稀疏测度和复杂性测度进行研究，缺乏足够的理论基础支撑。本研究主要总结和回顾了近年来稀疏测度和复杂性测度理论基础研究方面的新进展，并把其与设备健康监测研究结合进行阐述，利于机械设备监测领域的研究人员充分理解：①稀疏测度广义数学框架；②准算数均值比构建新型故障特征统计量；③新型稀疏测度与故障特征统计量构造；④稀疏测度性能比较；⑤改进稀疏测度；⑥稀疏测度与复杂性测度理论差异。通过稀疏测度与复杂性测度应用案例对比了稀疏测度和复杂性测度的应用效果。最后，研究展望给出了稀疏测度和复杂性测度在机械设备健康监测领域的未来发展方向。

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基于无模型自适应算法的主控式干摩擦阻尼器-双转子系统振动主动控制

张鹏, 蒋明宏, 李翁衡, 祝长生

机械工程学报. 2025, 61(1): 140-149. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.140

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干摩擦阻尼器能够通过摩擦副的接触产生摩擦阻尼，在转子振动抑制方面有着广阔的应用前景。为了实现对摩擦阻尼的主动控制，设计了一种电磁型主控式弹性环干摩擦阻尼器(Active magnetic elastic ring dry friction damper,AMERDFD)，通过电磁执行器来实现对阻尼器正压力的主动调节。然后，建立了AMERDFD–双转子系统的动力学模型，分析了不同支承位置的阻尼器对双转子系统振动影响的灵敏度。基于灵敏度分析结果，确定使用低压风扇轴前轴颈以及低压涡轮轴后轴颈位置的AMERDFD来抑制转子系统的振动。之后，采用跟踪滤波器、最小均方根算法与无模型自适应算法串联的控制结构，对双转子系统的振动主动控制进行了仿真分析。最后，在AMERDFD–双转子系统试验台上，进行了双转子系统加速过临界以及恒速条件下的振动主动控制试验。结果表明，基于所设计的串联控制器，AMERDFD能够明显地抑制双转子系统通过各阶临界转速时的振动，振动抑制最大可达87.5%。此外，所设计的串联控制器也能够在不明显改变其余测点振幅的情况下，有效地抑制恒速条件下转子目标位置的振动。

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基于节律动态运动基元与机器人动力学的多空间融合周期性变阻抗技能学习

刘程果, 合烨, 陈小安, 王光建

机械工程学报. 2025, 61(1): 150-161. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.150

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当前人-机器人技能传递方法主要集中于离散的点到点或运动学方面，而周期性的动力学技能学习没有被恰当考虑。本文提出了一种基于节律动态运动基元的多空间融合技能学习框架用于从人类示范中学习周期性变阻抗技能(包括运动轨迹与变刚度特征)。机器人工作空间的力感知信息被用于估计端点刚度矩阵，但由于其对称正定(Symmetric positive definite，SPD)特性与传统节律动态运动基元(Rhythmic dynamic movement primitive，rDMP)对欧氏空间数据的依赖性，研究设计了一种基于黎曼度量的节律动态运动基元(Riemannian metric-based rhythmic dynamic movement primitive，RM-rDMP)技能学习方法以适应SPD流形上的刚度矩阵信息，并采用自适应振荡器估计系统的频率与相位。通过基于机器人动力学模型的阻抗控制策略，将运动轨迹与变刚度特性同时赋予机器人以完成变阻抗技能编码。通过仿真与实验研究表明，所提方法可成功将类人的运动学与动力学技能传递给机器人，并使其具备再现与泛化能力。综上，所提方法包括一个端点刚度估计模型和一个多空间融合的周期性变阻抗技能学习框架，适用于需要同时考虑欧氏空间位置和黎曼空间刚度矩阵的人-机器人技能传递控制方法。

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一种数值雅可比隐式积分方法在旋翼动力学中的评估与应用

吴杰, 虞志浩

机械工程学报. 2025, 61(1): 162-171. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.162

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近年来，几何精确梁理论被广泛应用于直升机旋翼桨叶结构动力学大变形建模。基于该理论建立的桨叶运动与变形之间的关系非线性较强，广义力项复杂而庞大。因此，推导解析形式的桨叶动力学方程雅可比矩阵比较困难，给隐式积分方法带来了巨大挑战。在求解旋翼桨叶非线性动力学方程中，提出一种采用数值雅可比矩阵的隐式直接积分方法，其中雅可比矩阵和刚度矩阵由结合了外推方法的中心差分法给出。以解决无铰式和铰接式旋翼桨叶的动力学问题为例，评估了外推差分法和隐式积分方法的计算精度。通过改变典型桨叶的网格划分和雅可比矩阵的更新策略，在缩比气动载荷作用下，进一步研究了该方法的数值稳定性和积分效率。结果表明，这种数值雅可比积分法在预测旋翼桨叶的固有频率和瞬态响应等方面表现良好。

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基于改进连续小波变换增强非凸正则项稀疏分解的滚动轴承变转速故障冲击特征提取方法

张春林, 吴允恒, 蔡克燊, 冯亚东, 万方义, 张安

机械工程学报. 2025, 61(1): 172-186. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.172

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针对变转速工况下滚动轴承非周期性故障冲击特征信号高保真提取问题，提出改进Morlet连续小波变换增强的非凸正则项稀疏分解方法。通过引入波形调节因子构造的改进Morlet小波基函数具有振荡属性可调的特性，能够匹配具有不同波形特征的故障冲击信号。将定转速下采用的包络谐噪比引入变转速工况，提出角度域包络谐噪比指标，实现对波形调节因子及阈值参数的优化。在此基础上，将改进Morlet连续小波变换与广义最小最大非凸正则项相结合形成稀疏分解模型；相较于离散小波变换，改进Morlet连续小波变换更容易将非周期性冲击型故障信号映射到时频稀疏域，进而通过稀疏模型求解实现非周期性故障冲击信号的提取。通过仿真信号及实验数据对该方法的有效性进行了验证，并与传统阈值降噪、频带滤波、基于品质因子可调小波稀疏分解等方法进行了比较。结果表明，所提方法能够有效提取出变转速工况下滚动轴承非周期性故障冲击特征信号。

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曲线几何参数及制动工况对列车轴箱轴承动态特性影响研究

楚明, 杨林川, 王志伟, 江志伟, 王权, 莫继良

机械工程学报. 2025, 61(1): 187-198. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.187

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轴箱轴承是高速列车转向架的关键部件，其动态特性对车辆的可靠性及安全运行至关重要。当车辆曲线通过时，特别当曲线制动时，轴箱轴承的动态特性极为复杂且尚不明确。为此，建立了考虑轴箱轴承和制动系统的高速列车拖车刚-柔耦合动力学模型，仿真分析了不同曲线几何参数及曲线制动工况下轴箱轴承的振动、载荷及内部接触特性。结果表明：车辆曲线惰行时，轴箱轴承的横向振动加速度随超高值的增大先减小后增大，均衡超高下的一位轮对左、右两侧轴箱轴承垂向力相同，超高值小于均衡超高值约20 mm时，轴箱轴承的轴向力可以忽略不计。车辆曲线制动工况下，超高值小于140 mm时轴箱轴承的横向振动更为剧烈，一位轮对轴箱轴承垂向力减小，沿外股轨道方向的轴向力增大，进而导致两列滚子–滚道最大接触应力的差值显著增大。

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基于动态啮合力-油膜压力迭代耦合的人字行星齿轮接触疲劳寿命计算方法

徐向阳, 任博, 黄开胜, 贾涵杰, 朱才朝

机械工程学报. 2025, 61(1): 199-208. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.199

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为解决混合弹流润滑人字行星齿轮接触疲劳寿命计算方法中动态载荷缺失的问题，提出一种新的齿轮动态啮合力和油膜压力迭代耦合的接触疲劳寿命计算方法。首先建立耦合齿面摩擦的人字行星齿轮动力学模型和混合弹流润滑模型，通过迭代耦合方法求解齿面压力和剪切力；其次采用弹性半空间理论模拟齿轮次表面应力场，基于多轴疲劳准则计算接触疲劳寿命；最后研究动力学与混合弹流润滑耦合作用下的动态啮合特性、润滑特性及次表面应力分布，分析动态啮合力和齿面粗糙度对接触疲劳寿命的影响。研究结果表明：基于动态啮合力和油膜压力迭代耦合的应力计算方法可以有效模拟齿轮次表面的真实应力状态，准确预测混合弹流润滑人字行星齿轮接触疲劳寿命；齿面粗糙度和动态啮合力对接触疲劳寿命有显著影响，齿面粗糙度增大会导致次表面最大应力向齿面移动，增加微点蚀失效风险；动态啮合力升高时，共振频率处的接触疲劳寿命明显降低。

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一种质量可调准零刚度隔振系统设计及动力学特性研究

薛聪聪, 张万福, 田海洋, 李春

机械工程学报. 2025, 61(1): 209-219. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.209

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为降低大振幅激励与负载变化对隔振性能的影响，提出一种适应不同质量的新型准零刚度优化结构。通过静力学分析，推导系统在静平衡位置处具有较宽准零刚度区间的条件，同时为设计负载可调的隔振系统提供理论依据。运用谐波平衡法求解系统动力学方程，得到简谐激励下力传递率和系统幅频响应特性。通过仿真与实验对比分析新型准零刚度系统与线性系统的动力特性和隔振性能，仿真结果表明：新型隔振系统固有频率降低约53.8%，起始隔振频率降低约3.1 Hz，降低了56.4%，位移传递率峰值降低约57.8%；在不同振幅(1、5、10、15、20 mm)简谐激励下，起始隔振频率至少降低3 Hz，位移传递率峰值最大仅为3.2，对不同振幅起到稳定的隔振效果；不同负载下(30、26、20 N)，起始隔振频率与固有频率均仅变化0.3 Hz，且起始隔振频率最大降低约58.7%。实验结果表明：固有频率降低2 Hz，起始隔振频率减小3 Hz，其结果与仿真吻合。新型准零刚度系统可有效降低固有频率，减小起始隔振频率，同时可对大振幅振动和不同负载均起到良好的隔振效果。

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不同轴承配置下双列角接触球轴承动态特性分析

李震, 王青山, 王瑞华, 秦斌

机械工程学报. 2025, 61(1): 220-231. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.220

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为探究双列角接触球轴承在复杂外载荷工况下的动态特性，基于非线性弹性赫兹接触理论和弹性流体动力润滑理论，建立了五自由度双列角接触球轴承拟静力学数值分析模型，采用改进牛顿拉夫逊交叉迭代算法对其进行求解，该模型综合考虑了离心力、摩擦力、陀螺力矩、轴承间隙、油膜厚度和轴承等因素的影响，最长迭代求解时间不超过2 s。通过对比，背对背配置下位移和刚度最大偏差不超过3.3%，不同配置下轴承对角刚度最大偏差不超过8.6%，验证了模型的有效性。研究结果表明不同轴承配置下内外圈接触角均在方位角180°位置处取得极值，左右侧轴承内外圈接触力随方位角同步变化且存在为接触力为零的现象；与其他轴承配置相比，串联配置轴承刚度随轴向力增加而增加，随径向力和力矩增加处于较低水平，随转速增加出现明显弱化现象，其径向和转矩承载能力不足且不适合高转速工况；面对面配置轴承角刚度随外随外载荷增加处于较低水平，其转矩承载能力不足。

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摆杆式锻造操作机悬挂机构的力学特性研究

张苗苗, 刘艳妍, 杨晋, 杨晓波, 张起樑

机械工程学报. 2025, 61(1): 232-242. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.232

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锻造操作机具有大惯量，强冲击的特点，因此对操作机各构件的受力特点的研究是十分有必要的。为研究缓冲缸与平升缸之间的受力关系问题，对悬挂机构进行了运动分析以求解各构件的位置，建立了钳杆位移和两缸位移的映射关系；采用传统受力方法对悬挂机构各杆件进行分析，建立了缓冲缸与平升缸的力学模型；利用MATLAB分析了各参数对两缸受力变化的作用规律；在上述研究的基础上，选择粒子群算法对关键参数进行了优化得到满足条件的非劣解集，并采用逼近理想解排序法从非劣解集中寻求最优解。优化结果表明合理选择参数可以有效减小平升缸受力，改变缓冲缸对平升缸的受力影响，该结论为进一步优化缓冲缸的缓冲性能提供一种可行思路，对提高操作机力承载性能、降低能耗具有重要意义。

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波箔轴承摩擦力学行为分析

赵琪, 强铭琛, 侯予, 陈双涛, 赖天伟

机械工程学报. 2025, 61(1): 243-252. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.243

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为了深入分析摩擦力对波箔轴承刚度和阻尼特性的影响，完善了波箔气体轴承库伦摩擦模型，综合考虑了波拱顶部与平箔间摩擦力以及波箔底部支撑点与轴承座之间的摩擦力以及波箔拱之间的相互作用，添加了判定波箔拱翘起以及与轴承座脱离的判据，使之与实际的波箔变形问题更加接近，研究了摩擦因数和波箔厚度等参数变化对波箔径向气体轴承刚度特性、耗散能量以及滑移状态的影响。研究结果表明：加载过程中，波拱顶部节点始终处于滑移状态。卸载过程中，拱顶部和底部支撑点会经历从滑移状态转变为滞止状态再转变为滑移状态的过程，且波拱越靠近固定端，其滑移状态转变也越晚。随着波箔厚度的增加，波箔刚度逐渐增大，箔片耗散能量逐渐减小。从固定端至自由端，各波拱刚度和耗散能量基本呈现先增加后减小的趋势。在波箔轴承其他参数保持不变时，存在一个合适的摩擦因数使得轴承整体性能达到相对最佳。

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考虑温度影响的橡胶摩擦磨损仿真方法研究

周海超, 王荣乾, 梁晨, 王国林, 张铃欣

机械工程学报. 2025, 61(1): 253-264. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.253

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汽车轮胎常因行驶中伴随温升而导致磨损加剧的问题进而影响汽车行驶安全性。为探究考虑温度影响下的胎面橡胶摩擦磨损特性，利用摩擦试验机测得不同温度下橡胶磨损系数，进而提出考虑温度变化的基于Archard磨损理论和能量耗散磨损理论的修正磨损模型；然后建立橡胶摩擦磨损的热力耦合仿真模型，通过设定稳态温度和瞬态温度两类分析工况，探究了不同橡胶摩擦磨损模型对接触应力、磨损量及温度分布等结果的影响，并通过磨损体积和接触面温度场对比验证磨损模型的有效性。结果表明：橡胶摩擦区域内温度、磨损与压力之间存在显著的耦合关系；稳态温度工况下橡胶磨损量小于瞬态温度工况；瞬态温度工况中Archard磨损模型的磨损深度略大于能量磨损模型的磨损深度，两种修正的磨损模型对应的磨损量均大于未修正的磨损模型的磨损量，且温度升高会导致磨损速率的显著增加；橡胶摩擦因数随着温度的升高呈现先增加、后降低的趋势，且温度的改变对橡胶微观磨损形貌有较为明显的影响。研究结果对认知橡胶摩擦磨损机理以及控制方法提供了一定的理论指导和应用价值。

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块体金属玻璃在纳米磨损下的加工硬化行为研究

张安, 刘凌志, 古泽芳, 赵凡, 赖建平, 胡海龙, 袁卫锋, 余家欣

机械工程学报. 2025, 61(1): 265-273. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.265

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基于热塑压印获得的原子级平整的Pt基块状金属玻璃(Pt-BMG)，采用原子力显微镜(AFM)研究了块体金属玻璃在纳米磨损下的加工硬化行为。研究发现：Pt-BMG在不同循环次数的磨损表现为两个阶段，低载荷阶段(57～108 nN)的磨损率明显高于高载荷阶段(216～324 nN)，这是由于低载下的磨损由表面氧化膜主导，高载下的磨损由Pt-BMG基体主导。随循环次数从1次增加至10次，Pt-BMG的磨损率呈现逐渐下降的趋势，下降的速率随次数增加而迅速减小，当循环次数从5次增加至10次过程中，Pt-BMG的磨损率几乎没有变化；通过JKR模型解耦纳米摩擦磨损中的黏着摩擦和犁耕摩擦发现，当循环次数从1次增加到5次，Pt-BMG在纳米磨损中的摩擦剪切强度由3.32 GPa迅速增加到5.20 GPa，次数进一步增加至10次时，摩擦剪切强度略有增加，为5.41 GPa，这与Pt-BMG磨损率随循环次数的变化规律吻合，证实了Pt-BMG在纳米磨损下存在加工硬化行为；Pt-BMG的加工硬化行为与应力状态、尺度密切相关，纳米尺度划痕条件下的受限应力状态促进了金属玻璃结构内原子的扩散弛豫能力，抑制了剪切局域化行为，使得结构弛豫湮灭自由体积的速率高于剪切膨胀产生自由体积的速率，导致结构致密化，从而产生块体金属玻璃纳米摩擦磨损的加工硬化现象。

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供给条件对微量第二润滑介质扩散特性的影响

梁庆琛, 梁鹏, 郭峰, 姜芙林, 张晓寒, 李书义

机械工程学报. 2025, 61(1): 274-289. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.274

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为应对海洋冲击等短时工况导致的水润滑轴承高摩擦问题，可向轴承内部供给微量第二润滑介质来实现减摩降磨。前期实验发现第二介质的供给条件对润滑指标具有显著影响，因此需要联立混合润滑模型和流体体积模型，进一步研究不同供给条件下第二润滑介质在水膜中的扩散规律。结果表明，将供油口设置在进水端附近可避开“回流效应”的阻碍，保证微量第二润滑介质迅速扩散到最可能发生固体接触的区域。高供油量时的油柱更长、距离艉轴表面更近，因此油液扩散程度相比低供油量时更加明显，可在进水端一侧发现“油墙积聚”。大尺寸供油口形成的“矮粗”油柱无法发生明显扩散，难以发挥微量第二润滑介质的功能。而小尺寸供油口形成的“细长”油柱可快速扩散到最小膜厚位置；尽管“回流效应”阻止了润滑油沿轴承中部的周向流动，并在中部形成“无油区”，但扩散后的润滑油布满了轴承两侧的圆周区域，具有“双侧对称承载”的效果。

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真实机加表面下船用柴油机斜齿轮混合润滑特性研究

李仁泽, 史修江, 卢熙群, 孙文, 刘翮

机械工程学报. 2025, 61(1): 290-304. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.290

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斜齿轮作为船舶柴油机正时传动系统的核心组件，长期处于高扭矩及高功率密度的苛刻多变工况条件，并与微观粗糙界面润滑作用耦合，工作于润滑-接触并存的混合润滑环境，导致齿面磨损及点蚀失效问题频发。该研究考虑船用柴油机正时斜齿轮运行状态下典型瞬变工况及三维真实机加表面粗糙度的影响，开展斜齿轮副瞬变混合弹流润滑特性研究。结果表明，三维真实机加表面会显著增加各啮合瞬时斜齿轮接触域油膜压力并使油膜厚度产生较为强烈的波动：剃削表面局部接触区膜厚为0，两齿面微凸体接触概率增加，对润滑状态不利；抛光表面可以改善界面润滑状态，降低两齿面接触面积比，增大膜厚比，是较好的加工工艺选择。此外，大功率和低转速工况使得平均膜厚降低，接触面积比增大，不利于界面润滑膜的形成。为降低齿面点蚀及磨损失效概率，尽量保持正时齿轮工作于高速稳定状态。

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异质多元多层复合材料激光微细加工研究进展

郑李娟, 孙勇, 徐向前, 余举满, 王军, 王成勇

机械工程学报. 2025, 61(1): 305-325. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.305

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高端印制电路板是一种典型的异质多元多层复合材料，其上孔、槽、线路和图案等微细结构的加工质量决定了芯片、航空航天、5G/6G通信、超算等核心电子器件的使役性能。随着印制电路板材料组成越来越复杂、加工尺度极端微细化、加工质量要求高且评价体系复杂等，为高端印制电路板的孔、槽等微细结构激光加工带来巨大挑战。针对异质多元多层复合材料激光微细加工技术的研究进展进行综述，系统分析新材料、极端尺度微细结构对激光微细加工工艺带来的技术变革，并指出其面临的技术挑战和未来的发展方向，旨在为高端印制电路板的微细结构激光加工制造提供指导和借鉴。

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倾斜基板铝合金增材制造尺寸规律及性能研究

杨超雄, 张兆栋, 沙禹垚, 刘黎明

机械工程学报. 2025, 61(1): 326-334. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.326

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电弧增材制造效率高，成本低，可以实现铝合金的快速成形，但考虑实际待修复制造工件工况复杂，体积过大不易搬运或者拆卸困难等因素，需要对倾斜状态下电弧增材制造工艺进行研究。采用MIG电弧增材制造工艺在倾斜45°基板上制备5083铝合金，利用实验和数学模型相结合的方法研究了电弧增材制造过程中各参数(焊接电流I、焊接速度v、焊枪高度L)对试件成形尺寸(熔宽W、层高H、峰值偏移量μ)的影响规律，利用拉伸试验、扫描电子显微镜(SEM)等实验方法，研究了倾斜基板增材制造5083铝合金不同位置处的气孔缺陷，Mg元素含量以及力学性能差异。结果表明，数学模型预测效果较为准确，各参数影响规律与实验相验证，倾斜基板下焊接电流对熔宽的影响最大，焊接速度对层高的影响最大，焊枪高度的影响较小。利用耦合参数制造的铝合金结构件成形较好，尺寸稳定层间熔合良好，未发现明显裂纹。倾斜基板下制造的5083铝合金不同位置处的断口形貌，断裂方式以及气孔分布均表现出不同程度的各向异性，横向平均抗拉强度为330 MPa，最大延伸率为16.67%，纵向平均抗拉强度为296 MPa，最大延伸率为15.11%，可以认为横向拉伸性能要优于纵向的拉伸性能。

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旋转超声复合多能场加工机理研究与试验

荣沁, 陈源源, 黄大中, 朱永伟

机械工程学报. 2025, 61(1): 335-344. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.335

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将旋转超声效应与磨削、电解及放电等多能量场作用有效复合，实现难加工材料、异形面零部件的旋转超声复合多能场精密、高效加工。开展旋转超声复合多能场加工机理研究，设计并研制旋转超声复合多能场加工系统，可实现磨削、超声、电解及放电等多能场复合加工试验和参数优化；对高速钢、硬铝合金、铝基碳化硅颗粒增强复合材料(SiCp/Al)进行机械磨削、超声磨削及多能场复合加工试验。结果证明：多能场复合加工能有效减少切削力、热，保证极间材料及时去除及电解液循环更新，增强和稳定多能场复合加工效果；合理选择多能场协同作用参数，可保证加工精度，提高加工效率；采用试验优化参数，加工某型航空发动机叶片可满足型面精度要求。旋转超声复合多能场加工方法具有多技术复合优势，具有重要工程应用前景。

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超声辅助钻削1J22软磁合金表面完整性研究

隗雨欣, 宋洪侠, 张园, 薛冠鸣, 康仁科, 鲍岩, 董志刚

机械工程学报. 2025, 61(1): 345-359. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.345

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随着电磁元器件性能要求的逐渐提高，饱和磁感应强度高、饱和磁致伸缩系数大、居里温度高的1J22软磁合金获得了广泛关注，被认为是航空航天领域中电磁元器件的高性能材料。但1J22软磁合金的加工性能较差，钻削加工后构件的表面完整性会显著降低磁场均匀性和服役稳定性，严重阻碍了其大规模的工程应用。针对以上问题，采用超声辅助钻削加工技术对1J22软磁合金进行制孔加工，通过光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和显微硬度仪等仪器，并结合有限元仿真技术，分析了超声振动和钻削参数对1J22软磁合金孔表面形貌与粗糙度、微观组织、硬化程度和棱边质量的影响，揭示了超声振动作用的影响机理。研究结果表明，相比于普通钻削，超声辅助钻削能够降低孔壁表面粗糙度21%；超声振动作用可以使钻削过程中切屑和孔壁区域更易分离，减小孔壁区域的塑性变形，使微观组织改变的影响区域减小，具体表现在晶粒细化层宽度减小40%、加工硬化层深度减小6%；但超声辅助钻削过程中较高的瞬时轴向力所带来的冲击作用会使孔出口处的崩边面积有所增加。研究为1J22软磁合金高表面完整性孔的加工提供理论指导。

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电解质等离子体抛光的多物理场耦合仿真及实验研究

陈扬建, 易军, 王宗伟, 陈冰, 邓辉

机械工程学报. 2025, 61(1): 360-370. https://doi.org/10.3901/JME.2025.01.360

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针对电解质等离子体抛光工件轮廓成形过程难以预测的问题，开展了多物理场耦合仿真，分析了抛光过程中流场、电场分布特征，以及抛光参数对流场、电场分布的影规律；基于法拉第第一定律，建立了抛光材料去除模型。仿真结果表明抛光过程中工件周围形成了相对稳定的气层，且气层呈现下薄上厚的分布特征，气层厚度随抛光电压、工件曲率半径的增大而增加，随工件浸入深度的增加而减少；电流密度分布流线沿工件底部至顶部逐渐稀疏，电流密度随工件曲率半径及抛光电压的减小而增大；工件表面材料去除量沿工件底部至顶部逐渐降低，且电源电压越高、工件曲率半径越大，材料去除率越低，适当增加工件浸入深度，能够有效提升材料去除率。开展了316LVM不锈钢圆柱工件电解质等离子体抛光实验研究，并验证了材料去除模型的正确性。理论与实验结果将有助于更好理解电解质等离子体抛光机理，对电解质等离子体抛光过程稳定性和抛光质量一致性提升具有重要的实践价值。

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刊出日期：2025-01-05

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