机械工程学报

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蒋沁诚, 陶建峰, 汪世杰, 王洋洋, 刘成良

机械工程学报. 2026, 62(9): 1-13. https://doi.org/10.3901/JME.260405

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针对工业机器人出厂检测场景自动化异常检测的需求，提出一种基于TCN-Transformer的工业机器人自动异常检测方法。设计基于TCN-Transformer的工业机器人动力学建模方法，将工业机器人各关节实时角度、角速度和角加速度输入TCN-Transformer模型进行逆动力学求解生成自适应实时工况的各关节标准电流信号，将其与实时电流信号进行相似度量实现自适应异常检测。构建云边协同的工业机器人自动异常检测系统，对生产测试区的工业机器人自动获取信息、采集实时数据和自动异常检测。并进行工业机器人多工况实验、关节异常注入实验和系统压力测试，验证了该动力学建模方法自适应生成标准数据有较高的准确性，该异常检测方法能够定位异常关节并与异常程度有较高的一致性，该系统能够为大批量工业机器人集群提供稳定准确高效的自动异常检测。

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计及负载变化的容积驱动人工肌肉长度预测方法

崔健锋, 窦嘉琳, 姜洪洲

机械工程学报. 2026, 62(9): 14-25. https://doi.org/10.3901/JME.260404

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人工肌肉的容积驱动方式是一种无阀的泵控驱动方式，其具有驱动设备简便、系统效率高等优点。现有容积驱动人工肌肉的长度预测方法中没有考虑负载力影响，造成理论长度与实际存在偏差，亟须改进。首先进行了负载力对人工肌肉长度的影响实验，发现对于不同长度人工肌肉，相同负载力造成的长度相对变化量是相同的，但其绝对变化量与肌肉原始长度有关，即若人工肌肉原始长度越长，由负载力造成的长度绝对变化量越大。因此对于较长的人工肌肉必须考虑负载力的影响。然后通过实验得到了外负载力对人工肌肉长度的影响的关系，并基于此对原有纯几何长度预测模型进行修正。最后，假定人工肌肉的状态量，如无负载肌肉长度、肌肉橡胶筒弹性模量、压力-负载力关联系数等，均为人工肌肉注液体积的函数，从而建立了以注液体积为核心变量的容积驱动人工肌肉长度预测方法，并通过单根人工肌肉实验以及并联机构应用实验对其加以验证。实验表明该方法即使在无位置反馈的开环控制条件下也能达到相当的精度。这为容积驱动人工肌肉在机器人领域的应用提供了新的技术路径。

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基于被动式伸缩臂杆的SSRMS构型可重构空间机械臂重构控制策略

赵智远, 赵京东, 杨晓航, 梁西昌, 王传英, 万熠

机械工程学报. 2026, 62(9): 26-41. https://doi.org/10.3901/JME.260218

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基于被动式伸缩臂杆的SSRMS构型可重构空间机械臂，可通过调整两个伸缩臂杆的长度改变自身尺度，在继承传统SSRMS构型空间机械臂优点的同时，具备尺度可重构性，有望在未来在轨任务中扮演重要角色。然而，由于伸缩臂杆采用被动式伸缩方案，导致机械臂重构操作控制器设计困难。为此，提出了一种具有奇异鲁棒性的关节力矩优化控制方法，以实现机械臂重构操作的精准控制。首先，采用基于映射投影算子的动力学建模方法推导得到了机械臂在重构操作模式下的动力学方程。基于此，设计了一种基于李亚普诺夫的控制器，通过仅向主动式旋转关节发送驱动力矩指令，可使得释放的被动式伸缩臂杆实现期望的运动，进而实现机械臂的重构操作。同时，该控制器能确保主动式关节驱动力矩的最小化以及在释放的被动式伸缩臂杆处不产生任何驱动力。接着，在控制器中引入了运动约束方程中投影矩阵子矩阵的阻尼最小二乘逆，使其具备了奇异鲁棒性。最后，开展了可重构操作控制仿真验证，结果表明所提方法适用于SSRMS构型可重构空间机械臂的精准重构控制任务。

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五轴混联机器人的运动学标定方法

张海峰, 韩广超, 叶伟, 李秦川

机械工程学报. 2026, 62(9): 42-51. https://doi.org/10.3901/JME.260406

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在精密加工制造领域，精度问题一直是五轴混联机器人面临的主要挑战之一。鉴于其结构内误差传递途径的广泛性与多样性，构建精确的整体误差模型显得尤为艰巨。针对这一难题，提出了一种五轴混联机器人的运动学标定方法。首先，将五轴混联机器人分解为刀具运动链和工件运动链，以减少相互之间的干扰和误差传递。其次，对包含并联机器人的刀具运动链构建闭环矢量方程，并对其进行微分摄动获取误差模型。通过引入一个辅助测量装置对并联机器人末端进行全位姿测量，由于末端位置/姿态误差具有各向异性，导致辨识结果不准确。为解决该问题，引入加权矩阵建立具有各向同性残差的辨识方程，从而提高辨识精度。而后，对工件运动链进行误差分析和建模，并将误差源分解为运动误差和零位误差，分别通过标定和对刀流程进行补偿。最后，通过标定以及试件加工实验验证了所提标定算法的有效性。结果表明，通过上述方法对刀具运动链和工件运动链进行运动学标定，可以有效地提高机床的运动精度和稳定性，从而满足制造领域对高精度加工的需求。

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压电驱动柔顺夹持器的夹持力传感分析与实验

刘敏, 张佳, 占金青, 朱本亮, 王华, 张宪民

机械工程学报. 2026, 62(9): 52-61. https://doi.org/10.3901/JME.260172

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随着微操作技术在高精度领域的应用日益广泛，实现对夹持力的实时感知成为提升柔顺夹持器性能的关键。针对压电驱动柔顺夹持器，开展其基于应变片的集成式力传感功能的建模、分析与实验研究。通过粘贴应变片于柔性铰链处构建力传感单元，建立了夹持力与应变之间的理论模型，并分析了柔性梁结构参数对应变响应的影响。研究结果表明，减小柔性梁的宽度与厚度、增加其长度可显著提高表面最大应变。有限元仿真验证了理论模型的准确性，相对误差仅为4.22%。通过实验标定，建立了夹持力与应变的线性关系，并进一步分别标定了夹持直径为800 μm与400 μm铜线时压电驱动器的输入电压、输入位移与应变的关系。采用最小二乘法对实验数据平均值进行三阶多项式拟合，得到了输入电压/位移与夹持力之间的函数关系，为实现夹持力精确预测与动态调控提供了有效方法。

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模块化可重构3T1R并联机器人精准动力学建模

梁栋, 孙晓, 宋轶民

机械工程学报. 2026, 62(9): 62-74. https://doi.org/10.3901/JME.260407

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面向电子封装、精密加工、高性能3D打印等领域高速、高精作业需求，研究一种模块化可重构3T1R并联机器人的精准动力学建模问题。首先，基于螺旋理论解析支链的自由度及其约束特性，揭示出机构末端执行器可实现解耦的三平一转运动。其次，采用几何投影法和闭环矢量法获得机构的位置逆解。利用运动螺旋叠加原理及Lie螺旋性质，依次建立各关节与末端执行器的速度、加速度映射模型。在此基础上，借助螺旋理论表征各构件的惯性力螺旋，并采用虚功原理建立结构紧凑的系统动力学模型。最后，通过SolidWorks&Simscape联合仿真与理论模型计算结果对比，验证动力学模型的正确性。引入评价指标进行误差分析发现，三条支链的力矩误差均小于0.050 3 N·m，平均相对误差小于0.67%；RUPU支链力矩误差小于7.62×10^-5 N·m，平均相对误差小于1.73%；且通过仿真进一步证实了该机器人的平/转运动解耦特性。为实现机器人的高速、高精度控制提供了重要的基础保证。

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基于变胞原理的多构态折纸立方体设计与研究

金路, 裴俊洁, 田大可, 刘荣强, 钟林森

机械工程学报. 2026, 62(9): 75-87. https://doi.org/10.3901/JME.260408

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折纸立方体是一种利用折痕和剪痕设计的能够实现折叠与展开功能的空间封闭多面体结构。因其具有互换性好、模块化率高、拓展灵活等优点，在空间在轨组装、可重构机器人、应急救援装备等航天及民用领域具有重要的应用价值。针对有限的装载及运输空间、多任务及多工况的应用需求，基于变胞原理提出一种可实现二维与三维互逆、大平面-立体盒-小平面变换的多构态折纸立方体结构及设计方法。首先，根据变胞原理，通过构件的合并与分离改变机构的拓扑结构，使立体盒具有大平面展开和小平面折叠两个运动阶段；其次，基于图论理论分析单环机构之间的连接关系，采用D-H法和矢量法建立机构的运动学模型；再次，采用顶点分裂法将六折痕分裂为两个五折痕的组合形式，进而减少机构运动的自由度，以优化运动过程；最后，结合偏置面板法和轴移法设计厚板变胞折纸立方体，建立参数化厚板模型。研究结果表明：厚板变胞折纸立方体具有两个单自由度运动阶段，并且在立方体状态下，机构出现了自锁特性。该研究可为折纸工程学的基础研究和应用研究提供一定的借鉴和参考。

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3PRRR并联机构性能评估与尺度综合

祝高永, 鹿业波, 张玲玲, 叶伟, 杨超

机械工程学报. 2026, 62(9): 88-103. https://doi.org/10.3901/JME.260409

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为了解决并联机构多闭环多约束特征带来的动力学和刚度建模困难，提出了一种同时适用于预设计阶段与样机设计阶段的并联机构弹性动力学与刚度建模一体化方法。该模型首先基于矩阵结构分析方法建立每一个离散体的单元刚度和质量矩阵，然后结合多点约束理论与机构约束方程提取机构全局坐标系下的全局独立广义位移坐标，结合拉格朗日方程建立机构的弹性动力学方程，结合静态缩聚技术建立反应出口节点的静刚度模型。基于拉格朗日方程和整体刚度矩阵建立反映机构刚度极值与各向同性的椭球指标，采用多目标遗传算法建立多目标优化问题的Pareto前沿，进一步结合合作平衡点方法确定最优解，在此基础上开展并联机构样机设计，借助有限元软件提取涉及非规则横截面的零部件的刚度和质量矩阵，并替换预设计阶段梁单元刚度和质量矩阵，实现3PRRR并联机构三维模型性能的快速评估。提出的弹性动力学与刚度一体化模型与有限元仿真软件的最大误差在1.48%之内，优化前后机构的基频、线刚度与角刚度各向同性指标分别提升了2.3%、19.05%与43.75%，最后基于螺旋理论开展的连杆横截面的合理设计进一步提高了机构的性能指标，验证了本文模型的正确性与有效性。

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燃油齿轮泵振动的动力学机理与减振技术研究进展及挑战

张颖, 魏士杰, 姜鹏飞, 王中阳, 武通海, 雷亚国, 曹军义

机械工程学报. 2026, 62(9): 104-130. https://doi.org/10.3901/JME.260306

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燃油齿轮泵作为供油系统的核心部件，凭借其结构紧凑、效率优异及成本低廉等优势，在高端装备领域得以广泛应用。然而，齿轮啮合、流量脉动、润滑状态及壳体共振等因素诱发的振动问题，显著降低了燃油齿轮泵的工作性能，限制了其在高压力、高转速及大排量工况下的应用潜力。为此，深入探究燃油齿轮泵的振动产生机理与传递特性，进而有效抑制泵体振动已成为该领域亟待解决的关键问题。为推动燃油齿轮泵减振技术的创新发展，全面综述了燃油齿轮泵振动动力学机理与减振技术的研究进展。首先，从内部振动激励源的角度，系统地阐述了齿轮泵转子系统的多物理场耦合动力学建模方法，考虑了齿轮时变啮合刚度、流体压力脉动和滑动轴承润滑状态等因素。其次，从振动传递路径角度，详细评述了燃油齿轮泵基于外部激励的实验模态分析技术与基于工况数据的运行模态分析技术。基于此，系统总结了壳体结构优化、齿轮齿廓修形、卸荷槽设计及多级齿轮泵等减振技术的研究进展。最后，深入探讨了燃油齿轮泵减振技术面临的核心挑战与未来发展机遇，为提升燃油齿轮泵的供油品质和服役寿命提供了理论指导和研究方向。

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钝交错角准双曲面齿轮几何设计与接触行为控制方法

庞靖炜, 刘思远, 何炆俊, 宋朝省

机械工程学报. 2026, 62(9): 131-144. https://doi.org/10.3901/JME.260410

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针对直升机传动中存在的钝交错角传动形式需求，提出一种钝交错角准双曲面齿轮的几何设计与接触行为控制方法。建立基于空间三大几何关系式的钝交错角准双曲面齿轮节圆锥切触模型，提出不同轮齿收缩方式选取规则，形成了面向内、外锥形式的钝交错角准双曲面齿轮的几何设计方法，并绘制了内、外锥两种形式边界设计参数选取的封闭图。基于考虑齿面缺陷规避的局部综合法，提出了钝交错角准双曲面齿轮接触行为完全控制方法；基于数字化齿面建模技术获得了该型齿轮传动精确啮合模型，通过齿面接触分析、承载接触分析对该齿面接触行为进行仿真，搭建了轴交角、偏置距可调的准双曲面齿轮对滚印痕测试样机，并进行试验，三者结果一致可相互验证。

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风冷式高速磁悬浮永磁同步电机多场耦合与传热特性研究

徐园平, 郑安, 周瑾, 金超武, 凌阳熠, 李亚宁

机械工程学报. 2026, 62(9): 145-154. https://doi.org/10.3901/JME.260412

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磁悬浮永磁同步电机发热部件多、结构复杂且存在磁悬浮轴承与电机之间传热耦合的问题。为研究系统的多场耦合与传热特性，以一台风冷式高速磁悬浮永磁同步电机为研究对象，通过建立磁悬浮轴承和电机的电磁及风摩损耗模型，并将计算结果作为热源映射到热-流场模型中进行数值求解，再将所得稳态温度作为边界条件再次求解电磁损耗，以此迭代分析，最终构建了考虑磁悬浮轴承发热的双向磁-热-流场耦合分析模型，得到了冷却空气的流动特性和系统的稳态温度分布，并探究了温度对电磁损耗、风量对部件稳态温度的影响规律。最后搭建了样机试验平台，结果表明冷却入口静压的计算与实验相对误差为3.4%，而稳态温度的计算与实验绝对误差不超过8.5 ℃，验证了所提计算模型的有效性和准确性。所作研究为磁悬浮永磁同步电机的冷却设计、温升预测提供理论参考。

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考虑加工误差的摆轮活齿传动误差建模与调控

陈美宇, 宜亚丽, 卫锐, 杨泽宇, 陈涛, 金贺荣

机械工程学报. 2026, 62(9): 155-171. https://doi.org/10.3901/JME.260413

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针对活齿传动误差与各传动件加工误差映射关系不明确问题，以摆轮活齿为研究对象，建立基于摆轮活齿传动等效机构的传动件几何误差矢量表征模型，探明误差传递路径，虑及多齿并联协调关系，构建多齿并联系统传动误差模型。以时频域分析为手段，明晰激波器、中心轮和活齿架加工误差及其联合作用下摆轮活齿传动误差时频域特性，据此制定传动误差调控方案，并搭建摆轮活齿传动误差测试平台，对比分析摆轮活齿样机误差调控效果。结果表明：通过考虑单项误差、误差联合对传动误差影响程度的误差分组调控，传动误差峰值均控制在IT6级等精度方案水平，相比IT7级等精度方案传动误差峰值分别降低了37.7%和35.2%；基于误差联合影响程度的误差调控样机传动误差峰值、波动幅值均显著低于IT7级等加工精度样机，验证了传动误差模型及误差调控方法的有效性，实现了传动精度与加工成本的有效平衡。

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电磁可变惯容减振器柔性调控特性分析及控制方法研究

谭新桂, 李强, 谭博欢, 刘金刚, 宁东红, 刘鹏飞

机械工程学报. 2026, 62(9): 172-181. https://doi.org/10.3901/JME.260259

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针对可变惯容装置在惯容器高速换向或惯容系数大范围调节的瞬间易产生较大冲击的问题，提出一种用于车辆悬架的电磁可变惯容减振器。该减振器通过改变外接电路电阻实现实时的阻尼系数调节，从而间接控制系统的等效惯容，其中惯性飞轮通过阻尼效应与系统柔性连接，可以有效避免调控过程中机械硬连接造成的冲击。在此基础上，将减振器集成到四分之一车辆悬架模型中进行分析，发现悬架的阻尼和惯容相互耦合，改变阻尼时，悬架系统的共振峰值以及共振频率均发生改变。为实现理想的控制效果，提出一种基于自感估计的半主动控制策略，该策略可以精确估计减振器运动状态，且具备输出正功的能力，以获得更好的期望控制力追踪效果。最后，对变惯容减振器进行了特性验证和性能评价试验。实验结果表明，所提出的变惯容减振器可以实时调节悬架的阻尼和惯容特性；采用所提出的半主动控制策略，设计的可变惯容减振器减振性能明显优于被动悬架。

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小波赋能联邦学习的机械故障诊断

李志农, 余紫莹, 王奉涛, 李喆

机械工程学报. 2026, 62(9): 182-190. https://doi.org/10.3901/JME.260414

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基于联邦学习的机械故障诊断方法由于缺乏可解释性，常被视作黑盒模型，这在一定程度上降低了客户端的信任度。针对此不足，提出了一种面向机械故障诊断的小波赋能联邦学习模型。在提出的模型中，利用小波系数替代传统联邦学习中的局部模型参数，在中央服务器上聚合小波系数并重构全局模型。由于小波具有平移尺度特性，所构造的模型极大地增强了可解释性。同时利用小波系数代替局部模型的参数，显著减少了参数的计算量，使收敛速度明显加快。实验结果验证了所提出方法的有效性。与传统的联邦学习模型相比，小波赋能联邦学习的故障识别性能更好。而对比小波深度学习网络，两个模型都拥有可解释性基础上，小波赋能联邦学习的鲁棒性更强。

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基于多任务孪生核矩阵机的机械故障诊断方法

潘海洋, 陈春安, 郑近德, 童靳于, 程健

机械工程学报. 2026, 62(9): 191-200. https://doi.org/10.3901/JME.260415

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在进行机械设备多目标诊断时，往往需要建立多个具有独立性的单任务模型，其忽略了多目标任务间的关联性信息，致使诊断模型不准确。基于此，提出了一种基于多任务孪生核矩阵机(Multi-task twin kernel matrix machine, MTTKMM)的机械故障诊断方法。在MTTKMM中，首先设计核增强项，实现对多任务间数据的同步处理，有助于挖掘不同任务间的关联性特征，从而提高模型利用共性信息的能力；然后，利用内置偏移量描述数据间的非线性关系，使模型在处理多目标数据时更具灵活性，提高模型分类的稳定性；最后，考虑不同任务间数据具有较大差异问题，设计了泛化损失项，优化模型在多任务数据间的拟合能力，减少过拟合现象。为了验证MTTKMM在多任务机械故障诊断中的有效性，采用滚动轴承、齿轮等数据集进行实验验证，实验结果表明：MTTKMM在多目标诊断中具有优越的分类性能。

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基于非对称差动控制方式的磁轴承模型预测控制策略研究

许绍瀚, 谢振宇, 唐玮, 谢志波

机械工程学报. 2026, 62(9): 201-214. https://doi.org/10.3901/JME.260268

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为了提升磁轴承的承载能力，处理多变量耦合时变系统，研究了基于非对称差动控制方式的磁轴承模型预测控制(Model predictive control, MPC)策略。首先，对比分析了磁轴承常规差动控制方式与非对称差动控制方式的工作原理；然后，根据磁轴承转子系统状态空间方程设计了模型预测控制器，采用鲸鱼优化算法对模型预测控制器进行参数整定，以改善控制系统的性能；进一步，使用Adams-Simulink机电联合仿真验证所搭建控制系统的正确性与有效性；最后，利用所设计的控制器完成了磁轴承飞轮转子试验台的静态悬浮、实际承载力检测与高速旋转试验。试验结果表明，非对称差动控制方式使磁轴承的名义承载力提升40.0%，实际承载力提升37.5%；飞轮转子能够在12 000 r/min稳定运行，且电流波动峰值小于1 A，转子振动峰值小于10 μm。研究表明，非对称差动控制方式可以在不改变磁轴承机械结构尺寸前提下有效提升磁轴承的承载能力；模型预测控制器能够使非对称差动控制方式下的磁轴承转子系统具有较好的动态性能。

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龙门机床使役工况下双滚珠丝杠驱动系统接触载荷与疲劳寿命分析

左伟亮, 陈传海, 刘志峰, 严昊明, 齐宝宝, 郭劲言, 张扬

机械工程学报. 2026, 62(9): 215-227. https://doi.org/10.3901/JME.260417

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横梁垂直移动的固定龙门机床在工作时通过双滚珠丝杠系统驱动横梁垂直移动，围绕双滚珠丝杠驱动系统接触载荷分布和疲劳寿命问题，建立了双滚珠丝杠驱动系统的接触载荷分析模型，揭示了其接触载荷分布机理并对其疲劳寿命进行了分析。首先，考虑导轨公差和溜板位置的影响，提出了一种双滚珠丝杠驱动系统的轴向载荷计算模型。其次，基于欧拉-伯努利梁理论，分析了滚珠丝杠副在接触载荷作用下的径向变形，建立了虑及使役工况下双滚珠丝杠驱动系统的接触载荷分布模型。通过与有限元模型对比，验证了滚珠丝杠接触载荷分布模型的正确性。在此基础上，揭示了螺母位置、溜板位置对滚珠丝杠副接触载荷分布和疲劳寿命的影响机理，预测了龙门机床使役工况下双滚珠丝杠驱动系统的疲劳寿命，为双滚珠丝杠驱动系统的优化设计与长期稳定运行提供了可靠的数据支持与理论依据。

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基础激励下飞轮-干摩擦阻尼环的非线性动力学模型建模和分析

王森, 贺晓东, 黄修长, 周华俊, 张子维, 王勇, 魏新生

机械工程学报. 2026, 62(9): 228-237. https://doi.org/10.3901/JME.260418

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针对飞轮采用干摩擦阻尼环后的响应预测及摩擦界面的动力学行为分析开展研究。建立了基础随机激励下含多处摩擦界面的飞轮-阻尼环的高维非线性系统动力学模型，利用线性系统的模态减缩该高维非线性系统的自由度，采用杜哈美积分求解自由度减缩后系统的振动方程组，获得了摩擦界面的精细局部动力学行为。对基础随机激励下飞轮的动力学响应进行预测，和测试结果对比，结果表明：无/有阻尼环时，轮缘和轴承的加速度响应时间历程以及加速度响应功率谱密度在响应峰值处都与测试结果一致，非线性系统动力学模型能够准确预测实际飞轮的动力学响应。将摩擦界面发生滑移的总时间与随机激励力作用的总时间的比值定义为摩擦界面的总体滑移率，计算得到了摩擦界面的总体滑移率范围为40%～100%；摩擦界面的总体滑移率和正压力具有对应关系：正压力越大、总体滑移率越小，正压力越小、总体滑移率越大。所建立的非线性系统动力学模型能够快速准确预报飞轮-阻尼环系统响应，可用于指导飞轮阻尼环的设计。

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基于机理-数据融合的刀具磨损预测方法

朱昀, 李方春, 李俊龙, 张莹, 吴宝海

机械工程学报. 2026, 62(9): 238-253. https://doi.org/10.3901/JME.260419

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在航空发动机叶片、机匣等关键零部件的铣削加工过程中，钛合金和镍基高温合金等难切削材料导致刀具快速磨损，显著影响工件的几何精度和表面质量。针对传统端到端的黑箱模型可解释性差、跨工况泛化能力差等问题，提出了一种基于机理-数据融合加工刀具磨损预测模型。首先，通过建立考虑刀具磨损的铣削力模型和基于功率的铣削力预测模型，构建了具有物理意义的刀具磨损预测机理模型；其次，针对机床加工过程中的多维信息，采用时频域处理及互信息筛选方法，提取与刀具磨损高相关的特征信息，构建数据特征向量集；然后基于门控循环单元(Gated recurrent unit neural network model, GRU)设计了机理数据融合的GRU神经网络模型(Mechanism-data fusion gated recurrent unit neural network model, MDF-GRU)，并通过构建具有物理意义约束的损失函数，实现模型在物理一致性空间内的优化训练。并通过加工试验进行验证，结果表明，该模型相比传统方法的均方根误差和平均绝对误差分别降低了71.5%和68.7%，较好地提高了预测精度。研究成果为难切削材料加工中的刀具磨损预测提供了新的技术方案。

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基于雷达图分形特征先验卷积网络的人工关节磨屑智能识别

张卫鹏, 谷永庆, 罗勇, 渠璐平

机械工程学报. 2026, 62(9): 254-267. https://doi.org/10.3901/JME.260296

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人工关节磨屑产生于关节配副的摩擦运动中，携带着大量微观尺度上的磨损信息。然而目前对于人工关节磨屑的研究以人工识别为主，缺乏客观的评定标准。关节磨屑的分类识别属于图像识别的领域，卷积神经网络等深度学习算法的发展使图像识别的精度进一步提升。因此，为解决人工识别工作量大和客观性缺乏的问题，建立了基于分形特征先验的卷积神经网络识别模型对磨屑进行智能识别。首先基于改进的雷达图方法计算磨屑的分形维数，然后将分形维数作为固定特征进行先验判定，判定后的结果导入卷积神经网络模型进行分类。同时结合数据增强技术以扩充数据集，平衡类间分布不均。结果表明雷达图计算的分形维数特征与磨屑形状分布具有较好的关联性，分形维数先验判定和数据增强技术能够提高深度网络的识别精准度，基于AlexNet和ResNet网络的模型识别准确率分别达到83.70%和89.26%，高于AlexNet和ResNet网络原始模型的80.74%和82.59%。此外，基于AlexNet和ResNet网络的模型在检验数据集上的准确率分别为86.60%和88.66%，接近训练数据，表现出良好的泛化能力。

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软接触表面的变形与摩擦学性能的关联性研究

袁晋鹏, 吴金龙, 杨淑燕, 麻拴红, 郭峰

机械工程学报. 2026, 62(9): 268-280. https://doi.org/10.3901/JME.260421

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针对软物质材料表面摩擦学性能的研究远远滞后于硬材料接触表面的问题，构建了由陶瓷球和表面镀有1层聚二甲基硅氧烷(以下简称PDMS)的玻璃圆盘构成的软接触摩擦副，利用点接触光干涉润滑薄膜测量装置上开展了软接触表面的变形与摩擦学性能的关联性研究。利用高速相机全程记录了软接触表面因抵御载荷发生的变形行为，实现了接触直径、压痕深度和表面接触轮廓线变化量的同步测量，结果表明施加载荷后PDMS表面变形的速度很快，在340 ms内变形量迅速上升，随后基本不变且在300 s时刻达到最大值，卸载后变形量极速变小且在0.3 s后基本恢复至加载前的状态。在干接触条件下同步测量了摩擦力和实时表面接触面积随速度与时间的变化，发现真实接触面积越大对应的摩擦力也越大。在润滑环境下，同步测量了摩擦力和观测了软接触表面的润滑状态，光干涉的测量结果表明小牛血清润滑下始终处于良好的润滑状态且表面变形量减小，同时测得表面的摩擦力非常低且对速度的变化不敏感；在水润滑下，发现低速下润滑不充分，而当速度增大至128 mm/s表面的润滑情况得到了改善且降低了摩擦力。本研究结果希望为软接触表面的摩擦机制提供更全面和客观的认识，对设计高性能的仿生润滑材料也具有较为重要的意义。

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高温高速气膜浮环密封恒间隙设计与泄漏分析

朱书海, 李双喜, 马润梅, 张书尧

机械工程学报. 2026, 62(9): 281-290. https://doi.org/10.3901/JME.260420

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气膜浮环密封在高温高速工况下间隙变化大，难以满足低泄漏要求，且严重影响浮动环的密封性能和稳定性。针对某发动机轴承腔密封，提出全工况“恒间隙”气膜浮环密封结构设计方法，以及考虑间隙偏心工况下不同膜厚压力损失的高精度泄漏分析方法。建立流固热耦合数值分析模型，讨论浮动环结构、镶装环与跑道材料组合对密封间隙随转速、温度变化的综合影响，分析其泄漏特性，并通过浮环密封运转试验验证“恒间隙”浮环密封的性能和数值分析模型的准确性。研究结果表明，镶装环与跑道材料组合，以及镶装环外径、厚度是影响密封间隙随温度、转速变化的主要因素，石墨环外径过盈量仅影响密封初始间隙和脱镶温度；经过合理的优化设计与选材，在高温、高速工况下恒间隙气膜浮环密封相比普通浮环间隙波动可降低90%；工作间隙是影响密封性能的主要因素，恒间隙设计下泄漏速率与压差、出口压力近似成正比，与温度近似成反比，转速影响偏心率造成泄漏速率波动。研究结果为实现高温、高速工况下气膜浮环密封的高稳定、长寿命、低泄漏运行提供可靠理论基础。

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面向不确定性的产品情感化智能设计研究综述与展望

丁满, 俱一娴, 刘政文, 白仲航

机械工程学报. 2026, 62(9): 291-310. https://doi.org/10.3901/JME.260422

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随着人工智能技术的渗透及人类情感需求满足阈限的提高，产品情感化智能设计领域内的不确定性因素愈加凸显且深度耦合日益增强，引发了用户情感需求与产品特征错位、产品最终方案失效及废弃等一系列问题。近年来，针对产品情感化智能设计中不确定性问题的探究涌现了大量研究成果，为完整、系统总结及讨论当前产品情感化智能设计领域内面向不确定性的相关研究，首先介绍产品情感化智能设计的研究体系及内容，然后按照研究体系系统梳理其存在的不确定性问题，并从面向不确定性的用户情感信息的智能挖掘、用户情感与产品特征关联的智能建立、产品方案的智能生成、产品方案的智能评价四个方面，分析其研究内容及关键技术。最后，结合目前的技术发展及研究不足，对未来趋势进行展望，以期实现产品情感化智能设计不确定性问题研究的系统化梳理与总结，推动后续理论及实践研究的进一步形成与发展。

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增材制造吸声超结构仿生设计与吸声性能研究

袁宇成, 范军翔, 宋波, 史玉升

机械工程学报. 2026, 62(9): 311-322. https://doi.org/10.3901/JME.260423

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低频噪声控制一直是噪声控制领域的重点和难点。由于传统吸声材料吸收低频噪声的效果有限，声学超结构成为研究热点。其中，仿生结构作为一个重要的分支，在低频噪声吸收领域显示出巨大的潜力。本研究受笋螺的启发，设计了一种声学超结构，在一个单胞中耦合了两个螺旋声道，提出了仿笋螺双向吸声超结构(CBAAM)。CBAAM样品由增材制造(AM)技术制备，其双向吸声性能通过有限元模拟和声阻抗管测试得到验证，结果表明面1的吸声频率为168 Hz和438 Hz，面2的吸声频率为166 Hz和462 Hz。研究表明，吸声性能主要来自共振效应，一些关键的几何参数对CBAAM的吸声性能有显著影响。此外，本研究还讨论了CBAAM与其他不同材料的复合情况，以分析各种材料成分对其机械性能的影响。CBAAM的轻量化和双向吸声性能在噪声控制领域具有广阔的应用前景。

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主动控制动静压混合滑动轴承设计及试验

张广辉, 龚文杰, 徐科繁, 王晓伟, 黄延忠, 韩佳真

机械工程学报. 2026, 62(9): 323-331. https://doi.org/10.3901/JME.260424

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为了控制转子轴承系统的动力学特性并提高稳定性，基于PD控制器设计了一种主动控制动静压轴承，通过将动静压混合轴承与电液伺服阀结合使得滑动轴承具有主动补偿能力以应对轴承转子系统动力学响应的变化；设计并搭建了主动控制动静压轴承-转子试验台并对轴承的振动控制效果进行了试验验证，通过调整不同控制参数进行转子动力学特性试验以研究其减振性能。结果表明，当选取合适的微分系数时，开启主动控制有着较好的振动控制效果，轴承处水平最大减振幅值可从41.4 μm降低至19.6 μm，降低幅度可达52.7%；仅开启比例环节，通过控制轴承刚度进行转子系统临界转速控制试验，并将临界转速由2 508 r/min降低至1 980 r/min，改变幅度达21.1%，实现了转子系统临界转速控制。

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超高强钢深滚压-预扭复合强化表面完整性研究

梁志强, 李学志, 张鹏, 杜宇超, 蔡志海, 李泽坤, 刘国强, 王成

机械工程学报. 2026, 62(9): 332-342. https://doi.org/10.3901/JME.260425

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为了提升超高强钢在极端工况载荷作用下的抗疲劳寿命，提出了深滚压-两角度预扭复合强化方法。利用共聚焦显微镜、背散射电子衍射和透射电镜等检测手段，揭示深滚压-预扭耦合作用下超高强钢表面完整性的形成和微观组织强化机制。发现复合强化有效提升了残余压应力强化层深度，深滚压-13.7°/7.71°预扭强化层深度达到1.2 mm，出现了明显的“第二强化层”，最大周向残余压应力为-535 MPa，出现在距表面0.3 mm处。复合强化促进了表层晶粒细化和位错增殖，深滚压后大小角度组合的预扭工艺相较于单一角度预扭工艺，晶粒尺寸减小、几何必须位错密度增加，表层微观组织结构沿深度方向呈梯度分布。证明了深滚压-两角度预扭强化方法的有效性，对难加工超高强钢材料表面强化技术发展具有重要意义。

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基于热惯性匹配原则的机床结构拓扑优化设计方法

冯培轩, 丁晓红, 熊敏, 林志俭, 李简, 罗超

机械工程学报. 2026, 62(9): 343-351. https://doi.org/10.3901/JME.260426

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机床在加工时的热误差是导致制造误差的重要原因。针对机床结构热设计问题，考虑复杂结构系统中相邻构件热变形协调原则，在现有材料热惯性概念的基础上，提出结构热惯性概念，建立结构热惯性的表达式，阐明其物理意义，并探讨了结构热惯性匹配的技术途径。以某型五轴直驱立式加工中心为研究对象，建立整机热力耦合模型；基于结构热惯性匹配原则和变密度法，建立了以提高结构刚度和减小温度标准差为目标的拓扑优化设计数学模型，对机床横梁结构进行拓扑优化设计。结果表明，与原横梁结构相比，优化后的横梁结构质量降低16.7%，在热力耦合状态下刀尖点的位移降低了14.8%，一阶频率上升8.3%。提出的设计方法为各种温度敏感的复杂结构系统设计提供了新的设计思路。

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具备位移-力双模态反馈的微创医疗手术钳设计

熊鹏文, 吴然皓, 张宇, 徐健宁, 曾成, 宋爱国

机械工程学报. 2026, 62(9): 352-360. https://doi.org/10.3901/JME.260427

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传统的微创医疗手术钳存在工具和组织交互过程中都缺乏触觉信息、无法对组织进行精确定位等问题。为了提高微创手术中对夹持力感知和组织信息的判断，提高手术操作的精确性和稳定性，研究设计了一种位移-力双模态反馈的微创医疗手术钳。与传统的微创医疗手术钳相比，该手术钳可以在夹持过程中同时准确测量夹持力及钳头开合角度。采用两个光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感器测量力触觉信息以及钳头开合角度。FBG1在张紧的状态下粘贴在钳头背部中心线上，FBG2粘贴在钳体底部M型弹性梁上。通过静力学分析对结构进行优化，提高FBG灵敏度。搭建了实验平台对传感器进行静力标定实验、组织块体积识别实验以及组织块硬度识别实验，结果表明，该手术钳可以识别生物组织内不同体积、硬度的组织块。在该组传感器中，FBG1在载荷为1～10 N区间时平均灵敏度为32.03 pm/N，线性度为0.998；FBG2在钳头开合角度为0～60°区间时平均灵敏度为5.66 pm/(°)，线性度为0.998。

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聚苯乙烯微槽感光涂层辅助激光加工研究

张月, 郑李娟, 冯杰, 江霖, 郭紫莹, 高博韬, 王成勇

机械工程学报. 2026, 62(9): 361-371. https://doi.org/10.3901/JME.260428

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在深入理解激光直接加工聚苯乙烯微槽的机理基础上，进一步探讨感光涂层辅助加工方式下聚苯乙烯微槽的形成规律，并通过数学建模与拟合分析，建立两种加工方式下加工参数与微槽质量之间的量化关系模型。结果表明，近红外皮秒激光加工聚苯乙烯微槽时，主要通过光热效应实现，其机制为激光能量诱导聚苯乙烯发生热降解。激光直接加工方式下极易导致能量分布不均匀，产生能量过度稀疏区域、凹坑、丝状或点状喷溅物、微槽边缘凸起等缺陷。制备出的微槽尺寸宽度范围约为128～295 mm。相比之下，在聚苯乙烯表面涂覆感光涂层后，能够显著提高激光能量的吸收率，使得在极小单脉冲能量(3 mJ)可加工出无明显缺陷的微槽，且微槽周围无明显的喷射物。高质量微槽宽度约为47 mm，感光涂层辅助加工方式更适宜于加工宽度较小、深度较浅的微槽。所建立关系模型可有效预测两种方式下微槽宽度和微槽质量。

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高分辨水溶性牺牲模具增材制造方法及应用研究

侯宏瑞, 宋道森, 张广明, 李印, 郭辰旭, 付志国, 周伟, 王萌杰, 段培开, 兰红波

机械工程学报. 2026, 62(9): 372-382. https://doi.org/10.3901/JME.260429

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3D打印水溶性牺牲模具因具有易去除、成本低、可成型复杂结构以及可保护细微特征等特点，广泛应用于生物支架、微流道等精细表面特征与复杂内部结构的制造。然而，现有墨水直写或熔融沉积成形等3D打印技术在水溶性牺牲模具制造方面存在着精度低(>100 μm)、形貌可控性差等难题。提出了一种电场驱动热熔融微3D打印高精度水溶性牺牲模具的制造方法。首先，研究了增塑剂聚氧化乙烯(Polyethylene oxide，PEO)分子量以及聚乙二醇(Polyethylene glycol，PEG)/聚氧化乙烯混合比例对可打印性的影响；然后，探究了打印参数对线宽和形貌的影响规律，实现了最小线宽30 μm间距30 μm的线栅打印。最后，基于高分辨水溶性牺牲模具设计并制造了聚己内酯(Polycaprolactone，PCL)/Ecoflex双表面微结构摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator，TENG)，其结构为30 μm时，可产生86 V开路电压，与90 μm微槽结构相比为其1.32倍，功率密度峰值为156.8 mW/m²，具有优秀的输出性能。因此，该方法为实现高分辨水溶性牺牲模具的加工与微结构的加工提供了新的思路。

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虑及各向异性的CFRTP零件砂带磨削材料去除模型研究

沈益帆, 赵欢, 闫鑫, 丁汉

机械工程学报. 2026, 62(9): 383-393. https://doi.org/10.3901/JME.260430

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碳纤维增强热塑性复合材料(Carbon fiber reinforced thermoplastic composites, CFRTP)具有轻质高强、易实现构件整体制造和可修复等优势，被日益广泛地应用于航空航天大型构件中。航空航天CFRTP大型构件的装配质量直接影响装备的安全与性能，常需要对近净成形的CFRTP制件进行磨削修形来满足连接装配的精度要求。在磨削加工过程中，材料去除数学模型的预测精度直接影响零件的轮廓精度。然而，由于CFRTP的各向异性，传统模型无法保证其沿不同方向磨削时的预测精度。为此，首先结合Preston方程，引入方向性系数表征了CFRTP去除厚度的各向异性，建立了虑及纤维方向角的CFRTP零件磨削材料去除深度和材料去除率数学模型。然后，利用CFRTP零件机器人磨削系统进行磨削试验，对模型中的未知系数进行拟合，并通过试验验证了模型预测的平均相对误差低于12%，模型具有较高的预测精度。最后，分析了各磨削工艺参数对材料去除的影响规律，并结合磨削后表面形貌和材料去除机理，解释并验证了去除模型所揭示的纤维方向角对材料去除的影响规律。

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超声赋能仿生微织构刀具微量润滑车削钛合金Ti-6Al-4V力模型与实验验证

王晓铭, 刘纪新, 杨敏, 刘明政, 张彦彬, 李本凯, 吴会军, 徐英杰, 别清峰, 殷显鑫, 侯亚丽, 李长河

机械工程学报. 2026, 62(9): 394-407. https://doi.org/10.3901/JME.260431

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钛合金是飞机主体结构及发动机部件中不可或缺的关键金属材料。在钛合金零件的机械制造流程中，切削是典型的加工手段。然而，连续车削时刀具与工件界面的润滑剂有效浸润不足和切削力过大导致刀具严重磨损，是其加工的主要瓶颈。超声赋能仿生织构刀具微量润滑车削工艺有望解决钛合金切削过程刀具磨损难题。然而，新工艺的材料去除机理及其力学行为尚不明确。基于此，建立了超声赋能仿生微织构刀具纳米流体微量润滑车削加工材料去除力学模型，阐明了超声参数的瞬时切削厚度、瞬时切削速度、瞬时剪切角及瞬时刀具切屑接触状态的材料去除特征，构建了多工况的切削力预测技术路线，分析了输入参数与切削速度对切削力的影响规律。在干切削、纳米流体微量润滑(NMQL)、仿生织构刀具纳米流体微量润滑(T-NMQL)和超声赋能仿生织构刀具纳米流体微量润滑(UVT-NMQL)四种实验条件下，钛合金Ti-6Al-4V材料单位面积材料去除的切削力分别为2 504.18 N/mm²、2 255.85 N/mm²、2 074.71 N/mm²和803.67 N/mm²。在UVT-NMQL工况下，预测模型与实验结果表现出一致的变化趋势，当切削速度增加时，切削力增大，模型平均偏差为7.46%。基于材料去除机制所建立的超声赋能仿生织构刀具微量润滑车削力预测模型，可为工业界与学术界提供理论指导与技术支持。

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整体构件狭窄流道机器人无干涉磨抛姿态多目标自主规划方法

谢海龙, 尹菊红, 王清辉, 赵崇光, 廖昭洋

机械工程学报. 2026, 62(9): 408-419. https://doi.org/10.3901/JME.260432

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航发整体叶盘、离心式叶轮和封闭式叶轮等整体构件的气流道扭曲狭窄、刀具可达性差，极其容易发生各种类型的加工干涉，是典型的难加工零件。为提高整体构件的加工表面质量，以其最后一道精加工工序—机器人砂带磨抛工艺为研究对象，提出面向整体构件狭窄流道的机器人无干涉磨抛姿态多目标自主规划方法。首先，提出机器人无干涉构型空间(Interference-free robot configuration space, IFRC-Space)的定义及表示方法，开展机器人磨抛整体构件狭窄流道时IFRC-Space沿刀轨的演变规律探究实验，揭示IFRC-Space沿刀轨连续变化的规律，据此提出基于图像边缘检测算子的IFRC-Space快速计算模型，开发基于IFRC-Space的机器人无干涉磨抛姿态多目标优化算法，该算法可综合考虑无干涉、无奇异、磨抛姿态光顺与机器人运动学性能等指标，实现整体构件无干涉磨抛姿态的自主生成和多目标优化。最后以整体叶盘和封闭式叶轮的机器人砂带磨抛为例，开展轨迹规划实验，验证了所提方法的有效性及实用性。

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飞秒激光加工镍基合金无锥度微群孔试验研究

张书愿, 周熙杰, 谢合瑞, 范润泽, 梅雪松, 崔健磊

机械工程学报. 2026, 62(9): 420-429. https://doi.org/10.3901/JME.260433

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随着我国航空航天领域的发展，航空发动机热端构件的服役温度越来越高，以镍基合金为代表的耐高温材料正在被逐步应用于这些构件的加工制造中。同时为了进一步提高热端构件的服役性能和寿命，还需要利用气膜冷却技术将构件表面与炽热的燃气隔开，因此需要在热端构件上加工气膜冷却孔。飞秒超快激光由于其精密、低损伤、冷加工的特点，越来越契合镍基合金微孔的加工需求，但是由于这些气膜孔数量多，分布密集，位置精度高，使用倾斜工件钻孔的工艺难以满足无锥度群孔的加工需求，而倾斜激光钻孔又对光路数学模型的计算和运动控制精度有着极高的要求。因此，为了实现镍基合金无锥度阵列群孔的加工，提出了一种通过机床多轴联动实现无锥度微群孔加工的方法。首先探究了机床的插补速度、插补半径对微群孔的形貌影响，然后对飞秒激光加工微群孔的有效加工范围进行了试验研究，最后在镍基合金样件上开展群孔加工试验，并对试验结果进行了探讨分析，形成了完整的镍基合金无锥度微群孔加工工艺流程。最终在1 mm厚度的镍基合金上得到了平均锥度为-0.03°的5×5阵列微圆孔。

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考虑力致变形时变效应的薄壁构件侧铣切削力建模

夏伟, 刘献礼, 岳彩旭, 郭焱栋, 孙绍聪

机械工程学报. 2026, 62(9): 430-446. https://doi.org/10.3901/JME.260434

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铝合金薄壁件具有重量轻、整体刚性高等特点，在航空航天领域有着重要应用。由于薄壁件的侧壁和腹板厚度较薄，加工时铣削力是诱导产生加工误差的关键因素，为进一步揭示薄壁件铣削机理和优化切削工艺，准确预测切削力尤为重要。针对薄壁件弱刚性特征，提出了一种考虑力致变形效应的柔性铣削力预测模型，揭示了铣削力与挠度变形的耦合规律。根据Kirchhoff理论和铣削过程中工件变形引起的刀-工切触区域变化，建立了柔性铣削力预测模型和薄壁件挠度弯曲变形量有限元计算方法，表征了力与工件切触区的时变接触关系，并利用切削过程中产生的动态变形值迭代修正瞬时切削厚度，提升铣削力模型的预测精度。将预测结果和实验结果进行比较，该方法变形预测值的最大误差在0.012 mm以内，X、Y方向铣削力预测值的平均误差小于10%，验证了模型的准确性与有效性。所建立的切削力模型可为合理优化刀具结构和推荐工艺参数提供理论依据。

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椭圆振动慢刀伺服切削加工正弦微织构的时变性与粗糙度抑制策略

杨金川, 李捷, 王乐祥, 张建富, 王健健, 冯平法

机械工程学报. 2026, 62(9): 447-456. https://doi.org/10.3901/JME.260435

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具有大波长、深振幅微织构特征的正弦调制靶是惯性约束聚变等核物理试验的重要冲击载体，其正弦曲面的表面粗糙度及其波动严重影响核物理化学反应效能。由于常规慢刀伺服(Slow tool servo, STS)切削加工正弦微织构曲面的表面质量控制难度大及加工表面一致性需求，研究椭圆振动慢刀伺服(Elliptical vibration slow tool servo, EVSTS)切削技术应用与加工正弦微曲面结构可行性与有效性。基于椭圆振动轨迹的可调性与切削过程的时变性，明确了椭圆振动慢刀伺服切削正弦微曲面的粗糙度分布特征及其波动产生机理，并提出椭圆振动轨迹与目标正弦微曲面的优化匹配策略，抑制了正弦微曲面粗糙度波动。切削试验结果表明，正弦微曲面粗糙度分布状态及其波动由椭圆振动切削时变性所决定。相对于常规慢刀伺服切削，在一定切削参数范围内，椭圆振动慢刀伺服切削正弦微织构的表面粗糙度下降了30%～60%，粗糙度波动减小30%以上。

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圆锥滚子球基面与超精导辊螺旋挡边边缘接触影响因素分析

高作斌, 王晓亮

机械工程学报. 2026, 62(9): 457-468. https://doi.org/10.3901/JME.260436

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贯穿式超精是低摩擦轴承圆锥滚子加工的关键工艺，生产中常出现圆锥滚子球基面与超精导辊螺旋挡边边缘接触引起的球基面划痕问题。提出了滚子球基面在超精导辊螺旋挡边上接触位置的数值计算方法，开展了挡边边缘接触的影响因素分析，结果表明：导辊挡边倾角、导辊形面半径减小量和滚子姿态参数斜置角对接触位置有显著影响，而滚子与导辊的接触角对接触点位置影响不大；导辊挡边倾角小时，容易出现挡边外缘接触，而倾角增大时接触位置迅速向挡边内缘移动，容易出现挡边内缘接触；导辊形面半径随着导辊修磨次数增加而减小的越多，越容易出现挡边内缘接触；滚子斜置角越大，越容易出现挡边外缘接触。进行了接触位置验证试验，试验结果与计算结果一致。研究结果可为优化圆锥滚子贯穿式超精工艺，避免导辊螺旋挡边边缘接触引起滚子球基面划痕提供理论和技术支持。

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2026年, 第62卷, 第9期　
刊出日期：2026-05-05

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