中国机械工程

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严宏志, 王志标, 朱楚, 蔡孟凯, 黎佳, 胡璇

中国机械工程. 2021, 32(3): 253-260. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2021.03.001

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在强制连续约束（PCE）型超越离合器工作过程中，由于楔块的重心与其自身旋转中心不重合，导致其所受离心力产生一个绕中心的扭矩，使得楔块惯性扭矩随重心位置改变，进而影响离合器的工作性能。采用分解法及坐标变换建立了楔块重心位置模型，采用ADAMS软件建立了斜撑离合器动力学模型，研究了不同重心位置的楔块对接触力及离合器接合、脱开性能的影响规律。结果表明：当重心位于旋转中心左侧0.05 mm时，楔块与内外环接触力将比位于中心左侧0.01 mm增大6%，离合器的接合时间加速14%，有利于楔合；当重心位于旋转中心右侧0.05 mm时，楔块与内外环接触力将比位于中心右侧0.01 mm减小6%，离合器的脱开时间加速20%，脱开性能变好。

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雷达功率组件的金刚石微通道热沉激光加工工艺

姜海涛, 崔健磊, 殷东平, 梅雪松

中国机械工程. 2021, 32(3): 261-268. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2021.03.002

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为研究雷达功率组件金刚石微通道热沉的加工难题，开展了飞秒激光加工多晶金刚石微流道的工艺研究，仿真模拟了飞秒激光作用于金刚石表面的温度场分布，以及诱导去除过程，理论与实验研究了金刚石的烧蚀阈值，系统研究了激光能量、扫描速度、扫描次数、焦点位置等参量及其优化工艺参数对金刚石微槽尺寸的影响规律。结果表明：当飞秒激光功率大于0.3 W时，激光作用于金刚石的最高温度超过材料去除的气化温度，温度最高位置处于光斑中心，功率不会改变温度场的分布情形；飞秒激光加工金刚石的烧蚀阈值为1.80 J/cm²，金刚石微槽深度与激光功率、扫描次数正相关，与扫描速度负相关，与正负离焦量基本成对称分布关系，而金刚石微槽表面宽度则变化不明显；在激光功率为5 W，扫描速度为100 mm/s，扫描次数为30，离焦量为-0.5 mm的优化参数下，加工出的金刚石微槽结构形状规则，截面侧壁锥度控制在3°以内，表面无残渣、裂纹、崩边等缺陷，且内部也无裂纹等缺陷，加工一致性较高，实现了微通道的“冷”加工，可满足雷达功率组件金刚石热沉对微通道的高质量加工要求。

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石墨水润滑动压推力轴承的起飞转速及磨损的量化研究

王瑞, 贾谦, 袁小阳

中国机械工程. 2021, 32(3): 269-274. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2021.03.003

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针对极端工况下石墨水润滑动压推力轴承的起飞转速及磨损难以量化的问题，利用核主泵半尺寸轴承对量化方法展开研究。建立了石墨水润滑可倾瓦推力轴承模型，采用摩擦副粗糙度作为衡量指标计算了理论起飞转速，并与起飞转速台架试验结果进行了对比；使用质量磨损率作为衡量磨损量化标准，进行了小试样试验和启停台架试验，二者结合对石墨-不锈钢摩擦副进行了研究。研究结果表明：理论计算的起飞转速与起飞台架试验结果的误差为20%，证明理论计算方法具有一定的可行性；小试样试验与启停台架试验的误差为39.2%，小试样试验可对台架试验的结果进行预估或评价，二者的试验结果可以进行综合分析以指导理论计算。

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考虑道路坡度与车辆载重的纯电动物流车综合性能换挡规律

李聪波, 张弛, 屈世阳, 胡曾明

中国机械工程. 2021, 32(3): 275-283,289. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2021.03.004

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为提高车辆对动态驾驶环境的适应性，针对纯电动物流车三挡变速系统，提出了一种充分考虑道路坡度与车辆载重，同时兼顾车辆动力性与经济性的综合性能换挡规律。分析道路坡度与车辆载重对车辆行驶阻力矩的影响，制定了具有动态适应性的动力性换挡规律与经济性换挡规律。以0~50 km/h的加速时间与加速过程能耗为目标，建立了综合性能换挡规律优化模型，并通过分层引力搜索算法求解，得到不同道路坡度与车辆载重驾驶条件下的综合性能换挡规律。最后，使用MATLAB/SIMULINK仿真平台对3种换挡规律进行对比分析，仿真结果表明，综合性能换挡规律在CHTC-LT驾驶循环工况下比能耗接近于经济性换挡规律，且具有良好的动力性能；同时在不同道路坡度与车辆载重驾驶条件下能消除换挡循环现象，表现出优越的动态适应性。

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数字型液压变压器动态特性研究

刘涛, 韩炎, 孙仁福, 赵丁选

中国机械工程. 2021, 32(3): 284-289. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2021.03.005

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数字型液压变压器（DHT）将多个二进制排量比的泵/马达流量单元组合在一起同步转动，通过高速开关阀组状态数字的控制，实现不同的变压比。介绍了DHT的结构原理，通过理论推导和数学建模，对DHT的动态特性进行了仿真分析，并制造了样机，通过实验进行了验证。DHT响应快，变压范围大，可以作为液压恒压网络系统中的二次调节元件驱动直线负载，还可以回收负载端的压力能，对提高液压系统效率具有重要意义。

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节流孔板空化特性分析

俞轲鑫, 尚群立, 吴欣

中国机械工程. 2021, 32(3): 290-296. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2021.03.006

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管道系统中的各类阀门、文丘里管、孔板等节流件，随系统工作压力和前后压差的增大，会出现气液两相流引起的空化或发生阻塞流，对系统的工作性能和安全造成严重影响。针对以不同规格孔板为代表的节流件，采用理论推导和FLUENT流体力学两相流仿真，结合实验台架所得的空化流动特征，辅以对局部空化气泡的高速微距拍摄结果，提出了斜梯三角形流量曲线以表达节流孔板阻塞流发展变化的全部过程，充分表达了阻塞流发展过程中的局限性特征和阶梯性特征。

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基于多分量卷积神经网络的多晶硅晶片颜色差异检测

郭保苏, 庄集超, 章钦, 吴凤和

中国机械工程. 2021, 32(3): 297-304. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2021.03.007

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具有复杂纹理的多晶硅晶片颜色差异检测是太阳能电池片制造过程中的一个挑战。针对传统的色差检测算法不适用于颜色差异类别变化大的场合，且分类结果不精确的问题，基于不同分量的颜色特征提出了一种多分量卷积神经网络的检测算法。通过分析多晶硅晶片图像在HSV颜色空间的特征分布，发现颜色特征在H、S和V分量中表现不同；基于全卷积神经网络，通过评估模型深度和卷积核尺寸大小对检测结果的影响来搭建最佳的网络结构；为了增强对不同颜色差异特征的区分能力，基于最佳的网络模型，构建了一个多分量的卷积神经网络模型。实验结果表明，多分量卷积神经网络的准确率、MCC值和F1Score值分别为92.28%、95.45%和94.03%，相比其他算法具有更高的检测精度。

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一种求解等圆Packing问题的柔性位置选择算法

王英聪, 张领, 肖人彬

中国机械工程. 2021, 32(3): 305-313. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2021.03.008

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针对等圆Packing问题，提出一种基于位置选择的构造法。构造法就是将圆形物体逐个置入容器，在这个过程中需要从多个可行位置中选择一个恰当的位置放置圆形物体。所提算法的核心思想是将这一过程看成位置选择过程，并借鉴群智能劳动分工的任务选择实现圆形物体的位置选择。首先给出了格局和可行位置的定义，在此基础上分析了等圆Packing问题的位置选择特性；接着引入群智能劳动分工中的刺激-响应原理，将未布局空间的完整度和已布局空间的紧密度分别看作圆形物体选择位置时的刺激和阈值；最后结合群智能劳动分工中的阈值变化规律，设计了自适应阈值调整策略。通过55个代表性算例的数值计算，验证了提出算法的可行性和有效性。

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基于综合灰关联序模型的残差门控循环神经网络位标器零部件选配

钟百鸿, 王琳, 钟诗胜

中国机械工程. 2021, 32(3): 314-320,356. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2021.03.009

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位标器漂移性能是决定精确制导武器跟踪能力与制导精度的关键因素之一，通过位标器零部件选配可改善位标器漂移性能。针对位标器零部件一次选配成功率低的问题，提出综合灰关联序（CGRO）模型并对影响位标器零部件选配的装配参数进行关联分析，得到了影响位标器零部件选配的关键装配参数；建立残差门控循环神经网络（RNGRU）模型，实现了位标器零部件的选配。以影响位标器漂移性能的陀螺转子与调漂螺钉装配为例，应用CGRO模型对陀螺转子的装配参数进行关联分析，得到了影响两者装配的关键装配参数；基于RNGRU模型实现了对调漂螺钉质量的回归预测。实验结果表明，所提方法能够实现位标器零部件的选配，其预测精度优于传统门控循环神经网络。

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轴向低频振动辅助皮质骨钻削的钻削力和温升

白小帆, 侯书军, 李慨, 曲云霞

中国机械工程. 2021, 32(3): 321-330. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2021.03.010

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为了研究轴向低频振动钻削方式在皮质骨钻削中对钻削力和温升的影响，基于一种自主研发的低频振动钻削设备，对常规和轴向低频振动辅助皮质骨钻削的钻削力和温升进行了实验，建立了钻削力和产热速率模型。实验结果表明：轴向低频振动钻削方式的进给力和转矩明显减小，温升降低了3~5℃；通过统计方法确定主轴转速是影响钻削力和温升的最显著因素，并进行了双目标优化。模型计算结果与实验数据趋势相吻合，可以认为轴向低频振动产生的钻头与骨组织周期性分离运动是钻削力和温升减小的主要原因。

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基于条件生成对抗网络的缺失牙体功能性咬合面形态设计方法

田素坤, 戴宁, 袁福来, 孙玉春, 俞青, 程筱胜

中国机械工程. 2021, 32(3): 331-340. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2021.03.011

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针对牙齿修复体设计中未考虑牙齿磨耗形态分布以及标准牙难以表达天然牙形态多样性的问题，提出基于颌位空间约束以及牙齿磨耗面引导的缺失牙体功能性咬合面形态设计方法。利用启发式搜索算法半自动提取牙齿磨耗面，并采用自适应视距的正交投影法计算出牙冠及其磨耗面在正视方向上的深度图像。通过对缺失牙齿功能性咬合面特征分级表达，采用基于颌位空间约束的生成网络获得牙齿咬合面的整体形貌，然后以磨耗面为约束条件，合成具有天然牙冠细节特征的功能性咬合面。最后，利用网格重建算法及蒙皮方法设计出满足正常咀嚼功能的全冠修复体。实验结果表明，通过该方法设计出的全冠修复体具有足够的天然牙解剖形态特征以及较高的临床适用性。

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基于相变与收缩耦合的1Cr12焊缝冷却动态力学行为

许谦, 胡广旭, 董志波, 任新星, 方洪渊

中国机械工程. 2021, 32(3): 341-347. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2021.03.012

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建立了相变体积应变与混合相力学性能的固态相变模型，同时考虑随动硬化与相变塑性的影响，研究了各因素对1Cr12钢焊缝冷却动态力学行为的影响规律。在此基础上，开展了焊接试验件纵向残余应力的验证试验，试验结果与模拟结果吻合良好。研究结果表明：马氏体相变的体积膨胀、力学性能变化以及塑性机制均对焊缝收缩的动态力学行为有一定的影响，且各因素共同作用下焊缝纵向应力由收缩拉伸状态转为受压状态。

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铜铝复合板渐进成形回弹缺陷研究

秦勤, 何流, 李程, 臧勇

中国机械工程. 2021, 32(3): 348-356. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2021.03.013

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为了讨论不同工艺参数对复合板渐进成形回弹的影响，建立了包含工具头、复合板材和复合界面的三维有限元模型，通过对比T形剥离结果得到复合界面内聚力单元参数，通过实验验证了有限元模型的可靠性。实验结果表明，成形角对双金属复合板渐进成形回弹最敏感，工具头直径对回弹敏感度最低，另外，内聚力单元能有效模拟双金属复合板结合界面，模拟误差仅为7.9%。分析结果表明，单层下压量、板厚、工具头直径都与回弹量成正相关，成形角与回弹量成负相关，成形角从30°增大至60°时回弹量减小21%。

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2A12铝合金圆波纹夹芯板抗平头弹冲击特性的试验研究

邓云飞, 贾惠茹, 路明建, 张银波

中国机械工程. 2021, 32(3): 357-362,367. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2021.03.014

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为研究铝合金圆波纹夹芯板对平头弹体的抗冲击性能，通过一级气炮系统开展弹体冲击铝合金圆波纹夹芯板以及等面密度单层均质板的试验。基于冲击试验数据，分析圆波纹夹芯板对弹体冲击的防护性能、失效模式和能量吸收情况，并与单层板进行对比，以获得两种靶板抗冲击性能的差异及原因。研究结果表明：弹体冲击圆波纹夹芯板的弹道极限速度低于单层板的弹道极限速度；圆波纹夹芯板的冲击位置对其抗冲击性能存在影响，圆波纹夹芯板节点与基座冲击相比，弹道极限速度有所提高；圆波纹夹芯板的正面板主要发生剪切冲塞破坏，而芯体发生剪切与压溃破坏，背面板主要发生拉伸撕裂破坏；单层板主要发生局部化的剪切冲塞；此外，靶板失效模式与耗能均受弹体冲击速度的影响。

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热轧钢卷打捆中的延迟锁扣技术

高彦凯, 陈东, 夏慧超, 武广涛

中国机械工程. 2021, 32(3): 363-367. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2021.03.015

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松卷问题是热轧钢卷打捆的常见问题，严重影响钢卷的运输安全和产品质量。分析了钢卷热态打捆的详细过程，指出钢卷和捆扎钢带的温度差是产生松卷问题主要原因，并据此提出了延迟锁扣技术。通过延迟锁扣实现了捆扎带的预加热，通过控制二次收紧最小捆扎力保证了钢卷冷态时不松卷。对预加热时间进行了理论计算，并推导出延迟锁扣时间的计算公式，通过对钢卷与捆扎带相对变形量的分析，在保证捆扎带标准残余捆扎力的前提下，确定了二次收紧最小捆扎力。使用延迟锁扣技术在自动打捆机上进行了实验，结果表明该技术可以有效解决捆扎带松散问题，提高钢卷打捆质量。

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大功率潜水电机冷却系统分析方法与试验研究

张琦, 李增亮, 董祥伟, 刘延鑫, 王雨婷

中国机械工程. 2021, 32(3): 368-377. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2021.03.016

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为了研究大功率潜水电机的温度分布规律，以580 kW潜水电机为例进行分析。依据工作条件建立温度场计算模型，实现流-固耦合自动传热并可模拟内外冷却介质的流动；以定转子铁耗定值、油摩损耗和铜耗变量作为热源施加方式，基于冷却系统参数影响关系得到温度场与流场间双向耦合关系，由此提出一种冷却系统分析方法；采用该方法研究冷却系统结构参数影响规律，并对比不同叶轮工作特性下冷却系统计算结果以得到最优叶轮参数。室内空载试验和海边负载试验结果表明：铁耗和温度的试验值与仿真值间相对误差在5%以内，所设计冷却系统在不同负载下可稳定运行。

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2021年, 第32卷, 第3期　
刊出日期：2021-02-10

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