中国机械工程

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黄薇, 池骋

中国机械工程. 2024, 35(02): 191-200. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.001

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针对旋翼/螺旋桨的大负扭和后掠桨尖设计在桨叶内部所带来的严重应力应变集中问题，结合三维结构动力学模型、旋翼气动模型和旋翼配平方法，对复合材料旋翼/螺旋桨进行了综合建模与气弹载荷分析，并通过悬停实验验证了综合模型的准确性。对比分析了无负扭、大负扭和大负扭带后掠桨尖的桨叶气弹特性，发现大负扭导致桨叶应力集中区域扩大，后掠桨尖使桨尖过渡区域的应力集中区域扩大，集中程度加剧。

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聚碳酸酯超低温冷却车削表面形貌试验研究

包锐, 刘阔, 张杰, 韩灵生, 李建明, 左月帅, 刘海波, 王永青

中国机械工程. 2024, 35(02): 201-207. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.002

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针对聚碳酸酯加工时存在的耐热性差、变形、溶胀等问题，分别在干切削、水冷和超低温冷却条件下进行了聚碳酸酯的车削试验，并分析了材料加工表面的形貌，从分子链弛豫时间、银纹产生和脆韧性转变的角度解释了加工表面形貌的差异。研究发现，聚碳酸酯干切削表面产生大量粗大银纹，水冷切削表面产生大量细密银纹，超低温冷却切削表面银纹较少，因此超低温冷却对提高聚碳酸酯的加工质量具有积极作用。

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碳化钨粉末表面涂层改性金刚石粉末的涂层工艺及机理

许左琳, 黄传真, 刘含莲, 刘盾

中国机械工程. 2024, 35(02): 208-214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.003

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粉末表面涂层技术能赋予粉末新的物理化学性质，电泳沉积技术能在改性碳化钨（WC）粉末表面涂层改性金刚石粉末。通过不同表征手段分析了金刚石的核壳结构及金刚石粉末与WC粉末间的包覆情况，研究了金刚石粉末含量对涂层效果的影响，比较了不同包覆工艺下粉末间的结合强度。结果表明，WC粉末质量与金刚石粉末质量的比为6∶1时，涂层效果最佳，改性后粉末间的强结合力来自COO-W、C-O-W等共价键形成的化学吸附与范德华力形成的物理吸附。

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基于S变换双阈值法的汽车零部件载荷谱加速编辑

姚凌云, 林勇杰, 李丽,

中国机械工程. 2024, 35(02): 215-220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.004

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针对S变换编辑法加速编辑效果不佳的问题，提出了一种基于S变换双阈值编辑方法。该方法先对载荷谱进行S变换以获取最大幅值谱，在以双阈值识别并保留的幅值谱片段为依据保留对应的载荷谱片段后，再将其拼接成加速后的载荷谱，最后对比分析S变换双阈值编辑法与S变换编辑法编辑的加速谱的统计参数、功率谱密度、穿级计数和疲劳仿真结果。研究结果表明，S变换双阈值编辑法可明显压缩原始载荷时间，且其压缩效率高于S变换编辑法，转向节的疲劳损伤和寿命分析误差更小，适用于汽车零部件载荷谱加速编辑研究。

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喷油润滑聚醚醚酮的接触疲劳性能

吴若, 魏沛堂, 谢怀杰, 边疆, 卢泽华, 刘怀举

中国机械工程. 2024, 35(02): 221-228. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.005

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聚醚醚酮(PEEK)是一种高强度、耐热的工程塑料，但其接触疲劳基础数据的缺失制约了它在重载场合下的高可靠、长寿命服役。开展了喷油润滑下的PEEK滚子滚动接触疲劳试验与PEEK齿轮接触疲劳试验，绘制了接触疲劳S-N曲线。对比发现，PEEK滚子滚动接触疲劳极限比齿轮接触疲劳极限高14%，接触压力135 MPa下的滚子滚动接触疲劳寿命比齿轮接触疲劳寿命长58%，进而提出PEEK的滚子齿轮接触疲劳寿命转换公式。

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水压泵柱塞密封性能实验装置的设计

罗龙君, 贺小峰, 刘珣, 张洽璇, 黄贺文

中国机械工程. 2024, 35(02): 229-235. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.006

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为解决油水分离式柱塞泵的柱塞与缸套的密封可靠性及选型设计问题，研制了模拟水压柱塞泵实际运行工况的柱塞密封性能实验装置及其加载系统，并对实验装置进行了动平衡设计。在建立实验装置加载系统的仿真模型后，通过仿真对比确定了合理的加载方式。该实验装置的加载实验和稳定性实验表明，实验装置运行稳定可靠，且容积效率在合理范围内。

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单向陶瓷基复合材料C/SiC变角度顺逆磨的对比试验

张立峰, 王梓旭, 张旺通, 邓云飞, 隋翯, 郭志永

中国机械工程. 2024, 35(02): 235-243. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.007

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通过正十二边形磨削轨迹测试方法研究了单向C/SiC的磨削力和加工表面质量的影响机制。研究发现，相较于顺磨，逆磨的切向磨削力减小10%～25%，法向磨削力减小30%～50%，表面粗糙度减小25%～65%;纤维磨削角对磨削特性具有显著影响，顺纤维磨削时，磨削力由大到小的纤维磨削角排序为60°、30°、90°、0°,逆纤维磨削时的排序为120°、90°、150°、180°;加工表面粗糙度Sa由大到小的纤维磨削角排序为0°、150°、120°、30°、60°、90°;C/SiC磨削加工时，材料的变形回弹效应较明显。对比了不同纤维磨削角下的表面微观形貌，提出了磨削材料去除模型。

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基于电弧声信号的窄间隙脉冲熔化极气体保护焊侧壁熔合状态在线识别

岳建锋, 龙新宇, 黄云龙, 郭嘉龙, 刘文吉

中国机械工程. 2024, 35(02): 244-250，259. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.008

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为在焊接过程中实时了解焊缝内部的焊接状况，构建了电弧声信号实时采集系统。在焊枪摆动中心处于不同位置的情况下，进行了电弧声信号特征与侧壁熔合状态的相关性分析。分别从时域与频域中提取了与侧壁熔合状态相关性较强的电弧声特征。为进一步提高熔合状态预测的有效性，采用电弧声特征参量构建了支持向量回归的侧壁熔合状态识别模型。为减小不良特征对识别模型的影响，显著提高模型的识别精度，采用遗传算法进行了参数寻优。参数寻优后模型的总体识别率达93.33%，实现了窄间隙侧壁熔合状态的有效识别。

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复合螺旋磨粒流流场特性的研究

袁巧玲, 丁杰, 孔凡志, 文东辉, 齐欢

中国机械工程. 2024, 35(02): 251-259. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.009

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针对无摩擦铝合金气缸表面阳极氧化膜的精密加工问题，提出复合螺旋磨粒流抛光方法。建立了抛光过程中颗粒与壁面碰撞的仿真模型，分析了磨粒各向速度对抛光的影响，揭示了复合螺旋磨粒流抛光的加工机理。仿真结果表明：复合螺旋运动改变了磨粒运动轨迹，磨粒叠加了旋转速度后，增大了磨粒的有效应力；壁面的有效塑性变形随螺旋槽转速的增大而增大。粒子图像测速观测实验结果表明，复合螺旋运动提高了磨粒旋转速度，增大了流场的涡旋量。加工实验结果表明，复合螺旋磨粒流抛光不仅对铝合金氧化膜破坏较少，且可以有效提高工件的表面质量。

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基于孪生人工蜂鸟算法的多作业模式半导体封测环节调度

王洪, 吴立辉, 陈达, 张洁

中国机械工程. 2024, 35(02): 260-267，279. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.010

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针对多作业模式的半导体封装测试环节调度问题，以最小化最大完工时间为目标，提出了孪生人工蜂鸟算法。设计了孪生种群机制，通过构建双解码、孪生种群生成与协作方法，扩大解的搜索空间，提高初始解的质量，增加优化过程中解的多样性，进而提高求解精度。通过双向引导觅食策略，平衡算法多样性与收敛性，增强算法稳定性。通过构建四邻域搜索策略，增强算法局部优化能力。实验结果表明，该方法能有效缩短半导体封测环节的最大完工时间。

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基于视觉同时定位与地图构建的水下图像增强式视觉三维重建方法

梅杰, 覃嘉锐, 陈定方, 陈昆,

中国机械工程. 2024, 35(02): 268-279. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.011

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针对仿生机器鱼水下作业时面临的水下图像质量偏低、水下自主定位难的问题，提出一种颜色均衡与G-B通道先验融合的水下图像增强式算法。将该算法和视觉同时定位与地图构建(SLAM)方法结合，实现了水下图像增强式的视觉三维重建。在不同水域环境下进行了水下图像处理实验、水下环境视觉三维重建实验和运动轨迹跟踪实验，结果表明该方法有效提高了水下图像综合质量，特征匹配效率提高了16.03%，真实轨迹与估计轨迹的误差平均约为7.99 mm。

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一种考虑关节跃度约束的实时刀具路径光顺算法

杜煦, 常泽鑫, 郑军强, 任鹏飞

中国机械工程. 2024, 35(02): 280-286. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.012

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针对机器人加工过程中关节跃度超过约束的问题，提出一种考虑机器人关节跃度约束的刀具路径光顺算法。采用有限冲激响应滤波器插值算法对五轴刀具路径进行光顺处理，一步完成了路径光顺和速度规划。建立了关节与刀具之间的速度、加速度和跃度关系，通过调整时间常数保证了关节跃度不超过约束。考虑机器人关节加速度约束后，该算法计算出的时间常数更小。仿真和实验结果表明该算法能减小关节的跟踪误差，提高机器人的工作稳定性。

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面向微小软排线装配的阵列触觉状态感知技术#br#

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林杰, 胡智凯, 刘思源, 唐维威, 楚中毅

中国机械工程. 2024, 35(02): 287-292，304. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.013

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针对微小软排线装配操作中器件体积小且存在视觉遮挡的问题，提出一种基于电容式阵列触觉传感器的机器人软排线装配状态感知技术。首先，对电容式三维触觉感知机理进行分析，并针对软排线装配的小尺寸空间感知需求，设计了一种基于垂直拓扑网状介质层的高灵敏阵列触觉传感器，实现微小软排线装配状态的高灵敏感知。其次，为突破布线复杂度与阵列扫描周期的限制，基于电容数字芯片拓展实现高动态三维阵列信息扫描系统的设计与微小软排线装配状态的高动态感知，并完成小型化电容式阵列触觉传感器的一体化制备。最后，搭建机器人软排线装配操作系统并实时采集和分析软排线装配过程中的阵列触觉信息特征，以验证所提出技术的准确性和有效性。

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基于改进量子粒子群优化算法的机器人逆运动学求解#br#

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陈卓凡, 周坤, 秦菲菲, 王斌锐

中国机械工程. 2024, 35(02): 293-304. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.014

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针对工业机器人在逆运动学求解过程中存在的位姿奇异、解不唯一、求解精度低等问题，提出了一种改进量子粒子群算法。首先，利用D-H参数法建立机器人运动学模型，以机械臂末端最小位姿误差为主要优化目标，加入运动前后关节角变化最小、行程平稳连续的约束条件，设计了目标函数；其次，通过采用Levy飞行策略改进粒子更新方式、非线性地动态调整收缩膨胀因子、采用变权重方法计算最优平均位置等方法设计了一种改进量子粒子群优化(IQPSO)算法；然后，模拟单点位姿和连续轨迹两种不同的求解情况进行三种算法（IQPSO、APSO、QPSO）的仿真对比实验，结果表明IQPSO算法具有收敛速度快、求解精度高等优点；最后，将IQPSO算法用于机械臂本体进行实物验证，实验结果表明IQPSO算法求解出的插值点所组成的轨迹连续且平滑，进一步证明了该算法应用于实际运动控制中的稳定性和可行性。

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一种多指标综合最优的抗冲击轨迹规划方法

荣誉, 陈刚, 豆天赐,

中国机械工程. 2024, 35(02): 305-316. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.015

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为提高机械臂作业效率以及抗冲击能力，提出了一种综合最优轨迹规划方法。首先通过建立3-5-3多项式曲线数学模型构造出端点运动参数可控的关节运动轨迹；然后考虑关节位置、速度、加速度等约束条件，通过加权系数法定义目标函数，使机械臂的动作时间、冲击和灵巧度达到综合最优，在目标函数的设计中采用动态加权方法来处理关节速度与冲击之间的矛盾；最后，针对标准粒子群算法，利用拉丁超立方抽样函数均匀化种群，并提出随机惯性权重更新策略，得到改进粒子群算法，利用该算法对目标函数进行优化，得到综合最优运动轨迹。进行了仿真和样机实验，实验结果证明所提方法具有可行性。

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复杂载荷下的核管路支架智能布置

孙宇翔, 陈丽, 龙波, 王艳苹, 刘诗华, 贾坤

中国机械工程. 2024, 35(02): 317-323，336. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.016

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当前，核电管路支架布置通过人工试算反复迭代来实现，存在劳动强度大、设计周期长、成本高等缺点。借助管路有限元力学分析，提出一种基于粒子群遗传混合算法的三维空间核电管路支架智能布置方法。布置示例表明，所提方法可在管路的三维全局空间内自动布置不同功能的多个支架，在满足《压水堆核岛机械设备设计和建造规则》设计规范的同时减小了工作量。

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狭长空间内重载调姿装配机器人的设计与研究

刘毅, 易旺民, 姚建涛, 王兴达, 余鹏, 赵永生

中国机械工程. 2024, 35(02): 324-336. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.017

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针对舱体类狭长空间内部待安装设备种类多、批量大、载荷重、空间余量微小、装配路径复杂、装配风险高等问题，设计了一种重载调姿装配机器人。在机器人运动学研究的基础上，建立了误差模型，并以最小包围球半径为约束条件，通过遗传算法将误差参数的辨识结果补偿到机器人控制系统。以机柜装配为例，针对空间约束条件规划工作路径，基于动力学约束能耗函数模型，以时间、冲击和能耗为优化目标，得到多目标最优轨迹。样机实验验证了误差参数辨识的有效性，减小了机器人的绝对定位误差，且多目标最优轨迹的关节总冲击小、运动平稳，实现了机柜类设备高效、平稳、可靠的安装。

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跑道型线圈板料电磁成形磁场分布的调控

唐天宇, 黄亮, 徐佳辉, 孙怡然, 周巍,

中国机械工程. 2024, 35(02): 337-346. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.018

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为有效调控跑道型线圈电磁成形过程中合金板料的变形行为，采用实验模拟与理论计算的方法揭示了板料与线圈装配的相对位置对电磁力、电流密度、变形速度和成形高度的影响规律，推导出线圈中心面空间磁感强度的工程计算模型。随着板料装配时偏置量的增大，电磁成形试样变形区的最大高度差逐渐减小，试样由“内低外高”转变为“外高内低”；电磁力密度峰值从板料内侧向中心移动。偏置量为2.5～3.0 mm时，两侧高度差存在最小值；偏置量为3.0 mm时，板料的横向变形速度趋近于0，电磁力沿板料中心轴对称分布。基于跑道型线圈磁感强度工程模型推导了磁感强度对称中心区位置与线圈直段半长、匝间距、中心距及板料装配间隙的关系，确定最佳偏置量为2.2~3.9 mm。该结果与模拟实验结果相符合，证实了模型的可靠性。

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1180 MPa级超高强钢冷连轧过程的厚度综合控制技术

张文军, 王文奇, 张晓东, 林威, 张燕东, 白振华,

中国机械工程. 2024, 35(02): 347-353，370. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.019

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针对超高强钢在冷轧过程中厚度波动大以及带头带尾厚度超差的问题，首先根据金属秒流量模型建立了厚度超差预测模型与辊缝调节量预估模型；随后开发了轧制过程中的厚度控制系统，并进行了辊缝调节量优化；最后建立了带钢头尾轧制过程中的轧制速度与张力优化模型。以国内某冷连轧机组的第1机架为技术应用对象，选择两种典型的超高强钢进行生产测试，测试结果表明：超高强钢AR4146E1与DU6220A1的厚度超差长度分别从70.3 m、36.89 m下降到了16.85 m、16.33 m。

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驱动系统效率最优的并联混合动力商用车模式切换及换挡控制策略

严正峰, 蒋光宗, 姚明尧

中国机械工程. 2024, 35(02): 354-363. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.020

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为提高搭载自动变速器的并联混合动力商用车燃油经济性，以驱动系统效率最优为目标，提出一种新的驱动模式边界划分和挡位边界划分方法。制定了基于效率最优的模式切换及换挡控制策略，并在中国重型商用车行驶工况下对所制定的控制策略进行了仿真验证。结果表明，所提出的策略不仅能够维持电池荷电状态的平衡，且百公里油耗比电辅助控制策略低11.2%，具有更好的燃油经济性。

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尺寸偏差下的车身含胶滚边滚轮的位姿补偿

李默之, 朱文峰, 王顺超

中国机械工程. 2024, 35(02): 364-370. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.021

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针对铝合金车身更严格的外观精度要求，提出一种面向车身尺寸偏差的滚轮位姿补偿方法。首先对尺寸偏差区间与胎模边线进行等距离散，得到尺寸偏差矩阵；然后基于Frenet标架与齐次坐标变换将尺寸偏差映射为滚轮位姿，得到滚轮位姿偏差矩阵；最后将滚轮位姿补偿量转化为滚轮位姿偏差矩阵行编号的调整量，得到补偿后的滚轮位姿。其中，滚轮位姿偏差矩阵由胎模曲面/曲线方程、滚轮倾角，以及FEM-SPH有限元仿真获得的尺寸偏差与TCP-RTP值的量化模型决定。实验结果表明，滚轮位姿补偿后的车身尺寸偏差平均值由0.32 mm降至0.14 mm。

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凸棱非平面聚晶金刚石齿的破岩机理及在含砾地层中的应用

陈炼, 魏小虎, 曹强, 周岩, 杨迎新, 胡川, 赵志杰, 伍彬

中国机械工程. 2024, 35(02): 371-379. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2024.02.022

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为提高聚晶金刚石复合片（PDC）钻头在含砾、软硬交错等不均质地层中的抗冲击性能，开展了凸棱非平面PDC齿的研究。通过仿真和室内实验对比分析了凸棱非平面齿与常规平面齿的破岩机理。与平面齿相比，凸棱非平面齿与岩石的接触应力分布更均匀，切削破岩过程中的载荷波动幅度明显更小，切削稳定性更高。凸棱齿特殊的非平面结构改变了切削齿与岩石的互作用方式，在不均质地层得到成功应用。

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刊出日期：2024-02-25

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