中国机械工程

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2023, 34(02): 0.

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考虑温度影响的机器人关节摩擦模型

张一楠, 丁建完

2023, 34(02): 127-134. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.001

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为描述连续运转下的温度对串联机器人关节摩擦的影响，提出一种考虑温度影响的关节摩擦模型。该摩擦模型可在无需对温度进行测量或估计的前提下描述关节温度变化对关节摩擦的影响。通过实验测量了机器人关节在不同角速度下连续运转时的摩擦力矩，并基于理论模型对数据进行了拟合。实验结果对比验证了该关节摩擦模型的有效性，且该模型能较为准确地描述连续运转下关节摩擦力矩的变化。

基于自由度约束的元动作单元误差传递路径识别方法

李健, 张根保, 冉琰, 王勇勤

2023, 34(02): 135-141. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.002

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准确识别元动作单元的误差传递路径是误差分析的前提。基于机械系统中自由度约束的概念，提出了一种利用自由度约束判断误差传递路径的新方法。首先，通过分析元动作单元功能和结构，确定精度输出件自由度约束要求并初步确定误差传递路径；然后，分析路径中零件结合面的约束属性，并沿误差传递路径计算精度输出件的自由度约束属性。将得到的自由度约束属性与自由度约束要求进行对比，确定误差传递路径。与传统方法相比，所提方法极大提高了误差传递路径分析和识别的效率。

基于斜角切削理论的钛合金螺旋铣孔切削力建模

王海艳, 周秩同, 武晔, 付麒麟

2023, 34(02): 142-147. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.003

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通过分析螺旋铣孔的加工原理和计算加工过程中的运动向量，结合侧刃和底刃对切削力的影响，建立了螺旋铣孔过程的切削力解析模型。提出了基于斜角切削的切削力系数辨识方法，并根据斜角切削过程几何关系推导出摩擦角、剪切角、剪切应力的约束方程。开展切削力系数辨识试验和钛合金螺旋铣孔试验对仿真值进行验证，结果表明，切削力的仿真值与试验值误差较小，平均误差为9.55%，从而验证了斜角切削系数辨识方法的有效性和切削力模型的正确性。

恒定轮距的多连杆式独立悬挂系统设计

李荣华, 杨景山, 郑宇锋, 周唯

2023, 34(02): 148-156. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.004

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为解决全方位轮式移动机器人搭载传统悬挂装置越障行驶时，轮距变化和轮毂中心面侧倾导致机器人运动控制难度大等问题，设计了一款由平行四边形机构、偏置曲柄滑块机构和摆动摇杆机构组成的多连杆式悬挂装置。通过ADAMS软件进行了不同地形环境的动力学仿真分析与优化设计，确定了最佳连杆结构参数。实物样机试验表明，机器人越障行驶过程中的操控性能以及轮子着地性与运动精度得到提高。

温控形状记忆合金的驱动响应模型

鲁友均, 宋迪, 苗常青

2023, 34(02): 157-163. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.005

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基于传热学理论和驱动几何关系建立了温控形状记忆合金（SMA）驱动器的驱动响应模型，动态修正了模型中受温度影响的参数值，提高了驱动模型的响应精度，分析并得到了SMA丝正多边形截面边数小于8时提高响应速度的规律。基于理论分析结果，测试了直径1.2 mm、长度10π mm、初始圆心角30°的SMA丝在电流6A下的驱动响应，响应模型的计算结果同实验结果的对比表明，驱动全过程的最大误差（驱动终点）降至1.8 s，模型能较精确地描述驱动过程。

电连接器微动磨损的超声识别与性能退化模型

骆燕燕, 王永鹏, 孙自航, 梁弘

2023, 34(02): 164-171. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.006

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针对振动环境下电连接器易产生微动磨损而接触性能降低这一问题，采用超声检测方法监测微动磨损过程中电连接器接触件间磨屑的特征值，研究了不同振动条件下接触件的磨损程度及接触性能的退化规律。结果表明，振动频率、振动加速度和振动次数对接触面磨屑的堆积和接触电阻的波动都有正向累积效应；电连接器轴向振动时，磨屑累积效应最为明显。接触电阻和磨屑特征值总量在高振频及加速度下呈现极高的相关性。以磨屑特征值构建的麻雀搜索算法优化BP神经网络性能退化模型的平均绝对误差小于5%。

采煤机摇臂用数字液压缸反馈机构间隙问题研究

齐潘国, 刘政奇, 赵丽薇, 张兴元, 赵丽娟

2023, 34(02): 172-184. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.007

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为研究反馈机构间隙对采煤机液压系统的静态误差及闭环稳定性的影响，分析了4个运动副及其间隙在反馈过程中的相互作用机理，建立了含反馈机构间隙的数字液压缸模型。通过比较间隙的负倒频曲线与线性部分奈奎斯特曲线的位置关系，发现间隙不影响系统稳定性。采用静态分析方法，导出各间隙引起的静态误差表达式，揭示影响静态误差的因素及规律。建立了数字液压缸的AMESim仿真模型并进行了仿真研究。试验验证了理论及仿真分析的正确性。

基于Monte-Carlo模拟的小样本下齿轮疲劳极限计算方法及软件开发

李扬, 刘怀举, 魏沛堂, 毛天雨, 陈地发

2023, 34(02): 185-192. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.008

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齿轮疲劳极限评估Dixon-Mood（D-M）法的试验样本需求量较大，标准差估计值存在较大偏差，因此基于Monte-Carlo模拟提出小样本的齿轮疲劳极限分析方法（CQUboot），并结合大量弯曲疲劳极限试验对D-M法和CQUboot法进行了对比分析。与GB/T 14230—2021《齿轮弯曲疲劳强度试验方法》推荐的20～22个样本计算结果相比，样本量降至12时，D-M法的最大误差为15.76%～24.99%，CQUboot法为8.02%～12.98%；以12.66%为疲劳极限预估允许的最大误差时，D-M法至少需要10～18个样本点，CQUboot法只需8个样本点。

基于增强最小熵解卷积的航空发动机故障诊断

赵艺珂, 王家序, 张新, 吴磊, 刘治汶

2023, 34(02): 193-200. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.009

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为有效提取轴承的微弱故障特征，提出一种基于无偏自相关分析的增强最小熵解卷积方法。该方法的滤波器系数的迭代求解中，通过抑制滤波信号中的非周期成分，实现对周期性故障冲击的增强检测，完成轴承故障的准确辨识。仿真信号分析结果表明，所提方法在复杂干扰下仍能准确提取轴承故障冲击序列。航空发动机故障诊断案例分析证实了该方法对复杂机械结构中轴承故障诊断的有效性。

集成强化学习算法的柔性作业车间调度问题研究

张凯, 毕利, 焦小刚

2023, 34(02): 201-207. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.010

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将柔性作业车间调度问题转化为马尔可夫决策过程，提出了集成5种深度Q网络（DQN）优化的算法D5QN。构建马尔可夫过程中，提取一组特征来表述状态，通过调度规则的组合设计出三组动作，通过直接和间接两种方式共同描述奖励。与基于规则、元启发式和其他强化学习算法的比较证明，所提方法可进一步缩短求解时间，并具有可行性和有效性。

铣削对SLM增材TC4钛合金表面完整性和疲劳性能的影响

季文彬, 邓日清, 戴士杰, 刘春成

2023, 34(02): 208-217,225. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.011

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针对激光选区熔化（SLM）成形TC4钛合金表面质量差和疲劳性能低等问题，采用三点弯曲疲劳试验测试了铣削前后增材件的疲劳性能，研究了铣削工艺对增材件表面完整性和疲劳性能的影响规律。结果表明，增材件经过铣削加工后，表面粗糙度Ra由12.57 μm降至0.32 μm；表面硬度由353.0HV提高至434.3HV；疲劳寿命由48 272周次提高至155 463周次，疲劳源萌生位置由表面及次表面转移至内部，疲劳断裂模式由准解理断裂过渡到韧性断裂。增材件经铣削加工后，表面完整性得到极大的改善，可抑制疲劳裂纹的萌生和扩展，疲劳性能得到显著提升。

ER120S-G高强钢电弧增材制造的工艺优化

方学伟, 蒋笑, 王喆, 武晓康, 黄科

2023, 34(02): 218-225. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.012

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针对ER120S-G高强钢电弧增材制造搭接间距的工艺优化问题，采用脉冲熔化极气体保护焊（GMAW-P）工艺，对5组单层焊道进行Canny边缘提取和高斯平滑滤波，并选用不同函数对单道形貌进行拟合。比较了常规搭接模型和优化的斜顶搭接模型，并计算出它们的最优搭接间距。研究结果表明，对于高强钢GMAW-P工艺，采用正弦函数拟合焊道边缘的效果最佳，并且采用优化的斜顶搭接模型得到的最优搭接间距为0.66倍的单道宽度。基于上述优化结果试验成形了多层多道块体样件，成形表面质量良好无缺陷，块体组织主要为针状铁素体、粒状贝氏体以及M-A组元等，抗拉强度呈现一定的各向异性。

金属薄壁筒体对轮旋压技术进展及应用探析

张立军, 杨宁, 李志顺, 陶继绍, 徐嘉怡, 李帆, 赵升吨,

2023, 34(02): 226-237. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.013

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对轮旋压是成形大型高强金属薄壁筒体的关键技术。分别从塑变机理、成形精度影响与控制、组织演变与缺陷、对轮旋压设备等四方面概述了金属薄壁筒体对轮旋压技术的最新研究进展，指出时变非线性特点导致塑性流动控制困难是对轮旋压技术工程化应用的瓶颈。剖析了对轮旋压技术难点，分析探讨了其发展趋势，揭示出多源混动的对轮主动强力柔性旋压工艺对超高强金属、大尺寸薄壁筒体精密旋压成形的借鉴意义。

集装箱大梁熔化极气体保护电弧焊的焊缝跟踪系统

高佳篷, 洪波, 贾爱亭, 李湘文, 屈原缘

2023, 34(02): 238-244,251. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.014

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集装箱大梁自动焊接过程中，工件表面的反射不均匀、弧光、飞溅和烟尘等因素容易造成焊缝偏差识别不准确或难以稳定识别，因此设计了一种用于集装箱大梁熔化极气体保护电弧焊的焊缝跟踪系统。基于低成本结构光视觉传感器建立了高鲁棒的焊缝特征提取模型，该模型采用激光条纹的直线斜率对随机采样一致性算法的随机采样过程进行优化，以在复杂环境下实现模型对焊缝特征的稳定提取。不均匀强反射工件表面的焊接试验结果表明：焊接参数300 A、29 V、1 m/min下，Y向、Z向的平均检测误差分别为0.22 mm和0.19 mm，实现了稳定高精度的焊缝跟踪。

细粒度金刚石砂轮超精密磨削硅片的表面质量

王紫光, 刘金鑫, 尹剑, 周平, 沙智华, 康仁科

2023, 34(02): 245-251. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.015

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为实现硅片高质量表面的超精密磨削，研究了5000目、8000目和30 000目金刚石砂轮磨削硅片的表面质量。利用数学模型预测了硅片磨削表面的粗糙度Ra并对预测结果进行了试验验证，分析了硅片磨削表面的形貌特征；通过磨床主轴电机的电流变化对比分析了5000目、8000目和30 000目砂轮磨削过程中的磨削力变化趋势。研究结果表明：8000目砂轮磨削后的单晶硅表面粗糙度Ra小于10 nm，亚表面损伤深度小于150 nm，磨削过程中的磨削力稳定，磨削质量优于5000目砂轮，磨削过程的稳定性优于30 000目砂轮。

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2023, 34(02): 252.

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