中国机械工程

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2025, 36(01): 0.

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塑料齿轮传动高承载技术发展与应用

刘怀举, 卢泽华, 朱才朝

2025, 36(01): 2-17. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.001

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围绕塑料齿轮承载能力及在动力传动领域应用的问题，介绍了塑料齿轮的失效形式与承载能力，给出了目前的材料与工艺水平下塑料齿轮承载的基础数据，从新材料应用、润滑等工况条件改善、材料结构工况协同设计等方面阐述了提高塑料齿轮承载能力的措施，介绍了高承载塑料齿轮在汽车发动机传动、轻型车辆主传动、小型航发附件机匣传动等动力传动场景的应用实践和潜力。

自通风永磁同步电机的气动噪声优化

孙艳红1, 庞聪2, 张伟2, 张成2, 邱毅1, 郑旭1

2025, 36(01): 18-28. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.002

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为准确预测和优化自通风永磁同步电机（SVPMSM）高转速下的气动噪声特性，采用计算流体力学与Lighthill声类比相结合的方法对电机气动噪声进行了仿真计算，其中，采用RNG k-ε模型和大涡模拟对电机内流场进行仿真计算，在此基础上利用Lighthill声类比法进行声学求解，并通过试验进行验证。建立无风道的简化模型研究了风扇不同结构参数对气动噪声的影响，利用整机仿真模型研究了风道膨胀腔结构对气动噪声的影响。研究结果表明，电机在4250 r/min转速下整机仿真计算的气动噪声声功率级与试验值的差距为0.6 dB(A)，表明仿真模型能够有效预测电机气动噪声。电机优化研究发现，风扇内半径大小和叶片弯曲弧度的变化对风扇流场结果影响较小，因而气动噪声相差不大；相比于叶片数量较少、叶片不等距排布，叶片数量较多、叶片等距排布时有更好的声学特性；在电机风道中加入膨胀腔对电机噪声的低频有较好的降噪效果，加入长度为94.4 mm的膨胀腔比长度为134.4 mm的膨胀腔有更低的声功率级，同时，风道内设置两个膨胀腔比只设置一个膨胀腔有更好的降噪效果。

短收尾螺栓的折叠缺陷工艺实验及疲劳特性

张振峰2, 3, 许学石1, 林忠亮2, 3, 唐伟2, 3, 李浩楠1, 单垄垄2, 3, 白清顺1

2025, 36(01): 29-37. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.003

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为揭示滚丝参数与收尾构型对折叠缺陷的影响规律，开展了螺纹收尾滚丝成形工艺与疲试实验，分析了不同加工参数下的折叠情况。结果表明：对于收尾区折叠，滚丝转速取较大值、进给量取较小值可有效减少折叠的形成；对于牙底折叠，随着滚丝转速、进给量取值的增大，折叠数量先减小后增大；对于疲劳特性，当滚丝转速增大、进给量减小时，由折叠缺陷发展成的疲劳裂纹逐渐减小。因此合理的滚丝工艺参数与收尾槽构型可有效减少螺栓收尾区折叠缺陷数量。

贴片式圆盘定子多自由度超声电机的设计与实验

潘志泳, 王亮, 金家楣, 邱建敏, 冯浩人

2025, 36(01): 38-46,58. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.004

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为解决多自由度超声电机普遍存在的定位精度低、结构尺寸大和预压力难以施加等问题，设计了一种新型贴片式圆盘定子多自由度超声电机。首先使用有限元方法验证了圆盘定子的工作原理并确定其几何尺寸;然后制作了圆盘定子并测试其阻抗特性和振动特性;最后组装了原理样机并对其机械输出特性进行了实验评估。实验结果表明，原理样机的启/停响应时间均在20 ms以内，角位移分辨率均小于30 μrad，具有响应迅速和定位精度高的优点。

一体化重构闭链腿机构的设计与越障性能分析

赵顺卿1, 翁铭泽2, 武建昫1, 姚燕安1

2025, 36(01): 47-58. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.005

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为解决传统闭链腿机构攀爬越障性能不足的问题，基于Watt型闭式运动链开展了构件元的尺度重构设计，采用间歇机构耦合行走动力与重构动力，设计了一体化重构闭链腿机构。分析了杆件的重构灵敏度和调节极值，确定了重构杆件和杆件参数最优解。搭建了四双足步行平台，分析了平台的重构策略与跨越攀爬策略。样机的行走与越障试验结果表明基于一体化重构闭链腿机构搭建的步行平台在保障整体刚性的同时提高了越障性能。

斜齿轮表面形貌分形特征对时变接触刚度的影响

吴石, 高增阔, 王明珠, 赵成睿

2025, 36(01): 59-68,77. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.006

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基于改进的W-M分形函数，利用齿高和齿宽表征斜齿轮齿面的表面形貌。采用圆锥微凸体并考虑啮合过程中斜齿轮接触曲率半径的时变性建立了斜齿轮时变接触刚度模型，计算发现基于圆锥微凸体模型计算的时变啮合刚度与ISO6336-1—2006标准计算所得结果接近。研究结果表明，斜齿轮的时变接触载荷和时变接触刚度随着分形维数、特征尺度系数、量纲一接触面积、材料塑性指数的变化而表现出不同的变化趋势。

箱型结构加强筋分布及支撑位置的协同优化设计

李简1, 丁晓红1, 张轶杰2, 熊敏1, 王瀚1, 张横1

2025, 36(01): 69-77. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.007

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箱型结构内部加强筋布局及支撑位置对结构性能有重要影响。提出一种箱型结构加强筋分布及支撑位置协同优化设计方法，引入独立的支撑单元和加强筋基结构，建立箱型结构加强筋和支撑位置协同优化数学模型。通过自适应成长法对箱型结构进行加强筋优化设计，基于双向渐近结构优化方法对支撑位置进行优化，得到最优的加强筋分布和支撑位置。结果表明，相比于已知支撑位置的加强筋优化设计，协同优化得到的支撑位置和加强筋分布具有更优的力学性能。

轴承故障声发射信号的涡旋聚焦传输方法

吴冠武, 吴立群, 王洪成, 王亚星, 郭金帅, 张正, 吴佳欣, 李亮亮

2025, 36(01): 78-86. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.008

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针对滚动轴承内部供电及电信号传输难题，研究了基于声发射的轴承智能感知技术。首先，基于故障轴承转动振动特性构建声信号时序相差涡旋传输模型。然后，设计了环形中空式声超表面结构，研究了声涡旋聚焦机制及超表面透射性能，并仿真分析了故障类型与声场涡旋拓扑荷数的关联关系。最后，通过故障轴承的模拟与试验装置验证了轴承故障声发射信号的涡旋聚焦传输方法。

含转动副润滑间隙的多连杆机构动力学优化设计

陈修龙, 王爱郭, 王景庆

2025, 36(01): 87-95. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.009

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为改善含运动副润滑间隙多连杆机构的动力学特性，以二自由度七连杆机构为研究对象，建立转动副润滑间隙模型，采用拉格朗日乘子法推导出含润滑间隙机构的动力学方程，并通过试验验证了动力学方程的正确性。为优化变量，建立含润滑间隙机构动力学优化模型并利用遗传算法求解。结果表明动力学优化使滑块的加速度降低25%，转动副间隙A、B处的运动副元素之间的作用力分别减小14.8%、18.2%，有效提高了含转动副润滑间隙机构的动力学特性。

单密封带滑靴高速应用的制约因素分析

莫虎, 胡燕平

2025, 36(01): 96-103. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.010

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为研究制约单密封带滑靴高速应用的因素，计入密封带磨损轮廓，建立了滑靴副流固热耦合动力学模型，分析了转速及密封带宽度对底面油膜厚度、运行姿态、支承刚度和泄漏的影响。结果表明：高转速下，滑靴离心力矩增大时，倾角增大，底面最小间隙减小；动压效应增强时，吸油侧间隙增大，油膜刚度降低，偏磨风险增大。密封带增宽可提高滑靴底面的支承刚度，但密封带外内径比超过1.6会导致底面油膜增厚、泄漏增加。研究认为，泄漏和偏磨是制约单密封带滑靴高速应用的主要因素；在宽密封带基础上，考虑微结构以限制楔形动压效应，可能是提高滑靴允用转速范围的有效途径。

冗余机器人的笛卡儿空间螺旋线性插值轨迹规划

王志强1, 韩建海1, 2, 3, 李向攀1, 2, 郭冰菁1, 2, 杜敢琴4

2025, 36(01): 104-112. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.011

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通过分析对偶四元数与刚体运动、螺旋运动之间的关系并结合指数积公式，得到基于对偶四元数的末端位姿变换算子;根据牛顿拉夫森法，将对偶四元数用于求解冗余机器人的逆运动学数值解;根据对偶四元数的线性插值特点提出一种基于螺旋线性插值的轨迹规划方法。两种冗余机器人验证了提出的轨迹规划方法能实现笛卡儿空间平滑运动和速度可控，且在求解运动学数值解时，使用对偶四元数比齐次矩阵具有更好的稳定性和更高的解算速度。

考虑工人移动的多人共站双边拆卸线平衡问题的建模与优化

脱阳, 张则强, 谢心澜, 宋昊轩

2025, 36(01): 113-122,132. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.012

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工人移动的多人共站双边拆卸是拆卸线处理具有多属性大型产品的理想选择，因此提出一个工人移动的多人共站双边拆卸线平衡问题。以最小化的组合工作站数、高级工人数、空闲时间和疲劳指数为目标构建数学模型，并提出一种含有激励策略的樽海鞘群差分混合算法来解决拆卸线平衡问题。大规模案例验证了算法性能。所提模型与算法应用至某废旧汽车拆卸案例能得到可供企业灵活选择的多个分配方案。

面向STEP模型装配特征自动提取的装配信息模型构建

贾康1, 2, 唐竟1, 2, 任东旭1, 2, 王浩1, 2, 赵强强1, 2, 洪军1, 2

2025, 36(01): 123-132. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.013

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装配信息建模是数字化装配、智能化装配的基础，然而人工交互建模效率低下且易发生装配特征识别和装配特征配合的错误，难以满足复杂机械系统的精确建模。基于三维装配体模型隐含的装配工艺信息，以STEP模型文件为输入，研究了面向几何信息的装配特征自动提取与配合关系识别算法。进而针对装配集成信息模型的构建，从装配精度模型和装配序列规划角度提出了信息推理算法。最后基于开发的系统，通过装配实例信息模型构建证明了所提算法的有效性。

基于深度强化学习的混杂场景目标物体推抓协同策略

胡楷雄1, 宋远航1, 周勇1, 李卫东2

2025, 36(01): 133-140. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.014

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为提高机器人在混杂场景中抓取被遮挡目标物体的成功率和效率，提出一种基于深度强化学习的“推动”和“抓取”协同推抓策略。该策略利用两个深度Q网络，以RGB-D图像为输入来确定推动或抓取动作，并通过推动改变物体排列以优化抓取条件。该网络使用“抓推抓”三阶段模型训练方法显著提高了抓取能力。基于图像形态处理的方法识别并过滤低质量抓取动作，从而提高成功率和效率。实验结果表明，该方法有效提高了目标物体的抓取成功率和效率。

加载角度对6082铝合金自冲铆接接头疲劳性能及失效模式的影响

雷付煜1, 徐小旭2, 赵亚明2, 罗军1, 马超1, 徐从昌1, 李落星13

2025, 36(01): 141-151. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.015

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以6082铝合金自冲铆接为研究对象，采用拉伸试验、疲劳试验、扫描电镜观测等手段研究了接头疲劳裂纹扩展机理和微动磨损行为。结果表明：相较于0°、45°，加载角度90°的接头具有最优的静力学性能；在同一载荷水平下，接头疲劳寿命随加载角度的增大而增大；高周疲劳下的接头失效为下板开裂失效，低周疲劳下的接头失效为上板开裂和铆钉断裂；微动磨损影响接头疲劳裂纹的萌生位置和扩展路径，接头加载角度影响接头不同区域的微动磨损程度，加载角度90°的铆钉头部与上层板接触区域、加载角度0°的下板与铆钉腿表面接触区域的微动磨损最严重。

采用电阻加热工艺的复合材料二次胶接接头的拉伸剪切性能

王轩1, 姚凯飞1, 原伟强1, 王魁奎2, 于吉选2, 张毅3

2025, 36(01): 152-159. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.016

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通过试验研究了5种嵌入物对热固性复合材料二次胶接接头拉伸剪切性能的影响。试验结果显示：金属网嵌入物须进行表面处理才能提高胶接质量；电阻加热工艺制备的接头拉剪强度优于热压罐工艺；嵌入物可提高接头的拉伸剪切性能，碳纤维预浸料嵌入物的接头拉伸剪切性能最好；镍网嵌入物致密度高，对应的胶接质量优于铜网嵌入物；接头搭接区域端部存在严重的应力集中；金属网嵌入物提高了接头拉伸刚度；嵌入物接头呈现内聚破坏、黏附破坏、被胶接件纤维撕裂破坏、嵌入物破坏，剥离应力在破坏中起主要作用；断面破坏模式分布区域越不规则，胶接质量越差。

电力动车组变刚度转臂节点的半主动控制

李旭阳, 代亮成, 池茂儒, 赵明花, 周荻

2025, 36(01): 160-167,176. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.017

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为抑制电力动车组运行中由异常轮轨匹配产生的车体晃动，提出一种采用半主动转臂节点代替被动式转臂节点的解决方法。设计了具有两级刚度特性的半主动转臂节点并建立其力学模型，推导了具有可变惯性通道的半主动转臂节点复刚度表达式，并通过台架试验验证了力学模型的准确性。基于半主动转臂节点控制策略，建立了半主动转臂节点与车辆动力学的联合仿真模型，分析了不同轮轨匹配状态下半主动转臂节点对车辆动力学性能的影响。结果表明：在低等效锥度轮轨匹配状态下，半主动转臂节点能有效衰减一次蛇行对应速度区间内车体大幅值、低频的横向振动，显著减小车体横向加速度主频处的幅值；正常轮轨匹配状态下，与搭载传统被动转臂节点的车辆相比，搭载半主动转臂节点的车辆有更优的曲线通过能力和更高的临界速度。

基于人机耦合模型和肌电实验的单轨吊车司机生物力学分析

辛运胜1, 2, 金泓懿1, 张丽莉2, 宁振兵2, 白伟1, 董青1

2025, 36(01): 168-176. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.018

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针对单轨吊车井下运输的工作环境易导致司机驾驶疲劳的问题，提出了基于生物力学仿真和表面肌电实验的驾驶员操作舒适性分析方法。通过Anybody构建了驾驶员操作系统生物力学耦合模型，并对驾驶员操作过程中的疲劳特性进行了量化分析，结果表明：肱二头肌的肌肉激活度均值为0.171，肌肉力最大为106.9 N；腓肠肌的肌肉激活度为0.288，肌肉力最大为235.6 N；司机下肢整体疲劳程度大于上肢。肌电实验验证了仿真数据的准确性，相对误差小于15%，相关系数均超过0.966（P＜0.05）。

基于多维级联知识抽取的核电建造经验反馈图谱研究

李池璐1, 熊世权1, 雷玮剑2, 刘疏桐1, 李英敏2, 易茜1, 易树平1

2025, 36(01): 177-189. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2025.01.019

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针对核电装备建造过程中经验反馈时效性弱、各参与方对经验知识认知不统一、经验反馈知识复用率低等问题，将经验知识化，构建统一的经验反馈图谱。分析了经验反馈信息的特征，构建了经验反馈关键知识域结构与图谱框架；提出的多维信息感知模型和改进PCNN关系抽取模型在核电企业数据集上取得了良好效果，并基于Neo4j图数据库生成了经验反馈图谱。研究结果表明该方法可完成核电产品的隐性知识深层次检索，辅助核电专业技术与管理人员快速解析、传递经验反馈知识，实现核电建造经验反馈沉淀应用模式从以文档为中心向以知识为中心的转变。

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2025, 36(01): 190.

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