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中国机械工程

中国机械工程

2026年03期

《中国机械工程》由中国科协主管、中国机械工程学会主办，是中国机械工程学会会刊，是中国机械工程领域的权威期刊。曾入选国家期刊方阵“双高”期刊，获三届国家期刊奖、三届全国百强科技期刊。

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机械基础工程 | 难加工金属材料切削表面完整性预测与调控

机械基础工程 | 难加工金属材料切削表面完整性预测与调控

摘要：切削表面完整性是已加工表面层几何、物理、化学和机械性能的综合体现，由切削过程中的力热载荷及材料去除模式调控，直接影响零部件产品服役性能及寿命，深入研究调控策略对切削表面完整性的影响机制，是实现高完整性表面加工的基础，对优化难加工金属材料的切削工艺具有重要意义。从几何特征、微观组织结构和表面层力学特性的角度对难加工金属材料切削表面完整性指标进行分类，综述切削表面完整性预测模型建立的方法。阐述难加工金属材料切削表面完整性调控方法的研究进展，比较刀具优化、工艺优化、多能场辅助加工和预处理等对切削表面完整性的影响机制差异。对切削表面完整性预测模型的机制以及调控策略的通用性进行探讨，展望切削表面完整性未来研究重点。
机械基础工程 | 负泊松比管状支架结构的压缩刚度特性分析

机械基础工程 | 负泊松比管状支架结构的压缩刚度特性分析

摘要：负泊松比结构具有独特的结构特性以及高能量吸收、形变适应性好等力学性能，被广泛应用于工程领域。针对负泊松比结构管状支架在工程应用中的性能优化问题展开研究，通过结构设计与力学分析相结合的方法，系统探究了管状支架的抗压性能。基于负泊松比结构特有的向内收缩变形特性，设计制备了4种新型管状支架结构，结合物理压缩试验和数值模拟，通过分析应力分布和载荷位移曲线，构建了峰值载荷、能量吸收量及压缩刚度等多维度评价体系。结果表明，FB-H结构在径向持续受压时稳定性最优，抗压强度与FB-X结构和FB-S结构相比分别提高了 42% 和 123% 。轴向载荷下不同结构呈现出差异，FB-X和FB-S结构支架刚性高，可适用于要求支撑稳定场景；FB-N和FB-H结构支架柔性好，可适用于较大变形场景。
机械基础工程 | 基于复合结构抛光工具的铜衬底线性液动压抛光加工

机械基础工程 | 基于复合结构抛光工具的铜衬底线性液动压抛光加工

摘要：为改善铜衬底表面形貌，提出复合结构抛光工具的设计方法。依据线性液动压原理以及材料去除模型，进行液动压力流场特性的数值模拟分析，验证模拟数据的准确性，厘清铜衬底线性液动压抛光加工工艺参数对表面形貌的影响规律。研究表明：复合结构比单一的螺旋结构、不等距槽宽结构、变厚度结构液动压力均值更大、标准差更小，复合结构综合了螺旋结构材料去除率高、不等距槽宽结构和变厚度结构抛光表面形貌均匀性好的优点；工艺参数为抛光时间 45min 、抛光转速 24000r/min 、抛光间隙 20μm 时，表面粗糙度参数 Sa,Sq,PV 分别优化为 4.778nm,6.086nm,9.900nm 。
机械基础工程 | 磁-重力耦合悬垂平衡的全向倾角传感器优化设计

机械基础工程 | 磁-重力耦合悬垂平衡的全向倾角传感器优化设计

摘要：现有磁效应式倾角传感器测量方向受限、结构复杂，为此提出了一种基于磁-重力耦合设计的悬垂式重力平衡全向倾角传感器。通过有限元仿真确定了永磁体尺寸与检测气隙的工程优化参数；分析了系统小扰动下自然回归过程中滚珠材料和接触面几何参数对接触特性的影响，优化了球冠凹面尺寸设计与滚珠材质选型。在校准实验中，验证了仿真模型的有效性。通过标定实验建立X、Y双轴磁场信号与位移、位移与角度的映射模型，以及 Z 方向磁场信号与倾角的解析模型，两者结合可实现倾角 θ 与方位角 φ 的同步解析。为充分利用各磁场分量在不同倾角区间的响应特性，提出分段式倾角解算策略。验证实验表明，该传感器在测量范围 -20^°～20^° 内，不同方位角下最大倾角测量误差不超过 ±0.3^° 。
机械基础工程 | 动力学模态解耦的工业机器人加工颤振规避方法

机械基础工程 | 动力学模态解耦的工业机器人加工颤振规避方法

摘要：针对机器人加工过程的颤振规避问题，提出了一种动力学模态解耦的工业机器人加工颤振规避方法。建立了某一确定位置下不同姿态的机器人动力学微分方程；分别对再生型颤振和振型耦合型颤振进行稳定性分析，将机器人可达姿态判定为稳定姿态或颤振姿态;分别推导机器人再生型颤振和振型耦合型颤振的稳定性判据，得到不发生再生型颤振和振型耦合型颤振的姿态。依据这些稳定性判据,选择稳定姿态和颤振姿态，开展了机器人锤击实验和机器人加工状态下的颤振规避实验。实验结果验证了所提方法的有效性。
机械基础工程 | 含间隙空间并联机构刚柔耦合动力学分析与试验

机械基础工程 | 含间隙空间并联机构刚柔耦合动力学分析与试验

摘要：为了精确预测空间并联机构在运动副间隙与构件弹性共同作用下的动力学特性，以3-RRPaR空间并联机构为研究对象，建立了含间隙机构刚柔耦合动力学模型，并采用四阶龙格-库塔法和广义-α算法对动力学模型进行求解；对比分析了含间隙刚体动力学模型与含间隙刚柔耦合动力学模型的动平台位移、速度和加速度等动态输出响应，并搭建试验平台验证了动力学分析结果的正确性。研究结果表明，构件的弹性变形会加剧机构的速度和加速度波动，间隙值的增大会导致动态输出响应的波动增大。
机械基础工程 | 负半径滚子直动推杆盘形凸轮机构运动保真及其解域研究

机械基础工程 | 负半径滚子直动推杆盘形凸轮机构运动保真及其解域研究

摘要：负半径滚子机构运动失真问题极易发生、非常突出。通过揭示凸轮理论轮廓、工作轮廓为异向等距曲线，获得了基于凸轮理论轮廓的运动保真新判据。以基圆半径和偏距构造二维坐标系，采取离散-遍历方法，发现必失真/或失真取值域，提出非滚子型/滚子型失真的新概念。讨论了行程、往程/返程运动角以及运动规律对必失真区域的影响。以滚子半径建立垂直数轴，分析了两类滚子半径取值分布特征。基于上述坐标系和数轴构建三维坐标系，获得了运动保真的解域和非解域，深入剖析了两类非解域内的“燕尾交叉I型/Ⅱ型"两类凸轮轮廓形貌特征。运动保真解域直观阐释满足运动保真条件的凸轮基本参数取值域、机构最小尺寸解等。通过设计案例验证了所提出理论与方法的正确性和有效性。
机械基础工程 | 面向夹层结构柔顺度优化的代理模型辅助差分进化算法

机械基础工程 | 面向夹层结构柔顺度优化的代理模型辅助差分进化算法

摘要：夹层结构因其高刚度-质量比特性而被广泛应用于航空航天等领域，其优化设计时的柔顺度仿真分析计算成本显著高于重量约束，但现有同类型方法假设目标与约束评估成本等价而导致优化适应性差、效率低下。为此，设计了基于可行率划分的约束-目标两阶段优化架构，为实时优化轨迹匹配适应性优化方向。第一阶段提出探索型变异-约束松弛筛选及开发型变异-不确定度筛选的双子代种群协同优化策略，从而同步提高约束优化水平与代理模型可靠性，并设计了部分评估策略以节省高耗时目标评估；第二阶段结合可行解聚类分析与动态阈值划定搜索类型，自适应调整代理模型建模与进化策略。在3种经典载荷下，该算法相较于梯度算法及其他最先进的同类型算法均获得最优结构，证实了其在实际应用中的有效性。
机械基础工程 | 超高压水射流自驱旋转喷头空间布局优化

机械基础工程 | 超高压水射流自驱旋转喷头空间布局优化

摘要：为提高超高压水射流旋转喷头水动力性能与除锈效率，提出了一种基于粒子群优化算法的布局优化策略。通过分析旋转喷头的运动特征，建立了扫掠冲击轨迹模型、累计冲击持续时间模型和自驱旋转模型，其中，自驱旋转模型揭示了喷嘴布局对自旋转速度的影响，并为冲击角设定提供理论依据。以水射流能量分布均匀性和扫掠冲击宽度为衡量标准，构建了双目标优化模型，并采用粒子群优化算法求解最佳喷嘴空间布局;结合自驱旋转模型确定对应冲击角参数。最后，以浙江修造船企业常用的“一”字形16喷嘴旋转喷头为例，进行了实际优化试验，结果表明，经优化后喷头的扫掠冲击能量分布均匀度较原设计提高了 22.81% ，除锈效率提高了约 11.2% 。
智能制造 | 薄壁筒件机器人铣削颤振识别及抑制方法研究

智能制造 | 薄壁筒件机器人铣削颤振识别及抑制方法研究

摘要：针对机器人在铸造类薄壁筒件断续开槽铣削应用中易发生颤振导致零件表面质量降低的问题,提出一种基于功率谱熵差和变转速的颤振在线识别及抑制方法。基于薄壁件铣削工况分析确定颤振类型及不同铣削状态特征；结合功率谱熵差与均方根值进行铣削状态识别，并针对早期颤振频率易被淹没的问题，提出一种主轴转频及其倍频快速去除算法；结合多组试验明确铣削参数对颤振的影响，采用离散变转速法进行颤振抑制并制定主轴转速更新策略；开发了颤振在线监测及抑制系统并进行变转速颤振抑制试验。试验结果表明，该方法可有效识别出空转、稳定和颤振状态，且颤振抑制后振动加速度幅值降低约 37.3% ，加工槽底表面粗糙度值降低约 34.7% 。
智能制造 | 基于一维结构图熵的滚动轴承早期故障检测

智能制造 | 基于一维结构图熵的滚动轴承早期故障检测

摘要：针对滚动轴承早期故障难以准确识别问题，提出了一种基于一维结构图熵的故障检测方法。设计了一种将时间序列重构为空间结构的图模型，能够有效提取轴承状态特征。通过对信号短时功率谱进行完全图建模，获取了时频能量分布复杂性变化特性。利用熵对信号非线性描述的优点，定义一维结构图熵度量模型结构的复杂性变化，并将其均值作为健康指标来评估轴承健康状态。理论解释和数值化分析了健康指标对运行状态的区分机制，并根据特点设计了自适应检测方法。该方法分别在XJTU-SY、IMS、PHM数据集以及纸浆工厂数据集上进行实验验证，结果显示该方法无需任何参数调整即可准确识别故障状态。与均方值、同步伪速度校正均方值、方差、峰度等方法相比，所述健康指标具有更好的鲁棒性和趋势性。
智能制造 | 基于NSST4-SVD-DBN的带式输送机托辊轴承故障诊断方法

智能制造 | 基于NSST4-SVD-DBN的带式输送机托辊轴承故障诊断方法

摘要：针对带式输送机托辊轴承故障所产生的特征信息难以提取，以及故障诊断识别准确率低、鲁棒性差的问题，将二重四阶同步压缩变换(NSST4）、奇异值分解(SVD)与深度置信网络(DBN)相结合，提出一种带式输送机托辊轴承声信号故障诊断方法。利用逐次变分模态分解(SVMD)对声信号进行处理以增强故障特征的可辨识度。通过NSST4将处理后的一维信号转换为二维时频矩阵，并将该矩阵作为特征矩阵输入。采用SVD技术对特征矩阵进行降维处理，提取出能够表征托辊轴承状态的关键奇异值向量。这些奇异值向量随后被输入DBN中，DBN核心参数通过改进的麻雀搜索算法(ISSA)进行优化，以提高模型的识别性能。通过模拟故障实验和现场实验进行了测试，验证了所提方法的有效性。在托辊轴承的模拟故障实验中，所提方法实现了 97.91% 的准确率。与其他5种方法对比发现，所提方法准确率最高，且平均绝对误差(MAE)最低。在现场实验中，识别准确率可达 96.57% 。
智能制造 | 基于改进的EfficientNetV2和UNetTSF的刀具磨损状态识别及预测方法

智能制造 | 基于改进的EfficientNetV2和UNetTSF的刀具磨损状态识别及预测方法

摘要：针对刀具在机磨损状态监测问题，为提高刀具磨损预测的准确性，提出了一种融合格拉姆角场（GAF）、改进的EficientNetV2轻量级网络和UNetTSF时序预测模型的新型监测模型GAF-iEfficientNetV2-UNetTSF。该模型采用先分类后预测的策略，采集刀具加工过程中的力信号，并使用分段聚合技术实现特征降维，利用格拉姆角场分别对三向力信号进行编码，得到三组单通道图像，并将同一时序下的三组单通道图像堆叠成三通道图像。构建改进的EficientNetV2训练网络进行特征的自动提取和分类以实现刀具磨损状态识别。针对最关键的刀具磨损状态，利用UNetTSF模型进行磨损值预测，以实现精确预判。通过对比实验，验证了该模型在刀具磨损状态识别任务中的高准确率以及磨损值预测方面的高精度，为刀具磨损状态监测领域提供了一种更精准的监测方法，对提高工业生产效率和降低维护成本具有重要意义。
智能制造 | 基于多级形状记忆合金驱动的变弯度机翼多状态变形模糊控制

智能制造 | 基于多级形状记忆合金驱动的变弯度机翼多状态变形模糊控制

摘要：融合形状记忆合金(SMA)和柔性结构的连续变弯度机翼设计是未来变形机翼的重要发展方向之一。为应对复杂飞行环境和变形需求，机翼需具备不同弯度状态的变形调节和精确控制能力。为此，搭建了一个由三级SMA丝状驱动器和模块化柔性结构组成的变弯度机翼结构，并提出了一种多状态变形模糊控制算法。通过开环测试建立基于最小能耗和加热级数的控制逻辑，进而设计了多级模糊PID控制算法，以应对SMA非线性驱动特性及载荷变化等不确定因素，确保机翼在不同变弯度状态下的精确变形控制。实验结果表明，所提多状态模糊控制算法能够有效实现不同变弯度状态下的精确变形控制，相较于普通PID,调节时间明显缩短，平均绝对误差和最大超调量均得到有效改善，同时具有较好的鲁棒性。
智能制造 | 基于多尺度域生成网络的冷水机组故障诊断

智能制造 | 基于多尺度域生成网络的冷水机组故障诊断

摘要：针对领域泛化方法依赖于多个源域数据进行模型训练，但是冷水机组的多工况运行数据获取困难的问题，提出了一种基于多尺度域生成网络（MSDGN）的冷水机组故障诊断方法。利用多尺度编解码卷积神经网络提取源域数据的多尺度特征，引入可学习权重参数动态调整各尺度特征的重要性以增强扩展域的多样性;利用焦损失加强对语义不一致样本的惩罚力度，提高扩展域的语义一致性。结合反向度量学习策略和域分类器最大化源域与扩展域的分布差异，实现训练数据的多样性；采用域对抗策略提取源域和扩展域的域不变特征，引入三元组损失最小化多域之间的分布差异，实现对未知工况的故障诊断。通过生成扩展域来提高模型在未知工况下的故障诊断性能。利用ASHRAE1O43-RP数据集和某城市地铁数据集对所提方法进行了实验验证。ASHRAE1O43-RP数据集实验结果表明，该方法能够在目标工况不可见的情况下有效识别故障，最高诊断正确率高达 98.19% 。地铁数据集实验结果表明，该方法在真实场景中有一定的实用性。与现有方法相比，所提方法具有更好的故障诊断效果。
智能制造 | 基于双流卷积神经网络的表面肌电信号上肢动作识别

智能制造 | 基于双流卷积神经网络的表面肌电信号上肢动作识别

摘要：为提高基于表面肌电信号的上肢动作识别精度，验证意图识别模型在实际康复机器人上的应用，提出了一种基于双流卷积神经网络的表面肌电信号上肢动作识别方法。采用小波阈值去噪、带通滤波、全波整流与包络平滑，并以滑动窗口进行样本构建。对原始肌电信号进行变分模态分解和离散小波包变换，同时提取突出的本征模态函数和离散小波包变换系数作为模型两个分支的输入进行高层特征的学习。采用时间卷积网络捕捉特征中的时间动态信息和全局依赖关系，最终通过特征融合模块实现高层特征信息的融合。所提方法在公开数据集NinaproDB4/DB5和自采的6类上肢动作数据中，平均识别准确率分别达到了 93.43%.92.37% 和 97.54% ，并且在上肢动作识别实验中5名实验人员的6类上肢动作的平均识别准确率达到了 87% 。
先进材料加工工程 | 基于Kuhn屈服准则的锂离子电池极片辊压力建模与分析

先进材料加工工程 | 基于Kuhn屈服准则的锂离子电池极片辊压力建模与分析

摘要：辊压是锂离子电池极片制造过程中的重要工序，辊压力是极片辊压的重要参数，由于电池极片的特殊结构，辊压力难以预测。为解决这一问题，基于粉末成形领域的Kuhn屈服准则，建立了一种锂离子电池极片辊压过程单位压力分布预测模型，并通过辊压实验对模型进行了验证。结果表明，模型计算结果与实验数据吻合良好，对单位宽度压力的预测误差保持在 10% 以内。进一步研究分析了辊缝内单位压力与摩擦应力分布特征，分别讨论了压下率与轧辊直径对单位宽度压力与单位宽度力矩的影响，研究结果显示，随着压下率和轧辊直径的增大，单位宽度压力与单位宽度力矩均随之增大。
先进材料加工工程 | 大型高压阀体多向模锻成形工艺及晶粒组织演变预测

先进材料加工工程 | 大型高压阀体多向模锻成形工艺及晶粒组织演变预测

摘要：针对材质为4130钢的某7-15K大型闸阀阀体，提出了一种多向模锻成形工艺，并通过数值模拟预测了锻件内部组织的演变规律。基于4130钢的真应力-应变数据，构建了动态再结晶体积分数模型和晶粒尺寸模型，通过对比模型求解值与金相得到的试验数据，验证了模型的可靠性；将构建的模型集成至有限元分析软件中，对阀体的多向模锻成形过程进行了数值模拟。基于温度场和应变场的耦合分析，系统研究了4130钢阀体组织的演变规律，并针对完全再结晶区域和不完全再结晶区域提出了两种不同的晶粒组织均匀性评价方法。结果表明，与传统的锻造工艺相比，多向模锻成形工艺能够有效提高材料的塑性、锻件的力学性能和材料内部的变形均匀性。
先进材料加工工程 | 并行超声振动切削对钛合金轴表面完整性的影响研究

先进材料加工工程 | 并行超声振动切削对钛合金轴表面完整性的影响研究

摘要：针对钛合金轴类零件加工表面质量保障困难，提出一种基于超声振动的双刀具切削协同的切削方法，即并行超声振动切削。分析了并行超声振动切削原理与切削模式，研究了刀具-工件的运动轨迹和分离切削条件。研究了并行超声振动切削与单刀具普通切削、双刀具普通切削（并行切削）、单刀具超声振动切削等四类切削工艺对其表面完整性（包括表面粗糙度及加工表面形貌、表面残余应力、显微组织与表面硬度)的影响规律。试验结果表明：并行超声振动切削与单刀具超声振动切削显著降低了加工表面粗糙度，增大了变形层厚度和表面硬度，但表面残余应力增大；并行切削和并行超声振动切削的表面残余应力减小，表面粗糙度增大。并行超声振动切削兼具并行切削与振动切削优势，具有较低表面粗糙度的同时减小表面残余应力，提高表面显微硬度及硬化率，进一步增强材料性能。
工程前沿 | 考虑曲率扰动的车辆自适应预瞄路径跟踪算法

工程前沿 | 考虑曲率扰动的车辆自适应预瞄路径跟踪算法

摘要：路径跟踪控制在无人驾驶车辆运动控制中至关重要，其控制性能易受到道路曲率快速变化的干扰。提出了一种面向曲率扰动抑制的自适应预瞄路径跟踪控制方法以提高系统在复杂道路环境下的鲁棒性与精度。通过将扰动项嵌入状态向量构造增广线性二次调节问题，并采用高阶Riccati方程降维求解策略进行求解。随后，经频域响应分析验证预瞄控制器的可行性。依据车速和远端预瞄点曲率设计动态调整预瞄步数的自适应调节策略，实现对预瞄距离的在线优化。硬件在环仿真与实车测试验证了路径跟踪算法提高路径跟踪精度与改善行驶稳定性的有效性。
工程前沿 | 分布式全液压压裂车驱动系统振动溯源及抑制

工程前沿 | 分布式全液压压裂车驱动系统振动溯源及抑制

摘要：针对泵控马达液压系统因固有频率低、阻尼比低且较恒定导致的系统振动问题，以某公司的318E分布式全液压压裂车为研究对象，采用实验与经典控制理论相结合的方式进行振动溯源及抑制。对压裂车进行实验，通过频域特征分析，初步确定振动源于压裂泵激励频率与液压系统固有频率相近。进一步建立泵马达系统数学模型，确定液压系统固有频率。建立压裂泵理论模型，明确特定流量下压裂泵工作转矩波动频率与液压系统固有频率相近导致系统振动。通过引入蓄能器，降低液压系统固有频率至压裂车不常用流量以避开振动。现场测试结果表明，相较于未增加蓄能器的原系统，液压系统压力振动峰值降低了 60% 以上，液压系统的寿命及可靠性显著提高。
工程前沿 | 信赖域与增广拉格朗日算法融合的光电吊舱静平衡配平优化

工程前沿 | 信赖域与增广拉格朗日算法融合的光电吊舱静平衡配平优化

摘要：为解决因光电吊舱的质心偏移导致的不平衡力矩问题，提出了一种融合信赖域框架的偏心参数估计方法和增广拉格朗日法的配平优化算法。通过构建质心偏移的数学模型，利用信赖域偏心参数估计方法实现高精度偏心参数估计。将配平优化问题建模为最小化不平衡力矩和配重质量的多目标优化任务，利用 ε 约束将多自标问题转化为单自标优化问题；在每一次更新e值后，利用增广拉格朗日法，得到Pareto解集；使用加权和的方法确定最终解。经4kg和 10.5kg 光电吊舱各50组的实验，偏心距和偏心角误差分别达 10^-6 量级和 0.1^° 量级；配平后不平衡力矩合格率分别为 96% 和 100% 。结果表明，所提算法能够快速准确地找到最优配平方案，为光电吊舱静平衡配平提供了可靠的理论方法与实验依据。
学会资讯 | 2026工业母机产业链高质量发展大会（一号通知）

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工业母机技术密集、产业链关联度强，是高端装备制造的核心基础，已成为制造强国之间科技竞争的关键领域，具有重要的战略基础地位。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》提出，将完善新型举国体制，采取超常规措施，全链条推动包括工业母机在内的重点领域关键核心技术攻关取得决定性突破。为集中展示我国在这一领域的重大技术突破与创新成果，搭建“产学研用金政”一体化的高端交流平台，促进技术合作、产

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