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期刊信息/Journal information
机械工程学报
机械工程学报

宋天虎

半月刊

0577-6686

jme@cmes.org cjme@263.net

010-88379907

100037

北京百万庄大街22号

机械工程学报/Journal JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERINGCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊进登机械工程方面的基础理论、科研设计和制造工艺等方面的学术论文，报道自然科学基金项目论文和国外学者的论文反映本学科的最新发展和最新科研成果。在国内外机械科技领域享有很高声誉，并有较大影响。曾荣获“中国期刊奖”，在中国科协、北京市和全国科技期刊评比中均获得奖励。在国内已成为机械类和力学类核心期刊。已被美国工程索引（EI）等国内外20余种文摘刊物和数据库收录。
正式出版
收录年代

    时变时延下喷涂机器人双边遥操作位姿控制策略

    刘亚军訾斌潘敬锋钱森...
    226-236页
    查看更多>>摘要：遥操作技术在喷涂示教任务中应用时需要保证主从端机器人位置与姿态的同步.然而,通信时延会带来遥操作系统的不稳定.为此,提出一种在工作空间中喷涂机器人双边遥操作位姿控制策略.分别建立主从端机器人的预测代理模型,通过预测代理模型互联降低时间延迟对系统跟踪性能的影响.将主从端受到的外力视为半自主反馈回路的外部激励,并配置了阻尼注入控制器,使遥操作系统实现鲁棒稳定.以Phantom Omni机器人和Franka Panda机器人分别为主端和从端搭建了遥操作喷涂示教实验平台,并进行控制策略的验证.实验结果表明,该位姿控制策略能够在系统存在时变时延条件下实现自由空间运动时的主从端位置和姿态的同步,以及在从端与环境有接触时实现系统位置和姿态跟踪误差有界以及有效的力反馈.

    喷涂机器人双边遥操作时变时延透明性

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    多冗余驱动并联机构2RPU+2UPR+RPR的动力学建模与控制策略研究

    刘晓飞陈冉万波郭孟涛...
    237-249页
    查看更多>>摘要：以多冗余驱动并联机构2RPU+2UPR+RPR为被控对象,利用虚功原理推导了该对象的动力学模型,并基于动力学模型开展了对多冗余驱动并联机构多种控制策略的对比研究.研究分为全力驱动模式和力位混合驱动模式两类,在全力驱动模式下,又分为基于关节反馈的关节PID控制和关节增广PID控制以及基于动平台广义坐标反馈的广义PID控制、广义增广PID控制和计算力矩控制,通过仿真结果分析了上述控制策略的优劣性;在力位混合驱动模式下,首先介绍了两种比较传统的力位混合控制策略,然后提出了一种新的驱动力协调控制策略,通过仿真验证所提控制策略能够在一定程度上协调位控关节驱动力.

    并联机构冗余驱动动力学协调控制

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    二自由度并联压电粘滑定位平台

    许锰杨依领吴高华崔玉国...
    250-258页
    查看更多>>摘要：针对粘滑运动的周期性循环应力易导致柔顺机构疲劳问题,设计低应力、高分辨率和无耦合的二自由度宏行程定位平台.采用双圆弧仿生柔性铰链设计柔顺驱动单元,减小应力并提高结构刚度.然后,结合压电粘滑驱动与正交导向机构,实现平台的高分辨率、大行程二维并联解耦运动.之后,采用有限元法和伪刚体模型对定位平台进行静力学与动力学分析,并通过Ansys Workbench软件对平台应力、频率和单步位移等进行仿真.最后,搭建实验平台并进行性能测试.实验结果表明:平台最大速度为9.03 mm/s,x和y向位移耦合率为0.89％和0.92％,分辨率为10 nm和11 nm,最大水平与垂直承载能力分别为1.4N和40N.实验结果验证了结构设计及理论模型的有效性.

    压电驱动粘滑运动低应力柔顺机构二自由度

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    殷瓦合金激光增材制造研究进展

    任国鑫崔泽琴丁正祥郝晓虎...
    259-272页
    查看更多>>摘要：随着中低温极端环境使役需求的增加,具有形状尺寸高度稳定特性的殷瓦合金精密器件将进一步展现其独特的重要价值.殷瓦合金激光增材制造技术有望解决中低温用复杂结构精密器件的高质量制造瓶颈.对国内外殷瓦合金激光增材制造的研究进展进行梳理总结,包括缺陷种类、缺陷形成机制、微观组织演变、制备工艺对成型构件热膨胀特性和力学性能的影响规律等,激光增材制造技术在较宽的工艺参数范围内,成功实现高致密度殷瓦合金样品的制备,且样品拥有着不亚于铸态构件的力学性能与热膨胀性能.最后概述利用激光增材制造技术制备殷瓦合金复合材料的相关研究现状,并展望殷瓦合金激光增材制造技术的发展方向.

    殷瓦合金激光增材制造缺陷显微组织热膨胀系数力学性能

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    造孔剂种类对数字光处理成形多孔Si3N4陶瓷性能的影响

    吴亚茹张振雨张扬泽吴甲民...
    273-282页
    查看更多>>摘要：多孔Si3N4陶瓷由于其优秀的性能而被应用于航空航天等领域,添加造孔剂法是一种有效制备多孔Si3N4陶瓷的方法.采用数字光处理(Digital light processing,DLP)技术结合添加造孔剂法制备多孔Si3N4陶瓷,系统地研究了淀粉、稻壳粉、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)四种造孔剂对多孔Si3N4陶瓷性能的影响规律.研究表明,造孔剂粉体颗粒比表面积的不同对浆料黏度有所影响,其中,稻壳粉比表面积最大,其浆料黏度最小.同时,陶瓷浆料中固相含量的升高会导致固化深度降低;而固体颗粒的平均粒径增大会降低对紫外光的散射,使固化深度升高.此外,造孔剂的物理性质与形态差异会对素坯与烧结样品的微观形貌产生影响,但不影响多孔Si3N4陶瓷的相转变过程与断裂方式.多孔Si3N4陶瓷的抗弯强度随着孔隙率的增加而减小,而孔隙率则与造孔剂自身的物理性质和所形成孔隙的特点密切相关.综合考虑不同造孔剂对陶瓷浆料黏度和固化深度以及DLP打印素坯的质量与烧结样品性能的影响,选用PMMA造孔剂比较合适.添加10％PMMA作为造孔剂时,多孔Si3N4陶瓷的综合性能较好,体积密度为2.66g/cm3,孔隙率为20.10％,抗弯强度为463.43 MPa.

    多孔Si3N4陶瓷数字光处理技术造孔剂孔隙率抗弯强度

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    短-连续碳纤维同步增强热塑性复合材料预浸线材制备及3D打印工艺分析

    王福吉王公硕王洪全付饶...
    283-295页
    查看更多>>摘要：碳纤维增强热塑性复合材料3D打印技术,是实现先进复合材料复杂结构件一体化制造的有效途径.由于短纤维不连续、连续纤维间基体的载荷传递能力弱,3D打印短或连续碳纤维等单一形态纤维增强热塑性复合材料的力学性能提升进入瓶颈期.发展短-连续碳纤维同步增强热塑性复合材料(Short-continuous carbon fiber synchronous reinforced thermoplastic composites,S/C-CFRTP)3D打印技术,是突破复合材料复杂结构件高质量制造技术瓶颈的重要途径.然而,由于含短纤维的基体熔融黏度大、3D打印温压时变性强,现有原位浸渍工艺难以保证基体对连续纤维的充分浸渍,导致3D打印S/C-CFRTP力学性能较差,无法满足工程应用需求.提高纤维-基体浸渍程度是实现S/C-CFRTP高质量3D打印的关键.基于离线浸渍方法,提出同步增强预浸线材制备及3D打印工艺.研究了同步增强预浸线材制备工艺路线、参数对其浸渍程度、纤维含量及抗拉强度的影响,提出了"混合-浸渍-定形"工艺路线、"小制丝速度-大出口直径"工艺参数的预浸线材高质量制造策略,其抗拉强度达448.70 MPa.同时,通过对比不同打印工艺成形样件的空隙、纤维含量和抗拉性能,发现预浸线材挤出工艺将S/C-CFRTP的空隙率降低近一半,纤维含量提高约7％,抗拉强度和模量提升约18.6％和11.6％,达约430.45 MPa和38.51 GPa.

    短-连续碳纤维同步增强热塑性复合材料预浸线材3D打印浸渍程度抗拉性能

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    薄辐板齿轮柔性化动力学模型与行波共振表征

    徐子扬魏静魏海波戚勍...
    296-308页
    查看更多>>摘要：薄辐板齿轮是广泛应用于航空齿轮传动系统的轻量化高功率密度构型,但行波共振问题突出,而动力学理论模型对前、后行波及其响应特性表征仍需进一步明晰.为此,提出一种啮合激励下薄辐板齿轮动力学模型,用以表征行波共振特性,并称之为移动载荷下柔性齿轮(Elastic gear with moving loads,EGML)模型:采用虚拟轴段法退化轮齿复杂特征,进而构建等效规则结构,并分别采用混合壳单元、Timoshenko梁单元网格化轮缘、辐板以及齿轮轴;解耦齿轮副以暴露出啮合力,其为相对齿轮转动的时变激励,故建立移动载荷数学表征以反映其时空变化特征;将啮合激励作用于全柔性化齿轮模型,并构建系统运动控制方程.设计高速齿轮传动试验以验证模型.结果表明,EGML模型能准确有效表征前、后行波共振激发工况.激励源与齿轮相对转动以及计入辐板柔性是动力学模型具有行波共振表征能力必要条件.行波共振发生时位移场呈与节径振型契合的瓣式分布,并沿周向快速迁移.研究成果能高效准确地获取薄辐板齿轮受迫响应,为评估行波共振影响提供理论依据,可用于指导薄辐板齿轮设计以规避安全运行所受共振威胁.

    薄辐板齿轮行波共振柔性化建模移动载荷响应特性

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    基于静电感应的非接触式手势解锁技术研究

    曹杰王政花镜张忠强...
    309-317页
    查看更多>>摘要：摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator,TENG)作为一种新兴的发电技术在高熵能源收集、可穿戴电子器件以及自驱动传感系统中取得了重要的发展.但是由于TENG固有的高阻抗特性,高开路电压(kV)和低短路电流(μA)使得TENG的输出表征和信号采集高度依赖昂贵的仪器/设备,与此同时较高的信号处理复杂度限制了 TENG在物联网中的实际应用.提出了一种简单有效的将TENG信号用于智能监测的信号采集和处理方法,并基于此设计制作了非接触式智能手势密码锁.以单电极式TENG为信号触发端,通过基于金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)的唤醒电路设计实现TENG触发状态的识别,然后利用微控制器(Microcontroller unit,MCU)读取MOSFET的通断状态并处理,接着将MCU与上位机程序建立通信,最后利用上位机中的信号处理程序实现非接触智能密码锁的效果演示.该工作为TENG用于智能监测提供了实践借鉴,推动了 TENG在物联网、人工智能等领域的商业化应用.

    摩擦纳米发电机信号处理智能监测物联网摩擦电子学

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    基于伯努利分布与混合驱动模型的铣削稳定性高精判断方法

    谭志朴秦国华娄维达吴竹溪...
    318-331页
    查看更多>>摘要：铣削颤振严重影响工件表面质量和生产效率,准确识别铣削稳定域对于抑制颤振、提高生产效率具有非常重要的意义.目前一般依据状态转移矩阵特征值的谱半径小于1,来判断铣削系统的稳定性.由于在铣削和锤击实验的不确定性,铣削系统的属性参数势必存在误差,极大地影响稳定性的判断结果.为此通过研究铣削过程颤振稳定性的概率特性,建立属性参数优化的SLD(稳定性叶瓣图)修正方法.首先利用Cotes积分法和Floquet理论,建立铣削稳定性的判断模型.其次利用伯努利分布概率函数等效描述稳定性判断模型,根据稳定性判断结果的伯努利分布规律提出属性参数的修正函数.最后提出基于神经网络的黄金分割法和遗传算法的属性参数优化方法,实验结果表明,提出的方法对单个叶瓣的稳定性判断准确率由69.77％提高到93.02％,整个SLD的准确率可由73.73％提升至87.29％.

    颤振Cotes积分稳定性叶瓣图伯努利分布数据驱动法优化

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    全断面岩石掘进机三维破岩理论研究

    张照煌程克凤刘书兵
    332-341页
    查看更多>>摘要：全断面岩石掘进机盘形滚刀破岩理论研究一直是领域研究热点难题之一,但在研究内容和研究方法上多以盘形滚刀线性滚压破碎岩石的试验为基础,而全断面岩石掘进机实际作业盘形滚刀是圆形滚压破碎岩石,即三维滚动破岩.据此,研制出了三维盘形滚刀并应用ABAQUS软件建立三维盘形滚刀圆形滚动破岩的有限元模型,通过分析计算盘形滚刀破岩力和不同刀间距下的破岩比能,研究三维盘形滚刀在不同贯入度下的三维最优刀间距.应用Origin软件拟合分析,提出并建立了三维盘形滚刀的三维最优刀间距确定公式.将三维盘形滚刀和确定的三维最优刀间距理论应用于某TBM刀盘并与原刀盘主参数对比,发现采用三维盘形滚刀和三维刀间距的刀盘比原刀盘的推力减小15.8％,扭矩减小22.05％,验证了三维盘形滚刀和三维刀间距布置盘形滚刀可有效提高TBM的破岩效能.

    全断面岩石掘进机三维盘形滚刀三维刀间距主参数有限元计算

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