期刊,机械工程学报 2024年卷17期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

机械工程学报

主　　编：宋天虎

出版周期：半月刊

国际刊号：0577-6686

电子邮箱：jme@cmes.org cjme@263.net

电　　话：010-88379907

邮政编码：100037

地　　址：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

面向骨折复位手术的冗余并联机构:设计、建模与性能分析

梁旭张建勇李国涛苏婷婷...

133-146页

查看更多>>摘要：针对并联骨科机器人在微创骨折复位手术中工作空间相对较小、规避奇异位形能力相对较弱等问题,提出一种基于Gough-Stewart平台(Gough-Stewart parallel mechanism,GSPM)的新型运动学冗余并联机构.对所提新型冗余并联机构进行了介绍,建立了该新型机构的运动学模型,并对其工作空间进行了仿真.基于三点法构建了维度齐次雅可比矩阵,比较了该新型并联机构和GSPM的灵巧性与奇异性.采用多变量多目标优化方法对所提出的新型并联机构的几何参数进行了优化.最后,在3D打印样机上进行了实验,实验结果表明:相比GSPM,新型并联机构的工作空间体积扩展了 273.5％,且灵巧性更优,验证了仿真和分析方法的有效性.

关键词：

冗余并联机构工作空间多目标优化奇异性灵巧性

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可用于微创手术的毫米级微小并联机器人的设计、制造及实现

田波娄军强沈家旭柳丽...

147-155页

查看更多>>摘要：压电驱动的并联机构具有精度高、刚度大及动态特性好的优点,可实现结构小型化,在微创手术操作领域具有广阔应用前景.提出了一种可用于微创手术的毫米级压电驱动并联机器人.所设计微小机器人由两片压电双晶片驱动,通过设计仿蜻蜓扑翼四杆放大机构将致动器的微小驱动位移转化为末端基臂杆的大范围转动,引入平行四杆机构提高机器人的运动刚度和稳定性.建立了机器人速度雅可比矩阵,通过分析灵巧度和全域性能等运动传递指标对机器人杆件尺寸进行优化.提出基于智能复合微结构的激光微加工和多层复合层压工艺,实现了微小机器人从复杂三维空间多杆件结构到多层材料平面加工、层压、释放及装配的一体化制造.微小机器人整体尺寸为21mm×26mm×5.6mm,质量为3.05 g(包含压电双晶片).搭建实验平台开环测试了微小机器人在重复跟踪水平直线、竖直直线、圆及正弦轨迹下的运动性能.在55V电压激励下,实测机器人在开环重复跟踪水平和竖直直线的运动行程、相对误差、准确度均方根误差和重复度均方根误差分别为2.12 mm,0.93％,19.7 μm±0.5 μm,8.5 μm±0.4 μm 和 2.01 mm,0.52％,10.5 μm±0.4 μm,4.9 μm±0.2 μm.实验证实了所设计微小并联机器人具有良好的轨迹跟踪精度和重复定位精度.

关键词：

仿生放大机构层压工艺智能复合微结构并联机构压电致动器

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紧凑型刚柔耦合腰部康复机器人设计与分析

郑思远田俊杰王立鹏刘世创...

156-166页

查看更多>>摘要：腰椎间盘突出等腰部疾病多由脊柱失稳所致,从该致病成因出发,基于中医"椎曲论"提出一种新型腰部康复机器人.首先,为面向腰部疾病临床康复需求,机器人采用刚柔耦合的结构形式,其主要包括由一组柔性驱动器构成的柔性曲度拟合机构和基于3-PRS并联机构的刚性并联调姿机构,可实现腰椎曲度的精准调节;并基于模块化、小型化设计理念,将各模块紧凑布置,便于在家庭中使用.其次,为确保多柔性驱动器末端拟合曲线的平滑性,计算在不同曲率时各单体驱动器伸长量间的关系.之后,考虑纤维嵌入式气动肌肉的结构特点,建立柔性驱动器的静态数学模型,并基于螺旋理论求解3-PRS并联机构的位置反解.最后,开展柔性驱动器静态特性试验与并联机构运动性能试验,并通过人机交互力与肌电信号的采集、分析,对机器人的康复性能进行评估.结果表明,该腰部康复机器人能够实现预定的康复功能,是一款应用前景良好的腰部康复设备.

关键词：

腰部康复刚柔耦合柔性驱动器并联机构性能分析

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基于增量谐波平衡法的一维强非线性多自由度波动问题算法研究

王鸿宇王雪峰赵剑张健...

167-178页

查看更多>>摘要：针对采用高阶基函数的增量谐波平衡法(Incremental harmonic balance,IHB)在分析多自由度非线性介质的带隙性质时存在计算量大且不易收敛的问题,提出一种改进的IHB方法以高效求解外部激励确定情况下频率已知而波矢未知的非线性波动问题.该方法将原始波动方程转化为具有任意自由度和任意阶数基函数的时滞微分方程(Delay differential equation,DDE),并构造Jacobian矩阵的解析式,利用快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)代替数值积分,并通过收敛性分析确定最小展开阶数及稳态解.以分数非线性(基于赫兹接触定律的晶格)和立方非线性(基于立方弹簧的晶格)模型为例,分析晶格结构的带隙性质.结果表明,当系统处于强非线性时,采用高阶基函数才可获得收敛的稳态解,且计算效率提高220余倍.已知频率计算波矢时的稳态解的收敛性高于已知波矢的情况.非线性强度可以调控带隙的频段和宽度,且非线性越强,带隙的调控范围越大.

关键词：

强非线性增量谐波平衡法波动问题时滞微分方程带隙性质

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PSD引导的自适应频带划分方法及其在轴承故障诊断中的应用

汪煜坤易彩汪浩周秋阳...

179-193页

查看更多>>摘要：虽然频带划分方法在定位故障共振频带方面取得了很大的成就,但仍然存在共振频带定位不准确的问题.针对定位并提取轴承故障所产生的共振频带较难这一问题,提出一种自适应频带划分方法用于提取轴承故障产生的共振频带.该方法的核心是利用信号的功率谱密度(Power spectral density,PSD)与高斯核函数不断的进行迭代卷积,经过卷积后的PSD曲线会变得更加平滑,再以卷积后的局部极小值点作为自适应频谱划分的边界,随后利用平方包络谱谐波干扰比(Squared envelope spectrum harmonic-to-interference ratio,SESHIR)铺设多层次谱平面,以最大的平方包络谱谐波干扰比来确定共振频带,进行包络解调分析以提取故障特征.通过仿真和实验数据分析,证明该方法能够提取出共振频带,识别出轴承中的故障信息,比快速峭度谱(Fast kurtogram,FK),Autogram以及变分模态分解(Variational mode decomposition,VMD)具有更加良好的性能.

关键词：

轴承故障诊断自适应频谱划分功率谱密度平方包络谱谐波干扰比

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半主动三附气室空气弹簧吸振器特性分析

陈耿彪刘志文尹来容易继军...

194-207页

查看更多>>摘要：为了克服被动吸振器吸振带宽窄的局限性,利用空气弹簧的变容积-变刚度特性,采用"复合频响曲线"法的半主动控制策略,设计出一种三附加气室空气弹簧吸振器.建立无源式三附加气室空气弹簧的非线性模型,通过线性化得到空气弹簧的系统传递函数,导出空气弹簧固有频率的解析表达.基于非线性空气弹簧模型,建立了有源式空气弹簧的开环和闭环(PI控制)气动伺服模型,并经过仿真观测了其变容积-变刚度特性.实验采用FFT算法获得激励频率的估计值,基于零极点匹配法设计出无限脉冲响应(Infinite impulse response,IIR)滤波器补偿网络以校正速度传感器带宽,验证了有源式三附加气室空气弹簧的吸振特性.实验结果表明,在有源环境下,通过实时改变附加气室的工作个数,实现了空气弹簧的固有频率有级可调,并跟随激励频率,拓展工作频带,被控对象在1～10Hz内的共振被有效消除.

关键词：

空气弹簧吸振器附加气室半主动控制复合频响曲线法零极点匹配法

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基于障碍网络颗粒阻尼器的悬臂梁减振特性研究

蒋捷杨元龙强陈闫超群...

208-222页

查看更多>>摘要：障碍网络颗粒阻尼器是一种在颗粒阻尼器中内置三维网络的减振装置,通过增加颗粒与网络的碰撞与摩擦改变颗粒阻尼器的耗能特性.为研究障碍网络颗粒阻尼器附着在结构上的中低频减振特性,首先在填充比90％及颗粒粒径为2 mm条件下,试验研究了附加障碍网络颗粒阻尼器后的悬臂梁结构在20～800 Hz频段的振动特性.其次,测量了特定频带(20～800 Hz)和激励范围(1～10g)下颗粒阻尼器与障碍网络颗粒阻尼器的损耗因子.最后通过离散元仿真探明了三维网络对附加在悬臂梁上颗粒阻尼器的能量损耗和颗粒运动的影响.研究结果表明,三维网络对于不同振动情况下有不同的影响,就悬臂梁而言,在一阶共振峰处(20 Hz)的减振效果较差,而在二阶(185 Hz)及三阶(520 Hz)共振峰处减振效果明显优于颗粒阻尼器.其原因在于在低频段颗粒运动幅值较大,网络会阻碍的颗粒的运动导致耗能降低;而在中频段网络打破颗粒的团聚效应,使更多的颗粒参与到耗能过程中,有效提升了颗粒阻尼器的阻尼性能.

关键词：

颗粒阻尼障碍网络悬臂梁损耗因子能量耗散

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斜杆拉簧负刚度机制的恒值准零刚度超低频隔振设计

赵峰秦浦杜文辽王才东...

223-234页

查看更多>>摘要：准零刚度隔振器相比线性隔振器,具有宽频、低传递率的优良隔振性能,是一种应用前景较好的被动式隔振器.但单个静态平衡点的准零刚度隔振器在变承载质量隔振、大幅激励隔振方面存在问题,因此基于斜杆拉簧恒值负刚度机制构造了恒值准零刚度隔振器,推导出了恒值准零刚度、非恒值准零刚度、零刚度的参数条件,分析了参数影响下的准零刚度特性和规律.设计并制造了实验模型,根据恒值准零刚度参数条件装配实验模型,通过万能试验机获得了实验模型的力位移曲线,与理论预测值一致性较好,验证了静态分析理论.随后采用Polytec激光测振仪和振动台对恒值准零刚度实验模型开展了动态实验,获得的实验传递率与理论预测值一致性较好,具有起始隔振频率接近1 Hz的较宽频带和较低传递率幅值.

关键词：

隔振准零刚度恒值准零刚度阻尼实验

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3D打印中的分层计算研究进展

黄金杰赵欣

235-262页

查看更多>>摘要：3D打印为产品设计和制造方式带来了新的变革,同时也给分层工艺规划带来了新的挑战.为了提升制造质量,首先对分层计算优化问题进行了回顾,并简要阐述了各种处理方法,特别关注了多自由度增材制造系统在3D打印分层制造中的优势.接着,围绕近年来3D打印分层计算领域取得的重要成果,从平面分层策略和非平面分层策略两个角度,分析了这些研究的目标、算法思想以及研究成果.然后,讨论了前沿3D打印技术的分层计算研究进展,特别是从闭环打印控制和新型制造两个方向,揭示了 3D打印分层技术的最新发展.最后对这些研究成果进行总结,并结合当前的技术发展水平,从研究和应用角度提出了尚待解决的问题和未来的发展方向,以期进一步推动3D打印优化研究的持续发展.

关键词：

3D打印增材制造分层策略自适应分层曲面分层

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吸热墨水喷射3D打印实验平台研制与自制墨水打印试验研究

孙江涛张净凯程坦范志永...

263-271页

查看更多>>摘要：基于吸热墨水喷射3D打印原理设计开发了实验平台,主要包括机械运动系统、喷头与供墨系统、粉床加热系统以及控制与软件系统,共四个子系统.实验平台能够对粉末床预热温度、移动加热灯功率与速度、喷墨密度等工艺过程参数进行控制,并借助红外热像仪能够实时监测粉床温度分布.在此基础之上,用商业水性黑色染料墨水与自制炭黑墨水进行了单层打印实验,发现在移动加热灯照射功率1 500W、累计照射时间为25 s时,使用自制墨水用于打印可使成形区与非成形温度差达到46 ℃,而使用商业墨水的温度差为7.1 ℃,说明自制炭黑墨水能够显著增强高分子粉末吸收红外辐射能量的能力.该吸热墨水喷射3D打印实验平台可为新材料开发和新工艺探索提供开放式平台,并为其他类型3D打印实验平台的自主开发提供有益借鉴.

关键词：

吸热墨水喷射3D打印高分子

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