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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。
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    (2-UPU+SPR)+(2-UPU+RPS)非对称混联机构末端约束及自由度分析

    牟德君陈先岭常雪龙胡波...
    272-282页
    查看更多>>摘要：以往混联机构的研究未对其少自由度特性进行深度解析,针对其末端约束和自由度形态的认知尚存在不足.研究一种新型(2-UPU+SPR)+(2-UPU+RPS)机构的末端约束和自由度的求解问题,通过建立两个约束螺旋3系交集求解的解析模型求解该混联机构的末端约束.对该机构自由度组成原理进行了分析,将其末端约束求解问题转化为子机构末端约束螺旋系的交集求解问题.结合该混联机构子机构末端约束分布特点,对混联机构在不同几何条件下的末端约束和自由度性质进行了探讨.建立了 2-UPU+SPR机构和2-UPU+RPS机构末端约束分布曲面和直母线的解析表达式,得到了一般和特殊位形下混联机构末端约束对应的螺旋轴线方程.给出了(2-UPU+SPR)+(2-UPU+RPS)机构的末端约束求解算例,获得了该机构在一般和特殊位形下的末端约束的空间分布情况.研究结果表明,一般位形下,(2-UPU+SPR)+(2-UPU+RPS)机构的末端约束为一个约束力螺旋;特殊位形下,机构的末端平台约束为一个纯约束力或一个约束力偶.该研究对混联机构的末端约束求解提供了借鉴,为混联机构深层次研究奠定一定基础,同时也提供了求解螺旋系交集的新思路.

    混联机构末端约束螺旋系交集直母线

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    高维数据自适应降维方法

    段书用杨建华韩旭刘桂荣...
    283-296页
    查看更多>>摘要：针对复杂装备及结构中高维信息导致的反求设计、优化设计、可靠性设计与分析时计算难度大、计算效率和精度低等问题,提出高维数据自适应降维方法——引导约束自编码降维方法.该方法基于主成分分析法能根据高维数据的相关性得到高质量的线性低维数据,与无监督训练的自编码器具有对降维数据质量自我重构的特点,提出正交引导和正交约束的双重策略,对自编码网络进行无监督训练,以达到高精度、高效率降维的目的.该方法主要有以下策略:首先利用主成分分析法快速得到由特征向量构造而成的具有正交特性的投影矩阵,然后将其用于预设自编码器中的可训练参数,以保证初始训练参数的正交性;其次在自编码器训练中继续施加权值正交约束即无相关性特征约束,以减少信息的冗余从而保证低维数据的独立性;同时,施加单位范数约束以避免梯度消失,最终得到具有高度正交特性的降维特征.为验证该方法的有效性,将该方法用于碳钎维和玻璃纤维混合铺层的复合材料层合板的材料参数反求,通过参数反求的精度来评估不同降维方法的性能.研究结果表明,该方法可高效的得到高质量的线性及非线性降维信息,有效克服了主成分分析法仅可实现高维信息的线性降维和标准自编码器降维数据精度低的缺点,并且显著提高了复合材料层合板的参数反求精度.

    神经网络降维方法主成分分析自动编码器特征提取和融合参数反求

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    基于可供性推理的人机协作拆卸序列规划方法

    喻惟刚文思捷李建军李心雨...
    297-309页
    查看更多>>摘要：人机协作拆卸过程中存在多机争抢拆卸工具以及人为变动拆卸操作等扰动现象,致使当前工序所需工具缺失或被占用,缺乏灵活应对策略将使机器人长时间等待工具,降低人机协作拆卸效率.因此,提高机器人对当前拆卸场景的认知能力,识别出场景中可替代的工具,提供工具替代方案,对于增强人机协作拆卸抗干扰能力、提高拆卸效率,有着重要意义.对此,提出一种基于可供性推理的人机协作拆卸序列规划方法.利用产品结构数据以及操作工艺文档建立知识图谱,为人机协作拆卸任务提供操作信息以及序列信息;针对出现工具缺失的工序,提出面向人机协作拆卸视觉场景的可供性推理方法,为当前工序推荐可替代工具;提出基于可供性推理的人机协作拆卸序列规划方法,在工具有替换的情况下对原始序列进行优化,降低人机协作拆卸总时间.以新能源汽车动力电池人机协作拆卸作为实验场景,开展了可供性检测和拆卸序列优化实验.实验结果表明,所提出的方法能够在工具被占用的情况下准确提供工具替代方案,有效减少拆卸操作所需时间,从而提高了人机协作拆卸的抗干扰能力和效率.

    人机协作拆卸可供性推理可供性检测拆卸序列规划知识图谱

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    平板电极电场驱动多喷头喷射高效微3D打印方法和规律研究

    侯佳奇张广明于志浩李印...
    310-320页
    查看更多>>摘要：电流体动力喷射打印较低的效率己成为制约其从实验室走向广泛工业化应用的主要技术瓶颈之一,针对这一挑战性难题,提出一种平板电极电场驱动多喷头喷射高效微3D打印新工艺,论述了平板电极电场驱动多喷头喷射高效微3D打印的基本原理.搭建一种阵列化喷头制造装置,实现高精度阵列化喷头的快速制造;利用COMSOL仿真软件,分析了阵列化喷头的电场分布以及喷嘴间的高度差、内径差等对电场强度的影响;通过实验,揭示了主要工艺参数(施加电压、气压、打印速度)对于打印精度(线宽)和一致性的影响规律;最后,基于提出新方法并结合优化的工艺参数,分别使用单/双/三喷嘴喷头制造了面积80 mm×80 mm,周期500 μm,线宽20 μm的透明电极,分别耗时86.1 min、45.2 min、29.1 min,并对其光电性能进行测量和表征,网栅透光率(波长550 nm)分别为91.14％、91.07％、90.43％,相应的方阻分别为4.07 Ω/sp、3.85 Ω/sp、3.47Ω/sp,在不牺牲光电性能的前提下,大幅提高了生产效率.研究结果显示,提出的平板电极电场驱动多喷头喷射微3D打印为大面积微结构高效低成本制造提供了一种具有工业应用前景的全新解决方案.

    平板电极电场驱动微3D打印多喷头一致性

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    喷墨打印成形固体氧化物燃料电池复合陶瓷阴极及其电化学性能研究

    王煊熊鼎宇屈飘刘长勇...
    321-329页
    查看更多>>摘要：本研究制备了一种镧锶钴铁-钨酸钇(LSCF-YWO)复合阴极陶瓷墨水,并对其各项性能进行了表征和优化,从而获得优异的流变特性和喷墨打印性能.通过对喷墨打印技术工艺参数的研究,成功打印制造获得了表面形貌优异的LSCF-YWO阴极层.通过平衡阴极层和GDC层之间的热膨胀系数不均矛盾,有效解决了固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell,SOFC)运行过程中阴极开裂和分层的难题,使SOFC的电化学性能得到大幅提升.基于热重分析制订阴极层烧结工艺,可进一步避免烧结后阴极表面裂纹的产生,从而制造出表面形貌优异的阴极.增加阴极层的打印厚度可进一步提高SOFC的功率密度.在打印层数为30层,即层厚达到15.32 μm时,SOFC的最大功率密度达到1149.8 mW·cm-2.本研究对喷墨打印制造高性能SOFC电极组件具有一定指导意义.

    喷墨打印陶瓷墨水热膨胀电化学性能烧结工艺

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    基于浆料直写成形的多孔氧化铝陶瓷孔隙率与抗弯强度的相关性研究

    张驰刘富初穆英朋吴丁一...
    330-338页
    查看更多>>摘要：浆料直写成形制备多孔氧化铝陶瓷的孔隙率和抗弯强度是一对具有负相关性的性能指标,但在保温隔热、过滤催化等领域需要制备高孔隙率、高抗弯强度的多孔陶瓷以满足服役要求.以挤出头内径、填充率、挤出丝层高/挤出头内径和打印速度四个关键工艺参数设计正交实验,通过对不同参数条件下成形的多孔陶瓷孔隙率和抗弯强度的测量与统计,分析了工艺参数对孔隙率和抗弯强度的影响规律,确定了孔隙率与抗弯强度的关联数学方程.结果表明,填充率对多孔陶瓷的孔隙率和抗弯强度影响最为显著,当填充率较小时,相邻挤出丝之间跨距较大,形成的宏观结构孔尺寸较大,此时样品的孔隙率大、强度低.当挤出头内径为0.41mm、填充率为50％、挤出丝层高/挤出头内径为60％、打印速度为1 200 mm/min时,陶瓷样件具有较高的孔隙率(66.32％±1.12％)和抗弯强度(10.54 MPa±0.32 MPa),且孔隙率和抗弯强度之间存在良好的相关性,实现了高孔隙率、高抗弯强度的多孔陶瓷制备,为3D打印成形高孔隙率和高强度的复杂多孔陶瓷提供了一定的参考依据.

    浆料直写成形多孔氧化铝陶瓷孔隙率抗弯强度相关性研究

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    基于知识超图的产品色彩情感设计

    丁满孙鸣宇张新新冯光宇...
    339-348页
    查看更多>>摘要：针对现阶段产品色彩情感设计中多元色彩碰撞困难,色彩贡献值计算模糊,色彩协同机制难以模拟等问题,提出一种基于知识超图的产品色彩情感设计方法.首先采用主题网络爬虫与自然语义分词处理等技术构建产品色彩情感数据集;然后构建基于RotatE知识图谱的产品色彩情感意象关联模型;随后引用超图技术,构建基于知识超图的产品色彩情感设计模型,并以斯坦纳树方法可视化,实现产品色彩与用户情感间复杂动态关联关系的结构化与外显化表达.最后以真空吸尘器色彩设计为例,验证所提方法的有效性与适用性.

    产品色彩情感设计色彩协同机制RotatE知识图谱知识超图

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    基于游动矢量球头立铣刀刃磨研究

    张富能林志伟薛勇李坰其...
    349-356页
    查看更多>>摘要：以"S"形等导程螺旋线建立球头立铣刀刃口曲线,以刃口曲线为磨削依据,提出以刃口曲线上磨削点的三个游动正交矢量为参考坐标系规划砂轮磨削轨迹的磨削方案.在此基础上,建立具有法前角的前刀面以及后刀面的磨削数学模型,通过求取磨削过程中任意时刻磨削点的游动正交矢量,利用偏心法求取球头立铣刀前刀面磨削深度.以磨削点的游动正交矢量、前刀面法向前角以及前刀面各磨削点对应深度来规划砂轮磨削前刀面的位姿,以磨削点的游动正交矢量、后刀面法向角度以及后刀面各磨削点对应宽度来规划砂轮磨削后刀面的位姿,最终遍历整个刃口曲线形成砂轮磨削铣刀的运动轨迹.利用五轴磨床对建立的铣刀模型进行实际加工,实验结果显示球头铣刀各结构参数误差均能保证在5％以内,验证了砂轮磨削轨迹模型的准确性,为球头立铣刀的磨削建立理论基础.

    球头立铣刀砂轮磨削轨迹游动正交矢量前刀面后刀面

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    飞秒激光加工液体火箭发动机喷注部件无锥度微孔试验研究

    周熙杰谢合瑞徐静吉崔健磊...
    357-366页
    查看更多>>摘要：为了提高液体火箭发动机喷注部件微孔加工质量,完全消除孔壁锥度,提出了倾斜工件改变激光与孔壁入射角的旋转钻孔方法,设计搭建了工件空间调控的装置平台,研究了激光倾斜角度和激光入射方位对微孔尺寸与结构形貌的影响,探究了倾斜加工直孔孔型的演变过程,并针对离心式喷嘴切向孔开发出一套完整的定孔径、定锥度倾斜工件旋转钻孔的工艺.结果表明,进行激光倾斜加工时需要保证激光光轴和工件旋转轴共面,否则会产生孔形曲线误差;通过调整工件倾斜角度可控制钻孔锥度,调整激光焦点相对工件表面旋转中心的距离可控制钻孔半径.该方法实现了孔深4.5 mm,深径比10∶1的大深径比无锥度微孔加工,加工质量较好,孔口和孔壁无明显热影响区和重铸层,可满足液体火箭发动机离心式喷嘴切向孔的可控高质量加工要求.

    飞秒激光喷注孔加工倾斜加工锥度调控大深径比深孔

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    FeCoNiCrAlx高熵合金铣削表面质量影响因素实验研究

    温雪龙赵正豪巩亚东李俊鹏...
    367-378页
    查看更多>>摘要：目前对于高熵合金的加工工艺研究多集中在非机械加工工艺方面,针对高熵合金的铣削加工研究还比较少.为获得高表面质量高熵合金零件,开展FeCoNiCrAlx高熵合金铣削机理及表面质量影响因素实验研究,探寻铣削方式、工艺参数、刀具类型、元素含量对高熵合金表面粗糙度及表面形貌的影响规律,找到可以获得较高表面质量的工艺参数,建立表面粗糙度回归模型,同时对比高熵合金加工前后的表面硬度,研究高熵合金的加工硬化现象.实验结果表明:FeCoNiCrAl0.1和FeCoNiCrAl0.5高熵合金在铣削过程发生塑性变形.随着转速提高、进给速度降低与铣削深度减小,高熵合金表面质量变好.相同工艺参数下侧铣加工的表面质量要优于槽铣加工,HMX涂层刀具铣削高熵合金的表面质量好于SGS涂层刀具.FeCoNiCrAl0.5高熵合金在相同加工参数下表面质量高于FeCoNiCrAl0.1,且铣削参数对两种合金的表面硬度无明显影响规律,但两种合金的表面硬度在铣削后都有明显的提高.通过高熵合金铣削加工实验研究获得的高表面质量高熵合金的铣削工艺优化参数为高熵合金的工程应用提供数据支撑.

    高熵合金铣削机理表面形貌表面粗糙度表面硬度

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