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机械工程学报
机械工程学报

宋天虎

半月刊

0577-6686

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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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    水平轴风电机组叶片摆振与挥舞机理建模

    王思清滕伟王罗刘宇...
    131-142页
    查看更多>>摘要：水平轴风电机组叶片振动机理建模是研究叶片振动规律及进行故障诊断的基础.基于多坐标变换,考虑塔影效应、几何非线性和桨距角变化等因素的影响,建立结构动力学与空气动力学耦合的水平轴风电机组叶片摆振、挥舞振动机理模型.以某2MW风电机组柔性叶片以及某场站3MW风电机组叶片为对象,构建了多体动力学模型,分别与GH Bladed软件计算结果和机组实测数据相比,具有较高的吻合度.基于此模型,研究了稳态工况下,塔影效应、几何非线性以及桨距角变化对叶片运行参数和振动的影响.结果表明,叶片轴向推力和转矩在塔影区有明显下降,同时挥舞方向振动在塔影区存在显著波动.叶片的侧向弯曲刚度随着方位角的变化呈谐波式变化,转速影响叶片侧向弯曲刚度大小.当风速过大时,叶片通过桨距角变化可以有效抑制振动.

    空气动力学结构动力学塔影效应几何非线性摆振与挥舞

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    含扭曲误差的鼓形斜齿轮接触分析

    杜彦斌汪澳婷何坤
    143-154页
    查看更多>>摘要：基于修形齿面的扭曲误差产生机理,推导出含扭曲误差的鼓形斜齿轮齿面数学方程;建立含扭曲误差的主动轮鼓形齿与未修形从动轮的轮齿接触分析(Tooth contact analysis,TCA)模型;并从计算齿面扭曲量的公式中选取螺旋角和修形量两个主要设计参数,分析其对传动误差和接触椭圆的影响规律.结果表明:齿向修形斜齿轮的修形量和螺旋角越大,齿面扭曲现象越严重;修形量和螺旋角增大使得传动误差幅值增大,影响传动平稳性;修形量对接触椭圆面积的影响小,而螺旋角增大,接触椭圆面积减小,使得接触应力增大,通过有限元分析验证螺旋角和修形量对齿面接触应力的影响;通过调整修形量和螺旋角可以控制扭曲量、传动误差幅值和接触椭圆面积,这对齿向修形斜齿轮的优化设计有较大的参考价值.

    齿向修形齿面扭曲设计参数轮齿接触分析传动误差

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    基于振幅放大机制的周期钢弹簧浮置板轨道结构低频振动控制

    冯青松杨舟郭文杰
    155-169页
    查看更多>>摘要：钢弹簧浮置板轨道结构因其具有良好的减隔振性能在城市轨道交通中应用广泛,但对于20 Hz以下的低频振动,尤其是人体敏感频率范围内(4～8Hz)的隔振效果并不理想.鉴于此,引入振幅放大思想,设计了一种杠杆式隔振器,用于有效提升钢弹簧浮置板轨道在人体敏感频率范围内的隔振效果.基于钢弹簧浮置板轨道结构的周期性特征,采用能量泛函变分法并结合人工弹簧技术建立了配置有杠杆式隔振器的周期性钢弹簧浮置板轨道结构带隙特性分析模型;以带隙特性作为评价指标,从研究振动波传递的角度出发,系统地分析了配置有杠杆式隔振器的钢弹簧浮置板轨道结构中弯曲振动波的传递路径特征,验证了杠杆式隔振器对轨道结构中低频弯曲振动波的调控作用.在此基础上,进一步考虑列车荷载的作用,分析验证了动态轮轨力作用下杠杆式隔振器的低频隔振性能以及对轨道结构动力响应的影响.结果表明:杠杆式隔振器对浮置板轨道的低频弯曲波调控效果明显,由0～9.6 Hz成功调控至4 Hz以下;与普通浮置板轨道相比,4～8Hz范围内传递至下部基础的力大幅度衰减,最大衰减约20 dB,同时,杠杆式隔振器对轨道结构的振动也有一定的抑制效果.

    振幅放大周期性钢弹簧浮置板轨道带隙弯曲波调控低频振动控制

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    基于双加权不平衡矩阵分类器的机械故障诊断方法

    潘海洋徐海锋郑近德童靳于...
    170-180页
    查看更多>>摘要：针对机械故障样本数量不平衡情景下的故障诊断模型存在精度与泛用性不高的问题,借鉴模糊属性理论获取强监督模型的思想,设计了一种双加权不平衡矩阵分类器(Twin weighted imbalanced matrix classifier,TWIMC).TWIMC通过使用基于样本不均衡度的模糊隶属函数调节每个样本的权重,以增强对少数类样本的关注,平衡模型对所有类别样本的倾向性.同时,TWIMC依靠先验知识对核范数的奇异值进行权值分配,利用较大阈值过滤较小奇异值,进而保留矩阵样本的强关联低秩信息.最后,利用滚动轴承和齿轮故障数据集对所提方法进行验证,实验结果显示,TWIMC在不同不平衡比条件下均表现突出,展示了优异的机械故障诊断与分类性能.

    双加权不平衡矩阵分类器支持矩阵机模糊隶属函数不平衡样本故障诊断

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    考虑尺度的结合面切向刚度模型

    罗治军阎绍泽田桂
    181-190页
    查看更多>>摘要：接触刚度是结合面特性中最重要的参数之一,直接影响着机械结构整体的动力学特性.GW(Greenwood & Williamson)模型是目前被广泛应用的结合面接触模型,在许多实验中取得了较好的预测结果.理论上,GW模型预测结果受仪器分辨率影响,预测值并不唯一,但是实验得到的宏观物理量如刚度、导电率等却是唯一值.这一矛盾说明,存在一个唯一的计算或者观测尺度以确保宏观结果的唯一性.理论上分析了GW模型的尺度依赖特性;研究了采用高斯滤波器实现计算尺度变换的方法;基于Thomas的接触理论,设计了确定滤波器截止频率的迭代方法;最终提出了一种考虑尺度的结合面切向刚度计算框架.搭建了切向刚度试验台,对考虑尺度的切向刚度模型进行验证.结果表明,考虑尺度的模型与实验结果吻合较好.

    真实接触面接触模型尺度依赖GW模型MB模型

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    考虑变速条件的斯特封磨损寿命预测方法

    纪佳馨彭程项冲黄乐...
    191-202页
    查看更多>>摘要：磨损导致的泄漏是往复密封在服役期间常见的失效形式,目前密封圈磨损寿命的预测主要采用实验方法,其过程复杂且时间、经济成本较高,仿真是达到密封圈磨损寿命预测目的较好的途径,但当前缺少对磨损重要因素一速度合适的仿真处理方法.针对实际工程应用密封系统磨损寿命评估的需求,基于混合润滑模型及Rhee磨损理论提出了考虑变速条件的往复密封磨损寿命预测方法,通过分析给定工况下的密封圈唇口轮廓磨损变化情况,模拟了唇口接触压力、接触宽度、接触变形以及反向泵回率等密封性能随磨损时间累加的演化过程,实现了密封圈磨损寿命预测的目标.结合实际工程应用斯特封,进行了与平均速度处理方法的寿命预测对比.结果表明:变速处理法下磨损失效周期泄漏率为3.24 mL/h,平均速度处理法下泄漏率为0.24 mL/h,预测结果存在明显差异,速度的瞬态变化是往复密封磨损仿真速度是不可忽略的因素.

    往复密封混合润滑磨损仿真寿命预测

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    周期性载荷下润滑剂回填效应试验观察

    金旭阳栗心明刘耀杨萍...
    203-213页
    查看更多>>摘要：采用球-盘单点接触光干涉润滑油膜测量仪,试验观察了周期性载荷变化对润滑剂回填及润滑状态的影响.结果表明,当加载/卸载过程滚动体的运行距离大于滚道周长时,滚动体瞬时接触半径与已形成的滚道半径不一致,导致加载过程润滑状态整体优于卸载过程;周期性载荷变化下润滑状态优于恒定载荷下的润滑状态,毛细力和表面张力作用下的润滑剂回填是其诱因;不同载荷下接触半径变化梯度的增加有利于润滑剂的回填,使得卸载末期润滑油膜反弹.

    周期性载荷润滑剂回填润滑状态乏油光干涉

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    基于引气封油方式的轴承腔密封间隙油气两相泄漏流动特性数值与试验研究

    郭金道赵欢王平孙丹...
    214-225页
    查看更多>>摘要：轴承腔滑油泄漏直接影响航空发动机的安全性,而现有研究缺乏引气条件对轴承腔滑油密封性能的探索.设计搭建轴承腔密封间隙油气两相泄漏流动特性试验装置,建立轴承腔油气两相泄漏流动特性数值求解模型,在数值与试验结果相互验证的基础上,研究轴承腔密封间隙油气两相分布状态与临界封油特性.研究表明:供气压强高于临界封油气压时,滑油与封油气体在油腔内混合形成复杂的油气两相状态,滑油油位越高,油气两相混合区域越大;供气压强低于临界封油气压时,滑油流入密封间隙,油气交界面状态呈现波状或条状,滑油流入气腔后首先呈现股状下流,而后呈膜状渗流.密封间隙由0.05 mm增加至0.20 mm,临界封油气压增加221.5％;滑油油位由30 mm增至120 mm,临界封油气压增加129.2％.滑油油位通过影响滑油加速度、密封间隙通过影响滑油加速度和节流效应对滑油泄漏流动产生影响.研究内容为轴承腔密封间隙泄漏流动特性分析与临界封油气压判定提供理论依据.

    轴承腔引气封油油气两相流泄漏流动临界封油气压

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    黑磷烯量子点作为水基润滑添加剂的摩擦学性能研究

    王伟魏春艳屈怡珅董少文...
    226-237页
    查看更多>>摘要：为了提高钛合金加工的表面质量,降低其加工成本.利用具有高承载、低摩擦等特性的黑磷烯量子点作为钛合金加工液的高效润滑介质.采用MS-T3001摩擦磨损试验机,以GCr15轴承钢/TC4钛合金盘为摩擦副研究黑磷烯量子点作为水基润滑添加剂的摩擦学性能.试验结果表明,黑磷烯量子点的平均横向尺寸为4.44 nm±0.86 nm,厚度约小于4 nm,在超纯水中表现出良好的分散性.随着接触压力增加,摩擦因数和磨损率先快速减小后缓慢增加.在1 273 MPa接触压力、119.3 mg/L浓度下,和超纯水相比,黑磷烯量子点水基润滑添加剂的平均摩擦因数和磨损率分别降低27.6％和28.29％.磨痕表面分析表明,黑磷烯量子点水基润滑添加剂的抗磨减摩机理为钛合金磨损表面生成的Fe2O3、TiO2、A12O3氧化物组成的摩擦化学反应膜及黑磷烯量子点层间剪切和滚珠效应的协同作用.此研究为黑磷烯水基润滑添加剂在钛合金切削润滑领域的应用提供理论依据.

    黑磷烯量子点润滑添加剂摩擦学性能润滑机理

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    面向工业5.0的人机协作增材制造

    蒋周明矩熊异王柏村
    238-253页
    查看更多>>摘要：工业5.0是一种以价值驱动的新兴制造模式,其中人本智造是核心理念之一.然而,目前人本智造研究主要聚焦于系统层级,针对增材制造等特定工艺应用的研究仍然较少,因此亟需明晰相关科学问题与关键挑战.基于人-信息-物理系统的理论体系,提出了面向工业5.0的人机协作增材制造参考框架,建立产品-经济-生态三层次模型,并结合增材制造技术的内在特点和功能演进阐释了人机协作增材制造的基本概念.围绕产品开发流程,讨论了关键使能技术,包括万物互联、人工智能、数字孪生、扩展现实、智能材料等.最后,探讨了人机协作增材制造在产品层、经济层、生态层中的典型应用,包括个性化产品设计、交互式制造、面向工艺链的人机协作、众创式设计、分布式制造和节能减排等.该框架旨在研究人机协作增材制造,通过发展人-信息-物理系统理论,首次系统地阐述了其核心概念、关键技术和典型场景,以推动增材制造向人机协作的工业5.0范式转变,更好地满足用户个性化需求.

    人机协作增材制造人-信息-物理系统工业5.0人本智造

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