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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。
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    基于工业机器人的复杂曲面磨抛关键技术综述

    邓建新袁邦颐黄秋林丁度坤...
    1-21页
    查看更多>>摘要：磨抛加工是提升零件表面质量和精度的重要方法之一.基于工业机器人系统的复杂曲面磨抛技术正逐渐成熟,凭借灵活、占地小、精度高、成本低等优势正逐渐取代人工磨抛和数控机床磨抛成为主流.通过分析基于工业机器人的磨抛加工原理,引出影响机器人磨抛加工精度效果的关键问题:磨抛加工轨迹的规划精度和力控制精度,前者关注加工效率和精度之间的平衡,后者则更侧重于加工的精度和一致性;从这两个方面出发,总结机器人磨抛系统加工轨迹规划方法和柔顺力控制策略的研究目的、特点和成果进展.机器人磨抛系统加工轨迹规划以应用与改进传统数控机床磨抛中常用的加工路径规划方法为主,出现了少量根据机器人特性提出的加工路径规划方法;磨抛柔顺力控制技术出现了被动柔顺、主动(阻抗控制、力/位混合控制)及智能控制等策略,对比分析了各方法原理、研究应用情况和优劣;并提出了未来可能的发展方向.为该领域的研究者提供指引.

    磨抛加工磨抛机器人加工路径规划柔顺力控制主被动柔顺智能控制

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    基于可操作度优化的冗余机械臂逆运动学求解方法

    杨晓航赵智远李云涛徐梓淳...
    22-33页
    查看更多>>摘要：在运动规划和控制中提升机械臂的灵活性和避免奇异至关重要,一种有效的方法是使可操作度指标最大化.然而可操作度指标是关节角度的非凸函数,优化该指标是一个巨大的挑战,为此提出一种加速度级可操作度最大化(ALMM)方法.首先,通过一种新的多层次同时最小化方案将位置级别的非线性优化问题转化到速度级别和加速度级别,在加速度水平重构最大化可操作度问题.其次,引入最小化速度指标保证系统的稳定性,并使关节角速度维持在较低水平.然后,结合关节的物理极限,将上述问题表述为标准的二次规划(QP)形式进行求解.以SSRMS构型冗余空间机械臂为例进行仿真验证,实验结果表明ALMM方法可以在完成轨迹跟踪任务的同时实现可操作度优化,对比实验证明ALMM方法的有效性和优越性.

    冗余机械臂逆运动学可操作度二次规划

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    点胶机器人撞针磨损建模与不确定性分析

    刘水清付锦园沈骁韩旭...
    34-44页
    查看更多>>摘要：点胶机器人利用压电堆叠驱动撞针上下往复高速运动产生压力差实现喷射点胶,从而达到半导体与电子器件表面封装的目的.囿于核心零部件撞针磨损畸变导致使役精度寿命降低是点胶机器人最主要的故障模式之一.撞针材料为粉末冶金工艺制备的硬质合金,存在空隙率、晶粒度等材料微观结构差异性;撞针磨损涉及材料微观结构差异性和撞针冲击频率、轴向行程等多源不确定性因素影响,物理建模困难;与此同时,现有磨损模型基于宏观冲击条件构建,鲜有考虑硬质合金撞针材料的非均质特性.综合考虑撞针材料微观结构差异性与使役条件不确定性,构建多因素耦合冲击微动磨损模型.利用二次衍生的λ-PDF方法对撞针涉及的磨损参量进行不确定性建模,利用降维积分方法对撞针磨损情况进行不确定性传播分析.结果表明,所建模型和所提方法可以很好反映撞针冲击微动磨损情况,为国产长寿命、高精度、高可靠性点胶机器人的保质设计提供新视角和新方法.

    冲击微动磨损多源不确定性磨损模型不确定性传播

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    非结式消元7R双环球面机构运动学位移分析

    刘伟刘宏昭
    45-53页
    查看更多>>摘要：提出一种7R双环球面机构运动学位移分析的方法.将球面4R机构连杆的方向矢量作为中间变量,建立关于其线性方程组,不进行结式消元,直接得到输入与输出一对一的运动学位移方程,位移分析结果与现有文献中数据一致.该方法的优点是不需将中间关节变量引入运动学位移方程,使得机构位移分析过程简化.使用该方法对一种多模式7R双环球面机构运动学位移进行分析,通过对运动学方程进行因式分解,确定了机构具有的两种运动模式和其共同位型,分析机构的转动工作空间.结果表明该7R双环球面机构具有一维转动位移子群与一维转动位移流形两种运动模式.提出的运动学位移分析方法,在分析结构参数对7R双环球面机构运动模式的影响方面具有一定的理论应用价值.

    7R双环球面机构运动模式

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    面向精梳任务的高速变胞机构冲击动力学研究

    畅博彦韩芳孝周杨金国光...
    54-65页
    查看更多>>摘要：精梳机是生产高品质纱线的关键装备,高速化是其发展趋势.精梳机的钳板机构是典型的力/位组合约束变胞机构,高速运行时产生的钳口冲击力对钳板开闭口定时和须丛梳理质量影响很大,是制约精梳机转速提升的关键因素,但目前对钳板机构的冲击动力学研究还很不够,对通过优化机构参数来降低钳口冲击力还缺乏一套系统的理论和方法.以力/位组合约束精梳机钳板机构为研究对象,基于机构学和多体系统动力学理论,对钳板机构的结构组成和工作构态进行分析,建立各子构态机构的运动学和动力学模型.基于接触碰撞理论描述钳板机构构态切换时上、下钳板的接触碰撞过程,建立钳口冲击力计算模型和计及冲击力作用的钳板运动规律求解模型,并与冲量方法相结合连同虚拟样机仿真验证所建模型的有效性.为了保证充分的钳板闭合时间以提高须丛梳理质量,研究不同机构设计参数对钳口回弹量和回弹时间的影响规律,为高效能精梳机转速的进一步提升提供理论依据.

    变胞机构钳板机构构态切换接触碰撞力动力学

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    Z4型冗余驱动并联操作器的驱动特性研究

    张俊吴成阳方汉良孙载超...
    66-78页
    查看更多>>摘要：并联操作器作为串-并联式混联加工装备的核心模块,其驱动特性对系统性能至关重要.以Z4型冗余驱动并联操作器为研究对象,提出一类驱动特性评价指标,并基于该类指标对其进行任务空间优选和伺服扭矩参数预估.首先,采用封闭矢量法求解操作器的运动学逆解,并构建无量纲雅可比矩阵以评估其运动学各向同性.其次,运用Lagrange法建立操作器的刚体动力学模型,并基于最小二范数法进行驱动力分配.接着,选取末端刀尖点为参考点,定义加速度、速度和动态切削力的驱动各向同性指标和驱动扭矩指标.最后,基于所提指标,搜索综合性能良好的任务空间,确定伺服扭矩参数,并通过实验验证所选电机满足使用要求.

    并联操作器动力学建模各向同性驱动扭矩

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    基于振动及声学测量的风电叶片结构健康监测研究综述

    孙仕林王天杨褚福磊
    79-92页
    查看更多>>摘要：叶片的健康状态对风力发电的效率和可靠性具有重要影响,其造价与损伤概率在风力发电机的各部件中位于前列.目前,国内外学者己针对风电叶片结构健康监测开展大量的研究,其中基于振动测量和声学测量的方法具有测量范围广、数据处理方便等优势.为了充分了解当前的研究进展,在阐述风电叶片各类结构健康监测方法的基础上,从基于固有特性的方法、基于健康指标的方法、基于统计建模的方法和基于机器学习的方法等四个方面综述了基于振动测量的相关研究,从基于独立麦克风测量的方法和基于麦克风阵列测量的方法等两个方面综述了基于声学测量的相关研究.最后,对论文涵盖的风电叶片结构健康监测方法进行总结,并展望了未来研究需要进一步关注的方向.

    结构健康监测风力发电机叶片振动声学

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    板带轧机振动理论研究进展

    和东平王涛刘元铭徐慧东...
    93-113页
    查看更多>>摘要：板带轧机振动理论的研究一直是轧制成形领域的前沿科学问题,对板材的质量和设备的稳定运行至关重要.随着轧机朝着大型化、高速化、连续化、智能化的快速发展以及大量新技术、新工艺的采用,板带轧机振动的研究已经逐渐从单一属性研究发展为以研究多态耦合振动为热点,从过去的线性研究转变为以非线性研究为重点.对板带轧机振动理论的研究除了要有合理的结构模型外,还依赖于对轧机振动的精确控制.为了充分认识板带轧机的动力学行为及振动特征,得到合理可行的控制策略,综述了国内外板带轧机振动理论的研究现状,分别从单向振动、多态耦合振动以及非线性振动三个方面进行了总结评价,分析了主动控制法和被动控制法在轧制成形过程中的应用现状,并结合当前钢铁行业发展趋势对板带轧机振动未来的研究方向进行了展望.

    板带轧机单向振动多态耦合振动非线性振动振动控制

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    变截面单元环状周期结构固有频率分裂规律研究

    高楠王世宇夏春花魏振航...
    114-123页
    查看更多>>摘要：在实际工程应用中,环状周期结构往往存在变截面单元.针对因变截面单元周期特性而导致的固有频率分裂现象,基于力矩平衡关系,采用Hamilton原理建立一般性动力学模型.以贯穿孔为例,基于经典振动理论得到固有频率及其分裂规律.考虑分组模式拓扑构型,推导具体消除频率分裂的规则,深入分析贯穿孔的孔径、数量和位置等参数对频率及其分裂行为的影响.设计试件并搭建实验台验证理论模型的正确性和消除规则的有效性.研究结果表明:由于贯穿孔使局部质量和弯曲刚度同时减小,进而导致固有频率改变,增大孔径和数量使重频频率减小,使分裂频率的分裂程度增大;保持孔径的一致性和位置的对称性可有效消除分裂.该研究方法和结论可用于工程领域类似周期结构动力学问题的研究并指导结构的设计.

    环状周期结构变截面单元固有频率分裂分组模式消除规则

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    基于Kane方程的Delta并联机器人刚柔耦合动力学研究

    商德勇黄欣怡黄云山张天佑...
    124-133页
    查看更多>>摘要：针对Delta并联机器人在高负载和高速运行时,由刚度较小的从动臂发生弹性变形而造成的机器人定位精度降低和系统运行失稳等问题,采用假设模态法对从动臂杆件进行离散化处理,并基于Kane方程和增广拉格朗日乘子法建立了Delta并联机器人系统的刚柔耦合动力学方程,从而量化了从动臂连杆变形对机器人定位精度造成的影响.通过对比在相同跟踪轨迹下ADAMS模型仿真与MATLAB数值分析结果,两者的动平台质心运动轨迹基本重合且主动关节旋转角度偏差小于0.01 rad,验证了刚柔耦合动力学方程的正确性.最后,通过数值分析和Adams-Matlab联合仿真分析,得到机器人在不同负载条件下,末端动平台在X和Z方向的最大位移偏移量及主动关节驱动力矩最大偏差值,仿真结果反映了从动臂柔性对机器人动力学性能的影响规律,为机器人的精确控制提供了理论支撑.

    Delta机器人高速重载刚柔耦合Kane方程动力学建模

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