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2025年12期

《机械》杂志是国内外公开发行的机械装备行业专业技术期刊，在机械行业领域内，传播科技信息，刊载科技专题论著，展示机学科最新科研成果，交流生产实践及革新改造的先进技术经验，传播现代科技新知识。

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设计与研究 | 离散轨道模型在地铁车辆一整体道床动力学模拟中关键参数确定方法的研究

设计与研究 | 离散轨道模型在地铁车辆一整体道床动力学模拟中关键参数确定方法的研究

摘要：离散轨道模型在车辆一轨道耦合动力学仿真分析中具有模型简洁和计算效率高等优点，但其关键参数的设置不够准确可能导致仿真准确性不足。因此，本文针对地铁整体道床轨道的车辆一轨道耦合动力学模拟，提出采用柔性轨道模型确定离散轨道模型关键参数的方法。通过对比分析发现，相比于传统方法确定参数的模型，本方法确定参数的模型在轮轨力平均峰峰值时域上的误差从原模型的 35.8% 减小到0.3% ，并且轴箱加速度主频率对应幅值的误差从原模型的 49.5% 减小到 19.4% ，在保证仿真精度的同时还保留了高效率计算的特点，其单次仿真耗时仅为柔性轨道模型的 0.15‰ 采用本方法确定关键参数的离散轨道模型为地铁车辆一轨道耦合动力学仿真提供了兼顾精度与效率的方法。
设计与研究 | BFPC填充阶梯型龙门架结构优化设计

设计与研究 | BFPC填充阶梯型龙门架结构优化设计

摘要：以阶梯型龙门架为研究对象，提出先改变龙门架内部筋板形状，再用玄武岩纤维树脂混凝土(basaltfiber reinforced polymer concrete，BFPC）填充内部部分区域，以提高机床加工精度和结构稳定性。建立龙门架有限元模型，先对原灰铸铁龙门架进行静动态分析，发现其薄弱区域，为后续BFPC填充机床龙门架提供依据。其次改变龙门架内部筋板，并减小龙门架壁厚，利用BFPC填充靠近薄弱区域的位置。通过灵敏度分析建立响应面模型，选取龙门架最大总变形量、质量和一阶固有频率作为优化目标，利用多目标遗传算法得到三组最优解集。仿真结果表明，优化前后对比，龙门架最大总变形减小 5.52% ，质量减小 4.80% ，一阶固有频率增加该方法使得龙门架静动态性能显著提高，达到了轻量化的目的，可为龙门架优化设计提供参考。
设计与研究 | 一种啮合型秸秆粉碎齿辊齿廓设计

设计与研究 | 一种啮合型秸秆粉碎齿辊齿廓设计

摘要：为解决现今秸秆粉碎机的粉碎粒度不均匀、能耗高、剪切无序等问题，设计了一种啮合型粉碎齿辊。阐述了该啮合型秸秆粉碎齿廓的设计理论、建立过程，设计了以渐开线为基础的啮合型齿廓，并应用在粉碎领域。根据粉碎后秸秆作为反刍牲畜饲料的用途，确定啮合齿廓参数，分析压力角、模数、齿数对选取啮合点位置的相对滑动率的影响，从而计算出基本组合参数：齿数为19，模数为 3mm ，压力角为 20^° 。与初始设计参数组合对比，该参数组合相对滑动率提高了 2.02% ，且模数的减小使得该粉碎齿辊的体积、重量相应减小，节省制造成本。根据得到的参数建立粉碎齿辊的三维模型，并在 500r/min 转速条件下进行瞬态动力学分析，发现该粉碎齿辊变形最大和所受应力最大部位皆位于啮合处，最大应力为108.19MPa ，小于许用应力，满足使用要求。
设计与研究 | 大展弦比航空发动机叶片不平衡的四维量化方法研究

设计与研究 | 大展弦比航空发动机叶片不平衡的四维量化方法研究

摘要：为解决传统单目标约束方法在计算航空发动机大展弦比叶片不平衡量时精度不足、忽略多维效应的问题，提出多目标协同的不平衡量计算框架。基于笛卡尔坐标系构建全域质量矩矢量分解模型，突破仅考虑径向力的局限，系统量化径向、切向、轴向三个正交方向的不平衡分量，并建立四个关键目标函数：旋转平面径向不平衡合力、叶片对间离心力最大差值、径向一切向耦合不平衡合力、轴向动不平衡力矩引发的轴承等效径向载荷。案例分析表明： ① 径向一切向耦合不平衡量显著高于纯径向不平衡量，且相位偏移，证实切向分量贡献不可忽略； ② 仅轴向质量矩分布不均即可在轴承产生显著等效径向载荷；③ 叶片对间最大质量矩差值凸显配对平衡的必要性。该方法精确量化转子动平衡四维指标，提升高速工况计算精度，为遗传/蚁群等排序优化算法提供多目标约束依据。通过优化叶片安装序列控制不平衡量，可有效抑制轴承交变载荷与转子振动，降低疲劳损伤风险，显著增强大展弦比叶片转子系统的运行可靠性，支撑发动机动力学设计与维护实践。
交通工程技术 | 强侧风下高重心轴箱内置城际动车组运行安全性分析

交通工程技术 | 强侧风下高重心轴箱内置城际动车组运行安全性分析

摘要：为评估国内某型高重心轴箱内置城际动车组在强侧风下的运行安全性，分析其主要影响因素，根据该型城际动车组实际动力学参数，建立4编组非线性列车多体动力学模型。根据实际空气动力学载荷系数，计算得到气动力，采用“中国帽”风载模型施加，计算动车组在直线和施加未平衡离心加速度模拟欠超高 110mm 曲线上，经受 25m/s 和 30m/s 强侧风作用下的列车运行安全性、车体倾摆收敛性，并与传统轴箱外置城际动车组的仿真结果进行对比。结果表明：高重心轴箱内置城际动车组在强侧风下的运行安全性更恶劣、车体倾摆角度更大、车体倾摆收敛性更差；降低列车重心、改善气动系数、加装车端抗侧滚装置，均可有效改善列车运行安全性；加装车端抗侧滚装置可以显著改善车体的倾摆收敛性。
测量与检测技术 | 基于BYtwin的电池检测工作站数字孪生虚拟仿真研究

测量与检测技术 | 基于BYtwin的电池检测工作站数字孪生虚拟仿真研究

摘要：锂电池生产过程中，电池质量检测与自动分拣是确保产品性能和安全的关键环节。传统实训教学难以模拟复杂的系统结构和多传感器与执行机构的交互，导致与实际工业场景脱节。为解决这一问题，研究采用数字孪生虚拟仿真技术，基于BYtwin虚拟仿真软件与博图TIAPortal平台，提出虚拟仿真模型与PLC控制系统结合的设计方法。建立锂电池质量检测工作站的三维数字孪生模型，并完成控制信号配置与PLC控制逻辑设计，实现了虚拟仿真模型与PLC控制的实时交互。通过该平台对电池上料、质量检测及自动分拣过程进行虚拟仿真，验证了模型与控制逻辑的正确性。该虚拟仿真平台能有效提高实训教学效果，为学员提供接近工业现场的实践环境，并在工程设计与调试中提供参考。
测量与检测技术 | 基于卡尔曼滤波的轨道短波不平顺检测算法研究

测量与检测技术 | 基于卡尔曼滤波的轨道短波不平顺检测算法研究

摘要：现有轨道不平顺检测方法中，惯性基准法难以检测短波，弦测法存在波形畸变问题，因此本文从波形复原与数据融合方面进行研究，提出一种基于卡尔曼滤波融合轴箱加速度与中点弦测模型的检测方法，以提高轨道短波不平顺的检测精度。通过建立基于高频采样的 10m 中点弦测模型，采用批量梯度下降算法复原检测波形。将中点弦测模型检测值复原后的轨道不平顺作为观测量，轴箱加速度作为卡尔曼滤波算法的输入，建立状态方程，对轨道不平顺进行求解。仿真验证的结果表明，卡尔曼滤波融合算法检测短波不平顺的最大平均绝对误差为 0.0438mm ，相关系数都在0.95以上，满足轨道短波不平顺检测需要，验证了数据融合算法的有效性。
测量与检测技术 | 基于多尺度特征融合的轨旁异物侵限目标检测方法研究

测量与检测技术 | 基于多尺度特征融合的轨旁异物侵限目标检测方法研究

摘要：铁路异物侵限检测技术是铁路安全预警系统中的重要组成部分，但现有的基于机器视觉的检测方法在检测精度和实时性方面仍有不足。为提高模型检测性能，本文将 StarNet集成到C2f模块中，提出C2f-sn 模块；基于 YOLOv8 的路径聚合特征金字塔网络(Path Aggregation Feature Pyramid Network,PAFPN）改进，提出多分支融合特征金字塔，使用跨阶段局部（Cross Stage Partial，CSP）思想改进Omni-Kermel得到CSPOmni-Kermel进行特征融合；设计了一种基于共享卷积的轻量化检测头结构，通过参数共享机制显著降低了网络复杂度。最后设计了消融实验和对比试验。实验基于自建多场景轨道异物数据集，重点评估平均精度和检测速度等指标。实验结果表明，改进后的方法相较于原始模型检测精度mAP50 提高了 5.8% ，检测速度由131.6帧/s提升到了237.3帧/s，模型计算量GFLOPs降低了0.2。结果表明所提改进策略显著提升了检测性能，为实际应用提供了量化依据。
机器人技术 | 一种肌腱驱动预充气软体管道机器人的设计

机器人技术 | 一种肌腱驱动预充气软体管道机器人的设计

摘要：现有管道机器人在结构与功能方面发展已较为成熟，但部分刚性结构灵活性受限，且可能因刚性碰撞产生电火花，当管道内气体成分不稳定时构成安全隐患。对此，本文提出一种模块化、刚柔耦合及仿生学原理的肌腱驱动预充气软体管道机器人的结构设计方案。研究建立了类肌腱仿生预充气气囊的理论模型，并通过有限元分析验证，融合了刚性与柔性结构的协同优势。该设计采用刚柔融合的模块化架构，集成了自适应变径与视觉检测功能。中段柔性驱动模块通过仿生预充气气囊与硅胶带的协同作用，实现了“伸缩一锚定”式低摩擦运动，显著提升在复杂管道中的适应性和通过性；首尾两端采用基于双摇杆一滑块机构的刚性变径模块，可在确保结构稳定性的同时自适应调节管径，有效提高管道作业效率。这种刚柔结合的设计充分发挥了柔性机构在复杂管道环境中的独特优势，为解决传统管道机器人适应性不足的问题提供了新思路。
机器人技术 | 兜孔形状对高速轻载机器人轴承保持架力学性能的影响研究

机器人技术 | 兜孔形状对高速轻载机器人轴承保持架力学性能的影响研究

摘要：兜孔作为轴承保持架的关键结构，其形状直接影响轴承保持架的力学性能。为提高高速轻载机器人轴承保持架的性能，延长其使用寿命，本文以6200型深沟球轴承为研究对象，采用SolidWorks软件建立了轻载机器人轴承保持架三维模型，运用其有限元分析功能对保持架的强度和刚度进行分析，并在ADAMS 环境中进行动态验证。研究结果表明，对于材料、大小相同而兜孔形状 (圆形、球形、方形)不同的轴承保持架，在承受相同大小、均匀分布的径向载荷的情况下，圆形兜孔保持架的强度和刚度最大；圆形兜孔保持架和方形兜孔保持架的最大应力和位移都出现在兜孔与保持架两端面之间，球形兜孔保持架最大应力和位移出现在兜孔内部。可在对应部位进行加厚或改用更好的材料来优化其力学性能。此研究可为高速轻载机器人轴承保持架力学性能的优化提供参考。

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目录

设计与研究 | 离散轨道模型在地铁车辆一整体道床动力学 模拟中关键参数确定方法的研究

设计与研究 | 离散轨道模型在地铁车辆一整体道床动力学 模拟中关键参数确定方法的研究

设计与研究 | BFPC填充阶梯型龙门架结构优化设计

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设计与研究 | 一种啮合型秸秆粉碎齿辊齿廓设计

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设计与研究 | 大展弦比航空发动机叶片不平衡的四维量化方法研究

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交通工程技术 | 强侧风下高重心轴箱内置城际动车组运行安全性分析

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测量与检测技术 | 基于BYtwin的电池检测工作站数字孪生虚拟仿真研究

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测量与检测技术 | 基于卡尔曼滤波的轨道短波不平顺检测算法研究

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测量与检测技术 | 基于多尺度特征融合的轨旁异物侵限目标检测方法研究

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机器人技术 | 一种肌腱驱动预充气软体管道机器人的设计

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机器人技术 | 兜孔形状对高速轻载机器人轴承保持架力学性能的影响研究

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