《机床与液压》2026年第19期导读：高温合金振动磨削、五轴工具磨床电主轴热特性等

目次与摘要

2026-19

高端装备与零部件

高温合金缓进给压电振动磨削装置及工艺

赵雅莉，杨健新，张德远

北京航空航天大学机械工程及自动化学院

【摘要】针对镍基高温合金缓进给磨削中因材料高硬度、低导热性及高黏度导致的磨削力大、温度高、表面易烧伤等问题，提出一种新型低频压电振动磨削装置，通过在工件上施加径向振动实现砂轮与工件的周期性分离，以降低磨削力、缓解热损伤，提升加工效率与表面质量。解析缓进给振动磨削的运动学原理，分析缓进给振动磨削降低磨削力、减缓烧伤的机制，并使用自主研制的压电振动器进行 K417G 镍基高温合金缓进给振动磨削与普通缓进给磨削对比试验，研究进给速度、磨削深度、振幅与频率对磨削力、表面烧伤及表面粗糙度的影响。结果表明：振动磨削可实现砂轮-工件周期性分离，在磨削深度 0. 2 mm、进给速度 110~150 mm/min、振动频率 70 Hz、振幅 20 µm 条件下，法向磨削力下降 53%~65%，切向磨削力下降 49%~59%；在较大磨削深度与较高进给速度条件下，进给速度与磨削深度越大，振动磨削降力效果越显著；在振幅 20 µm、频率 70 Hz、磨削深度 0. 2 mm 无损伤加工条件下，K417G 镍基高温合金无烧伤进给速度极限由 35 mm/min 提升至 170 mm/min，加工效率提升 4. 86 倍；受断续磨粒划痕作用，振动磨削表面粗糙度较普通磨削增幅不超过 10%，仍可满足航空叶片 R_a≤0. 8 µm 表面质量要求。研究为高温合金叶片高效低损伤缓进给磨削提供技术支撑。

基于等效刚度模型的转盘轴承有限元分析

时方振¹，刘红彬^1，2，周琳³，姚涵帅¹，孙勇攀¹，刘勇言¹1. 河南科技大学机电工程学院

2. 洛阳龙门实验室

3. 洛阳轴承集团股份有限公司

【摘要】针对转盘轴承有限元分析中普遍存在的计算效率低与收敛困难的问题，提出一种基于壳单元和实体单元的滚子等效刚度模型。基于切片法与 Hertz 接触理论建立三排滚子转盘轴承静力学数学模型，采用 Newton-Raphson 迭代法求解滚子载荷分布，通过文献算例对比验证了理论模型的准确性。依托 MSC Marc 软件完成轴承参数化有限元建模，开展网格无关性与载荷适应性验证，并对比实心滚子模型与等效刚度模型的仿真精度与计算效率。结果表明：文中等效刚度模型能通过减少实体网格数量有效减少计算耗时，单滚子仿真计算耗时最大降幅可达 28. 57%；不同载荷工况下，该等效刚度模型计算的接触应力最大相对误差为 0. 916%，变形量最大相对误差为 0. 227%。此外，为明确该等效方法对不同滚子的普遍适用性，进一步得到了等效刚度模型中壳单元厚度与滚子半径、壳单元弹性模量和壳单元厚度以及壳单元厚度与壳单元中面半径的关系式，扩展了等效模型的适用性。等效模型与实心滚子模型相比，内圈 Y 向位移最大值相差 0. 006 mm，外圈 Y 向位移最大值相差 0. 003 mm，上、下排滚子承载峰值相对误差分别为 0. 31%、0. 05%。该模型兼顾高精度与高效率，弥补了传统等效模型工况适应性不足的问题，可为大型转盘轴承有限元仿真及结构优化提供可靠的建模方法。

基于改进鲸鱼迁徙算法的磁通增强内置式永磁同步电机优化设计

雷方顺¹，冯立杰¹，张虎翼²

1. 上海海事大学物流工程学院

2. 上海飞机制造有限公司航空制造技术研究所

【摘要】针对内置式永磁同步电机（PMSM）弱磁运行过程中需注入大幅负直轴电流，易诱发永磁体不可逆退磁，同时存在输出转矩不足、转矩脉动偏大的工程问题，提出一种转子交轴区域增设内外磁障的新型磁通增强内置式永磁同步电机（FII-PMSM）结构。该结构依托内层磁障构建正向电枢磁通叠加通路，有效提升永磁体工作磁通密度；通过外层磁障优化交轴磁路、提升电机凸极比，弥补内层磁障带来的磁阻转矩损耗。选取电机磁障的结构参数为优化变量，以电机输出转矩、转矩脉动和永磁体工作磁通密度为优化目标；通过改进后的多目标鲸鱼迁徙优化算法得到磁障参数最优解集。最后，开展仿真实验，验证优化的可行性。结果表明：相较于常规 PMSM，优化后 FII-PMSM 的平均输出转矩由 86. 41 N·m 提升至 90. 19 N·m，转矩脉动由 9. 47% 降至 7. 62%，永磁体工作磁通密度由 1. 015 T 提升至 1. 023 T，验证了 FII-PMSM 的优越性。

基于六点刚度实验的圆管带式输送机芳纶输送带横向刚度研究

赵晓霞^1，2，曹宇^1，2，

阴璇^1，2，唐鸿儒^1，2，孟文俊^1，2，任鸿^1，2
1. 太原科技大学机械工程学院

2. 太原科技大学智能物流装备山西省重点实验室

【摘要】目前，芳纶输送带适配圆管带式输送机的专项研究仍难以满足工程实践对其规模化应用的技术需求。为此，需围绕圆管带式输送机成管工况，开展芳纶输送带与托辊间接触力的研究。通过六点刚度测试实验获得芳纶输送带与托辊间的接触数据；构建芳纶输送带的壳体模型与实体模型，对其成管过程进行有限元分析，并将仿真计算结果与实验数据进行对比验证；最后，分析芳纶输送带与钢丝绳芯输送带在圆管带式输送机成管过程中的接触力及成形力特性。结果表明：相较钢丝绳芯输送带，芳纶输送带的平均接触力降低 33. 35%，平均成形力降低 29. 71%；在接触力和成形力分布均匀性方面，芳纶输送带均优于钢丝绳芯输送带。芳纶输送带在提升成管效率、增强成管稳定性及降低系统总体能耗等方面均优于钢丝绳芯输送带，可为其在圆管带式输送机中的规模化应用提供理论依据。

基于 NSGA-Ⅱ与熵权 TOPSIS 法的质子交换膜电解槽流道结构多目标优化

廖道辉¹，陈洁¹，孙继坤²，王涛德¹，杨鹏¹1. 新疆大学机械工程学院

2. 国网新疆电力有限公司超高压分公司

【摘要】为提升 PEM 电解槽性能，采用 COMSOL Multiphysics 软件建立 PEM 电解槽多物理场耦合模型。以响应面法中的 Box-Behnken 为试验设计方法，选取梯形流道上底宽度、下底宽度和水流量为因素，以压降、电流密度和氧气摩尔分数为评价指标，建立各评价指标的预测模型。最后，集成多目标优化与客观决策方法，结合 NSGA-Ⅱ与熵权 TOPSIS 法，实现 PEM 电解槽流道结构的协同优化。结果表明：增大水流量会显著增大流道压降，而增大梯形流道上、下底宽度均有利于减小流道压降，与矩形流道相比，优化后的梯形流道压降降幅达 14. 35%；增大梯形流道下底宽度有利于提升电解槽的水、气传输性能，相较矩形流道，梯形流道的氧气摩尔分数降低了 25. 43%，同时电流密度提升了 5. 03 A/m²。当梯形流道上底宽度为 0. 7 mm、下底宽度为 1. 4 mm、入口水流量为 0. 15 g/s 时，电解槽在设定目标下获得最佳平衡，综合性能较优。

考虑姿态不确定性的协作机器人谐波减速器疲劳可靠性研究

祖大聪^1，2，于印鑫¹，李佳仪²，龙旦风²，吴智恒²，李平²

1. 昆明理工大学机电工程学院

2. 广东省科学院智能制造研究所广东省现代控制技术重点实验室

【摘要】针对协作机器人在复杂工况下多姿态切换导致谐波减速器寿命及可靠性评估难题，提出一种基于姿态不确定性的可靠性分析方法。通过测力计获取机器人末端动态载荷，计算各姿态下各关节载荷，并采用雨流计数法处理各关节载荷，构建载荷-损伤 Kriging 模型预测其损伤值，同时保留均值与协方差数据以量化模型的不确定性；根据专家评分确定姿态权重，采用 Dirichlet 分布刻画姿态权重的分布及不确定性，并引入随机方差描述姿态内关节损伤的不确定性，通过不确定性建模融合三类不确定性；采用 Gamma 过程建立损伤演化模型，并基于蒙特卡洛法和联合抽样手段计算可靠度及置信区间。将谐波减速器疲劳试验的载荷及循环次数代入载荷-损伤模型，计算得到总损伤与理论值偏差不大于 18. 1%，验证了该模型的有效性。将该方法应用于某型螺丝锁付机器人，结果在 2 000 万次锁付后谐波减速器可靠度仍达 97. 99%，符合工业机器人设计寿命区间；95% 置信区间表明可靠度衰减阶段不确定性影响显著。研究为协作机器人谐波减速器的可靠性分析与寿命预测提供了理论方法支撑。

航空齿轮动应力分析与实验验证

刘海鸥¹，郭家舜²，苏燕芹²，李博²，王三民²，千文凯²

1. 中国航发商用航空发动机有限责任公司

2. 西北工业大学机电学院

【摘要】_{为考虑轮体振动对系统动应力的影响，提出一种考虑轮体柔度的弧齿锥齿轮传动系统动力学模型和动应力分析方法。该动力学模型忽略轮齿结构，将轮齿间的啮合作用简化为沿啮合线方向的弹簧，采用有限元方法对轮体结构进行离散，并以静态传动误差体现时变啮合刚度的激励作用，将其等效为时变扭矩激励。采用该动力学模型计算系统在不同转速下的动载系数，通过分析动载系数和静态传动误差，选出动应力水平最高的时刻，计算该时刻齿轮所处的啮合状态，并采用接触有限元静力模型计算不同转速下的最大动应力。结果表明：系统在转速 16 383 r/min 时动载系数为 1. 020，啮合力与静态传动误差同步振动，被动齿轮发生一节径振动；在转速 17 328 r/min 时发生共振，动载系数最大值增大至 1. 053，被动齿轮一节径振动幅值增大 2. 43%。这表明对于具有较大轴向力和轻量化设计的航空弧齿锥齿轮，轮体的轴向振动不可忽视。最后，通过实验对所提理论模型和方法进行验证，不同转速下理论应力值与实验值在数值和变化趋势上较为吻合，验证了该方法的有效性。}

基于蛇算法优化的核函数特征模态分解及其在故障诊断中的应用

高永新，张运
辽宁工程技术大学机械工程学院
【摘要】针对实际工业场景中强背景噪声导致滚动轴承故障特征提取困难，以及传统特征模态分解存在黑箱优化易过拟合、物理可解释性差的局限性，提出一种基于改进特征模态分解与机器学习的智能故障诊断新框架。对经典 FMD 进行如下改进：提出参数化核函数约束机制，将传统滤波器替换为参数化 Morlet 小波核，将滤波器设计问题转化为对中心频率与带宽两个关键物理参数的寻优，显著增强模型的抗过拟合能力与可解释性；引入稀疏性增强的复合目标函数，在最大化相关峭度的基础上，融入包络谱稀疏性作为优化目标，确保分解所得模态同时具备优异的周期性与冲击稀疏性。在此基础上，采用蛇优化算法自适应搜寻上述参数的最优组合，实现故障特征的精准分离与提取。将改进 FMD 分解得到的多个模态作为深度特征源，从中提取特征集，并采用 LSTM 完成故障模式的识别与分类。为验证文中方法的有效性，在西安交通大学（XJTU）轴承数据集上进行试验验证。结果表明：与经典 FMD、VMD 等方法相比，文中方法提取的故障特征在包络谱中具有更高的特征频率显著性；在多种故障类型的诊断任务中，FMD-LSTM 模型在自建试验台数据集中的分类准确率达到 99. 341%，较 VMD-LSTM、经典 FMD-LSTM 及 1D-CNN 模型分别提升了 3. 74%、6. 55% 和 9. 94%；同时在 XJTU 公开数据集中整体准确率达 99. 311%。定量数据充分证明该方法显著提升了滚动轴承故障诊断模型的可靠性与准确性。
基于 Abaqus 的五轴工具磨床电主轴建模与热特性分析
陈明玮¹，黄毅²，周钰坤¹，林晓辉¹
1. 厦门理工学院机械与汽车工程学院
2. 厦门金鹭特种合金有限公司
【摘要】针对五轴工具磨床电主轴在高速运行条件下因内部热源复杂、温升显著进而导致加工精度下降的问题，构建电主轴仿真模型，开展热-结构耦合分析，揭示其热态性能并验证模型精度。基于热-结构耦合理论，分别计算电机损耗功率与轴承摩擦生热率以及相关对流换热系数；建立电主轴三维模型，在有限元软件中施加热载荷与热边界条件开展稳态温度场分析，并将分析结果作为预定义场进行热-结构变形分析。同时，搭建实验平台，利用温度与位移传感器采集温升与变形数据。结果表明：电主轴最高温度为 54. 11 ℃，位于转子上；受非均匀温度场影响，最大热变形约为 34. 34 µm，发生于定转子相邻处，且造成主轴前端产生轴向伸长，变形量为 3. 275 µm；前、中、后轴承处测温点的实验与仿真相对误差分别为 7. 74%、7. 61%、3. 59%，主轴前端轴向热变形误差为 3. 42%。所构建的模型能准确预测电主轴热特性，为电主轴热误差补偿及热态性能优化提供了高可信度的模型与实验依据，并提出温升抑制与热变形补偿措施。
耦合激励下行星齿轮箱太阳轮裂纹故障的振动特性研究
宋中越¹，刘甜¹，景鸿翔²，甄冬²
1. 天津中德应用技术大学能源工程学院
2. 河北工业大学机械工程学院
【摘要】针对轮齿裂纹故障下负载对振动特性研究不足的问题，通过分析太阳轮裂纹故障下不同负载状态时的啮合冲击力，提出啮合冲击函数，并基于该函数构建新的现象学模型，探究负载对行星齿轮箱动态特性的影响。基于冲击理论分析轮齿线外啮合冲击力，同时通过势能法分析健康状态及太阳轮裂纹故障下的啮合刚度，建立冲击激励函数。构建行星齿轮箱现象学模型，将冲击激励函数引入该模型，分析不同负载下的振动特性及频谱分布规律。最后，开展实验分析，验证所提模型的准确性。结果表明：在故障状态下，啮合频率 f_m 两侧调制出太阳轮转频及故障特征频率成分。随着负载增加，调制信号 f_m±f_s 及 f_m±f_c 的幅值显著增加，而故障特征频率幅值变化不明显。随着负载由 20% 提升至 60%，仿真中 f_m±f_c 分量增幅最为突出；实验条件下 f_m-f_c 与 f_m+f_s 两个特征边频的幅值增长最为突出。两项统计指标随负载近似线性增大，表明振动能量与冲击特征随负载同步增强。线外啮合冲击及故障激励会在时域波形中产生一系列脉冲信号，但线外啮合冲击不会诱发新的调制信号。
数控机床主轴热伸长 CoT 注意力预测建模
王帅¹，郑煜¹，朱玉桃¹，赵明威¹，赵俊豪²，王英¹
1. 陕西工业职业技术大学机械工程学院
2. 西安工程大学材料工程学院
【摘要】为解决机床主轴热伸长预测中热图像特征提取不足及跨转速迁移适配能力不足的问题，提出一种面向主轴热伸长预测的上下文 Transformer （CoT）注意力热图像回归模型，用于从红外热图像中提取主轴局部热源区域与全局热分布关联特征。对基于共享层冻结与私有层微调的有限跨转速迁移适配策略进行验证，以降低不同转速工况下重新建模的成本。以 VMC450 立式加工中心为实验平台，结果表明：在 3 000 r/min 工况下，模型拟合系数 R²=0. 973 0，均方根误差（RMSE）为 2. 667 0 µm，平均绝对误差（MAE）为 2. 169 0 µm；卷积核尺寸 k'=3 为兼顾模型精度与效率的最优参数，模型训练时间仅为 333 s；模型在 2 000、4 000 r/min 工况下 R² 分别为 0. 944 和 0. 932，保持较好的预测性能。该模型可直接输入热图像完成预测，单张热图像推理时间在 10 ms 内，无需布置额外温度传感器，也无需图像预处理，在机床主轴热伸长补偿方面展现出较好的工程应用潜力。
基于改进 MFDE 和 2D CNN 的机床主轴轴承故障诊断
刘军¹，张梦琦²
1. 重庆科创职业学院人工智能与大数据学院
2. 重庆文理学院信息技术中心
【摘要】针对机床主轴轴承振动信号的非线性、非平稳特性，提出一种融合改进多尺度波动散布熵（IMFDE）与二维卷积神经网络（2D CNN）的智能诊断模型。针对传统多尺度熵中经典三次样条插值法在应对复杂信号动态变化时存在的适应性差与失真问题，设计一种引入物理约束条件的加权改进型三次样条插值方案，并将其嵌入 MFDE 算法以构建 IMFDE，从而显著提升多尺度熵特征的精确性与区分度；将原始振动信号经 IMFDE 计算后转换为能够反映故障信息的二维熵特征矩阵；最后，将该矩阵作为输入，利用 2D CNN 强大的空间特征学习能力进行端到端的故障模式识别与分类。结果表明：在多种工况的机床主轴轴承故障数据集上，该模型整体诊断准确率达 100%，相较于采用传统 MFDE、CNN 等方法的对比模型，准确率提升 3~10 个百分点，有效验证了其优越性。研究结论证实，IMFDE-2D CNN 模型不仅理论依据充分，且具备极高的工程应用价值，为机械装备关键部件的智能故障诊断提供了一种高效精准的解决方案。
智能制造与控制技术
小样本下物理机制与数据混合约束的铣削表面粗糙度预测方法

高润展^1，2，庄存波^1，2，张雷³，漆中华⁴

1. 北京理工大学机械与车辆学院

2. 北京理工大学唐山研究院，河北省智能装配与检测技术重点实验室

3. 天津商业大学机械工程学院

4. 中国电子科技集团公司第二十九研究所

【摘要】零件铣削加工过程数据采集难度较大、成本高，难以获取大量加工过程数据。在此条件下，数据驱动模型无法充分学习加工过程中的所有特征和规律，难以实现高精度的表面粗糙度预测。为此，提出一种物理机制与数据混合约束的表面粗糙度预测方法。根据表面粗糙度机制模型，确定表面粗糙度与切削参数之间的正、负单调性关系。采用卷积神经网络（CNN）和门控循环单元（GRU）的混合模型作为预测模型的神经网络框架。在数据损失函数的基础上，引入多个切削参数与表面粗糙度之间单调性关系的加权约束，通过平衡物理损失函数与数据损失函数，构建物理机制与数据混合约束的表面粗糙度预测模型。最后，设计并开展零件铣削加工试验，通过与其他预测方法进行对比，验证文中方法的有效性。结果表明：在小样本数据集下，文中方法的平均绝对百分比误差（MAPE）为 13. 8%，均方根误差（RMSE）为 0. 102；与引入物理约束的人工神经网络（ANN）模型相比，该方法的 MAPE 降低了 11. 4 个百分点，RMSE 降低了 0. 016。因此，引入物理机制与数据混合约束能够有效克服数据量不足的限制，从而提高小样本下铣削表面粗糙度的预测精度。

基于 CNN-SE-BiLSTM 的设备生产信息监测方法研究

王玉国¹，邵通¹，谢斌²，洪磊¹，顾新艳¹

1. 南京工程学院交通工程学院

2. 南京康尼精密机械有限公司

【摘要】针对离散制造车间中设备生产信息监测的需求，为精确识别加工零件数量并判断其加工状态（正常及电流整体增加、局部电流突变、切削电流减小与加工时长缩短 4 种典型异常类型），基于实际采集的多工序加工电流时序信号，提出一种融合卷积神经网络（CNN）、压缩-激励（SE）模块与双向长短期记忆网络（BiLSTM）的深度学习模型（CNN-SE-BiLSTM）。该模型以 1D-CNN 作为前端模块，从原始电流时序信号中提取局部空间特征；随后引入 SE 通道注意力机制，对不同通道的特征进行自适应重校准；最后采用 BiLSTM 模块，对处理后的特征序列进行双向时序建模。在实际车间数据集上的试验结果表明：模型能够有效识别零件数量并准确区分正常与 4 种典型异常加工状态，在多工况下的平均识别准确率可达 99. 6%，且鲁棒性显著优于对比模型。上述结果验证了 CNN-SE-BiLSTM 模型在零件类型识别及异常状态诊断方面的有效性，为智能制造环境下的设备生产信息监测提供了一种高精度解决方案。

基于时变谐波去除的运行模态自动辨识方法

逯城雷，何声馨，彭升华，张二亮

郑州大学机械与动力工程学院

【摘要】针对工程结构受旋转激励产生的时变谐波干扰导致运行模态辨识困难的问题，建立基于时变谐波去除与两阶段聚类策略的运行模态自动辨识方法。基于广义解调方法构建结构响应信号的时变谐波提取模型，结合转速波动信息设计自适应幅值滤波器，以抑制时变谐波的干扰；针对协方差随机子空间方法识别中产生的密集虚假模态，提出融合 K-Means 聚类与谱系聚类的两阶段聚类算法，实现物理模态参数的自动准确识别。悬臂梁仿真结果表明：在谐波与噪声干扰下，前 4 阶模态的固有频率识别平均误差为 0. 41%，阻尼比平均误差为 3. 96%，各阶振型的模态保证准则（MAC）值均高于 0. 99。轴承转子实验数据进一步验证，该方法能有效消除前 14 阶时变谐波，自动识别出系统前两阶模态。研究为时变谐波干扰环境下运行模态的自动辨识提供了一种解决方法。

基于盾构机刀箱自动上料系统的 GGO 手眼标定优化算法

樊佳腾¹，费致根¹，郭君棋¹，李浩然²，李立博¹，肖艳秋¹1. 郑州轻工业大学新能源学院

2. 郑州轻工业大学机电工程学院

【摘要】针对盾构机刀箱自动上料系统传统手眼标定方法精度较低、易存在误差传递与局部最优缺陷的问题，提出一种基于灰雁优化算法（GGO）的 Eye-in-Hand 型手眼标定方法。以对偶四元数解作为初始值，通过制定探索组、开发组高效的寻优策略，引入旋转与平移误差的加权融合机制来定义手眼矩阵的适应度函数，实现了刀箱自动上料系统手眼标定关系矩阵的高精度求解。结果表明：该手眼标定方法的旋转误差均值为 0. 073 8 rad，平移误差均值为 0. 580 4 mm；相较 Tsai、Inria、Dual-Quaternion 3 种经典手眼标定方法，该标定方法的旋转精度分别提升 50. 1%、43. 0%、52. 5%，平移精度分别提升 49. 9%、49. 0%、81. 0%；重复抓取实验中，该方法 X、Y、Z 向平均平移误差分别为 0. 235 1、0. 381 8、0. 377 8 mm。该方法可有效降低手眼标定误差，显著提升手眼标定精度，能够满足刀箱自动上料系统现场工作需求。

基于 RNN 的约束可操作度优化与未知环境中的自适应力控制

聂铭¹，李堉明²，汪林立¹，梁永纯¹，

徐智浩²，张富勇²，黄丰¹，吕旺燕¹

1. 广东电网有限责任公司电力科学研究院

2. 广东省科学院智能制造研究所

【摘要】针对机械臂传统可操作度指标未充分考虑关节约束、未知环境下力-运动控制精度低的问题，提出一种基于缩放因子的约束可操作度可行域定量建模方法及基于 RNN 的自适应力控制框架，通过对经典可操作度椭球进行约束修正，实现受限条件下末端执行器运动能力的精确表征。为提升机械臂在未知环境下的交互性能，构建融合鲁棒积分与符号函数的改进阻抗控制框架，采用递归神经网络在线求解含约束可操作度优化的力-运动混合控制问题。仿真验证表明：该方法在接触力控制中实现了±0. 2 N 的稳态误差，轨迹跟踪精度为±1 mm，方向可操作度在优化后提升约 15%，且关节速度与角度全程无超限现象，显著增强了受限环境下机械臂操作的鲁棒性与控制精度。

差速器壳体瀑布式流珠振动光整技术与表面特性

杨同亮^1，2，王守仁^1，2，李杨¹，周志群³

1. 济南大学机械工程学院

2. 济南大学山东省金属关键构件表面处理与智能装备重点实验室

3. 济南大学自动化与电气工程学院

【摘要】为提升差速器壳体振动光整加工的表面质量与加工效率，基于 Archard Wear 磨损模型，采用离散元法（DEM）与多体动力学建立工件-介质相互作用模型。经接触参数试验与仿真标定后，确定各材料的接触参数，并采用田口方法优化工艺参数。以振动频率、工件安装位置及加工时长为控制因素，以平均磨损深度为评价指标，得到最优工艺参数及各参数贡献率。在设备上开展正交试验，通过白光干涉仪、X 射线衍射仪和扫描电镜分别表征表面粗糙度、残余应力与微观形貌。结果表明：最优参数为振频 38 Hz、加工时长 3 s、安装位置 3。三因素对平均磨损深度的贡献率依次为：安装位置 50. 6%、加工时长 41. 2%、振动频率 8. 2%。与未加工工件相比，9 组正交试验试样的表面粗糙度由 1. 729~2. 645 µm 降至 0. 27~0. 82 µm，最优参数试验试样的表面粗糙度可达 0. 207 µm，标准差由 0. 095~0. 399 µm 降至 0. 044 µm；残余应力由未加工工件试样的 430~447 MPa 降至 9 组正交试验试样的-17~-233 MPa，标准差由 8~24 MPa 降至 1. 4~8. 4 MPa，最优参数条件下残余压应力可达-275 MPa。在瀑布式流珠振动光整中，工件埋深对表面质量影响显著：埋深增加使工件处于高约束区，有效冲击能量提升，从而改善粗糙度与残余压应力；而浅层工件因颗粒接触不足，表面质量提升有限。

基于多域特征筛选与并行 Transformer-LSTM 的刀具磨损预测

廖志雄¹，璩晶磊^2，3，王丽丽¹1. 新乡工程学院机电工程学院

2. 河南工学院机械工程学院

3. 河南世通电气自动化控制有限公司

【摘要】为满足高端装备切削加工对刀具磨损高精度、强泛化预测的工程需求，提出一种基于多域特征筛选与并行 Transformer-LSTM 的刀具磨损预测方法。该方法以多通道切削传感器信号为数据源，提取时域、频域及变分模态分解（VMD）能量熵多域特征，采用最大互信息系数（MIC）实现关键特征提取；构建 Transformer 与 LSTM 并行预测模型，分别实现局部时序细节的精准捕捉与长距离退化趋势的高效挖掘；引入粒子群优化算法（PSO）完成网络超参数全局寻优，提升模型自适应能力与预测稳定性。基于 PHM2010 标准数据集开展对比实验与性能验证。结果表明：该模型预测铣刀磨损量的均方根误差（RMSE）为 2. 38 µm，平均绝对误差（MAE）为 1. 42 µm，决定系数 R²=0. 99；与 SVR、CNN、LSTM、 BiGRU 等模型相比，文中方法在关键指标上均表现更优。通过多域特征提取、并行结构优势互补与超参数协同优化，可有效提升复杂工况下刀具磨损预测精度与稳定性。

液压基础件

电液伺服阀阀芯动态特性影响因素量化分析

杨超¹，白云^1，2，3，姚静^1，3，杜成达¹，

李冬明⁴，刘红光⁵，周忠华⁵，高雪涛⁵，张国良⁵

1. 燕山大学机械工程学院

2. 燕山大学起重机械关键技术全国重点实验室

3. 燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室

4. 江苏恒立液压股份有限公司

5. 江苏恒立液压科技有限公司

【摘要】以某电液伺服阀为研究对象，针对其关键参数对阀芯动态响应性能的影响开展深入分析。基于电液伺服阀的结构及工作原理，构建比例电磁铁的 Maxwell 模型与电液伺服阀的 AMESim 模型的联合仿真平台，并通过实验数据验证模型的准确性。结果显示：电磁力最大相对误差为 9. 49%，流量最大相对误差为 4. 84%，阀芯阶跃响应最大相对误差为 1. 4%。探究比例电磁铁结构参数与电液伺服阀内部构件参数对阀芯响应时间的影响机制，并通过显著性量化方法分析各特征参数对阀芯动态响应时间的影响，获得各参数的影响百分比量化指标。结果表明：阀芯向右运动时，预留气隙和环下角度为主要影响因素；向左运动时，预留气隙和弹簧刚度为主要影响因素。上述结果为该电液伺服阀的结构优化与动态性能提升提供了理论依据。

活塞式柱塞阀动态特性分析及动态流量自感知

龚桂芳¹，张健平¹，张松²，但志宏²1. 西南科技大学制造科学与工程学院

2. 中国航空发动机集团有限公司，四川燃气涡轮研究院

【摘要】针对高空模拟试验中发动机过渡态工况对活塞式柱塞阀快速精准调节的需求，采用数值模拟方法分析某高空台进排气系统中 DN650 活塞式柱塞阀压力突变过程的动态特性。研究开度（10°~90°）和突变时间（0. 8~3. 0 s）对压力及流量脉动的影响规律。同时，通过对动态流量自感模型的关键参数进行修正，拟合得到新的关联式。结果表明：压力脉动系数随相对时间单调递减，流量脉动系数则先急剧上升，再经衰减振荡后趋于稳定，且大开度下流量持续波动直至突变时间结束；压力脉动变化率绝对值随突变时间延长而增大、随开度增大而减小；首次流量脉动峰值随突变时间延长而减小、随开度增大而减小；流量自感值与模拟值的变化趋势基本一致，其最大相对误差约为 7. 2%，满足工程应用允许偏差的要求。

阀板结构对三偏心蝶阀密封性能的影响

余晓光，周位伟，刘诗梅，

马如隆，蒋永兵，郝娇山，蒋继苇

重庆川仪调节阀有限公司

【摘要】针对大口径三偏心蝶阀在介质压力作用下阀板刚度不足导致变形、进而引起密封泄漏的问题，以 Class150 DN600 三偏心蝶阀为研究对象，揭示阀板变形机制，并通过有限元仿真对比多种结构优化方案对阀板变形的影响。通过分析阀门关闭状态下的密封失效特征，明确阀板刚度不足引发的局部大变形、致使密封圈脱离阀座，是导致蝶阀密封性能劣化的核心原因。在此基础上，采用有限元仿真分析方法系统研究不同阀板结构对阀板变形的影响。结果表明：将阀板球形高度从 53 mm 增至 80 mm 时，阀板最大变形量可以降低 22. 8%；加强筋数量由 2 条增加至 5 条时，最大变形量降低 22. 9%；将阀板球形设计为连续结构，最大变形量降低 42. 4%；3 种方案综合优化后，阀板变形量下降 71. 1%。尽管结构优化会一定程度增加阀板质量与成本，但对密封可靠性的提升价值显著，为高参数三偏心蝶阀的结构设计提供了工程参考。

系统与应用

基于 AE-LSTM-Attention 的风电机组故障预警系统设计

汪海瑞，孙文磊，吴义利，方远，包胜辉

新疆大学机械工程学院

【摘要】为解决风电机组关键部件早期异常难以识别、预测精度易受噪声干扰等问题，提出一种基于 AE-LSTM-Attention 的故障预警方法。该方法通过自编码器（AE）提升 SCADA 多维时序数据中温度、转速、功率等关键运行参数的有效特征表达能力，利用长短期记忆网络（LSTM）建模关键变量的动态变化规律，并引入注意力机制（Attention）强化与齿轮箱运行状态退化及故障演化密切相关特征的权重分配，构建基于预测残差的异常检测策略，实现对齿轮箱油池温度的早期预警。将所建模型与风电机组监测系统集成，实现数据处理、预测分析与预警展示的实时联动，满足现场运行监测需求。实验结果表明：文中方法在测试集上的 RMSE 为 0. 73 ℃，MAPE 为 1. 33%，R²达到 0. 994，预测精度、残差稳定性及预警可靠性均优于对比模型；系统经 Siege 压力测试验证，在连续 200 次请求条件下运行稳定，响应时间主要集中在 140~160 ms 内，吞吐率约为 6 req/s，无明显性能衰减，具备实际运行部署的可行性。

四配流窗口轴向柱塞泵空化特性研究

赵智鹏 1，薛毅馨 2，高有山 1，李涛 1，张梦圆 11. 太原科技大学机械工程学院

2. 太原重工股份有限公司

【摘要】针对四配流窗口轴向柱塞泵内部空化机制不明确、现有仿真模型未全面考虑摩擦副油膜影响的问题，基于 Pumplinx 软件搭建全流域 CFD 仿真模型，通过 UDF 函数二次开发加入球铰副和滑靴副摩擦副油膜，探究吸油压力、斜盘倾角和缸体转速对吸油口、配流盘、柱塞腔和滑靴流道区域空化特性（以气体体积分数表征）的影响。结果表明：柱塞腔与阻尼槽在高低压切换时产生的高速射流，是产生空化的主要原因之一；斜盘倾角和缸体转速增大时，柱塞泵整体空化加剧；吸油压力提高时，吸油口、配流盘、柱塞腔和滑靴处空化显著改善，气体体积分数峰值分别由 6. 65% 降至 2. 23%、6. 13% 降至 5. 27%、13. 56% 降至 6. 42%、28. 19% 降至 15. 36%；为保证滑靴副润滑特性，应选取合适的吸油压力。研究结果可作为后续四配流窗口轴向柱塞泵样机的抗空化结构优化设计的理论参考。

双吸泵反转作工业透平内部流动损失特性研究

林通 1，2，3，郭金妹 2，刘静 2，罗小峰 2，邹永顺 3，马光飞 4

1. 自然资源部离子型稀土资源与环境重点实验室

2. 江西应用技术职业学院流体传输装备工程创新中心

3. 赣州发电设备成套制造有限公司

4. 水利部产品质量标准研究所

【摘要】为揭示双吸泵反转作工业透平运行过程中的流动损失特性，基于熵产理论，采用数值计算方法对多工况下透平主要流域内的总熵产以及熵产分布情况进行研究。结果表明：设计工况下，透平内部熵产主要由叶轮、蜗壳、左腔、右腔以及导出室产生，熵产占比分别为 19. 18%，22. 00%，21. 89%，22. 07%，13. 94%；流动损失随流量增加而增加，总体壁面熵产约占总损失的 70%；蜗壳内旋涡类型及分布位置基本不随流量增加而改变，旋涡主要由隔舌下游的马蹄涡及壁面附近的附着涡组成；叶轮内湍流熵产生成率主要集中于叶片吸力面与叶片尾缘附近，主要是由大速度梯度、流动冲击和回流等不稳定流动特征导致；导出室及出口管内的流动受上游叶轮出流影响，其内部流动损失主要是由流动冲击、回流引起；出口管内流动损失主要由近壁面流体黏性导致，且入口处存在 5 个逆时针旋涡，旋涡个数与叶轮叶片数一致。研究可为透平内部流动损失识别分析以及开展针对性优化提供参考。

系统与应用

变迎风角度对高空传热特性的影响

严韬¹，雷基林^1，2，杞卓玲¹，张意强¹

1. 昆明理工大学云南省内燃机重点实验室

2. 云南交通职业技术大学

【摘要】为探究不同海拔高度下迎风角度对板翅式换热器散热性能与流动特性的影响规律，建立换热器流固耦合模型，完成网格无关性验证，并在海平面工况下与试验数据进行对比，验证模型的准确性。在此基础上，系统分析从海平面至高海拔条件下，不同迎风角度对系统压差、热阻及基板温度分布的作用机制。结果表明：在海平面环境下，增大迎风角度虽能略微降低芯片基板温度（不足 3%），但会导致系统压差增加 4 倍；过大的压差会引起能耗上升，加重系统负担，且所获得的降温效果不足以弥补该损失；在高海拔环境下，继续增大迎风角度所带来的压差增幅显著减弱，同时其抑制基板温升、降低系统热阻与改善温度均匀性的效果均显著增强。针对高海拔散热场景，采用增大迎风角度的设计策略具有更优的综合性能，可为高空长航时航空电子设备的热管理设计提供理论依据与优化路径。

基于 RecurDyn 的液压挖掘机功能仿真与设计方法

水树华¹，刘志奇¹，崔金元²，

夏连鹏²，李庆¹，李浩元¹，马乐¹

1. 太原科技大学机械工程学院

2. 太原理工大学机械工程学院

【摘要】针对传统液压挖掘机设计依赖经验与物理样机测试，导致资源浪费且无法提前验证动力学性能的问题，以某型大型液压挖掘机为研究对象，使用 Solidworks 软件对该液压挖掘机整机进行三维参数化建模，用动力学仿真软件 RecurDyn 结合虚拟样机技术对挖掘机工作装置进行动力学仿真。介绍该虚拟样机的使用方法以及仿真数据的提取和数据处理方法，获得该挖掘机的工作范围参数、各铰接点处的受力情况以及液压缸的受力曲线。结果表明：将仿真得到的工作装置作业范围与出厂参数对比，最大相对误差仅 0. 113%，验证了模型的准确性；以复合挖掘工况为研究对象，计算挖掘阻力并施加外部载荷，仿真得到完整作业循环下各铰接点、液压缸的动态载荷时间历程，揭示机构内部力流传递与载荷分配规律；仿真输出的峰值载荷与载荷谱可为结构强度校核、轻量化优化以及液压元件选型提供量化数据支撑。研究为大型液压挖掘机的结构设计以及液压系统设计提供了更高效的手段。

往复压缩机无级气量调节系统液压参数优化设计

孟政¹，周超²，牛超²，刘文萍¹

1. 大连海洋大学应用技术学院

2. 北京博华信智科技股份有限公司

【摘要】针对多级往复压缩机无级气量调节系统因采用单一恒定油压驱动导致执行机构冲击严重、使用寿命短及可靠性低等问题，构建可变油压与气压条件下执行机构的运动模型，系统分析在变化油压、气压下执行机构的冲击特性。以各级执行机构下限位冲击速度与油压为优化目标，建立基于非支配排序蜣螂优化算法（NSDBO）的优化模型，对比分析一次函数、二次连续函数与分段油压控制策略的边界适配性与工程可实现性，优选得到三段式分段液压控制方案。结果表明：优化得到的三段最优液压控制力分别为 1 142、209、873 N，采用该分段液压控制策略后，执行机构的下限位冲击速度降至 0. 26 m/s，较传统单一油压模式降低 38. 3%，现场实测顶出冲击幅值降低 59. 5%。该分段液压控制策略在实现“软着陆”、有效抑制冲击的同时，又规避了连续变压控制复杂度高、工程难以落地的问题，兼顾减振效果与系统可实现性。研究为往复压缩机无级气量调节系统的优化设计与推广提供了重要的理论依据和实践参考。

基于多模态融合的机械液压设备故障诊断方法

侯志岩¹，马志刚¹，李海¹，程浩宇¹，陈勇旭²

1. 武汉船用机械有限责任公司

2. 武汉理工大学交通与物流工程学院

【摘要】针对液压设备故障特征被流体噪声和机械振动掩盖、单一模态信号存在信息盲区的问题，提出一种基于声振联合多模态融合的故障诊断方法，通过振动信号与声学信号的互补特性，提升复杂工况下的故障识别精度与鲁棒性。在实际工厂环境中搭建数据采集系统，利用八通道麦克风阵列和 8 个振动传感器，同步采集液压设备在正常工作、压力不足及模拟漏油 3 种典型工况下的声音与振动信号；在特征提取阶段，针对声音信号提取对数梅尔频谱图以表征声学频率分布；针对振动信号，结合短时傅里叶变换提取幅度谱，并计算能量及主频特征，形成互补的特征向量；设计了一种基于 ResNet32 的深度卷积神经网络模型，通过残差连接解决深层网络退化问题，实现对融合特征的高效学习与分类。实验结果表明：在测试集上，单一声音模态和单一振动模态的诊断准确率分别为 93. 22% 和 91. 52%，而声振联合多模态融合模型的准确率达 98. 30%、F₁ 分数达 98. 41%，较单一模态分别至少提升了 5 个百分点和 7 个百分点。该方法有效利用了声学信号对早期故障的敏感性与振动信号对结构缺陷的表征能力，为液压设备的智能运维提供了有效的技术支撑。

一体化压铸单元状态监测与故障诊断的研究现状

刘兰徽¹，陈喆²，刘剑²，卜荣义^2，3，江源¹

1. 重庆工业大数据创新中心有限公司

2. 四川大学机械工程学院

3. 天府绛溪实验室

【摘要】为满足低能耗、高效率和轻量化的需求，一体化压铸成形技术在汽车、航空航天等领域得到广泛应用。然而，随着复杂结构部件需求的不断增加，以及服役环境日益严苛，压铸单元的故障问题也逐渐暴露，尤其是因设备故障或不良操作导致的压铸件质量问题，严重影响产品性能与安全性。一体化压铸单元状态监测与故障诊断技术成为保障压铸件质量与性能的关键技术手段。为此，介绍一体化压铸成形的主要单元组成，详细总结各模块的工作原理和功能特性。根据不同压铸单元的工作特点，分类介绍国内外现有压铸过程中的典型故障特征，探讨故障对压铸件质量的潜在影响，并总结一体化压铸单元中典型的故障状态监测与诊断方法。在此基础上，探究一体化压铸单元中状态监测与故障诊断的关键技术，分析一体化压铸故障诊断技术面临的问题与挑战，以期实现更加智能、高效和可靠的故障诊断体系，推动压铸向智能制造迈进。

排版：徐瑾瑾

初审：袁婷婷

复审：叶敏

终审：张艳君