机械设计

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王元丰, 祖炳锋, 徐玉梁, 王振, 唐瑞东, 刘捷

机械设计. 2018, 35(1): 1-6.

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针对一款2.7 L高增压柴油机，采用有限元方法计算了机体的结构强度，分析了热载荷与机械载荷对机体主轴承壁区域的应变分布影响。设计了发动机台架实验，测取机体主轴承壁面的温度与动态应变，对计算结果进行验证并分析了产生误差的原因。研究结果表明：机体主轴承壁的工作应力由热应力与动载应力两部分组成，在额定工况下，热应力占主导地位。通过对比模拟与实验结果可以发现，基于第3类热载荷边界条件计算得到的壁面温度精度较高，但是该方法精度强烈依赖输入的换热系数精度。基于有限元方法获得的应变模拟值表现出良好的跟随性。有限元方法对最大动载荷模拟精度较高。最大工作应变计算误差主要来自于最大热应力的计算误差。计算模型的拓扑网格结构、测点当地材料属性与换热条件是造成计算误差的3个主要因素。

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TBM推进系统键合图建模与动态仿真

张寒冰, 楫骏, 杨玉虎, 王刚

机械设计. 2018, 35(1): 7-13.

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针对TBM推进系统的机电液耦合特性，为了弥补传统建模方法在多能域建模问题中的诸多不便，采用键合图建模方法建立了TBM推进系统的数学模型，推导了系统的状态空间表达式，并搭建了系统的同步控制模型。利用MATLAB软件对推进系统的同步控制进行了仿真，通过与试验结果对比验证了数学模型的正确性和可行性。

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海洋平台起重机臂架在波浪载荷作用下的瞬态动力学分析

何远评, 李清, 林彬, 万淑敏, 李广有

机械设计. 2018, 35(1): 14-21.

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海洋平台起重机在正常服役期间通常会受到除工作载荷之外的环境载荷的严重影响，而以往对海洋平台起重机的研究都着重于考虑工作载荷的作用，对此，文中对环境载荷中破坏力较大的随机波浪载荷进行模拟计算。首先基于JONSWAP谱采用WAWS法对波浪载荷进行模拟，在验证方法的正确性后计算了海洋平台在随机波浪载荷作用下的运动响应；然后将海洋平台加速度谱作为输入计算了起重机臂架的瞬态动力学响应，得到了随机波浪载荷作用时起重机臂架的薄弱部位，从而可以在设计或者生产制造时对相应的部位进行加强。

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硬岩掘进机可掘进性分级性能预测模型的建立及实施

朱殿华, 宋立玮, 郭伟

机械设计. 2018, 35(1): 22-28.

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硬岩掘进机（TBM）性能预测是关于掘进机选型、设计和施工的核心问题。文中基于复杂地质条件下TBM掘进性能分级预测的前期研究工作，提出依托样本数据，建立在不同岩体可掘进性等级条件下，以特定岩体掘进指数（SRMPI）为性能预测指标，融合地质、施工等领域参数的TBM性能预测模型。在此基础上，通过模型细化和科学推导得到TBM其他系统级性能指标，从而建立完备的TBM性能预测体系。将所建模型应用于兰渝铁路西秦岭隧道工程的某一施工标段，预测结果验证了该模型的科学性、有效性和指导施工的可操作性。

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基于UG的悬索桥主索鞍三维造型研究

李爱农, 崔妍妍, 刘继平, 徐永

机械设计. 2018, 35(1): 29-32.

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基于UG NX8.0软件平台，详细介绍了某悬索桥主索鞍的空间曲面造型方法；结合该构件的二维工程图纸，建立了三维实体模型。该模型设计精度高，可用于细节结构分析和创新设计，为构件的刀具轨迹生成和数控模拟加工奠定了基础。该三维实体造型有助于合理规划主索鞍的加工工艺流程，为类似大型复杂构件的设计制造提供了新的加工思路和技术参考。

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精密卧式加工中心转台的模态与可靠性分析

陈同兴, 张晓龙, 宋乐见, 袁胜万, 张洪勋

机械设计. 2018, 35(1): 33-38.

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卧式加工中心转台是加工中心的关键部件之一，其可靠性直接影响加工中心的性能。对某机床厂研发的THM46100卧式加工中心的转台进行有限元模态分析与模态试验。通过对其固有频率的试验值与计算值进行误差分析和相关性分析，验证建立的有限元模型的准确性。对准确的有限元模型进行结构分析，并将结果导入到疲劳分析软件进行转台的疲劳寿命分析，利用疲劳分析的结果对转台的可靠度进行计算。此方法对加工中心转台的结构优化及可靠性分析具有一定的指导意义。

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液压机械无级变速器换挡品质因素分析

朱镇, 陈龙, 曹磊磊, 韩顺, 朱彧

机械设计. 2018, 35(1): 39-45.

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对分段式液压机械无级变速器换挡策略进行仿真分析，通过台架试验验证仿真结果的正确性。基于物理参数的换挡策略是：采取较低的发动机转速，较小的负载转矩及主油路油压，较大的调速阀流量。基于换挡时序的换挡策略是：先切换换挡机构离合器，再切换行星排待分离离合器，最后切换行星排待接合离合器。工程换挡控制策略是：根据物理参数，设置相对应的换挡时序。PWM调制根据控制程序，通过查表法，控制离合器的切换。结果表明：通过优化物理参数和换挡时序，可大大提高变速器的换挡品质。

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基于小波能量谱的刨煤机刨链动态张力信号分析

康晓敏, 王伟超, 陈应显

机械设计. 2018, 35(1): 46-50.

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刨煤机刨链的受力状况对刨煤机的运行及可靠性有着重要影响。利用在时域和频域都具有较高分辨率的小波分析法，进一步采用小波能量谱分析刨链的张力信号能量分布。通过自行研制的刨煤机实验台测试获得刨链动态张力信号，分别对刨削时不同刨削深度，非刨削时不同初张力情况下的张力信号进行分析，结果表明：刨削和非刨削时，刨链张力信号能量主要集中在一个较低的频带上；刨削时，能量在多个频带上均有分布；非刨削时，其他频带分布较少；工况参数变化对张力信号能量分布有较大影响。通过小波能量谱分析能够清晰地得到刨链张力信号能量分布规律，为进一步分析刨链的力学性能、刨煤机的可靠性及故障诊断等方面提供依据。

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可实现自动翻正的仿生四足机器人的设计与分析

朱红生, 李露, 唐火红, 徐慧

机械设计. 2018, 35(1): 51-56.

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针对四足机器人从空中无意跌落或被空投时的姿态调整及安全着陆问题，设计了一种可以实现自动翻正和落地缓冲的仿生四足机器人；建立了双刚体运动学模型，推导了转身率与弯曲角之间的关系；以能量耗散最小为优化目标，建立了优化问题的数学模型，求解了最优输入速度及对应的能量；在此基础上，设计了含有3个电机的机器人样机，分析了整个翻身落地过程的动作时序，建立了动力学模型并进行了仿真。仿真结果表明，该机器人结构及输入参数可以实现自动翻正，设计的腿部弹簧有助于避免机器人翻倒，减小了落地碰撞的加速度，起到了落地缓冲作用。文中设计与分析过程为可实现自动翻正的仿生四足机器人的研发提供了参考。

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滚筒式茎块类作物清洗脱皮机的设计与研究

范卓, 张华, 董斌, 程宏

机械设计. 2018, 35(1): 57-62.

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半夏是一种经济性药用植物，土豆更是我国第四大重要的粮食作物，但是这类地下茎块类农作物的清洗和脱皮是一个复杂和繁琐的过程，并且是后续利用所必需的过程。为降低清洗脱皮过程中的人力物力消耗，提高清洗脱皮效率和效果，实现清洗脱皮的自动化，设计了一种滚筒式茎块类农作物清洗脱皮机，为地下茎块类农作物的有效清洗和全方位脱皮提供了一种新型设备。

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特细金属丝整经筒子架及单丝张力控制研究

邓先明, 王凌鹏, 杨涛, 杜宇

机械设计. 2018, 35(1): 63-66.

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整经是重要的织前工艺，单丝张力是否均匀是整经质量最重要的衡量指标之一。筒子架作为整经机主要组成部分，是整经中单丝张力控制的关键。文中介绍了一种特细金属丝整经机筒子架，主要应用在高精细金属丝网织造中。首先分析了特细金属丝整经的特点与难点，然后通过对比矩形筒子架和V形筒子架各自优缺点，设计了V形对称错位结构的筒子架。通过单丝张力控制方式进行了对比试验，发现重锤摩擦盘式控制方式较无单丝张力控制方式、重锤张力杆式控制方式在输出响应的快速性、稳定性及准确性方面更佳，且能将单丝张力误差控制在±0.03 N。

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液压挖掘机动力总成悬置系统稳健性优化设计

廖瘦石, 高永毅, 蒋勉

机械设计. 2018, 35(1): 67-72.

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以某型液压挖掘机为对象，建立其动力总成悬置系统理论模型，分析结果表明系统存在严重的耦合现象。利用ISIGHT软件集成MATLAB软件，以悬置刚度参数为设计变量、系统能量解耦率为目标函数、固有频率的合理分配为约束条件，综合考虑系统惯性参数（转动惯量与惯性积）及悬置刚度、安装位置、安装角度的不确定性因素进行稳健性优化。利用6σ质量分析法与蒙特卡洛模拟法对稳健性优化结果进行分析，分析结果表明：与确定性优化相比，稳健性优化后系统的解耦程度大幅提高，优化结果具有较强的可靠性，稳健性优化方案更适用于实际工程需求。

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人因工程在半自动化分拣设备优化中的应用

翟龙真, 张力, 蒋建军, 杨正勇, 苏云波

机械设计. 2018, 35(1): 73-77.

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以某快递企业的半自动化分拣设备为研究对象，在实地调研的基础上分析分拣作业，运用人机工程学原理对分拣设备进行优化，得到更合理的操作动作，实现人-机-环境的联合优化。引入JACK虚拟技术对分拣设备和分拣作业进行匹配仿真，利用JACK中的ForceSolver力量分析工具和OWAS舒适度分析工具评估人体关节受力和作业的舒适度。在优化方案下，分拣作业的工作时间减少74.7%，分拣效率得到提高；堆位误分的风险降低；各主要关节的受力平均降低58.6%，缓解了操作疲劳，降低了腰背等关节的损伤风险，增加了工作的舒适度。

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离心机振动台多功能层状剪切模型箱结构设计与分析

李心耀, 杨永生, 郭虎, 洪建忠

机械设计. 2018, 35(1): 78-82.

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剪切模型箱是离心机振动台的关键部件，它既要承受较大的离心载荷，又要为试验模型的移动提供条件，其结构形式直接影响离心机振动台模拟试验的成败。为满足某离心机振动台的试验要求，设计了一种可用于高g值离心场的大体积层状剪切模型箱，主要由若干单层框、辊子排、滚动轴承、约束框架、给排水装置和联动片等组成。最后，对剪切模型箱的力学性能进行了分析。结果表明：设计的剪切模型箱可以满足试验工况和技术要求。

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基于NESSUS的1.5 MW永磁直驱风力发电机主轴可靠性灵敏度分析

周新建, 李志强, 涂宏斌

机械设计. 2018, 35(1): 83-88.

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永磁直驱风力发电机主轴的可靠性对于整套风机系统的质量属性具有重要的影响。针对主轴结构参数的随机性，首先利用有限元软件ANSYS的参数化设计语言APDL对主轴进行参数化建模，主要变量为尺寸参数及载荷参数，并进行了初步的静力分析。然后介绍了基于设计验算点MPP的结构可靠度及参数灵敏度的计算原理。最后通过专门的结构概率分析软件NESSUS联合ANSYS的静力分析模块对主轴进行可靠性分析，获得了主轴结构可靠度指标和各个参数的灵敏度指标及设计验算点位置。

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汽车方向盘骨架轻量化设计

时培成, 王克飞, 张荣芸

机械设计. 2018, 35(1): 89-96.

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首先，以某车型方向盘轻量化设计为目标，建立方向盘骨架梁体混合分析模型，依国家及企业标准规定的试验方法和评价指标，对其进行静强度和模态分析，并对分析结果进行试验验证。其次，将骨架截面参数化，以标准规定的方向盘性能评价指标为响应，对不同截面形状参数进行灵敏度分析。最后，以灵敏度分析找出的非敏感参数作为设计变量，以性能评价指标为约束条件，进行方向盘骨架轻量化设计。研究结果表明：文中所提的三步轻量化法高效可行，在满足方向盘法规要求的前提下，能提高方向盘骨架轻量化设计的效率和精准性，该方法对同类机械结构轻量化设计具有一定的工程指导意义。

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基于KBE的振冲设备设计系统研究与开发

李晟, 穆旻皓, 梁来雨, 周成

机械设计. 2018, 35(1): 97-101.

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为提高振冲设备的设计效率和设计质量，文中基于知识工程建立了振冲设备快速设计平台系统架构，实现了振冲设备快速响应设计的知识处理技术，综合CAD/CAE集成技术、质量属性参数自动提取技术、CAD/CAE软件二次开发技术开发了一套振冲设备快速设计平台。实例说明，该平台有效缩短了振冲设备设计周期，提高了设计质量。

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云制造模式下基于胜任力模型的工业设计能力评估

毕克克, 王若愚, 刘金剑

机械设计. 2018, 35(1): 102-106.

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云制造模式下，由于缺乏对设计人员的能力进行量化建模与评价方法的研究，进而影响了复杂设计任务与设计能力的合理匹配，阻碍了设计能力的社会化聚集。基于胜任力模型，面向云制造模式下的工业设计人员，从元胜任力、行业技术胜任力、设计任务胜任力及学习能力胜任力等角度构建了设计能力评估体系，讨论了基于网络分析法的设计能力评估方法，通过对工业设计云服务平台的设计能力评估，验证了文中方法的可行性与科学性。研究成果解决了云制造模式下设计能力综合评估，为实现广域社会化工业设计能力的动态重构奠定了基础。

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基于产品识别的智能安全装备产品族造型设计研究

那成爱, 吴志军, 周曦, 彭慕锋

机械设计. 2018, 35(1): 107-111.

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针对小批量快速开发的智能安全装备，在分析产品识别内涵及认知-行为-情感交互融合识别方式的基础上，构建了产品族造型系统，将产品部件划分为通用性部件、相似性部件、意象性部件和独特性部件4类；提出基于部件分解和分类设计的产品族造型设计流程与方法，以及产品识别共性指数的计算与评价方法。以生命探测雷达系列产品为例，对造型设计方法与评价方法的应用进行了分析和验证。

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面向轻量化目标的新能源老年代步车设计

李洋, 薛强, 李明真

机械设计. 2018, 35(1): 112-115.

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新能源老年人代步车作为绿色出行的交通工具，其造型设计和车架选材成为工业设计领域重要的研究方向。为达到代步车轻量化的设计目标，协调了选材、成本与环保三者的关系，通过对相关文献的整理和分析，梳理了近年来轻量化设计在交通工具领域的研究进展，确定了代步车轻量化设计的两大方向，即车架造型设计和材料选择。使用有限元软件Abaqus对材料指数和结构的可行性进行了分析。最终设计出一款车架结构简约的镁合金材料老年代步车，不仅满足了其功能要求和经济性原则，也减轻了其质量，为新能源代步车的绿色设计研究提供了参考。

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一款电动摩托车车架的有限元分析和强度评价

向彦均, 崔宇航

机械设计. 2018, 35(1): 116-120.

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为满足用户对车架安全和成本控制的需求，对某电动摩托车车架进行有限元静力分析。结合车架本身结构特点和实际承载情况，运用NX Nastran软件，建立了电动摩托车车架有限元计算分析模型，分析了水平工况、垂直工况、座垫工况等3种车架受力极限工况及车架弯曲工况下的应力与变形。结果表明，该电动摩托车车架在成本可控的情况下，能够满足安全强度的要求，可为此类产品设计提供一种可行的技术途径。

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云石机意象造型认知与感性设计研究

蔡瑞虹, 程建新, 周志勇

机械设计. 2018, 35(1): 121-124.

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针对现有云石机设计不能满足用户审美需求的现状，构建了基于感性工学的云石机意象造型与人的感性认知对应关系模型。搜集并筛选出云石机代表性样本与感性词汇，运用意象尺度法和李克特量表法得到云石机的感性意象评价得分；采用主成分分析、聚类分析和多元线性回归等统计学分析方法进行数据处理，得到线型设计要素和意象空间的分段概念模型，从而得出了把手轮廓特征线与云石机感性意象之间的对应关系。最后根据符合用户审美需求的设计建议，设计了一款云石机方案，为该类产品的造型创新设计提供参考。

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基于车身侧视线条分析的汽车造型设计研究

孙虎

机械设计. 2018, 35(1): 125-128.

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为构建一种直观、快速分析交通工具造型设计的方法，对车身侧面线条进行提炼并归纳出3类关键曲线，即外轮廓线、分形线、内部分割线。结合奥迪A系4款车型，重点讨论外轮廓线与分形线的设计应用，通过外轮廓线定义车型、通过分形线表达设计定位、通过内部分割线完善车身细节。以一款车型设计为例，初步证明了该分析方法的合理性和可行性，结果表明：侧视线条分析是一种符合设计人员思维习惯的有效方法。

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2018年, 第35卷, 第1期　
刊出日期：2018-01-20

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