机械设计

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陈佳瑶, 彭晓燕

机械设计. 2020, 37(2): 1-9. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.001

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针对具备线控制动系统的车辆弯道制动工况下容易失稳的问题，提出了一种制动力优化分配控制策略，提升了车辆的操纵稳定性。总体采用分层控制的结构，上层运动控制器以理想二自由度车辆模型为参考模型，设计了基于横摆角速度和质心侧偏角联合控制的滑模控制器，用于计算所需的附加横摆力矩；同时通过制动踏板特性来识别驾驶员制动意图从而得出总制动力；下层制动力分配器以轮胎利用率为目标函数，通过序列二次规划法在约束条件范围内优化求解出各车轮所需的制动力。利用MATLAB/Simulink与Carsim进行联合仿真，并与传统的制动力比例分配策略在不同弯道制动工况下进行对比验证。结果表明：提出的制动力优化分配策略在转弯紧急制动工况下不仅能保证驾驶员的期望减速度，同时有效地提升了汽车的横向稳定性。

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非稳定场下三级密封结构MR阻尼器多项式模型参数辨识及仿真

闫伟, 赵洪洋, 冯志敏, 陈跃华, 李宏伟

机械设计. 2020, 37(2): 10-20. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.002

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为建立磁流变（MR）阻尼器在非稳定场下更为精确的动力学模型，针对三级密封结构MR阻尼器，提出基于温度和电流双参数的12阶多项式参数建模方法。搭建MR阻尼器力学试验平台，在不同温度和电流环境条件下开展MR阻尼器动力学性能检测试验；利用系列化的试验数据，以12阶多项式参数模型模拟三级密封结构的MR阻尼器阻尼动力-速度规律，采用最小二乘法拟合其参数；为解决温度效应产生的影响，建立电流相关系数关于温度的4次多项式模型；以计算阻尼力与试验测试阻尼力的相对误差模型进行有效性评价。研究结果表明，建模仿真与试验检测结果高度吻合，能更加精确地预测非稳定场下MR阻尼器动力学规律。

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基于安全修正系数的混合动力汽车再生制动控制策略

武苏杭, 王波, 唐先智, 闻勍鹏

机械设计. 2020, 37(2): 21-31. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.003

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为了充分利用混合动力汽车的节油特性，更好地提高驾驶员制动时的制动安全性，文中以制动时的车速和制动强度作为制动意图识别的判断条件，在充分考虑了不同车速下对应的不同制动意图的制动安全性情况下，将制动模式分为高速制动工况下的平缓制动、中度制动、紧急制动模式和低速制动工况下的平缓制动、中度制动、紧急制动模式，并根据不同的制动模式提出了基于安全修正系数的混合动力汽车再生制动控制策略。使用AMESim-Simulink进行联合仿真并搭建半实物仿真平台，分析验证了文中提出的基于安全修正系数的再生制动控制策略的正确性和实时性。试验与仿真分析结果表明：采用文中提出的基于安全修正系数的再生制动分配策略的混合动力汽车在NEDC城市循环工况下可以实时跟随目标车速变化，仿真车速与目标车速的最大差值为0.35 m/s，仿真结束时蓄电池荷电量（SOC值）高于采用固定比例分配的制动力分配策略模型的SOC值3.02%。

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自动紧急制动系统测试设备开发和应用研究

宋志强, 曹立波, 吴俊, 邱洋迪

机械设计. 2020, 37(2): 32-38. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.004

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随着主动安全技术的快速发展，自动紧急制动（AEB）系统在减少追尾碰撞事故中发挥了重要的作用，但是各款车辆配置的AEB系统各有差异。为了测试和评价AEB系统的性能，文中根据中国新车评价规程（C-NCAP）的测试要求和方法，开发了测试AEB系统的设备和控制系统；通过对各子系统的控制参数进行调试，以及借助无线通信技术实现了各子系统的协同工作；经过多次的试验使其测试结果满足了C-NCAP的精度要求。最后，利用此测试设备在前方目标车静止的工况下，对5款车辆的AEB性能进行了场地测试。试验结果表明，所开发的AEB测试设备能够按照预期的目标进行工作，且能对车辆的AEB性能进行有效的测试。

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走出多个“8”字形轨迹的无碳小车机构设计

徐东镇, 陈伟安, 李明贤, 黄俊, 周建平

机械设计. 2020, 37(2): 39-46. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.005

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为了实现无碳小车完成1~N个8字形路径并通过预设障碍桩，文中提出一种通用的无碳小车结构设计方法，只需更换不同的凸轮零件即可完成不同类型8字形路径。考虑到前轮摆角和车速为影响小车运动轨迹的两大主要因素，首先以两相切正圆形为理想的8字形轨迹，推导一定车速下的脉冲式前轮摆角规律；对该脉冲式规律进行合理修正后，获得切实可行的前轮摆角规律，并以此求解出所需的凸轮从动件运动规律，从而通过解析法获得凸轮轮廓，完成凸轮零件设计。通过对单8字、双8字和三8字为例的3种路径的求解和仿真，结果表明该结构能完成预定的8字形路径，并通过指定间距的障碍桩。文中研究为每年的全国大学生工程训练综合能力竞赛提供指导，也可对其他特殊功能的车辆设计给予参考。

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物质-场与设计过程复杂性理论集成的产品再设计过程模型研究

董娅凡, 檀润华, 聂子丰, 于菲, 王瑞钦

机械设计. 2020, 37(2): 47-52. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.006

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随着用户需求迅速提高，系统非线性、强耦合性、时变特性和开放性等复杂系统特征趋于明显，针对复杂系统特征的产品再设计过程成为研究热点。文中将设计过程复杂性理论与TRIZ中物质-场集成，应用设计过程复杂性进行产品再设计过程复杂性分析，并采用物质-场分析及标准解解决再设计过程中的问题，形成物质-场与设计过程复杂性理论集成的产品再设计过程模型。首先运用设计过程复杂性理论中复杂性的定义对再设计产品进行分析，确定复杂性问题及类型；其次根据复杂性与TRIZ中物质-场模型的表征关系，确定设计过程复杂性的物质-场表征模型；最后，采用标准解减小系统复杂性，实现产品再设计，并应用工程实例加以验证。

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焊接型钢渣罐热应力和变形分析

霍玉峰, 但斌斌, 牛清勇, 熊凌, 耿会良, 李利民, 付雪画

机械设计. 2020, 37(2): 53-58. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.007

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钢渣罐用于存放高温熔融钢渣。焊接型钢渣罐由于出现和使用较晚，其高温强度和耐久性还未得到验证。为研究其温度和应力应变等性能，进行了仿真分析。考虑热物性参数和力学性能参数随温度的变化规律，建立了钢渣罐三维瞬态热弹塑性仿真模型。对缓冷过程钢渣罐的温度场进行了分析，对罐体和纵横加劲肋等典型部位的应力和塑性应变也进行了分析。

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基于子结构平均单元能量的结构动态特性优化

毛虎平, 高鹏飞

机械设计. 2020, 37(2): 59-67. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.008

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为了提高结构优化的可行性和高效性，提出了一种基于子结构平均单元能量的结构动态特性优化方法。从建立优化模型出发，结合结构几何特性将整体结构划分为多个准设计变量子结构，对于桁架结构来说，将每根杆作为一个子结构，对于连续结构而言，多个单元作为一个子结构，再结合结构平均单元体积应变能及平均单元动能与结构动态响应贡献的关系，将平均单元体积应变能较大的结构单元作为尺寸应该变大的子结构，平均单元动能较大的结构单元作为单元尺寸应该变小的子结构，从而确定了设计变量的合理范围。推导了平均单元能量与结构动态响应的关系，构造了结构动态特性优化模型，调用基于梯度的优化器进行迭代寻优。以124杆桁架结构为例的三类优化模型进行优化分析，并与传统优化方法从优化结果和收敛性两方面进行比较，说明了文中方法的合理性和优越性。

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编织型气动肌肉动力学建模仿真与性能测试

刘乙璇, 王斌锐, 王凌

机械设计. 2020, 37(2): 68-75. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.009

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使用具有被动柔顺性的驱动器，可以提高工作效率，降低在工业操作中因碰撞而产生对人的危害程度。气动肌肉作为一种气压型驱动器，具有功率质量比高和被动柔顺性等优点。文中为了研究气动肌肉的动态模型，设计了一款编织型气动肌肉，并对其动态特性进行分析与验证。根据成熟的气缸理论，将气动肌肉视为变截面汽缸，建立编织型气动肌肉的动态模型。再通过对动态模型的仿真与分析，搭建气动肌肉实物，验证动态模型正确性。对自制编织型气动肌肉的刚度和功率质量比进行分析，试验表明了与Festo同类产品（DMSP/MAS-10）相比，自制的编织型气动肌肉功率质量比更高，动力性能更好。

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新型催化消声器CFD仿真分析

郑光泽, 陈明孝, 欧康

机械设计. 2020, 37(2): 76-81. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.010

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排放标准日益严格，国内汽车排放系统的催化效率必须进一步提高，以适应即将实施的国六排放标准。催化消声器的流场特性影响催化效率，在开发阶段研究流场特性具有重要意义。针对国六排放标准开发且由DOC+DPF+SCR组成的新型催化消声器，建立催化消声器CFD仿真分析模型，计算DPF的压差，并与试验数据进行对比分析。基于催化消声器CFD模型研究腔体速度场、温度场、压力场，重点分析了催化器进出口端面的速度均匀系数、压差及温度分布情况，表明了催化器区域流体均匀分布，温度变化较小，有助于化学反应效率的提高，且排气压力损失满足设计要求。

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永磁式冲击加载缓冲器设计

刘洋, 高跃飞, 王登, 肖建光, 鹿麟

机械设计. 2020, 37(2): 82-86. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.011

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基于火炮冲击加载试验台的工作原理，为使模拟试验中作用于被试火炮上的冲击载荷更符合实弹射击时的载荷要求，在冲量发生器与被试火炮之间设计安装了缓冲器。通过缓冲器的作用，避免了两结构间产生高峰值的撞击载荷，进而使传递给后坐部分的载荷更接近于火药燃气产生的炮膛合力。根据火炮动态后坐模拟试验的需求，提出了一种Halbach阵列永磁式电涡流缓冲器结构。利用二维轴对称电磁场有限元瞬态分析方法建立永磁式电涡流缓冲器受力分析计算模型，将仿真计算结果与实弹射击试验数据相对比，得出了冲击加载试验中被试火炮后坐运动与实弹射击后坐运动趋势相一致且误差满足设计要求的结论。

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薄壁圆柱壳楔环连接结构优化设计

唐其琴, 黄鹏, 李伯阳, 石运国

机械设计. 2020, 37(2): 87-93. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.012

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文中针对薄壁圆柱壳楔环连接结构，开展了基于参数化模型和有限元法的楔环连接结构优化研究，建立了以楔环连接结构的主要几何参数为设计变量、楔环连接结构的附加面积为目标函数的优化模型，采用组合优化策略进行了优化分析。数值算例的结果表明：在组合优化策略的控制下，通过调整设计变量，合理地提升结构应力水平，获得满足尺寸要求、结构承载力要求和附加面积最小的设计方案，使材料性能得到更有效的利用。文中的研究工作为薄壁圆柱壳楔环连接结构设计提供了理论基础，有助于楔环连接结构的设计应用。

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丝杠支撑轴承性能分析及优化软件开发

倪艳光, 王光斌, 赵荣多, 陈太平

机械设计. 2020, 37(2): 94-100. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.013

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针对丝杠支撑轴承高刚度、高旋转精度和高承载能力的优化设计目标，依据拟静力学原理和局部网格法对轴承主参数进行设计，在此基础上对所设计轴承进行有限元及磨损分析。对接触角、沟曲率半径和挡边高系数等主要参数进行分析和优化，以获得最佳刚度、受力状态和使用寿命，并利用VS和APDL对ANSYS进行二次开发并编制相应的分析软件，方便工程设计人员分析、使用。

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双前桥液压助力转向系统及动态特性研究

方子帆, 刘进, 余红昌, 何孔德, 杨蔚华, 谢哲雨

机械设计. 2020, 37(2): 101-108. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.014

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针对四轴重型车的车身长、吨位大等特点易引起转向稳定性和助力性能差的问题，提出一种双前桥助力转向系统设计方案。设计出对称布置轮胎一侧的六连杆一桥转向机构、八连杆二桥转向机构，开发出由双回路助力系统和双前桥转向机构组成的新型双前桥液压助力转向系统。根据阿克曼原理推导双前桥各轮偏角关系式，在最小转弯半径下确定双前桥各轮转角，减少轮胎磨损。建立2自由度四轮单轨模型，分析其基本操纵稳定性。基于轮胎原地转向阻力矩的经验公式，利用ADAMS和AMESim联合仿真技术，完成从方向盘到轮胎的机-液耦合模型建立及联合仿真接口文件生成，实现多领域建模及协同仿真。分析在方向盘转矩阶跃输入原地转向情况下液压助力转向系统的助力油压、轮胎偏转角度、转向响应时间等动态特性，验证了设计方案的合理性。

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矩形平顶翅片散热带成型过程数值模拟与试验分析

孙学娟, 龚勋, 刘世雄, 骆鸣, 杨静, 王春光

机械设计. 2020, 37(2): 109-114. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.015

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矩形平顶翅片散热带目前在加工过程中多采用仿形刀具连续滚压再经后续修整达到所要求形状尺寸的方法进行成型，存在成本高效率低、翅片成型质量不稳定等问题，通过使用有限元分析软件DFORM-3D对该成型过程进行数值模拟并结合模拟结果与试验数据进行比较，验证了结果的一致性，缩短了设计周期，降低了制造成本，为矩形平顶翅片散热带成型刀具快速准确研发提供了经验。

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海底管道回收工具可靠性设计方法研究

虞明星, 陈建长, 李怀亮, 于文太, 王福山, 马天亮, 李建楠, 吴仕鹏

机械设计. 2020, 37(2): 115-120. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.016

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在分析海底管道回收工具原理与组成的基础上，通过FMECA分析，给出深水海底管道回收工具故障模式和影响等级，找到该产品使用过程中薄弱环节和危害性最大的故障模式，并提出相应的改善建议。在此基础上完成了耐环境设计、应力-强度设计、功能与耐久性验证等可靠性设计。

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基于AHP-熵权法的高速列车乘客车厢设计满意度评价

李芳, 何思俊, 支锦亦, 王超, 向泽锐

机械设计. 2020, 37(2): 121-125. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.017

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为进一步验证我国新一代高速列车乘客车厢存在的设计问题，反馈乘客实际乘车体验的满意程度，从乘客生理、安全、行为、心理和审美需求层面建立了评价指标体系；运用层次分析法和熵权法对指标进行赋权，构建了模糊综合评价模型。在试验阶段的新型高速列车中进行全工况乘客满意度调查，基于调查数据，运用评价模型进行分析验证。结果表明：该模型的赋权方法较大程度保留了乘客实际体验的客观意见，体现了主、客观赋权的科学性，能提供对重要指标优先改进的量化依据，为节省后续修改成本，提升设计满意度有一定作用。

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基于感性意象的飞机客舱座椅色彩和材质设计研究

初建杰, 张美璇, 王磊, 王佳悦, 俱雅芳

机械设计. 2020, 37(2): 126-130. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.018

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随着民用飞机研制的不断发展，飞机客舱内饰设计除了要满足用户的基本功能需求，还要满足用户的情感化需求。为提供更好的用户体验，从色彩和材质要素出发，重点研究了飞机客舱座椅的色彩和材质对用户心理情感需求的影响。通过语义差异法，建立语义词汇库，将色彩和材质纹样的主观意象进行量化分析，结合数据分析提出了一种飞机客舱座椅色彩和材质纹样设计方法。结果表明：在飞机客舱内饰设计中，客舱座椅面料应该选用明度高和纯度较低的颜色及简单、有规则的纹样。

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基于田口质量观的老年人电子产品用户体验评价研究

李永锋, 周俊, 朱丽萍

机械设计. 2020, 37(2): 131-137. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.019

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为提高老年人电子产品的用户体验，提出基于田口质量观的老年人电子产品用户体验评价方法。以USE量表为基础，构建包括有效性、易用性、易学性、满意度4个层面的用户体验评价指标体系；运用田口损失函数，将各项指标的度量值转换为田口损失值；通过层次分析法，根据老年人的需求偏好得出各评价指标的权重值；根据权重值将各指标的田口损失值整合为总田口损失值；最后依据总田口损失值对产品进行排序，并以此为基础探讨老年人电子产品设计的原则。以电子血压仪为例进行验证，结果表明：所提出的方法是正确可行的，可为老年人电子产品的用户体验进行稳健性评价，对老年人电子产品设计具有一定的意义。

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基于通感转译的产品造型设计语言聚类方法

王伟伟, 许蕊, 廖轲, 魏婷

机械设计. 2020, 37(2): 138-144. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.020

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针对产品造型设计语言感官属性单一，难以满足用户多样化情感体验需求的问题，提出基于通感转译的产品造型设计语言聚类方法。从设计者编码-用户解码双向角度展开研究，以通感转译认知原理为基础，通觉意象为切入点，关联属性为连接通道，运用可感知化映射方法，将通觉意象推演为本觉意象，并提取出本觉产品造型设计语言，结合思维适应性控制（Adaptive Control of Thought，ACT）模型进行逆向通感验证。研究成果表明：该方法突破了传统产品造型设计语言感官单向互动的局限与空间限制，对传达途径和获取范围进行拓展，从单一的视觉途径和获取范围扩展到视、触、听、嗅等多感官维度，同时提高了产品情感体验，满足了用户的多样化情感体验需求，为产品设计提供新思路。

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偏瘫患者康复外骨骼装备造型设计

吴显威, 王卓然, 周豪

机械设计. 2020, 37(2): 145-145. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.021

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混凝土泵车造型设计

李光亮

机械设计. 2020, 37(2): 146-146. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.022

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城市绿化带智能绿篱机造型设计

付茜, 李美, 李恒韬

机械设计. 2020, 37(2): 147-147. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.02.023

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