机械设计

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李洲骕, 郭为忠, 马春翔

机械设计. 2020, 37(4): 1-9. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.001

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为了解决停车难的问题，自动停车机器人被用于停车库以提高停车效率。文中提出一种停车机器人搬运机构方案，一种用于搬起汽车的6自由度搬运机构。建立了搬运机构运动的关键点求解模型，以节省时间为目标设计搬运策略，考虑末端位置、运动中速度、加速度等多种约束，优化机构运动并求解关键点。为了减小机械冲击与磨损，基于关键点和时变NURBS进行搬运机构运动建模，生成加速度连续的轨迹，保障搬车动作的平稳快速完成。最终对搬车场景进行案例分析，与各种方案进行了比较，验证其有效性与优势。

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基于Robot输送的多层穿梭车仓储系统设计与性能分析

王璐瑶, 马文凯, 吴耀华

机械设计. 2020, 37(4): 10-15. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.002

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传统多层穿梭车存储系统（Multi-Tier Shuttle Warehousing System，MTSWS）中拣选台前端的输送线成为制约系统拣选效率的主要因素，为进一步增强多穿系统的灵活性，提高拣选效率，提出基于Robot输送的多层穿梭车仓储系统，首先设计该系统的组成设备、整体布局及拣选作业流程，然后运用开环排队网络（Open Queuing Network，OQN）建模方法，建立订单服务时间模型，从订单服务时间、Robot等待时间和Robot利用率等系统性能，进行订单到达率和Robot数量敏感度分析，发现当存储容量越大，订单到达率越高或变动幅度越高时，基于Robot输送的多层穿梭车存储系统的优势越明显。

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避免加速度倍频激励共振的凸轮从动件运动规律设计

王东菱, 马勋勋, 王永兴, 王生泽

机械设计. 2020, 37(4): 16-21. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.003

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提出了一种运用有限傅里叶级数进行凸轮从动件运动规律设计的方法，运用该方法可有效减小或避免凸轮机构运动产生的某倍频激励恰与所作用对象的固有频率相近或相等而产生较大的倍频振动或共振。凸轮从动件运动规律依据工艺运动要求设计，常用有高次多项式等，通过对其周期运动进行频谱分析，可得其加速度幅值频谱；结合考虑激励对象的动态特性，在满足凸轮从动件运动规律工艺运动要求的条件下，选择去掉该凸轮从动件运动规律加速度幅值频谱中那些易引起倍频激励共振的项，得到改进设计后的运动规律，进而达到通过改变激励源频谱特性来减小激励对象振动的目的。进一步通过对改进后的凸轮从动运动规律的有限傅里叶级数的项数及系数进行优化，可使其能更好地满足给定工艺运动要求。

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结构参数对波形弹簧承载特性的影响

李双喜, 廖浩然, 李世聪, 陈炼, 李庆展, 程天馥, 陈坤毅

机械设计. 2020, 37(4): 22-27. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.004

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波形弹簧在航空航天机械密封等精密且紧凑的结构中发挥着重要作用。除刚度和弹簧力外，恒刚度极限、给定压缩量下的最大等效应力和最大径向变形等承载特性也影响着波形弹簧性能。采用接触非线性求解方法，分析外径、波厚、波宽和波高等结构参数对承载特性的影响。为了设计方便，提出并推导最大径向变形量的计算公式，利用试验和数值分析验证公式准确性。采用正交分析方法，得到承载特性的敏感因子。研究结果表明，恒刚度极限随着外径、波厚的增加而增加，随着波宽、波高的增加而减小；最大等效应力大小随着波宽、波厚的增加而增加，随着外径、波高的增加而减小；最大径向变形量随着外径的增加而减小，随着波高的增加而增加。

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非道路四气门高压共轨柴油机缸盖机械负荷与热负荷分析

肖奔, 毕玉华, 逯飞飞, 刘少华, 黄粉莲

机械设计. 2020, 37(4): 28-36. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.005

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以非道路四气门增压中冷柴油机为研究对象，通过台架试验测试了不同工况下缸盖火力面温度场及冷却水套进出水口流量、温度等参数，建立了准确的整机有限元模型与冷却水套流动CFD模型，对冷却水套流场及缸盖热负荷进行仿真分析，优化了水套结构。仿真分析结果表明，缸盖的高温区域主要集中在各缸火力面区域，两排气门之间的鼻梁区热负荷较高，最高温度为337.5℃；由于流动不均匀，缸盖水套壁面的换热系数分布不均匀，差值为62 172 W/（m²·K）；缸盖预紧工况、热载荷工况、爆发工况下最大等效应力分别为242.72，301.25，300.43 MPa，最大应变分别为0.047，0.439，0.458mm，对缸盖强度与刚度影响最大的是所承受的热载荷；对缸盖水套结构进行优化，优化后换热系数均值由8 906 W/（m²·K）升高到9 065 W/（m²·K），且分布更加均匀，鼻梁区最高温度降低了9.12℃，各测点温度平均下降6~10℃；缸盖最大应力下降22.71 MPa，最大变形下降0.011 mm，优化效果显著。

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一种新型摆桨式腿部机构运动学及工作空间分析

冯海兵, 金振林, 赵裕明

机械设计. 2020, 37(4): 37-44. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.006

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提出了一种适用于六足机器人的新型摆桨式腿部机构，该机构为（2-UPS+RR）+（3-RR+RPR）串并混联机构。对机构进行了运动学分析，推导出了位置反解方程、速度雅可比矩阵及加速度传递关系，并建立了左、右两个足端点的运动关联式。根据杆长、摆角及干涉等约束条件绘制了工作空间的三维图，以步幅和抬腿高度为评价指标，确定了主要机构参数的优选域。并通过运动学仿真分析，验证了理论分析的正确性，为六足机器人腿部机构设计提供了参考。

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基于折纸的圆柱及圆台薄膜折叠设计及分析

杨振, 张静, 李盘浩, 寇子明

机械设计. 2020, 37(4): 45-49. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.007

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为减小航天器的遮光罩和热屏蔽的占用体积，基于折纸的基本规则和特点，设计一种圆柱面及圆台面薄膜的折叠方式。对圆柱面折叠过程进行分析及计算，推导出将圆柱面折叠成平面图形的角度约束和高度约束，并建立该折叠方式折痕的数学模型，在该模型下圆柱面折叠后截面为正多边形。在此基础上对圆台面折叠方式进行了类比分析，推导出将圆台面折叠成平面图形的角度约束和高度约束，并建立该折叠方式折痕的数学模型，在该模型下圆台面折叠后截面为正多边形。两个数学模型为航天器的遮光罩和热屏蔽等圆柱面或圆台面结构提供了一种可设计的折叠方式，该方式不同于已有的固定式或者伞形轴向展开式，可以大大减小相关结构所占用的体积，对遮光罩和热屏蔽等薄膜结构的设计具有参考意义。

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RFID天线薄膜静态变形的有限元仿真及试验研究

华文俊, 任志俊, 洪超

机械设计. 2020, 37(4): 50-54. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.008

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文中通过Solid Works Simulation有限元分析，计算了RFID天线薄膜在不同载荷和伸出长度情况下的变形量；同时搭建视觉检测试验设备，经视觉测量得到RFID天线薄膜在不同载荷和伸出长度下的变形量。综合计算结果和试验结果，发现两者在数据上基本吻合，变化趋势一致。

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带式输送机输送带带内应力分布特性分析

陈洪月, 胡雪兵, 朱会东, 李恩东, 白杨溪

机械设计. 2020, 37(4): 55-60. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.009

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为研究输送带在过渡段等处横截面上的应力分布情况，采用电子万能试验拉伸机分析了输送带应力应变之间的关系，运用万能摩擦磨损试验机得出摩擦因数，结合理论分析建立带式输送机刚柔耦合动力学模型并进行仿真。通过试验得到了钢丝绳芯橡胶输送带的应力-应变迟滞回线，发现了应力与应变之间的关系，并在此基础上计算出ST1600型输送带仿真所需要的弹性模量等材料参数。基于试验算得的参数，通过仿真得到槽型托辊支撑处输送带横截面上的应力近似呈梯形分布，应力从中间向两边逐渐减小；滚筒处输送带应力分布大致呈抛物线形分布，输送带中间部分应力分布最大；过渡段应力分布具有“W”形分布特点。

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空间刚柔耦合并联机器人动力学建模及仿真

张青云, 赵新华, 刘凉, 王嘉斌, 戴腾达

机械设计. 2020, 37(4): 61-66. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.010

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为研究柔性构件对系统运动特性的影响，对空间3-RRRU并联机器人进行了动力学建模及耦合特性的仿真分析。应用矢量闭环法对空间并联机构的逆运动学进行求解，推导出各个构件位置、速度、加速度的变化规律；根据第一类Lagrange方程建立空间全刚性并联机器人的逆动力学模型；运用MATLAB软件对空间并联机构进行仿真，并对动力学数值结果和仿真结果进行对比，以验证模型的正确性。基于ANSYS软件和ADAMS软件，对空间并联机构中的空间梁单元进行柔性替换，通过建立空间刚柔耦合并联机器人模型，分析机构在运动状态下展现出的耦合特性，并与空间全刚性并联机器人进行比较。结果表明：两类模型的末端执行器的运动趋势一致，轨迹误差在0.000 7~0.419 4 mm范围内；梁单元产生的弹性变形对系统运动性能产生了重要影响，因此，建立正确的刚柔耦合动力学模型具有重要的指导意义。

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基于双角气隙的大推力凸缘式双向驱动盘式电磁铁研究

黄庆林, 李勇, 王瑞元, 赵杨, 申允德

机械设计. 2020, 37(4): 67-72. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.011

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针对电液控制系统对电-机械转换器强电磁力和双向驱动性能的需求，提出一种大推力凸缘式双向驱动盘式电磁铁，通过引入径向工作气隙，形成双角气隙磁通，减小了磁路中的磁阻，解决了平面式盘式电磁铁随着工作气隙的增大，磁阻增大，电磁力迅速减小的缺点，实现了大推力特性。通过建立二维静态磁场仿真模型，分析其不同行程下的磁场分布情况，探讨主要结构参数对其静态特性的影响规律并进行双参数变量影响分析。试验结果与仿真结果基本吻合，结果表明在0.45 A（5.4 W）额定电流激励时凸缘式双向驱动盘式电磁铁在1 mm行程内电磁力均在58 N以上，与平面式双向驱动盘式电磁铁相比，电磁力明显提高。

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二维开孔式局域共振声子晶体低频带隙研究

彭中波, 李成, 高阳

机械设计. 2020, 37(4): 73-77. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.012

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设计了一种二维开孔式局域共振声子晶体结构，结合有限元软件COMSOL计算了该结构的能带结构图及振动模态，并通过振动模态分析了该结构低频带隙产生的机理。研究结果表明，与传统的全连接结构相比，所设计的单元结构质量更加轻便，且带隙起始频率更低，可在42.34~119.81 Hz范围产生完全带隙。并在此基础上通过改变包覆层开孔半径及散射体的半径进一步分析了单元结构的带隙影响因素，其带隙的起始频率可低至29.72 Hz，可在29.72~91.93 Hz范围产生完全带隙，带宽为62.21 Hz。该结构所实现的低频带隙为声子晶体在工程实际中针对特定低频段的减振降噪应用提供了新思路。

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3自由度飞行模拟运动平台动力学参数辨识试验研究

高轩, 洪振宇, 刘嘉韧, 张志旭

机械设计. 2020, 37(4): 78-82. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.013

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以一种具有一平动两转动的3自由度新型并联飞行模拟运动平台为研究对象，为满足飞行模拟动感要求，研究其动力学参数的试验辨识方法，以进一步提高动力学模型的精度。针对模拟平台样机，采用分步辨识法辨识动力学参数。将电机的驱动力矩分为：减速器惯性力矩、丝杠惯性力矩、综合摩擦力矩和负载力矩，并分别辨识。再根据负载力矩分两步辨识平台的主要动力学参数。设计平台参数辨识试验的激励轨迹，采用加权最小二乘法计算出待辨识参数，并代替理论模型中的对应参数。最后通过试验和ADAMS仿真对比验证参数辨识策略的正确性。

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土方机械踏板操纵力试验研究

杨爱萍, 呼慧敏, 程光, 张欣

机械设计. 2020, 37(4): 83-88. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.014

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操纵力和驾驶室主要部件的空间布局是影响土方机械司机踏板操作工效性的主要因素。搭建驾驶室踏板操纵力试验台架，招募具有工程机械驾驶经验的男性司机16名，在试验台架上模拟踏板操作任务，利用Primus RS（模拟仿真测试评价训练系统）调整踏板操纵力大小，记录被试执行踏板操作时对操纵力大小的主观感受，对所测数据进行统计分析，得到司机左右脚踏适宜力推荐值分别为14~40 N和10~34 N，研究结果对土方机械驾驶室工效学设计及评估具有实际应用价值。

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乘客双人椅结构-材料一体轻量化设计

唐友名, 吕长明, 刘娜, 张俊, 陈剑周

机械设计. 2020, 37(4): 89-92. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.015

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服务客车节能减排需求，针对乘客双人座椅，基于材料-结构拓扑优化设计一体技术，开展乘客座椅轻量化安全性设计。首先，采用Hyper Works软件平台建立客车双人座椅有限元仿真模型，依据GB 14467—2013开展汽车安全带安装固定点虚拟仿真，验证数值分析模型安全性。其次，在座椅靠背采用铝合金材料基础上，进行座椅侧板、连接板及脚架结构拓扑优化设计。分析结果表明，在满足安全性设计要求基础上，新型座椅相较于原座椅，总体减重23.44%，轻量化效果明显。

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扭转载荷下柱形压力容器裂纹扩展分析

邹子杰, 秦忠宝, 刘德俊, 孟飞

机械设计. 2020, 37(4): 93-99. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.016

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扭转是柱形压力容器常见的受力情况，长时间在这种工况下工作会衍生出多种裂纹，这些裂纹会随着压力容器的使用进而发生扩展甚至断裂，严重影响了设备的结构强度、使用寿命及使用安全性。因此利用ANSYS，FRANC 3D有限元分析软件开展了在扭转载荷作用下裂纹应力强度因子的变化规律，以及裂纹扩展路径和扩展形貌的研究。结果表明，扭转载荷下试件主要以滑移型和撕开型扩展为主，且不同深长比的半椭圆裂纹在扩展过程中尖端应力强度因子分布规律基本一致，最终裂纹的扩展形貌均为长椭圆形。

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基于凸轮三轨迹吸盘姿态控制的爬壁机器人运动吸附方案

丁燕, 俞观华

机械设计. 2020, 37(4): 100-104. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.017

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提出了一种爬壁机器人的运动吸附方案，利用凸轮三轨迹结构，以简单的机械方式实现了吸附组件在机器人运动过程中相对于壁面的自动吸附和脱离，能够使得吸盘在近地时将吸附面提升为与壁面平行，从而保证吸盘不卷褶，能够提供可靠的气密性和吸附稳定性，同时分析了吸附组件的吸附安全性，为方案的实现奠定了基础。

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高强螺柱连接分析方法的可靠性研究

葛春丽, 赵爱珑, 白儒, 陈孝旭, 张立柱, 游慧鹏

机械设计. 2020, 37(4): 105-109. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.018

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对单颗高强螺柱贴应力应变片，试验测得拉应力、弯曲应力、扭转应力、切应力数值，通过两种有限元分析方法对高强螺柱建模分析，对比分析结果与试验数值，选取可靠的分析方法。再对多颗高强螺柱贴应力应变片进行测试，应用单颗螺柱得到的分析方法对多颗螺柱进行有限元分析，对比分析结果与试验结果，得到高强螺柱的可靠性分析方法。

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考虑作动器故障分级的汽车SASS与LKAS集成容错控制策略

高振刚, 陈无畏, 任春, 曹宇

机械设计. 2020, 37(4): 110-118. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.019

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考虑悬架子系统在汽车底盘中的重要作用，基于遗传算法设计了半主动悬架系统与车道保持辅助系统的集成优化控制算法。针对半主动悬架系统作动器发生不同程度的故障对集成控制系统性能的影响，进一步提出了集成容错控制策略。当悬架作动器发生增益故障时，采用基于故障补偿的容错控制算法，而当悬架作动器完全失效时，通过切换优化控制目标函数，提升汽车的总体性能。仿真结果表明：与未集成控制相比，设计的集成优化控制算法可明显改善汽车的乘坐舒适性及稳定性；悬架作动器发生不同程度的分级故障时，提出的集成容错控制策略可显著降低故障对汽车使用性能的影响，提升了汽车的可靠性及行车安全性。

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面向汽车车身色彩-材料-表面处理工艺的耦合设计特性研究

苏建宁, 胡晴, 张书涛, 杨文瑾, 李雄

机械设计. 2020, 37(4): 119-125. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.020

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为更好地满足用户对汽车外观设计的感性需求，探讨了汽车车身色彩-材料-表面处理工艺（Color-Material-Finishing，CMF）的耦合设计特性。通过调研获取目标主题意象，再通过主成分分析法得到汽车车身色彩和表面质感设计元素的目标主题意象贴近度；利用潜在语义分析法对全面组合后的设计样本进行耦合度分析；通过对比设计样本的用户喜爱度与耦合度，探讨汽车车身CMF的耦合设计特性及其认知机理。研究结果表明：汽车车身CMF设计具有协调耦合性，应用感觉刺激高低调和的耦合设计规律能够有效地辅助车身色彩-材料-表面处理工艺的设计，进而提高用户满意度。

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基于弹性表面挤压模拟的汽车乘客座椅造型设计方法

戴梓毅, 方海

机械设计. 2020, 37(4): 126-132. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.021

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在进行汽车乘客座椅造型设计时，需考虑弯道行驶过程中人体和座椅间的压力分布。针对该问题，基于人体数据库导出的处于舒适坐姿的人体模型，利用Rhino软件的可视化编程插件Grasshopper及其物理模拟插件Kangaroo分别建立了人体和座椅的模拟弹性点网，并使两者在转向推力、重力和弯道约束的共同作用下，沿圆形弯道运动并相互挤压。记录点网在运动过程中的不同位置，将各位置中两点网间各点的距离转换为受压分布。研究发现：在运动姿态趋于平稳且速度达到最大时，受压分布情况稳定且特征明显。模拟结果有助于设计人员快速定位问题，模拟中按比例获得的和受压分布相关的点集为设计人员进一步发挥创意提供了依据和参数化基础。

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基于价值工程的高压喷雾灭火装置设计评价

朱龄, 张玲玉, 冯晓青, 罗怀林, 胡光忠

机械设计. 2020, 37(4): 133-139. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.022

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为改善高压喷雾灭火装置的使用功能和外观品质，提升产品的整体价值，运用价值工程原理和方法，通过调研获得的信息对高压喷雾灭火装置各功能区域价值进行量化，计算得出价值系数后进行分析，获取各功能区的改进主次和具体改进方向；结合价值机会量表分析价值机会属性，为提升整体价值提供设计指导；采用模糊综合评价法对改良后的设计方案进行验证。实例验证表明：高压喷雾灭火装置的外观整体性、视觉辨识度、人机交互体验愉悦度及整体价值得到提升。基于价值工程的设计评价方法能为提升产品价值提供参考。

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面向工业设计的智能设计体系

陆继翔, 余隋怀, 陆长德

机械设计. 2020, 37(4): 140-144. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.023

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对工业设计领域中的智能设计相关文献进行梳理，归纳出智能设计的理论研究现状、实际应用成果及存在的问题；论述了智能设计的基本原理，建立了智能设计的理论方法体系，预测了智能设计的发展趋势。研究结果表明，智能设计体系有助于加速工业设计同人工智能技术的融合，形成面向工业设计的智能设计创新模式。

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未来智慧仓库机器人造型设计

刘玲玲, 陈科宏, 陈忆雯

机械设计. 2020, 37(4): 145-145. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.024

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智能全景无人机造型设计

代锋, 何胜国

机械设计. 2020, 37(4): 146-146. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.025

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多角度自动按摩床造型设计

王媚雪, 尹福琳

机械设计. 2020, 37(4): 147-147. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.026

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绿色环保理念在机械设计中的应用——评《环保机械设备设计》

余凡, 杨丰铭

机械设计. 2020, 37(4): 148-148. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.027

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基于CAE技术的注塑模具成型工艺研究——评《材料成形计算机辅助工程》

唐妍

机械设计. 2020, 37(4): 149-149. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.028

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机械工程专业英语教学改革研究——评《机械工程专业英语》

苏敏

机械设计. 2020, 37(4): 150-150. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.029

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机械类专业学生心理特征分析及教育实践研究——评《现代职业教育机械类专业教学法》

石晓娟, 苏浩淼

机械设计. 2020, 37(4): 151-151. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.030

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基于ERP系统原理的物料销售企业库存整理控制策略研究——评《ERP系统原理和实施》

杨进华

机械设计. 2020, 37(4): 152-152. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.04.031

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