机械设计

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常文钰, 方盈盈, 张磊, 唐自新, 张大伟, 任明法

机械设计. 2020, 37(5): 1-7. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.001

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为提高现有机器人末端位置的定位精度，文中提出一种基于D-H参数标定的冗余参数剔除方法。对一般多自由度机器人的雅克比矩阵列向量相关性进行分析，将得到列向量相关性关系式中相关性系数绝对值最大项对应的参数作为冗余参数剔除，该剔除方法可以保证参数辨识的可靠性，提高定位精度。在该方法进行冗余性参数分析的基础上进行后续标定，可获得更好的收敛性。

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汽车电动助力转向的机电耦合系统开发

李伟健, 陈吉清, 兰凤崇, 李诗成

机械设计. 2020, 37(5): 8-14. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.002

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为满足微型纯电动汽车转向轻便和高速稳定行驶的性能需求，进行了转向系统的电动助力设计优化。综合考虑转向系统几何结构、电机助力参量等因素的影响，实现了电动助力系统参数化并建立了机电耦合数学模型。构建考虑车速影响的助力特性曲线并对函数精确度进行控制，提高拟合准确度，确定电机力矩控制特性。电动助力系统应用基于模糊自适应PID控制策略，控制电机电流误差，减少电流偏差，提高辅助力的精准度。利用建立的机电耦合数学模型、电机转矩控制特性和PID控制策略，在MATLAB/Simulink和ADAMS/CAR中构建机械与助力电机控制模型，进行联合仿真，与非助力系统进行对比分析了连续转向、高速行驶转向和大角加速度转向3种行驶工况的仿真结果，结果表明：电动助力系统在中低速蛇形行驶中，减轻约48%转向力矩，有效实现汽车的转向轻便，在高速行驶转向中缩短了车辆达到高速稳定行驶约20%的时间。

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基于ADAMS的滚子从动件凸轮轮廓曲线设计

张磊, 徐一村

机械设计. 2020, 37(5): 15-19. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.003

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使用ADAMS软件反转法设计滚子从动件凸轮的轮廓曲线时，利用起始接触点生成curve作为轮廓曲线，误差较大且不合理。原因在于滚子与凸轮始终相切，在运动规律发生改变时，接触点位置不固定且存在多个。针对这一问题，文中将滚子轮廓离散化，求出离散区间范围并将离散区间均值化取marker点，利用多个接触点生成多条曲线并取交集运算，得到了较理想的凸轮轮廓曲线，提高了凸轮轮廓曲线的设计精度。文中探讨了离散点个数与设计精度的关系，得到结论：在离散化区间范围内，增加离散点个数可以提高凸轮设计的精度。文中的设计方法也可以用于从动件与凸轮始终相切的凸轮轮廓曲线设计中。

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基于RSSR机构的双“8”字避障无碳小车的设计

王大伟, 侯佳豪, 郭成源, 申小平, 朱雅平

机械设计. 2020, 37(5): 20-26. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.004

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根据第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛中“8”字形赛道避障行驶常规赛要求，设计并制作了一种基于空间四杆机构（RSSR）的双“8”字避障无碳小车。根据RSSR机构的运动特性得出小车的运动方程，并运用MATLAB对小车理论轨迹进行了仿真，对RSSR机构参数进行优化，得出最佳轨迹时RSSR机构的各参数。最后对小车进行实际调试，小车运行平稳，能有效行驶双“8”字轨迹，并避开了间距为300~400 mm的障碍物，验证了RSSR机构作为小车转向机构的合理性。

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氮气弹簧零件装配机构的研发与优化

包贺, 方素平

机械设计. 2020, 37(5): 27-31. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.005

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为解决氮气弹簧装配过程中零件损伤，实现零件的无损装配，设计了一种基于手动冲床原理的压装机构。该机构用于氮气弹簧缸体、柱塞杆的压装动作。为使操作时力的使用效率更高，根据控制变量法设计了两组试验。通过试验结果分析两因素对机构效率的影响，并根据试验数据对两因素进行合理组合以优化压装机构。对优化后的机构进行有限元分析，确定机构各零件和整体强度合格，最后对应力较大的零件进行疲劳分析。该机构既减轻了工人劳动强度、提高了效率，又提高了零件装配的质量。

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精密卧式加工中心结构件质量分布与优化研究

马天柱, 牛兴华, 石一光, 晁冰, 张大卫

机械设计. 2020, 37(5): 32-36. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.006

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精密加工中心结构件的合理质量分布，对于整机动态特性有着显著的影响。为在总体设计阶段主动设计机床结构件质量，文中基于i SIGHT软件搭建了多学科联合仿真平台，综合集成creo的三维参数化建模、ANSYS中APDL（Parametric Design Language）的有限元参数化建模；利用试验设计（Design of Experiment，DOE）、响应面模型法和多目标遗传算法的优化分析过程；以整机动态特性最高为目标得到的最优解集为依据，分析总结出结构件最佳质量比。以某框中框结构机床为例，基于上述研究的结论调整结构件质量；结果表明：调整整机结构件质量分布后，整机1~5阶固有频率分别提高12.6%，4.8%，6.1%，0.9%，2.4%。

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汽车纵横向与垂向动力学统一模型的建模与仿真分析

来飞

机械设计. 2020, 37(5): 37-43. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.007

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应用达朗贝尔基本原理，建立了两轴汽车的操纵与制动全工况下的统一动力学数学模型，全面考虑了车辆纵向、横向与垂向动力学相互作用的耦合关系，通过MATLAB/Simulink对车辆在不平路面上的转弯制动工况进行了相应的仿真分析，并与水平路面上的转弯制动情况进行比较。仿真计算结果表明，该模型能够较好地同时反映车辆的纵横向和垂向运动特性，与水平路面上结果相比，在不平路面上的转弯制动时间和制动距离均有少量增加，而车辆平顺性则出现明显恶化。

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可爬楼梯载人巡检车系统设计

兰若璇, 张静, 张俊俊, 肖贤鹏

机械设计. 2020, 37(5): 44-49. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.008

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针对电力隧道巡检过程中，部分工作可由巡检机器人取代，但是较多的特殊情况仍需人工巡检的问题，为减轻工人劳动强度，开发了一种适合隧道环境的可载人巡检车，既满足巡检人员巡检过程中代步需求，还要具有携带工具箱攀爬楼梯的功能。根据使用条件的复杂性需求，设计了巡检车的平路行走机构及楼梯攀爬机构，并构建了适合此结构的控制系统。利用SolidWorks软件对结构设计方案进行三维动态模拟，使用有限元分析软件ANSYS对巡检车的车架做了轻量设计和安全校核，验证了该设计结构的合理性。最后进行了样机制作和试验测试，试验表明该样机行进效率高、越障性能强，对电力隧道类似非结构化复杂环境有较强的适应性。

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航空发动机动叶积垢数值模拟研究

王立文, 霍金鉴, 龙飞企, 石旭东, 刘强

机械设计. 2020, 37(5): 50-56. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.009

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基于NASA公布的Stage 36叶型及进气道数据，利用DPM离散相对ash，CaCO₃及Al₂O₃颗粒不同粒径、颗粒入射速度等条件对颗粒运动轨迹及叶片壁面颗粒沉积速率进行研究。颗粒直径增大、材料密度增加、低入射速度情况下将造成压气机叶片表面的颗粒物沉积速率逐渐加剧。叶片压力面区域相对于吸力面积垢沉积率较大，叶根区域相对于叶尖区域更容易产生积垢。

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基于质心侧偏角估计算法的车道保持稳定性控制

汪选要, 马成程, 程义, 王晓峰, 王先杰

机械设计. 2020, 37(5): 57-62. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.010

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为了提高低附着系数路面车道保持能力和稳定性，基于质心侧偏角和横摆角速度与期望值的差值设计了车道保持转向角补偿模糊控制器。质心侧偏角和横摆角速度是表征汽车稳定性的重要参数，也是所设计的模糊控制器的输入量，但质心侧偏角不易直接测量。因此，针对质心侧偏角运动学和动力学估计算法各自的特点，并利用前者修正后者的估计值，提出了质心侧偏角集成估计算法。基于CarSim/Simulink仿真结果表明，所提出的质心侧偏角估计算法具有较高估计精度，所设计的转向角补偿模糊控制器具有更好的车道保持能力和稳定性。

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再现运动规律的曲柄摇杆机构运动与传力性能优化

冯立艳, 耿浩, 王文华, 梁会硕, 蔡敬宇

机械设计. 2020, 37(5): 63-67. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.011

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基于MATLAB设计了再现连架杆运动规律的曲柄摇杆机构优化设计系统软件，可以针对摇杆摆角的任意函数运动规律，快速设计传力性能最优且运动偏差很小的曲柄摇杆机构尺度，并进行设计机构的实时动态仿真。文中推导了数学模型，建立了优化设计目标函数和约束条件，讨论了设计变量个数的选择确定，绘制并分析了摇杆转角偏差的三维曲面图及二维等值线图，研究了将偏差值约束在较小范围内进行传力性能最优的二次优化的建模与分析等。

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固体火箭发动机离心过载试验装置主机结构设计

冉光斌, 宋琼, 余绍蓉, 刘仕钊, 陈文颖

机械设计. 2020, 37(5): 68-73. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.012

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离心过载试验装置可在地面重复再现火箭发动机飞行过程的高过载环境，通过对发动机试验状态进行控制和监测，可为高过载发动机流场及热结构研究提供实时数据。为模拟发动机点火飞行受力工况，试验装置不仅须承载发动机点火产生的巨大冲击振动，还要为发动机提供安装和姿态调整平台。为此，对试验装置采用分层布局，除转臂外，其余各系统布置于地下空间，转臂上的元器件进行了防护，以防发动机点火产生的高温和高温物质对其损伤。转臂采用箱型焊接不等臂结构和较高的安全裕度，通过优化设计，降低了转动惯量。为实现各型发动机安装和姿态调整，在转臂上开发了无级角度调整旋转舱。传动系统作为转臂的支承和传力结构，采用大轴径和大锥度增强系统承载能力，并通过预埋件与土建基础固连，提高主机抗倾覆力能力。驱动系统采用同步电机直接驱动，以提高试验装置快加速和变过载加载能力。最后，对主机结构进行了力学分析和振动测试，结果表明，设计结构可保证试验装置稳定运行。

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6维动态力发生装置设计及动态性能研究

崔鸿飞, 钱锋, 冯旭, 李伟, 檀傈锰, 王光远, 姜明岩, 程京华, 刘敬敏

机械设计. 2020, 37(5): 74-78. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.013

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面向某6维力测试平台动态性能校准需求，以激振器力发生单元为基础，开发了一种6维动态力发生装置。应用有限元软件对动态力发生装置进行静力学分析、模态分析和谐响应分析，得到该装置的应力应变云图、固有频率和位移频率响应。基于有限元分析结果，求取了该装置6阶固有频率点处的2阶传递函数，得到了幅相频特性曲线，结合激振器的特性参数，得到了装置固有频率影响下的激振频率与激振力之间的关系曲线。仿真分析与计算的结果表明，所设计的动态力发生装置能够满足使用要求。

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外置-串联复合型LET铰链的设计与性能分析

刘庆玲

机械设计. 2020, 37(5): 79-83. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.014

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针对LET铰链存在拉压刚度低、工作精度差的问题，基于外置LET铰链，设计了外置-串联复合型抗拉压LET铰链，推导了铰链弯曲等效刚度与拉压等效刚度的理论计算式。实例计算与有限元分析误差在5%以内，验证了理论分析与等效刚度计算式的正确性。将外置-串联复合型LET铰链与相同尺寸的外置LET铰链、Nested-LET铰链进行性能对比，在保持弯曲变形能力的前提下，外置-串联复合型LET铰链拉压刚度是外置LET铰链的43.3倍，是Nested-LET铰链的1.43倍，充分表明该铰链结构设计的合理性与有效性。

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基于改进相空间重构的压缩机运行状态预测

李毅, 王红一, 任岱旭, 田慧欣, 李红颖

机械设计. 2020, 37(5): 84-90. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.015

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精确的状态预测对于压缩机的平稳运行至关重要，同时，振动信号能够表征绝大多数压缩机的运行状态。为提高预测精度，文中提出改进的相空间重构法和神经网络相结合的预测模型。首先利用相空间重构技术，将一维时间序列振动信号扩展到高维空间。针对传统的G-P算法中无标度区识别过于依赖人工经验的不足，提出了DBSCAN聚类与粒子群优化算法相结合的无标度区自动识别方法，并以相关性指标最大和残差平方和最小为目标建立无标度区识别优化模型，使用粒子群算法获得最优解，实现无标度区的自动识别。使用BP神经网络对重构后的振动信号进行预测。预测结果表明相空间重构后的信号预测效果更好。

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基于柔性体载荷谱提取的某乘用车后副车架动态疲劳寿命分析

柳泽田, 尹辉俊

机械设计. 2020, 37(5): 91-97. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.016

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汽车行业中《后副车架疲劳台架试验规范》给定的试验载荷均通过控制臂作用于副车架，应用静力疲劳分析方法对后副车架进行疲劳寿命预测，需要将全部组件纳入到模型中，工作效率低且无法保证计算精度。为提高仿真效率和精度，通过Hyper-Works和ADAMS软件建立后副车架疲劳台架试验刚柔耦合动力学模型，分析安装点受力情况并提取载荷谱，在Hyper-Works软件中应用惯性释放法对后副车架进行静力分析，导出单位载荷下的应力分布模型到N-Code软件中进行动态疲劳寿命分析。通过与台架试验对比，该副车架疲劳寿命仿真分析方法有较好的工程实践应用价值。

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封隔器胶筒关键因素分析及创新概念设计

张付英, 董城城, 水浩澈, 杨俊梅

机械设计. 2020, 37(5): 98-105. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.017

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胶筒密封的失效会给石油开采工艺带来难以估量的损失。在获取用户对密封胶筒可靠性需求的基础上，通过二元比较和多粒度粗糙集集成的方法计算用户需求的耦合权重，应用产品规划质量屋（Quality Function Deployment，QFD）将用户需求转换为技术特性，最终识别出影响胶筒密封可靠性的关键因素并确定其重要度，运用模糊聚类分析将胶筒密封可靠性影响因素进行归类。最后，应用TRIZ理论对胶筒进行创新设计。该文对于研究提高胶筒密封可靠性的措施和对胶筒进行可靠性设计具有重要意义。

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基于伪密度法的顶驱提环二次拓扑优化设计

高瀚, 李美华, 赵春晖, 贠志达, 陈昊卫

机械设计. 2020, 37(5): 106-110. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.018

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针对类比设计方法中顶驱提环质量偏重、分布不尽合理的问题，在允许设计空间内建立了最大范围模型，采用连续体拓扑优化理论，利用ANSYS Workbench拓扑优化工具对模型进行了两次拓扑优化，综合考虑加工工艺及制造费用等因素，确定了最终的提环结构。对该结构的受力分析表明所设计的提环完全满足实际使用需求，其体积小、质量轻、应力分布均匀。该设计方法摆脱了传统优化设计在现有设计基础上优化的思路，克服了传统优化设计在优化之初排除最佳方案的可能性，为顶驱提环的设计提供了一种新的科学方法，为降低顶驱提环质量和生产成本提供了参考。

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一种轻量化卷积神经网络的行为识别模型

郑勇峰, 张小俊, 王志鹏

机械设计. 2020, 37(5): 111-116. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.019

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针对当前深度学习模型对硬件计算能力要求较高，难以在机器人控制系统中实际应用等问题，以智能护理机器人为应用背景构建了一种轻量化的卷积神经网络模型。首先，模型采用两层卷积层对行为进行特征提取，减少网络层数对硬件系统计算能力的要求。其次，为了有效提取人体行为特征，在卷积神经网络模型中引入跨层结构，以融合高层特征信息与低层特征信息，提高模型的识别效果，并建立了根据老年人的行为方式采集的具有4种行为类别的数据集。通过试验对比其他高性能行为识别模型的准确率及计算模型自身的运行速度，证明了文中提出的方法在有效识别人体行为的前提下可以应用在运算能力较差的机器人硬件系统中，具有良好的实际应用价值。

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基于主成分分栏法的VR眼镜面贴适合性改进

王海宁, 池卓哲, 何人可

机械设计. 2020, 37(5): 117-124. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.020

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为改进虚拟现实（VR）眼镜面贴的佩戴适合性，使其更适合我国用户的头面部，在2 200名我国成年人头部扫描模型数据库的基础上，对11项眼睛及面部测量特征进行了数据提取和统计，并使用主成分分栏法构建了我国成年人眼睛及面部可穿戴产品主成分分栏和5个尺寸类别的参考头型；基于参考头型对经过三维重建的VR眼镜面贴进行适合性改进设计，并将改进前后的面贴进行统一加工，制作适合性检验原型；基于主成分分栏，定向招募具有代表性的被试者，并对改进前后的VR眼镜面贴进行适合性检验，结合主观和客观检验结果分析面贴的适合性，发现改进后的面贴适合性相比改进前有明显改善。基于主成分分栏法改进VR眼镜面贴适合性的方法具有一定可行性，对改进可穿戴产品的适合性研究有参考意义。

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基于肢体运动数据的智能产品可用性测评模型

陈昊, 唐帮备, 胡果

机械设计. 2020, 37(5): 125-129. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.021

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针对数字时代智能产品的可用性评价缺少行为数据支持的问题，提出一种基于肢体运动数据分析的智能产品人机交互评价方法。分析了智能产品可用性测试原理，建立了基于肢体行为数据的评价模型，以某品牌电压力锅可用性测试为例，招募20名用户进行产品交互效率和满意度测试试验，采用肢体运动追踪系统采集用户在执行产品任务过程中的行为数据，结合心理量表采集用户在操作产品任务后的心理量值，通过单因素方差分析，筛选出心理量值相关的肢体运动数据指标，建立基于肢体运动数据的产品交互可用性评价回归方程，并对评价模型进行验证，结果表明：用户的肢体运动数据能客观地对产品人机交互效果进行评价，弥补了单一主观评价可靠性差的不足。

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基于Jack仿真的手术转移床人机工程设计

李晓英, 唐凡, 谢逸飞

机械设计. 2020, 37(5): 130-133. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.022

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为改善医护人员在操作手术转移床过程中的舒适性，结合Jack仿真和有限元分析方法，在过弯道和坡道的仿真环境下，对手术转移床进行人机仿真和改良设计。通过分析不同场景下人机交互行为，得到手术转移床人机适配性的关键部位为导向手环、护栏、床架；进一步结合受力分析结果对关键部位进行尺寸设计和结构轻量化改进，并对改进后的手术转移床进行舒适性仿真验证。结果表明：医护人员的肌肉关节和腰背部受力明显降低，手术转移床操作舒适性增强，有效降低了造成医护人员不适或受伤的可能性，为手术转移床的人机工程设计提供参考。

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面向用户需求的定制化家用空气净化产品系统设计

黄劲松, 袁钊涵

机械设计. 2020, 37(5): 134-138. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.023

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为适应家用空气净化产品用户需求的变化，采用个性化定制策略来满足用户的关键需求。通过SET分析方法发现目标产品机会缺口，归纳得到交互方式、造型结构、净化方式和拓展体验4部分，并运用层次分析法筛选出用户关键需求，确立定制方向为净化方案定制、滤网模块定制及虚拟服务相关定制，从而建立定制平台的服务流程。在此基础上进行了空气净化产品的造型及App界面设计。SET分析方法与层次分析法模型结合，可为相关产品的系统设计与开发提供参考，也为产品定制化应用拓展了思路。

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基于抛弃型原型法的锥形油烟机设计研究

刘春花, 李天赠, 刘诗锋, 黄先华, 王顺天, 林思明

机械设计. 2020, 37(5): 139-144. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.024

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为更好解决家用抽油烟机设计与用户需求相匹配的问题，提出一种基于抛弃型原型法的新式锥形油烟机设计解决方案。通过市场调研和体验分析，确定油烟机的用户需求，建立初始原型；针对油烟机的工作特性，搭建油烟机吸烟与噪声性能测试平台，并建立基于ANSYS Fluent平台的油烟机流场数值分析模型，为执行原型迭代做准备；以设计目标为收敛条件，结合试验与数值分析手段执行原型迭代，探索合适的解决方案，形成新的原型，用验证后的新原型取代初始原型；最后输出最终设计方案。基于原型法执行框架建立起以论证为核心的产品设计流程，确保了方案形成与输出的科学合理性，有助于提升产品设计效率与质量，可为类似的家电产品创新设计提供参考。

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智能化及低噪声节能的移动空调造型设计

刘娟

机械设计. 2020, 37(5): 145-145. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.025

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搜救勘察机造型设计

代锋, 宋煜

机械设计. 2020, 37(5): 146-146. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.026

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化学通风柜造型设计

施琦

机械设计. 2020, 37(5): 147-147. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.027

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体育机械应用引发的当代体育安全教育思考——评《体育用品及器械标准汇编》

严五四

机械设计. 2020, 37(5): 148-148. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.028

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专业汽车英语在汽车机械维修与检测中的应用——评《汽车工程专业英语》

王雅琴

机械设计. 2020, 37(5): 149-149. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.029

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应用型高校机械工程专业英语教学创新优化设计——评《机械工程专业英语》

沈敏杭, 吴冬丽

机械设计. 2020, 37(5): 150-150. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.030

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传统武术器械制作材料改革分析——评《耐磨材料应用手册》

李兆伟, 陈星潭

机械设计. 2020, 37(5): 151-151. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.031

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海昏侯墓青铜器艺术设计审美研究与机械创新设计思维的培养——评《创新思维与机械创新设计》

傅建明

机械设计. 2020, 37(5): 152-152. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.05.032

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2020年, 第37卷, 第5期　
刊出日期：2020-05-20

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