机械设计

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肖人彬, 林文广

机械设计. 2020, 37(6): 1-10. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.001

摘要 ( 152 ) PDF全文 ( 790 )

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定制化设计是实现产品创新的重要途径，其主要方式就是产品族设计。为了进一步提高大批量定制环境下企业研发效率，针对现有产品族设计方法存在的不足，提出数据驱动的产品族设计框架。首先根据产品族设计需求，对数据需求、数据来源进行关联分析；其次针对产品设计过程中不同阶段的特点，分别从市场细分、平台构建、产品族演化及组合创新4个环节进行数据驱动模式方面的探讨；最后针对不同环节所需的数据挖掘、数据预测、数据分析等关键技术进行详细阐述，并对数据驱动产品族设计平台系统架构进行研究。

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基于GA-SVR代理模型的谷物风筛清选系统优化设计

童哲铭, 朱鹏飞, 童水光, 刘浩, 顾伟, 张奋飞

机械设计. 2020, 37(6): 11-16. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.002

摘要 ( 132 ) PDF全文 ( 223 )

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谷物风筛清选系统是收获机械的核心功能部件，直接影响清选作业的损失率和含杂率。为提升其性能，降低清选损失率和含杂率，基于计算流体动力学和离散单元法耦合技术（CFD-DEM）构建清选系统气固两相流数值模型，采用正交试验方法设计L₂₅（5⁴）仿真试验，并使用遗传算法优化参数的支持向量回归算法（GA-SVR）建立清选系统损失率、含杂率代理模型，然后基于带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）对代理模型进行多目标优化，获得风力因素、振动因素和结构因素的较优方案：入风口风速为9.5 m/s，振幅为32 mm，振频为6 Hz，筛孔大小为17 mm。最后，经整机田间试验验证，采取优化方案进行收获作业时，损失率降为0.75%，含杂率降为0.92%。

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基于并联机构的双重驱动管道机器人设计与研究

单彦霞, 付冰双, 李若松, 韩雪艳, 李仕华

机械设计. 2020, 37(6): 17-23. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.003

摘要 ( 148 ) PDF全文 ( 482 )

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并联机构具有结构简单、承载能力强等优点，因此基于新型3-UPU并联机构，设计了一种针对中型管道的双重驱动管道机器人。该机器人采用并联机构作为支撑驱动机构来实现支撑运动模式，包括转弯运动及在非圆柱形管道中行走。同时该并联机构具有连续转动能力，保证了机器人转弯运动的平稳性。采用四叶螺旋作为机器人的螺旋驱动机构，实现螺旋运动模式，提高机器人的运行速度。设计了一种联接变角单元，可实现两种运动模式之间的转换，并通过调整螺旋角来改变机器人螺旋运动时的速度。该管道机器人结构紧凑、速度快、运行平稳，可以在人所不能触及的管道内部进行检测和日常维护。

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基于小波包时延相关解调的滚动轴承故障诊断方法

张琛, 郭俊超, 甄冬, 张浩, 师占群, 谷丰收

机械设计. 2020, 37(6): 24-28. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.004

摘要 ( 109 ) PDF全文 ( 174 )

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针对滚动轴承故障冲击信号周期性强且容易被强烈的背景噪声淹没，提出基于小波包时延相关解调的分析方法，实现滚动轴承的故障特征提取及故障诊断。首先，以信噪比SNR和均方根误差RMSE为准则，对比小波包阈值的降噪效果，选取最优小波包参数，以增强振动信号的信噪比。然后将降噪后的信号进行重构。最后，通过时延相关解调分析提取去噪重构信号的故障特征。通过仿真和试验数据分析，验证了所提算法能够较准确地提取轴承故障特征频率。基于与包络分析和小波包络分析进行的对比，证明了所提方法能够获得更高精度的故障特征参数，进而更加有效地实现滚动轴承的早期故障诊断。

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基于Petri网和TRIZ的复杂技术系统多冲突问题求解

赵芮凯, 张建辉, 王学瑞, 张万明

机械设计. 2020, 37(6): 29-37. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.005

摘要 ( 107 ) PDF全文 ( 403 )

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针对现有冲突分析方法的局限性，尤其是处理复杂技术系统的多冲突问题时，分析与确定的难度较大。为此提出一种基于Petri网的复杂技术系统多冲突问题挖掘方法，通过构建多域层次化映射模型，借助Petri网相关数学分析工具，对系统进行功能失效分析，同时结合需求分析，以全面准确地确定冲突所在，进而构建多冲突网络，应用TRIZ工具解决。最后以无避让立体车库作为工程案例，获得其创新设计方案，验证了方法的有效性。

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新能源汽车用圆锥滚子轴承轻载摩擦转矩及注脂量控制试验研究

莫帅, 冯战勇, 杨超, 曹小林

机械设计. 2020, 37(6): 38-42. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.006

摘要 ( 121 ) PDF全文 ( 129 )

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为实现新能源汽车变速器关键传动部件滚动轴承的最优性能，以汽车变速器最常用的圆锥滚子轴承为研究对象，通过自主研制的轴承试验台对其轻载摩擦转矩和注脂量控制进行了试验研究。通过分析KBC对标轴承和被测轴承轻载摩擦转矩的试验数据，得到被测轴承轻载摩擦转矩合格范围为0~21.316 N·m；通过试验得到被测轴承在不同主轴转速下注脂量变化对其温升的影响数据，并通过均值法和构建多变量自回归模型得到不同主轴转速和注脂量下的轴承平衡温度关系曲线，得到主轴转速和注脂量的变化对轴承平衡温度影响的线性规律关系。结果表明：宽转速轴系滚动轴承在20%注脂量时平衡温度相对于转速的稳定性最好。

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温度变化对压裂封隔器胶筒密封性能和疲劳寿命的影响研究

水浩澈, 张付英, 杨俊梅

机械设计. 2020, 37(6): 43-48. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.007

摘要 ( 188 ) PDF全文 ( 169 )

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利用ABAQUS软件建立了封隔器胶筒的有限元模型，分析了密封载荷为58.15 MPa时，温度变化对胶筒与套管之间的接触应力的影响规律。考虑实际工况中井下作业温度变化的情况，分析了升温和降温两种变化情况下胶筒的整体密封性能。利用ABAQUS与FE-SAFE疲劳分析软件联立求解，分析温度变化对胶筒使用寿命的影响。研究结果表明，密封载荷不变时，作业温度稳定不变且为100℃左右时胶筒的密封性能最好；作业温度由低向高变化时，胶筒的整体密封性能随之提高，密封性能系数增大；反之，当作业温度由高向低变化时，胶筒的整体密封性能随之降低，密封性能系数减小。当作业初始温度50℃升至100℃时胶筒的整体密封性能达到最好，此时密封性能系数达到最大值4 564.7 MPa·mm；当作业初始温度100℃降温至50℃时胶筒的整体密封性能最差，此时密封性能系数达到最小值572.7 MPa·mm。温度变化幅度越小，胶筒的疲劳寿命波动范围越小；当温度变化幅度一定时，作业温度的升高可延长胶筒的疲劳寿命，当初始温度为100℃时，胶筒的疲劳寿命可达到最大值66.10 d。无论是升温还是降温，当温度变化幅度超过30℃时，均会导致胶筒失效。

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旋翼扭力臂孔多轴疲劳准则及挤压强化效果评估

王春光, 郭倩, 平学成, 应少军, 赵越, 熊曦耀

机械设计. 2020, 37(6): 49-57. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.008

摘要 ( 115 ) PDF全文 ( 258 )

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扭力臂组件是直升机旋翼系统中的重要部件之一，在飞行过程中，其承受着复杂高频振动及交变载荷，所以紧固孔连接处易发生疲劳破坏。为了改善扭力臂孔的疲劳性能，通过三维非线性接触有限元对扭力臂进行力学行为分析。基于Smith-Waston-Topper（SWT）准则，对扭力臂孔的裂纹萌生位置及疲劳寿命进行预测，并分析孔挤压工艺对扭力臂孔疲劳寿命的影响。结果表明：SWT损伤准则可以成功预测疲劳裂纹萌生位置和寿命；扭力臂孔的疲劳破坏属于I型破坏，且裂纹萌生处有三维裂纹源；随着挤压量的增加，扭力臂孔的疲劳寿命基本呈现出增大的趋势，最后趋于稳定；把扭力臂孔破坏点位置作为挤出端，寿命提升效果最好；孔面残余压应力有益于延长疲劳裂纹萌生寿命。挤压强化多轴疲劳预测方法可以为扭力臂寿命预测和优化设计提供理论依据。

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移动机器人目标检测技术及其安保场合应用

高春艳, 唐佳强, 吕晓玲, 张明路

机械设计. 2020, 37(6): 58-64. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.009

摘要 ( 113 ) PDF全文 ( 309 )

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移动机器人的视觉目标检测技术已被广泛应用于监控、安保、无人驾驶等场合。文中针对移动机器人目标检测面临的光照变化、复杂背景、遮挡、相机运动等问题，总结了国内外基于图像处理相关的方法，并介绍了常用的基于机器学习的移动机器人目标检测技术。通过对国内外应用于公共安检的移动机器人的性能比较，结合自主研发的HEBUT移动机器人，详细分析了移动机器人目标检测的主要技术及发展方向。

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基于离散元分析的夹矸煤层硬岩掘进机载荷分析

彭继慎, 何武林

机械设计. 2020, 37(6): 65-70. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.010

摘要 ( 128 ) PDF全文 ( 306 )

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考虑到硬岩掘进机作业时经常会穿越一些多种地质条件共存的工况环境，使得传统的分析方法得不到更为准确的刀盘载荷，文中使用EDEM三维离散元仿真软件建立夹矸的复杂地质条件，并使用ANSYS与EDEM联合仿真方法得到硬岩掘进机的刀盘受力情况，采用黏结模型Hertz-Mindlin来模拟煤岩的物理状态。同时用Archard模型来模拟颗粒和外壳接触模型，借助于Add-in在有限元分析软件中所嵌入的耦合接口，在有限元分析软件读入截割载荷的过程中，同步构建与结构分析模型的联系。最后通过不同地层条件下的刀盘载荷仿真可知，随着夹矸层比例的增大，硬岩掘进机刀盘承受的载荷越大，即需要提供的驱动载荷越大；随着夹矸层位置越靠近刀盘中心，硬岩掘进机刀盘承受的载荷越小，即需要提供的驱动载荷越小；当夹矸层由竖直变为水平时，硬岩掘进机刀盘承受的载荷逐渐增大，即需要提供的驱动载荷逐渐增大。

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全地形机器人转向特性分析

郑明军, 赵晨磊, 吴文江, 杨摄

机械设计. 2020, 37(6): 71-77. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.011

摘要 ( 113 ) PDF全文 ( 167 )

可视化

为了提高全地形机器人的转向性能，建立了3自由度转向模型，并分别以质心侧偏角为零、轮胎与地面无滑移为转向、驱动控制为目标，推导出转向因素公式，设计了一种四轮独立转向-独立驱动（Four Wheel Independent Steering and Independent Drive，4WIS-4WID）控制方式。通过simulink与虚拟样机联合仿真，针对车速、载重对转向特性的影响进行分析。研究表明，该控制方式能够在低速转向时进一步提升机器人的灵活性，在高速转向时改善机器人的稳定性，但负重及速度的增加会对机器人的转向性能造成不利影响。

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具有双工作行程的椭圆曲柄滑块机构综合

韩继光, 何贞志

机械设计. 2020, 37(6): 78-81. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.012

摘要 ( 145 ) PDF全文 ( 80 )

可视化

双工作行程机构是指在原动件的一个周期内，执行构件具有两个工作行程的机构。椭圆曲柄是能够生成椭圆曲线的行星机构，用椭圆曲柄替代曲柄滑块机构的驱动曲柄，相当于一个具有变化的长度和速度、沿着椭圆曲线运动的曲柄，从而改变了滑块的运动特性。文中提出了具有双工作行程对心椭圆曲柄滑块机构，分析了机构参数对各个行程的影响，给出了各个参数的选择范围，为双工作行程机构设计提供了理论依据。

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2024铝合金长半管类零件充液成形技术研究

王朝鸣, 马江泽, 张建民, 郎利辉, 邢浩

机械设计. 2020, 37(6): 82-86. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.013

摘要 ( 79 ) PDF全文 ( 235 )

可视化

针对国内某支线飞机上2024铝合金弧形挡板零件在传统落压成形中容易产生的回弹、扭曲、贴模度差和表面质量差等问题，利用有限元软件建立有限元模型，对2024铝合金长半管零件采用主动式充液胀形进行数值模拟。通过模拟分析，主动式充液胀形工艺可以显著增大零件的变形量，而变形量的增加使材料超出弹性变形阶段达到塑性变形，从而固定住所需型面形状。模拟得出合理的合模吨位为4 000 t，液室压力为17 MPa。最后对模拟结果进行试验验证，试制出了合格的弧形挡板零件，为弧形挡板成形提供了一套符合工业生产的工艺方法，对此类零件成形具有重大借鉴意义。

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基于ADAMS的手康复机器人运动学仿真分析

路光达, 张秋月, 安宁, 冯宇, 郄彤彤

机械设计. 2020, 37(6): 87-90. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.014

摘要 ( 133 ) PDF全文 ( 304 )

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文中基于手指的生物学特征与ADAMS，设计了一种手指康复训练机器人，机器人通过平行四边形连杆机构进行关节独立驱动，实现对手指的屈曲/伸展运动训练，通过对机构进行运动学仿真，分析了机器人驱动关节速度、角速度及角加速度特性，结果显示符合手指的运动学特性，可以作为手指康复机器人的机构模型。

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3-(S/U)P(S/U)并联机构运动能力特性对比分析

罗建国, 赵韵秋, 邱杰清

机械设计. 2020, 37(6): 91-101. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.015

摘要 ( 102 ) PDF全文 ( 137 )

可视化

基于运动的元素数学表象及物理意义，引入主-副运动理论，区分定义机构输入、输出自由度，利用“六元素法”对关节运动域特征进行描述，通过输入-输出运动综合转化公式和解析分析，借助平面六维拓扑图，从具体3-SPU机构实例分析其输出运动能力特性出发，拓展到由SPS，SPU，UPS同构组成或混合组成的3支链并联机构输出运动特性，得到3个重要影响因素，一是并联机构3支链所在直线与静平台铰接点与形心连线构成平面与静平台所在的水平面是否垂直，二是上下平台是否平行，三是上下平台虽不平行，但某一支链两端的静平台铰接点与静平台形心连线与动平台铰接点与动平台形心连线是否平行是重要影响因素。基于反螺旋的自由度分析结果对应基于主-副运动理论的自由度分析的MDOF分析结果，不包含伴随输出对应的P-DOF分析结果。

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钻机多变幅机构瞬时动态响应衰减特性研究

钟自成, 李旺年, 阚志涛, 邵俊杰, 李旭涛

机械设计. 2020, 37(6): 102-106. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.016

摘要 ( 26 ) PDF全文 ( 227 )

可视化

为研究全液压钻机多变幅机构的可靠性、安全性，确定瞬时冲击激振力作用下多变幅机构动态响应的衰减特性，基于模态分析理论，通过ABAQUS有限元分析软件，以ZDY2-3200LF全液压钻机的多变幅机构为研究对象，获得其固有频率和各阶振型，并在此基础上，以全液压钻机的最大给进力作为多变幅机构的瞬时冲击激振力，获得其应力和位移的动态响应曲线。研究结果为多变幅机构的优化设计提供依据，对其他全液压钻机多变幅机构的优化设计也具有参考价值。

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汽车离合器接合过程中的摩擦振动行为分析

王井, 杨昀梓

机械设计. 2020, 37(6): 107-114. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.017

摘要 ( 86 ) PDF全文 ( 137 )

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建立了离合器摩擦系统全尺寸模型，基于有限元软件ABAQUS的复特征值分析法和瞬时动态分析法研究了离合器接合过程中的摩擦振动现象，探讨了界面参数对离合器稳定性的影响和作用机理。结果表明，离合器接合过程中的振动模态主要表现为摩擦片的面外振动，通过削弱界面黏滑运动、提高界面摩擦因数和在摩擦片表面加工沟槽等手段能有效地改善摩擦振动，增强离合器接合稳定性。

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小型山地履带底盘设计与仿真分析

刘妤, 谢铌, 张拓

机械设计. 2020, 37(6): 115-122. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.018

摘要 ( 415 ) PDF全文 ( 1150 )

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履带底盘具有接地比压小、转向灵活、机动性好等优异性能，不失为小型山地农业机械动力底盘的一种优选方案。文中以跨越壕沟宽度、攀越垂直障碍物高度为指标，对履带底盘常见行走装置的地形通过能力进行了评价，在此基础上提出了一种适用于丘陵山区农用机械的履带底盘设计方案，并借助多体动力学软件RecurDyn，对履带底盘在硬质、松软2种路面下直线、爬坡和越障行驶过程进行了仿真分析，验证了方案的可行性。研究成果为山地履带底盘的设计提供参考。

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基于交互式遗传算法的轨道列车造型优化设计研究

唐路明, 刘肖健, 胡丰

机械设计. 2020, 37(6): 123-128. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.019

摘要 ( 111 ) PDF全文 ( 151 )

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面向轨道列车车头造型设计过程中的方案推演与评价调整的低效问题，基于交互式遗传算法开发了设计者与算法协作的交互优化技术。针对轨道列车造型的特征，设计了三线造型编码方法，实现了造型方案的批量化快速生成与优化。通过设计者提供的造型曲线框架，程序可自动完成方案种群的构建，实现造型约束，并可基于设计者的交互评价进行方案换代演化、交叉重组和变异等系列遗传操作。通过草图曲线的智能化识别与调整技术，降低了对设计者手绘输入曲线的精度要求，减轻了设计人员的工作量。设计者与智能技术的合理分工，拓展了概念方案搜索的广度，可提升设计效率。

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基于优化Kano分析的产品定位设计决策

杨勤, 李尚泽, 王卫星, 张建敏, 罗睿铭

机械设计. 2020, 37(6): 129-133. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.020

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针对产品定位过程中只考虑用户需求权重而忽略用户需求层次变化所导致的产品定位偏差问题，提出一种基于优化Kano分析的产品定位设计决策方法。通过在Kano模型中定义用户需求矢量，利用粗糙层次分析法（R-AHP）计算用户需求权重及类型对用户需求层次进行分类，以用户满意度增量为决策依据确定下一代产品的设计方向，得到最佳的产品定位。通过采血笔的设计决策为例，验证了该方法的可行性。

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基于理想解的自服务产品设计过程研究

曹国忠, 穆蓓, 万子薇, 郭小峰

机械设计. 2020, 37(6): 134-139. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.021

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为提高产品自服务水平，提出基于理想解的自服务产品设计过程模型。基于功能分析给出自服务产品的定义与特点；根据理想化模式，提取出9种自服务产品实现方式，并根据其实现形式分为3类；确定理想化水平影响因素价值与权重，对自服务产品设计方案进行评价；构建了基于理想解的自服务产品设计过程模型；通过实例验证了该过程的有效性。

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基于AHP法的房车造型评价方法及应用研究

徐骁琪, 程永胜, 陈国强

机械设计. 2020, 37(6): 140-144. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.022

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针对当前房车造型同质化现象严重及用户对房车造型多样性需求的考虑，提出一种以层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）与模糊综合评价相结合的评价方法，并应用在实际项目评价中，以提升房车设计方案决策的科学性和准确性。选取自行式C型房车造型特征为例，结合层次分析法构建影响造型设计评价的指标体系；将房车造型设计分解为有序的递阶层次结构，得出房车造型多层次下各要素的评价分析模型；采用定性和定量相结合的方法，计算各要素权重并通过一致性检验进行综合排序。将该方法应用于自行式C型房车3款造型设计方案评价中，筛选得出最佳方案用于项目开发，为房车研发提供有效参考。

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衣物香薰除味吸尘器造型设计

崔因, 陈焕, 高鑫

机械设计. 2020, 37(6): 145-145. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.023

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掘进机造型设计

卢颖

机械设计. 2020, 37(6): 146-146. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.024

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未来共享无人驾驶救援车概念设计

吴寒

机械设计. 2020, 37(6): 147-147. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.025

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计算机机械制图与AutoCAD课程的整合性分析——评《机械制图与CAD技术基础》

张书月

机械设计. 2020, 37(6): 148-148. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.026

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铁路隧道及铁道客车车辆虚拟试验教学系统研究——评《铁路隧道测量技术及应用》

彭鹏

机械设计. 2020, 37(6): 149-149. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.027

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高速电梯起重机械曳引设备材料锈蚀磨损程度检验及日常维护——评《复合材料》

冯国行

机械设计. 2020, 37(6): 150-150. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.028

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音乐创新艺术思维在现代机械设计中的应用探讨——评《机械设计基础》

师晶晶

机械设计. 2020, 37(6): 151-151. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.029

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数字媒体技术助力电子音乐创作——评《数字媒体应用教程》

陈申

机械设计. 2020, 37(6): 152-152. https://doi.org/10.13841/j.cnki.jxsj.2020.06.030

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刊出日期：2020-06-20

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