時(shí)間：2022-06-09 22:04:44
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)；雙語(yǔ)教學(xué)；教學(xué)實(shí)踐
作者簡(jiǎn)介：王林軍（1982-），男，湖北黃岡人，三峽大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院，講師；吳海華（1970-），男，湖北黃岡人，三峽大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院，教授。（湖北 宜昌 443002）
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）04-0104-01
雙語(yǔ)教學(xué)不僅在美國(guó)、加拿大、盧森堡、新西蘭等雙語(yǔ)國(guó)家或多語(yǔ)國(guó)家獲得了成功，而且在俄羅斯、日本、澳大利亞、保加利亞、匈牙利等單語(yǔ)國(guó)家實(shí)施也獲得了良好的效果。反思國(guó)內(nèi)的雙語(yǔ)教學(xué)情況，雖然英語(yǔ)教師非常努力地教，學(xué)生也非常認(rèn)真地學(xué)，但所取得的效果十分不理想。[1-2]國(guó)內(nèi)一些211和985重點(diǎn)院校（如浙江大學(xué)、北京大學(xué)等）的雙語(yǔ)教學(xué)工作開(kāi)展順利，已在雙語(yǔ)教學(xué)教材、師資隊(duì)伍建設(shè)以及教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法方面取得許多研究成果。但地方本科院校的機(jī)械工程類雙語(yǔ)教學(xué)工作進(jìn)展十分緩慢，尤其是針對(duì)本科生開(kāi)設(shè)的“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語(yǔ)教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容與體系、英語(yǔ)教學(xué)環(huán)境、教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)、考核方式等方面嚴(yán)重不足，其主要原因是學(xué)生英語(yǔ)基礎(chǔ)差、自學(xué)能力較弱，“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語(yǔ)教學(xué)師資也相對(duì)薄弱。[3]上述差異決定了地方本科院校難以照搬重點(diǎn)院校的機(jī)械工程類雙語(yǔ)教學(xué)模式，因此探索一條適合于地方本科院校的“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語(yǔ)教學(xué)模式極為重要。
一、“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語(yǔ)課程現(xiàn)狀
“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”是一門(mén)把機(jī)械設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)理論及方法相結(jié)合、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，而雙語(yǔ)教學(xué)主要是指教師采用英語(yǔ)或第二語(yǔ)言進(jìn)行課堂教學(xué)。但如何有系統(tǒng)有組織地開(kāi)展符合三峽大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我校”）特點(diǎn)的“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語(yǔ)教學(xué)，如何處理教材的問(wèn)題、如何在學(xué)時(shí)數(shù)原本緊張的前提下開(kāi)展雙語(yǔ)教學(xué)、雙語(yǔ)教學(xué)方法和教學(xué)手段該如何改進(jìn)、如何建立雙語(yǔ)教學(xué)考核體系、如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣等等，這些都是在開(kāi)展“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語(yǔ)教學(xué)時(shí)所需要研究的問(wèn)題。雖然目前不少地方本科院校已經(jīng)開(kāi)設(shè)了機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)雙語(yǔ)課程教學(xué)，但大學(xué)生英語(yǔ)水平良莠不齊，不少教師的英語(yǔ)水平同樣還沒(méi)有達(dá)到能真正像漢語(yǔ)一樣熟練地運(yùn)用英語(yǔ)教學(xué)的地步，這使得雙語(yǔ)教學(xué)在“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程中的研究與實(shí)踐中碰到以下問(wèn)題：[4-6]
1.雙語(yǔ)教學(xué)效果差
目前國(guó)內(nèi)英語(yǔ)教育主要以應(yīng)試為目標(biāo)，大學(xué)生的英語(yǔ)聽(tīng)說(shuō)能力普遍較弱。“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語(yǔ)教學(xué)中涉及許多專業(yè)詞匯和復(fù)雜的句型，如果采用比較單一的授課方式，學(xué)生既無(wú)興趣，又感到難以接受，無(wú)法準(zhǔn)確理解該課程專業(yè)知識(shí)。
2.教學(xué)內(nèi)容單一
我校該課程雙語(yǔ)教學(xué)的對(duì)象是機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)三年級(jí)學(xué)生，他們雖然已具備一定的數(shù)理基礎(chǔ)，但許多同學(xué)依然對(duì)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程和內(nèi)容無(wú)法真正理解，甚至產(chǎn)生厭學(xué)情緒。這就要求雙語(yǔ)教師在進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)更加豐富多彩。
3.教學(xué)方法問(wèn)題
在進(jìn)行“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語(yǔ)教學(xué)時(shí)，若還是采用傳統(tǒng)的滿堂灌教學(xué)模式，課程本身的難度和英語(yǔ)的聽(tīng)力障礙將會(huì)導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。而國(guó)際上知名大學(xué)多數(shù)采取的是引導(dǎo)式、啟發(fā)式、互動(dòng)式相結(jié)合的教學(xué)方法，后者更為有效，與“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語(yǔ)課程教學(xué)相適應(yīng)。
二、雙語(yǔ)教學(xué)方法的改革與實(shí)踐
依據(jù)機(jī)械工程類專業(yè)的特殊性，應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行改革和實(shí)踐：
1.科學(xué)合理選擇教學(xué)內(nèi)容
考慮到我校機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)本科教學(xué)培養(yǎng)方案的特點(diǎn)及人才培養(yǎng)需要，對(duì)“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語(yǔ)教學(xué)課程內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，主要包括以下教學(xué)內(nèi)容：緒論（介紹機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念與發(fā)展趨勢(shì)）；優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)（介紹矩陣運(yùn)算和微積分的基礎(chǔ)知識(shí)，凸集、凸函數(shù)與凸規(guī)劃的基本理論）；常用的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法（介紹一維搜索方法、基于導(dǎo)數(shù)的優(yōu)化方法和非導(dǎo)數(shù)優(yōu)化方法等，包括智能優(yōu)化方法）；約束優(yōu)化問(wèn)題的處理；多目標(biāo)優(yōu)化方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果的靈敏度分析技術(shù)；MATLAB在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例中的應(yīng)用。這要求學(xué)生一方面掌握優(yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論，另一方面應(yīng)學(xué)會(huì)運(yùn)用大型通用優(yōu)化設(shè)計(jì)工具軟件解決實(shí)際工程問(wèn)題，真正做到學(xué)以致用。此外，在雙語(yǔ)教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)安排大學(xué)生講述自己完成機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程，以提高大學(xué)生英語(yǔ)表達(dá)能力，并達(dá)到相互啟發(fā)的作用。
2.努力營(yíng)造英文教學(xué)環(huán)境，提高學(xué)生英語(yǔ)水平
作為教師，應(yīng)認(rèn)真?zhèn)浜妹恳惶谜n，板書(shū)、考試和作業(yè)批改中都要使用英語(yǔ)，采取全英語(yǔ)對(duì)學(xué)生進(jìn)行提問(wèn)，要求學(xué)生用英語(yǔ)回答，這樣有助于鍛煉學(xué)生的專業(yè)口語(yǔ)能力。同時(shí)，教師在給學(xué)生布置作業(yè)時(shí)，最好也是英語(yǔ)的，嚴(yán)格要求學(xué)生用英語(yǔ)完成，這樣有助于鍛煉學(xué)生的專業(yè)寫(xiě)作能力，為將來(lái)可能地進(jìn)一步深造學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的論文撰寫(xiě)基礎(chǔ)。實(shí)際上，教師在雙語(yǔ)教學(xué)活動(dòng)中，除了布置一些該課程的課后英語(yǔ)作業(yè)外，還應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生查找和閱讀與該課程相關(guān)的專業(yè)英語(yǔ)讀物，比如英文論文等，這樣有助于增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)英語(yǔ)使用能力，而且還能培養(yǎng)該專業(yè)大三學(xué)生用英語(yǔ)思考的良好習(xí)慣，為將來(lái)的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和深造打下一定的基礎(chǔ)。
3.努力加強(qiáng)我校雙語(yǔ)師資隊(duì)伍建設(shè)
為了提高教師的英語(yǔ)水平，每年安排教師參加由我校國(guó)際交流學(xué)院主辦的暑期雅思培訓(xùn)班，取得雅思6.0分及以上成績(jī)的教師才能擔(dān)任雙語(yǔ)教學(xué)課程。為了促進(jìn)教師英文水平的穩(wěn)步提高，以提升本校教師科研業(yè)務(wù)水平，學(xué)校定期派中青年教師出國(guó)交流學(xué)習(xí)，這勢(shì)必將會(huì)對(duì)雙語(yǔ)教學(xué)和師資隊(duì)伍建設(shè)有一個(gè)很大的促進(jìn)和提升作用。
4.充分利用本校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)
三峽大學(xué)求索學(xué)堂為全校提供網(wǎng)絡(luò)教學(xué)服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)包括公共教學(xué)平臺(tái)、多媒體課件制作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)交互答疑系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)公共教學(xué)平臺(tái)包括學(xué)生工作區(qū)、教師工作區(qū)、管理工作區(qū)三大部分，主要功能模塊有公告欄、答疑、討論區(qū)、在線自測(cè)、在線作業(yè)、下載區(qū)、資源等。多媒體課件制作系統(tǒng)提供輔助教師教學(xué)的多媒體課件制作平臺(tái)；網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)交互答疑系統(tǒng)是一個(gè)可以在網(wǎng)上傳遞五種不同模式的電子教學(xué)、實(shí)時(shí)協(xié)作和通信的平臺(tái)，提供網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的教學(xué)雙邊多媒體交互環(huán)境。充分利用本校求索學(xué)堂，可以促使教師和學(xué)生的溝通，同時(shí)還可以培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)獲取能力和自主學(xué)習(xí)能力。
5.對(duì)本校傳統(tǒng)的考核方式進(jìn)行科學(xué)合理的改革
“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)非常重要的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，屬于專業(yè)必修課程，該課程考核方式過(guò)去經(jīng)常是采取閉卷形式。這種考核方式有很大的不足，例如學(xué)生死記硬背優(yōu)化公式，而忽略了利用該課程核心內(nèi)容優(yōu)化設(shè)計(jì)方法理論從工程上解決實(shí)際問(wèn)題的能力，從而不能體現(xiàn)本校人才培養(yǎng)的要求。針對(duì)以上這些弊端，對(duì)該門(mén)課程的傳統(tǒng)考核方式進(jìn)行了改革，主要分為以下三個(gè)部分：閉卷考試成績(jī)（占40%）：主要是考查學(xué)生對(duì)優(yōu)化理論方法的理解和掌握程度；上機(jī)實(shí)驗(yàn)考試成績(jī)（占40%）：重點(diǎn)考核學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)優(yōu)化方法的編程和實(shí)現(xiàn)能力；平時(shí)成績(jī)（占20%）：主要是考核學(xué)生平時(shí)表現(xiàn)和出勤情況。
該課程考核方式的改革，勢(shì)必將會(huì)促使學(xué)生更好地理解和掌握該課程的重難點(diǎn)內(nèi)容，也會(huì)提高學(xué)生利用計(jì)算機(jī)編寫(xiě)優(yōu)化程序解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)將會(huì)提高機(jī)械工程類本科生的綜合素質(zhì)和能力，這也非常符合本校這種“高素質(zhì)、強(qiáng)能力、應(yīng)用型”的人才培養(yǎng)目標(biāo)。
三、結(jié)論
雙語(yǔ)教學(xué)不但能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且還可以提高教師和學(xué)生的雙語(yǔ)應(yīng)用能力，對(duì)復(fù)合型人才的培養(yǎng)具有非常重要的意義。同時(shí)，在進(jìn)行雙語(yǔ)教學(xué)的過(guò)程中，要根據(jù)本校教師的英文水平和學(xué)生的認(rèn)知和接受程度，精心準(zhǔn)備和設(shè)計(jì)教學(xué)手段，科學(xué)合理安排教學(xué)內(nèi)容，科學(xué)而有效地使用評(píng)價(jià)方法，這樣不僅有助于學(xué)生及時(shí)了解和掌握本專業(yè)的前沿動(dòng)態(tài)，還可以培養(yǎng)其直接閱讀經(jīng)典、前沿外文資料的能力。本文在對(duì)“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程雙語(yǔ)教學(xué)進(jìn)行了多輪教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)該課程雙語(yǔ)教學(xué)的背景、教學(xué)內(nèi)容與體系、英語(yǔ)教學(xué)環(huán)境、師資隊(duì)伍建設(shè)、考核方式等問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)和改革，以期望對(duì)二本院校機(jī)械工程類“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程雙語(yǔ)教學(xué)與改革有一定的促進(jìn)作用。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：MATLAB 行星減速器 優(yōu)化設(shè)計(jì)
Abstract: this paper researched optimum tool of MATLAB. The paper solves optimum design for planet speed reducer of construction machinery. Through a practical example, it is concluded that using MATLAB can availably solve optimum design for planet speed reducer.
Key word: MATLAB, planet speed reducer,optimum design
中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
工程機(jī)械是一種運(yùn)行緩慢，體積大，承受的載荷也大的設(shè)備。它的行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有兩種方案：一為高速方案，即用高速液壓馬達(dá)和齒輪減速器組合驅(qū)動(dòng)；二是低速方案，即采用低速大扭矩液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。后者可省去減速裝置，使機(jī)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，但由于低速大扭矩液壓馬達(dá)的成本較高，維修困難，所以一般的工程機(jī)械都采用前者。又因行星減速器相對(duì)于其它類型的齒輪減速器具有較大減速比，所以工程機(jī)械的行駛系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)中多采用行星減速器實(shí)現(xiàn)減速增扭的目的。
1、MATLAB語(yǔ)言及優(yōu)化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介
MATLAB語(yǔ)言是由美國(guó)Mathworks公司開(kāi)發(fā)的集科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)可視化和程序設(shè)計(jì)為一體的工程應(yīng)用軟件，現(xiàn)已成為工程學(xué)科計(jì)算機(jī)輔助分析、設(shè)計(jì)、仿真以至教學(xué)等不可缺少的基礎(chǔ)軟件，它由MATLAB主包、Simulink組件以及功能各異的工具箱組成。MATLAB優(yōu)化工具箱的應(yīng)用包括：線性規(guī)劃和二次規(guī)劃，求函數(shù)的最大值和最小值，多目標(biāo)優(yōu)化，約束優(yōu)化，離散動(dòng)態(tài)規(guī)劃等，其簡(jiǎn)潔的表達(dá)式、多種優(yōu)化算法的任意選擇、對(duì)算法參數(shù)的自由設(shè)置，可使用戶方便地使用優(yōu)化方法。[1]
通常多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題在求解時(shí)應(yīng)作適當(dāng)?shù)奶幚恚环N方法是將多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題重新構(gòu)成一個(gè)新的函數(shù)，即評(píng)價(jià)函數(shù)，從而將多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)榍笤u(píng)價(jià)函數(shù)的單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，如線性加權(quán)和法，理想點(diǎn)法，目標(biāo)達(dá)到法等。另一種是將多目標(biāo)優(yōu)化轉(zhuǎn)化為一系列單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題來(lái)求解，如分層序列法等。MATLAB優(yōu)化工具箱采用改進(jìn)的目標(biāo)達(dá)到法使目標(biāo)達(dá)到問(wèn)題變?yōu)樽畲笞钚?wèn)題來(lái)獲取合適的目標(biāo)函數(shù)值。
該論文中，行星減速器的設(shè)計(jì)就采用將多目標(biāo)的優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)，多約束條件的優(yōu)化問(wèn)題。
2、行星減速器模型的建立
工程機(jī)械使用行星減速器的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)較復(fù)雜的工作，一般采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)不僅對(duì)于一個(gè)新的企業(yè)很難進(jìn)行設(shè)計(jì)，而且往往找到的不是最優(yōu)方案。
2.1確定優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)
工程機(jī)械的體積較大，對(duì)其靈活運(yùn)行帶來(lái)一定的影響，因此對(duì)行星減速器進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，取行星減速器最小重量為優(yōu)化目標(biāo)，不但可以減小行星減速器的重量，而且可以改善工程機(jī)械的靈活機(jī)動(dòng)性、節(jié)約材料和降低成本。
行星減速器由太陽(yáng)輪、行星輪、行星架和齒圈構(gòu)成。由于太陽(yáng)輪和全部行星輪的重量之和能影響和決定齒圈和整個(gè)機(jī)構(gòu)的重量，由于太陽(yáng)輪和全部行星輪的重量與它們的體積成正比，因此可選擇太陽(yáng)輪和全部行星輪的體積為最優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)。
…………………（1）
式中： 為太陽(yáng)輪的體積； 為行星輪的體積； 為行星輪的個(gè)數(shù)； 為太陽(yáng)輪或行星輪模數(shù)； 為太陽(yáng)輪或行星輪齒寬； 為太陽(yáng)輪齒數(shù)； 為行星輪齒數(shù)。
2.2約束條件：
（1）傳動(dòng)比條件[2]：
…………………（2）
式中： 為齒圈的齒數(shù)。
（2）為了使內(nèi)外嚙合齒輪副強(qiáng)度接近相等，并提高外嚙合承載能力，應(yīng)限制齒輪內(nèi)外嚙合角在給定的范圍內(nèi)，即：
…………………（3）
…………………（4）
式中： 、 為太陽(yáng)輪和行星論、行星輪和齒圈的嚙合角。
（3）齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)為17，但太陽(yáng)輪的齒數(shù)常小于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒輪不根切最小齒數(shù)17，為保證不根切，太陽(yáng)輪變位系數(shù)應(yīng)滿足以下條件：
…………………（5）
式中： 太陽(yáng)輪的最小變位系數(shù)
（4）各齒輪應(yīng)滿足強(qiáng)度要求，即齒輪的齒面接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù)均大于給定值，亦即
…………………（6）
…………………（7）
式中： 、 ——給定的齒輪接觸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)；
、 ——各齒輪的接觸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù)。
（5）為了保證傳動(dòng)連續(xù)和平穩(wěn)性，齒輪的重合度必須大于規(guī)定值，即
…………………（8）
…………………（9）
式中： 、 ——分別為太陽(yáng)輪和行星輪、內(nèi)齒圈與行星輪的重合度
（6）行星輪根圓直徑 不宜過(guò)小，以保證在行星輪內(nèi)孔能安裝上符合壽命要求的滾動(dòng)軸承，即
…………………（10）
式中： ——滾動(dòng)軸承外徑 ;
m——齒輪的模數(shù)
（7）模數(shù)約束
…………………（11）
（8）齒寬約束
…………………（12）
（9）行星輪個(gè)數(shù)約束
…………………（13）
（10）變位系數(shù)的約束[3]
…………………（14）
…………………（15）
…………………（16）
式中： 、 、 分別為太陽(yáng)輪、行星輪和齒圈的變位系數(shù)
通過(guò)以上分析，知以上建立的模型是一個(gè)具有7個(gè)設(shè)計(jì)變量，15個(gè)約束條件的單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
3、應(yīng)用舉例：
某工程機(jī)械的輪邊減速器采用行星減速器，其具體要求為：轉(zhuǎn)速： ；功率： ；壽命：10a；工況：中等沖擊；日工作時(shí)間：14h；年工作天數(shù)300天；傳動(dòng)比： ； ；精度：6級(jí)；太陽(yáng)輪：材料為20CrMnTi，熱處理為滲氮滲碳；行星輪：材料為20CrMnTi，熱處理為滲碳淬碳；內(nèi)齒輪為40Cr，熱處理為調(diào)質(zhì)[4]。
經(jīng)使用MATLAB程序優(yōu)化設(shè)計(jì)后行星減速器的主要參數(shù)和采用常規(guī)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)的比較，如表1。
表1使用MATLAB優(yōu)化設(shè)計(jì)和常規(guī)設(shè)計(jì)的參數(shù)比較
4、結(jié)論
（1）利用MATLAB優(yōu)化設(shè)計(jì)的行星減速器的體積比常規(guī)設(shè)計(jì)的少了12%。
（2）建立目標(biāo)函數(shù)時(shí)只考慮太陽(yáng)輪和行星輪的體積，對(duì)內(nèi)齒圈和行星架的體積沒(méi)有考慮，這樣可以減小計(jì)算量和提高計(jì)算速度。但是也存在著相應(yīng)的問(wèn)題，目標(biāo)函數(shù)中沒(méi)有將齒圈的強(qiáng)度考慮在內(nèi)，會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：種分槽，IMIG槳葉，優(yōu)化設(shè)計(jì)
1前言
拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的關(guān)鍵工序之一就是晶種分解，在種分槽內(nèi)將鋁酸鈉溶液降溫并加入氫氧化鋁作為晶種進(jìn)行攪拌，使其析出氫氧化鋁[1]。晶種分解過(guò)程對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量以及全廠的技術(shù)指標(biāo)有著重大的影響。畢業(yè)論文，種分槽。
2槳葉簡(jiǎn)介
晶種分解溶液為固液懸浮溶液，需借助攪拌器的作用，使固體顆粒均勻懸浮在液體中，要求懸浮物完全離開(kāi)罐底并均勻懸浮起來(lái)，由于不能破壞晶種，所以攪拌轉(zhuǎn)速不能太大。目前分解槽的攪拌一般采用IMIG型多層攪拌的結(jié)構(gòu)。IMIG槳葉內(nèi)外漿在攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所形成內(nèi)揚(yáng)、外壓的作用，能讓晶種均勻懸浮在液體中且長(zhǎng)時(shí)間不會(huì)沉淀[2]。畢業(yè)論文，種分槽。目前國(guó)內(nèi)大部分氧化鋁分解槽攪拌都采用IMIG型攪拌。
3 優(yōu)化改造
槳葉主要由輪轂、內(nèi)漿和外漿三部分組成。以前采用的輪轂為鑄件，由于結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性經(jīng)常有鑄造缺陷。2006年以來(lái)通過(guò)對(duì)中鋁河南分公司九組種分槽現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況的分析和對(duì)IMIG槳葉結(jié)構(gòu)的不斷分析，得出一套適合該槳葉強(qiáng)度計(jì)算的方法。通過(guò)該方法分別對(duì)內(nèi)槳葉和外槳葉進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)省了材料，并對(duì)輪轂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的全面的改進(jìn)，不僅縮短了制造工期，也大大節(jié)約了生產(chǎn)成本。
4槳葉強(qiáng)度的計(jì)算
為了保證攪拌過(guò)程能正常地運(yùn)行，攪拌器必須有足夠的強(qiáng)度。攪拌器強(qiáng)度的計(jì)算主要是用來(lái)確定攪拌器槳葉的厚度。為了簡(jiǎn)化計(jì)算首先對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行假設(shè)
a 外槳葉承擔(dān)該整層槳葉彎矩
b 設(shè)計(jì)過(guò)程中不考慮加強(qiáng)筋的作用，其造成的截面數(shù)據(jù)也不予以考慮
c 雙槳葉攪拌具有兩個(gè)完全一樣的對(duì)稱槳葉，其槳葉計(jì)算功率可看作均勻分配于兩個(gè)槳葉上，而作用在槳葉上的液體阻力使槳葉產(chǎn)生彎矩，其最大彎矩出現(xiàn)在內(nèi)槳葉和輪轂的連接處。
4.1外槳葉筋板厚度的確定[3]
圖1為IMIG槳葉的受力簡(jiǎn)圖。
圖1：IMIG槳葉的受力圖
公式中
在計(jì)算該斷面彎矩時(shí)需要找到槳葉上液體阻力的合力作用點(diǎn)。液體阻力合力的作用點(diǎn)x0大小可由下式計(jì)算。畢業(yè)論文，種分槽。
公式中
M1即是作用于x01處合力對(duì)槳葉根部的彎矩。外槳葉端部處斷面的彎矩計(jì)算應(yīng)當(dāng)是由下式求得。
θ是外漿葉和水平面的夾角
外槳葉的抗彎截面系數(shù)
外槳葉斷面處的彎曲應(yīng)力，計(jì)算應(yīng)力值應(yīng)小于許用應(yīng)力值。
4.2內(nèi)槳葉管子壁厚的確定
內(nèi)槳葉管軸抗彎截面模量
內(nèi)槳葉所受的最大彎矩
內(nèi)槳葉斷面處的彎曲應(yīng)力，計(jì)算應(yīng)力值應(yīng)小于許用應(yīng)力值。
4.3槳葉強(qiáng)度計(jì)算中的安全系數(shù)
在上述槳葉的強(qiáng)度計(jì)算中，沒(méi)有涉及到的因素還有不少，如液體的阻力的不均衡性、液體對(duì)槳葉的沖擊，槳葉后表面所受到的氣蝕作用等，這些因素都要影響槳葉的強(qiáng)度，所以單從彎曲應(yīng)力來(lái)計(jì)算槳葉厚度可能還不夠安全。另外制造過(guò)程中出現(xiàn)的缺陷也應(yīng)加以考慮。為了保證槳葉在操作中的安全，采用安全系數(shù)的辦法來(lái)處理這些問(wèn)題。畢業(yè)論文，種分槽。根據(jù)槳葉的材料不同，制造工藝不同，槳葉強(qiáng)度計(jì)算的安全系數(shù)也不同，碳素鋼一般取n=3。畢業(yè)論文，種分槽。對(duì)于底層槳葉，考慮到底層槳葉對(duì)整個(gè)攪拌的重要性，以及生產(chǎn)過(guò)程一旦出現(xiàn)沉槽現(xiàn)象，因此設(shè)計(jì)底層槳葉時(shí)的彎矩應(yīng)按照電機(jī)功率的50%作為液體阻力合力產(chǎn)生的彎矩。
在一般的產(chǎn)能大于40萬(wàn)噸氧化鋁的設(shè)備中，種分槽直徑為14m。電機(jī)功率75KW，攪拌轉(zhuǎn)速4.8r/min.槳葉的直徑為8400mm。代入公式求得外槳葉的壁厚為16mm時(shí)完全滿足強(qiáng)度要求，內(nèi)槳葉管軸壁厚為20也滿足強(qiáng)度要求。這樣從原來(lái)外槳葉24mm的壁厚，內(nèi)槳葉管壁厚28mm變?yōu)楝F(xiàn)在的壁厚，一臺(tái)種分槽節(jié)省材料約3000Kg。
5連接槳葉用螺栓的計(jì)算
機(jī)械攪拌中槳葉和軸的聯(lián)接大部分都是通過(guò)螺栓連接的方式來(lái)滿足結(jié)構(gòu)、制造、運(yùn)輸、檢修維護(hù)、安裝等方面的要求。通過(guò)對(duì)IMIG在攪拌過(guò)程中流體作用的觀察得出槳葉的受力情況，以此來(lái)計(jì)算螺栓的強(qiáng)度。
將槳葉和軸的連接簡(jiǎn)化為下面結(jié)構(gòu)，如圖2所示：
圖2：載荷與螺栓的布置
5.1受力分析
5.2初定螺栓直徑
由上述公式計(jì)算出來(lái)的螺栓直徑大于16就滿足要求。考慮剛度及疲勞強(qiáng)度選用M24的螺栓連接。而原來(lái)槳葉和軸的連接采用的是M36的雙頭螺柱，一臺(tái)種分槽用在槳葉連接上的螺栓數(shù)量約為60個(gè)，所以僅此一項(xiàng)的優(yōu)化就節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)件上千元的費(fèi)用。畢業(yè)論文，種分槽。
6.結(jié)束語(yǔ)
改造后的IMIG槳葉較改造前重量減輕，節(jié)約了設(shè)備的成本；結(jié)構(gòu)更加合理、簡(jiǎn)單化，使加工更容易，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)縮短了加工時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，為公司創(chuàng)造了更大的效益。
參考文獻(xiàn)
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在高考填報(bào)志愿選擇專業(yè)時(shí)，很多考生和家長(zhǎng)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)就業(yè)前景如何的問(wèn)題很關(guān)心。下面是由本站編輯為大家整理的“機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)主要課程有哪些 就業(yè)前景如何”。
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)主要課程有哪些
主要課程：工程力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、電工與電子技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)原理應(yīng)用、機(jī)械工程材料、制造技術(shù)基礎(chǔ)。主要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)：包括軍訓(xùn)，金工、電工、電子實(shí)習(xí)，認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，生產(chǎn)實(shí)習(xí)，社會(huì)實(shí)踐，課程設(shè)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)等，一般應(yīng)安排40周以上。
主要專業(yè)實(shí)驗(yàn)：現(xiàn)代制造技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)、測(cè)試與信息處理實(shí)驗(yàn)。
專業(yè)選修課：機(jī)械動(dòng)力學(xué)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)及應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫(kù)原理及應(yīng)用、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)、工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)、機(jī)械故障診斷學(xué)、文獻(xiàn)檢索、專業(yè)外語(yǔ)、有限元方法、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、工藝過(guò)程自動(dòng)化、先進(jìn)制造技術(shù)、特種加工、成組技術(shù)與CAPP、智能機(jī)械概論、微小機(jī)械概論、虛擬樣機(jī)技術(shù)、市場(chǎng)營(yíng)銷學(xué)、在線檢測(cè)與控制、實(shí)用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)控機(jī)床與編程。
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)就業(yè)前景如何
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生們將來(lái)可以從事科技研發(fā)、運(yùn)行管理、應(yīng)用研究、銷售等機(jī)械制造領(lǐng)域的一些職位。該專業(yè)的學(xué)生們需要具備機(jī)械制造方面的一些基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)會(huì)運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工作中的一些相關(guān)問(wèn)題。畢業(yè)生們可以參加到機(jī)械制造以及設(shè)計(jì)、機(jī)械、電氣、氣壓、液壓等控制設(shè)備的維修維護(hù)的一些工作中去，為我們國(guó)家的機(jī)械工程作出自己的貢獻(xiàn)。
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)報(bào)考的學(xué)生中，男生占據(jù)了大部分。很多男生喜歡機(jī)械，該專業(yè)也是比較適合男生報(bào)考的，需要具備較強(qiáng)的動(dòng)手能力。報(bào)考機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生需要有一定的繪圖興趣，這個(gè)專業(yè)時(shí)常需要繪圖，要是沒(méi)有興趣的話，那將會(huì)感到乏味。除了要有一定的興趣之外，還要有創(chuàng)新的思維以及付出一定的努力，這樣才能在將來(lái)的工作中做到更好。
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關(guān)鍵詞：超大型平頭塔機(jī)；拉桿；優(yōu)化設(shè)計(jì)；安裝
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.12.258
1 引言
根據(jù)建筑市場(chǎng)及工程機(jī)械發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)工程機(jī)械領(lǐng)軍企業(yè)重點(diǎn)著力于大型超大型平頭塔式起重機(jī)研制，進(jìn)而提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。目前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的大型超大型平頭塔式起重機(jī)雖然能夠滿足工作要求，但也存在自重大，穩(wěn)定性差和安裝困難等缺點(diǎn)。
2 平衡臂拉桿仿真模型的建立
平衡臂拉桿端部通過(guò)銷軸與塔頭連接，尾部通過(guò)銷軸與平衡臂臂架連接，其主要作用是在塔機(jī)工作過(guò)程中，對(duì)塔頭和平衡臂臂架進(jìn)行連接，從而平衡起吊重物時(shí)吊重的重量。
塔頭結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)采用方鋼焊接主體結(jié)構(gòu)，與平衡臂拉桿連接處設(shè)置銷軸耳板，從而通過(guò)銷軸與拉桿連接固定。在受力方向上主要是受水平拉力和Q直壓力。
平衡臂臂架主要采用工字鋼作為弦桿，利用圓鋼把弦桿焊接在一起，從而形成臂架結(jié)構(gòu)。在平衡臂臂架尾部放置有平衡重來(lái)平衡掉起重臂及吊重的重量。由于平衡臂臂架端部是和塔頭通過(guò)銷軸進(jìn)行鉸接連接，所以臂架必須要通過(guò)拉桿與塔頭進(jìn)行連接，從而保持臂架的水平。
平衡臂拉桿采用圓鋼制造，在端部和尾部分別設(shè)計(jì)有銷軸耳板，從而完成和塔頭及平衡臂臂架的連接。
通過(guò)以上分析，利用Creo軟件建立平衡臂拉桿安裝系統(tǒng)仿真模型。
3 平衡臂拉桿安裝方式的分析
一般情況下，大型塔機(jī)平衡臂多為多臂節(jié)結(jié)構(gòu)，臂節(jié)之間通常通過(guò)拉桿進(jìn)行連接。大型塔機(jī)平衡臂結(jié)構(gòu)一般如圖1 所示，包括平衡臂臂節(jié)以及平衡臂尾節(jié)，其中平衡臂臂節(jié)的下弦桿與平衡臂尾節(jié)相連接，平衡臂臂節(jié)的上弦桿與平衡臂尾節(jié)之間通過(guò)拉桿相連接，拉桿在與平衡臂臂節(jié)的上弦桿連接時(shí)，需要先借助外部設(shè)備（如汽車吊）通過(guò)吊耳將拉桿的端部抬高，然后緩慢放下使拉桿的銷軸孔與上弦桿的銷軸孔對(duì)正，才能安裝連接銷軸，使拉桿與平衡臂臂節(jié)的上弦桿連接。
安裝連接銷軸時(shí)，一般采用兩種方式對(duì)正銷軸孔，一是采用外部設(shè)備（如汽車吊）拉住拉桿，二是采用人工托舉方式舉起拉桿。采用第一種方法時(shí)，外部設(shè)備（如汽車吊）的使用費(fèi)用較高，會(huì)增加成本，采用第二種方法時(shí)，人員容易疲勞，會(huì)導(dǎo)致安全事故。而且，以上兩種方法都不能保證拉桿安裝過(guò)程中的穩(wěn)定，導(dǎo)致拉桿容易觸碰平衡臂其他結(jié)構(gòu)造成損壞，同時(shí)對(duì)于大型的塔式起重機(jī)來(lái)說(shuō)，拉桿重量更大，銷軸孔的對(duì)正也更加困難。
4 平衡臂拉桿安裝方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)
本研究旨在設(shè)計(jì)一種平衡臂拉桿安裝輔助機(jī)構(gòu)（如圖1所示）方案，以解決現(xiàn)有技術(shù)中平衡臂拉桿行安裝時(shí)安裝難度大、成本高、銷軸安裝困難的問(wèn)題。
本方案研究設(shè)計(jì)的平衡臂拉桿安裝輔助機(jī)構(gòu)，安裝拆卸方便，在平衡臂拉桿安裝過(guò)程中，將平衡臂拉桿9至于U型槽3中，有效避免拉桿的擺動(dòng)，防止與其他部件的碰撞損壞，便于安裝。
在拉桿銷軸1安裝過(guò)程中，通過(guò)液壓頂升裝置5的托舉作用，可以調(diào)節(jié)拉桿9端部銷軸孔2的高度，進(jìn)而方便拉桿銷軸孔2和平衡臂上弦桿銷軸孔4的對(duì)正，方便拉桿固定銷軸1的安裝。
本方案不需使用外部設(shè)備（如汽車吊）提升拉桿9，減少了安裝費(fèi)用；不需人工托舉拉桿9，避免了人員安全事故的發(fā)生。
由于拉桿安裝輔助機(jī)構(gòu)的運(yùn)用，避免了對(duì)塔機(jī)其他部件的損傷，延長(zhǎng)了塔機(jī)的使用壽命。
5 結(jié)論
與現(xiàn)有安裝技術(shù)相比，優(yōu)化設(shè)計(jì)后的安裝方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）安全可靠：本方案采用成熟的液壓缸技術(shù)，操作簡(jiǎn)單安全，可靠性高。
（2）節(jié)省安裝費(fèi)用，提升工作效率：該方案不需使用外部設(shè)備，有效降低安裝費(fèi)用；同時(shí)極大的提升了銷軸孔的對(duì)正速度，大大提升了工作效率。
（3）檢修方便：本方案采用成熟的液壓技術(shù)，檢修方便。
參考文獻(xiàn)：
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【論文摘要】：對(duì)變頻調(diào)速器在實(shí)踐應(yīng)用中容量的正確選擇、傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及外接制動(dòng)電阻等方面的問(wèn)題，總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)。
隨著電力技術(shù)的迅速發(fā)展，交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)取得了突破性的進(jìn)步，進(jìn)入了普及應(yīng)用階段。在我國(guó)，變頻調(diào)速器也正越來(lái)越廣泛地被采用，與此同是地，如何正確地選好、用好已成為廣大用戶十分突出的問(wèn)題了。
1.關(guān)于容量選擇
在變頻調(diào)速器的說(shuō)明書(shū)中，為了幫助用戶選擇容量，都有"配用電動(dòng)機(jī)容量"一欄，然而，這一欄的含義卻不夠確切，常導(dǎo)致變頻器的誤選。
各種生產(chǎn)機(jī)械中，電動(dòng)機(jī)的容量主是根據(jù)發(fā)熱原則來(lái)選定的。就是說(shuō)，在電動(dòng)機(jī)帶得動(dòng)的前提下，只要其溫升在允許范圍內(nèi)，短時(shí)間的過(guò)載是允許的。電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力一般定為額定轉(zhuǎn)矩的1.8-2.2倍。電動(dòng)機(jī)的溫升，所謂"短時(shí)間"至少也在十幾分鐘以上。而變頻調(diào)速器的過(guò)載能力為：150％，l分鐘。這個(gè)指標(biāo)，對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，只有在起動(dòng)過(guò)程才有意義，在運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)際上是不允許載。
因此，"配用電動(dòng)機(jī)容量"一欄的準(zhǔn)確含義是"配用電動(dòng)機(jī)的實(shí)際最大容量"。實(shí)際選擇變頻器時(shí)，可按電動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中的最大電流來(lái)進(jìn)行選擇，對(duì)于鼓風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載，因?qū)儆陂L(zhǎng)期恒定負(fù)載，可直接按"配用電動(dòng)機(jī)容量"來(lái)選擇。
2.傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)
交流異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)變頻調(diào)速后，其有效轉(zhuǎn)矩和有效功率的范圍。配用變頻調(diào)速器時(shí)，必須根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性以及對(duì)調(diào)速范圍的要求等因素，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)級(jí)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和大致方法如下：
2.1 確定電動(dòng)機(jī)的最高運(yùn)行頻率
（1）鼓風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載，這類負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n的平方成正比TL=KTn2，輸出功率PL與轉(zhuǎn)速的在次方成正比PL=KPn3，（KT和KP為常數(shù)），由此可知，如轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速，負(fù)載的轉(zhuǎn)矩和功率將分別按平方律和立方律增加，因此，在一般情況下，不允許在額定頻率以上運(yùn)行。
（2）一般情況下，各種機(jī)械的強(qiáng)度、振動(dòng)以及耐磨性能等，都是以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不超過(guò)3000r／min為前提設(shè)計(jì)的。因此，在沒(méi)有對(duì)機(jī)械重新進(jìn)行設(shè)計(jì)的情況下，2級(jí)電機(jī)的最高運(yùn)行頻率不要超過(guò)額定頻率太多。
（3）當(dāng)異步電機(jī)在額定頻率以上運(yùn)行時(shí)，由于電源電壓是恒定的，其在調(diào)到fx時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩Tx近乎和頻率調(diào)節(jié)比Kf的平方成反比，即T≈TN/Kf2（而TN為額定頻率fN時(shí)的轉(zhuǎn)矩）。因此，最高運(yùn)行頻率不宜超過(guò)額定頻率
（4）異步電機(jī)在低頻下運(yùn)行時(shí)，為了獲得足夠的轉(zhuǎn)矩，常需進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。而轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償將使電機(jī)的磁路趨于飽和，從而增加附加損失，降低了效率，因此，只要情況許可，應(yīng)尺可能地提高運(yùn)行頻率的上限。
2.2 確定傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比并校核電動(dòng)機(jī)的容量
（1）鼓風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載，一般均為直接驅(qū)動(dòng)，不必考慮傳動(dòng)比的問(wèn)題。
（2）恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，首先，根據(jù)有效轉(zhuǎn)矩線以及所要求的頻率調(diào)節(jié)范圍，確定電機(jī)運(yùn)行的最高頻率和最低頻率。
假設(shè)已經(jīng)確定的電動(dòng)機(jī)最高運(yùn)行頻率為fmax最低運(yùn)行頻率為fmin與此對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩相對(duì)值為tTL，則電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩Tn=TL/qTL（TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩）。如果原選電機(jī)并未留有余量的話，則配用變頻調(diào)速器后，電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)擴(kuò)大1/tTL倍。傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比入等于電動(dòng)機(jī)在最高運(yùn)行頻率下的轉(zhuǎn)速nDmax負(fù)載所需求的最高轉(zhuǎn)速nLmax之比。
（3）恒功率負(fù)載：和恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載類似，首先根據(jù)有效功率線和頻率調(diào)節(jié)范圍，求出電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率的上、下限。
同樣，在求出最高和最低運(yùn)行頻率的同時(shí)，得到對(duì)應(yīng)的功率相對(duì)值tPL，而電動(dòng)機(jī)的額定功率PN≥PL／tPL（PL為負(fù)載要求功率）。
在設(shè)計(jì)恒功率負(fù)載時(shí)，應(yīng)注意兩點(diǎn)：（1）盡量多利用額定頻率以上的部分；（2）當(dāng)調(diào)整范圍較大時(shí)，盡量采用兩檔傳動(dòng)比。因?yàn)楫?dāng)傳動(dòng)比分成兩欄時(shí)，頻率范圍αf與αn轉(zhuǎn)速范圍之間的關(guān)系為 。可見(jiàn)，在轉(zhuǎn)速范圍相同的情況下，頻率范圍將大為減小，從而可減小電動(dòng)機(jī)的容量。 轉(zhuǎn)貼于
負(fù)載的機(jī)械特性，因是恒功率負(fù)載，故曲線上任一點(diǎn)的橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)的乘積均相等，且與負(fù)載功率成正比，即PL=KPTLnL=KPTLmaxLmin 。全部轉(zhuǎn)速都在額定頻率以下調(diào)節(jié)時(shí)的有效轉(zhuǎn)矩線，在這種情況下，所需電動(dòng)機(jī)的容量PN=KPTNnLmax>KPTLmaxLmax=αnPL。這說(shuō)明，所需電動(dòng)機(jī)的容量比負(fù)載功率的On倍還要大，是很不經(jīng)濟(jì)的。
⑴當(dāng)最高運(yùn)行頻率為額定頻率的2倍，傳動(dòng)比只有一檔時(shí)的情形。在這種情況下，所需電機(jī)的容量PN=KPTN1/2nLmax 1/2αnPL。可見(jiàn)，所需用容量只要大于負(fù)載功率的On/2倍就可以了。
⑵ 當(dāng)最高運(yùn)行頻率為額定頻率的2倍，傳動(dòng)比為兩檔時(shí)的情形。這時(shí)，所需電機(jī)的容量PN1/2 PL。可見(jiàn)，對(duì)于恒功率負(fù)載，當(dāng)αn>4時(shí)，這種方案是比較理想的。
3.自配外接制動(dòng)電阻
各種變頻調(diào)速器都允許外接制動(dòng)電阻，加快制動(dòng)速度，外接電阻。但配套的制動(dòng)電阻價(jià)格昂貴，不易買(mǎi)到，自動(dòng)配置時(shí)，其阻值與功率可如下決定：
直流電路的電壓值UP= ×380=53V；制動(dòng)電流Is一般以不超過(guò)電機(jī)的額定電流IDN為原則，即Is≤IDN，故制動(dòng)電阻Rs≥UD/Is。
因Rs內(nèi)通過(guò)電流的時(shí)間只有幾秒鐘，故其功率PR可按工其工作時(shí)的（1/10-1/8）選擇，即PR=(0.1-0.125)UD2/Rs。
因Rs接入電路時(shí)，應(yīng)注意將變頻調(diào)速器內(nèi)部的制動(dòng)電阻切除，如不能切除，則應(yīng)適當(dāng)加大Rs的值，以免出現(xiàn)制動(dòng)電流過(guò)大的情形。
在外接制動(dòng)電路時(shí)，為了避免燒毀變頻器內(nèi)部的放電用大功率晶體管（GTR）有時(shí)也可以外接整個(gè)制動(dòng)電器（即包括制動(dòng)電阻和放電晶體管，這時(shí)，GTR應(yīng)選取其VCEX≥700伏；ICN≥（1.2-1.5）IDN安。
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[關(guān)鍵詞]轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，F(xiàn)SAE賽車，CATIA
中圖分類號(hào)：U469.696 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）40-0400-01
FSAE方程式賽車設(shè)計(jì)應(yīng)遵循《汽車設(shè)計(jì)》所提出的要求，但其結(jié)構(gòu)，性能，設(shè)計(jì)要點(diǎn)又區(qū)別于民用汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的，下面以寧遠(yuǎn)車隊(duì)2015賽季賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為例，從理論數(shù)據(jù)初值確立，數(shù)據(jù)優(yōu)化，三維建模，零件選材和加工工藝四個(gè)方面，對(duì)FSAE方程式賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行概述。
設(shè)計(jì)目標(biāo)：①保證賽車在中高速過(guò)彎過(guò)程四輪最大限度的圍繞同一回轉(zhuǎn)中心運(yùn)動(dòng)，減少與地面的滑動(dòng)摩擦，確保賽車行駛平順性。②轉(zhuǎn)向各零部件穩(wěn)定牢靠，確保賽車行駛過(guò)程中不發(fā)生機(jī)械故障。③轉(zhuǎn)向靈敏，操作輕便。④方便進(jìn)行實(shí)車調(diào)校，改善賽車的操縱穩(wěn)定性。
一、理論數(shù)據(jù)初值確立
此部分?jǐn)?shù)據(jù)主要包括：轉(zhuǎn)向梯形的選擇與布置，最小轉(zhuǎn)彎半徑，角傳動(dòng)比，方向盤(pán)最大轉(zhuǎn)角，內(nèi)外輪最大轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)向齒條總長(zhǎng)（即斷開(kāi)點(diǎn)位置），齒條行程，齒條安裝高度，齒條偏距，齒輪基本參數(shù)（模數(shù)，齒數(shù)），橫拉桿長(zhǎng)度，節(jié)臂長(zhǎng)度與底角，萬(wàn)向節(jié)夾角。
（1）根據(jù)轉(zhuǎn)向器在和轉(zhuǎn)向梯形相對(duì)于前軸的位置不同，有四種布置方式：轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前放，前置梯形。其中梯形的前置與后置是根據(jù)節(jié)臂相對(duì)于前軸的位置提出的。
（2）最小轉(zhuǎn)彎半徑，角傳動(dòng)比，方向盤(pán)最大轉(zhuǎn)角為經(jīng)驗(yàn)選取值。根據(jù)襄陽(yáng)賽道的特點(diǎn)，最小轉(zhuǎn)彎半徑一般為4--5m。寧遠(yuǎn)5號(hào)賽車設(shè)定最小轉(zhuǎn)彎半徑3.8m。角傳動(dòng)比一般為4：1--5：1，通常方向盤(pán)最大轉(zhuǎn)角在100到135度之間，對(duì)于車手操作較為適宜。轉(zhuǎn)角過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重，過(guò)大則會(huì)影響轉(zhuǎn)向靈敏性，且較大轉(zhuǎn)向角度下車手會(huì)出現(xiàn)交叉手現(xiàn)象，這是應(yīng)當(dāng)避免的。
（3）內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角。根據(jù)理想阿克曼幾何可算出理論最大內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角。根據(jù)懸架參數(shù)可知軸距為1580mm，前輪距1230mm。
（4）轉(zhuǎn)向梯形參數(shù)。
賽車基本都采用的斷開(kāi)式轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)，齒輪齒條為中間輸入，兩端輸出結(jié)構(gòu)。若知道齒條長(zhǎng)度p，主銷間距k，節(jié)臂長(zhǎng)m，底角μ1μ2，橫拉桿長(zhǎng)n，齒條偏距e。則轉(zhuǎn)向梯形可唯一確定。C、D點(diǎn)，即斷開(kāi)點(diǎn)，其位置可根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》中的三心定理初步確定。輪胎轉(zhuǎn)角與齒條行程關(guān)系也可由幾何關(guān)系確定。有寧遠(yuǎn)5號(hào)賽車得出的相關(guān)數(shù)據(jù)如下：齒條長(zhǎng)421.6mm，節(jié)臂78.5mm，梯形底角85°，橫拉桿桿長(zhǎng)370mm，偏距74.3mm。需要指出的是，節(jié)臂越長(zhǎng)，越有利于功能的實(shí)現(xiàn)，主要體現(xiàn)在后期的實(shí)體化后拉桿與節(jié)臂實(shí)體對(duì)轉(zhuǎn)角的影響。
二、數(shù)據(jù)優(yōu)化
結(jié)合ADAMS優(yōu)化進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，能得到更為理想的參數(shù)。主要可用以下幾個(gè)方面進(jìn)行。①穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)――整個(gè)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)的試驗(yàn)過(guò)程需要測(cè)量的有方向盤(pán)轉(zhuǎn)角、汽車行駛軌跡、汽車前進(jìn)速度、橫擺角速度、側(cè)向加速度、縱向加速度和車身側(cè)傾角的時(shí)間歷程曲線。②方向盤(pán)角階躍――汽車受轉(zhuǎn)向盤(pán)輸入干擾引起的穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，反應(yīng)時(shí)間等。③蛇形仿真――汽車橫擺角速度響應(yīng)、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角、車身側(cè)傾角、橫擺加速度等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。④雙輪同向（反向）激振試驗(yàn)――外傾，前束，主銷內(nèi)傾角及橫向偏移距，主銷后傾角及后傾拖距，側(cè)傾中心高度，轉(zhuǎn)向角，懸架剛度，懸架側(cè)傾角剛度，側(cè)傾轉(zhuǎn)向系數(shù)。
三、三維建模
此過(guò)程是將各參數(shù)實(shí)體化的過(guò)程，建模過(guò)程務(wù)必要結(jié)合車架，懸架模型，確保符合規(guī)則，與其他組件進(jìn)行模型總裝后不能發(fā)生靜態(tài)干涉。并可在模型中模擬車輪動(dòng)態(tài)過(guò)程，避免潛在干涉的可能性。主要是橫拉桿，輪輞，叉臂，車架之間的干涉。零件的建模應(yīng)本著耐用，精致，輕量化，便于加工，便于裝配的原則，不斷尋求更好的設(shè)計(jì)。
四、零件材料選擇與加工工藝
（2）快拆器。這是賽車必不可少的裝置，便于車手的快速拆卸方向盤(pán)，進(jìn)出座艙。這一般為購(gòu)買(mǎi)件，國(guó)內(nèi)外都有很多優(yōu)秀的產(chǎn)品可選。自行設(shè)計(jì)的快拆，在內(nèi)外花鍵處可選用45鋼材質(zhì)，其他部分采用普通鋁或優(yōu)質(zhì)鋁。
（3）轉(zhuǎn)向柱。轉(zhuǎn)向柱分為兩部分，一部分與快拆軸直接相連，因?yàn)閮烧唔氝M(jìn)行焊接，所以材料多為鋼質(zhì)空心軸，外徑根據(jù)轉(zhuǎn)向柱軸承設(shè)計(jì)，內(nèi)徑應(yīng)在壁厚滿足力學(xué)要求的情況下設(shè)計(jì)。另一部分連接萬(wàn)向節(jié)或齒輪軸，這一部分在滿足抗扭剛度的下宜采用鋼管或鋁管，可減輕重量。
（4）萬(wàn)向節(jié)。萬(wàn)向節(jié)的選擇至關(guān)重要。其質(zhì)量的好壞直接決定了整個(gè)車的轉(zhuǎn)向虛程。由于對(duì)精度要求較高，基本采用購(gòu)買(mǎi)件。FSAE賽車多采用十字軸式萬(wàn)向節(jié)，根據(jù)連接部分不同可分為滑塊連接和滾針軸承連接，從自由間隙上評(píng)價(jià)滾針軸承連接優(yōu)于滑塊連接，但其承受扭矩相對(duì)較小。萬(wàn)向節(jié)與轉(zhuǎn)向柱的連接方式，切忌選用簡(jiǎn)單的過(guò)盈配合，可用螺紋與定銷結(jié)合的方式。如有必要可在兩者間加以焊接增強(qiáng)連接強(qiáng)度。
總結(jié)
FSAE方程式賽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將直接影響賽車的操縱穩(wěn)定性與平順性以及安全性。所以從設(shè)計(jì)到實(shí)體的每個(gè)環(huán)節(jié)，都應(yīng)牢牢守住三個(gè)原則：轉(zhuǎn)向牢靠，轉(zhuǎn)向靈敏，轉(zhuǎn)向輕便。同時(shí)應(yīng)著眼整車，與其系統(tǒng)協(xié)同配合，能夠在實(shí)車過(guò)程方便調(diào)校，最大程度將整車性能發(fā)揮到極致。
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[關(guān)鍵詞]頂驅(qū)；30及40鉆機(jī)；優(yōu)化設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：TG333.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）20-0202-01
一、30及40鉆機(jī)應(yīng)用頂驅(qū)的作用
頂驅(qū)可從井架上部空間直接旋轉(zhuǎn)鉆桿，沿專用導(dǎo)軌向下送進(jìn)，完成鉆桿旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，循環(huán)鉆井液，接立柱，上卸扣和倒劃眼等多種鉆井操作。使用頂驅(qū)鉆井時(shí)，在起下鉆具的同時(shí)可循環(huán)鉆井液、轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，有利于鉆井中井下復(fù)雜情況和事故的處理，對(duì)深井、特殊工藝井的鉆井施工非常有利。該系統(tǒng)顯著提高了鉆井作業(yè)的能力和效率，并已成為石油鉆井行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。
近年來(lái)大慶油田采用30及40鉆機(jī)開(kāi)發(fā)的水平井、大位移井、平臺(tái)井等特殊工藝井逐年增加，該類井如能使用頂驅(qū)，將大大提高鉆井效率和處理復(fù)雜的能力。
二、在30及40鉆機(jī)應(yīng)用頂驅(qū)應(yīng)具備的技術(shù)特性
1.安裝快捷
對(duì)于30及40小井架而言，打每口井的時(shí)間約為1個(gè)月左右，這樣就不能把時(shí)間過(guò)多的浪費(fèi)在安裝頂驅(qū)過(guò)程中。傳統(tǒng)頂驅(qū)采用分段式導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)需要一段一段提起，通過(guò)銷子人工進(jìn)行連接，這種連接方式在惡劣工況下難以施工。
采用一體式折疊型導(dǎo)軌，安裝時(shí)只需將導(dǎo)軌提起，導(dǎo)軌受重力在鋼絲繩的作用下自動(dòng)完成安裝，省時(shí)省力。
2.尺寸小重量輕
齒輪箱作為整個(gè)頂驅(qū)幾何位置的中心，它決定整個(gè)頂驅(qū)的徑向尺寸，常規(guī)齒輪箱的規(guī)格為1200×1250。如果頂驅(qū)的齒輪箱在保證強(qiáng)度的前提下，材料選用上一級(jí)材料，使它的大小縮小到80%左右，縮小后的尺寸為1100×1000，既可以減重又可以增大井架與頂驅(qū)之間的間隙。
軸向方面，頂驅(qū)裝置中的防噴器采用一體式，省去了自動(dòng)式與手動(dòng)式連接處的防松裝置，從而在長(zhǎng)度上減小了1/10。采用小尺寸的管子處理系統(tǒng)，從而確保頂驅(qū)可使用常規(guī)水龍頭吊環(huán)。
3.主軸精確定位，便于水平井使用
針對(duì)水平井，頂驅(qū)采用先進(jìn)的主軸旋轉(zhuǎn)精確定位技術(shù)，可通過(guò)人機(jī)對(duì)話界面，輸入主軸旋轉(zhuǎn)的角度，進(jìn)行精確鉆進(jìn)。
4.防碰高度規(guī)范要求
通過(guò)查看相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，“阻攔繩距天車梁下平面距離依據(jù)使用說(shuō)明書(shū)或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備要求安裝”，見(jiàn)《石油鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)安裝及檢驗(yàn)》。在現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中，若不使用頂驅(qū)，阻攔繩安全距離一般為5-6m。在使用頂驅(qū)的情況下，50以上井架（凈空高度45m以上）阻攔繩安全距離可以到達(dá)5m。40井架（凈空高度A型42m，K型43m）阻攔繩安全距離一般為4m。30井架（凈空高度伸縮式33m，A型40-40.6m，K型41-42m）阻攔繩安全距離進(jìn)一步受限，具體如下表所示。通過(guò)上述分析，在應(yīng)用一體式游車的前提下，所有40井架以及30井架中的33m2根一柱的井架和伸縮式井架的防碰高度符合規(guī)定要求。
三、方便現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的一些優(yōu)化設(shè)計(jì)
1.簡(jiǎn)化管子處理系統(tǒng)，采用防濺保護(hù)接頭
傳統(tǒng)方鉆桿防濺閥存在著壽命短、通徑小、防濺效果不明顯等缺陷，DQ30/40BC-JR型頂驅(qū)采用了一種耐沖蝕、通徑大、防濺預(yù)緊力大、適用于頂驅(qū)的保護(hù)接頭，該保護(hù)接頭同時(shí)具備防止頂驅(qū)主機(jī)接頭段因斷裂、松脫等原因發(fā)生脫落現(xiàn)象的發(fā)生。
2.使用管路串聯(lián)保養(yǎng)點(diǎn)，簡(jiǎn)化注油流程，方便現(xiàn)場(chǎng)保養(yǎng)
DQ30/40BC-JR型頂驅(qū)的滑車滑輪采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，滑輪之間聯(lián)通液路，在注油時(shí)，只需注入一次油，便可實(shí)現(xiàn)滑輪的整體。
3.設(shè)計(jì)可與主機(jī)對(duì)接的維修吊籃及馬凳，方便現(xiàn)場(chǎng)維修
DQ30/40BC-JR采用可與主機(jī)對(duì)接的維修吊籃及馬凳，方便現(xiàn)場(chǎng)維修。
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[4] 肖文生；基于矩陣法頂驅(qū)鉆機(jī)傾斜機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析[J]；機(jī)械設(shè)計(jì)與制造；2007年12期
[5] 路軍紅，楊景春，向敏；新型頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置[J]；機(jī)械工程師；2004年06期
[6] 劉振東；全液壓頂驅(qū)石油鉆機(jī)模型數(shù)字樣機(jī)研究[D]；中國(guó)石油大學(xué)；2007年
一、選題意義:
1、理論意義:(1)學(xué)習(xí)模具設(shè)計(jì)的一般方法，了解和掌握常用模具整體設(shè)計(jì)、零部件的設(shè)計(jì)過(guò)程和計(jì)算方法，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，特別是總體設(shè)計(jì)和計(jì)算的能力.
(2)綜合運(yùn)用熱鍛模課程和其它有關(guān)選修課程的理論及生產(chǎn)實(shí)踐的知識(shí)去分析和解決模具設(shè)計(jì)問(wèn)題，并使所學(xué)專業(yè)知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固和深化.
(3)通過(guò)計(jì)算和繪圖，學(xué)會(huì)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)和查閱有關(guān)技術(shù)資料等，培養(yǎng)模具設(shè)計(jì)的基本技能
(4)可以掌握鍛造工藝，熟悉各種鍛造各種鍛造設(shè)備，熟悉掌握計(jì)算機(jī)操作以及了解deform軟件的應(yīng)用，并具有機(jī)械設(shè)計(jì)及制造等綜合知識(shí).
2、現(xiàn)實(shí)意義:隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，許多新技術(shù)，新工藝，新設(shè)備，新材料不斷涌現(xiàn)，進(jìn)一步提高鍛件的性能指標(biāo);同時(shí)縮短了生產(chǎn)周期，降低了成本，使之在競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)地位.
鍛造是一種借助工具或模具在沖擊作用下加工金屬機(jī)械零件或零件毛坯的方法.鍛件的最大優(yōu)勢(shì)是韌性高、纖維組織合理，件與件之間性能變化小;鍛件內(nèi)部質(zhì)量與加工歷史有關(guān)，不會(huì)被任何一種金屬加工工藝超過(guò).
鍛件的優(yōu)勢(shì)是由于金屬材料通過(guò)塑性變形后，消除了內(nèi)部缺陷，如鍛(焊)合空洞，壓實(shí)疏松，打碎碳化物，非金屬夾雜并使之沿變形方向分布，改善或消除成分偏析等，得到了均勻、細(xì)小的低倍和高倍組織.而鑄造工藝得到的鍛件，盡管能獲得較準(zhǔn)確的尺寸和比鍛件更為復(fù)雜的形狀，但難以消除疏松、空洞、成分偏析、非金屬夾雜等缺陷;機(jī)械加工方法獲得的零件，尺寸精度較高，表面光滑，但金屬內(nèi)部流線往往被切斷，容易造成應(yīng)力腐蝕，承載拉壓交變應(yīng)力的能力較差.
這幾年，我國(guó)火車不斷提速，動(dòng)車、高鐵相繼投入運(yùn)營(yíng)，這也代表著以后的發(fā)展方向，這要求我們必須保證火車導(dǎo)軌的安全可靠行，為保證高速列車運(yùn)行的平穩(wěn)性和旅客的舒適性，高速鐵路的平順性是很重要的指標(biāo)，國(guó)外高速鐵路采用斷面尺寸公差和平直度要求很高的長(zhǎng)定尺鋼軌并焊接成超長(zhǎng)無(wú)縫線路.接頭作為連接導(dǎo)軌的關(guān)鍵部件起著至關(guān)重要的作用.
模具制造技術(shù)現(xiàn)代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，性能良好的鍛造設(shè)備是提高鍛造生產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件，高精度、高壽命、高效率的鍛模模需要高精度高自動(dòng)化的鍛造設(shè)備相匹配.為了滿足大批量高速生產(chǎn)的需要，目前鍛造設(shè)備也由單工位、單功能、低速壓力機(jī)朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā)展，加之機(jī)械手乃至機(jī)器人的大量使用，使鍛造生產(chǎn)效率得到大幅度的提高，各式各樣的鍛造自動(dòng)線和高速自動(dòng)壓力機(jī)紛紛投入使用.
二、課題關(guān)鍵問(wèn)題及難點(diǎn)
本課題以鍛造工序的數(shù)目確定、預(yù)成形設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，對(duì)比不同形狀預(yù)制坯的成形過(guò)程，給出了合理的制坯工序布排和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了一火鍛造.同時(shí)，開(kāi)發(fā)了封閉飛邊閉式鍛造預(yù)鍛工序，提高了材料利用率.最后，對(duì)鍛造過(guò)程進(jìn)行了三維有限元模擬，在40mn熱模鍛壓力機(jī)上進(jìn)行了試驗(yàn)和試生產(chǎn)，模擬和試驗(yàn)結(jié)果證明鍛造設(shè)計(jì)符合生產(chǎn)要求.該鍛件形狀復(fù)雜，材料分布非常不均勻，其鍛造工序編排和模具設(shè)計(jì)難度更大.
本課題的難點(diǎn)在于應(yīng)用三維繪圖軟件和deform軟件對(duì)其進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析，通過(guò)軟件規(guī)范初設(shè)數(shù)據(jù)并反復(fù)進(jìn)行修改，直到得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案..
三、調(diào)研報(bào)告(或文獻(xiàn)綜述)
我國(guó)的經(jīng)濟(jì)體制發(fā)生了根本的變化，由過(guò)去的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)過(guò)度到現(xiàn)在的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì).鍛壓生產(chǎn)雖然生產(chǎn)效率高，節(jié)約原材料和機(jī)械加工工時(shí);但生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，成本較高，處于不利的競(jìng)爭(zhēng)地位.鑄造、焊接、機(jī)械加工豆加入了競(jìng)爭(zhēng).鍛造生產(chǎn)要跟上當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需不斷改進(jìn)技術(shù)，采用新工藝、新技術(shù)，進(jìn)一步提高鍛件的性能指標(biāo);同時(shí)要縮短生產(chǎn)周期，降低成本，使之在競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)地位.模具的技術(shù)水平明顯有了提高，一些國(guó)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)模具的性能已接近國(guó)外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，但由于我國(guó)起步晚，許多模具不得不依賴進(jìn)口，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距還非常大.
當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)鍛壓技術(shù)本身的完善和發(fā)展有著重大的影響，這主要表現(xiàn)在一下幾個(gè)方面:
1. 對(duì)機(jī)械零件的性能要求更高.現(xiàn)代交通工具如汽車、飛機(jī)、機(jī)車的速度越來(lái)越高，負(fù)荷越來(lái)越大.出更換強(qiáng)度更高的材料外，研究和開(kāi)發(fā)新的鍛造技術(shù).挖掘原有材料的潛力也是一條出路.
2 .模具計(jì)算輔助設(shè)計(jì)、制造與分析(cad/cam/cae)的研究和應(yīng)用將極大地提高模具制造效率，提高模具質(zhì)量，使模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)一體化.
3. 模具的標(biāo)準(zhǔn)化、商品化、機(jī)械化及專業(yè)化自動(dòng)生產(chǎn).
4. 工藝分析計(jì)算的現(xiàn)代化.它將與現(xiàn)代數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)聯(lián)姻，對(duì)加工零件進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬和有限元分析，達(dá)到預(yù)測(cè)某一工藝方案對(duì)零件成形的可能性與成形過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生的問(wèn)題，供設(shè)計(jì)人員修改和選擇.
目前鍛造業(yè)面臨的問(wèn)題大概可以歸納為一下幾個(gè)方面:
1.裝備水平低，其主要表現(xiàn)是設(shè)備老化、精確度低.
2.管理體制亟待理順，生產(chǎn)廠點(diǎn)過(guò)多，力量分散.
3.機(jī)械制造廠家封閉式經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)，是產(chǎn)品缺乏競(jìng)爭(zhēng)力.
4.科學(xué)研究投入少，接受新技術(shù)新工藝遲緩，其結(jié)果導(dǎo)致搞科研也搞生產(chǎn)，生產(chǎn)廠家的問(wèn)題無(wú)人去解決.
四、參考文獻(xiàn)
【1】姚澤坤主編. 鍛造工藝學(xué)與模具設(shè)計(jì) 西北工業(yè)大學(xué)出版社 XX.6
【2】盧秉恒. 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ). 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，1999.8
【3】王先奎. 機(jī)械制造工藝學(xué). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，XX
【4】吳宗澤 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，XX.4
【5】鄭家驤 劉永田. 畫(huà)法幾何與機(jī)械制圖. 內(nèi)蒙古科技出版社，XX.8
【6】鍛壓手冊(cè)(設(shè)備) 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，XX
【7】鍛模設(shè)計(jì)手冊(cè) 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1991
五、研究?jī)?nèi)容及確定方案各步驟
1、研究?jī)?nèi)容:
(1)模具整體方案設(shè)計(jì)，包括零件的工藝分析、設(shè)計(jì)繪制鍛件圖、模具類型的確定、確定變形工步及中間坯料尺寸，壓力中心計(jì)算、壓力機(jī)選擇、計(jì)算原坯料尺寸的確定等;
(2)模具整裝配圖和模具主要零件的設(shè)計(jì);
(3)編寫(xiě)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文
2、基本設(shè)計(jì)方案
本零件是屬于大型鍛件，首先根據(jù)相關(guān)尺寸確定其鍛造工步，通過(guò)計(jì)算/r以及h/d的相關(guān)數(shù)值， 基本步驟設(shè)計(jì)如下:
1、計(jì)算毛坯尺寸
2、選擇成型設(shè)備及其參數(shù)
3、用deform模擬軟件進(jìn)行有限元模擬并分析缺陷并加以改進(jìn)
4、模具工作部分尺寸的計(jì)算
5、模具的總體設(shè)計(jì)
6、下料
7、加熱
8、彎曲
9、預(yù)鍛
10、終鍛
11、切邊
六、進(jìn)度安排
第5-6周 畢業(yè)實(shí)習(xí)，撰寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告
第7-8周 寫(xiě)出不少于3000字的文獻(xiàn)綜述;根據(jù)參考文獻(xiàn)和課題要求，提出自己擬定的可行方案;
第9-10周 寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告，開(kāi)題;進(jìn)行總體設(shè)計(jì)
第11-12周 外文文獻(xiàn)翻譯，完成詳細(xì)方案設(shè)計(jì)
第13-14周 完成結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
關(guān)鍵詞：電子秤、荷重元、ADAMS。
一、電子秤的介紹
1.1 電子秤的概述
利用作用于物體上的重力來(lái)測(cè)量該物體質(zhì)量（重量）的計(jì)量?jī)x器，稱為秤；裝有電子裝置的秤為電子秤。
電子秤是由精密的感測(cè)組件和微電腦電路所組成。秤重物品經(jīng)由裝在機(jī)構(gòu)上的重量傳感器，將重力轉(zhuǎn)換為電壓或電流的類比訊號(hào)，經(jīng)放大及濾波處理后由A/D處理器轉(zhuǎn)換為數(shù)位訊號(hào)，數(shù)位訊號(hào)由中央處理器運(yùn)算處理，而周邊所須要的功能及各種接口電路也和中央處理器連接應(yīng)用，最后由顯示屏幕以數(shù)字方式顯示，如圖1所示。
1.2 電子秤的歸類
磅秤依原理分為電子式、機(jī)械式、機(jī)電結(jié)合等等，以下僅就電子式功能分別說(shuō)明：
（1）電子秤-計(jì)數(shù)秤：藉由總重除以單重而換算成總數(shù)量（計(jì)數(shù)秤可以藉由取樣動(dòng)作求取單重），節(jié)省人力及時(shí)間。主要用于：電子、塑料射出、倉(cāng)庫(kù)盤(pán)點(diǎn)、電鍍、金屬加工等方面，如圖2所示。
（2）電子秤-計(jì)重秤：?jiǎn)渭兊淖x取重量值（有的機(jī)型更具有簡(jiǎn)易計(jì)數(shù)功能），主要用于：家庭、倉(cāng)儲(chǔ)、貨運(yùn)、化工、印刷、倉(cāng)管、紡織、食品加工、油漆業(yè)等方面。
（3）電子秤-計(jì)價(jià)秤：藉由總重乘以單價(jià)而換算成總價(jià)，商業(yè)交易用，一般商店或市場(chǎng)皆可看到。常用于：中藥材、市場(chǎng)、攤販、超市、食品加工。
（4）電子秤-精密天平：需要精確的秤重，通常感量為小數(shù)1位～5位（0.1g-0.01mg），最大秤量不超過(guò)60公斤，主要常見(jiàn)于紡織、染整、制藥、食品、塑化、理化實(shí)驗(yàn)室、珠寶業(yè)及精密計(jì)數(shù)用。
（5）電子秤-吊秤：用懸吊方式秤取重量，一般搭配吊車使用為主，常見(jiàn)使用于金屬業(yè)、電線電纜、屠宰場(chǎng)等地方。
（6）電子秤-小地磅：大型貨品秤重，秤重范圍約在500公斤到10噸，主要用于：金屬加工、電線電纜、化工、貨運(yùn)等場(chǎng)所。
二、分析
2.1荷重元自由振動(dòng)分析
三、計(jì)算機(jī)仿真分析
3.1ADAMS簡(jiǎn)介
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造已經(jīng)是在現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)中的主流趨勢(shì)，在設(shè)計(jì)的初期可快速變更修改其設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，以減少設(shè)計(jì)者的時(shí)間與負(fù)擔(dān)，更可以利用虛擬分析的方式來(lái)評(píng)估其成品所生產(chǎn)出來(lái)的結(jié)果，藉此達(dá)到優(yōu)化的產(chǎn)品之設(shè)計(jì)。在本論文中所使用的ADAMS為一套高階機(jī)構(gòu)模擬分析軟體，且為全世界占有率超過(guò)70%的機(jī)構(gòu)軟件。主要分為前處理器、后處理器與處理器三個(gè)部分所組成，分別用來(lái)建構(gòu)與設(shè)定系統(tǒng)組件，呈現(xiàn)分析結(jié)果與執(zhí)行分析運(yùn)算。這套軟件可以直接建構(gòu)虛擬模型，也可以由其它軟件（如ANSYS、IDEAS、SOLIDWORKS…等）中匯入。
并可精確計(jì)算出任何復(fù)雜的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)等之線性與非線以及具有多樣化且齊全的分析功能。另外使用者可以快速、方便地建立完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)和幾何模型。不僅如此，還可以改變已設(shè)定之材料特性、相關(guān)位置、計(jì)算動(dòng)力裝置與承載機(jī)構(gòu)的負(fù)荷、優(yōu)化之工作循環(huán)、優(yōu)化運(yùn)動(dòng)軌跡、判定是否會(huì)發(fā)生干涉或碰撞及確保精確之定位。因此，利用軟件仿真電子秤實(shí)際受力的情形，來(lái)分析電子秤受不同負(fù)荷所產(chǎn)生的位移即是本論文之主軸。
為了驗(yàn)證理論分析結(jié)果，本研究利用虛擬機(jī)構(gòu)模型建構(gòu)系統(tǒng)（SolidWorks）來(lái)建立仿真分析之三維實(shí)體模型，而實(shí)體模型與實(shí)物之尺寸及材料特性愈接近時(shí)，其模擬分析結(jié)果會(huì)愈正確。最后利用高階機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)仿真分析軟件內(nèi)建之匯入功能將擴(kuò)展名為*.x_t的檔案匯入，然后在幾何模型上施加外力和運(yùn)動(dòng)模式，以提供作動(dòng)態(tài)仿真分析，再做優(yōu)化的設(shè)計(jì)，如圖7所式為本論文之計(jì)算機(jī)仿真流程圖。
3.2ADAMS模塊簡(jiǎn)介
透過(guò)ADAMS/Exchanger模塊，利用IGES、STEP、STL、DWG/DXF等，資料交換庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)文件格式完成與其他CAD/CAM/CAE軟件之間資料庫(kù)的雙向傳輸。當(dāng)用戶將在CAD/CAM/CAE軟件中建立的模型匯入時(shí)，自動(dòng)將圖形文件轉(zhuǎn)換成一組包含外形、標(biāo)志和曲線的圖形要件，通過(guò)控制傳輸實(shí)的精度，可得到較精確的幾何形。依前處理器、處理器、后處理器可對(duì)應(yīng)到三個(gè)基本模塊，分述如下：
3.2.1圖形接口模塊（ADAMS/View）
主要提供模型建構(gòu)、函數(shù)建構(gòu)器、客戶化接口設(shè)計(jì)、動(dòng)畫(huà)控制及輸出、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及優(yōu)化設(shè)計(jì)。更提供了下列功能：
（1）幾何圖形庫(kù)：采用（Parasolid）作為實(shí)體建模的核心，給使用者提供了豐富的零件。
（2）函數(shù)編輯器：支持布林運(yùn)算、FORTRAN/77、FORTRAN/90中所有函數(shù)及獨(dú)有的240余種各類函數(shù)。
（3）基本接口：采用大眾所熟悉的基本接口包含（UNIX系統(tǒng)）和Windows接口（NT系統(tǒng)），提供了相對(duì)任意參考坐標(biāo)系方便定位的功能，方便建模分析。
（4）資料庫(kù)：提供了猶如使用EXCEL一樣方便地編輯模型資料，可將模型參數(shù)化方便我們進(jìn)行靈敏度分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。
3.2.2求解程序模塊ADAMS/Solver：
是核心模塊之一，內(nèi)含機(jī)械系統(tǒng)模型的動(dòng)力學(xué)方程式，提供靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的計(jì)算結(jié)果且能對(duì)剛體和彈性體組成的柔性機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行各種仿真分析。除了要求軟件輸出位移、速度、加速度和約束反力外，還可要求它輸出自己定義的資料，并支持C++、Fortran語(yǔ)言展現(xiàn)其強(qiáng)大的客制化功能。
3.2.3后處理模塊ADAMS/PostProcessor
用來(lái)展示及處理求解程序在分析完成后得到的基本系統(tǒng)模型運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力行為反應(yīng)數(shù)據(jù)。展現(xiàn)各數(shù)據(jù)關(guān)系圖表、進(jìn)階計(jì)算、統(tǒng)計(jì)分析、
頻域分析并可以動(dòng)畫(huà)顯示真實(shí)感，此模塊亦可與其他控制或有限元素分析軟件進(jìn)行資料交換，以整合后續(xù)回受控制或應(yīng)力應(yīng)變分析。
3.3組件模型建立
為了讓電子秤動(dòng)態(tài)仿真分析結(jié)果越接近實(shí)際，本研究利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件來(lái)建立仿真分析時(shí)之三維實(shí)體模型，而實(shí)體模型與實(shí)務(wù)之尺寸及材料特性愈接近時(shí)，其模擬分析結(jié)果會(huì)愈正確。
其機(jī)械繪圖上功能相當(dāng)齊全，可以建立與實(shí)體相當(dāng)接近的模型，因此在軟件中依照實(shí)物尺寸建立秤盤(pán)、上支架、下支架及荷重元實(shí)體模型。并依電子秤機(jī)械結(jié)構(gòu)分解，匯入高階機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)仿真分析軟件中之完成模型圖。在圖形接口模塊中，以【File-Import】指令將在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟體中建好的秤盤(pán)、上支架、下支架及荷重元原型另存為*.x_t檔匯入后，并設(shè)定各個(gè)組件之材料特性與參數(shù)，依序建立下支架固定于地面，再以【Bushing】來(lái)仿真電子秤襯墊的彈性系數(shù)與阻尼系數(shù)，并作為上支架與下支架間的連接，然后秤盤(pán)固定于上支架之上，最后藉由標(biāo)準(zhǔn)化坐標(biāo)施予外力與運(yùn)動(dòng)方式于秤盤(pán)上，即可進(jìn)行模擬的運(yùn)動(dòng)情形，求得電子秤機(jī)械結(jié)構(gòu)位移量之?dāng)?shù)據(jù)，并與相關(guān)實(shí)際數(shù)據(jù)比較討論，為電子秤機(jī)構(gòu)仿真設(shè)定圖。
3.4模擬結(jié)果分析
四、結(jié)論與展望
4.1結(jié)論
由SoldWorks與ADAMS軟件建立且仿真電子秤受不同負(fù)荷之動(dòng)態(tài)情形，最后將理論值與模擬值做分析比較，并可歸納成下列幾點(diǎn)：
1.系統(tǒng)面如果有阻尼項(xiàng)（c值）的存在，遇到外力的時(shí)候?qū)?huì)受力自由振動(dòng)，直到新的平衡產(chǎn)生，其中受力自由振動(dòng)的情況是不希望被產(chǎn)生的，于是阻尼項(xiàng)便擔(dān)任"吸能"的任務(wù)，負(fù)責(zé)將外力給予系統(tǒng)的能量盡量的吸收在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到新的平衡（也就是不再振動(dòng)）。
2.系統(tǒng)面如果有彈簧系數(shù)項(xiàng)（k值）的存在，外力對(duì)彈簧所作的功即是彈力位能的變化量，故外力對(duì)彈簧所作的功，會(huì)增加或減少?gòu)椈傻膹椓ξ荒堋?/p>
3.傅立葉級(jí)數(shù)的基本觀念即是以弦波函數(shù)來(lái)組成信號(hào)空間，每個(gè)周期函數(shù)都可利用弦波函數(shù)來(lái)組成。任一周期函數(shù)可以分解成許多不同振幅，不同頻率的正弦諧波與余弦諧波的合成。
4.2展望
關(guān)鍵詞：兩棲機(jī)器人；優(yōu)化；仿真；動(dòng)態(tài)分析
在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，水域作戰(zhàn)是海洋軍隊(duì)的一塊重要領(lǐng)域。在作戰(zhàn)中，經(jīng)常遇到水障礙，目前通過(guò)水障礙的方法有很多，例如，在河上建立一座橋梁，或者浮渡，或者直接涉水過(guò)河等。其中浮渡是最有效的一種方式，通過(guò)浮渡，機(jī)械化部隊(duì)不需要花費(fèi)太多時(shí)間成本和財(cái)物成本，甚至不需要考慮氣候條件，時(shí)間因素等。
作為浮渡的主要工具---水陸兩棲車輛，因其具有不可預(yù)測(cè)性與靈活性，作戰(zhàn)時(shí)，在一定程度上能起到?jīng)Q定性的作用。因此，在搶灘登陸戰(zhàn)中越來(lái)越受到廣泛的關(guān)注。近些年，很多國(guó)家都在研究水陸兩棲車輛，研究如何將水陸兩棲車輛更有效地投入到戰(zhàn)斗中使用。
目前，大多數(shù)水陸兩棲車在進(jìn)入水中之后，輪胎懸掛在車底下，受到水的阻力，從而限制了兩棲車在水中的行駛速度。因此，如何消減輪胎對(duì)行駛速度的影響，成為水陸兩棲車輛的一大核心研究問(wèn)題。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，此論文設(shè)計(jì)了一個(gè)能將輪胎收回的機(jī)構(gòu)。從而減少輪胎懸掛時(shí)對(duì)行進(jìn)速度的影響。
一、水陸兩棲汽車輪胎收回機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式及其工作原理
如圖1.1所示，圖中43處連接輪胎，連接差速器6 把動(dòng)力通過(guò)動(dòng)力輸出裝置7傳給轉(zhuǎn)動(dòng)軸10，然后帶動(dòng)輪胎旋轉(zhuǎn)。動(dòng)力源通過(guò)管29傳遞到液壓缸28，液壓缸28通過(guò)桿27將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到主傳動(dòng)軸26，主傳動(dòng)軸26兩端分別連接桿27及下支桿12，下支桿12一端通過(guò)銷釘連接到車體2上，另一端通過(guò)銷釘與支架16底端相連，支架16上端通過(guò)銷釘20與上支桿11相連，上支架11通過(guò)銷釘22與車體2相連。[1，2]
因此，當(dāng)液壓缸輸出動(dòng)力通過(guò)主傳動(dòng)軸26帶動(dòng)上下支桿將支架16抬起。從而起到把輪胎收回的目的。
為便于分析，先簡(jiǎn)化模型，根據(jù)立體模型，利用ADAMS軟件創(chuàng)建一個(gè)同等功能的平面模型，以點(diǎn)5為原點(diǎn)，液壓缸初始位是豎直的，起到抬起作用的主要部件是支架2、上支桿3、下支桿8 及液壓缸4，之后添加約束，創(chuàng)建變量點(diǎn)。如圖1.2所示。由于變量點(diǎn)一要與液壓缸4保持豎直，所以其X值固定為-250。
車體參數(shù)：車重1500KG，載重 500KG，輪胎抬起高度500～700mm， 輪胎最高處傾斜角度450～600。
二、兩棲汽車輪胎收回機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及分析
對(duì)模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，主要進(jìn)行抬起試驗(yàn)仿真。進(jìn)行抬起試驗(yàn)驗(yàn)證所建立的模型是否正確并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)仿真分析，得到最優(yōu)化的尺寸。在本設(shè)計(jì)中，我們所要得到的是液壓缸所承受的最小力量，所以，測(cè)量部件就為液壓缸。設(shè)置好后利用ADAMS軟件進(jìn)行模擬仿真，當(dāng)仿真結(jié)束之后，能得出每一次仿真的受力曲線圖，如圖2.1所示，同時(shí)會(huì)得出一個(gè)列表，在該列表中能清晰反應(yīng)出每次仿真時(shí)的最大受力及每個(gè)變量點(diǎn)的值，如圖2.2所示
該表也會(huì)綜合比較出所有仿真值中的最大值及最小值及各值所在的仿真次序。在此輪仿真中，最小受力是在第25次仿真中得出的，其值是3316.4N。查詢數(shù)據(jù)可知第25次仿真時(shí)各數(shù)值如下：
力值： 3316.4；DV_1： -126.00；DV_2： -270.00；DV_3： 165.00； DV_4： -517.00； DV_5： 81.000。
所以，取在第25次仿真得到的數(shù)值，即取變量點(diǎn)一的坐標(biāo)為（-250，-126）；變量點(diǎn)二的坐標(biāo)為（-270，165）；變量點(diǎn)三的坐標(biāo)為（-517，81）。最終確定的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)如圖2.3
三、液壓缸的計(jì)算與選擇
計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸
液壓缸主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)圖3.1，a為液壓缸活塞桿工作在受壓狀態(tài)，b為活塞桿工作在受拉狀態(tài)。
液壓缸的缸筒內(nèi)徑D是根據(jù)負(fù)載大小和選定的工作壓力，或運(yùn)動(dòng)速度和輸入的流量，經(jīng)過(guò)計(jì)算之后，再?gòu)腉B/T 2348―1993（見(jiàn)表3.1）標(biāo)準(zhǔn)中選取最近的標(biāo)準(zhǔn)值而得出D為63mm合適。
一般，液壓缸在受壓狀態(tài)下工作，其活塞面積為
A1=（F+ P2A2）/P1
運(yùn)用上式須事先確定A1與A2的關(guān)系，或是活塞桿直徑d與活塞直徑D的關(guān)系，這個(gè)可按表3.2來(lái)選取d/D。再按表3.3圓整。
本設(shè)計(jì)選擇的工作壓力P=1.2MPa
即D=63mm d=32mm
液壓缸的行程則由上章中可知為 L=70-（-126）=196 mm
計(jì)算液壓缸工作時(shí)所需流量Q
Q=v×A=v×πD2/4=0.01×3.14×0.0632/4=0.0000312m3=31.2 ml
綜上，可選用型號(hào)為HSJ-63/32200 最大壓力為1.2MPa的液壓缸。[3，4]
結(jié)論與展望
如今虛擬樣機(jī)技術(shù)在主要的工業(yè)領(lǐng)域（通用機(jī)械、汽車、航空、機(jī)械電子等）得到了廣泛的運(yùn)用，它融合了現(xiàn)代信息技術(shù)、先進(jìn)仿真技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)，將這些技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)全生命周期和全系統(tǒng)并對(duì)它們進(jìn)行綜合管理，從系統(tǒng)的層面來(lái)分析復(fù)雜系統(tǒng)，支持由上至下的復(fù)雜系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式，利用虛擬樣機(jī)代替物理樣機(jī)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)測(cè)試和評(píng)估，以縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高面向客戶與市場(chǎng)需要的能力。
本文仿真研究結(jié)果表明，運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)水陸兩棲汽車輪胎收回機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析可以很好的將機(jī)構(gòu)的各種工況較為真實(shí)的反映出來(lái)，是一種可行的分析手段，同時(shí)也證明使用該項(xiàng)技術(shù)為水陸兩棲車的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)提供較重要的參考數(shù)據(jù)，可以大大縮短整機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期，節(jié)約研制經(jīng)費(fèi)。
但是由于水陸兩棲車是處于一種新型的產(chǎn)品，雖然在德國(guó)有了這種產(chǎn)品，但由于所有真實(shí)數(shù)據(jù)尚處于軍事機(jī)密當(dāng)中，該設(shè)計(jì)只是通過(guò)幾張實(shí)物照片及專利文獻(xiàn)來(lái)進(jìn)行模仿研究設(shè)計(jì)，因此，本文可能會(huì)存在一些不足之處，期望有同行校正。
參考文獻(xiàn)
[1] Alan Timothy Gibbs， London（GB） ”Amphibious Vehicle，” U.S.，US7027851B1[P]，2007.
[2] Alan Timothy Gibbs， London（GB） ”Amphibious Vehicle，” U.S.，US7214112B2[P]，2007.
[3] 邱宣懷主編.機(jī)械設(shè)計(jì).第4版. 北京：高等教育出版社，1997.
一、前言
當(dāng)今世界上，汽車的噪聲和有害氣體的排放已成為汽車污染環(huán)境的首要問(wèn)題。由于對(duì)生存環(huán)境的關(guān)心，人們力求降低汽車的噪聲，而發(fā)動(dòng)機(jī)又是汽車最重要的噪聲源。因此，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的低噪音化研究是很必要的。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，在汽車產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面，CAE技術(shù)已經(jīng)大量應(yīng)用。在零部件以及整車尚未制造出來(lái)時(shí)，使用C AE技術(shù)可以對(duì)它們的強(qiáng)度、可靠性以及各種特性進(jìn)行計(jì)算分析，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行“試驗(yàn)”。
模態(tài)分析技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析的基礎(chǔ)，是分析結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性強(qiáng)有力的工具。計(jì)算模態(tài)分析可以預(yù)測(cè)產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)特性，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的一種方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動(dòng)領(lǐng)域中的應(yīng)用。
二、模態(tài)分析基本理論
振動(dòng)模態(tài)是彈性結(jié)構(gòu)固有的、整體的特性，通過(guò)模態(tài)分析方法得到結(jié)構(gòu)各階模態(tài)的主要特性，就可能預(yù)知結(jié)構(gòu)在此頻段內(nèi)，在外部或是內(nèi)部各種振源作用下的實(shí)際振動(dòng)響應(yīng)，而且一旦通過(guò)模態(tài)分析知道模態(tài)參數(shù)并給予驗(yàn)證，就可以將這些參數(shù)用于設(shè)計(jì)過(guò)程，優(yōu)化系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。
模態(tài)分析過(guò)程如果是由有限元計(jì)算的方法取得的，稱為是數(shù)值模態(tài)分析。結(jié)構(gòu)模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的核心，其目的是利用模態(tài)變換矩陣將耦合的復(fù)雜自由度系統(tǒng)解耦為一系列單自由度系統(tǒng)振動(dòng)的線性疊加，為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動(dòng)特性分析，振動(dòng)故障診斷與預(yù)報(bào)以及結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
1.結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程
對(duì)一個(gè)線性多自由度系統(tǒng)，其動(dòng)力學(xué)平衡方程可表示為：
2.結(jié)構(gòu)的自由振動(dòng)
由此，求解一個(gè)多自由度系統(tǒng)的固有頻率和振型的問(wèn)題就歸結(jié)為求方程組（5）的特征值和特征向量問(wèn)題。
由于一般情況下，有限元分析中系統(tǒng)的模型較大，且不需要提取全部模態(tài)，所以多選用迭代法求解，常用的方法有子空間迭代法（Subspace Method）和蘭索斯法（Block Lanczos Method）等。
子空間迭代法采用子空間迭代技術(shù)，它內(nèi)部使用廣義的Jacobi算法，由于該法采用完整的[ K]和[M]矩陣，因此精度很高。適用于提取大模型的少數(shù)階模態(tài)（40階以下），且內(nèi)存有限時(shí)。
蘭索斯法是用一組向量來(lái)實(shí)現(xiàn)蘭索斯法遞歸的，這種方法和子空間迭代法一樣精確，但速度更快。適用于提取大模型的多階模態(tài)（40階以上），但對(duì)內(nèi)存要求高。
三、計(jì)算模態(tài)分析在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用
計(jì)算模態(tài)分析的過(guò)程就是通過(guò)有限元軟件自動(dòng)求解一個(gè)多自由度系統(tǒng)的特征值和特征向量，通過(guò)有限元軟件的后處理功能，將固有頻率和振型數(shù)字化和動(dòng)態(tài)顯示。
目前，計(jì)算模態(tài)分析已經(jīng)大量地應(yīng)用在了發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中。其中一個(gè)主要功用就是分析結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)共振頻率之間的關(guān)系。如果模態(tài)分析的結(jié)果顯示：結(jié)構(gòu)的第一階模態(tài)頻率低于發(fā)動(dòng)機(jī)的共振頻率，則結(jié)構(gòu)必然會(huì)被發(fā)動(dòng)機(jī)本身的激振力激勵(lì)從而產(chǎn)生共振。如果連接處進(jìn)行相應(yīng)的減震措施或者共振零部件的阻尼較大，則對(duì)零部件的壽命影響較小，否則將會(huì)產(chǎn)生失效現(xiàn)象。
某發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)過(guò)程中，出現(xiàn)水泵螺栓斷裂現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)對(duì)水泵及其連接零部件進(jìn)行的組合模態(tài)分析后發(fā)現(xiàn)，組合模態(tài)第一階頻率為237Hz，低于共振頻率要求的240H z，導(dǎo)致連接螺栓斷裂。然后分析模態(tài)陣型，發(fā)現(xiàn)第一階模態(tài)陣型為水泵組件向外擴(kuò)展，向外擴(kuò)展的陣型本身就容易使連接螺栓內(nèi)部產(chǎn)生較大的剪切應(yīng)力。而由于模態(tài)頻率處在共振范圍之內(nèi)，導(dǎo)致剪切應(yīng)力變大，最終使螺栓斷裂。通過(guò)在缸體與水泵之間增加一個(gè)連接支架，將整個(gè)組件的模態(tài)頻率提高到了301H z，避開(kāi)共振頻率之后，螺栓斷裂的情況就消失了。
計(jì)算模態(tài)分析的另一個(gè)主要功用就是分析結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲頻率之間的關(guān)系。
眾所周知，發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲主要是燃燒噪聲和機(jī)械噪聲，而這兩種噪聲都是通過(guò)零部件的表面向外輻射的。而根據(jù)聲學(xué)理論可以知道，噪聲較大的位置必然集中在振動(dòng)面積和振動(dòng)速度同時(shí)很大的位置上。通過(guò)噪聲測(cè)試之后的頻譜分析可以確定噪聲最大的頻率范圍，再通過(guò)聲源定位確定輻射噪聲最大的零件，通過(guò)模態(tài)分析，可以計(jì)算得到零部件在這個(gè)頻率下的陣型，找到振動(dòng)面積最大的位置，通過(guò)增加加強(qiáng)筋等手段，改變其頻率或者減少振動(dòng)面積，從而達(dá)到降低噪聲的目的。
四、結(jié)語(yǔ)
本文從理論出發(fā)，闡述了計(jì)算模態(tài)分析在理論以及計(jì)算手段上已經(jīng)趨于成熟的計(jì)算方法，同時(shí)簡(jiǎn)述了計(jì)算模態(tài)分析與發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)和噪聲的相關(guān)性。本文同時(shí)確定了計(jì)算模態(tài)分析可以在發(fā)動(dòng)機(jī)遇到振動(dòng)和噪聲的問(wèn)題的時(shí)候成為一種可靠的解決手段。
參考文獻(xiàn)
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