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開篇：寫作不僅是一種記錄，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篇機械優(yōu)化設(shè)計論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關(guān)鍵詞：機械優(yōu)化設(shè)計；雙語教學(xué)；教學(xué)實踐
作者簡介：王林軍（1982-），男，湖北黃岡人，三峽大學(xué)機械與材料學(xué)院，講師；吳海華（1970-），男，湖北黃岡人，三峽大學(xué)機械與材料學(xué)院，教授。（湖北 宜昌 443002）
中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）04-0104-01
雙語教學(xué)不僅在美國、加拿大、盧森堡、新西蘭等雙語國家或多語國家獲得了成功，而且在俄羅斯、日本、澳大利亞、保加利亞、匈牙利等單語國家實施也獲得了良好的效果。反思國內(nèi)的雙語教學(xué)情況，雖然英語教師非常努力地教，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]國內(nèi)一些211和985重點院校（如浙江大學(xué)、北京大學(xué)等）的雙語教學(xué)工作開展順利，已在雙語教學(xué)教材、師資隊伍建設(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械工程類雙語教學(xué)工作進展十分緩慢，尤其是針對本科生開設(shè)的“機械優(yōu)化設(shè)計”雙語教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容與體系、英語教學(xué)環(huán)境、教學(xué)隊伍建設(shè)、考核方式等方面嚴(yán)重不足，其主要原因是學(xué)生英語基礎(chǔ)差、自學(xué)能力較弱，“機械優(yōu)化設(shè)計”雙語教學(xué)師資也相對薄弱。[3]上述差異決定了地方本科院校難以照搬重點院校的機械工程類雙語教學(xué)模式，因此探索一條適合于地方本科院校的“機械優(yōu)化設(shè)計”雙語教學(xué)模式極為重要。
一、“機械優(yōu)化設(shè)計”雙語課程現(xiàn)狀
“機械優(yōu)化設(shè)計”是一門把機械設(shè)計與優(yōu)化設(shè)計理論及方法相結(jié)合、實踐性很強的課程，而雙語教學(xué)主要是指教師采用英語或第二語言進行課堂教學(xué)。但如何有系統(tǒng)有組織地開展符合三峽大學(xué)（以下簡稱“我校”）特點的“機械優(yōu)化設(shè)計”雙語教學(xué)，如何處理教材的問題、如何在學(xué)時數(shù)原本緊張的前提下開展雙語教學(xué)、雙語教學(xué)方法和教學(xué)手段該如何改進、如何建立雙語教學(xué)考核體系、如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣等等，這些都是在開展“機械優(yōu)化設(shè)計”雙語教學(xué)時所需要研究的問題。雖然目前不少地方本科院校已經(jīng)開設(shè)了機械優(yōu)化設(shè)計雙語課程教學(xué)，但大學(xué)生英語水平良莠不齊，不少教師的英語水平同樣還沒有達到能真正像漢語一樣熟練地運用英語教學(xué)的地步，這使得雙語教學(xué)在“機械優(yōu)化設(shè)計”課程中的研究與實踐中碰到以下問題：[4-6]
1.雙語教學(xué)效果差
目前國內(nèi)英語教育主要以應(yīng)試為目標(biāo)，大學(xué)生的英語聽說能力普遍較弱。“機械優(yōu)化設(shè)計”雙語教學(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)生既無興趣，又感到難以接受，無法準(zhǔn)確理解該課程專業(yè)知識。
2.教學(xué)內(nèi)容單一
我校該課程雙語教學(xué)的對象是機械制造及其自動化專業(yè)三年級學(xué)生，他們雖然已具備一定的數(shù)理基礎(chǔ)，但許多同學(xué)依然對機械優(yōu)化設(shè)計過程和內(nèi)容無法真正理解，甚至產(chǎn)生厭學(xué)情緒。這就要求雙語教師在進行教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計時應(yīng)更加豐富多彩。
3.教學(xué)方法問題
在進行“機械優(yōu)化設(shè)計”雙語教學(xué)時，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的聽力障礙將會導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。而國際上知名大學(xué)多數(shù)采取的是引導(dǎo)式、啟發(fā)式、互動式相結(jié)合的教學(xué)方法，后者更為有效，與“機械優(yōu)化設(shè)計”雙語課程教學(xué)相適應(yīng)。
二、雙語教學(xué)方法的改革與實踐
依據(jù)機械工程類專業(yè)的特殊性，應(yīng)從以下幾方面進行改革和實踐：
1.科學(xué)合理選擇教學(xué)內(nèi)容
考慮到我校機械制造及其自動化專業(yè)本科教學(xué)培養(yǎng)方案的特點及人才培養(yǎng)需要，對“機械優(yōu)化設(shè)計”雙語教學(xué)課程內(nèi)容進行科學(xué)設(shè)計，主要包括以下教學(xué)內(nèi)容：緒論（介紹機械優(yōu)化設(shè)計的基本概念與發(fā)展趨勢）；優(yōu)化設(shè)計方法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)（介紹矩陣運算和微積分的基礎(chǔ)知識，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)化問題的處理；多目標(biāo)優(yōu)化方法和優(yōu)化設(shè)計結(jié)果的靈敏度分析技術(shù)；MATLAB在機械優(yōu)化設(shè)計實例中的應(yīng)用。這要求學(xué)生一方面掌握優(yōu)化設(shè)計基礎(chǔ)理論，另一方面應(yīng)學(xué)會運用大型通用優(yōu)化設(shè)計工具軟件解決實際工程問題，真正做到學(xué)以致用。此外，在雙語教學(xué)過程中，應(yīng)安排大學(xué)生講述自己完成機械優(yōu)化設(shè)計過程，以提高大學(xué)生英語表達能力，并達到相互啟發(fā)的作用。
2.努力營造英文教學(xué)環(huán)境，提高學(xué)生英語水平
作為教師，應(yīng)認(rèn)真?zhèn)浜妹恳惶谜n，板書、考試和作業(yè)批改中都要使用英語，采取全英語對學(xué)生進行提問，要求學(xué)生用英語回答，這樣有助于鍛煉學(xué)生的專業(yè)口語能力。同時，教師在給學(xué)生布置作業(yè)時，最好也是英語的，嚴(yán)格要求學(xué)生用英語完成，這樣有助于鍛煉學(xué)生的專業(yè)寫作能力，為將來可能地進一步深造學(xué)習(xí)奠定了堅實的論文撰寫基礎(chǔ)。實際上，教師在雙語教學(xué)活動中，除了布置一些該課程的課后英語作業(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)英語讀物，比如英文論文等，這樣有助于增強學(xué)生的專業(yè)英語使用能力，而且還能培養(yǎng)該專業(yè)大三學(xué)生用英語思考的良好習(xí)慣，為將來的進一步學(xué)習(xí)和深造打下一定的基礎(chǔ)。
3.努力加強我校雙語師資隊伍建設(shè)
為了提高教師的英語水平，每年安排教師參加由我校國際交流學(xué)院主辦的暑期雅思培訓(xùn)班，取得雅思6.0分及以上成績的教師才能擔(dān)任雙語教學(xué)課程。為了促進教師英文水平的穩(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交流學(xué)習(xí)，這勢必將會對雙語教學(xué)和師資隊伍建設(shè)有一個很大的促進和提升作用。
4.充分利用本校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺
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)平臺包括公共教學(xué)平臺、多媒體課件制作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)實時交互答疑系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)公共教學(xué)平臺包括學(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、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；網(wǎng)絡(luò)實時交互答疑系統(tǒng)是一個可以在網(wǎng)上傳遞五種不同模式的電子教學(xué)、實時協(xié)作和通信的平臺，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，同時還可以培養(yǎng)學(xué)生的知識獲取能力和自主學(xué)習(xí)能力。
5.對本校傳統(tǒng)的考核方式進行科學(xué)合理的改革
“機械優(yōu)化設(shè)計”課程是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，屬于專業(yè)必修課程，該課程考核方式過去經(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)計方法理論從工程上解決實際問題的能力，從而不能體現(xiàn)本校人才培養(yǎng)的要求。針對以上這些弊端，對該門課程的傳統(tǒng)考核方式進行了改革，主要分為以下三個部分：閉卷考試成績（占40%）：主要是考查學(xué)生對優(yōu)化理論方法的理解和掌握程度；上機實驗考試成績（占40%）：重點考核學(xué)生運用計算機對優(yōu)化方法的編程和實現(xiàn)能力；平時成績（占20%）：主要是考核學(xué)生平時表現(xiàn)和出勤情況。
該課程考核方式的改革，勢必將會促使學(xué)生更好地理解和掌握該課程的重難點內(nèi)容，也會提高學(xué)生利用計算機編寫優(yōu)化程序解決工程實際問題的能力，同時將會提高機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)、強能力、應(yīng)用型”的人才培養(yǎng)目標(biāo)。
三、結(jié)論
雙語教學(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)生的雙語應(yīng)用能力，對復(fù)合型人才的培養(yǎng)具有非常重要的意義。同時，在進行雙語教學(xué)的過程中，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)而有效地使用評價方法，這樣不僅有助于學(xué)生及時了解和掌握本專業(yè)的前沿動態(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“機械優(yōu)化設(shè)計”課程雙語教學(xué)進行了多輪教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上，對該課程雙語教學(xué)的背景、教學(xué)內(nèi)容與體系、英語教學(xué)環(huán)境、師資隊伍建設(shè)、考核方式等問題進行了總結(jié)和改革，以期望對二本院校機械工程類“機械優(yōu)化設(shè)計”課程雙語教學(xué)與改革有一定的促進作用。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞：MATLAB 行星減速器 優(yōu)化設(shè)計
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：S611文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：
工程機械是一種運行緩慢，體積大，承受的載荷也大的設(shè)備。它的行走驅(qū)動系統(tǒng)有兩種方案：一為高速方案，即用高速液壓馬達和齒輪減速器組合驅(qū)動；二是低速方案，即采用低速大扭矩液壓馬達驅(qū)動。后者可省去減速裝置，使機構(gòu)大為簡化，但由于低速大扭矩液壓馬達的成本較高，維修困難，所以一般的工程機械都采用前者。又因行星減速器相對于其它類型的齒輪減速器具有較大減速比，所以工程機械的行駛系統(tǒng)驅(qū)動中多采用行星減速器實現(xiàn)減速增扭的目的。
1、MATLAB語言及優(yōu)化設(shè)計簡介
MATLAB語言是由美國Mathworks公司開發(fā)的集科學(xué)計算、數(shù)據(jù)可視化和程序設(shè)計為一體的工程應(yīng)用軟件，現(xiàn)已成為工程學(xué)科計算機輔助分析、設(shè)計、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，離散動態(tài)規(guī)劃等，其簡潔的表達式、多種優(yōu)化算法的任意選擇、對算法參數(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)化問題在求解時應(yīng)作適當(dāng)?shù)奶幚恚环N方法是將多目標(biāo)優(yōu)化問題重新構(gòu)成一個新的函數(shù)，即評價函數(shù)，從而將多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)變?yōu)榍笤u價函數(shù)的單目標(biāo)優(yōu)化問題，如線性加權(quán)和法，理想點法，目標(biāo)達到法等。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)化問題來求解，如分層序列法等。MATLAB優(yōu)化工具箱采用改進的目標(biāo)達到法使目標(biāo)達到問題變?yōu)樽畲笞钚栴}來獲取合適的目標(biāo)函數(shù)值。
該論文中，行星減速器的設(shè)計就采用將多目標(biāo)的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)，多約束條件的優(yōu)化問題。
2、行星減速器模型的建立
工程機械使用行星減速器的設(shè)計是一項較復(fù)雜的工作，一般采用經(jīng)驗設(shè)計。經(jīng)驗設(shè)計不僅對于一個新的企業(yè)很難進行設(shè)計，而且往往找到的不是最優(yōu)方案。
2.1確定優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)
工程機械的體積較大，對其靈活運行帶來一定的影響，因此對行星減速器進行最優(yōu)化設(shè)計時，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械的靈活機動性、節(jié)約材料和降低成本。
行星減速器由太陽輪、行星輪、行星架和齒圈構(gòu)成。由于太陽輪和全部行星輪的重量之和能影響和決定齒圈和整個機構(gòu)的重量，由于太陽輪和全部行星輪的重量與它們的體積成正比，因此可選擇太陽輪和全部行星輪的體積為最優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)。
…………………（1）
式中： 為太陽輪的體積； 為行星輪的體積； 為行星輪的個數(shù)； 為太陽輪或行星輪模數(shù)； 為太陽輪或行星輪齒寬； 為太陽輪齒數(shù)； 為行星輪齒數(shù)。
2.2約束條件：
（1）傳動比條件[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，太陽輪變位系數(shù)應(yīng)滿足以下條件：
…………………（5）
式中： 太陽輪的最小變位系數(shù)
（4）各齒輪應(yīng)滿足強度要求，即齒輪的齒面接觸強度和彎曲強度的安全系數(shù)均大于給定值，亦即
…………………（6）
…………………（7）
式中： 、 ——給定的齒輪接觸強度、彎曲強度安全系數(shù)；
、 ——各齒輪的接觸強度、彎曲強度的安全系數(shù)。
（5）為了保證傳動連續(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 不宜過小，以保證在行星輪內(nèi)孔能安裝上符合壽命要求的滾動軸承，即
…………………（10）
式中： ——滾動軸承外徑 ;
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： 、 、 分別為太陽輪、行星輪和齒圈的變位系數(shù)
通過以上分析，知以上建立的模型是一個具有7個設(shè)計變量，15個約束條件的單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。
3、應(yīng)用舉例：
某工程機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；日工作時間：14h；年工作天數(shù)300天；傳動比： ； ；精度：6級；太陽輪：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)計后行星減速器的主要參數(shù)和采用常規(guī)設(shè)計的主要參數(shù)的比較，如表1。
表1使用MATLAB優(yōu)化設(shè)計和常規(guī)設(shè)計的參數(shù)比較
4、結(jié)論
（1）利用MATLAB優(yōu)化設(shè)計的行星減速器的體積比常規(guī)設(shè)計的少了12%。
（2）建立目標(biāo)函數(shù)時只考慮太陽輪和行星輪的體積，對內(nèi)齒圈和行星架的體積沒有考慮，這樣可以減小計算量和提高計算速度。但是也存在著相應(yīng)的問題，目標(biāo)函數(shù)中沒有將齒圈的強度考慮在內(nèi)，會對設(shè)計的結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。
參考文獻
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關(guān)鍵詞：種分槽，IMIG槳葉，優(yōu)化設(shè)計
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行攪拌，使其析出氫氧化鋁[1]。晶種分解過程對產(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罐底并均勻懸浮起來，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)動時所形成內(nèi)揚、外壓的作用，能讓晶種均勻懸浮在液體中且長時間不會沉淀[2]。畢業(yè)論文，種分槽。目前國內(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)的不對稱性經(jīng)常有鑄造缺陷。2006年以來通過對中鋁河南分公司九組種分槽現(xiàn)場運行情況的分析和對IMIG槳葉結(jié)構(gòu)的不斷分析，得出一套適合該槳葉強度計算的方法。通過該方法分別對內(nèi)槳葉和外槳葉進行優(yōu)化設(shè)計，節(jié)省了材料，并對輪轂的結(jié)構(gòu)進行的全面的改進，不僅縮短了制造工期，也大大節(jié)約了生產(chǎn)成本。
4槳葉強度的計算
為了保證攪拌過程能正常地運行，攪拌器必須有足夠的強度。攪拌器強度的計算主要是用來確定攪拌器槳葉的厚度。為了簡化計算首先對運行情況進行假設(shè)
a 外槳葉承擔(dān)該整層槳葉彎矩
b 設(shè)計過程中不考慮加強筋的作用，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完全一樣的對稱槳葉，其槳葉計算功率可看作均勻分配于兩個槳葉上，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槳葉的受力簡圖。
圖1：IMIG槳葉的受力圖
公式中
在計算該斷面彎矩時需要找到槳葉上液體阻力的合力作用點。液體阻力合力的作用點x0大小可由下式計算。畢業(yè)論文，種分槽。
公式中
M1即是作用于x01處合力對槳葉根部的彎矩。外槳葉端部處斷面的彎矩計算應(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，計算應(yīng)力值應(yīng)小于許用應(yīng)力值。
4.3槳葉強度計算中的安全系數(shù)
在上述槳葉的強度計算中，沒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度，所以單從彎曲應(yīng)力來計算槳葉厚度可能還不夠安全。另外制造過程中出現(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)的辦法來處理這些問題。畢業(yè)論文，種分槽。根據(jù)槳葉的材料不同，制造工藝不同，槳葉強度計算的安全系數(shù)也不同，碳素鋼一般取n=3。畢業(yè)論文，種分槽。對于底層槳葉，考慮到底層槳葉對整個攪拌的重要性，以及生產(chǎn)過程一旦出現(xiàn)沉槽現(xiàn)象，因此設(shè)計底層槳葉時的彎矩應(yīng)按照電機功率的50%作為液體阻力合力產(chǎn)生的彎矩。
在一般的產(chǎn)能大于40萬噸氧化鋁的設(shè)備中，種分槽直徑為14m。電機功率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時完全滿足強度要求，內(nèi)槳葉管軸壁厚為20也滿足強度要求。這樣從原來外槳葉24mm的壁厚，內(nèi)槳葉管壁厚28mm變?yōu)楝F(xiàn)在的壁厚，一臺種分槽節(jié)省材料約3000Kg。
5連接槳葉用螺栓的計算
機械攪拌中槳葉和軸的聯(lián)接大部分都是通過螺栓連接的方式來滿足結(jié)構(gòu)、制造、運輸、檢修維護、安裝等方面的要求。通過對IMIG在攪拌過程中流體作用的觀察得出槳葉的受力情況，以此來計算螺栓的強度。
將槳葉和軸的連接簡化為下面結(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
由上述公式計算出來的螺栓直徑大于16就滿足要求。考慮剛度及疲勞強度選用M24的螺栓連接。而原來槳葉和軸的連接采用的是M36的雙頭螺柱，一臺種分槽用在槳葉連接上的螺栓數(shù)量約為60個，所以僅此一項的優(yōu)化就節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)件上千元的費用。畢業(yè)論文，種分槽。
6.結(jié)束語
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、簡單化，使加工更容易，減輕了工人的勞動強度，同時縮短了加工時間，提高了生產(chǎn)效率，為公司創(chuàng)造了更大的效益。
參考文獻
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[3]陳志平,章序文,林興華等.攪拌與混合設(shè)備設(shè)計選用手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.
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機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)主要課程有哪些
主要課程：工程力學(xué)、機械設(shè)計基礎(chǔ)、電工與電子技術(shù)、微型計算機原理應(yīng)用、機械工程材料、制造技術(shù)基礎(chǔ)。主要實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)：包括軍訓(xùn)，金工、電工、電子實習(xí)，認(rèn)識實習(xí)，生產(chǎn)實習(xí)，社會實踐，課程設(shè)計，畢業(yè)設(shè)計(論文)等，一般應(yīng)安排40周以上。
主要專業(yè)實驗：現(xiàn)代制造技術(shù)綜合實驗、測試與信息處理實驗。
專業(yè)選修課：機械動力學(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)庫原理及應(yīng)用、機械創(chuàng)新設(shè)計、工業(yè)機器人基礎(chǔ)、機械故障診斷學(xué)、文獻檢索、專業(yè)外語、有限元方法、機械優(yōu)化設(shè)計、工藝過程自動化、先進制造技術(shù)、特種加工、成組技術(shù)與CAPP、智能機械概論、微小機械概論、虛擬樣機技術(shù)、市場營銷學(xué)、在線檢測與控制、實用控制系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)控機床與編程。
機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)就業(yè)前景如何
機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的學(xué)生們將來可以從事科技研發(fā)、運行管理、應(yīng)用研究、銷售等機械制造領(lǐng)域的一些職位。該專業(yè)的學(xué)生們需要具備機械制造方面的一些基礎(chǔ)知識，學(xué)會運用專業(yè)知識解決實際工作中的一些相關(guān)問題。畢業(yè)生們可以參加到機械制造以及設(shè)計、機械、電氣、氣壓、液壓等控制設(shè)備的維修維護的一些工作中去，為我們國家的機械工程作出自己的貢獻。
機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)報考的學(xué)生中，男生占據(jù)了大部分。很多男生喜歡機械，該專業(yè)也是比較適合男生報考的，需要具備較強的動手能力。報考機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的學(xué)生需要有一定的繪圖興趣，這個專業(yè)時常需要繪圖，要是沒有興趣的話，那將會感到乏味。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，這樣才能在將來的工作中做到更好。
（來源：文章屋網(wǎng) ）
關(guān)鍵詞：超大型平頭塔機；拉桿；優(yōu)化設(shè)計；安裝
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.12.258
1 引言
根據(jù)建筑市場及工程機械發(fā)展趨勢，國內(nèi)工程機械領(lǐng)軍企業(yè)重點著力于大型超大型平頭塔式起重機研制，進而提高產(chǎn)品競爭力。目前國內(nèi)開發(fā)的大型超大型平頭塔式起重機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。
2 平衡臂拉桿仿真模型的建立
平衡臂拉桿端部通過銷軸與塔頭連接，尾部通過銷軸與平衡臂臂架連接，其主要作用是在塔機工作過程中，對塔頭和平衡臂臂架進行連接，從而平衡起吊重物時吊重的重量。
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銷軸進行鉸接連接，所以臂架必須要通過拉桿與塔頭進行連接，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)計有銷軸耳板，從而完成和塔頭及平衡臂臂架的連接。
通過以上分析，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，大型塔機平衡臂多為多臂節(jié)結(jié)構(gòu)，臂節(jié)之間通常通過拉桿進行連接。大型塔機平衡臂結(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)之間通過拉桿相連接，拉桿在與平衡臂臂節(jié)的上弦桿連接時，需要先借助外部設(shè)備（如汽車吊）通過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，一般采用兩種方式對正銷軸孔，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，外部設(shè)備（如汽車吊）的使用費用較高，會增加成本，采用第二種方法時，人員容易疲勞，會導(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，同時對于大型的塔式起重機來說，拉桿重量更大，銷軸孔的對正也更加困難。
4 平衡臂拉桿安裝方式的優(yōu)化設(shè)計
本研究旨在設(shè)計一種平衡臂拉桿安裝輔助機構(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安裝難度大、成本高、銷軸安裝困難的問題。
本方案研究設(shè)計的平衡臂拉桿安裝輔助機構(gòu)，安裝拆卸方便，在平衡臂拉桿安裝過程中，將平衡臂拉桿9至于U型槽3中，有效避免拉桿的擺動，防止與其他部件的碰撞損壞，便于安裝。
在拉桿銷軸1安裝過程中，通過液壓頂升裝置5的托舉作用，可以調(diào)節(jié)拉桿9端部銷軸孔2的高度，進而方便拉桿銷軸孔2和平衡臂上弦桿銷軸孔4的對正，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構(gòu)的運用，避免了對塔機其他部件的損傷，延長了塔機的使用壽命。
5 結(jié)論
與現(xiàn)有安裝技術(shù)相比，優(yōu)化設(shè)計后的安裝方案具有以下優(yōu)點：
（1）安全可靠：本方案采用成熟的液壓缸技術(shù)，操作簡單安全，可靠性高。
（2）節(jié)省安裝費用，提升工作效率：該方案不需使用外部設(shè)備，有效降低安裝費用；同時極大的提升了銷軸孔的對正速度，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：
[1]起重機設(shè)計規(guī)范GB/T3811-2008[M].中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2009.
【論文摘要】:對變頻調(diào)速器在實踐應(yīng)用中容量的正確選擇、傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計以及外接制動電阻等方面的問題,總結(jié)了一些經(jīng)驗。
隨著電力技術(shù)的迅速發(fā)展,交流電機變頻調(diào)速技術(shù)取得了突破性的進步,進入了普及應(yīng)用階段。在我國,變頻調(diào)速器也正越來越廣泛地被采用,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題了。
1.關(guān)于容量選擇
在變頻調(diào)速器的說明書中,為了幫助用戶選擇容量,都有"配用電動機容量"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)機械中,電動機的容量主是根據(jù)發(fā)熱原則來選定的。就是說,在電動機帶得動的前提下,只要其溫升在允許范圍內(nèi),短時間的過載是允許的。電動機的過載能力一般定為額定轉(zhuǎn)矩的1.8-2.2倍。電動機的溫升,所謂"短時間"至少也在十幾分鐘以上。而變頻調(diào)速器的過載能力為:150%,l分鐘。這個指標(biāo),對電動機來說,只有在起動過程才有意義,在運行過程中,實際上是不允許載。
因此,"配用電動機容量"一欄的準(zhǔn)確含義是"配用電動機的實際最大容量"。實際選擇變頻器時,可按電動機在工作過程中的最大電流來進行選擇,對于鼓風(fēng)機和泵類負(fù)載,因?qū)儆陂L期恒定負(fù)載,可直接按"配用電動機容量"來選擇。
2.傳動系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計
交流異步電動機經(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,必須根據(jù)生產(chǎn)機械的機械特性以及對調(diào)速范圍的要求等因素,對傳動系統(tǒng)進行優(yōu)級化設(shè)計,優(yōu)化設(shè)計的主要內(nèi)容和大致方法如下:
2.1 確定電動機的最高運行頻率
(1)鼓風(fēng)機和泵類負(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行。
(2)一般情況下,各種機械的強度、振動以及耐磨性能等,都是以電動機轉(zhuǎn)速不超過3000r/min為前提設(shè)計的。因此,在沒有對機械重新進行設(shè)計的情況下,2級電機的最高運行頻率不要超過額定頻率太多。
(3)當(dāng)異步電機在額定頻率以上運行時,由于電源電壓是恒定的,其在調(diào)到fx時電磁轉(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時的轉(zhuǎn)矩)。因此,最高運行頻率不宜超過額定頻率
(4)異步電機在低頻下運行時,為了獲得足夠的轉(zhuǎn)矩,常需進行轉(zhuǎn)矩補償。而轉(zhuǎn)矩補償將使電機的磁路趨于飽和,從而增加附加損失,降低了效率,因此,只要情況許可,應(yīng)尺可能地提高運行頻率的上限。
2.2 確定傳動系統(tǒng)的傳動比并校核電動機的容量
(1)鼓風(fēng)機和泵類負(fù)載,一般均為直接驅(qū)動,不必考慮傳動比的問題。
(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,確定電機運行的最高頻率和最低頻率。
假設(shè)已經(jīng)確定的電動機最高運行頻率為fmax最低運行頻率為fmin與此對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩相對值為tTL,則電動機的額定轉(zhuǎn)矩Tn=TL/qTL(TL負(fù)載轉(zhuǎn)矩)。如果原選電機并未留有余量的話,則配用變頻調(diào)速器后,電動機的容量應(yīng)擴大1/tTL倍。傳動系統(tǒng)的傳動比入等于電動機在最高運行頻率下的轉(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,求出電動機運行頻率的上、下限。
同樣,在求出最高和最低運行頻率的同時,得到對應(yīng)的功率相對值tPL,而電動機的額定功率PN≥PL/tPL(PL為負(fù)載要求功率)。
在設(shè)計恒功率負(fù)載時,應(yīng)注意兩點:(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,盡量采用兩檔傳動比。因為當(dāng)傳動比分成兩欄時,頻率范圍αf與αn轉(zhuǎn)速范圍之間的關(guān)系為 。可見,在轉(zhuǎn)速范圍相同的情況下,頻率范圍將大為減小,從而可減小電動機的容量。
負(fù)載的機械特性,因是恒功率負(fù)載,故曲線上任一點的橫坐標(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)時的有效轉(zhuǎn)矩線,在這種情況下,所需電動機的容量PN=KPTNnLmax>KPTLmaxLmax=αnPL。這說明,所需電動機的容量比負(fù)載功率的On倍還要大,是很不經(jīng)濟的。
⑴當(dāng)最高運行頻率為額定頻率的2倍,傳動比只有一檔時的情形。在這種情況下,所需電機的容量PN=KPTN1/2nLmax 1/2αnPL。可見,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)最高運行頻率為額定頻率的2倍,傳動比為兩檔時的情形。這時,所需電機的容量PN1/2 PL。可見,對于恒功率負(fù)載,當(dāng)αn>4時,這種方案是比較理想的。
3.自配外接制動電阻
各種變頻調(diào)速器都允許外接制動電阻,加快制動速度,外接電阻。但配套的制動電阻價格昂貴,不易買到,自動配置時,其阻值與功率可如下決定:
直流電路的電壓值UP= ×380=53V;制動電流Is一般以不超過電機的額定電流IDN為原則,即Is≤IDN,故制動電阻Rs≥UD/Is。
因Rs內(nèi)通過電流的時間只有幾秒鐘,故其功率PR可按工其工作時的(1/10-1/8)選擇,即PR=(0.1-0.125)UD2/Rs。
因Rs接入電路時,應(yīng)注意將變頻調(diào)速器內(nèi)部的制動電阻切除,如不能切除,則應(yīng)適當(dāng)加大Rs的值,以免出現(xiàn)制動電流過大的情形。
在外接制動電路時,為了避免燒毀變頻器內(nèi)部的放電用大功率晶體管(GTR)有時也可以外接整個制動電器(即包括制動電阻和放電晶體管,這時,GTR應(yīng)選取其VCEX≥700伏;ICN≥(1.2-1.5)IDN安。
參考文獻
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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：U469.696 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）40-0400-01
FSAE方程式賽車設(shè)計應(yīng)遵循《汽車設(shè)計》所提出的要求，但其結(jié)構(gòu)，性能，設(shè)計要點又區(qū)別于民用汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的，下面以寧遠車隊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方面，對FSAE方程式賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計進行概述。
設(shè)計目標(biāo)：①保證賽車在中高速過彎過程四輪最大限度的圍繞同一回轉(zhuǎn)中心運動，減少與地面的滑動摩擦，確保賽車行駛平順性。②轉(zhuǎn)向各零部件穩(wěn)定牢靠，確保賽車行駛過程中不發(fā)生機械故障。③轉(zhuǎn)向靈敏，操作輕便。④方便進行實車調(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，角傳動比，方向盤最大轉(zhuǎn)角，內(nèi)外輪最大轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)向齒條總長（即斷開點位置），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)），橫拉桿長度，節(jié)臂長度與底角，萬向節(jié)夾角。
（1）根據(jù)轉(zhuǎn)向器在和轉(zhuǎn)向梯形相對于前軸的位置不同，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)臂相對于前軸的位置提出的。
（2）最小轉(zhuǎn)彎半徑，角傳動比，方向盤最大轉(zhuǎn)角為經(jīng)驗選取值。根據(jù)襄陽賽道的特點，最小轉(zhuǎn)彎半徑一般為4--5m。寧遠5號賽車設(shè)定最小轉(zhuǎn)彎半徑3.8m。角傳動比一般為4：1--5：1，通常方向盤最大轉(zhuǎn)角在100到135度之間，對于車手操作較為適宜。轉(zhuǎn)角過小，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重，過大則會影響轉(zhuǎn)向靈敏性，且較大轉(zhuǎn)向角度下車手會出現(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)。若知道齒條長度p，主銷間距k，節(jié)臂長m，底角μ1μ2，橫拉桿長n，齒條偏距e。則轉(zhuǎn)向梯形可唯一確定。C、D點，即斷開點，其位置可根據(jù)《汽車設(shè)計》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5號賽車得出的相關(guān)數(shù)據(jù)如下：齒條長421.6mm，節(jié)臂78.5mm，梯形底角85°，橫拉桿桿長370mm，偏距74.3mm。需要指出的是，節(jié)臂越長，越有利于功能的實現(xiàn)，主要體現(xiàn)在后期的實體化后拉桿與節(jié)臂實體對轉(zhuǎn)角的影響。
二、數(shù)據(jù)優(yōu)化
結(jié)合ADAMS優(yōu)化進行動態(tài)仿真，能得到更為理想的參數(shù)。主要可用以下幾個方面進行。①穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)――整個穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)的試驗過程需要測量的有方向盤轉(zhuǎn)角、汽車行駛軌跡、汽車前進速度、橫擺角速度、側(cè)向加速度、縱向加速度和車身側(cè)傾角的時間歷程曲線。②方向盤角階躍――汽車受轉(zhuǎn)向盤輸入干擾引起的穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，反應(yīng)時間等。③蛇形仿真――汽車橫擺角速度響應(yīng)、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、車身側(cè)傾角、橫擺加速度等指標(biāo)進行評價。④雙輪同向（反向）激振試驗――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
此過程是將各參數(shù)實體化的過程，建模過程務(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態(tài)過程，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。
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，進出座艙。這一般為購買件，國內(nèi)外都有很多優(yōu)秀的產(chǎn)品可選。自行設(shè)計的快拆，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，因為兩者須進行焊接，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，內(nèi)徑應(yīng)在壁厚滿足力學(xué)要求的情況下設(shè)計。另一部分連接萬向節(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）萬向節(jié)。萬向節(jié)的選擇至關(guān)重要。其質(zhì)量的好壞直接決定了整個車的轉(zhuǎn)向虛程。由于對精度要求較高，基本采用購買件。FSAE賽車多采用十字軸式萬向節(jié)，根據(jù)連接部分不同可分為滑塊連接和滾針軸承連接，從自由間隙上評價滾針軸承連接優(yōu)于滑塊連接，但其承受扭矩相對較小。萬向節(jié)與轉(zhuǎn)向柱的連接方式，切忌選用簡單的過盈配合，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連接強度。
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)計到實體的每個環(huán)節(jié)，都應(yīng)牢牢守住三個原則：轉(zhuǎn)向牢靠，轉(zhuǎn)向靈敏，轉(zhuǎn)向輕便。同時應(yīng)著眼整車，與其系統(tǒng)協(xié)同配合，能夠在實車過程方便調(diào)校，最大程度將整車性能發(fā)揮到極致。
參考文獻
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[關(guān)鍵詞]頂驅(qū)；30及40鉆機；優(yōu)化設(shè)計
中圖分類號：TG333.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）20-0202-01
一、30及40鉆機應(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，完成鉆桿旋轉(zhuǎn)鉆進，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，在起下鉆具的同時可循環(huán)鉆井液、轉(zhuǎn)動鉆具，有利于鉆井中井下復(fù)雜情況和事故的處理，對深井、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。
近年來大慶油田采用30及40鉆機開發(fā)的水平井、大位移井、平臺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鉆機應(yīng)用頂驅(qū)應(yīng)具備的技術(shù)特性
1.安裝快捷
對于30及40小井架而言，打每口井的時間約為1個月左右，這樣就不能把時間過多的浪費在安裝頂驅(qū)過程中。傳統(tǒng)頂驅(qū)采用分段式導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，安裝時需要一段一段提起，通過銷子人工進行連接，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，安裝時只需將導(dǎo)軌提起，導(dǎo)軌受重力在鋼絲繩的作用下自動完成安裝，省時省力。
2.尺寸小重量輕
齒輪箱作為整個頂驅(qū)幾何位置的中心，它決定整個頂驅(qū)的徑向尺寸，常規(guī)齒輪箱的規(guī)格為1200×1250。如果頂驅(qū)的齒輪箱在保證強度的前提下，材料選用上一級材料，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，省去了自動式與手動式連接處的防松裝置，從而在長度上減小了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
針對水平井，頂驅(qū)采用先進的主軸旋轉(zhuǎn)精確定位技術(shù)，可通過人機對話界面，輸入主軸旋轉(zhuǎn)的角度，進行精確鉆進。
4.防碰高度規(guī)范要求
通過查看相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，“阻攔繩距天車梁下平面距離依據(jù)使用說明書或現(xiàn)場設(shè)備要求安裝”，見《石油鉆機現(xiàn)場安裝及檢驗》。在現(xiàn)場使用過程中，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）阻攔繩安全距離進一步受限，具體如下表所示。通過上述分析，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)場應(yīng)用的一些優(yōu)化設(shè)計
1.簡化管子處理系統(tǒng)，采用防濺保護接頭
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)的保護接頭，該保護接頭同時具備防止頂驅(qū)主機接頭段因斷裂、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，簡化注油流程，方便現(xiàn)場保養(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，只需注入一次油，便可實現(xiàn)滑輪的整體。
3.設(shè)計可與主機對接的維修吊籃及馬凳，方便現(xiàn)場維修
DQ30/40BC-JR采用可與主機對接的維修吊籃及馬凳，方便現(xiàn)場維修。
參考文獻
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[6] 劉振東；全液壓頂驅(qū)石油鉆機模型數(shù)字樣機研究[D]；中國石油大學(xué)；2007年
一、選題意義:
1、理論意義:(1)學(xué)習(xí)模具設(shè)計的一般方法，了解和掌握常用模具整體設(shè)計、零部件的設(shè)計過程和計算方法，培養(yǎng)正確的設(shè)計思想和分析問題、解決問題的能力，特別是總體設(shè)計和計算的能力.
(2)綜合運用熱鍛模課程和其它有關(guān)選修課程的理論及生產(chǎn)實踐的知識去分析和解決模具設(shè)計問題，并使所學(xué)專業(yè)知識得到進一步鞏固和深化.
(3)通過計算和繪圖，學(xué)會運用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)技術(shù)資料等，培養(yǎng)模具設(shè)計的基本技能
(4)可以掌握鍛造工藝，熟悉各種鍛造各種鍛造設(shè)備，熟悉掌握計算機操作以及了解deform軟件的應(yīng)用，并具有機械設(shè)計及制造等綜合知識.
2、現(xiàn)實意義:隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和工業(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)，進一步提高鍛件的性能指標(biāo);同時縮短了生產(chǎn)周期，降低了成本，使之在競爭中處于優(yōu)勢地位.
鍛造是一種借助工具或模具在沖擊作用下加工金屬機械零件或零件毛坯的方法.鍛件的最大優(yōu)勢是韌性高、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)，不會被任何一種金屬加工工藝超過.
鍛件的優(yōu)勢是由于金屬材料通過塑性變形后，消除了內(nèi)部缺陷，如鍛(焊)合空洞，壓實疏松，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，我國火車不斷提速，動車、高鐵相繼投入運營，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)，國外高速鐵路采用斷面尺寸公差和平直度要求很高的長定尺鋼軌并焊接成超長無縫線路.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、低速壓力機朝著多工位、多功能、高速和數(shù)控方向發(fā)展，加之機械手乃至機器人的大量使用，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線和高速自動壓力機紛紛投入使用.
二、課題關(guān)鍵問題及難點
本課題以鍛造工序的數(shù)目確定、預(yù)成形設(shè)計為重點，對比不同形狀預(yù)制坯的成形過程，給出了合理的制坯工序布排和設(shè)計，實現(xiàn)了一火鍛造.同時，開發(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，對鍛造過程進行了三維有限元模擬，在40mn熱模鍛壓力機上進行了試驗和試生產(chǎn)，模擬和試驗結(jié)果證明鍛造設(shè)計符合生產(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)計難度更大.
本課題的難點在于應(yīng)用三維繪圖軟件和deform軟件對其進行應(yīng)力應(yīng)變分析，通過軟件規(guī)范初設(shè)數(shù)據(jù)并反復(fù)進行修改，直到得到最優(yōu)的設(shè)計方案..
三、調(diào)研報告(或文獻綜述)
我國的經(jīng)濟體制發(fā)生了根本的變化，由過去的計劃經(jīng)濟過度到現(xiàn)在的市場經(jīng)濟.鍛壓生產(chǎn)雖然生產(chǎn)效率高，節(jié)約原材料和機械加工工時;但生產(chǎn)周期較長，成本較高，處于不利的競爭地位.鑄造、焊接、機械加工豆加入了競爭.鍛造生產(chǎn)要跟上當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，需不斷改進技術(shù)，采用新工藝、新技術(shù)，進一步提高鍛件的性能指標(biāo);同時要縮短生產(chǎn)周期，降低成本，使之在競爭中處于優(yōu)勢地位.模具的技術(shù)水平明顯有了提高，一些國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)模具的性能已接近國外同類產(chǎn)品的先進水平，但由于我國起步晚，許多模具不得不依賴進口，與發(fā)達國家相比差距還非常大.
當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對鍛壓技術(shù)本身的完善和發(fā)展有著重大的影響，這主要表現(xiàn)在一下幾個方面:
1. 對機械零件的性能要求更高.現(xiàn)代交通工具如汽車、飛機、機車的速度越來越高，負(fù)荷越來越大.出更換強度更高的材料外，研究和開發(fā)新的鍛造技術(shù).挖掘原有材料的潛力也是一條出路.
2 .模具計算輔助設(shè)計、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)計與制造技術(shù)實現(xiàn)一體化.
3. 模具的標(biāo)準(zhǔn)化、商品化、機械化及專業(yè)化自動生產(chǎn).
4. 工藝分析計算的現(xiàn)代化.它將與現(xiàn)代數(shù)學(xué)、計算機技術(shù)聯(lián)姻，對加工零件進行計算機模擬和有限元分析，達到預(yù)測某一工藝方案對零件成形的可能性與成形過程中可能會發(fā)生的問題，供設(shè)計人員修改和選擇.
目前鍛造業(yè)面臨的問題大概可以歸納為一下幾個方面:
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)廠點過多，力量分散.
3.機械制造廠家封閉式經(jīng)營生產(chǎn)，是產(chǎn)品缺乏競爭力.
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)廠家的問題無人去解決.
四、參考文獻
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五、研究內(nèi)容及確定方案各步驟
1、研究內(nèi)容:
(1)模具整體方案設(shè)計，包括零件的工藝分析、設(shè)計繪制鍛件圖、模具類型的確定、確定變形工步及中間坯料尺寸，壓力中心計算、壓力機選擇、計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;
(3)編寫設(shè)計畢業(yè)論文
2、基本設(shè)計方案
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，通過計算/r以及h/d的相關(guān)數(shù)值， 基本步驟設(shè)計如下:
1、計算毛坯尺寸
2、選擇成型設(shè)備及其參數(shù)
3、用deform模擬軟件進行有限元模擬并分析缺陷并加以改進
4、模具工作部分尺寸的計算
5、模具的總體設(shè)計
6、下料
7、加熱
8、彎曲
9、預(yù)鍛
10、終鍛
11、切邊
六、進度安排
第5-6周 畢業(yè)實習(xí)，撰寫實習(xí)報告
第7-8周 寫出不少于3000字的文獻綜述;根據(jù)參考文獻和課題要求，提出自己擬定的可行方案;
第9-10周 寫出開題報告，開題;進行總體設(shè)計
第11-12周 外文文獻翻譯，完成詳細(xì)方案設(shè)計
第13-14周 完成結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
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測量該物體質(zhì)量（重量）的計量儀器，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組件和微電腦電路所組成。秤重物品經(jīng)由裝在機構(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，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，數(shù)位訊號由中央處理器運算處理，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、機械式、機電結(jié)合等等，以下僅就電子式功能分別說明：
（1）電子秤-計數(shù)秤：藉由總重除以單重而換算成總數(shù)量（計數(shù)秤可以藉由取樣動作求取單重），節(jié)省人力及時間。主要用于：電子、塑料射出、倉庫盤點、電鍍、金屬加工等方面，如圖2所示。
（2）電子秤-計重秤：單純的讀取重量值（有的機型更具有簡易計數(shù)功能），主要用于：家庭、倉儲、貨運、化工、印刷、倉管、紡織、食品加工、油漆業(yè)等方面。
（3）電子秤-計價秤：藉由總重乘以單價而換算成總價，商業(yè)交易用，一般商店或市場皆可看到。常用于：中藥材、市場、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60公斤，主要常見于紡織、染整、制藥、食品、塑化、理化實驗室、珠寶業(yè)及精密計數(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，常見使用于金屬業(yè)、電線電纜、屠宰場等地方。
（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、貨運等場所。
二、分析
2.1荷重元自由振動分析
三、計算機仿真分析
3.1ADAMS簡介
計算機輔助設(shè)計與制造已經(jīng)是在現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)中的主流趨勢，在設(shè)計的初期可快速變更修改其設(shè)計的產(chǎn)品，以減少設(shè)計者的時間與負(fù)擔(dān)，更可以利用虛擬分析的方式來評估其成品所生產(chǎn)出來的結(jié)果，藉此達到優(yōu)化的產(chǎn)品之設(shè)計。在本論文中所使用的ADAMS為一套高階機構(gòu)模擬分析軟體，且為全世界占有率超過70%的機構(gòu)軟件。主要分為前處理器、后處理器與處理器三個部分所組成，分別用來建構(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。
并可精確計算出任何復(fù)雜的機構(gòu)運動、動力學(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、計算動力裝置與承載機構(gòu)的負(fù)荷、優(yōu)化之工作循環(huán)、優(yōu)化運動軌跡、判定是否會發(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際受力的情形，來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。
為了驗證理論分析結(jié)果，本研究利用虛擬機構(gòu)模型建構(gòu)系統(tǒng)（SolidWorks）來建立仿真分析之三維實體模型，而實體模型與實物之尺寸及材料特性愈接近時，其模擬分析結(jié)果會愈正確。最后利用高階機構(gòu)動態(tài)仿真分析軟件內(nèi)建之匯入功能將擴展名為*.x_t的檔案匯入，然后在幾何模型上施加外力和運動模式，以提供作動態(tài)仿真分析，再做優(yōu)化的設(shè)計，如圖7所式為本論文之計算機仿真流程圖。
3.2ADAMS模塊簡介
透過ADAMS/Exchanger模塊，利用IGES、STEP、STL、DWG/DXF等，資料交換庫的標(biāo)準(zhǔn)文件格式完成與其他CAD/CAM/CAE軟件之間資料庫的雙向傳輸。當(dāng)用戶將在CAD/CAM/CAE軟件中建立的模型匯入時，自動將圖形文件轉(zhuǎn)換成一組包含外形、標(biāo)志和曲線的圖形要件，通過控制傳輸實的精度，可得到較精確的幾何形。依前處理器、處理器、后處理器可對應(yīng)到三個基本模塊，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、動畫控制及輸出、實驗設(shè)計及優(yōu)化設(shè)計。更提供了下列功能：
（1）幾何圖形庫：采用（Parasolid）作為實體建模的核心，給使用者提供了豐富的零件。
（2）函數(shù)編輯器：支持布林運算、FORTRAN/77、FORTRAN/90中所有函數(shù)及獨有的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：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)化方便我們進行靈敏度分析和優(yōu)化設(shè)計。
3.2.2求解程序模塊ADAMS/Solver：
是核心模塊之一，內(nèi)含機械系統(tǒng)模型的動力學(xué)方程式，提供靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)的計算結(jié)果且能對剛體和彈性體組成的柔性機械系統(tǒng)進行各種仿真分析。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語言展現(xiàn)其強大的客制化功能。
3.2.3后處理模塊ADAMS/PostProcessor
用來展示及處理求解程序在分析完成后得到的基本系統(tǒng)模型運動及動力行為反應(yīng)數(shù)據(jù)。展現(xiàn)各數(shù)據(jù)關(guān)系圖表、進階計算、統(tǒng)計分析、
頻域分析并可以動畫顯示真實感，此模塊亦可與其他控制或有限元素分析軟件進行資料交換，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
為了讓電子秤動態(tài)仿真分析結(jié)果越接近實際，本研究利用計算機輔助設(shè)計軟件來建立仿真分析時之三維實體模型，而實體模型與實務(wù)之尺寸及材料特性愈接近時，其模擬分析結(jié)果會愈正確。
其機械繪圖上功能相當(dāng)齊全，可以建立與實體相當(dāng)接近的模型，因此在軟件中依照實物尺寸建立秤盤、上支架、下支架及荷重元實體模型。并依電子秤機械結(jié)構(gòu)分解，匯入高階機構(gòu)動態(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】指令將在計算機輔助設(shè)計軟體中建好的秤盤、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)施予外力與運動方式于秤盤上，即可進行模擬的運動情形，求得電子秤機械結(jié)構(gòu)位移量之?dāng)?shù)據(jù)，并與相關(guān)實際數(shù)據(jù)比較討論，為電子秤機構(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：
1.系統(tǒng)面如果有阻尼項（c值）的存在，遇到外力的時候?qū)芰ψ杂烧駝樱钡叫碌钠胶猱a(chǎn)生，其中受力自由振動的情況是不希望被產(chǎn)生的，于是阻尼項便擔(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間內(nèi)達到新的平衡（也就是不再振動）。
2.系統(tǒng)面如果有彈簧系數(shù)項（k值）的存在，外力對彈簧所作的功即是彈力位能的變化量，故外力對彈簧所作的功，會增加或減少彈簧的彈力位能。
3.傅立葉級數(shù)的基本觀念即是以弦波函數(shù)來組成信號空間，每個周期函數(shù)都可利用弦波函數(shù)來組成。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：兩棲機器人；優(yōu)化；仿真；動態(tài)分析
在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，水域作戰(zhàn)是海洋軍隊的一塊重要領(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，或者直接涉水過河等。其中浮渡是最有效的一種方式，通過浮渡，機械化部隊不需要花費太多時間成本和財物成本，甚至不需要考慮氣候條件，時間因素等。
作為浮渡的主要工具---水陸兩棲車輛，因其具有不可預(yù)測性與靈活性，作戰(zhàn)時，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)中越來越受到廣泛的關(guān)注。近些年，很多國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，如何消減輪胎對行駛速度的影響，成為水陸兩棲車輛的一大核心研究問題。針對這個問題，此論文設(shè)計了一個能將輪胎收回的機構(gòu)。從而減少輪胎懸掛時對行進速度的影響。
一、水陸兩棲汽車輪胎收回機構(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 把動力通過動力輸出裝置7傳給轉(zhuǎn)動軸10，然后帶動輪胎旋轉(zhuǎn)。動力源通過管29傳遞到液壓缸28，液壓缸28通過桿27將轉(zhuǎn)動傳遞到主傳動軸26，主傳動軸26兩端分別連接桿27及下支桿12，下支桿12一端通過銷釘連接到車體2上，另一端通過銷釘與支架16底端相連，支架16上端通過銷釘20與上支桿11相連，上支架11通過銷釘22與車體2相連。[1，2]
因此，當(dāng)液壓缸輸出動力通過主傳動軸26帶動上下支桿將支架16抬起。從而起到把輪胎收回的目的。
為便于分析，先簡化模型，根據(jù)立體模型，利用ADAMS軟件創(chuàng)建一個同等功能的平面模型，以點5為原點，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。如圖1.2所示。由于變量點一要與液壓缸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構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計及分析
對模型進行運動學(xué)仿真分析，主要進行抬起試驗仿真。進行抬起試驗驗證所建立的模型是否正確并進行優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)仿真分析，得到最優(yōu)化的尺寸。在本設(shè)計中，我們所要得到的是液壓缸所承受的最小力量，所以，測量部件就為液壓缸。設(shè)置好后利用ADAMS軟件進行模擬仿真，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，同時會得出一個列表，在該列表中能清晰反應(yīng)出每次仿真時的最大受力及每個變量點的值，如圖2.2所示
該表也會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，即取變量點一的坐標(biāo)為（-250，-126）；變量點二的坐標(biāo)為（-270，165）；變量點三的坐標(biāo)為（-517，81）。最終確定的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)如圖2.3
三、液壓缸的計算與選擇
計算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸
液壓缸主要設(shè)計參數(shù)見圖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，或運動速度和輸入的流量，經(jīng)過計算之后，再從GB/T 2348―1993（見表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，這個可按表3.2來選取d/D。再按表3.3圓整。
本設(shè)計選擇的工作壓力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
計算液壓缸工作時所需流量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
如今虛擬樣機技術(shù)在主要的工業(yè)領(lǐng)域（通用機械、汽車、航空、機械電子等）得到了廣泛的運用，它融合了現(xiàn)代信息技術(shù)、先進仿真技術(shù)和先進制造技術(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)并對它們進行綜合管理，從系統(tǒng)的層面來分析復(fù)雜系統(tǒng)，支持由上至下的復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)模式，利用虛擬樣機代替物理樣機對產(chǎn)品進行創(chuàng)新設(shè)計測試和評估，以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低產(chǎn)品開發(fā)成本，改進產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，提高面向客戶與市場需要的能力。
本文仿真研究結(jié)果表明，運用虛擬樣機技術(shù)對水陸兩棲汽車輪胎收回機構(gòu)進行動力學(xué)仿真分析可以很好的將機構(gòu)的各種工況較為真實的反映出來，是一種可行的分析手段，同時也證明使用該項技術(shù)為水陸兩棲車的設(shè)計和實驗提供較重要的參考數(shù)據(jù)，可以大大縮短整機系統(tǒng)的設(shè)計周期，節(jié)約研制經(jīng)費。
但是由于水陸兩棲車是處于一種新型的產(chǎn)品，雖然在德國有了這種產(chǎn)品，但由于所有真實數(shù)據(jù)尚處于軍事機密當(dāng)中，該設(shè)計只是通過幾張實物照片及專利文獻來進行模仿研究設(shè)計，因此，本文可能會存在一些不足之處，期望有同行校正。
參考文獻
[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.機械設(shè)計.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)境的首要問題。由于對生存環(huán)境的關(guān)心，人們力求降低汽車的噪聲，而發(fā)動機又是汽車最重要的噪聲源。因此，汽車發(fā)動機的低噪音化研究是很必要的。近年來，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，在汽車產(chǎn)品開發(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時，使用C AE技術(shù)可以對它們的強度、可靠性以及各種特性進行計算分析，在計算機上進行“試驗”。
模態(tài)分析技術(shù)是現(xiàn)代機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、分析的基礎(chǔ)，是分析結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動態(tài)特性強有力的工具。計算模態(tài)分析可以預(yù)測產(chǎn)品的動態(tài)特性，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。模態(tài)分析是研究結(jié)構(gòu)動力特性的一種方法，是系統(tǒng)辨別方法在工程振動領(lǐng)域中的應(yīng)用。
二、模態(tài)分析基本理論
振動模態(tài)是彈性結(jié)構(gòu)固有的、整體的特性，通過模態(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際振動響應(yīng)，而且一旦通過模態(tài)分析知道模態(tài)參數(shù)并給予驗證，就可以將這些參數(shù)用于設(shè)計過程，優(yōu)化系統(tǒng)動態(tài)性能。
模態(tài)分析過程如果是由有限元計算的方法取得的，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)動態(tài)設(shè)計的核心，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)振動的線性疊加，為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動特性分析，振動故障診斷與預(yù)報以及結(jié)構(gòu)動力特性的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。
1.結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程
對一個線性多自由度系統(tǒng)，其動力學(xué)平衡方程可表示為：
2.結(jié)構(gòu)的自由振動
由此，求解一個多自由度系統(tǒng)的固有頻率和振型的問題就歸結(jié)為求方程組（5）的特征值和特征向量問題。
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。
蘭索斯法是用一組向量來實現(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），但對內(nèi)存要求高。
三、計算模態(tài)分析在發(fā)動機上的應(yīng)用
計算模態(tài)分析的過程就是通過有限元軟件自動求解一個多自由度系統(tǒng)的特征值和特征向量，通過有限元軟件的后處理功能，將固有頻率和振型數(shù)字化和動態(tài)顯示。
目前，計算模態(tài)分析已經(jīng)大量地應(yīng)用在了發(fā)動機的開發(fā)過程中。其中一個主要功用就是分析結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率與發(fā)動機共振頻率之間的關(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)動機的共振頻率，則結(jié)構(gòu)必然會被發(fā)動機本身的激振力激勵從而產(chǎn)生共振。如果連接處進行相應(yīng)的減震措施或者共振零部件的阻尼較大，則對零部件的壽命影響較小，否則將會產(chǎn)生失效現(xiàn)象。
某發(fā)動機在進行臺架試驗過程中，出現(xiàn)水泵螺栓斷裂現(xiàn)象，經(jīng)過對水泵及其連接零部件進行的組合模態(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展，向外擴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。通過在缸體與水泵之間增加一個連接支架，將整個組件的模態(tài)頻率提高到了301H z，避開共振頻率之后，螺栓斷裂的情況就消失了。
計算模態(tài)分析的另一個主要功用就是分析結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率與發(fā)動機噪聲頻率之間的關(guān)系。
眾所周知，發(fā)動機的噪聲主要是燃燒噪聲和機械噪聲，而這兩種噪聲都是通過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面積和振動速度同時很大的位置上。通過噪聲測試之后的頻譜分析可以確定噪聲最大的頻率范圍，再通過聲源定位確定輻射噪聲最大的零件，通過模態(tài)分析，可以計算得到零部件在這個頻率下的陣型，找到振動面積最大的位置，通過增加加強筋等手段，改變其頻率或者減少振動面積，從而達到降低噪聲的目的。
四、結(jié)語
本文從理論出發(fā)，闡述了計算模態(tài)分析在理論以及計算手段上已經(jīng)趨于成熟的計算方法，同時簡述了計算模態(tài)分析與發(fā)動機振動和噪聲的相關(guān)性。本文同時確定了計算模態(tài)分析可以在發(fā)動機遇到振動和噪聲的問題的時候成為一種可靠的解決手段。
參考文獻
[1]方華.柴油機機體及油底殼低噪聲結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬研究.吉林大學(xué)博士學(xué)位論文，2003.
[2] 倪振華.振動力學(xué).西安交通大學(xué)出版設(shè)，1990.
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