導語：如何才能寫好一篇機械傳動的定義，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：機械傳動；傳動比；轉速；主動輪；被動輪；齒數連乘；線速度；產量

棉紡設備的傳動因工序的不同而差異較大，長期以來工藝計算就是教學中的難點。教材中雖然給出了定義和公式，但各種設備的傳動、構造千差萬別往往讓學生摸不著頭緒，盡快讓學生摸到規律掌握計算方法，是保證教學的關鍵。既然紡機的傳動形式多為機械傳動，那么機械傳動的計算原理便是解決這一問題的關鍵。通過摸索，棉紡的工藝傳動及計算實質上只有兩類，即：速度計算和牽伸計算。下面著重談談速度計算的一些心得。

一、先看下面一個例子，說明轉速計算的基本規律

例：若一電機的轉速為n1，電機帶輪直徑為D1，被傳動軸上的帶輪直徑為D2，求該軸的轉速n2。

■

由機械傳動的知識：傳動比i12=■=■（未考慮皮帶打滑）

則：n2=n1?■=n1?i21

其中i21=■。

從n2=n1?■我們可以歸納出下面的結論：

被動輪D2的轉速n2=

主動輪D1的轉速×■。

那么對于多級傳動的某一被動輪轉速ni來說，它的計算可以是：ni=某個主動輪轉速n1×■。

這就是棉紡速度計算中，轉速計算的基本規律。

教學中應用這一規律必須強調它的計算步驟如下：

1.確定動力源位置，即電機位置或已知轉速的主動輪位置；找出從動力源到要計算的被動輪之間的傳動路線（傳動路徑）。

2.以動力源為起始點，即動力源上的傳動輪作為主動輪來確定各傳動副中主動輪、被動輪，將主動輪直徑或齒數代入上式分子連乘，所有被動輪直徑或齒數代入上式分母連乘，再代電機轉速n1，即可求得ni的大小。

3.若1-i輪系中，某一傳動輪轉速已知，帶輪或齒輪齒數已知，則已知輪也可以代替動力源作起始點，計算方法相同。

因紡紗設備中絕大多數均為定軸輪系的傳動，所以，這一方法能解決這些機器的速度計算，下面以國產FA506A細紗機為例計算它的前羅拉轉速nf（r/min），以說明其簡明快捷和正確性：

國產FA506A型細紗機傳動系統圖

解：（1）從電機前羅拉的傳動路線：

電機D1D232T96T-ZA（雙聯齒）ZBZC（雙聯齒）104T48T28T28T（前羅拉）

（2）代入ni計算式nf=n×■=

1450×■=10.1389×■

二、線速度計算

由于紡紗設備的回轉件大多是圓柱體，所以它們的輸出半制品速度就是它們的表面線速度，所以可以運用V=πDn來計算。

工程中轉速n的單位為：r/min，V的單位是：m/min，所以：

V=■，其中D的單位為mm。

計算V時只要求出n代入即可，n的計算按上述的方法求得。

三、產量計算

產量計算實質也是速度計算的范疇，當按傳動系統圖求出輸出件的線速度后，只要再乘上輸出半制品的每米重量（即設計定量）就可求出每分鐘輸出半制品的重量，再乘上60（min）便可求得設備每小時的生產重量即產量（理論產量）。

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關鍵詞：隔膜紙成型；帶傳動；優化

1.帶傳動

帶傳動是利用張緊在帶輪（兩個或多個）上的柔性帶進行運動或動力傳遞的一種機械傳動[1]。帶傳動結構簡單、傳動平穩、能緩沖減振，維護容易，不需，價格低廉，可以在長距離間傳遞動力。摩擦型帶傳動能過載打滑、運轉噪聲低，但傳動比不準確；同步帶傳動同步，但對載荷變動的吸收能力較差，高速運轉有噪聲[2]。

1.1傳動帶的類型、特點和應用

摩擦型帶傳動根據其截面形狀不同，有平帶、V帶和圓帶等。其中普通平帶由數層掛膠帆布粘合而成，抗拉強度較大，預緊力保持性能較好，耐濕性好，應用于軸間距較大的傳動；圓形帶截面為圓形，有圓皮帶、圓繩帶、圓尼龍帶等，結構簡單裝卸容易。同步帶傳動作為一種新型的機械傳動，其帶齒形有梯形和弧形兩種，其中弧齒同步帶工作面有圓弧齒，靠嚙合傳動，承載層保證帶齒的節距不變，傳動比準確；軸壓力小，結構緊湊，耐油耐磨性能好，與梯形齒同步帶相比，工作時齒根應力集中小[3]。

2.隔膜紙成型插入機

隔膜紙成型插入機是堿性電池生產線上一重要新式設備，其作用是在線制造隔膜紙筒并將其插入嵌有正極環的鋼殼內。運作模式為本機主工作轉盤上的36個工位進行圓周運轉時逐步完成隔膜紙的成型、封底和插入工序，其中隔膜紙成型作為第一道工序至關重要。傳感器檢測到隔膜紙由真空吸盤進入卷紙導向套后，卷紙馬達工作帶動O型帶逆時針轉動，從而驅動卷棒進行迅速卷紙；O型帶輪采用v型槽設計，不易打滑，傳動安全有效；另外真空吸盤、帶輪及雙普通平帶組成一帶傳動起輔助卷紙的作用。

2.1柔性卷紙裝置

柔性卷紙裝置是隔膜紙成型插入機的一設計亮點，這首次實現了隔膜紙在線成型。它包括主工作平臺，大O型帶輪，小O型帶輪，卷棒、上沖軸等。外部馬達驅動大O型帶輪，大O型帶輪通過O型帶驅動4個小O型帶輪轉動，形成一個封閉的O型帶輪圈。上沖軸安裝在主工作臺上，均布36份。中間的O型帶驅動卷棒上的旋轉裝置，從而達到驅動卷棒的目的。該裝置構思巧妙，結構簡單，動作可靠，通過PLC控制馬達轉速來提高卷紙時間，提高了隔膜紙成型的速度。

3.帶傳動的優化設計

隨著堿性電池高速生產線全線貫通后，各設備需要在穩定運轉的基礎上將速度再逐漸提高。當隔膜紙成型插入機高速運行時，封閉的O型帶輪圈運轉不穩定。原因是，圓形帶應用速度

3.1卷棒驅動優化

新型的機械傳動――同步帶傳動應用不斷地推廣，它是由一根內周表面具有等間距齒的封閉環行傳動帶和具有相應齒的帶輪組成。

工作時，依靠帶的凸齒與帶輪齒槽相嚙合來傳遞運動和動力，具有傳動比準確、 傳動效率高、傳動平穩、結構簡單、緊湊、維護方便、運轉費用低等突出的優點。因此，無論國內國外，同步帶的應用日益廣泛，并取得滿意的效果。特別是在電池機械行業中，用同步帶傳動代替V帶傳動和圓形帶傳動的節能效果非常明顯，很好地解決了傳統電池機械帶傳動效率低、能耗大的主要矛盾。同步帶不但能可靠工作，而且又不用加油，既干凈又無聲，傳動效率高。

為了使卷棒動力傳遞系統穩定可靠，重新設計弧齒同步帶傳動取代O型帶傳動裝置。

在隔膜紙成型插入機中，卷棒動力傳遞系統是由5個皮帶輪、2個同步帶輪及弧齒同步帶組合而成。在運轉過程中利用同步帶齒面和帶卷棒同步輪嚙合使大約25個卷棒平穩高速旋轉。

新制高速堿性電池生產線在穩定生產的基礎上逐步提速，隔膜紙成型插入機中首創的柔性卷紙裝置出現了問題。面對著隔膜紙在高速生產時不能被正常成型和封底，只好不斷地在生產車間實地觀察，仔細進行理論分析，做各種試驗以盡快將本機提速。最終我們發現了無法高速卷紙的根源所在，進一步完善了新型柔性卷紙裝置的設計。

3.2優化設計輔助卷紙系統

在隔膜紙成型插入機中的柔性卷紙裝置中，真空吸盤是一重要的零件。它的作用首先是配合特定刀具將隔膜紙切割成符合尺寸規格的堿性電池隔膜紙張，其次是將隔膜紙逐一傳遞到主工作轉盤的各個工位上。另外，它還是組成輔助卷紙系統中的一關鍵皮帶輪。由此可見，真空吸盤在柔性卷紙裝置中的作用不可忽視。

輔助卷紙系統運行有兩個動力源，將雙平皮帶定義為受力物時，其對應的施力物是卷棒和真空吸盤。原設計方案是在輔助卷紙裝置中真空吸盤作為皮帶傳動的動力源，其與皮帶接觸的槽底面加工有滾花有利于增大摩擦穩定傳動。當真空吸盤轉動時，雙帶開始循環傳動進行輔助卷紙。原真空吸盤的結構如圖3.1所示。

輔助卷紙裝置在隔膜紙成型插入機高速運行時出現不良情況，問題的根源是雙皮帶傳動與卷棒轉動速度不匹配，進而影響進紙、卷紙過程。若雙帶的傳動速度大于或小于卷棒旋轉的速度值都將會導致無法正常完成卷紙過程。開始通過采取調節馬達轉速無論如何都不能滿足帶傳動的速度和卷棒的旋轉速度匹配。

如果要使卷棒和雙皮帶的相對運動速度值近似為零，則需要讓雙帶在運轉過程中只和卷棒有力作用關系，其余各處受力可以忽略不計。這樣才能保證雙帶和卷棒速度匹配，進而平穩完成卷紙。為了消除真空轉盤這一動力源，需要將真空吸盤處的滑動摩擦消除，特殊真空吸盤結構如圖3.2所示。

真空吸盤和雙平皮帶有多處接觸，并且這些都是滾動軸承。由于選用的是深溝球軸承[4]，其當量摩擦系數最小，軸承內圈固定在軸上，外圈可靈活轉動。隨著真空吸盤的逆時針轉動雙平皮帶所受到的力可以忽略不計，這樣隔膜紙成型過程平穩高速。

隔膜紙成型時雙帶傳動的動力源是十多個高速旋轉的卷棒。卷棒驅動系統優化設計后，固定在卷棒上的同步帶輪能穩定高速旋轉，從而可帶動各卷棒平穩高速地進行順時針旋轉。然后卷棒的運動通過隔膜紙傳遞到平皮帶，平皮帶由于在多處受力而開始逆時針循環傳動以對隔膜紙成型起到不可缺少的輔助作用。

4.結束語

本帶傳動優化設計原理簡明，操作方便，效果明顯。通過巧妙地應用弧形齒同步帶傳遞動力，保證了隔膜紙成型插入機在卷紙成型及封底時各卷棒能平穩高速地進行旋轉，為順利完成各工藝提供了可靠的動力源。輔助卷紙之帶傳動系統的優化設計，引入了嵌有深溝球軸承的特殊真空吸盤構成新穎的帶傳動，其新在雙傳動帶作為傳動系統的受力物。隔膜紙成型插入機在高速運行時，卷棒和雙傳動帶能平穩高速地進行運轉有利于高質量完成各工序。

參考文獻

[1] 濮良貴，紀名剛. 機械設計[M]. 高等教育出版社.2006.

[2] 方文中. 同步帶傳動[M].上海科學普及出版社.1993.

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關鍵詞：　數控液壓　伺服系統　數控改造

 

一、引言 

 

液壓控制技術是以流體力學、液壓傳動和液力傳動為基礎，應用現代控制理論、模糊控制理論，將計算機技術、集成傳感器技術應用到液壓技術和電子技術中，為實現機械工程自動化或生產現代化而發展起來的一門技術，它廣泛的應用于國民經濟的各行各業，在農業、化工、輕紡、交通運輸、機械制造中都有廣泛的應用，尤其在高、新、尖裝備中更為突出。隨著機電一體化的進程不斷加快，技術裝各的工作精度、響應速度和自動化程度的要求不斷提高，對液壓控制技術的要求也越來越高，文章基于此，首先分析了液壓伺服控制系統的工作特點，并進一步探討了液壓傳動的優點和缺點和改造方向。 

 

二、液壓伺服控制系統原理 

 

目前以高壓液體作為驅動源的伺服系統在各行各業應用十分的廣泛，液壓伺服控制具有以下優點：易于實現直線運動的速度位移及力控制，驅動力、力矩和功率大，尺寸小重量輕，加速性能好，響應速度快，控制精度高，穩定性容易保證等。 

液壓伺服控制系統的工作特點：　(1)在系統的輸出和輸入之間存在反饋連接，從而組成閉環控制系統。反饋介質可以是機械的，電氣的、氣動的、液壓的或它們的組合形式。(2)系統的主反饋是負反饋，即反饋信號與輸入信號相反，兩者相比較得偏差信號控制液壓能源，輸入到液壓元件的能量，使其向減小偏差的方向移動，既以偏差來減小偏差。　(3)系統的輸入信號的功率很小，而系統的輸出功率可以達到很大。因此它是一個功率放大裝置，功率放大所需的能量由液壓能源供給，供給能量的控制是根據伺服系統偏差大小自動進行的。 

綜上所述，液壓伺服控制系統的工作原理就是流體動力的反饋控制。即利用反饋連接得到偏差信號，再利用偏差信號去控制液壓能源輸入到系統的能量，使系統向著減小偏差的方向變化，從而使系統的實際輸出與希望值相符。 

在液壓伺服控制系統中，控制信號的形式有機液伺服系統、電液伺服系統和氣液伺服系統。機液伺服系統中系統的給定、反饋和比較環節采用機械構件，常用機舵面操縱系統、汽車轉向裝置和液壓仿形機床及工程機械。但反饋機構中的摩擦、間隙和慣性會對系統精度產生不利影響。電液伺服系統中誤差信號的檢測、校正和初始放大采用電氣和電子元件或計算機，形成模擬伺服系統、數字伺服系統或數字模擬混合伺服系統。電液伺服系統具有控制精度高、響應速度高、信號處理靈活和應用廣泛等優點，可以組成位置、速度和力等方面的伺服系統。 

 

三、液壓傳動帕優點和缺點 

 

液壓傳動系統的主要優點液壓傳動之所以能得到廣泛的應用，是因為它與機械傳動、電氣傳動相比，具有以下主要優點： 

1　液壓傳動是由油路連接，借助油管的連接可以方便靈活的布置傳動機構，這是比機械傳動優越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動來驅動，以克服長驅動軸效率低的缺點。由于液壓缸的推力很大，且容易布置。在挖掘機等重型工程機械上已基本取代了老式的機械傳動，不僅操作方便，而且外形美觀大方。

2　液壓傳動裝置的重量輕、結構緊湊、慣性小。例如相同功率液壓馬達的體積為電動機的12％～13％。液壓泵和液壓馬達單位功率的體積目前是發電機和電動機的1／10，可在大范圍內實現無級調速。借助閥或變量泵、變量馬達可實現無級調速，調速范圍可達1：2000，并可在液壓裝置運行的過程中進行調速。

3　傳遞運動均勻平穩，負載變化時速度較穩定。因此，金屬切削機床中磨床的傳動現在幾乎都采用液壓傳動。液壓裝置易于實現過載保護，使用安全、可靠，不會因過載而造成主件損壞：各液壓元件能同時自行，因此使用壽命長。液壓傳動容易實現自動化。借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結合使用時，能很容易的實現復雜的自動工作循環，而且可以實現遙控。液壓元件己實現了標準化、系列化、和通用化，便于設計、制造和推廣使用。 

液壓傳動系統的主要缺點：1液壓系統的漏油等因素，影響運動的平穩性和正確性，使液壓傳動不能保證嚴格的傳動比：2液壓傳動對油溫的變化比較敏感，溫度變化時，液體勃性變化引起運動特性變化，使工作穩定性受到影響，所以不宜在溫度變化很大的環境條件下工作：3為了減少泄漏以及滿足某些性能上的要求，液壓元件制造和裝配精度要求比較高，加工工藝比較復雜。液壓傳動要求有單獨的能源，不像電源那樣使用方便。液壓系統發生的故障不易檢查和排除。 

總之，液壓傳動的優點是主要的，隨著設計制造和使用水平的不斷提高，有些缺點正在逐步加以克服。 

 

四、機床數控改造方向 

 

(一)加工精度。精度是機床必須保證的一項性能指標。位置伺服控制系統的位置精度在很大程度上決定了數控機床的加工精度。因此位置精度是一個極為重要的指標。為了保證有足夠的位置精度，一方面是正確選擇系統中開環放大倍數的大小，另一方面是對位置檢測元件提出精度的要求。因為在閉環控制系統中，對于檢測元件本身的誤差和被檢測量的偏差是很難區分出來的，反饋檢測元件的精度對系統的精度常常起著決定性的作用。在設計數控機床、尤其是高精度或太中型數控機床時，必須精心選用檢測元件。所選擇的測量系統的分辨率或脈沖當量，一般要求比加工精度高一個數量級。總之，高精度的控制系統必須有高精度的檢測元件作為保證。 

(二)先局部后整體。確定改造步驟時，應把整個電氣設備部分改造先分成若干個子系統進行，如數控系統、測量系統、主軸、進給系統、面板控制與強電部分等，待各系統基本成型后再互聯完成全系統工作。這樣可使改造工作減少遺漏和差錯。在每個子系統工作中，應先做技術性較低的、工作量較大的工作，然后做技術性高的、要求精細的工作，做到先易后難、先局部后整體，有條不紊、循序漸進。 

(三)提高可靠性。數控機床是一種高精度、高效率的自動化設備，如果發生故障其損失就更大，所以提高數控機床的可靠性就顯得尤為重要。可靠度是評價可靠性的主要定量指標之一，其定義為：產品在規定條件下和規定時間內，完成規定功能的概率。對數控機床來說，它的規定條件是指其環境條件、工作條件及工作方式等，例如溫度、濕度、振動、電源、干擾強度和操作規程等。這里的功能主要指數控機床的使用功能，例如數控機床的各種機能，伺服性能等。 

 

五、結語 

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目前以高壓液體作為驅動源的伺服系統在各行各業應用十分的廣泛，液壓伺服控制具有以下優點：易于實現直線運動的速度位移及力控制，驅動力、力矩和功率大，尺寸小重量輕，加速性能好，響應速度快，控制精度高，穩定性容易保證等。

液壓伺服控制系統的工作特點：(1)在系統的輸出和輸入之間存在反饋連接，從而組成閉環控制系統。反饋介質可以是機械的，電氣的、氣動的、液壓的或它們的組合形式。(2)系統的主反饋是負反饋，即反饋信號與輸入信號相反，兩者相比較得偏差信號控制液壓能源，輸入到液壓元件的能量，使其向減小偏差的方向移動，既以偏差來減小偏差。(3)系統的輸入信號的功率很小，而系統的輸出功率可以達到很大。因此它是一個功率放大裝置，功率放大所需的能量由液壓能源供給，供給能量的控制是根據伺服系統偏差大小自動進行的。

綜上所述，液壓伺服控制系統的工作原理就是流體動力的反饋控制。即利用反饋連接得到偏差信號，再利用偏差信號去控制液壓能源輸入到系統的能量，使系統向著減小偏差的方向變化，從而使系統的實際輸出與希望值相符。

在液壓伺服控制系統中，控制信號的形式有機液伺服系統、電液伺服系統和氣液伺服系統。機液伺服系統中系統的給定、反饋和比較環節采用機械構件，常用機舵面操縱系統、汽車轉向裝置和液壓仿形機床及工程機械。但反饋機構中的摩擦、間隙和慣性會對系統精度產生不利影響。電液伺服系統中誤差信號的檢測、校正和初始放大采用電氣和電子元件或計算機，形成模擬伺服系統、數字伺服系統或數字模擬混合伺服系統。電液伺服系統具有控制精度高、響應速度高、信號處理靈活和應用廣泛等優點，可以組成位置、速度和力等方面的伺服系統。

2、液壓傳動帕優點和缺點

液壓傳動系統的主要優點液壓傳動之所以能得到廣泛的應用，是因為它與機械傳動、電氣傳動相比，具有以下主要優點：

1液壓傳動是由油路連接，借助油管的連接可以方便靈活的布置傳動機構，這是比機械傳動優越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動來驅動，以克服長驅動軸效率低的缺點。由于液壓缸的推力很大，且容易布置。在挖掘機等重型工程機械上已基本取代了老式的機械傳動，不僅操作方便，而且外形美觀大方。

2液壓傳動裝置的重量輕、結構緊湊、慣性小。例如相同功率液壓馬達的體積為電動機的12％～13％。液壓泵和液壓馬達單位功率的體積目前是發電機和電動機的1／10，可在大范圍內實現無級調速。借助閥或變量泵、變量馬達可實現無級調速，調速范圍可達1：2000，并可在液壓裝置運行的過程中進行調速。

3傳遞運動均勻平穩，負載變化時速度較穩定。因此，金屬切削機床中磨床的傳動現在幾乎都采用液壓傳動。液壓裝置易于實現過載保護，使用安全、可靠，不會因過載而造成主件損壞：各液壓元件能同時自行，因此使用壽命長。液壓傳動容易實現自動化。借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結合使用時，能很容易的實現復雜的自動工作循環，而且可以實現遙控。液壓元件己實現了標準化、系列化、和通用化，便于設計、制造和推廣使用。

液壓傳動系統的主要缺點：1液壓系統的漏油等因素，影響運動的平穩性和正確性，使液壓傳動不能保證嚴格的傳動比：2液壓傳動對油溫的變化比較敏感，溫度變化時，液體勃性變化引起運動特性變化，使工作穩定性受到影響，所以不宜在溫度變化很大的環境條件下工作：3為了減少泄漏以及滿足某些性能上的要求，液壓元件制造和裝配精度要求比較高，加工工藝比較復雜。液壓傳動要求有單獨的能源，不像電源那樣使用方便。液壓系統發生的故障不易檢查和排除。

總之，液壓傳動的優點是主要的，隨著設計制造和使用水平的不斷提高，有些缺點正在逐步加以克服。

3、機床數控改造方向

(一)加工精度。精度是機床必須保證的一項性能指標。位置伺服控制系統的位置精度在很大程度上決定了數控機床的加工精度。因此位置精度是一個極為重要的指標。為了保證有足夠的位置精度，一方面是正確選擇系統中開環放大倍數的大小，另一方面是對位置檢測元件提出精度的要求。因為在閉環控制系統中，對于檢測元件本身的誤差和被檢測量的偏差是很難區分出來的，反饋檢測元件的精度對系統的精度常常起著決定性的作用。在設計數控機床、尤其是高精度或太中型數控機床時，必須精心選用檢測元件。所選擇的測量系統的分辨率或脈沖當量，一般要求比加工精度高一個數量級。總之，高精度的控制系統必須有高精度的檢測元件作為保證。

(二)先局部后整體。確定改造步驟時，應把整個電氣設備部分改造先分成若干個子系統進行，如數控系統、測量系統、主軸、進給系統、面板控制與強電部分等，待各系統基本成型后再互聯完成全系統工作。這樣可使改造工作減少遺漏和差錯。在每個子系統工作中，應先做技術性較低的、工作量較大的工作，然后做技術性高的、要求精細的工作，做到先易后難、先局部后整體，有條不紊、循序漸進。

(三)提高可靠性。數控機床是一種高精度、高效率的自動化設備，如果發生故障其損失就更大，所以提高數控機床的可靠性就顯得尤為重要。可靠度是評價可靠性的主要定量指標之一，其定義為：產品在規定條件下和規定時間內，完成規定功能的概率。對數控機床來說，它的規定條件是指其環境條件、工作條件及工作方式等，例如溫度、濕度、振動、電源、干擾強度和操作規程等。這里的功能主要指數控機床的使用功能，例如數控機床的各種機能，伺服性能等。

4、結語

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一、數控機床結構及工作過程

數控機床由輸入、輸出裝置，數控裝置，可編程控制器，伺服系統，檢測反饋裝置和機床主機等組成，輸入裝置將不同加工信息傳遞給計算機。輸出指輸出內部工作參數(含機床正常、理想工作狀態下的原始參數，故障診斷參數等)，一般在機床剛工作需輸出這些參數作記錄保存；待工作一段時間后，再將輸出與原始資料作比較、對照，可幫助判斷機床工作是否正常。數控裝置是數控機床的核心與主導，完成所有加工數據的處理、計算工作，最終實現數控機床各功能的指揮工作。可編程控制器對主軸單元實現控制，對程序中的轉速指令進行處理而控制主軸轉速；管理刀庫，進行自動刀具交換、選刀方式、刀具累計使用次數、刀具剩余壽命及刀具刃磨次數等管理；控制主軸正反轉和停止、準停、切削液開關、卡盤夾緊松開、機械手取送刀等動作；還對機床外部開關進行控制；對輸出信號(刀庫、機械手、回轉工作臺等)進行控制。檢測反饋裝置由檢測元件和相應的電路組成，主要是檢測速度和位移，并將信息反饋給數控裝置，實現閉環控制以保證數控機床的加工精度。

二、機床數控系統需要解決的幾個問題

機床由機械和電氣兩部分組成，在設計總體方案時應從機電兩方面來考慮機床各種功能的實施方案。數控機床的機械要求和數控系統的功能都很復雜，所以更應讓機、電溝通，揚長避短。機床控制系統選件、裝配、程序編制及操作都比較合理，精度和穩定性都必須滿足使用要求。同時為便于調試和檢修，各項操作均應設手動功能，如手動各軸快慢移動、主軸高低速旋轉、切削液及開關等。PLC按照邏輯條件進行順序動作或按照時序動作，另外還有與順序、時序無關的按照邏輯關系進行聯鎖保護動作的控制，PLC發展成了取代繼電器線路和進行順序控制的主要產品，在機床的電氣控制中應用也比較普遍。

在實際控制中要求對控制系統可變參數在線進行修改，使用編程器可以方便、快速地改變原設定參數。但編程器一般不能交現場操作人員使用，所以，應考慮開發其他簡便有效的方法，實現PLC的可變控制參數的在線修改。另外，為了防止電壓過高損壞PLC，電源輸入端應加上壓敏電阻。為了防止過熱，PLC不許安裝在變壓器等發熱元件的正上方，變頻器須與PLC、伺服驅動器等保持一定距離。在元件間留有適當空隙，利于散熱，并且在配電箱上安裝風扇降溫。

三、PLC的數控機床定位伺服控制系統分析

數控機床是一種高精度、高效率的自動化設備，提高數控機床的可靠性就顯得尤為重要。可靠度是評價可靠性的主要定量指標之一，其定義是產品在規定條件下和規定時間內，完成規定功能的概率。必須選擇穩定可靠的控制單元才能保證數控機床的正常、高效運行。

可編程邏輯控制器是該機床各項功能的邏輯控制中心，集成于數控系統中，主要是指控制軟件的集成化，而PLC硬件則在規模較大的系統中采取分布式結構。伺服系統最高速度的選擇要考慮到機床的機械允許界限和實際加工要求，高速度固然能提高生產率，但對驅動要求也更高。全閉環伺服系統是將位置檢測元件置于被測坐標軸的終端移動部件上，以檢測機械傳動鏈中的螺距誤差、間隙及各種干擾所造成的傳動誤差，并進行反饋補償控制，從而提高機床的位置控制精度。在全閉環伺服控制系統中，對位置檢測元件和反饋元件的選擇很關鍵。感應同步器具有精度高、重復性好、抗干擾能力強、耐油耐污及維護簡單等優點，特別適合于高精度全閉環數控機床的工作場合。數控機床要求具備穩定性、快速性和準確性，而大型數控機床的機械傳動裝置轉動慣量較大，固有頻率低，要使其大大高于系統截止頻率很困難，全閉環包括該進給系統軸幾乎所有不穩定的非線性因素，調整不當很容易使機床產生抖動現象。

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關鍵詞 課程設計；教學改革；CAD技術

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2014）02-0047-02

Teaching Practice of Introducing CAD Technology into Course Design of Machinery Design//Xu Jing， Dong Yan

Abstract Aiming at the shortcomings of machinery design’s traditional teaching mode， the teaching reform of introducing CAD technology into course design of machinery design was proposed. The relevant teaching content of program design， Pro/E software and AutoCAD software organically integrated into course design. Practice shows that it helps to strengthen students’ computer application ability and comprehensive design ability.

Key words course design； teaching reform； CAD technology

1 引言

機械設計是機械類學生必修的一門專業基礎課，是機械類教學計劃中的一門主要核心課程。機械設計課程設計是配合機械設計課程理論教學的一個重要實踐教學環節，傳統的教學方法是選擇由機械設計課程所學過的大部分零部件所組成的機械傳動裝置或結構較為簡單的機械作為課程設計題目。對課程設計的要求還停留在人工計算、手工繪圖階段，由于設計過程繁瑣、重復工作量大，教學效果一直不夠理想。

隨著計算機技術的廣泛應用，如何利用先進的設計方法和技術手段改進傳統的教學方法，已為同行們所關注和追求。本文將根據機械設計課程設計教學大綱的要求，研究并實踐如何利用CAD技術將學生從枯燥、重復的手工設計計算中解脫出來，集中時間和精力用于方案設計、結構設計等創造性思維訓練上，這樣不僅可以提高學生對課程設計的學習興趣，而且有助于培養學生先進的設計理念，掌握現代的設計技術，以適應計算機技術飛速發展的時代需求。

2 引入CAD技術的教改思路

機械設計課程設計的教學目的在于綜合運用機械設計以及其他相關已修課程的理論和生產實際知識進行機械設計訓練，通過學習和掌握通用機械零部件、機械傳動及一般機械設計的基本方法和步驟，培養學生工程設計能力和分析問題、解決問題的能力。通常傳統的課程設計教學安排是集中在理論教學結束后2～3周內進行，由于時間緊、任務重，學生依樣畫虎，大部分時間和精力都用于計算和畫圖上，沒有足夠的時間進行方案分析和結構設計，很多問題來不及思考就在匆忙中結束了課程設計。

針對這些問題，采用先分散后集中的教學模式，在理論教學的過程中，將C語言程序設計知識融合機械設計的教學內容，引導學生利用課余時間逐步完成常用零部件的輔助設計；再在期末2～3周集中時間內，利用零部件輔助設計程序和Pro/E軟件完成方案設計和結構設計；最后應用AutoCAD軟件完成零件圖和裝配圖繪制，Word文檔完成設計說明書編寫。

合理安排CAD教學內容 減速器設計是機械設計課程設計最常用的設計題目，涉及螺紋聯接、鍵聯接、齒輪傳動、蝸桿傳動、軸以及滾動軸承等各種零部件的設計計算，設計過程往往比較復雜，而且容易出錯。為此，在理論教學過程中，在講授常用零部件的設計準則和計算方法的基礎上，有機地穿插計算機輔助設計教學內容，啟發學生利用先修的C語言程序設計知識解決工程實際問題。

要熟練掌握零部件的設計過程和設計方法，必須正確理解設計公式和合理選擇設計參數。所以，設計參數的計算機處理是實現零部件計算機輔助設計的關鍵。在理論教學中，結合C語言程序設計課程有關數組等相關知識，重點補充設計參數計算機處理的教學內容。以“齒輪傳動”一章為例，如齒輪傳動設計中涉及的設計參數有十幾個之多，但可以分為兩大類：一類是數表類，如齒向載荷分布系數KHβ；另一類是線圖類，如彎曲疲勞強度極限σFE。對于數表，可以通過編程轉化為數組，并按一定的查找法和插值法獲取所需設計參數值；對于線圖，可以求出直線方程或多項式擬合成曲線方程直接編入程序，通過計算得到所需設計參數，也可以先等分坐標取值轉化為數表再進行數組處理。由于數表和線圖的程序處理在C語言程序設計中是常見的基本訓練，所以學生在練習過程中一點就通，感到得心應手。

當然，合理的教學安排是實施教學目的的必要手段。為了激發學生的學習興趣，倡導團隊的協作精神，對課程設計的先期分散教學內容進行周密合理的安排。在完成“數表和線圖的計算機處理”教學單元后，要求學生共同編制某一個零部件的輔助設計程序。為了不增加負擔，又不人浮于事，將設計任務細化，責任落實到人，明確考核要求。通過實踐，學生不僅能夠使用C語言編制出僅輸出設計結果的簡單程序，而且部分計算機應用能力較強的學生還能夠使用Visual Basic和Visual C++語言編制出具有人機交互功能的輔助計算軟件。

充分運用CAD技術手段 隨著CAD技術的突飛猛進，計算機輔助設計已經成為現代企業必不可少的設計手段。為了適應現代企業對機械CAD人才的需求，在機械專業的課程體系中設置了不少計算機應用課程，如計算機繪圖、C語言程序設計和三維實體建模技術等，但不同的教師擔任不同的課程，由于課時有限，往往只著眼于本課程知識點的掌握，無暇顧及課程間的聯系及應用。因此，在機械設計課程設計中引導學生充分利用CAD技術解決工程設計問題，將成為幫助學生掌握現代設計方法和先進技術手段的有效途徑。鑒于學生已先修計算機繪圖和三維實體建模技術課程，對AutoCAD和Pro/E軟件的主要特性和基本功能的掌握已有一定的基礎，因此，在課程設計集中的2～3周內要求學生充分利用該兩軟件完成減速器的設計。

1）零部件的三維實體建模。Pro/E是CAD/CAM/CAE等領域廣泛使用的三維設計軟件。創建三維實體模型是利用Pro/E進行機械結構設計的首要任務，三維實體是創建零件工作圖、總體裝配圖及機械運動仿真等后續工作的基礎。因此，要求學生先由零部件輔助設計程序得到零件的結構尺寸，再利用Pro/E的實體建模和特征造型功能創建出齒輪、軸、箱座、箱蓋、軸承、端蓋等零部件的三維實體模型。對于減速器中結構相似、尺寸不同的零件，可利用Pro/E參數化的模型修改功能，通過修改設計模型的參數值來改變設計意圖，實現三維實體的自動更新。

2）減速器的虛擬裝配。裝配是依照一定的順序把滿足特定關系的元件（零件或部件）裝配成組件的過程。裝配件中各個元件的空間定位關系是進行裝配設計的關鍵。完成減速器所有零部件的三維實體建模后，要求學生利用Pro/E的裝配功能模塊和應用程序模塊，通過【組件】和【裝配】命令，設置基礎零件，添加裝配約束和連接定義，完成減速器組件的裝配。由于Pro/E使用全相關的單一數據庫，因此，在組件裝配后可以在零件模塊和組件模塊中反復修改設計結果，從而實現方案設計和結構設計的優化。再通過【應用程序】/【機構】命令，定義齒輪副連接，定義伺服電動機，對減速器進行運動分析及仿真。

3）二維工程圖的創建。工程上通常使用一組二維視圖（工程圖）來表達一個復雜零件或組件，而Pro/E的繪圖功能模塊提供了強大的工程圖設計功能。因此，要求學生利用Pro/E完成零件的三維造型和減速器的裝配后，使用繪圖模塊將三維造型圖轉換成二維工程圖，主要步驟如下。

①設置繪圖環境。單擊【工具】【選項】命令，打開【選項】對話框，取消對【僅顯示從文件加載的選項】復選框的選擇，在“當前會話”中找到“drawing_setup_file”選項更改其值為“*.dtl”，單擊【添加/更改】按鈕，單擊【確定】按鈕完成配置，并保存該配置留用。

②進入繪圖環境。單擊【新建】【繪圖】命令，去掉【使用缺省模版】選項的小勾，單擊【確定】按鈕，出現的【新制圖】對話框中，再單擊【瀏覽】按鈕，將需要創建二維視圖的三維模型文件打開調入，指定模版，單擊【確定】按鈕進入繪圖環境。

③創建基本視圖。由步驟②得到Pro/E繪圖環境下的三視圖，打開菜單欄【視圖移動鎖定】，調整視圖布局和投影關系。在主視圖上雙擊鼠標，出現“繪圖視圖”界面，在【類別】選項上選擇【比例】，確定【定制比例】的數值。

④轉換成AutoCAD工程圖。將利用Pro/E繪圖環境下創建的二維工程圖，單擊【文件】，選擇【保存副本】，選擇文件類型“*.dwg”，單擊【確定】，生成AutoCAD文件。

最后，要求學生使用比較熟悉的二維繪圖軟件AutoCAD，

通過其編輯、修改和標注等命令，完成減速器的裝配圖和零件圖。

3 結論

CAD技術的產生和發展使機械產品設計的傳統模式發生了深刻變化，同樣對機械專業的課程教學帶來新的挑戰與機遇。將CAD技術引入機械設計課程設計的教學實踐，不僅有助于培養學生的綜合設計能力、創新能力和運用知識解決工程實際問題的能力，有助于提高課程設計的技術含量和教學質量，而且徹底改變了傳統的教學模式和設計方法，促進了機械設計課程教學目標、教學內容、教學手段和教學方法的改革和創新，促進了機械學科的發展。

參考文獻

[1]何秋梅.Pro/E軟件在《機械設計基礎》課程教學與課程設計中的應用[J].裝備制造技術，2013（2）：198-200.

[2]袁野.Pro/E在小型電機減速器設計中的應用[J].機械研究與應用，2007（8）：100-101.

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篇7

關鍵詞：蝸桿蝸輪；自鎖；磨損

中圖分類號：TH132 文獻標識碼：A0. 引言

蝸輪蝸桿傳動是機械傳動中不可缺少的傳動布置形式，升降臺的升降傳動中使用蝸輪蝸桿傳動可以防止臺面的自動回落。

1. 蝸輪蝸桿機構的基本結構

蝸桿傳動由蝸輪和蝸桿組成。通常情況下，蝸桿與蝸輪軸線方向的角度為90°，所以，蝸桿蝸輪機構被應用在交錯軸間的運動。

2. 蝸桿蝸輪機構的自鎖性

蝸桿蝸輪機構一方面具有結構緊湊、穩定的傳動比、工作性能可靠等優良的特點，而且另一方面還具有蝸桿蝸輪的主動件變化的反向造成蝸桿蝸輪自鎖的現象。在起重裝置的機械中，為了利用蝸桿機構的自鎖性能，一般采用蝸輪蝸桿機構，目的是為了使起吊的重物可以非常穩定地在空中實現短暫靜止。為了充分地估計機構傳動的自鎖性，必須要弄清楚蝸桿蝸輪自鎖性的內在關系。

2.1 自鎖性問題的提出

蝸桿蝸輪機構被廣泛地應用在機械行業的減速機構中。對于要求利用蝸桿蝸輪機構自鎖性的機械裝置系統中，確定蝸輪蝸桿的自鎖性成為了一個非常關鍵的因素。在生產生活實際的應用中，自鎖性能經常又是很難掌握的。在保溫罩上升的過程中，斷開電動機的電源，機構會馬上發生自鎖現象，保溫罩不會下降。然而，當切斷電動機的電源時，保溫罩開始往下運動，機構僅僅只是有些時候發生自鎖現象，有些時候卻不會發揮自鎖現象，保溫罩甚至會產生高速度下降的情況，根本就失去了機構本身的自鎖能力。

2.2 自鎖條件分析

對于具有自鎖性的蝸桿蝸輪機構而言，機械類的教科書上是這樣定義的：“當以蝸輪為主動件時，并且蝸桿蝸輪機構的導程角小于摩擦角，機構將會發生自鎖現象。”自鎖現象的發生和兩個量的相對大小有關系：一個是蝸輪作用在蝸桿上的摩擦角β，另一個是蝸桿的升角α。

2.2.1 升角α

就蝸桿的升角α而言，它是通過蝸桿的幾何參數來確定的。蝸桿的升角為一個定值。記蝸桿的頭數為，特性系數為q，模數為m，得：

升角α與特性系數q的對應關系見表1（Z1=1）。

摩擦角β與物體之間的摩擦力F?和法向約束反力FN的比值有關，即摩擦系數?，即

β與哪些因素有關？對于一個具體的蝸輪蝸桿機構來講，摩擦系數會不會是某一個常數？接下來就著重來研究這些具體的問題。摩擦角β的大小由摩擦系數?來定，不同材料的蝸桿蝸輪的摩擦系數見表1。

根據表1的數據可以得出：

（1）蝸桿蝸輪的相互匹配的材料的不同，他們之間的摩擦系數就會有很大的差別。如表1中所示，鋼與鑄鐵的配合而產生的摩擦系數比較大，鋼與黃銅的配合的摩擦系數比較小。因為蝸輪蝸桿機構之間會產生非常大的滑動速度，所以，蝸桿蝸輪機構傳動時會產生大量的熱量從而導致蝸桿蝸輪的輪齒很大的磨損。鑒于此種情況，一般選用摩擦系數比較小的黃銅與鋼來制造蝸輪蝸桿機構。

（2）摩擦系數?受到材料表面質量的影響，由不同的材料制造而成的蝸桿蝸輪，相互之間的摩擦系數?在一定的范圍內變化。也就是說，即使配對的蝸桿蝸輪相同的材料，摩擦系數?也會因為表面狀態的不同而不同。材料的表面質量越差，摩擦系數?就會越大，相對應的摩擦角β也就會變得越大，機構就更容易自鎖。另一方面，材料的表面質量越好，蝸輪與蝸桿之間的摩擦系數?就會變得越小，摩擦角就會越小，機構不容易發生自鎖現象。

（3）摩擦系數也會受到材料的表面的狀態的影響。使用蝸桿蝸輪機構傳動的過程中，為了盡可能地減少蝸桿蝸輪輪齒間相對滑動帶來的輪齒間的磨損，一般情況下，應該將蝸桿蝸輪傳動機構安置在油中。所以，機構很難發生自鎖。

（4）蝸輪蝸桿構成的摩擦副之間的接觸壓力P的變化會導致摩擦系數?的變化。接觸壓力P和摩擦系數?之間的關系可以由表2查得。

由以上研究的影響摩擦系數的各種因素可以得出：摩擦角β不但與蝸桿蝸輪機構的嚙合表面的粗糙度、情況等有關，而且與減速器的工作條件（有無相對速度及相對速度的大小，輪齒嚙合部位的接觸壓力等）有關。摩擦角β會隨著工作條件和自身狀態的改變而改變。所以得出結論：摩擦角β是個變量。

3. 蝸輪蝸桿中心安裝誤差所致的自鎖失效分析

3.1 蝸輪外部受力分析

外力施加給蝸輪的轉矩T=FLcosγ根據升降臺的尺寸和舉升重物分析，當曲柄角度處于的第Ⅰ象限或者第Ⅱ象限的某一角度時，T有最大值。

3.2 蝸輪蝸桿自身受力分析

法向力Fn為蝸輪面反作用在蝸桿嚙合點P的作用力，該法向力垂直指向此處的齒廓，為了更加有效地分析蝸桿蝸輪的受力情況，將蝸桿蝸輪的作用力定義為分力Ft、Fr、Fa。

各個力的絕對值為：

受力分布情況如圖1所示。

3.3 安裝位置偏移對受力的影響分析

均存在安裝偏差而且偏差超過允許范圍，或者偏向左側，或者偏向右側。

如果蝸桿是逆時針方向旋轉，則蝸輪的旋向為自外向里旋轉，此時蝸輪的接觸斑點偏左，蝸輪齒面的磨損左側比右側嚴重。經過嚴重地磨損后，蝸輪的螺旋角會變大。這種偏置方式的安裝同樣導致了蝸桿的磨損并且加重了金屬膠合現象的發生，即導程角變大。

4. 振動對自鎖的影響及對策

振動的發生會給自鎖的蝸桿蝸輪機構造成極大危害，加速自鎖蝸桿機構的磨損，使得蝸輪和蝸桿的軸線偏離原有位置，導致蝸桿與蝸輪的輪齒非正常地嚙合。綜上所述，對于自鎖的蝸桿機構而言應該合理布置蝸桿與蝸輪的位置，減小因振動對機構的作用。

結語

蝸輪蝸桿機構傳動的摩擦系數是一個在一定的范圍內變動的值，摩擦系數與加工制造蝸桿蝸輪的材料、蝸輪與蝸桿配合處的輪齒表面粗糙度、輪齒之間的相互作用力、相對滑動速度的存在與否等因素有關。

參考文獻

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關鍵詞：齒輪泵；運動仿真；模態分析

中圖分類號：S219.032.1 文獻標識碼：B 文章編號：0439-8114（2013）03-0688-03

齒輪泵因結構簡單緊湊、體積小、質量輕、自吸性能好、便于維護修理、成本低等特點廣泛運用于石油、化工、礦山、農業機械等行業，為油類介質的傳輸、增壓、燃油噴射等提供動力輸出。拖拉機作為重要的農業耕作動力輸出機械，在現代化農業生產過程中發揮著重要的作用；而齒輪泵作為為拖拉機液壓系統提供加壓液體的裝置，其工作狀態和性能直接影響著拖拉機動力輸出的穩定性，是影響拖拉機作業性能的主要因素。

為此，基于SolidWorks軟件對齒輪泵體零件結構特征造型進行了設計，將復雜的零件結構分解成SolidWorks所能建立的基本特征要素，選用合理的順序進行建模，通過SolidWorks軟件的Simulation模塊對齒輪泵用齒輪進行了模態分析，計算得出其固有振動頻率和振型，為進一步研究齒輪的動力學仿真和結構分析提供了依據。

1 齒輪泵的結構特征造型

在進行齒輪泵整體設計過程中，齒輪參數設計是關鍵，為了獲得完整的齒輪輪齒及獲得給定齒數的齒輪，需解決的關鍵問題就是如何精確繪制齒輪輪廓線，通過漸開線方程創建齒形，通過拉伸、陣列等操作實現齒輪的創建，具體實施過程如下。

1.1 齒輪泵齒輪參數的確定[1]

1）工作參數。以現有拖拉機外嚙合圓柱形齒輪泵為例，其基本參數有主軸轉速（1 450～1 650）r/min，配套動力8.7 kW，額定工作壓力10 MPa；

2）齒輪結構參數。采用硬齒面，45鋼，齒數Z1=Z2=19，壓力角α=20°，齒頂高系數ha=1，齒頂間距系數C*=0.25，齒寬b=24 mm，變位系數X1=X2=0.33，中心距a=45 mm。

1.2 齒輪泵體零部件三維實體建模

利用SolidWorks的參數化特征建立齒輪嚙合的實體模型，為了便于計算和施加邊界條件，將實體模型簡化，其中常用標準件是通過SolidWorks的標準件庫“Tool box”按照相關尺寸參數設置簡化其建模過程，通過拉伸、旋轉、掃描等操作完成。

2 基于SolidWorks的齒輪泵虛擬裝配

在SolidWorks軟件的基礎上，在裝備環境下對齒輪泵各部分零部件進行約束提取、裝配路徑定義、裝配序列規劃模塊、裝配過程仿真模塊坐標系定義和干涉等過程，其建模系統裝配方框圖如圖1。

對齒輪泵零部件或組件通過一定的約束方式集合在一起，通過插入零部件、對齊、相切、同心等約束方法進行裝配，生成的總裝配模型如圖2[2，3]。

3 齒輪泵的干涉檢驗與運動仿真

3.1 干涉檢驗

由于在齒輪泵裝配過程中各零部件的安裝是通過約束固定，在進行運動仿真過程中各零部件之間存在著干涉現象，尤其主從動齒輪嚙合傳動更是如此，在SolidWorks中可以進行產品裝配關系的干涉檢驗，為了保證機構運動仿真過程的順利進行，對已裝配的產品要進行干涉檢驗[4]。在裝配模式下運用模型分析功能模塊，選擇全局干涉選項可以進行干涉分析，通過分析得各零部件之間的干涉體積為0.012 5 mm3，且兩外嚙合齒輪的齒頂與內齒輪的齒根過渡曲線部分接觸，或者兩齒輪的齒頂過渡曲線干涉部分接觸。其主要原因是由于生成齒輪漸開線的輔助計算公式存在的舍入誤差，這種情況可以根據精度的選擇來加以控制。

3.2 齒輪泵動態仿真檢驗

在SolidWorks系統的motion環境中采用（機械）功能檢驗裝配件之間相互運動的模擬情況；仿真主要是參照幾個關鍵運動參量進行，其中包括位置點的確定、速度以及加速度隨時間的運動軌跡曲線變化情況；通過定義齒輪副、伺服電機等設置，根據各零件的運動形態及彼此間的相對運動情況，運用運動（分析）命令進行機構運動仿真，通過選取齒輪齒頂圓上任意點作為特征點分析得到速度與時間、加速度與時間變化的關系結果，通過仿真分析顯示齒輪泵的速度與加速度基本恒定，呈線性變化，說明受到共振影響比較小，除此之外齒輪泵還可以根據連接形式、介質壓力和流量、負載，模擬分析徑向力不平衡、端面泄露及困油等現象。

4 齒輪泵用齒輪模態分析

通過三維實體建模技術對齒輪進行建模，但由于齒輪輪廓線屬于漸開線齒形，因此首先應用漸開線方程創建單個齒輪齒形面，再通過圓周陣列出所有齒面，啟用SolidWorks Simulation 插件對齒輪進行模態分析，定義新算例為頻率分析。

創建模態分析的單元類型為三維實體單元劃分網絡；在網絡劃分中采用了smart mesh方法，齒輪材料使用普通碳素鋼，彈性模量“EX”=2.1×105 MPa、泊松比“PRXY”=0.3、密度“Density”=7.8×10-9 t/mm3，對齒輪軸孔內表面進行約束，齒輪約束有限元模型如圖3所示，提取模態階數為5階，采用Lanczos算法開始計算。

查看分析結果，對各階模態振型進行動畫顯示如圖4所示，可以看出第一階模態齒輪做徑向齒輪沿徑向伸縮，端面出現多邊形振型，軸向基本無振動，頻率為84 210 Hz；第二階模態軸向的振動表現為收縮成傘狀振型傘形對折振動，頻率為91 031 Hz；第三階模態為軸向無振動，在端面上為圓周方向的圓周振動，頻率為93 036 Hz；第四階模態主要表現為軸向出現規則波浪振型，在端面上為規則多邊形的對折振型，頻率為97 135 Hz；第五階為軸向無振動，在各端面上表現為相對扭轉的振型，頻率為99 017 Hz，各階振動頻率與振型統計見表1。

5 齒輪固有頻率測試

通常測試齒輪固有頻率的方法有敲擊法和共振法兩種，此次試驗采用敲擊法[4，5]，具體測量方法為：將壓電式加速度傳感器貼到被測試齒輪端面一側，將所測齒輪用線性彈性非常小的細繩懸吊，敲擊齒輪的另一端，當傳感器感受到振動時，由傳感器的輸出端引出輸出電量，輸出到電荷放大器，而電荷放大器輸出的是與加速度呈一定比例的電壓信號。此信號在示波器上顯示的是電壓、頻率變化波形情況，將所測信號輸入數據分析軟件，進行頻譜分析處理可以得到所測齒輪振動模態參數（振型、頻率、阻尼等），測試系統如圖5，測試結果見表2。從表2可知，模擬分析結果和試驗測試結果基本吻合，說明利用SolidWorks Simulation模塊對齒輪進行動力學分析的結果基本正確。

6 小結

應用SolidWorks軟件可以方便、高效地建立齒輪泵的三維模型及虛擬裝配，并通過添加驅動裝置、運動副、約束自由度實現了齒輪泵的運動仿真，并對齒輪泵進行干涉檢測，提高了工作效率，降低了產品成本，為齒輪泵的設計提供了一種高效途徑。

通過SolidWorks Simulation仿真模塊對齒輪進行分析計算，得到齒輪的固有諧振頻率且利用動態顯示可以觀察齒輪的振型、變形、位移分布狀態，結果非常直觀，在齒輪傳動系統的設計中考慮齒輪固有頻率和振型，避免齒輪系統發生共振，影響傳動效率。

試驗測量結果表明，固有頻率只取決于振動系統本身的參數，敲擊力度的大小決定了振幅的大小，齒輪在不同振型的頻率有限元仿真結果與試驗測試結果基本一致。

參考文獻：

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[3] 張忠將.SolidWorks 2011機械設計完全實例教程[M].北京：機械工業出版社，2012.

篇9

關鍵詞：皺，縐，棉，綿，錦綸，尼龍，連鎖，聯鎖，渦輪，蝸輪，電動機，馬達

中圖分類號：N04；TS1　文獻標識碼：A　文章編號：1673―8578(2011)04―0042―03

自古以來，紡織業就一直伴隨著人類文明發展的整個過程。現在紡織品本身也早已超出了穿衣保暖、遮體御寒的基本功能，而拓展為服用紡織品、家用紡織品和產業用紡織品三大類別。服用紡織品正在向著充分體現功能性、環保性和藝術性的方向發展；隨著城鄉居民住房條件的不斷改善，特別是和諧社會理念的不斷倡導，家用紡織品消費需求不斷升級，保健化、園藝化、布藝化、風格化成為家用紡織品締造的主題；產業用紡織品也正以前所未有的勢頭在軍事、航空、生物醫藥、保健、信息、電子、汽車和運輸、建材、體育用品、環保、農業、海洋業等諸多領域中得到更廣泛的應用。與此同時，紡織行業的從業人員日益增加，對紡織知識的需求與日俱增，因此相關的教科書、培訓教材、生產技術類圖書及專業雜志等出版物也相應增多。

筆者在編輯加工書稿時，發現一些紡織名詞的使用存在錯誤和不規范的現象。在紡織類專業書稿中，常常把生產工藝和生產設備一起講，實踐性較強。但是，由于不同作者和編輯的知識面寬窄不一，對于一些名詞往往分不清楚。同時，又由于常用的工具書也沒有收錄這些相關的專業名詞，所以，就給人一種錯覺：《現代漢語詞典》(以下簡稱《現漢》)沒有收錄的就是錯誤的，以至于在書稿中出現一些不該出的錯誤。現列舉分析一些紡織類書稿中常用且易混淆的名詞，包括幾組《現漢》中未收錄的，但在行業中常用的專業名詞，希望能為同行提供一些幫助，以達到利于交流、正確理解紡織知識的目的。

1.皺、縐

從紡織材料學方面講，織物被搓揉擠壓時發生的塑性彎曲變形產生的折痕稱作皺，織物抵抗此類折皺的能力叫作抗皺性。在紡織品生產中，有時為了使織物達到一定的外觀效果，通常采用對織物進行煮練、漂白、烘干、染整等工藝手段，使平紋織物表面具有縱向均勻的皺紋，成為縐布(縐紗)。有時，也利用織物的原組織或變化組織為基礎組織，使織物表面具有錯綜浮沉、分散且規律不明顯的小顆粒外觀的縐組織。還有利用不同捻度、不同捻向的紗線配置，利用經緯紗線張力大小差異，利用不同原料在整理中的收縮性能差異產生縐效應。縐類織物具有較好的抗皺性。

有了上面的解釋，我們不難理解皺與縐的區別：皺是紡織品使用者不想要的結果，而縐是紡織品使用者想要的效果。包含這兩個字的常見名詞有起皺、皺紋、抗皺性、縐布、縐紗、縐組織、樹皮縐、縐紋呢、雙縐、花縐、緞背縐等。

2.棉、綿

棉指的是棉花、棉纖維；綿指的是天然絲纖維，《現漢》上第一個義項就是絲綿。棉紡工程就是原棉或一定長度的化學纖維和混合原料經機械加工成為紗線的工藝過程。棉紡工程的工藝過程有抓棉、開棉、混棉、梳棉等，其相應的設備有抓棉機、開棉機、混棉機、梳棉機等。絹紡工程就是把天然絲纖維加工成為紗線的工藝過程。絹紡工程分為三個階段：精練、制綿、紡紗，在后兩個階段才稱天然絲纖維為綿，如精干綿、開綿、切綿、梳綿、落綿、混綿、綿條等，其相應的設備有開綿機、切綿機、梳綿機、落綿機等。棉和綿都作為紡織材料，它們在紡織類書稿里碰面的機會較多，既要區別兩者在含義上的不同，又要區別兩者在字形上的不同。棉和綿的區別關鍵是：在涉及棉纖維、棉型化學纖維的加工流程、加工機械和產品(半成品、織物等)等時候都用棉；而在涉及天然絲纖維的加工流程、加工機械和產品(半成品、織物等)等時候都用綿。

3.尼龍、錦綸

尼龍學名為聚酰胺纖維，原為美國杜邦公司所注冊的商品名。錦綸是中國對聚酰胺類纖維的統稱_3j。一般聚酰胺纖維作為紡織纖維時稱錦綸，而用作其他工業材料時稱尼龍。在加工紡織類書稿時要注意根據不同內容，恰當地選擇詞語，如錦棉混紡、錦綸襪、錦綸帶、錦綸地毯絲、錦綸縫紉線、尼龍套、尼龍板、尼龍墊塊、尼龍滑輪、尼龍管等。

4.連鎖、聯鎖

連鎖，《現漢》這樣解釋：“一環扣一環，像鎖鏈似的，形容連續不斷，如連鎖反應、連鎖商店。”《現漢》沒有收錄聯鎖。《辭海》這樣解釋聯鎖：“一般指技術設備上的相互控制裝置。特指鐵路信號聯鎖設備。有電氣集中聯鎖、電鎖器聯鎖等多種型式。用以使道岔、信號機等相關設備之間建立相互制約的關系，協作動作，保證列車運行和調車工作的安全。”全國科學技術名詞審定委員會這樣定義聯鎖：使兩個或若干個機構互相制約而不能同時動作。

通過對比不難發現，聯鎖不同于連鎖：聯鎖用于電氣、機械設備控制保護裝置。現在聯鎖裝置也不僅用在列車上，基本上各行業的電氣、機械設備都會用到。如在紡織生產設備中，清梳聯系統由一組開清棉機聯合機(抓棉機、混棉機、除雜機等)和6～12臺梳棉機組合而成，以抓棉喂人為尾端、棉條輸出為始端，以始端向尾端的順序逐臺開車啟動。為保證產品質量和設備正常運行，設有聯鎖控制，保證突發故障和火險的及時預防和處理。在加工過程中，首先必須實現各機組之間的聯鎖控制，保證后方機臺對前方機臺喂棉不脫節、不跑空，提高單機的運轉效率，制出合格的棉條；其次各機組之間的聯鎖控制，可以實現安全防范、故障報警和處理等，保證生產的正確性、可靠性和安全性。

5.渦輪、蝸輪

《現漢》和《辭海》都沒有收錄渦輪一詞，只收錄了渦輪機等組合詞。全國科學技術名詞審定委員會這樣定義渦輪：將流動工質的能量轉換為機械功的葉輪機械；向工作機輸出機械能并使工作液體動量矩發生變化的葉輪。簡單點說，渦輪是有很多葉片的機械部件，其受到高速流體(水蒸氣、燃氣、水等)的沖擊，把熱能(或位能)轉化為動能，動能再轉化為機械能。渦輪一般用于發電設備、發動機等，常見詞語如渦輪機(用于水力發電設備等)、渦輪增壓(用于汽車發動機等)、渦輪螺旋槳發動機等。

《現漢》沒有收錄蝸輪或其組合詞。《辭海》這樣解釋蝸輪：能與蝸桿相嚙合的齒輪。全國科學技術名詞審定委員會這樣定義蝸輪：作為交錯軸齒輪副中的大齒輪，與配對蝸桿相嚙合的齒輪。從以上兩個定義可知，蝸輪是與蝸桿配合使用的齒輪，蝸輪和蝸桿一起組成一個機械傳動機構。

經過以上分析，不難發現渦輪和蝸輪最直觀的區別：從外觀來看，渦輪是葉輪，蝸輪是齒輪；從功能上講，渦輪主要用作驅動，蝸輪用作傳動，須與蝸桿配對使用。了解了兩者的區別，在編輯加工書稿時，只要注意上下文的意思表達，就不難作出正確的選擇。

6.電動機、馬達

《現漢》這樣解釋電動機：“把電能變為機械能

的機器，可分為直流電動機和交流電動機兩種。也叫馬達。”而《辭海》這樣解釋電動機：“俗稱‘馬達’。使電能轉化為機械能的電機。分同步電動機、異步電動機、交流換向電動機、直流電動機和其他特種電動機等。”《辭海》這樣解釋馬達：“英文motor的音譯，‘電動機’的俗稱。”全國科學技術名詞審定委員會這樣定義電動機：應用電磁感應原理運行的旋轉電磁機械。用于實現電能向機械能的轉換。運行時從電系統吸收電功率，向機械系統輸出機械功率。

根據以上解釋和定義，在一般的科技書稿中，把“馬達”二字改為“電動機”大多數情況下是對的。但是，當書稿出現液壓馬達、氣動馬達時，若不加區分，用慣性的思維將其改為電動機，筆者認為這是不妥當的。下面以液壓馬達為例，來說明某些情況下馬達不能用電動機隨意替換。

液壓馬達指在液壓傳動中，使負載產生旋轉運動的執行元件。當用管道從一個接口通入高壓液流，并將另一接口接通油箱時，其輸出軸便驅動負載轉動。一個完整的液壓傳動或控制系統通常都是由能源元件(液壓泵)、執行器(液壓缸、液壓馬達和擺動液壓馬達)、控制元件(各類液壓控閥)及輔助元件(油箱和管件等)四類液壓元件和工作介質所組成。如本寧格ZC型整經機就采用液壓傳動方式，通過電動機的拖動，液壓泵將電動機的機械能轉化為油液的壓力能，然后通過壓力油驅動液壓馬達轉動，再經過皮帶輪帶動經軸回轉。同時，雙聯液壓泵將高壓控制油供給液壓泵和液壓馬達，控制它們轉子的偏心距，通過改變排油量來改變液壓馬達的轉速。如果液壓系統收到停車請求的信號時，雙聯液壓泵立即控制液壓泵停止向液壓馬達供油，液壓馬達立即卸荷停轉。與此同時，液壓電磁換向閥控制內漲式制動油缸剎車，防止斷頭紗卷入經軸內，便于尋找斷頭。由此可見，電動機是將電能直接轉化為機械能的機器，而液壓馬達是指將液壓泵提供的液壓能轉變為機械能的能量轉換裝置。

另外，如氣壓馬達、齒輪馬達、葉片馬達、柱塞馬達、螺桿馬達、擺動液壓馬達等，這些裝置都不是將電能直接轉化為機械能的機器，那么這些名詞中的馬達，筆者認為也不宜改為電動機。同時不難發現，馬達不宜改為電動機時有一個特點，就是馬達前有限定詞。

科技名詞是科技交流的載體，科技名詞的混亂使用，會阻礙科學技術的順暢交流，會影響社會的和諧發展。在書稿加工過程中，要多積累專業知識，多查《現漢》《辭海》等工具書，有意識地使用全國科學技術名詞審定委員會公布的規范科技名詞，發現問題后與作者及時溝通，這樣才能盡量避免名詞使用中的錯誤或不規范的現象。

參考文獻

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[2]中國紡織大學絹紡教研室.絹紡學[M].北京：紡織工業出版社，1986

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[4]中國社會科學院語言研究所詞典編輯室.現代漢語詞典[Z].5版.北京：商務印書館，2008

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關鍵詞：法蘭盤 ANSYS 模態分析

圓盤類零件是在機械傳動中經常用到的零件，主要是用來傳遞一定的轉矩。在使用此零件過程中，要注意其中的振動，不然會使傳遞的轉矩損失，對機器造成一定的破壞。ANSYS軟件是由美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(Finite Element Analysis，FEA)軟件，已廣泛應用于機器、建筑物、船舶等，其動力學分析中的模態分析直接對零件振動特性做出數據，經過分析，會避免由扭轉變形等帶來的不利影響，防止零件的斷裂。用ANSYS對其作出分析，能夠防止機器由于振動等帶來的不利影響。

一、法蘭盤的建模

法蘭盤的材料為Q235A，密度7.8×103kg／m3，泊松比為0.3，彈性模量145GPa。利用Solidworks軟件對法蘭盤進行建模，保存格式為Parasolid（*.x_t）類型，并導入ANSYS環境中。Solidworks建模如圖1所示。

二、網格的劃分

網格劃分采用智能網格劃分，定義單元類型為二十節點三維單元SOLID186，網格的大小為5，節點數11915，單元數7335。如圖2所示。

三、模態分析

模態求解，采用Block Lanczos法，設置提取模態和擴展模態的數目為15，設置頻率范圍為0至100000，邊界約束條件為零位移約束。分析結果如圖3和圖4所示。

圖3為總的應力圖。從圖中可知，在動態過程中，此零件旋轉的應力變化不大，主要是在孔的邊緣處，顯示應力集中的現象。在應用此零件時，主要是用必要的措施，減小孔的邊緣部位應力集中，防止由于應力集中而發生斷裂的現象。

圖4為總的振型圖。從圖中可知位移變化量比較大的區域集中在孔的兩側，發生了彎曲振動。在平時應用時應該注意頻率的大小，避免長時間在該頻率下工作，否則會由于振動而引起破壞失效。

綜上所述，有限元與ANSYS的結合，實現了圓盤類零件的參數化，由此為改進零件運轉提供了依據。在劃分網格過程中，要注意要刪除圓角，不然會對ANSYS分析有誤差。圓盤類零件的應力和位移圖由外而內逐漸增大。在使用此圓盤的時候，應該由此推斷：使用此零件在某個頻率范圍內，振動位移量最小，防止由于振動而發生斷裂。

參考文獻：

［1］葉先磊，史亞杰.ANSYS工程分析軟件應用實例. 北京：清華大學出版社，2004.

［2］劉大維，嚴天一,等.半掛牽引車車架模態分析.中國制造業信息化，2006 (6) .