導(dǎo)語：如何才能寫好一篇機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

1.1《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》課程理論教學(xué)研究與改革

《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》課程理論教學(xué)體系的建設(shè)主要包括優(yōu)化課程內(nèi)容、制定課程教學(xué)大綱、編寫課程教案幾個方面。如前所述，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)課程教學(xué)需要克服“四個脫節(jié)”。因此在課程體系研究方面主要解決實(shí)現(xiàn)理論基礎(chǔ)教學(xué)和應(yīng)用能力培養(yǎng)相結(jié)合，以及課程內(nèi)容與技術(shù)發(fā)展相結(jié)合兩個問題。

（1）實(shí)現(xiàn)理論基礎(chǔ)教學(xué)和應(yīng)用能力培養(yǎng)相結(jié)合針對因該課程數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較多導(dǎo)致工科學(xué)生畏難情緒大，學(xué)習(xí)熱情不高等問題，在課程數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)等知識點(diǎn)方面，側(cè)重算法原理的講解而非算法過程的介紹；側(cè)重使學(xué)生掌握使用現(xiàn)有數(shù)學(xué)工具解決工程問題，而非自行編制算法程序求解數(shù)值問題。從而使學(xué)生從算法原理和理論基礎(chǔ)中跳出來，提升到知識的應(yīng)用的層次。

（2）課程內(nèi)容與技術(shù)發(fā)展相結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)問題已經(jīng)從求解小規(guī)模單一問題發(fā)展到求解大規(guī)模復(fù)雜性問題。因此優(yōu)化方法也從經(jīng)典的優(yōu)化方法發(fā)展到多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化、智能優(yōu)化方法、基于仿真的優(yōu)化等領(lǐng)域。因此課程內(nèi)容應(yīng)和技術(shù)發(fā)展相結(jié)合，適當(dāng)引入先進(jìn)優(yōu)化方法的介紹。為學(xué)生從解決簡單數(shù)值問題過渡到今后解決復(fù)雜工程問題提供知識儲備。適應(yīng)“卓越計(jì)劃”提出的培養(yǎng)學(xué)生工程能力的要求。

1.2《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)課程體系的建設(shè)

《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)課程體系的建設(shè)主要包括實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置、制定實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱、編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書幾個方面。實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)的主要目的是使實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置與工程問題相結(jié)合，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與工程實(shí)踐所需的綜合性知識應(yīng)用相適應(yīng)。

（1）首先在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置時，根據(jù)“卓越計(jì)劃”的要求，以培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和知識的綜合運(yùn)用能力為目標(biāo)。通過建立知識-能力-實(shí)驗(yàn)內(nèi)容關(guān)系矩陣。將各個知識點(diǎn)的能力培養(yǎng)落實(shí)到各個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目環(huán)節(jié)。并且實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置突出和其他相關(guān)課程內(nèi)容、工程問題相結(jié)合。避免知識點(diǎn)與工程應(yīng)用脫節(jié)，從而達(dá)到工程技術(shù)人才的具備知識的綜合運(yùn)用能力的培養(yǎng)要求。

（2）其次在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置時，對不同類型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，優(yōu)化其實(shí)驗(yàn)方法及其目的。主要改革體系現(xiàn)在以下三個方面：算法原理類實(shí)驗(yàn)，避免要求學(xué)生采用通用語言編寫成熟優(yōu)化算法的實(shí)驗(yàn)。而采用數(shù)值計(jì)算軟件驗(yàn)證，并要求主要對比分析不同算法的求解過程的特點(diǎn)。工程問題類實(shí)驗(yàn)。側(cè)重于工程優(yōu)化問題數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建，如何選擇合適的優(yōu)化方法求解。綜合類實(shí)驗(yàn)，和考核環(huán)節(jié)的課程project相結(jié)合，采取開放式的實(shí)驗(yàn)方式。側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生對知識的綜合運(yùn)用能力、工程素質(zhì)和合作意識。

1.3《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》教學(xué)方法研究

教學(xué)方法有多種，不同的方法有不同的特點(diǎn)和其適應(yīng)性。本項(xiàng)目研究的一個重要內(nèi)容之一是擬比較幾種方法的特點(diǎn)，將其融入到不同實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中。

（1）對于基礎(chǔ)理論的介紹，以板書教學(xué)為主，多媒體教學(xué)為輔。這樣有利于學(xué)生理解理論基礎(chǔ)，克服學(xué)生對數(shù)學(xué)推導(dǎo)的畏懼心理。

（2）對于各種算法的介紹，在簡單介紹其原理的基礎(chǔ)上，采用對比教學(xué)的方法，側(cè)重于各種算法特點(diǎn)和適用性的比較。并應(yīng)用結(jié)合成熟的數(shù)值計(jì)算軟件，采取現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法進(jìn)行講解。

（3）在考核形式方面。除日常的考核和實(shí)驗(yàn)成績考核以外，結(jié)合課程項(xiàng)目教學(xué)的方法，讓學(xué)生以組為單位完成一個自選的項(xiàng)目（Project），并以組為單位做一個展示（Presentation）。一方面鍛煉學(xué)生運(yùn)用知識綜合解決問題的能力，另一方面培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和工程素質(zhì)。

2改革特色及成效

“卓越計(jì)劃”強(qiáng)調(diào)學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。因此結(jié)合“卓越計(jì)劃”的實(shí)施契機(jī)，在對課程建設(shè)中存在的問題進(jìn)行系統(tǒng)深入地分析的基礎(chǔ)上，經(jīng)過不斷的教學(xué)研究與實(shí)踐，我校《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)已初步形成了特色。并取得了一定的成效。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）在理論教學(xué)建設(shè)方面實(shí)現(xiàn)理論基礎(chǔ)教學(xué)和應(yīng)用能力培養(yǎng)相結(jié)合；課程內(nèi)容與技術(shù)發(fā)展相結(jié)合。從而使學(xué)生從算法原理和理論基礎(chǔ)中跳出來，提升到知識的應(yīng)用的層次。適應(yīng)“卓越計(jì)劃”提出的培養(yǎng)學(xué)生工程能力的要求。

（2）在實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)方面根據(jù)“卓越計(jì)劃”的要求，以培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和知識的綜合運(yùn)用能力為目標(biāo)。通過建立知識-能力-實(shí)驗(yàn)內(nèi)容關(guān)系矩陣。將各個知識點(diǎn)的能力培養(yǎng)落實(shí)到各個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目環(huán)節(jié)。并針對不同類型實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化其實(shí)驗(yàn)方法。

篇2

關(guān)鍵詞：超大型平頭塔式起重機(jī)；平衡臂；優(yōu)化設(shè)計(jì)；有限元

中圖分類號：TH2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract：Taking the counterjib of T3000160 super large flattop tower crane as the research object，the structure is optimized. Firstly，the finite element simulation model of the counterjib is established. Then，the APDL algorithm language and parametric technique in Ansys are used to parameterize the design dimensions of the counterjib structure. Through the structural optimization，the optimal crosssectional dimension of the main structure of the counterjib is obtained，The results show that the overall strength and rigidity of the counterjib meet the design requirements，and the parametric design can improve the design quality of the construction machinery.

Key words：super large flattop tower crane，counterjib，optimized design，finite element

1引言

S著有限元技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在塔式起重機(jī)關(guān)鍵組成部件的優(yōu)化分析設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及有限元分析技術(shù)的引進(jìn)使用，使得塔機(jī)產(chǎn)品使用起來更加安全和高效。超大型平頭塔式起重機(jī)作為塔機(jī)發(fā)展的方向，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工況多樣，僅僅對其進(jìn)行整體的綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)是不夠的，更應(yīng)該關(guān)注其細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，關(guān)注計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

本論文選取T3000160超大型平頭塔式起重機(jī)作為研究對象，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)對平衡臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模分析，使用APDL算法完成平衡臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到降本增效的目的。

2Ansys有限元分析優(yōu)化設(shè)計(jì)的有關(guān)概念121設(shè)計(jì)變量設(shè)計(jì)方案完成后，其中的設(shè)計(jì)元素可以用一組基本參數(shù)數(shù)值來表示，這一組參數(shù)數(shù)值就是所謂的設(shè)計(jì)變量。

22目標(biāo)函數(shù)

在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以利用一些設(shè)計(jì)指標(biāo)衡量一項(xiàng)設(shè)計(jì)方案的好壞，通過把設(shè)計(jì)指標(biāo)參數(shù)化得到相關(guān)函數(shù)來表示這些指標(biāo)，這些相關(guān)函數(shù)即是優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)。

計(jì)算技術(shù)與自動化2017年6月第36卷第2期郭紀(jì)斌等：基于Ansys的超大型平頭塔式起重機(jī)平衡臂優(yōu)化設(shè)計(jì)23約束性條件

所謂約束性條件是在對與目標(biāo)函數(shù)相關(guān)的設(shè)計(jì)變量進(jìn)行取值時加入的限制性條件。約束類型按照目標(biāo)函數(shù)中設(shè)計(jì)變量的不同性質(zhì)可分為邊界性約束和性能性約束。

24合理性設(shè)計(jì)

所謂合理性設(shè)計(jì)是指滿足設(shè)計(jì)方案所有給定約束條件（包括設(shè)計(jì)變量的約束和狀態(tài)變量的約束）的設(shè)計(jì)。倘若給定約束條件中的任一條未滿足，該設(shè)計(jì)就被認(rèn)為是不合理的。而最優(yōu)設(shè)計(jì)就是既能滿足所有約束條件同時目標(biāo)函數(shù)值又是最小的設(shè)計(jì)。

3超大型平頭塔機(jī)平衡臂優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟

在Ansys軟件中可以用兩種方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)：圖形交互式或者數(shù)據(jù)批處理來完成。在本論文中，選用數(shù)據(jù)批處理方式來進(jìn)行平衡臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期提高優(yōu)化設(shè)計(jì)效率。

由于用戶采用優(yōu)化方式的差異（批處理或GUI方式），Ansys優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟會有些許差別。本論文中平衡臂優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟如下：

31分析文件的生成1311參數(shù)化建立模型通過Ansys軟件/PREP7命令把設(shè)計(jì)方案中的設(shè)計(jì)變量參數(shù)化建立數(shù)據(jù)模型的工作完成。對于本論文選定的T3000160超大型平頭塔式起重機(jī)平衡臂，設(shè)計(jì)變量是拉桿和臂架弦桿的尺寸，如表1所示。

表1設(shè)計(jì)變量

設(shè)計(jì)變量1初值（mm）1變量含義X112001平衡臂下弦桿角鋼L200X36的截面長度X21361平衡臂下弦桿角鋼L200X36的截面長度X31651平衡臂拉桿圓鋼Φ130的半徑

312計(jì)算求解

Ansys中的求解器主要是對分析類型和分析選項(xiàng)在優(yōu)化過程中進(jìn)行定義，并完成載荷的施加，及對載荷步的指定，最后進(jìn)行有限元分析計(jì)算，同時在分析過程中需要的數(shù)據(jù)都要在計(jì)算求解過程中指出。

在本論文平衡臂的優(yōu)化分析中，solution 部分輸入如下：

/SOLU

PREP7，

…

BEAM，P21X，5，PRES，-0.2c-5，…

Acc1，0，10000，0，

AUTO CP，0，0.65*2，

SOLVE，

FINISH。

313提取參數(shù)化分析結(jié)果

對分析結(jié)果進(jìn)行提取并給相應(yīng)的參數(shù)賦值，這些參數(shù)通常情況下包括目標(biāo)函數(shù)和狀態(tài)變量。完成本步操作使用POST1命令，尤其是與數(shù)據(jù)的存儲、加減或者其他操作相關(guān)時，而對數(shù)據(jù)的提取通常用*GET命令（Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data）來完成。

在本論文研究中，設(shè)置平衡臂總重量為目標(biāo)函數(shù)。因?yàn)橹亓亢腕w積成比例關(guān)系，對產(chǎn)品總體積的減小就相當(dāng)于總重量的減少，因此把總體積設(shè)計(jì)為目標(biāo)函數(shù)。在優(yōu)化研究中，把軸向應(yīng)力、節(jié)點(diǎn)位移設(shè)置為狀態(tài)變量。這些參數(shù)的設(shè)定可以用下面的方法進(jìn)行定義：

/POST1

ETABLE，evolume，VOLU，

QR SSUM

*GET，VOLUME，SSUM，DEFORMED，EVOLUME

…

QR，SMAX_E，LS，0，1

CP，ETAB，SMAX_E，0，1，

*GET，SMAX_E，SORT，MAX

…

*GETT，DYMAX1，NODE，1528，Z，Y

…

32對計(jì)算結(jié)果優(yōu)化分析

建立完成分析文件之后，就可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化分析。在優(yōu)化處理器中，這些相關(guān)參數(shù)的值被假定為一個設(shè)計(jì)序列，所有參數(shù)會在Ansys數(shù)據(jù)庫中被自動設(shè)置為設(shè)計(jì)序列1。

4超大型平頭塔機(jī)平衡臂優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果

通過10次迭代計(jì)算完成對模型參數(shù)的優(yōu)化，目標(biāo)函數(shù)與設(shè)計(jì)變量的變化如圖1―圖3所示。

圖1設(shè)計(jì)變量X1優(yōu)化示意圖圖2設(shè)計(jì)變量X2優(yōu)化示意圖圖3設(shè)計(jì)變量X3優(yōu)化示意圖通過上面的優(yōu)化示意圖可以看出，三個設(shè)計(jì)變量都是平衡臂主結(jié)構(gòu)件的截面尺寸，經(jīng)過優(yōu)化計(jì)算，截面尺寸都得以減小，而與其相關(guān)的目標(biāo)函數(shù)（平衡臂總體積）有總體減小的趨勢。

在優(yōu)化計(jì)算時不僅要減少平衡臂體積，同時其結(jié)構(gòu)對強(qiáng)度和剛度的設(shè)計(jì)要求也要滿足，所以本研究增設(shè)狀態(tài)變量1（平衡臂端部位移）和狀態(tài)變量2（截面危險節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力值）為研究對象，其優(yōu)化過程如圖4―圖5所示。

圖4狀態(tài)變量1優(yōu)化示意圖圖5狀態(tài)變量2優(yōu)化示意圖從兩個狀態(tài)變量的優(yōu)化過程可以看出，在經(jīng)過多次迭代優(yōu)化后各狀態(tài)變量值變量均在設(shè)定值范圍內(nèi)變化，變化非常小。

目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解在Ansys優(yōu)化設(shè)計(jì)過程可以自動選出，在本論文中得出的最優(yōu)解見表2。

由優(yōu)化計(jì)算結(jié)果可以看出，平衡臂總質(zhì)量由18.87噸優(yōu)化到了17.13噸，p少了1.74噸，減重百分比為9.22%。與初始設(shè)計(jì)方案相對比，優(yōu)化后主體結(jié)構(gòu)件截面尺寸減小，從而降低了平衡臂總質(zhì)量，達(dá)到了減輕平衡臂總重量的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)。通過對優(yōu)化模型有限元分析結(jié)果的檢查，其結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度均符合設(shè)計(jì)要求，如表2所示。

本論文選用Ansys一階優(yōu)化方法對以平衡臂總質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)的方案進(jìn)行計(jì)算優(yōu)化，優(yōu)化后平衡臂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度剛度均在設(shè)計(jì)允許值范圍內(nèi)。通過定義主要結(jié)構(gòu)件尺寸的優(yōu)化，平衡臂總重量減少1.74噸，降幅9.22%。

5結(jié)論

本論文以T3000160超大型平頭塔式起重機(jī)平衡臂的優(yōu)化設(shè)計(jì)為研究對象，采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法，使用主流有限元分析軟件Ansys完成對平衡臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析，其過程主要如下。

（1）建立T3000160塔機(jī)平衡臂有限元分析模型，選用BEAM188，MASS21等作為模型分析單元，確保有限元模型結(jié)構(gòu)、重量等參數(shù)的設(shè)置符合實(shí)際情況。

（2）各項(xiàng)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)方案要求。通過優(yōu)化分析，得到平衡臂主體結(jié)構(gòu)件的最優(yōu)截面尺寸，同時有限元分析結(jié)果表明整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度滿足設(shè)計(jì)方案需求。

（3）本論文選取T3000160超大型平頭塔式起重機(jī)的平衡臂進(jìn)行有限元分析優(yōu)化設(shè)計(jì)，為超大型平頭塔式起重機(jī)平衡臂及其他相關(guān)部件結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析和設(shè)計(jì)提供一個理論性的支撐，同時提高工程機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期，促進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)法在起重機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

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篇3

【摘要】減速器是各類機(jī)械設(shè)備中廣泛應(yīng)用的傳動裝置。減速器設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響機(jī)械設(shè)備的傳動性能。本文通過對兩種減速器主要優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的分析，提出了減速器設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的約束條件、目標(biāo)函數(shù)和變量等。

【關(guān)鍵詞】減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的減速器設(shè)計(jì)一般通過反復(fù)的試湊、校核確定設(shè)計(jì)方案，雖然也能獲得滿足給定條件的設(shè)計(jì)效果，但一般不是最佳的。為了使減速器發(fā)揮最佳性能，必須對減速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以在不同的優(yōu)化目標(biāo)下進(jìn)行。除了一些極為特殊的場合外，通常可以分為從結(jié)構(gòu)形式上追求最小的體積(重量)、從使用性能方面追求最大的承載能力、從經(jīng)濟(jì)效益角度考慮追求最低費(fèi)用等三大類目標(biāo)。第一類目標(biāo)與第二類目標(biāo)體現(xiàn)著減速器設(shè)計(jì)中的一對矛盾，即體積(重量)與承載能力的矛盾。在一定體積下，減速器的承載能力是有限的；在承載能力一定時，減速器體積(重量)的減小是有限的。由此看來，這兩類目標(biāo)所體現(xiàn)的本質(zhì)是一樣的。只是前一類把一定的承載能力作為設(shè)計(jì)條件，把體積(重量)作為優(yōu)化目標(biāo)；后一類反之，把一定的體積(重量)作為設(shè)計(jì)條件，把承載能力作為優(yōu)化目標(biāo)。第三類目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，將涉及相當(dāng)多的因素，除減速器設(shè)計(jì)方案的合理性外，還取決于企業(yè)的勞動組織、管理水平、設(shè)備構(gòu)成、人員素質(zhì)和材料價格等因素。但對于設(shè)計(jì)人員而言，該目標(biāo)最終還是歸結(jié)為第一類或第二類目標(biāo)，即減小減速器的體積或增大其承載能力。

一、單級圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

單級主減速器可由一對圓錐齒輪、一對圓柱齒輪或由蝸輪蝸桿組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、成本低、使用簡單等優(yōu)點(diǎn)。但是其主傳動比i0不能太大，一般i0≤7，進(jìn)一步提高i0將增大從動齒輪直徑，從而減小離地間隙，且使從動齒輪熱處理困難。單級主減速器廣泛應(yīng)用于轎車和輕、中型貨車的驅(qū)動橋中。單級圓柱齒輪減速器以體積最小為優(yōu)化目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，是一個具有16個不等式約束的6維優(yōu)化問題，其數(shù)學(xué)模型可簡記為：

minf(x)x=[x1x2x3x4x5x6]T∈R6

S.t.gj(x)≤0(j=1，2，3∧，16)

采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法后，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，減速器的尺寸大大地降低，減少了用材及成本，提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。優(yōu)化設(shè)計(jì)法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)密切相關(guān)，優(yōu)化設(shè)計(jì)是以傳統(tǒng)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，沿用了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中積累的大量資料，同時考慮了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)所涉及的有關(guān)因素。優(yōu)化設(shè)計(jì)雖然彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的某些不足，但該設(shè)計(jì)法仍有其局限性，因此可在優(yōu)化設(shè)計(jì)中引入可靠性技術(shù)、模糊技術(shù)，形成可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)或模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)法，使工程設(shè)計(jì)技術(shù)由“硬”向“軟”發(fā)展。

二、混凝土攪拌運(yùn)輸車減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.主要參數(shù)

混凝土攪拌運(yùn)輸車攪拌筒(罐)的設(shè)計(jì)容積為8～10m3，最大安裝角度12°，工作轉(zhuǎn)速2～4r/min和10～12r/min(卸料時的反向轉(zhuǎn)速)；減速器設(shè)計(jì)傳動比131∶1，最大輸出轉(zhuǎn)矩60kN·m，要求傳動效率高、密封性好、噪聲低、互換性強(qiáng)。2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括前蓋組件、被動輪組件、第一級行星輪總成、第二級行星輪總成、機(jī)體中部組件和法蘭盤組件6大部分。機(jī)體間采用螺栓和銷釘連接與定位，機(jī)體與內(nèi)齒圈之間采用彈性套銷的均載機(jī)構(gòu)。為便于用戶在使用時裝配與拆卸，減速器主軸線與安裝面設(shè)計(jì)有15°的傾角，法蘭盤軸線可以向X、Y和Z方向擺動±6°，并選用專用球面軸承作為支承。軸承裝入行星輪中，彈簧擋圈裝在軸承外側(cè)且軸向間隙≤0.2mm，減速器最大外形尺寸467mm×460mm×530mm，總質(zhì)量(不含油)為290kg。

2.傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該減速器采用3級減速方案：第一級為高速圓柱齒輪傳動，其余兩級為NGW型行星齒輪傳動。其中，第二、三級分別有3個和4個中空式行星輪，行星輪安裝在單臂式行星架上，行星架浮動且采用滾動軸承作為支承；第二級行星架與法蘭盤之間采用鼓形齒雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器連接，混凝土攪拌運(yùn)輸車減速器對齒面接觸疲勞強(qiáng)度、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面磨損等要求十分苛刻，因此合理地選擇變位系數(shù)和進(jìn)行修形計(jì)算十分重要。

三、減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型

1.目標(biāo)函數(shù)

對于C型問題，目標(biāo)函數(shù)是A=min{f(x)}=min{f(x1，x2，…，xn)}式中：A——減速器總中心距，即各級中心距之和；x——各設(shè)計(jì)變量(包括各級中心距、模數(shù)、螺旋角、齒數(shù)、齒寬和變位系數(shù)等)；n——設(shè)計(jì)變量的個數(shù)。對于P型問題，目標(biāo)函數(shù)是P=max{f(x)}=max{f(x1，x2，…，xn)}。式中：P——減速器的許可承載功率；x——同C型；n——同C型。

2.約束條件

約束條件是判斷目標(biāo)函數(shù)中設(shè)計(jì)變量的取值是否可行的一些規(guī)定，因此減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中提出的每一個供選擇的設(shè)計(jì)方案；都應(yīng)當(dāng)由滿足全部約束條件的優(yōu)化變量所構(gòu)成。對于減速器來說，在列出優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件時，應(yīng)當(dāng)從各個方面細(xì)致周全的予以考慮。例如，設(shè)計(jì)變量本身的取值規(guī)則，齒輪與其它零件之間應(yīng)有的關(guān)系等等。減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下約束條件：

（1）設(shè)計(jì)變量取值的離散性約束

齒數(shù)：每個齒輪的齒數(shù)應(yīng)當(dāng)是整數(shù)；模數(shù)：齒輪模數(shù)應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列(GB1357-78)；中心距：為避免制造和維護(hù)中的各種麻煩，中心距以10mm為單位步長。

（2）設(shè)計(jì)變量取值的上下界約束

螺旋角：對直齒輪為零，斜齒輪按工程上的使用范圍取8°~15°；總變位系數(shù)：由于總變位系數(shù)將影響齒輪的承載能力，常取為0~0.8。

（3）齒輪的強(qiáng)度約束

齒輪強(qiáng)度約束是指齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度與輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度，這兩項(xiàng)計(jì)算根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB3480-83中的方法進(jìn)行。強(qiáng)度是否夠，根據(jù)實(shí)際安全系數(shù)是否達(dá)到或超出預(yù)定的安全系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。

（4）齒輪的根切約束

為避免發(fā)生根切，規(guī)定最小齒數(shù)，直齒輪為17，斜齒輪為14~16。

（5）零件的干涉約束

要求中心距、齒頂圓和軸徑這三者之間滿足無干涉的幾何關(guān)系。對于三級傳動的減速器(如圖1)，干涉約束相當(dāng)于兩個約束：第二級中心距應(yīng)大于第一級大齒輪齒頂圓半徑與第三級小齒輪頂圓半徑之和；第三級中心距應(yīng)大于第二級大齒輪頂圓半徑與第4軸半徑之和。而二級齒輪傳動類推。

篇4

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目教學(xué)法；計(jì)算機(jī)仿真；創(chuàng)新；實(shí)踐

一、前言

研究生教學(xué)有其突出的特點(diǎn)，他們中多數(shù)人理論基礎(chǔ)扎實(shí)，獲取書本知識能力強(qiáng)。但同時也存在創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力不足、工程應(yīng)用背景不夠的缺點(diǎn)。本人通過十多年研究生教學(xué)的實(shí)踐，結(jié)合本學(xué)院研究生專業(yè)方向、課程內(nèi)容針對性強(qiáng)等特點(diǎn)，對如何在研究生教學(xué)改革中突出培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與工程應(yīng)用能力等問題進(jìn)行了一些改革創(chuàng)新。

二、課程定位及課程特點(diǎn)

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，科學(xué)研究的深入與計(jì)算機(jī)軟、硬件的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已成為分析、綜合各類系統(tǒng)，特別是大系統(tǒng)的一種有效研究方法和有力的研究工具，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各技術(shù)領(lǐng)域、各學(xué)科內(nèi)容和各工程部門。仿真技術(shù)已經(jīng)在國防軍事、國民經(jīng)濟(jì)、社會生活的眾多領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，國內(nèi)外眾多學(xué)者認(rèn)為，仿真技術(shù)“正在成為與理論、實(shí)驗(yàn)并列的第三種認(rèn)識和改造客觀世界以及科學(xué)研究的手段”，因此仿真技術(shù)被認(rèn)為是“使能”技術(shù)。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是仿真科學(xué)與技術(shù)涉及到的有關(guān)具體仿真技術(shù)中最為基礎(chǔ)的部分，具有綜合性、多學(xué)科交叉等特點(diǎn)。為了拓寬機(jī)械工程專業(yè)基礎(chǔ)，提高培養(yǎng)對象的整體素質(zhì)，更好地適應(yīng)社會對機(jī)械工程專業(yè)人才的需求，高校工科專業(yè)的研究生應(yīng)掌握一定的計(jì)算機(jī)仿真知識與技能。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程是我校機(jī)械工程學(xué)院面向所有研究生各專業(yè)方向的研究生開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，考慮專業(yè)應(yīng)用需求并結(jié)合教學(xué)實(shí)踐情況，課程目的是通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)方面的基本理論，基本知識和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，為今后分析、綜合各類工程系統(tǒng)或非工程系統(tǒng)提供一種有力的工具，以便能靈活應(yīng)用所學(xué)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為本專業(yè)工作服務(wù)。一方面，基于仿真技術(shù)課程的內(nèi)容方法較多，實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)；另一方面，授課對象專業(yè)方向較多、授課學(xué)時有限等特點(diǎn)，如何解決在有限的教學(xué)課時內(nèi)講授內(nèi)容繁多的仿真內(nèi)容、對計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程進(jìn)行教學(xué)方法和手段的改革探索和實(shí)踐，以達(dá)到計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)教學(xué)目標(biāo)。

三、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置和教學(xué)方法的選擇

課程開設(shè)初期，由于只是機(jī)械電子工程專業(yè)方向的同學(xué)選修，所以所講內(nèi)容基本針對該專業(yè)方向進(jìn)行設(shè)置。隨著選修人數(shù)的不斷增加，以及選修學(xué)生所屬專業(yè)方向的擴(kuò)大，專業(yè)方向包括：機(jī)械制造及其自動化、機(jī)械電子工程、機(jī)械設(shè)計(jì)及理論、車輛工程、機(jī)械工程（專業(yè)學(xué)位）等，基本涵蓋了機(jī)械工程學(xué)院的所有專業(yè)方向。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程涉及多個交叉學(xué)科，緊密相關(guān)的課程包括數(shù)值計(jì)算方法、計(jì)算機(jī)編程、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、高等數(shù)學(xué)、自動控制原理、現(xiàn)代控制理論、優(yōu)化設(shè)計(jì)等課程。如何講出本課程的特點(diǎn)，并充分結(jié)合相關(guān)課程內(nèi)容，必須在教學(xué)內(nèi)容的選排上下功夫。項(xiàng)目教學(xué)法是一種以任務(wù)驅(qū)動、以項(xiàng)目為基本教學(xué)單元，將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)融合在一起，強(qiáng)調(diào)綜合能力的培養(yǎng)在研究生教育中的重要性，突出學(xué)生在整個教學(xué)過程中的主體地位。因此，為了滿足各個專業(yè)方向?qū)W生的要求，使他們能夠掌握一門工程分析技術(shù)，為后續(xù)的學(xué)術(shù)論文和碩士學(xué)位論文的撰寫提供計(jì)算、分析和仿真手段，本人在講授該門課程的過程中，逐年對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)考核方法等不斷進(jìn)行調(diào)整和完善。1.采取項(xiàng)目專題方式進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的講授，調(diào)整授課內(nèi)容，采用專題教學(xué)方法使課程主題內(nèi)容分明，有利于將仿真方法講深、講透。2.擴(kuò)展所授課程內(nèi)容涵蓋的范圍，包括數(shù)值計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)、圖形可視化、控制系統(tǒng)特性仿真、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及與外部軟件的接口等內(nèi)容，以滿足各專業(yè)方向?qū)W生的需求。3.增加與課程相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)本來是實(shí)踐性很強(qiáng)的綜合性技術(shù)，仿真技術(shù)本身是在對控制系統(tǒng)分析的過程中不斷完善和發(fā)展起來的。因此并結(jié)合各個專業(yè)研究生的不同研究方向，靈活設(shè)計(jì)若干個專題實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生學(xué)以致用，培養(yǎng)學(xué)生將該門課程應(yīng)用于實(shí)際工程的能力。4.采用多個工程應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行教學(xué)，從系統(tǒng)應(yīng)用、數(shù)學(xué)建模、仿真建模、模型求解以及特性分析等，使學(xué)生從生產(chǎn)實(shí)際認(rèn)知的研究對象，提升到理論高度的學(xué)習(xí)，應(yīng)用所學(xué)的各科理論知識和技術(shù)手段，進(jìn)行數(shù)學(xué)建模、仿真建模的建立，并對模型求解以及特性進(jìn)行分析，獲得直觀結(jié)果，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，最終解決實(shí)際工程問題，培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)例問題的能力。5.結(jié)合學(xué)科前沿，進(jìn)行課堂討論。研究生在初步掌握了對系統(tǒng)的模型、仿真算法設(shè)計(jì)、仿真及結(jié)果分析這一流程后，為強(qiáng)化計(jì)算機(jī)仿真在實(shí)際工程的應(yīng)用概念，在此基礎(chǔ)上，以項(xiàng)目形式，開展課程學(xué)科前沿以及將該門課程與現(xiàn)代技術(shù)融合等專題討論。6.增加實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)研究生工程實(shí)際應(yīng)用能力。利用各種平臺，擴(kuò)充計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)資料，提供最新的仿真案例，結(jié)合教學(xué)團(tuán)隊(duì)的科研課題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，培養(yǎng)研究生工程實(shí)際應(yīng)用能力。

四、項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)效果

基于項(xiàng)目教學(xué)法計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程的教學(xué)方法改革與實(shí)踐，滿足機(jī)械工程學(xué)院各個專業(yè)方向研究生的需求，教學(xué)方法和手段的完善，使研究生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力等得到了進(jìn)一步的提高。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)作為工科研究生的必備研究手段和技術(shù)，使學(xué)生掌握一門工程分析技術(shù)，為后續(xù)的課題研究、學(xué)術(shù)論文和學(xué)位論文的撰寫提供計(jì)算、分析和仿真手段。近五年的每年30—40人研究生選課，工程碩士每年20人左右選課，課程得到了各專業(yè)方向研究生的普遍認(rèn)同。本人指導(dǎo)的研究生，發(fā)表與該課程相關(guān)的學(xué)術(shù)論文近20篇，撰寫的碩士論文均用到計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。

五、結(jié)束語

篇5

早期工作主要針對大批量生產(chǎn)自動線和各類專用機(jī)床。70年代，在我國首次自行研制出立式和臥式加工中心。80年代，開始將信息技術(shù)引入傳統(tǒng)的制造業(yè)并成為國內(nèi)最重要的研究力量。在CAD/CAM、柔性自動化、精密加工以及數(shù)控方面開始艱苦的創(chuàng)業(yè)。90年代，本學(xué)科在制造業(yè)信息化、激光加工自動化、大型醫(yī)療裝備方面的研究富有成效，尤其是在數(shù)控技術(shù)和制造業(yè)信息化方面取得了突破性進(jìn)展，今天已形成相當(dāng)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，總產(chǎn)值已超過5億元，在數(shù)控和CAM/CAM/CAPP方面當(dāng)屬中國高校之最。進(jìn)入21世紀(jì)后，本學(xué)科在數(shù)字制造、電子制造、微納制造、工業(yè)工程等交叉學(xué)科領(lǐng)域開展了諸多具有創(chuàng)新性的研究工作，并成為國內(nèi)在相關(guān)研究領(lǐng)域的排頭兵。

目前，本學(xué)科已經(jīng)形成了具有活力的學(xué)科方向及實(shí)力強(qiáng)且結(jié)構(gòu)合理的學(xué)術(shù)隊(duì)伍，建立了高水平的教學(xué)、科研基礎(chǔ)平臺，形成了學(xué)、研、產(chǎn)協(xié)調(diào)發(fā)展的態(tài)勢，主要研究方向及其特色與前景如下：

1．?dāng)?shù)控技術(shù)與系統(tǒng)

此方向的研究與開發(fā)在國內(nèi)處于水平，研究成果已轉(zhuǎn)化成有相當(dāng)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，年產(chǎn)值超過5億元。現(xiàn)正在開發(fā)研究新一代的智能的、網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)控系統(tǒng)。

2．先進(jìn)裝備及其技術(shù)

結(jié)合國家支柱產(chǎn)業(yè)、國防、醫(yī)療等行業(yè)對關(guān)鍵裝備的需求，研制實(shí)用高水平裝備；參與企業(yè)重大關(guān)鍵裝備或重型機(jī)床的數(shù)控化改造；研制數(shù)值化基礎(chǔ)部件、先進(jìn)功能部件及新型數(shù)字化裝備。

3．制造業(yè)信息化技術(shù)

此方向的研究與開發(fā)在國內(nèi)處于前列，在CAD/CAM/CAPP方面的研究工作已形成較大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，其中CAD和CAPP所占國內(nèi)市場超過70％。在數(shù)字化樣機(jī)、虛擬設(shè)計(jì)、多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面的研究處于國內(nèi)水平。

4．?dāng)?shù)字化制造

面向能源、運(yùn)載、國防等領(lǐng)域的重大需求，在數(shù)字制造基礎(chǔ)理論研究方面國內(nèi)并具有較大的國際影響，承擔(dān)了以我校為首席的973項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金重大、重點(diǎn)項(xiàng)目，研究工作具有國內(nèi)水平。

5．現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法

以設(shè)計(jì)為主線，以機(jī)械、汽車等為載體，在機(jī)電系統(tǒng)動力學(xué)、動態(tài)、熱態(tài)設(shè)計(jì)理論與方法、智能設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、振動噪聲及其控制、系統(tǒng)動力學(xué)與性能仿真、NVH分析與控制、測試與主動控制技術(shù)方面的研究具有特色。

6．液壓氣動技術(shù)

緊密結(jié)合國防需求，開展海、淡水液壓系統(tǒng)及其元件的研發(fā)及電液比例、伺服系統(tǒng)與控制技術(shù)的研究；以FESTO氣動中心為基地，開展氣動伺服技術(shù)的基礎(chǔ)理論、新型氣動元件、電液/電-氣伺服技術(shù)的研究。作為非國防口院校，此方向持續(xù)得到軍方重大項(xiàng)目及基地建設(shè)的支持。

7．測試技術(shù)與無損檢測

開展測量原理、實(shí)用儀器和自動檢測裝備以及評定理論與方法的研究；組建了教育部制造技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)研究中心，開展GPS標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量基礎(chǔ)理論與技術(shù)的研究；針對輸油、儲油及大型工程中安檢的需求，開展數(shù)字化無損檢測的理論研究和實(shí)用裝備開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)、研、產(chǎn)良性循環(huán)發(fā)展。

本學(xué)科較之國內(nèi)同類學(xué)科的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：

·學(xué)術(shù)隊(duì)伍：五位院士領(lǐng)銜，一批中青年骨干，包括長江學(xué)者9人，杰出青年基金4人，總裝備部先進(jìn)制造領(lǐng)域?qū)＜医M組長1人，國家863先進(jìn)制造領(lǐng)域?qū)＜医M成員1人，教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)1個

·學(xué)科基地：數(shù)字制造與裝備技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

制造裝備數(shù)字化國家工程研究中心

國家數(shù)控系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心

國家CAD支撐軟件工程技術(shù)研究中心

教育部制造技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)研究中心

·學(xué)術(shù)地位：機(jī)械學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會主任委員單位

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化教學(xué)指導(dǎo)分委員會主任委員單位

國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、民口軍口973項(xiàng)目牽頭單位

·學(xué)術(shù)成就：獎勵（國家科技進(jìn)步二等獎四項(xiàng)）

全國百篇優(yōu)秀博士論文三篇

獲得了國際SME大學(xué)獎

·學(xué)科產(chǎn)業(yè)：研究開發(fā)促進(jìn)規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成（華中數(shù)控、天喻信息、天喻軟件、開目軟件）

學(xué)院在強(qiáng)化自身建設(shè)的同時，還先后與美、英、德、日、韓、俄、澳大利亞、新加坡、香港等多所大學(xué)、研發(fā)機(jī)構(gòu)和企業(yè)建立了廣泛的合作辦學(xué)和合作研究關(guān)系，為引進(jìn)和培養(yǎng)一流的國際型人才，積極參與國際競爭與合作奠定了基礎(chǔ)。近十年來，學(xué)院承擔(dān)并完成國家和企業(yè)的科研項(xiàng)目近千項(xiàng)，獲國家科技進(jìn)步獎9項(xiàng)、國家技術(shù)發(fā)明4項(xiàng)、省部級科技進(jìn)步獎100余項(xiàng)。1999年以機(jī)械學(xué)院為核心的華中科技大學(xué)CIMS中心，榮獲了國際制造工程師（SME）頒發(fā)的大學(xué)獎。今天的機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院形成了自己的學(xué)科優(yōu)勢和辦學(xué)特色。它是國內(nèi)高校同行中有競爭力的學(xué)院之一。

全日制博士研究生招生含直博生、碩博連讀生、提前攻博生和統(tǒng)考生，其中2014年博士碩博連讀比例約為45%，直博比例約為25%。

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學(xué)術(shù)學(xué)位招生目錄 學(xué)科專業(yè)名稱及代碼、

研究方向

招生

人數(shù)

考試科目

備注

100機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院  

 

 

080201機(jī)械制造及其自動化  

機(jī)械類考生考試科目：

①2213 控制理論

  2215 優(yōu)化設(shè)計(jì)

  2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))

②1101 英語

③3311 電子技術(shù)(二)

  3312 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及算法實(shí)現(xiàn)

  3314 工程測試與信號分析

(2213、2215、2201選一) ( 3311、3312、3314選一)

 

光電子類、信息類考生考試科目：

①2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))

②1101 英語

③3355 半導(dǎo)體光電子學(xué)

  3364 微機(jī)原理與接口技術(shù)）

（3355、3364 選一)

 

 

 

 

 

 

 

 

080202機(jī)械電子工程  

機(jī)械類考生考試科目：

①2213 控制理論

  2215 優(yōu)化設(shè)計(jì)

  2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))

②1101 英語

③3311 電子技術(shù)(二)

  3312 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及算法實(shí)現(xiàn)

  3314 工程測試與信號分析

(2213、2215、2201選一) ( 3311、3312、3314選一)

 

光電子類、信息類考生考試科目：

①2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))

②1101 英語

③3355 半導(dǎo)體光電子學(xué)

  3364 微機(jī)原理與接口技術(shù)）

（3355、3364 選一)

 

 

 

 

 

080203機(jī)械設(shè)計(jì)及理論  

機(jī)械類考生考試科目：

①2213 控制理論

  2215 優(yōu)化設(shè)計(jì)

  2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))

②1101 英語

③3311 電子技術(shù)(二)

  3312計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及算法實(shí)現(xiàn)

  3314 工程測試與信號分析

(2213、2215、2201選一) ( 3311、3312、3314選一)

 

光電子類、信息類考生考試科目：

①2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))

②1101 英語

③3355 半導(dǎo)體光電子學(xué)

  3364 微機(jī)原理與接口技術(shù)）

（3355、3364 選一)

 

 

 

 

 

080204車輛工程  

機(jī)械類考生考試科目：

①2213 控制理論

  2215 優(yōu)化設(shè)計(jì)

  2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))

②1101 英語

③3311 電子技術(shù)(二)

  3312計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及算法實(shí)現(xiàn)

  3314 工程測試與信號分析

(2213、2215、2201選一) ( 3311、3312、3314選一)

 

光電子類、信息類考生考試科目：

①2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))

②1101 英語

③3355 半導(dǎo)體光電子學(xué)

  3364 微機(jī)原理與接口技術(shù)）

（3355、3364 選一)

 

 

 

 

 

0802Z1工業(yè)工程  

機(jī)械類考生考試科目：

①2213 控制理論

  2215 優(yōu)化設(shè)計(jì)

  2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))

  2244運(yùn)籌學(xué)（限工業(yè)工程專業(yè)考生選考）

②1101 英語

③3311 電子技術(shù)(二)

  3312 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及算法實(shí)現(xiàn)

  3314 工程測試與信號分析

  3336  生產(chǎn)計(jì)劃與控制（限工業(yè)工程專業(yè)考生選考）

(2213、2215、2201、2244選一) ( 3311、3312、3314、3336選一)

 

光電子類、信息類考生考試科目：

①2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))

②1101 英語

③3355 半導(dǎo)體光電子學(xué)

  3364 微機(jī)原理與接口技術(shù)）

（3355、3364 選一)

 

080402測試計(jì)量技術(shù)及儀器  

①2201 高等工程數(shù)學(xué)(含矩陣論、數(shù)值計(jì)算方法與數(shù)理統(tǒng)計(jì))

②1101 英語

③3314 工程測試與信號分析

  3315 誤差理論與數(shù)據(jù)處理

  3355 半導(dǎo)體光電子學(xué)

  3364 微機(jī)原理與接口技術(shù)

  3522 互換性與技術(shù)測量

( 3314、3315、3355、3364、3522選一)

 

 

 

 

 

專業(yè)學(xué)位招生目錄 學(xué)科專業(yè)名稱及代碼、

研究方向

招生

人數(shù)

考試科目

備注

100機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院  

 

 

085272先進(jìn)制造  

①2309 專業(yè)基礎(chǔ)課

②1107 外語實(shí)際應(yīng)用能力

③3546 專業(yè)素質(zhì)和專業(yè)能力

 

 

篇6

起重機(jī)減速器作為機(jī)械傳動的一種重要形式，直接關(guān)系著動力傳遞的效率與可靠性。但隨著起重機(jī)對傳動系統(tǒng)的要求向高速、重載、輕量化方向的發(fā)展，開展對齒輪傳動系統(tǒng)的強(qiáng)度、振動噪聲等領(lǐng)域的研究已經(jīng)成了該領(lǐng)域的主要課題。應(yīng)用常規(guī)的方法，固然可以完成普通減速器的設(shè)計(jì)。但減速器的高速、重載、輕量化等特殊工況的要求，導(dǎo)致系統(tǒng)的強(qiáng)度、振動、噪聲，以及尺寸、結(jié)構(gòu)型式等都會直接或者間接地影響減速器的工作狀態(tài)和工作效率。起重機(jī)減速器箱體、軸以及齒輪的強(qiáng)度會影響到減速器的使用壽命，它們的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到整個減速器的動態(tài)性能。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)減速器結(jié)構(gòu)以及各關(guān)鍵零部件，利用ANSYS的APDL語言生成了箱體、軸以及齒輪的參數(shù)化模型。同時對各關(guān)鍵零部件的邊界條件以及載荷加載進(jìn)行參數(shù)化處理，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)度分析以及模態(tài)分析的參數(shù)化。在此基礎(chǔ)上，基于VC++開發(fā)平臺，編制了VC++與ANSYS的通信接口函數(shù)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對ANSYS路徑的自動找尋與調(diào)用。

1.1 分析系統(tǒng)總體架構(gòu)

起重機(jī)減速器分析軟件具有以下模塊：用戶信息管理與登陸模塊、齒輪參數(shù)化模型與分析模塊、軸的參數(shù)化模型與分析模塊以及箱體的參數(shù)化模型與分析模塊，結(jié)果瀏覽與保存模塊。系統(tǒng)總體功能框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)功能框圖

1.2開發(fā)流程

根據(jù)軟件開發(fā)的一般流程，建立了相應(yīng)的程序子模塊，對減速器關(guān)鍵零部件建模、分析、數(shù)據(jù)管理進(jìn)行了封裝與參數(shù)化實(shí)現(xiàn)，提高了代碼的可移植性與利用率。軟件的具體實(shí)現(xiàn)主要通過圖2所示流程，整個軟件的開發(fā)也是以此為基礎(chǔ)的。

圖2軟件實(shí)現(xiàn)流程

2減速器優(yōu)化分析系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

由于要實(shí)現(xiàn)的是后臺調(diào)用ANSYS程序，就必須實(shí)現(xiàn)ANSYS路徑的自動找尋。在本節(jié)中，主要討論所開發(fā)的系統(tǒng)是如何利用界面程序與ANSYS進(jìn)行通信的，這其中主要包括ANSYS路徑的尋找以及通信接口的實(shí)現(xiàn)。

2.1 ANSYS路徑的找尋

要實(shí)現(xiàn)在后臺調(diào)用ANSYS就必須能夠找尋到ANSYS的安裝路徑，為了實(shí)現(xiàn)這一功能，本節(jié)設(shè)計(jì)了自動找尋函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。其中的關(guān)鍵代碼如下：

/***********************************************************/

/*接口函數(shù)實(shí)現(xiàn) */

/*********************************************************/

void StrLink（char * pBase，char * pTarget，const char *pAdd）//增長字符串

{

int i，len；

for（i=0；1；++i）

{

if（pBase[i]=='＼0'）

break；

pTarget[i]=pBase[i]；

}

len=i；

//在末尾加上pAdd

for（i=0；pAdd[i]！='＼0'；++i）

pTarget[i+len]=pAdd[i]；

//封口

pTarget[len+i]='＼0'；

return；

}

void StrLink（char * pBase，char * pTarget，char *pAdd）//增長字符串

{

int i，len；

for（i=0；1；++i）

{

if（pBase[i]=='＼0'）

break；

pTarget[i]=pBase[i]；

}

len=i；

//在末尾加上pAdd

for（i=0；pAdd[i]！='＼0'；++i）

pTarget[i+len]=pAdd[i]；

//封口

pTarget[len+i]='＼0'；

return；

}

正是基于void StrLink（char * pBase，char * pTarget，const char *pAdd）與void StrLink（char * pBase，char * pTarget，char *pAdd）這兩個函數(shù)，本文才實(shí)現(xiàn)了對ANSYS啟動路徑的自動搜尋，這是實(shí)現(xiàn)后臺調(diào)用的關(guān)鍵。

2.2 VC++與ANSYS通信接口實(shí)現(xiàn)

ANSYS提供了多個接口以實(shí)現(xiàn)與外部程序的通信，包括在不同平臺上的使用命令，具體不同的函數(shù)的使用規(guī)則用戶可以參考ANSYS的用戶手冊查閱，用以下方式進(jìn)行調(diào)用：

以system函數(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)用，具體的形式為：

system （"ANSYS路徑" -b -p -i d：＼＼gear.txt -o d：＼＼gear.out "）

“ANSYS”路徑指ANSYS的安裝路徑，本文通過自動搜尋實(shí)現(xiàn)。-b表示ANSYS為批處理模式，-p表示圖形輸出定義，-i表示輸入，d：＼＼gear.txt表示生成的LOG文件的位置及名稱，-o表示輸出，d：＼＼gear.out表示輸出的文件路徑及名稱。

2.3 軟件實(shí)現(xiàn)界面

軟件主要包括四個模塊，用戶信息管理模塊、軸分析模塊、齒輪分析模塊、箱體分析模塊以及查看結(jié)果模塊，還有幫助系統(tǒng)。其中的用戶信息管理模塊主要用來對用戶的注冊信息進(jìn)行管理；軸分析模塊、齒輪分析模塊以及箱體分析模塊主要完成對三類主要零部件的參數(shù)化建模與分析過程，其結(jié)果將會根據(jù)用戶的具體設(shè)置進(jìn)行保存。結(jié)果查看模塊主要完成對結(jié)果文件的瀏覽與分析。其中部分軟件的功能界面如圖3～5所示：

圖3 軟件主界面

圖4 低速軸的設(shè)置及求解設(shè)置對話框

圖5 低速軸的模態(tài)結(jié)果瀏覽

其中在求解設(shè)置模塊中，專門設(shè)置了對后臺程序運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控信息，通過這一信息的瀏覽，可以實(shí)時的得知后臺程序的運(yùn)行情況，如圖5所示。

所開發(fā)的軟件，主要是對起重機(jī)減速器關(guān)鍵部件進(jìn)行參數(shù)化分析，包括三個軸，兩對嚙合的齒輪以及上下箱體，其中對話框的數(shù)據(jù)輸入界面基本一致，只是相關(guān)參數(shù)的差異，在此不再一一列舉每一個對話框的輸入界面。需要說明一點(diǎn)的是在對箱體的建模中，直接把上下箱體作為一個整體來進(jìn)行建模。這樣的簡化提高了建模的效率，同時對結(jié)果的影響也很小。分析的結(jié)果保存在相應(yīng)的文件夾中，可以隨時提取瀏覽。

3結(jié)論

在ANSYS環(huán)境下的各關(guān)鍵零部件的APDL參數(shù)化程序，在VC++平臺上設(shè)計(jì)了通信接口，并實(shí)現(xiàn)了啟動路徑的自動搜尋。通過界面參數(shù)輸入，生成指定目錄下的LOG文件，實(shí)現(xiàn)模型建立與分析過程的參數(shù)化。設(shè)置了后臺程序的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控信息，并運(yùn)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，對用戶信息以及結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行保存整理，開發(fā)出了起重機(jī)減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對減速器關(guān)鍵零部件的參數(shù)化分析。為起重機(jī)減速器相關(guān)零部件的進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉洋洋.風(fēng)電齒輪箱箱體熱結(jié)構(gòu)特性探析[J].科技資訊，2010，2（19）：54.

[2]鄭光澤.齒輪箱體動力響應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械傳動，2005，29（3）：51-54.

[3]楊益梅.齒輪箱的摩擦學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007.

[4]董進(jìn)朝.大型風(fēng)電齒輪箱關(guān)鍵技術(shù)研究[J].鄭州機(jī)械研究所碩士學(xué)位論文，2007.

[5]鄭阿奇.Visual C++實(shí)用教程[M].北京：電子工業(yè)出版，2004.

[6]李人憲.有限元法基礎(chǔ)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2004.11.

篇7

【論文摘要】：對變頻調(diào)速器在實(shí)踐應(yīng)用中容量的正確選擇、傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及外接制動電阻等方面的問題，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，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(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，電動機(jī)的容量主是根據(jù)發(fā)熱原則來選定的。就是說，在電動機(jī)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(jī)的過載能力一般定為額定轉(zhuǎn)矩的1.8-2.2倍。電動機(jī)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(jī)來說，只有在起動過程才有意義，在運(yùn)行過程中，實(shí)際上是不允許載。

因此，"配用電動機(jī)容量"一欄的準(zhǔn)確含義是"配用電動機(jī)的實(shí)際最大容量"。實(shí)際選擇變頻器時，可按電動機(jī)在工作過程中的最大電流來進(jìn)行選擇，對于鼓風(fēng)機(jī)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(jī)容量"來選擇。

2.傳動系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

交流異步電動機(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，必須根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性以及對調(diào)速范圍的要求等因素，對傳動系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)級化設(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、振動以及耐磨性能等，都是以電動機(jī)轉(zhuǎn)速不超過3000r／min為前提設(shè)計(jì)的。因此，在沒有對機(jī)械重新進(jìn)行設(shè)計(jì)的情況下，2級電機(jī)的最高運(yùn)行頻率不要超過額定頻率太多。

（3）當(dāng)異步電機(jī)在額定頻率以上運(yùn)行時，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(yùn)行頻率不宜超過額定頻率

（4）異步電機(jī)在低頻下運(yùn)行時，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確定傳動系統(tǒng)的傳動比并校核電動機(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，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(jī)運(yùn)行的最高頻率和最低頻率。

假設(shè)已經(jīng)確定的電動機(jī)最高運(yùn)行頻率為fmax最低運(yùn)行頻率為fmin與此對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩相對值為tTL，則電動機(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，電動機(jī)的容量應(yīng)擴(kuò)大1/tTL倍。傳動系統(tǒng)的傳動比入等于電動機(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，得到對應(yīng)的功率相對值tPL，而電動機(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，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，盡量采用兩檔傳動比。因?yàn)楫?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(jī)的容量。

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)時的有效轉(zhuǎn)矩線，在這種情況下，所需電動機(jī)的容量PN=KPTNnLmax>KPTLmaxLmax=αnPL。這說明，所需電動機(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，傳動比只有一檔時的情形。在這種情況下，所需電機(jī)的容量PN=KPTN1/2nLmax1/2αnPL。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(yùn)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(jī)的容量PN1/2PL。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(jī)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。

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篇8

關(guān)鍵詞：凸輪；真空斷路器；Adams；合閘速度；合閘簧

0 引言

真空斷路器是電力系統(tǒng)中最主要的控制和保護(hù)設(shè)備，對電網(wǎng)的安全運(yùn)行起著關(guān)鍵的作用，根據(jù)近幾年的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在真空斷路器的故障中，機(jī)械故障占主要部分，而且不少電氣故障也是由機(jī)械故障造成的，數(shù)據(jù)顯示這些故障中70%～90%以上屬于操作機(jī)構(gòu)故障[1]。因此，提高真空斷路器的可靠性的主要手段還是改進(jìn)操作機(jī)構(gòu)，這樣對整個電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和供電質(zhì)量具有十分的重要意義。

操作機(jī)構(gòu)按照驅(qū)動方式通常分為：手動、電動、氣動、液壓、電磁、彈簧[2]，而彈簧操作機(jī)構(gòu)是目前真空斷路器中最常采用的一種操作機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)最核心的部件是凸輪-連桿機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)起到傳遞運(yùn)動的作用，而凸輪機(jī)構(gòu)決定了輸出特性[3-4]。因此，在滿足技術(shù)要求的前提下，合理設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)，可以減少合閘簧的輸出功，從而緩解整個斷路器所受沖擊，提高其可靠性及壽命[5-6]。

以往凸輪設(shè)計(jì)大多還是依靠經(jīng)驗(yàn)，或者參照同類產(chǎn)品中已有的凸輪，找出運(yùn)動規(guī)律[7]，并通過試驗(yàn)―修改―試驗(yàn)的方式驗(yàn)證其是否滿足設(shè)計(jì)要求。上述方法的整個設(shè)計(jì)過程是被動的，對研發(fā)人員的經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)水平要求較高，而且整個過程的設(shè)計(jì)周期長、成本高。

本文采用運(yùn)動學(xué)分析軟件Adams對真空斷路器合閘過程進(jìn)行仿真，研究其凸輪運(yùn)動軌跡與合閘簧及合閘速度的關(guān)系，有針對性的改變凸輪輪廓曲線，使其滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，解決以往產(chǎn)品反復(fù)試制的難題。

1 斷路器仿真模型的建立

本公司某型號真空斷路器操作機(jī)構(gòu)原理分別如圖1所示，凸輪2在合閘簧1作用下，擠壓拐臂4上的滾輪3帶動拐臂5轉(zhuǎn)動、同時壓縮分閘簧6、連板7繞支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)壓縮觸頭簧8實(shí)現(xiàn)真空滅弧室9動靜觸頭關(guān)合。

圖1 斷路器操作機(jī)構(gòu)原理圖

1.合閘簧2.凸輪3.滾輪 4.拐臂5.拐臂6.分閘簧7.連板8.觸頭簧9.滅弧室

本文采用三維軟件UG對真空斷路器進(jìn)行整體建模，并將其以ParaSolid格式導(dǎo)出，然后再將該文件導(dǎo)入Adams中，在Adams中進(jìn)行斷路器合閘仿真。

建立Adams運(yùn)動學(xué)模型時作如下假定：

1） 所有零件都是剛體，各運(yùn)動副均為剛性連接，不考慮運(yùn)動副間的摩擦力；

2） 研究凸輪、動觸頭等相關(guān)運(yùn)動特性，斷路器框架本體相對地面靜止不動。

模型的主要參數(shù)設(shè)定如下：

合閘簧（初定）Fmax=2700N，K=29N/mm 分閘簧Fmin=600N，K=25N/mm

觸頭簧Fmin=2000N，K=300N/mm 動觸頭質(zhì)量：2kg/個 觸頭自閉力120N

2 凸輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過對原始凸輪的合閘模型仿真，分別計(jì)算出合閘速度為0.96m/s（理論值0.4～0.8m/s），凸輪轉(zhuǎn)過16.5°動觸頭開始合閘，轉(zhuǎn)過57.5°合閘完成。合閘速度已經(jīng)超出了理論值范圍，所以有必要對凸輪進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)才能使動觸頭的合閘速度滿足技術(shù)要求，圖2是新舊凸輪輪廓線對比圖。

圖2 新舊凸輪對比圖

曲線1：原始凸輪 曲線2：改進(jìn)后凸輪

對改進(jìn)后的凸輪合閘模型進(jìn)行仿真，分別計(jì)算出凸輪轉(zhuǎn)過24.3°動觸頭開始合閘，轉(zhuǎn)過59.5°合閘完成，雖然推遲了凸輪合閘時間，理論上合閘速度應(yīng)該提高，但本文通過調(diào)節(jié)合閘簧的力值（由原來2700N減小為2400N），由圖7計(jì)算出合閘速度為0.78m/s，滿足技術(shù)要求（理論值0.4～0.8m/s），同時也減少了合閘簧的出力。

零件的疲勞壽命與零件的應(yīng)力、應(yīng)變水平有關(guān)，它們之間的關(guān)系可以用應(yīng)力一壽命曲線（σ-N曲線）表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

式中：？滓-零件的最大應(yīng)力； N-零件的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；m-零件常數(shù)，其值一般為 6～9。

本文通過改變凸輪的輪廓曲線，合閘簧的出力減少了11%，可以認(rèn)為與之有關(guān)的零件的值也相應(yīng)減少11%，即

式中：？滓1為合閘簧力值減少后零件的最大應(yīng)力，如果取 m=8，則有

式中： N1-合閘簧的出力減少后零件的循環(huán)次數(shù)。

由上式可求得

計(jì)算結(jié)果表明，與其相關(guān)零件的循環(huán)次數(shù)是原來的2.25倍，從而提高了零件在機(jī)構(gòu)中的使用壽命，此外由于合閘簧的出力減小，使得整個機(jī)構(gòu)的振動也會相應(yīng)減小，其可靠性也會得到顯著改善。

3 結(jié)語

本文采用Adams動力學(xué)仿真軟件，對本公司某型號真空斷路器進(jìn)行合閘過程的仿真，結(jié)果表明凸輪起始接觸點(diǎn)對動觸頭合閘速度有一定的影響。通過優(yōu)化凸輪輪廓曲線，在保證合閘速度滿足技術(shù)要求前提下，降低合閘簧的出力，從而提高了整個真空斷路器的可靠性及壽命，使輸出特性與負(fù)載特性更好的匹配，對樣機(jī)的后期試制有一定的指導(dǎo)作用。■

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篇9

關(guān)鍵詞：機(jī)床床身；變形；ANSYS

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.034

0 緒論

機(jī)床床身的變形嚴(yán)重影響機(jī)床加工精度，為此國內(nèi)外學(xué)者針對床身引起的機(jī)床精度損失開展了相應(yīng)的研究工作。李艷[1]以牛頭式電火花加工機(jī)床為研究對象進(jìn)行了仿真分析，Z軸施加配重，而且有利于減小機(jī)床的變形；李初曄[2]利用有限元對數(shù)控龍門銑床的承載變形進(jìn)行了分析；呂亞楠[3]針對并聯(lián)機(jī)床的靜剛度進(jìn)行了仿真分析；朱祥[4]利用有限元軟件建立了大型落地式鏜銑床TKS6916整機(jī)模型。田楊等[5]應(yīng)用有限元-邊界元耦合的方法建立了重型數(shù)控機(jī)床-基礎(chǔ)系統(tǒng)的承載變形模型，并將光纖技術(shù)引入到承載變形檢測中。

由于機(jī)床床身的復(fù)雜性，單純的進(jìn)行仿真分析必然浪費(fèi)大量的計(jì)算資源，本文將床身考慮成超靜定梁，建立了理論模型，通過仿真分析驗(yàn)證了理論模型的正確性，從而可應(yīng)用該模型進(jìn)行床身變形分析，為機(jī)床設(shè)計(jì)提供了簡單、可行的計(jì)算方法。

1 理論模型

機(jī)床床身與混凝土基礎(chǔ)通過地腳螺栓固接，因此可視機(jī)床床身為如圖1所示的超靜定梁，本文通過分段獨(dú)立的積分法求得梁結(jié)構(gòu)的撓度方程。

由材料力學(xué)知識可知梁的撓曲線近似微分方程有：

對于段：通過一次積分得到轉(zhuǎn)角方程：

通過再一次積分得到撓曲線方程：

段：通過一次積分得到轉(zhuǎn)角方程：

通過再一次積分得到撓曲線方程：

利用如下位移邊界條件、力邊界條件和連續(xù)條件解得積分常數(shù)、（）

，…，，

2 床身變形仿真分析

通過CAD軟件與CAE軟件的無縫對接，本文應(yīng)用大型CAD軟件UG建立機(jī)床三維模型，導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行床身變形仿真計(jì)算，在施加約束過程中，論文選擇直接對底部滑座施加載荷，免去機(jī)床橫梁與立柱的有限元計(jì)算，通過多次嘗試選擇網(wǎng)格大小為0.2m的網(wǎng)格劃分網(wǎng)格，將機(jī)床自重的一半施加到滑座上，從而完成床身的有限元分析，得到的有限元仿真云圖如圖2所示。

3 結(jié)論

論文將機(jī)床床身簡化成超靜定梁，應(yīng)用工程力學(xué)知識推導(dǎo)了梁結(jié)構(gòu)的變形方程，通過CAD與CAE軟件無縫接口技術(shù)，對床身部分進(jìn)行了有限元的仿真分析。通過仿真分析，驗(yàn)證了床身變形理論模型的正確性，為機(jī)床的設(shè)計(jì)提供了一種直觀的計(jì)算方法，解決了依靠分析軟件進(jìn)行的復(fù)雜仿真問題。

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篇10

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