机械传动的定义范文

导语：如何才能写好一篇机械传动的定义，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：机械传动；传动比；转速；主动轮；被动轮；齿数连乘；线速度；产量

棉纺设备的传动因工序的不同而差异较大，长期以来工艺计算就是教学中的难点。教材中虽然给出了定义和公式，但各种设备的传动、构造千差万别往往让学生摸不着头绪，尽快让学生摸到规律掌握计算方法，是保证教学的关键。既然纺机的传动形式多为机械传动，那么机械传动的计算原理便是解决这一问题的关键。通过摸索，棉纺的工艺传动及计算实质上只有两类，即：速度计算和牵伸计算。下面着重谈谈速度计算的一些心得。

一、先看下面一个例子，说明转速计算的基本规律

例：若一电机的转速为n1，电机带轮直径为D1，被传动轴上的带轮直径为D2，求该轴的转速n2。

■

由机械传动的知识：传动比i12=■=■（未考虑皮带打滑）

则：n2=n1・■=n1・i21

其中i21=■。

从n2=n1・■我们可以归纳出下面的结论：

被动轮D2的转速n2=

主动轮D1的转速×■。

那么对于多级传动的某一被动轮转速ni来说，它的计算可以是：ni=某个主动轮转速n1×■。

这就是棉纺速度计算中，转速计算的基本规律。

教学中应用这一规律必须强调它的计算步骤如下：

1.确定动力源位置，即电机位置或已知转速的主动轮位置；找出从动力源到要计算的被动轮之间的传动路线（传动路径）。

2.以动力源为起始点，即动力源上的传动轮作为主动轮来确定各传动副中主动轮、被动轮，将主动轮直径或齿数代入上式分子连乘，所有被动轮直径或齿数代入上式分母连乘，再代电机转速n1，即可求得ni的大小。

3.若1-i轮系中，某一传动轮转速已知，带轮或齿轮齿数已知，则已知轮也可以代替动力源作起始点，计算方法相同。

因纺纱设备中绝大多数均为定轴轮系的传动，所以，这一方法能解决这些机器的速度计算，下面以国产FA506A细纱机为例计算它的前罗拉转速nf（r/min），以说明其简明快捷和正确性：

国产FA506A型细纱机传动系统图

解：（1）从电机前罗拉的传动路线：

电机D1D232T96T-ZA（双联齿）ZBZC（双联齿）104T48T28T28T（前罗拉）

（2）代入ni计算式nf=n×■=

1450×■=10.1389×■

二、线速度计算

由于纺纱设备的回转件大多是圆柱体，所以它们的输出半制品速度就是它们的表面线速度，所以可以运用V=πDn来计算。

工程中转速n的单位为：r/min，V的单位是：m/min，所以：

V=■，其中D的单位为mm。

计算V时只要求出n代入即可，n的计算按上述的方法求得。

三、产量计算

产量计算实质也是速度计算的范畴，当按传动系统图求出输出件的线速度后，只要再乘上输出半制品的每米重量（即设计定量）就可求出每分钟输出半制品的重量，再乘上60（min）便可求得设备每小时的生产重量即产量（理论产量）。

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关键词：隔膜纸成型；带传动；优化

1.带传动

带传动是利用张紧在带轮（两个或多个）上的柔性带进行运动或动力传递的一种机械传动[1]。带传动结构简单、传动平稳、能缓冲减振，维护容易，不需，价格低廉，可以在长距离间传递动力。摩擦型带传动能过载打滑、运转噪声低，但传动比不准确；同步带传动同步，但对载荷变动的吸收能力较差，高速运转有噪声[2]。

1.1传动带的类型、特点和应用

摩擦型带传动根据其截面形状不同，有平带、V带和圆带等。其中普通平带由数层挂胶帆布粘合而成，抗拉强度较大，预紧力保持性能较好，耐湿性好，应用于轴间距较大的传动；圆形带截面为圆形，有圆皮带、圆绳带、圆尼龙带等，结构简单装卸容易。同步带传动作为一种新型的机械传动，其带齿形有梯形和弧形两种，其中弧齿同步带工作面有圆弧齿，靠啮合传动，承载层保证带齿的节距不变，传动比准确；轴压力小，结构紧凑，耐油耐磨性能好，与梯形齿同步带相比，工作时齿根应力集中小[3]。

2.隔膜纸成型插入机

隔膜纸成型插入机是碱性电池生产线上一重要新式设备，其作用是在线制造隔膜纸筒并将其插入嵌有正极环的钢壳内。运作模式为本机主工作转盘上的36个工位进行圆周运转时逐步完成隔膜纸的成型、封底和插入工序，其中隔膜纸成型作为第一道工序至关重要。传感器检测到隔膜纸由真空吸盘进入卷纸导向套后，卷纸马达工作带动O型带逆时针转动，从而驱动卷棒进行迅速卷纸；O型带轮采用v型槽设计，不易打滑，传动安全有效；另外真空吸盘、带轮及双普通平带组成一带传动起辅助卷纸的作用。

2.1柔性卷纸装置

柔性卷纸装置是隔膜纸成型插入机的一设计亮点，这首次实现了隔膜纸在线成型。它包括主工作平台，大O型带轮，小O型带轮，卷棒、上冲轴等。外部马达驱动大O型带轮，大O型带轮通过O型带驱动4个小O型带轮转动，形成一个封闭的O型带轮圈。上冲轴安装在主工作台上，均布36份。中间的O型带驱动卷棒上的旋转装置，从而达到驱动卷棒的目的。该装置构思巧妙，结构简单，动作可靠，通过PLC控制马达转速来提高卷纸时间，提高了隔膜纸成型的速度。

3.带传动的优化设计

随着碱性电池高速生产线全线贯通后，各设备需要在稳定运转的基础上将速度再逐渐提高。当隔膜纸成型插入机高速运行时，封闭的O型带轮圈运转不稳定。原因是，圆形带应用速度

3.1卷棒驱动优化

新型的机械传动――同步带传动应用不断地推广，它是由一根内周表面具有等间距齿的封闭环行传动带和具有相应齿的带轮组成。

工作时，依靠带的凸齿与带轮齿槽相啮合来传递运动和动力，具有传动比准确、 传动效率高、传动平稳、结构简单、紧凑、维护方便、运转费用低等突出的优点。因此，无论国内国外，同步带的应用日益广泛，并取得满意的效果。特别是在电池机械行业中，用同步带传动代替V带传动和圆形带传动的节能效果非常明显，很好地解决了传统电池机械带传动效率低、能耗大的主要矛盾。同步带不但能可靠工作，而且又不用加油，既干净又无声，传动效率高。

为了使卷棒动力传递系统稳定可靠，重新设计弧齿同步带传动取代O型带传动装置。

在隔膜纸成型插入机中，卷棒动力传递系统是由5个皮带轮、2个同步带轮及弧齿同步带组合而成。在运转过程中利用同步带齿面和带卷棒同步轮啮合使大约25个卷棒平稳高速旋转。

新制高速碱性电池生产线在稳定生产的基础上逐步提速，隔膜纸成型插入机中首创的柔性卷纸装置出现了问题。面对着隔膜纸在高速生产时不能被正常成型和封底，只好不断地在生产车间实地观察，仔细进行理论分析，做各种试验以尽快将本机提速。最终我们发现了无法高速卷纸的根源所在，进一步完善了新型柔性卷纸装置的设计。

3.2优化设计辅助卷纸系统

在隔膜纸成型插入机中的柔性卷纸装置中，真空吸盘是一重要的零件。它的作用首先是配合特定刀具将隔膜纸切割成符合尺寸规格的碱性电池隔膜纸张，其次是将隔膜纸逐一传递到主工作转盘的各个工位上。另外，它还是组成辅助卷纸系统中的一关键皮带轮。由此可见，真空吸盘在柔性卷纸装置中的作用不可忽视。

辅助卷纸系统运行有两个动力源，将双平皮带定义为受力物时，其对应的施力物是卷棒和真空吸盘。原设计方案是在辅助卷纸装置中真空吸盘作为皮带传动的动力源，其与皮带接触的槽底面加工有滚花有利于增大摩擦稳定传动。当真空吸盘转动时，双带开始循环传动进行辅助卷纸。原真空吸盘的结构如图3.1所示。

辅助卷纸装置在隔膜纸成型插入机高速运行时出现不良情况，问题的根源是双皮带传动与卷棒转动速度不匹配，进而影响进纸、卷纸过程。若双带的传动速度大于或小于卷棒旋转的速度值都将会导致无法正常完成卷纸过程。开始通过采取调节马达转速无论如何都不能满足带传动的速度和卷棒的旋转速度匹配。

如果要使卷棒和双皮带的相对运动速度值近似为零，则需要让双带在运转过程中只和卷棒有力作用关系，其余各处受力可以忽略不计。这样才能保证双带和卷棒速度匹配，进而平稳完成卷纸。为了消除真空转盘这一动力源，需要将真空吸盘处的滑动摩擦消除，特殊真空吸盘结构如图3.2所示。

真空吸盘和双平皮带有多处接触，并且这些都是滚动轴承。由于选用的是深沟球轴承[4]，其当量摩擦系数最小，轴承内圈固定在轴上，外圈可灵活转动。随着真空吸盘的逆时针转动双平皮带所受到的力可以忽略不计，这样隔膜纸成型过程平稳高速。

隔膜纸成型时双带传动的动力源是十多个高速旋转的卷棒。卷棒驱动系统优化设计后，固定在卷棒上的同步带轮能稳定高速旋转，从而可带动各卷棒平稳高速地进行顺时针旋转。然后卷棒的运动通过隔膜纸传递到平皮带，平皮带由于在多处受力而开始逆时针循环传动以对隔膜纸成型起到不可缺少的辅助作用。

4.结束语

本带传动优化设计原理简明，操作方便，效果明显。通过巧妙地应用弧形齿同步带传递动力，保证了隔膜纸成型插入机在卷纸成型及封底时各卷棒能平稳高速地进行旋转，为顺利完成各工艺提供了可靠的动力源。辅助卷纸之带传动系统的优化设计，引入了嵌有深沟球轴承的特殊真空吸盘构成新颖的带传动，其新在双传动带作为传动系统的受力物。隔膜纸成型插入机在高速运行时，卷棒和双传动带能平稳高速地进行运转有利于高质量完成各工序。

参考文献

[1] 濮良贵，纪名刚. 机械设计[M]. 高等教育出版社.2006.

[2] 方文中. 同步带传动[M].上海科学普及出版社.1993.

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论文摘要随着液压伺服控制技术的飞速发展，液压伺服系统的应用越来越广泛，随之液压伺服控制也出现了一些新的特点，基于此对于液压伺服系统的工作原理进行研究，并进一步探讨液压传动的优点和缺点和改造方向，以期能够对于相关工作人员提供参考。

一、引言

液压控制技术是以流体力学、液压传动和液力传动为基础，应用现代控制理论、模糊控制理论，将计算机技术、集成传感器技术应用到液压技术和电子技术中，为实现机械工程自动化或生产现代化而发展起来的一门技术，它广泛的应用于国民经济的各行各业，在农业、化工、轻纺、交通运输、机械制造中都有广泛的应用，尤其在高、新、尖装备中更为突出。随着机电一体化的进程不断加快，技术装各的工作精度、响应速度和自动化程度的要求不断提高，对液压控制技术的要求也越来越高，文章基于此，首先分析了液压伺服控制系统的工作特点，并进一步探讨了液压传动的优点和缺点和改造方向。

二、液压伺服控制系统原理

目前以高压液体作为驱动源的伺服系统在各行各业应用十分的广泛，液压伺服控制具有以下优点：易于实现直线运动的速度位移及力控制，驱动力、力矩和功率大，尺寸小重量轻，加速性能好，响应速度快，控制精度高，稳定性容易保证等。

液压伺服控制系统的工作特点：(1)在系统的输出和输入之间存在反馈连接，从而组成闭环控制系统。反馈介质可以是机械的，电气的、气动的、液压的或它们的组合形式。(2)系统的主反馈是负反馈，即反馈信号与输入信号相反，两者相比较得偏差信号控制液压能源，输入到液压元件的能量，使其向减小偏差的方向移动，既以偏差来减小偏差。(3)系统的输入信号的功率很小，而系统的输出功率可以达到很大。因此它是一个功率放大装置，功率放大所需的能量由液压能源供给，供给能量的控制是根据伺服系统偏差大小自动进行的。

综上所述，液压伺服控制系统的工作原理就是流体动力的反馈控制。即利用反馈连接得到偏差信号，再利用偏差信号去控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小偏差的方向变化，从而使系统的实际输出与希望值相符。

在液压伺服控制系统中，控制信号的形式有机液伺服系统、电液伺服系统和气液伺服系统。机液伺服系统中系统的给定、反馈和比较环节采用机械构件，常用机舵面操纵系统、汽车转向装置和液压仿形机床及工程机械。但反馈机构中的摩擦、间隙和惯性会对系统精度产生不利影响。电液伺服系统中误差信号的检测、校正和初始放大采用电气和电子元件或计算机，形成模拟伺服系统、数字伺服系统或数字模拟混合伺服系统。电液伺服系统具有控制精度高、响应速度高、信号处理灵活和应用广泛等优点，可以组成位置、速度和力等方面的伺服系统。

三、液压传动帕优点和缺点

液压传动系统的主要优点液压传动之所以能得到广泛的应用，是因为它与机械传动、电气传动相比，具有以下主要优点：

1液压传动是由油路连接，借助油管的连接可以方便灵活的布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，且容易布置。在挖掘机等重型工程机械上已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。

2液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如相同功率液压马达的体积为电动机的12％～13％。液压泵和液压马达单位功率的体积目前是发电机和电动机的1／10，可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达可实现无级调速，调速范围可达1：2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。

3传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。因此，金属切削机床中磨床的传动现在几乎都采用液压传动。液压装置易于实现过载保护，使用安全、可靠，不会因过载而造成主件损坏：各液压元件能同时自行，因此使用寿命长。液压传动容易实现自动化。借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易的实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。液压元件己实现了标准化、系列化、和通用化，便于设计、制造和推广使用。

液压传动系统的主要缺点：1液压系统的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使液压传动不能保证严格的传动比：2液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体勃性变化引起运动特性变化，使工作稳定性受到影响，所以不宜在温度变化很大的环境条件下工作：3为了减少泄漏以及满足某些性能上的要求，液压元件制造和装配精度要求比较高，加工工艺比较复杂。液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。液压系统发生的故障不易检查和排除。

总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。

四、机床数控改造方向

(一)加工精度。精度是机床必须保证的一项性能指标。位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。因此位置精度是一个极为重要的指标。为了保证有足够的位置精度，一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小，另一方面是对位置检测元件提出精度的要求。因为在闭环控制系统中，对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的，反馈检测元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用。在设计数控机床、尤其是高精度或太中型数控机床时，必须精心选用检测元件。所选择的测量系统的分辨率或脉冲当量，一般要求比加工精度高一个数量级。总之，高精度的控制系统必须有高精度的检测元件作为保证。

(二)先局部后整体。确定改造步骤时，应把整个电气设备部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中，应先做技术性较低的、工作量较大的工作，然后做技术性高的、要求精细的工作，做到先易后难、先局部后整体，有条不紊、循序渐进。

(三)提高可靠性。数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，如果发生故障其损失就更大，所以提高数控机床的可靠性就显得尤为重要。可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一，其定义为：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。对数控机床来说，它的规定条件是指其环境条件、工作条件及工作方式等，例如温度、湿度、振动、电源、干扰强度和操作规程等。这里的功能主要指数控机床的使用功能，例如数控机床的各种机能，伺服性能等。

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目前以高压液体作为驱动源的伺服系统在各行各业应用十分的广泛，液压伺服控制具有以下优点：易于实现直线运动的速度位移及力控制，驱动力、力矩和功率大，尺寸小重量轻，加速性能好，响应速度快，控制精度高，稳定性容易保证等。

液压伺服控制系统的工作特点：(1)在系统的输出和输入之间存在反馈连接，从而组成闭环控制系统。反馈介质可以是机械的，电气的、气动的、液压的或它们的组合形式。(2)系统的主反馈是负反馈，即反馈信号与输入信号相反，两者相比较得偏差信号控制液压能源，输入到液压元件的能量，使其向减小偏差的方向移动，既以偏差来减小偏差。(3)系统的输入信号的功率很小，而系统的输出功率可以达到很大。因此它是一个功率放大装置，功率放大所需的能量由液压能源供给，供给能量的控制是根据伺服系统偏差大小自动进行的。

综上所述，液压伺服控制系统的工作原理就是流体动力的反馈控制。即利用反馈连接得到偏差信号，再利用偏差信号去控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小偏差的方向变化，从而使系统的实际输出与希望值相符。

在液压伺服控制系统中，控制信号的形式有机液伺服系统、电液伺服系统和气液伺服系统。机液伺服系统中系统的给定、反馈和比较环节采用机械构件，常用机舵面操纵系统、汽车转向装置和液压仿形机床及工程机械。但反馈机构中的摩擦、间隙和惯性会对系统精度产生不利影响。电液伺服系统中误差信号的检测、校正和初始放大采用电气和电子元件或计算机，形成模拟伺服系统、数字伺服系统或数字模拟混合伺服系统。电液伺服系统具有控制精度高、响应速度高、信号处理灵活和应用广泛等优点，可以组成位置、速度和力等方面的伺服系统。

2、液压传动帕优点和缺点

液压传动系统的主要优点液压传动之所以能得到广泛的应用，是因为它与机械传动、电气传动相比，具有以下主要优点：

1液压传动是由油路连接，借助油管的连接可以方便灵活的布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，且容易布置。在挖掘机等重型工程机械上已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。

2液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如相同功率液压马达的体积为电动机的12％～13％。液压泵和液压马达单位功率的体积目前是发电机和电动机的1／10，可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达可实现无级调速，调速范围可达1：2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。

3传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。因此，金属切削机床中磨床的传动现在几乎都采用液压传动。液压装置易于实现过载保护，使用安全、可靠，不会因过载而造成主件损坏：各液压元件能同时自行，因此使用寿命长。液压传动容易实现自动化。借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易的实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。液压元件己实现了标准化、系列化、和通用化，便于设计、制造和推广使用。

液压传动系统的主要缺点：1液压系统的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使液压传动不能保证严格的传动比：2液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体勃性变化引起运动特性变化，使工作稳定性受到影响，所以不宜在温度变化很大的环境条件下工作：3为了减少泄漏以及满足某些性能上的要求，液压元件制造和装配精度要求比较高，加工工艺比较复杂。液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。液压系统发生的故障不易检查和排除。

总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。

3、机床数控改造方向

(一)加工精度。精度是机床必须保证的一项性能指标。位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。因此位置精度是一个极为重要的指标。为了保证有足够的位置精度，一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小，另一方面是对位置检测元件提出精度的要求。因为在闭环控制系统中，对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的，反馈检测元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用。在设计数控机床、尤其是高精度或太中型数控机床时，必须精心选用检测元件。所选择的测量系统的分辨率或脉冲当量，一般要求比加工精度高一个数量级。总之，高精度的控制系统必须有高精度的检测元件作为保证。

(二)先局部后整体。确定改造步骤时，应把整个电气设备部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中，应先做技术性较低的、工作量较大的工作，然后做技术性高的、要求精细的工作，做到先易后难、先局部后整体，有条不紊、循序渐进。

(三)提高可靠性。数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，如果发生故障其损失就更大，所以提高数控机床的可靠性就显得尤为重要。可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一，其定义为：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。对数控机床来说，它的规定条件是指其环境条件、工作条件及工作方式等，例如温度、湿度、振动、电源、干扰强度和操作规程等。这里的功能主要指数控机床的使用功能，例如数控机床的各种机能，伺服性能等。

4、结语

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一、数控机床结构及工作过程

数控机床由输入、输出装置，数控装置，可编程控制器，伺服系统，检测反馈装置和机床主机等组成，输入装置将不同加工信息传递给计算机。输出指输出内部工作参数(含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等)，一般在机床刚工作需输出这些参数作记录保存；待工作一段时间后，再将输出与原始资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否正常。数控装置是数控机床的核心与主导，完成所有加工数据的处理、计算工作，最终实现数控机床各功能的指挥工作。可编程控制器对主轴单元实现控制，对程序中的转速指令进行处理而控制主轴转速；管理刀库，进行自动刀具交换、选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命及刀具刃磨次数等管理；控制主轴正反转和停止、准停、切削液开关、卡盘夹紧松开、机械手取送刀等动作；还对机床外部开关进行控制；对输出信号(刀库、机械手、回转工作台等)进行控制。检测反馈装置由检测元件和相应的电路组成，主要是检测速度和位移，并将信息反馈给数控装置，实现闭环控制以保证数控机床的加工精度。

二、机床数控系统需要解决的几个问题

机床由机械和电气两部分组成，在设计总体方案时应从机电两方面来考虑机床各种功能的实施方案。数控机床的机械要求和数控系统的功能都很复杂，所以更应让机、电沟通，扬长避短。机床控制系统选件、装配、程序编制及操作都比较合理，精度和稳定性都必须满足使用要求。同时为便于调试和检修，各项操作均应设手动功能，如手动各轴快慢移动、主轴高低速旋转、切削液及开关等。PLC按照逻辑条件进行顺序动作或按照时序动作，另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行联锁保护动作的控制，PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制的主要产品，在机床的电气控制中应用也比较普遍。

在实际控制中要求对控制系统可变参数在线进行修改，使用编程器可以方便、快速地改变原设定参数。但编程器一般不能交现场操作人员使用，所以，应考虑开发其他简便有效的方法，实现PLC的可变控制参数的在线修改。另外，为了防止电压过高损坏PLC，电源输入端应加上压敏电阻。为了防止过热，PLC不许安装在变压器等发热元件的正上方，变频器须与PLC、伺服驱动器等保持一定距离。在元件间留有适当空隙，利于散热，并且在配电箱上安装风扇降温。

三、PLC的数控机床定位伺服控制系统分析

数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，提高数控机床的可靠性就显得尤为重要。可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一，其定义是产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。必须选择稳定可靠的控制单元才能保证数控机床的正常、高效运行。

可编程逻辑控制器是该机床各项功能的逻辑控制中心，集成于数控系统中，主要是指控制软件的集成化，而PLC硬件则在规模较大的系统中采取分布式结构。伺服系统最高速度的选择要考虑到机床的机械允许界限和实际加工要求，高速度固然能提高生产率，但对驱动要求也更高。全闭环伺服系统是将位置检测元件置于被测坐标轴的终端移动部件上，以检测机械传动链中的螺距误差、间隙及各种干扰所造成的传动误差，并进行反馈补偿控制，从而提高机床的位置控制精度。在全闭环伺服控制系统中，对位置检测元件和反馈元件的选择很关键。感应同步器具有精度高、重复性好、抗干扰能力强、耐油耐污及维护简单等优点，特别适合于高精度全闭环数控机床的工作场合。数控机床要求具备稳定性、快速性和准确性，而大型数控机床的机械传动装置转动惯量较大，固有频率低，要使其大大高于系统截止频率很困难，全闭环包括该进给系统轴几乎所有不稳定的非线性因素，调整不当很容易使机床产生抖动现象。

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关键词 课程设计；教学改革；CAD技术

中图分类号：G642 文献标识码：B

文章编号：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

机械设计是机械类学生必修的一门专业基础课，是机械类教学计划中的一门主要核心课程。机械设计课程设计是配合机械设计课程理论教学的一个重要实践教学环节，传统的教学方法是选择由机械设计课程所学过的大部分零部件所组成的机械传动装置或结构较为简单的机械作为课程设计题目。对课程设计的要求还停留在人工计算、手工绘图阶段，由于设计过程繁琐、重复工作量大，教学效果一直不够理想。

随着计算机技术的广泛应用，如何利用先进的设计方法和技术手段改进传统的教学方法，已为同行们所关注和追求。本文将根据机械设计课程设计教学大纲的要求，研究并实践如何利用CAD技术将学生从枯燥、重复的手工设计计算中解脱出来，集中时间和精力用于方案设计、结构设计等创造性思维训练上，这样不仅可以提高学生对课程设计的学习兴趣，而且有助于培养学生先进的设计理念，掌握现代的设计技术，以适应计算机技术飞速发展的时代需求。

2 引入CAD技术的教改思路

机械设计课程设计的教学目的在于综合运用机械设计以及其他相关已修课程的理论和生产实际知识进行机械设计训练，通过学习和掌握通用机械零部件、机械传动及一般机械设计的基本方法和步骤，培养学生工程设计能力和分析问题、解决问题的能力。通常传统的课程设计教学安排是集中在理论教学结束后2～3周内进行，由于时间紧、任务重，学生依样画虎，大部分时间和精力都用于计算和画图上，没有足够的时间进行方案分析和结构设计，很多问题来不及思考就在匆忙中结束了课程设计。

针对这些问题，采用先分散后集中的教学模式，在理论教学的过程中，将C语言程序设计知识融合机械设计的教学内容，引导学生利用课余时间逐步完成常用零部件的辅助设计；再在期末2～3周集中时间内，利用零部件辅助设计程序和Pro/E软件完成方案设计和结构设计；最后应用AutoCAD软件完成零件图和装配图绘制，Word文档完成设计说明书编写。

合理安排CAD教学内容 减速器设计是机械设计课程设计最常用的设计题目，涉及螺纹联接、键联接、齿轮传动、蜗杆传动、轴以及滚动轴承等各种零部件的设计计算，设计过程往往比较复杂，而且容易出错。为此，在理论教学过程中，在讲授常用零部件的设计准则和计算方法的基础上，有机地穿插计算机辅助设计教学内容，启发学生利用先修的C语言程序设计知识解决工程实际问题。

要熟练掌握零部件的设计过程和设计方法，必须正确理解设计公式和合理选择设计参数。所以，设计参数的计算机处理是实现零部件计算机辅助设计的关键。在理论教学中，结合C语言程序设计课程有关数组等相关知识，重点补充设计参数计算机处理的教学内容。以“齿轮传动”一章为例，如齿轮传动设计中涉及的设计参数有十几个之多，但可以分为两大类：一类是数表类，如齿向载荷分布系数KHβ；另一类是线图类，如弯曲疲劳强度极限σFE。对于数表，可以通过编程转化为数组，并按一定的查找法和插值法获取所需设计参数值；对于线图，可以求出直线方程或多项式拟合成曲线方程直接编入程序，通过计算得到所需设计参数，也可以先等分坐标取值转化为数表再进行数组处理。由于数表和线图的程序处理在C语言程序设计中是常见的基本训练，所以学生在练习过程中一点就通，感到得心应手。

当然，合理的教学安排是实施教学目的的必要手段。为了激发学生的学习兴趣，倡导团队的协作精神，对课程设计的先期分散教学内容进行周密合理的安排。在完成“数表和线图的计算机处理”教学单元后，要求学生共同编制某一个零部件的辅助设计程序。为了不增加负担，又不人浮于事，将设计任务细化，责任落实到人，明确考核要求。通过实践，学生不仅能够使用C语言编制出仅输出设计结果的简单程序，而且部分计算机应用能力较强的学生还能够使用Visual Basic和Visual C++语言编制出具有人机交互功能的辅助计算软件。

充分运用CAD技术手段 随着CAD技术的突飞猛进，计算机辅助设计已经成为现代企业必不可少的设计手段。为了适应现代企业对机械CAD人才的需求，在机械专业的课程体系中设置了不少计算机应用课程，如计算机绘图、C语言程序设计和三维实体建模技术等，但不同的教师担任不同的课程，由于课时有限，往往只着眼于本课程知识点的掌握，无暇顾及课程间的联系及应用。因此，在机械设计课程设计中引导学生充分利用CAD技术解决工程设计问题，将成为帮助学生掌握现代设计方法和先进技术手段的有效途径。鉴于学生已先修计算机绘图和三维实体建模技术课程，对AutoCAD和Pro/E软件的主要特性和基本功能的掌握已有一定的基础，因此，在课程设计集中的2～3周内要求学生充分利用该两软件完成减速器的设计。

1）零部件的三维实体建模。Pro/E是CAD/CAM/CAE等领域广泛使用的三维设计软件。创建三维实体模型是利用Pro/E进行机械结构设计的首要任务，三维实体是创建零件工作图、总体装配图及机械运动仿真等后续工作的基础。因此，要求学生先由零部件辅助设计程序得到零件的结构尺寸，再利用Pro/E的实体建模和特征造型功能创建出齿轮、轴、箱座、箱盖、轴承、端盖等零部件的三维实体模型。对于减速器中结构相似、尺寸不同的零件，可利用Pro/E参数化的模型修改功能，通过修改设计模型的参数值来改变设计意图，实现三维实体的自动更新。

2）减速器的虚拟装配。装配是依照一定的顺序把满足特定关系的元件（零件或部件）装配成组件的过程。装配件中各个元件的空间定位关系是进行装配设计的关键。完成减速器所有零部件的三维实体建模后，要求学生利用Pro/E的装配功能模块和应用程序模块，通过【组件】和【装配】命令，设置基础零件，添加装配约束和连接定义，完成减速器组件的装配。由于Pro/E使用全相关的单一数据库，因此，在组件装配后可以在零件模块和组件模块中反复修改设计结果，从而实现方案设计和结构设计的优化。再通过【应用程序】/【机构】命令，定义齿轮副连接，定义伺服电动机，对减速器进行运动分析及仿真。

3）二维工程图的创建。工程上通常使用一组二维视图（工程图）来表达一个复杂零件或组件，而Pro/E的绘图功能模块提供了强大的工程图设计功能。因此，要求学生利用Pro/E完成零件的三维造型和减速器的装配后，使用绘图模块将三维造型图转换成二维工程图，主要步骤如下。

①设置绘图环境。单击【工具】【选项】命令，打开【选项】对话框，取消对【仅显示从文件加载的选项】复选框的选择，在“当前会话”中找到“drawing_setup_file”选项更改其值为“*.dtl”，单击【添加/更改】按钮，单击【确定】按钮完成配置，并保存该配置留用。

②进入绘图环境。单击【新建】【绘图】命令，去掉【使用缺省模版】选项的小勾，单击【确定】按钮，出现的【新制图】对话框中，再单击【浏览】按钮，将需要创建二维视图的三维模型文件打开调入，指定模版，单击【确定】按钮进入绘图环境。

③创建基本视图。由步骤②得到Pro/E绘图环境下的三视图，打开菜单栏【视图移动锁定】，调整视图布局和投影关系。在主视图上双击鼠标，出现“绘图视图”界面，在【类别】选项上选择【比例】，确定【定制比例】的数值。

④转换成AutoCAD工程图。将利用Pro/E绘图环境下创建的二维工程图，单击【文件】，选择【保存副本】，选择文件类型“*.dwg”，单击【确定】，生成AutoCAD文件。

最后，要求学生使用比较熟悉的二维绘图软件AutoCAD，

通过其编辑、修改和标注等命令，完成减速器的装配图和零件图。

3 结论

CAD技术的产生和发展使机械产品设计的传统模式发生了深刻变化，同样对机械专业的课程教学带来新的挑战与机遇。将CAD技术引入机械设计课程设计的教学实践，不仅有助于培养学生的综合设计能力、创新能力和运用知识解决工程实际问题的能力，有助于提高课程设计的技术含量和教学质量，而且彻底改变了传统的教学模式和设计方法，促进了机械设计课程教学目标、教学内容、教学手段和教学方法的改革和创新，促进了机械学科的发展。

参考文献

[1]何秋梅.Pro/E软件在《机械设计基础》课程教学与课程设计中的应用[J].装备制造技术，2013（2）：198-200.

[2]袁野.Pro/E在小型电机减速器设计中的应用[J].机械研究与应用，2007（8）：100-101.

[3]郑汉波.基于Pro/Engineer零件的三维建模和二维工程图创建方法[J].咸宁学院学报，2011（12）：70-72.

[4]凌丹.CAD技术在《机械设计》课程设计中的应用[J].实验科学与技术，2005（10）：51-52.

[5]咸斌.与现代CAD技术相结合的机械设计基础教学方法研究[J].盐城工学院学报，2005（6）：72-75.

篇7

关键词：蜗杆蜗轮；自锁；磨损

中图分类号：TH132 文献标识码：A0. 引言

蜗轮蜗杆传动是机械传动中不可缺少的传动布置形式，升降台的升降传动中使用蜗轮蜗杆传动可以防止台面的自动回落。

1. 蜗轮蜗杆机构的基本结构

蜗杆传动由蜗轮和蜗杆组成。通常情况下，蜗杆与蜗轮轴线方向的角度为90°，所以，蜗杆蜗轮机构被应用在交错轴间的运动。

2. 蜗杆蜗轮机构的自锁性

蜗杆蜗轮机构一方面具有结构紧凑、稳定的传动比、工作性能可靠等优良的特点，而且另一方面还具有蜗杆蜗轮的主动件变化的反向造成蜗杆蜗轮自锁的现象。在起重装置的机械中，为了利用蜗杆机构的自锁性能，一般采用蜗轮蜗杆机构，目的是为了使起吊的重物可以非常稳定地在空中实现短暂静止。为了充分地估计机构传动的自锁性，必须要弄清楚蜗杆蜗轮自锁性的内在关系。

2.1 自锁性问题的提出

蜗杆蜗轮机构被广泛地应用在机械行业的减速机构中。对于要求利用蜗杆蜗轮机构自锁性的机械装置系统中，确定蜗轮蜗杆的自锁性成为了一个非常关键的因素。在生产生活实际的应用中，自锁性能经常又是很难掌握的。在保温罩上升的过程中，断开电动机的电源，机构会马上发生自锁现象，保温罩不会下降。然而，当切断电动机的电源时，保温罩开始往下运动，机构仅仅只是有些时候发生自锁现象，有些时候却不会发挥自锁现象，保温罩甚至会产生高速度下降的情况，根本就失去了机构本身的自锁能力。

2.2 自锁条件分析

对于具有自锁性的蜗杆蜗轮机构而言，机械类的教科书上是这样定义的：“当以蜗轮为主动件时，并且蜗杆蜗轮机构的导程角小于摩擦角，机构将会发生自锁现象。”自锁现象的发生和两个量的相对大小有关系：一个是蜗轮作用在蜗杆上的摩擦角β，另一个是蜗杆的升角α。

2.2.1 升角α

就蜗杆的升角α而言，它是通过蜗杆的几何参数来确定的。蜗杆的升角为一个定值。记蜗杆的头数为，特性系数为q，模数为m，得：

升角α与特性系数q的对应关系见表1（Z1=1）。

摩擦角β与物体之间的摩擦力F?和法向约束反力FN的比值有关，即摩擦系数?，即

β与哪些因素有关？对于一个具体的蜗轮蜗杆机构来讲，摩擦系数会不会是某一个常数？接下来就着重来研究这些具体的问题。摩擦角β的大小由摩擦系数?来定，不同材料的蜗杆蜗轮的摩擦系数见表1。

根据表1的数据可以得出：

（1）蜗杆蜗轮的相互匹配的材料的不同，他们之间的摩擦系数就会有很大的差别。如表1中所示，钢与铸铁的配合而产生的摩擦系数比较大，钢与黄铜的配合的摩擦系数比较小。因为蜗轮蜗杆机构之间会产生非常大的滑动速度，所以，蜗杆蜗轮机构传动时会产生大量的热量从而导致蜗杆蜗轮的轮齿很大的磨损。鉴于此种情况，一般选用摩擦系数比较小的黄铜与钢来制造蜗轮蜗杆机构。

（2）摩擦系数?受到材料表面质量的影响，由不同的材料制造而成的蜗杆蜗轮，相互之间的摩擦系数?在一定的范围内变化。也就是说，即使配对的蜗杆蜗轮相同的材料，摩擦系数?也会因为表面状态的不同而不同。材料的表面质量越差，摩擦系数?就会越大，相对应的摩擦角β也就会变得越大，机构就更容易自锁。另一方面，材料的表面质量越好，蜗轮与蜗杆之间的摩擦系数?就会变得越小，摩擦角就会越小，机构不容易发生自锁现象。

（3）摩擦系数也会受到材料的表面的状态的影响。使用蜗杆蜗轮机构传动的过程中，为了尽可能地减少蜗杆蜗轮轮齿间相对滑动带来的轮齿间的磨损，一般情况下，应该将蜗杆蜗轮传动机构安置在油中。所以，机构很难发生自锁。

（4）蜗轮蜗杆构成的摩擦副之间的接触压力P的变化会导致摩擦系数?的变化。接触压力P和摩擦系数?之间的关系可以由表2查得。

由以上研究的影响摩擦系数的各种因素可以得出：摩擦角β不但与蜗杆蜗轮机构的啮合表面的粗糙度、情况等有关，而且与减速器的工作条件（有无相对速度及相对速度的大小，轮齿啮合部位的接触压力等）有关。摩擦角β会随着工作条件和自身状态的改变而改变。所以得出结论：摩擦角β是个变量。

3. 蜗轮蜗杆中心安装误差所致的自锁失效分析

3.1 蜗轮外部受力分析

外力施加给蜗轮的转矩T=FLcosγ根据升降台的尺寸和举升重物分析，当曲柄角度处于的第Ⅰ象限或者第Ⅱ象限的某一角度时，T有最大值。

3.2 蜗轮蜗杆自身受力分析

法向力Fn为蜗轮面反作用在蜗杆啮合点P的作用力，该法向力垂直指向此处的齿廓，为了更加有效地分析蜗杆蜗轮的受力情况，将蜗杆蜗轮的作用力定义为分力Ft、Fr、Fa。

各个力的绝对值为：

受力分布情况如图1所示。

3.3 安装位置偏移对受力的影响分析

均存在安装偏差而且偏差超过允许范围，或者偏向左侧，或者偏向右侧。

如果蜗杆是逆时针方向旋转，则蜗轮的旋向为自外向里旋转，此时蜗轮的接触斑点偏左，蜗轮齿面的磨损左侧比右侧严重。经过严重地磨损后，蜗轮的螺旋角会变大。这种偏置方式的安装同样导致了蜗杆的磨损并且加重了金属胶合现象的发生，即导程角变大。

4. 振动对自锁的影响及对策

振动的发生会给自锁的蜗杆蜗轮机构造成极大危害，加速自锁蜗杆机构的磨损，使得蜗轮和蜗杆的轴线偏离原有位置，导致蜗杆与蜗轮的轮齿非正常地啮合。综上所述，对于自锁的蜗杆机构而言应该合理布置蜗杆与蜗轮的位置，减小因振动对机构的作用。

结语

蜗轮蜗杆机构传动的摩擦系数是一个在一定的范围内变动的值，摩擦系数与加工制造蜗杆蜗轮的材料、蜗轮与蜗杆配合处的轮齿表面粗糙度、轮齿之间的相互作用力、相对滑动速度的存在与否等因素有关。

参考文献

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关键词：齿轮泵；运动仿真；模态分析

中图分类号：S219.032.1 文献标识码：B 文章编号：0439-8114（2013）03-0688-03

齿轮泵因结构简单紧凑、体积小、质量轻、自吸性能好、便于维护修理、成本低等特点广泛运用于石油、化工、矿山、农业机械等行业，为油类介质的传输、增压、燃油喷射等提供动力输出。拖拉机作为重要的农业耕作动力输出机械，在现代化农业生产过程中发挥着重要的作用；而齿轮泵作为为拖拉机液压系统提供加压液体的装置，其工作状态和性能直接影响着拖拉机动力输出的稳定性，是影响拖拉机作业性能的主要因素。

为此，基于SolidWorks软件对齿轮泵体零件结构特征造型进行了设计，将复杂的零件结构分解成SolidWorks所能建立的基本特征要素，选用合理的顺序进行建模，通过SolidWorks软件的Simulation模块对齿轮泵用齿轮进行了模态分析，计算得出其固有振动频率和振型，为进一步研究齿轮的动力学仿真和结构分析提供了依据。

1 齿轮泵的结构特征造型

在进行齿轮泵整体设计过程中，齿轮参数设计是关键，为了获得完整的齿轮轮齿及获得给定齿数的齿轮，需解决的关键问题就是如何精确绘制齿轮轮廓线，通过渐开线方程创建齿形，通过拉伸、阵列等操作实现齿轮的创建，具体实施过程如下。

1.1 齿轮泵齿轮参数的确定[1]

1）工作参数。以现有拖拉机外啮合圆柱形齿轮泵为例，其基本参数有主轴转速（1 450～1 650）r/min，配套动力8.7 kW，额定工作压力10 MPa；

2）齿轮结构参数。采用硬齿面，45钢，齿数Z1=Z2=19，压力角α=20°，齿顶高系数ha=1，齿顶间距系数C*=0.25，齿宽b=24 mm，变位系数X1=X2=0.33，中心距a=45 mm。

1.2 齿轮泵体零部件三维实体建模

利用SolidWorks的参数化特征建立齿轮啮合的实体模型，为了便于计算和施加边界条件，将实体模型简化，其中常用标准件是通过SolidWorks的标准件库“Tool box”按照相关尺寸参数设置简化其建模过程，通过拉伸、旋转、扫描等操作完成。

2 基于SolidWorks的齿轮泵虚拟装配

在SolidWorks软件的基础上，在装备环境下对齿轮泵各部分零部件进行约束提取、装配路径定义、装配序列规划模块、装配过程仿真模块坐标系定义和干涉等过程，其建模系统装配方框图如图1。

对齿轮泵零部件或组件通过一定的约束方式集合在一起，通过插入零部件、对齐、相切、同心等约束方法进行装配，生成的总装配模型如图2[2，3]。

3 齿轮泵的干涉检验与运动仿真

3.1 干涉检验

由于在齿轮泵装配过程中各零部件的安装是通过约束固定，在进行运动仿真过程中各零部件之间存在着干涉现象，尤其主从动齿轮啮合传动更是如此，在SolidWorks中可以进行产品装配关系的干涉检验，为了保证机构运动仿真过程的顺利进行，对已装配的产品要进行干涉检验[4]。在装配模式下运用模型分析功能模块，选择全局干涉选项可以进行干涉分析，通过分析得各零部件之间的干涉体积为0.012 5 mm3，且两外啮合齿轮的齿顶与内齿轮的齿根过渡曲线部分接触，或者两齿轮的齿顶过渡曲线干涉部分接触。其主要原因是由于生成齿轮渐开线的辅助计算公式存在的舍入误差，这种情况可以根据精度的选择来加以控制。

3.2 齿轮泵动态仿真检验

在SolidWorks系统的motion环境中采用（机械）功能检验装配件之间相互运动的模拟情况；仿真主要是参照几个关键运动参量进行，其中包括位置点的确定、速度以及加速度随时间的运动轨迹曲线变化情况；通过定义齿轮副、伺服电机等设置，根据各零件的运动形态及彼此间的相对运动情况，运用运动（分析）命令进行机构运动仿真，通过选取齿轮齿顶圆上任意点作为特征点分析得到速度与时间、加速度与时间变化的关系结果，通过仿真分析显示齿轮泵的速度与加速度基本恒定，呈线性变化，说明受到共振影响比较小，除此之外齿轮泵还可以根据连接形式、介质压力和流量、负载，模拟分析径向力不平衡、端面泄露及困油等现象。

4 齿轮泵用齿轮模态分析

通过三维实体建模技术对齿轮进行建模，但由于齿轮轮廓线属于渐开线齿形，因此首先应用渐开线方程创建单个齿轮齿形面，再通过圆周阵列出所有齿面，启用SolidWorks Simulation 插件对齿轮进行模态分析，定义新算例为频率分析。

创建模态分析的单元类型为三维实体单元划分网络；在网络划分中采用了smart mesh方法，齿轮材料使用普通碳素钢，弹性模量“EX”=2.1×105 MPa、泊松比“PRXY”=0.3、密度“Density”=7.8×10-9 t/mm3，对齿轮轴孔内表面进行约束，齿轮约束有限元模型如图3所示，提取模态阶数为5阶，采用Lanczos算法开始计算。

查看分析结果，对各阶模态振型进行动画显示如图4所示，可以看出第一阶模态齿轮做径向齿轮沿径向伸缩，端面出现多边形振型，轴向基本无振动，频率为84 210 Hz；第二阶模态轴向的振动表现为收缩成伞状振型伞形对折振动，频率为91 031 Hz；第三阶模态为轴向无振动，在端面上为圆周方向的圆周振动，频率为93 036 Hz；第四阶模态主要表现为轴向出现规则波浪振型，在端面上为规则多边形的对折振型，频率为97 135 Hz；第五阶为轴向无振动，在各端面上表现为相对扭转的振型，频率为99 017 Hz，各阶振动频率与振型统计见表1。

5 齿轮固有频率测试

通常测试齿轮固有频率的方法有敲击法和共振法两种，此次试验采用敲击法[4，5]，具体测量方法为：将压电式加速度传感器贴到被测试齿轮端面一侧，将所测齿轮用线性弹性非常小的细绳悬吊，敲击齿轮的另一端，当传感器感受到振动时，由传感器的输出端引出输出电量，输出到电荷放大器，而电荷放大器输出的是与加速度呈一定比例的电压信号。此信号在示波器上显示的是电压、频率变化波形情况，将所测信号输入数据分析软件，进行频谱分析处理可以得到所测齿轮振动模态参数（振型、频率、阻尼等），测试系统如图5，测试结果见表2。从表2可知，模拟分析结果和试验测试结果基本吻合，说明利用SolidWorks Simulation模块对齿轮进行动力学分析的结果基本正确。

6 小结

应用SolidWorks软件可以方便、高效地建立齿轮泵的三维模型及虚拟装配，并通过添加驱动装置、运动副、约束自由度实现了齿轮泵的运动仿真，并对齿轮泵进行干涉检测，提高了工作效率，降低了产品成本，为齿轮泵的设计提供了一种高效途径。

通过SolidWorks Simulation仿真模块对齿轮进行分析计算，得到齿轮的固有谐振频率且利用动态显示可以观察齿轮的振型、变形、位移分布状态，结果非常直观，在齿轮传动系统的设计中考虑齿轮固有频率和振型，避免齿轮系统发生共振，影响传动效率。

试验测量结果表明，固有频率只取决于振动系统本身的参数，敲击力度的大小决定了振幅的大小，齿轮在不同振型的频率有限元仿真结果与试验测试结果基本一致。

参考文献：

[1] 张青元，吕新民.拖拉机齿轮泵轮齿接触的有限元分析[J].农机化研究，2012（5）：34-37.

[2] 胡仁喜，路纯红，刘昌丽，等.SolidWorks 2010机械设计完全实例教程[M]. 北京：化学工业出版社，2010.

[3] 张忠将.SolidWorks 2011机械设计完全实例教程[M].北京：机械工业出版社，2012.

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关键词：皱，绉，棉，绵，锦纶，尼龙，连锁，联锁，涡轮，蜗轮，电动机，马达

中图分类号：N04；TS1　文献标识码：A　文章编号：1673―8578(2011)04―0042―03

自古以来，纺织业就一直伴随着人类文明发展的整个过程。现在纺织品本身也早已超出了穿衣保暖、遮体御寒的基本功能，而拓展为服用纺织品、家用纺织品和产业用纺织品三大类别。服用纺织品正在向着充分体现功能性、环保性和艺术性的方向发展；随着城乡居民住房条件的不断改善，特别是和谐社会理念的不断倡导，家用纺织品消费需求不断升级，保健化、园艺化、布艺化、风格化成为家用纺织品缔造的主题；产业用纺织品也正以前所未有的势头在军事、航空、生物医药、保健、信息、电子、汽车和运输、建材、体育用品、环保、农业、海洋业等诸多领域中得到更广泛的应用。与此同时，纺织行业的从业人员日益增加，对纺织知识的需求与日俱增，因此相关的教科书、培训教材、生产技术类图书及专业杂志等出版物也相应增多。

笔者在编辑加工书稿时，发现一些纺织名词的使用存在错误和不规范的现象。在纺织类专业书稿中，常常把生产工艺和生产设备一起讲，实践性较强。但是，由于不同作者和编辑的知识面宽窄不一，对于一些名词往往分不清楚。同时，又由于常用的工具书也没有收录这些相关的专业名词，所以，就给人一种错觉：《现代汉语词典》(以下简称《现汉》)没有收录的就是错误的，以至于在书稿中出现一些不该出的错误。现列举分析一些纺织类书稿中常用且易混淆的名词，包括几组《现汉》中未收录的，但在行业中常用的专业名词，希望能为同行提供一些帮助，以达到利于交流、正确理解纺织知识的目的。

1.皱、绉

从纺织材料学方面讲，织物被搓揉挤压时发生的塑性弯曲变形产生的折痕称作皱，织物抵抗此类折皱的能力叫作抗皱性。在纺织品生产中，有时为了使织物达到一定的外观效果，通常采用对织物进行煮练、漂白、烘干、染整等工艺手段，使平纹织物表面具有纵向均匀的皱纹，成为绉布(绉纱)。有时，也利用织物的原组织或变化组织为基础组织，使织物表面具有错综浮沉、分散且规律不明显的小颗粒外观的绉组织。还有利用不同捻度、不同捻向的纱线配置，利用经纬纱线张力大小差异，利用不同原料在整理中的收缩性能差异产生绉效应。绉类织物具有较好的抗皱性。

有了上面的解释，我们不难理解皱与绉的区别：皱是纺织品使用者不想要的结果，而绉是纺织品使用者想要的效果。包含这两个字的常见名词有起皱、皱纹、抗皱性、绉布、绉纱、绉组织、树皮绉、绉纹呢、双绉、花绉、缎背绉等。

2.棉、绵

棉指的是棉花、棉纤维；绵指的是天然丝纤维，《现汉》上第一个义项就是丝绵。棉纺工程就是原棉或一定长度的化学纤维和混合原料经机械加工成为纱线的工艺过程。棉纺工程的工艺过程有抓棉、开棉、混棉、梳棉等，其相应的设备有抓棉机、开棉机、混棉机、梳棉机等。绢纺工程就是把天然丝纤维加工成为纱线的工艺过程。绢纺工程分为三个阶段：精练、制绵、纺纱，在后两个阶段才称天然丝纤维为绵，如精干绵、开绵、切绵、梳绵、落绵、混绵、绵条等，其相应的设备有开绵机、切绵机、梳绵机、落绵机等。棉和绵都作为纺织材料，它们在纺织类书稿里碰面的机会较多，既要区别两者在含义上的不同，又要区别两者在字形上的不同。棉和绵的区别关键是：在涉及棉纤维、棉型化学纤维的加工流程、加工机械和产品(半成品、织物等)等时候都用棉；而在涉及天然丝纤维的加工流程、加工机械和产品(半成品、织物等)等时候都用绵。

3.尼龙、锦纶

尼龙学名为聚酰胺纤维，原为美国杜邦公司所注册的商品名。锦纶是中国对聚酰胺类纤维的统称_3j。一般聚酰胺纤维作为纺织纤维时称锦纶，而用作其他工业材料时称尼龙。在加工纺织类书稿时要注意根据不同内容，恰当地选择词语，如锦棉混纺、锦纶袜、锦纶带、锦纶地毯丝、锦纶缝纫线、尼龙套、尼龙板、尼龙垫块、尼龙滑轮、尼龙管等。

4.连锁、联锁

连锁，《现汉》这样解释：“一环扣一环，像锁链似的，形容连续不断，如连锁反应、连锁商店。”《现汉》没有收录联锁。《辞海》这样解释联锁：“一般指技术设备上的相互控制装置。特指铁路信号联锁设备。有电气集中联锁、电锁器联锁等多种型式。用以使道岔、信号机等相关设备之间建立相互制约的关系，协作动作，保证列车运行和调车工作的安全。”全国科学技术名词审定委员会这样定义联锁：使两个或若干个机构互相制约而不能同时动作。

通过对比不难发现，联锁不同于连锁：联锁用于电气、机械设备控制保护装置。现在联锁装置也不仅用在列车上，基本上各行业的电气、机械设备都会用到。如在纺织生产设备中，清梳联系统由一组开清棉机联合机(抓棉机、混棉机、除杂机等)和6～12台梳棉机组合而成，以抓棉喂人为尾端、棉条输出为始端，以始端向尾端的顺序逐台开车启动。为保证产品质量和设备正常运行，设有联锁控制，保证突发故障和火险的及时预防和处理。在加工过程中，首先必须实现各机组之间的联锁控制，保证后方机台对前方机台喂棉不脱节、不跑空，提高单机的运转效率，制出合格的棉条；其次各机组之间的联锁控制，可以实现安全防范、故障报警和处理等，保证生产的正确性、可靠性和安全性。

5.涡轮、蜗轮

《现汉》和《辞海》都没有收录涡轮一词，只收录了涡轮机等组合词。全国科学技术名词审定委员会这样定义涡轮：将流动工质的能量转换为机械功的叶轮机械；向工作机输出机械能并使工作液体动量矩发生变化的叶轮。简单点说，涡轮是有很多叶片的机械部件，其受到高速流体(水蒸气、燃气、水等)的冲击，把热能(或位能)转化为动能，动能再转化为机械能。涡轮一般用于发电设备、发动机等，常见词语如涡轮机(用于水力发电设备等)、涡轮增压(用于汽车发动机等)、涡轮螺旋桨发动机等。

《现汉》没有收录蜗轮或其组合词。《辞海》这样解释蜗轮：能与蜗杆相啮合的齿轮。全国科学技术名词审定委员会这样定义蜗轮：作为交错轴齿轮副中的大齿轮，与配对蜗杆相啮合的齿轮。从以上两个定义可知，蜗轮是与蜗杆配合使用的齿轮，蜗轮和蜗杆一起组成一个机械传动机构。

经过以上分析，不难发现涡轮和蜗轮最直观的区别：从外观来看，涡轮是叶轮，蜗轮是齿轮；从功能上讲，涡轮主要用作驱动，蜗轮用作传动，须与蜗杆配对使用。了解了两者的区别，在编辑加工书稿时，只要注意上下文的意思表达，就不难作出正确的选择。

6.电动机、马达

《现汉》这样解释电动机：“把电能变为机械能

的机器，可分为直流电动机和交流电动机两种。也叫马达。”而《辞海》这样解释电动机：“俗称‘马达’。使电能转化为机械能的电机。分同步电动机、异步电动机、交流换向电动机、直流电动机和其他特种电动机等。”《辞海》这样解释马达：“英文motor的音译，‘电动机’的俗称。”全国科学技术名词审定委员会这样定义电动机：应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械。用于实现电能向机械能的转换。运行时从电系统吸收电功率，向机械系统输出机械功率。

根据以上解释和定义，在一般的科技书稿中，把“马达”二字改为“电动机”大多数情况下是对的。但是，当书稿出现液压马达、气动马达时，若不加区分，用惯性的思维将其改为电动机，笔者认为这是不妥当的。下面以液压马达为例，来说明某些情况下马达不能用电动机随意替换。

液压马达指在液压传动中，使负载产生旋转运动的执行元件。当用管道从一个接口通入高压液流，并将另一接口接通油箱时，其输出轴便驱动负载转动。一个完整的液压传动或控制系统通常都是由能源元件(液压泵)、执行器(液压缸、液压马达和摆动液压马达)、控制元件(各类液压控阀)及辅助元件(油箱和管件等)四类液压元件和工作介质所组成。如本宁格ZC型整经机就采用液压传动方式，通过电动机的拖动，液压泵将电动机的机械能转化为油液的压力能，然后通过压力油驱动液压马达转动，再经过皮带轮带动经轴回转。同时，双联液压泵将高压控制油供给液压泵和液压马达，控制它们转子的偏心距，通过改变排油量来改变液压马达的转速。如果液压系统收到停车请求的信号时，双联液压泵立即控制液压泵停止向液压马达供油，液压马达立即卸荷停转。与此同时，液压电磁换向阀控制内涨式制动油缸刹车，防止断头纱卷入经轴内，便于寻找断头。由此可见，电动机是将电能直接转化为机械能的机器，而液压马达是指将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置。

另外，如气压马达、齿轮马达、叶片马达、柱塞马达、螺杆马达、摆动液压马达等，这些装置都不是将电能直接转化为机械能的机器，那么这些名词中的马达，笔者认为也不宜改为电动机。同时不难发现，马达不宜改为电动机时有一个特点，就是马达前有限定词。

科技名词是科技交流的载体，科技名词的混乱使用，会阻碍科学技术的顺畅交流，会影响社会的和谐发展。在书稿加工过程中，要多积累专业知识，多查《现汉》《辞海》等工具书，有意识地使用全国科学技术名词审定委员会公布的规范科技名词，发现问题后与作者及时沟通，这样才能尽量避免名词使用中的错误或不规范的现象。

参考文献

[1]于伟东.纺织材料学[M].北京：中国纺织出版社，2006

[2]中国纺织大学绢纺教研室.绢纺学[M].北京：纺织工业出版社，1986

[3]梅自强.纺织词典[z].北京：中国纺织出版社，2007

[4]中国社会科学院语言研究所词典编辑室.现代汉语词典[Z].5版.北京：商务印书馆，2008

篇10

关键词：法兰盘 ANSYS 模态分析

圆盘类零件是在机械传动中经常用到的零件，主要是用来传递一定的转矩。在使用此零件过程中，要注意其中的振动，不然会使传递的转矩损失，对机器造成一定的破坏。ANSYS软件是由美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(Finite Element Analysis，FEA)软件，已广泛应用于机器、建筑物、船舶等，其动力学分析中的模态分析直接对零件振动特性做出数据，经过分析，会避免由扭转变形等带来的不利影响，防止零件的断裂。用ANSYS对其作出分析，能够防止机器由于振动等带来的不利影响。

一、法兰盘的建模

法兰盘的材料为Q235A，密度7.8×103kg／m3，泊松比为0.3，弹性模量145GPa。利用Solidworks软件对法兰盘进行建模，保存格式为Parasolid（*.x_t）类型，并导入ANSYS环境中。Solidworks建模如图1所示。

二、网格的划分

网格划分采用智能网格划分，定义单元类型为二十节点三维单元SOLID186，网格的大小为5，节点数11915，单元数7335。如图2所示。

三、模态分析

模态求解，采用Block Lanczos法，设置提取模态和扩展模态的数目为15，设置频率范围为0至100000，边界约束条件为零位移约束。分析结果如图3和图4所示。

图3为总的应力图。从图中可知，在动态过程中，此零件旋转的应力变化不大，主要是在孔的边缘处，显示应力集中的现象。在应用此零件时，主要是用必要的措施，减小孔的边缘部位应力集中，防止由于应力集中而发生断裂的现象。

图4为总的振型图。从图中可知位移变化量比较大的区域集中在孔的两侧，发生了弯曲振动。在平时应用时应该注意频率的大小，避免长时间在该频率下工作，否则会由于振动而引起破坏失效。

综上所述，有限元与ANSYS的结合，实现了圆盘类零件的参数化，由此为改进零件运转提供了依据。在划分网格过程中，要注意要删除圆角，不然会对ANSYS分析有误差。圆盘类零件的应力和位移图由外而内逐渐增大。在使用此圆盘的时候，应该由此推断：使用此零件在某个频率范围内，振动位移量最小，防止由于振动而发生断裂。

参考文献：

［1］叶先磊，史亚杰.ANSYS工程分析软件应用实例. 北京：清华大学出版社，2004.

［2］刘大维，严天一,等.半挂牵引车车架模态分析.中国制造业信息化，2006 (6) .