机械优化设计论文范文
时间：2023-04-04 18:09:57
导语：如何才能写好一篇机械优化设计论文，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。
篇1
《机械优化设计》课程理论教学体系的建设主要包括优化课程内容、制定课程教学大纲、编写课程教案几个方面。如前所述，机械优化设计课程教学需要克服“四个脱节”。因此在课程体系研究方面主要解决实现理论基础教学和应用能力培养相结合，以及课程内容与技术发展相结合两个问题。
（1）实现理论基础教学和应用能力培养相结合针对因该课程数学基础较多导致工科学生畏难情绪大，学习热情不高等问题，在课程数学理论基础等知识点方面，侧重算法原理的讲解而非算法过程的介绍；侧重使学生掌握使用现有数学工具解决工程问题，而非自行编制算法程序求解数值问题。从而使学生从算法原理和理论基础中跳出来，提升到知识的应用的层次。
（2）课程内容与技术发展相结合机械设计问题已经从求解小规模单一问题发展到求解大规模复杂性问题。因此优化方法也从经典的优化方法发展到多学科设计优化、智能优化方法、基于仿真的优化等领域。因此课程内容应和技术发展相结合，适当引入先进优化方法的介绍。为学生从解决简单数值问题过渡到今后解决复杂工程问题提供知识储备。适应“卓越计划”提出的培养学生工程能力的要求。
1.2《机械优化设计》实验课程体系的建设
《机械优化设计》实验课程体系的建设主要包括实验内容与实验项目的设置、制定实验教学大纲、编写实验指导书几个方面。实验体系建设的主要目的是使实验项目设置与工程问题相结合，实验内容与工程实践所需的综合性知识应用相适应。
（1）首先在实验项目设置时，根据“卓越计划”的要求，以培养学生的工程能力和知识的综合运用能力为目标。通过建立知识-能力-实验内容关系矩阵。将各个知识点的能力培养落实到各个实验项目环节。并且实验项目的设置突出和其他相关课程内容、工程问题相结合。避免知识点与工程应用脱节，从而达到工程技术人才的具备知识的综合运用能力的培养要求。
（2）其次在实验项目设置时，对不同类型的实验项目，优化其实验方法及其目的。主要改革体系现在以下三个方面：算法原理类实验，避免要求学生采用通用语言编写成熟优化算法的实验。而采用数值计算软件验证，并要求主要对比分析不同算法的求解过程的特点。工程问题类实验。侧重于工程优化问题数学模型的构建，如何选择合适的优化方法求解。综合类实验，和考核环节的课程project相结合，采取开放式的实验方式。侧重于培养学生对知识的综合运用能力、工程素质和合作意识。
1.3《机械优化设计》教学方法研究
教学方法有多种，不同的方法有不同的特点和其适应性。本项目研究的一个重要内容之一是拟比较几种方法的特点，将其融入到不同实验的教学过程中。
（1）对于基础理论的介绍，以板书教学为主，多媒体教学为辅。这样有利于学生理解理论基础，克服学生对数学推导的畏惧心理。
（2）对于各种算法的介绍，在简单介绍其原理的基础上，采用对比教学的方法，侧重于各种算法特点和适用性的比较。并应用结合成熟的数值计算软件，采取现场实验教学的方法进行讲解。
（3）在考核形式方面。除日常的考核和实验成绩考核以外，结合课程项目教学的方法，让学生以组为单位完成一个自选的项目（Project），并以组为单位做一个展示（Presentation）。一方面锻炼学生运用知识综合解决问题的能力，另一方面培养学生的团队协作和工程素质。
2改革特色及成效
“卓越计划”强调学生工程实践能力的培养。因此结合“卓越计划”的实施契机，在对课程建设中存在的问题进行系统深入地分析的基础上，经过不断的教学研究与实践，我校《机械优化设计》实验教学已初步形成了特色。并取得了一定的成效。主要体现在以下几个方面：
（1）在理论教学建设方面实现理论基础教学和应用能力培养相结合；课程内容与技术发展相结合。从而使学生从算法原理和理论基础中跳出来，提升到知识的应用的层次。适应“卓越计划”提出的培养学生工程能力的要求。
（2）在实验课程建设方面根据“卓越计划”的要求，以培养学生的工程能力和知识的综合运用能力为目标。通过建立知识-能力-实验内容关系矩阵。将各个知识点的能力培养落实到各个实验项目环节。并针对不同类型实验，优化其实验方法。
篇2
关键词：超大型平头塔式起重机；平衡臂；优化设计；有限元
中图分类号：TH2文献标识码：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着有限元技术的不断发展，计算机辅助设计在塔式起重机关键组成部件的优化分析设计中得到了广泛应用。计算机辅助设计及有限元分析技术的引进使用，使得塔机产品使用起来更加安全和高效。超大型平头塔式起重机作为塔机发展的方向，其结构复杂，工况多样，仅仅对其进行整体的综合系统设计是不够的，更应该关注其细节结构设计分析，关注计算机优化设计。
本论文选取T3000160超大型平头塔式起重机作为研究对象，利用计算机辅助设计技术对平衡臂结构进行有限元建模分析，使用APDL算法完成平衡臂结构的优化设计，达到降本增效的目的。
2Ansys有限元分析优化设计的有关概念121设计变量设计方案完成后，其中的设计元素可以用一组基本参数数值来表示，这一组参数数值就是所谓的设计变量。
22目标函数
在产品结构设计中，可以利用一些设计指标衡量一项设计方案的好坏，通过把设计指标参数化得到相关函数来表示这些指标，这些相关函数即是优化设计的目标函数。
计算技术与自动化2017年6月第36卷第2期郭纪斌等：基于Ansys的超大型平头塔式起重机平衡臂优化设计23约束性条件
所谓约束性条件是在对与目标函数相关的设计变量进行取值时加入的限制性条件。约束类型按照目标函数中设计变量的不同性质可分为边界性约束和性能性约束。
24合理性设计
所谓合理性设计是指满足设计方案所有给定约束条件（包括设计变量的约束和状态变量的约束）的设计。倘若给定约束条件中的任一条未满足，该设计就被认为是不合理的。而最优设计就是既能满足所有约束条件同时目标函数值又是最小的设计。
3超大型平头塔机平衡臂优化设计的步骤
在Ansys软件中可以用两种方式进行结构优化设计：图形交互式或者数据批处理来完成。在本论文中，选用数据批处理方式来进行平衡臂结构优化设计，以期提高优化设计效率。
由于用户采用优化方式的差异（批处理或GUI方式），Ansys优化设计步骤会有些许差别。本论文中平衡臂优化设计步骤如下：
31分析文件的生成1311参数化建立模型通过Ansys软件/PREP7命令把设计方案中的设计变量参数化建立数据模型的工作完成。对于本论文选定的T3000160超大型平头塔式起重机平衡臂，设计变量是拉杆和臂架弦杆的尺寸，如表1所示。
表1设计变量
设计变量1初值（mm）1变量含义X112001平衡臂下弦杆角钢L200X36的截面长度X21361平衡臂下弦杆角钢L200X36的截面长度X31651平衡臂拉杆圆钢Φ130的半径
312计算求解
Ansys中的求解器主要是对分析类型和分析选项在优化过程中进行定义，并完成载荷的施加，及对载荷步的指定，最后进行有限元分析计算，同时在分析过程中需要的数据都要在计算求解过程中指出。
在本论文平衡臂的优化分析中，solution 部分输入如下：
/SOLU
PREP7，
…
BEAM，P21X，5，PRES，-0.2c-5，…
Acc1，0，10000，0，
AUTO CP，0，0.65*2，
SOLVE，
FINISH。
313提取参数化分析结果
对分析结果进行提取并给相应的参数赋值，这些参数通常情况下包括目标函数和状态变量。完成本步操作使用POST1命令，尤其是与数据的存储、加减或者其他操作相关时，而对数据的提取通常用*GET命令（Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data）来完成。
在本论文研究中，设置平衡臂总重量为目标函数。因为重量和体积成比例关系，对产品总体积的减小就相当于总重量的减少，因此把总体积设计为目标函数。在优化研究中，把轴向应力、节点位移设置为状态变量。这些参数的设定可以用下面的方法进行定义：
/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对计算结果优化分析
建立完成分析文件之后，就可以利用计算机进行优化分析。在优化处理器中，这些相关参数的值被假定为一个设计序列，所有参数会在Ansys数据库中被自动设置为设计序列1。
4超大型平头塔机平衡臂优化设计结果
通过10次迭代计算完成对模型参数的优化，目标函数与设计变量的变化如图1―图3所示。
图1设计变量X1优化示意图图2设计变量X2优化示意图图3设计变量X3优化示意图通过上面的优化示意图可以看出，三个设计变量都是平衡臂主结构件的截面尺寸，经过优化计算，截面尺寸都得以减小，而与其相关的目标函数（平衡臂总体积）有总体减小的趋势。
在优化计算时不仅要减少平衡臂体积，同时其结构对强度和刚度的设计要求也要满足，所以本研究增设状态变量1（平衡臂端部位移）和状态变量2（截面危险节点的应力值）为研究对象，其优化过程如图4―图5所示。
图4状态变量1优化示意图图5状态变量2优化示意图从两个状态变量的优化过程可以看出，在经过多次迭代优化后各状态变量值变量均在设定值范围内变化，变化非常小。
目标函数的最优解在Ansys优化设计过程可以自动选出，在本论文中得出的最优解见表2。
由优化计算结果可以看出，平衡臂总质量由18.87吨优化到了17.13吨，p少了1.74吨，减重百分比为9.22%。与初始设计方案相对比，优化后主体结构件截面尺寸减小，从而降低了平衡臂总质量，达到了减轻平衡臂总重量的优化设计目标。通过对优化模型有限元分析结果的检查，其结构刚度、强度均符合设计要求，如表2所示。
本论文选用Ansys一阶优化方法对以平衡臂总质量为目标函数的方案进行计算优化，优化后平衡臂结构强度刚度均在设计允许值范围内。通过定义主要结构件尺寸的优化，平衡臂总重量减少1.74吨，降幅9.22%。
5结论
本论文以T3000160超大型平头塔式起重机平衡臂的优化设计为研究对象，采用现代设计理论和方法，使用主流有限元分析软件Ansys完成对平衡臂结构的优化分析，其过程主要如下。
（1）建立T3000160塔机平衡臂有限元分析模型，选用BEAM188，MASS21等作为模型分析单元，确保有限元模型结构、重量等参数的设置符合实际情况。
（2）各项参数满足设计方案要求。通过优化分析，得到平衡臂主体结构件的最优截面尺寸，同时有限元分析结果表明整体结构强度和刚度满足设计方案需求。
（3）本论文选取T3000160超大型平头塔式起重机的平衡臂进行有限元分析优化设计，为超大型平头塔式起重机平衡臂及其他相关部件结构的强度分析和设计提供一个理论性的支撑，同时提高工程机械设计质量，缩短设计周期，促进优化设计法在起重机设计中的应用。
参考文献
[1]张洪信.ANSYS基础与实例教程[M].北京：机械工业出版社.2013.
[2]周宁. ANSYS APDL高级工程应用实例分析与二次开发[M].北京：中国水利水电出版社. 2007.
[3]起重机设计规范GB/T38112008[S].中华人民共和国质量监督检验检疫总局.2009.
[4]马东辉，赵东.基于ANSYS和MATLAB的结构优化设计[J].制造业自动化.2013.35（10）：106-108.
[5]李新华，张毅，戴琳.塔式起重机起重臂的模糊优化设计[J].机械与电子.2010（9）：92-93.
[6]孙运见，孙乐.基于Jaumin的等参单元算法框架设计[J].计算机辅助工程.2015（1）：63-67.
篇3
【摘要】减速器是各类机械设备中广泛应用的传动装置。减速器设计的优劣直接影响机械设备的传动性能。本文通过对两种减速器主要优化设计方法的分析，提出了减速器设计中应考虑的约束条件、目标函数和变量等。
【关键词】减速器优化设计
传统的减速器设计一般通过反复的试凑、校核确定设计方案，虽然也能获得满足给定条件的设计效果，但一般不是最佳的。为了使减速器发挥最佳性能，必须对减速器进行优化设计，减速器的优化设计可以在不同的优化目标下进行。除了一些极为特殊的场合外，通常可以分为从结构形式上追求最小的体积(重量)、从使用性能方面追求最大的承载能力、从经济效益角度考虑追求最低费用等三大类目标。第一类目标与第二类目标体现着减速器设计中的一对矛盾，即体积(重量)与承载能力的矛盾。在一定体积下，减速器的承载能力是有限的；在承载能力一定时，减速器体积(重量)的减小是有限的。由此看来，这两类目标所体现的本质是一样的。只是前一类把一定的承载能力作为设计条件，把体积(重量)作为优化目标；后一类反之，把一定的体积(重量)作为设计条件，把承载能力作为优化目标。第三类目标的实现，将涉及相当多的因素，除减速器设计方案的合理性外，还取决于企业的劳动组织、管理水平、设备构成、人员素质和材料价格等因素。但对于设计人员而言，该目标最终还是归结为第一类或第二类目标，即减小减速器的体积或增大其承载能力。
一、单级圆柱齿轮减速器的优化设计
单级主减速器可由一对圆锥齿轮、一对圆柱齿轮或由蜗轮蜗杆组成，具有结构简单、质量小、成本低、使用简单等优点。但是其主传动比i0不能太大，一般i0≤7，进一步提高i0将增大从动齿轮直径，从而减小离地间隙，且使从动齿轮热处理困难。单级主减速器广泛应用于轿车和轻、中型货车的驱动桥中。单级圆柱齿轮减速器以体积最小为优化目标的优化设计问题，是一个具有16个不等式约束的6维优化问题，其数学模型可简记为：
minf(x)x=[x1x2x3x4x5x6]T∈R6
S.t.gj(x)≤0(j=1，2，3∧，16)
采用优化设计方法后，在满足强度要求的前提下，减速器的尺寸大大地降低，减少了用材及成本，提高了设计效率和质量。优化设计法与传统设计密切相关，优化设计是以传统设计为基础，沿用了传统设计中积累的大量资料，同时考虑了传统设计所涉及的有关因素。优化设计虽然弥补了传统设计的某些不足，但该设计法仍有其局限性，因此可在优化设计中引入可靠性技术、模糊技术，形成可靠性优化设计或模糊可靠性优化设计等现代设计法，使工程设计技术由“硬”向“软”发展。
二、混凝土搅拌运输车减速器的优化设计
1.主要参数
混凝土搅拌运输车搅拌筒(罐)的设计容积为8～10m3，最大安装角度12°，工作转速2～4r/min和10～12r/min(卸料时的反向转速)；减速器设计传动比131∶1，最大输出转矩60kN·m，要求传动效率高、密封性好、噪声低、互换性强。2.2结构设计主要包括前盖组件、被动轮组件、第一级行星轮总成、第二级行星轮总成、机体中部组件和法兰盘组件6大部分。机体间采用螺栓和销钉连接与定位，机体与内齿圈之间采用弹性套销的均载机构。为便于用户在使用时装配与拆卸，减速器主轴线与安装面设计有15°的倾角，法兰盘轴线可以向X、Y和Z方向摆动±6°，并选用专用球面轴承作为支承。轴承装入行星轮中，弹簧挡圈装在轴承外侧且轴向间隙≤0.2mm，减速器最大外形尺寸467mm×460mm×530mm，总质量(不含油)为290kg。
2.传动系统设计
该减速器采用3级减速方案：第一级为高速圆柱齿轮传动，其余两级为NGW型行星齿轮传动。其中，第二、三级分别有3个和4个中空式行星轮，行星轮安装在单臂式行星架上，行星架浮动且采用滚动轴承作为支承；第二级行星架与法兰盘之间采用鼓形齿双联齿轮联轴器连接，混凝土搅拌运输车减速器对齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度和齿面磨损等要求十分苛刻，因此合理地选择变位系数和进行修形计算十分重要。
三、减速器优化设计的数学模型
1.目标函数
对于C型问题，目标函数是A=min{f(x)}=min{f(x1，x2，…，xn)}式中：A——减速器总中心距，即各级中心距之和；x——各设计变量(包括各级中心距、模数、螺旋角、齿数、齿宽和变位系数等)；n——设计变量的个数。对于P型问题，目标函数是P=max{f(x)}=max{f(x1，x2，…，xn)}。式中：P——减速器的许可承载功率；x——同C型；n——同C型。
2.约束条件
约束条件是判断目标函数中设计变量的取值是否可行的一些规定，因此减速器优化设计过程中提出的每一个供选择的设计方案；都应当由满足全部约束条件的优化变量所构成。对于减速器来说，在列出优化设计的约束条件时，应当从各个方面细致周全的予以考虑。例如，设计变量本身的取值规则，齿轮与其它零件之间应有的关系等等。减速器优化设计应考虑以下约束条件：
（1）设计变量取值的离散性约束
齿数：每个齿轮的齿数应当是整数；模数：齿轮模数应符合标准模数系列(GB1357-78)；中心距：为避免制造和维护中的各种麻烦，中心距以10mm为单位步长。
（2）设计变量取值的上下界约束
螺旋角：对直齿轮为零，斜齿轮按工程上的使用范围取8°~15°；总变位系数：由于总变位系数将影响齿轮的承载能力，常取为0~0.8。
（3）齿轮的强度约束
齿轮强度约束是指齿轮的齿面接触疲劳强度与轮齿的弯曲疲劳强度，这两项计算根据国家标准GB3480-83中的方法进行。强度是否够，根据实际安全系数是否达到或超出预定的安全系数进行检验。
（4）齿轮的根切约束
为避免发生根切，规定最小齿数，直齿轮为17，斜齿轮为14~16。
（5）零件的干涉约束
要求中心距、齿顶圆和轴径这三者之间满足无干涉的几何关系。对于三级传动的减速器(如图1)，干涉约束相当于两个约束：第二级中心距应大于第一级大齿轮齿顶圆半径与第三级小齿轮顶圆半径之和；第三级中心距应大于第二级大齿轮顶圆半径与第4轴半径之和。而二级齿轮传动类推。
篇4
关键词：项目教学法；计算机仿真；创新；实践
一、前言
研究生教学有其突出的特点，他们中多数人理论基础扎实，获取书本知识能力强。但同时也存在创新意识和创新能力不足、工程应用背景不够的缺点。本人通过十多年研究生教学的实践，结合本学院研究生专业方向、课程内容针对性强等特点，对如何在研究生教学改革中突出培养学生的自学能力、创新能力，增强学生的创新意识与工程应用能力等问题进行了一些改革创新。
二、课程定位及课程特点
随着现代工业的发展，科学研究的深入与计算机软、硬件的发展，计算机仿真技术已成为分析、综合各类系统，特别是大系统的一种有效研究方法和有力的研究工具，计算机仿真技术已经广泛应用在各技术领域、各学科内容和各工程部门。仿真技术已经在国防军事、国民经济、社会生活的众多领域发挥了重要的作用，国内外众多学者认为，仿真技术“正在成为与理论、实验并列的第三种认识和改造客观世界以及科学研究的手段”，因此仿真技术被认为是“使能”技术。计算机仿真技术是仿真科学与技术涉及到的有关具体仿真技术中最为基础的部分，具有综合性、多学科交叉等特点。为了拓宽机械工程专业基础，提高培养对象的整体素质，更好地适应社会对机械工程专业人才的需求，高校工科专业的研究生应掌握一定的计算机仿真知识与技能。计算机仿真技术课程是我校机械工程学院面向所有研究生各专业方向的研究生开设的一门专业基础课程，考虑专业应用需求并结合教学实践情况，课程目的是通过本课程的学习，要求学生掌握计算机仿真技术方面的基本理论，基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，为今后分析、综合各类工程系统或非工程系统提供一种有力的工具，以便能灵活应用所学的计算机仿真技术为本专业工作服务。一方面，基于仿真技术课程的内容方法较多，实践性强的特点；另一方面，授课对象专业方向较多、授课学时有限等特点，如何解决在有限的教学课时内讲授内容繁多的仿真内容、对计算机仿真技术课程进行教学方法和手段的改革探索和实践，以达到计算机仿真技术教学目标。
三、教学内容的设置和教学方法的选择
课程开设初期，由于只是机械电子工程专业方向的同学选修，所以所讲内容基本针对该专业方向进行设置。随着选修人数的不断增加，以及选修学生所属专业方向的扩大，专业方向包括：机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计及理论、车辆工程、机械工程（专业学位）等，基本涵盖了机械工程学院的所有专业方向。计算机仿真技术课程涉及多个交叉学科，紧密相关的课程包括数值计算方法、计算机编程、计算机图形学、高等数学、自动控制原理、现代控制理论、优化设计等课程。如何讲出本课程的特点，并充分结合相关课程内容，必须在教学内容的选排上下功夫。项目教学法是一种以任务驱动、以项目为基本教学单元，将理论教学和实践教学有机融合在一起，强调综合能力的培养在研究生教育中的重要性，突出学生在整个教学过程中的主体地位。因此，为了满足各个专业方向学生的要求，使他们能够掌握一门工程分析技术，为后续的学术论文和硕士学位论文的撰写提供计算、分析和仿真手段，本人在讲授该门课程的过程中，逐年对教学内容、教学手段和教学考核方法等不断进行调整和完善。1.采取项目专题方式进行教学内容的讲授，调整授课内容，采用专题教学方法使课程主题内容分明，有利于将仿真方法讲深、讲透。2.扩展所授课程内容涵盖的范围，包括数值计算、优化设计、图形可视化、控制系统特性仿真、控制系统设计以及与外部软件的接口等内容，以满足各专业方向学生的需求。3.增加与课程相结合的实验教学内容。计算机仿真技术本来是实践性很强的综合性技术，仿真技术本身是在对控制系统分析的过程中不断完善和发展起来的。因此并结合各个专业研究生的不同研究方向，灵活设计若干个专题实验，使学生学以致用，培养学生将该门课程应用于实际工程的能力。4.采用多个工程应用实例进行教学，从系统应用、数学建模、仿真建模、模型求解以及特性分析等，使学生从生产实际认知的研究对象，提升到理论高度的学习，应用所学的各科理论知识和技术手段，进行数学建模、仿真建模的建立，并对模型求解以及特性进行分析，获得直观结果，提高学生学习兴趣，最终解决实际工程问题，培养学生解决工程实例问题的能力。5.结合学科前沿，进行课堂讨论。研究生在初步掌握了对系统的模型、仿真算法设计、仿真及结果分析这一流程后，为强化计算机仿真在实际工程的应用概念，在此基础上，以项目形式，开展课程学科前沿以及将该门课程与现代技术融合等专题讨论。6.增加实验环节，培养研究生工程实际应用能力。利用各种平台，扩充计算机仿真技术资料，提供最新的仿真案例，结合教学团队的科研课题，设计实验项目，培养研究生工程实际应用能力。
四、项目教学法的教学效果
基于项目教学法计算机仿真技术课程的教学方法改革与实践，满足机械工程学院各个专业方向研究生的需求，教学方法和手段的完善，使研究生自主学习能力、创新能力和工程应用能力等得到了进一步的提高。计算机仿真技术作为工科研究生的必备研究手段和技术，使学生掌握一门工程分析技术，为后续的课题研究、学术论文和学位论文的撰写提供计算、分析和仿真手段。近五年的每年30—40人研究生选课，工程硕士每年20人左右选课，课程得到了各专业方向研究生的普遍认同。本人指导的研究生，发表与该课程相关的学术论文近20篇，撰写的硕士论文均用到计算机仿真技术。
五、结束语
篇5
早期工作主要针对大批量生产自动线和各类专用机床。70年代，在我国首次自行研制出立式和卧式加工中心。80年代，开始将信息技术引入传统的制造业并成为国内最重要的研究力量。在CAD/CAM、柔性自动化、精密加工以及数控方面开始艰苦的创业。90年代，本学科在制造业信息化、激光加工自动化、大型医疗装备方面的研究富有成效，尤其是在数控技术和制造业信息化方面取得了突破性进展，今天已形成相当规模的产业，总产值已超过5亿元，在数控和CAM/CAM/CAPP方面当属中国高校之最。进入21世纪后，本学科在数字制造、电子制造、微纳制造、工业工程等交叉学科领域开展了诸多具有创新性的研究工作，并成为国内在相关研究领域的排头兵。
目前，本学科已经形成了具有活力的学科方向及实力强且结构合理的学术队伍，建立了高水平的教学、科研基础平台，形成了学、研、产协调发展的态势，主要研究方向及其特色与前景如下：
1．数控技术与系统
此方向的研究与开发在国内处于水平，研究成果已转化成有相当规模的产业，年产值超过5亿元。现正在开发研究新一代的智能的、网络化的数控系统。
2．先进装备及其技术
结合国家支柱产业、国防、医疗等行业对关键装备的需求，研制实用高水平装备；参与企业重大关键装备或重型机床的数控化改造；研制数值化基础部件、先进功能部件及新型数字化装备。
3．制造业信息化技术
此方向的研究与开发在国内处于前列，在CAD/CAM/CAPP方面的研究工作已形成较大规模的产业，其中CAD和CAPP所占国内市场超过70％。在数字化样机、虚拟设计、多学科优化设计等方面的研究处于国内水平。
4．数字化制造
面向能源、运载、国防等领域的重大需求，在数字制造基础理论研究方面国内并具有较大的国际影响，承担了以我校为首席的973项目、国家自然科学基金重大、重点项目，研究工作具有国内水平。
5．现代设计理论与方法
以设计为主线，以机械、汽车等为载体，在机电系统动力学、动态、热态设计理论与方法、智能设计、优化设计、振动噪声及其控制、系统动力学与性能仿真、NVH分析与控制、测试与主动控制技术方面的研究具有特色。
6．液压气动技术
紧密结合国防需求，开展海、淡水液压系统及其元件的研发及电液比例、伺服系统与控制技术的研究；以FESTO气动中心为基地，开展气动伺服技术的基础理论、新型气动元件、电液/电-气伺服技术的研究。作为非国防口院校，此方向持续得到军方重大项目及基地建设的支持。
7．测试技术与无损检测
开展测量原理、实用仪器和自动检测装备以及评定理论与方法的研究；组建了教育部制造技术国际标准研究中心，开展GPS标准计量基础理论与技术的研究；针对输油、储油及大型工程中安检的需求，开展数字化无损检测的理论研究和实用装备开发，实现了学、研、产良性循环发展。
本学科较之国内同类学科的优势主要表现在：
·学术队伍：五位院士领衔，一批中青年骨干，包括长江学者9人，杰出青年基金4人，总装备部先进制造领域专家组组长1人，国家863先进制造领域专家组成员1人，教育部创新团队1个
·学科基地：数字制造与装备技术国家重点实验室
制造装备数字化国家工程研究中心
国家数控系统工程技术研究中心
国家CAD支撑软件工程技术研究中心
教育部制造技术国际标准研究中心
·学术地位：机械学科教学指导委员会主任委员单位
机械设计制造及其自动化教学指导分委员会主任委员单位
国家自然科学基金重大项目、民口军口973项目牵头单位
·学术成就：奖励（国家科技进步二等奖四项）
全国百篇优秀博士论文三篇
获得了国际SME大学奖
·学科产业：研究开发促进规模产业的形成（华中数控、天喻信息、天喻软件、开目软件）
学院在强化自身建设的同时，还先后与美、英、德、日、韩、俄、澳大利亚、新加坡、香港等多所大学、研发机构和企业建立了广泛的合作办学和合作研究关系，为引进和培养一流的国际型人才，积极参与国际竞争与合作奠定了基础。近十年来，学院承担并完成国家和企业的科研项目近千项，获国家科技进步奖9项、国家技术发明4项、省部级科技进步奖100余项。1999年以机械学院为核心的华中科技大学CIMS中心，荣获了国际制造工程师（SME）颁发的大学奖。今天的机械科学与工程学院形成了自己的学科优势和办学特色。它是国内高校同行中有竞争力的学院之一。
全日制博士研究生招生含直博生、硕博连读生、提前攻博生和统考生，其中2014年博士硕博连读比例约为45%，直博比例约为25%。
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学术学位招生目录 学科专业名称及代码、
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招生
人数
考试科目
备注
100机械科学与工程学院
080201机械制造及其自动化
机械类考生考试科目：
①2213 控制理论
2215 优化设计
2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
②1101 英语
③3311 电子技术(二)
3312 计算机图形学及算法实现
3314 工程测试与信号分析
(2213、2215、2201选一) ( 3311、3312、3314选一)
光电子类、信息类考生考试科目：
①2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
②1101 英语
③3355 半导体光电子学
3364 微机原理与接口技术）
（3355、3364 选一)
080202机械电子工程
机械类考生考试科目：
①2213 控制理论
2215 优化设计
2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
②1101 英语
③3311 电子技术(二)
3312 计算机图形学及算法实现
3314 工程测试与信号分析
(2213、2215、2201选一) ( 3311、3312、3314选一)
光电子类、信息类考生考试科目：
①2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
②1101 英语
③3355 半导体光电子学
3364 微机原理与接口技术）
（3355、3364 选一)
080203机械设计及理论
机械类考生考试科目：
①2213 控制理论
2215 优化设计
2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
②1101 英语
③3311 电子技术(二)
3312计算机图形学及算法实现
3314 工程测试与信号分析
(2213、2215、2201选一) ( 3311、3312、3314选一)
光电子类、信息类考生考试科目：
①2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
②1101 英语
③3355 半导体光电子学
3364 微机原理与接口技术）
（3355、3364 选一)
080204车辆工程
机械类考生考试科目：
①2213 控制理论
2215 优化设计
2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
②1101 英语
③3311 电子技术(二)
3312计算机图形学及算法实现
3314 工程测试与信号分析
(2213、2215、2201选一) ( 3311、3312、3314选一)
光电子类、信息类考生考试科目：
①2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
②1101 英语
③3355 半导体光电子学
3364 微机原理与接口技术）
（3355、3364 选一)
0802Z1工业工程
机械类考生考试科目：
①2213 控制理论
2215 优化设计
2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
2244运筹学（限工业工程专业考生选考）
②1101 英语
③3311 电子技术(二)
3312 计算机图形学及算法实现
3314 工程测试与信号分析
3336 生产计划与控制（限工业工程专业考生选考）
(2213、2215、2201、2244选一) ( 3311、3312、3314、3336选一)
光电子类、信息类考生考试科目：
①2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
②1101 英语
③3355 半导体光电子学
3364 微机原理与接口技术）
（3355、3364 选一)
080402测试计量技术及仪器
①2201 高等工程数学(含矩阵论、数值计算方法与数理统计)
②1101 英语
③3314 工程测试与信号分析
3315 误差理论与数据处理
3355 半导体光电子学
3364 微机原理与接口技术
3522 互换性与技术测量
( 3314、3315、3355、3364、3522选一)
专业学位招生目录 学科专业名称及代码、
研究方向
招生
人数
考试科目
备注
100机械科学与工程学院
085272先进制造
①2309 专业基础课
②1107 外语实际应用能力
③3546 专业素质和专业能力
篇6
起重机减速器作为机械传动的一种重要形式，直接关系着动力传递的效率与可靠性。但随着起重机对传动系统的要求向高速、重载、轻量化方向的发展，开展对齿轮传动系统的强度、振动噪声等领域的研究已经成了该领域的主要课题。应用常规的方法，固然可以完成普通减速器的设计。但减速器的高速、重载、轻量化等特殊工况的要求，导致系统的强度、振动、噪声，以及尺寸、结构型式等都会直接或者间接地影响减速器的工作状态和工作效率。起重机减速器箱体、轴以及齿轮的强度会影响到减速器的使用寿命，它们的结构设计的好坏，直接影响到整个减速器的动态性能。
1 系统总体设计
根据减速器结构以及各关键零部件，利用ANSYS的APDL语言生成了箱体、轴以及齿轮的参数化模型。同时对各关键零部件的边界条件以及载荷加载进行参数化处理，实现了强度分析以及模态分析的参数化。在此基础上，基于VC++开发平台，编制了VC++与ANSYS的通信接口函数，并且能够实现对ANSYS路径的自动找寻与调用。
1.1 分析系统总体架构
起重机减速器分析软件具有以下模块：用户信息管理与登陆模块、齿轮参数化模型与分析模块、轴的参数化模型与分析模块以及箱体的参数化模型与分析模块，结果浏览与保存模块。系统总体功能框图如图1所示：
图1 系统功能框图
1.2开发流程
根据软件开发的一般流程，建立了相应的程序子模块，对减速器关键零部件建模、分析、数据管理进行了封装与参数化实现，提高了代码的可移植性与利用率。软件的具体实现主要通过图2所示流程，整个软件的开发也是以此为基础的。
图2软件实现流程
2减速器优化分析系统的实现
由于要实现的是后台调用ANSYS程序，就必须实现ANSYS路径的自动找寻。在本节中，主要讨论所开发的系统是如何利用界面程序与ANSYS进行通信的，这其中主要包括ANSYS路径的寻找以及通信接口的实现。
2.1 ANSYS路径的找寻
要实现在后台调用ANSYS就必须能够找寻到ANSYS的安装路径，为了实现这一功能，本节设计了自动找寻函数来实现。其中的关键代码如下：
/***********************************************************/
/*接口函数实现 */
/*********************************************************/
void StrLink（char * pBase，char * pTarget，const char *pAdd）//增长字符串
{
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）//增长字符串
{
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）与void StrLink（char * pBase，char * pTarget，char *pAdd）这两个函数，本文才实现了对ANSYS启动路径的自动搜寻，这是实现后台调用的关键。
2.2 VC++与ANSYS通信接口实现
ANSYS提供了多个接口以实现与外部程序的通信，包括在不同平台上的使用命令，具体不同的函数的使用规则用户可以参考ANSYS的用户手册查阅，用以下方式进行调用：
以system函数实现调用，具体的形式为：
system （"ANSYS路径" -b -p -i d：＼＼gear.txt -o d：＼＼gear.out "）
“ANSYS”路径指ANSYS的安装路径，本文通过自动搜寻实现。-b表示ANSYS为批处理模式，-p表示图形输出定义，-i表示输入，d：＼＼gear.txt表示生成的LOG文件的位置及名称，-o表示输出，d：＼＼gear.out表示输出的文件路径及名称。
2.3 软件实现界面
软件主要包括四个模块，用户信息管理模块、轴分析模块、齿轮分析模块、箱体分析模块以及查看结果模块，还有帮助系统。其中的用户信息管理模块主要用来对用户的注册信息进行管理；轴分析模块、齿轮分析模块以及箱体分析模块主要完成对三类主要零部件的参数化建模与分析过程，其结果将会根据用户的具体设置进行保存。结果查看模块主要完成对结果文件的浏览与分析。其中部分软件的功能界面如图3～5所示：
图3 软件主界面
图4 低速轴的设置及求解设置对话框
图5 低速轴的模态结果浏览
其中在求解设置模块中，专门设置了对后台程序运行状态的监控信息，通过这一信息的浏览，可以实时的得知后台程序的运行情况，如图5所示。
所开发的软件，主要是对起重机减速器关键部件进行参数化分析，包括三个轴，两对啮合的齿轮以及上下箱体，其中对话框的数据输入界面基本一致，只是相关参数的差异，在此不再一一列举每一个对话框的输入界面。需要说明一点的是在对箱体的建模中，直接把上下箱体作为一个整体来进行建模。这样的简化提高了建模的效率，同时对结果的影响也很小。分析的结果保存在相应的文件夹中，可以随时提取浏览。
3结论
在ANSYS环境下的各关键零部件的APDL参数化程序，在VC++平台上设计了通信接口，并实现了启动路径的自动搜寻。通过界面参数输入，生成指定目录下的LOG文件，实现模型建立与分析过程的参数化。设置了后台程序的运行状态监控信息，并运用数据库技术，对用户信息以及结果数据进行保存整理，开发出了起重机减速器的优化设计分析系统，实现了对减速器关键零部件的参数化分析。为起重机减速器相关零部件的进一步改进设计提供了依据。
参考文献
[1]刘洋洋.风电齿轮箱箱体热结构特性探析[J].科技资讯，2010，2（19）：54.
[2]郑光泽.齿轮箱体动力响应优化设计[J].机械传动，2005，29（3）：51-54.
[3]杨益梅.齿轮箱的摩擦学优化设计[J].湘潭大学硕士学位论文，2007.
[4]董进朝.大型风电齿轮箱关键技术研究[J].郑州机械研究所硕士学位论文，2007.
[5]郑阿奇.Visual C++实用教程[M].北京：电子工业出版，2004.
[6]李人宪.有限元法基础[M].北京：国防工业出版社，2004.11.
篇7
【论文摘要】：对变频调速器在实践应用中容量的正确选择、传动系统的优化设计以及外接制动电阻等方面的问题，总结了一些经验。
随着电力技术的迅速发展，交流电机变频调速技术取得了突破性的进步，进入了普及应用阶段。在我国，变频调速器也正越来越广泛地被采用，与此同是地，如何正确地选好、用好已成为广大用户十分突出的问题了。
1.关于容量选择
在变频调速器的说明书中，为了帮助用户选择容量，都有"配用电动机容量"一栏，然而，这一栏的含义却不够确切，常导致变频器的误选。
各种生产机械中，电动机的容量主是根据发热原则来选定的。就是说，在电动机带得动的前提下，只要其温升在允许范围内，短时间的过载是允许的。电动机的过载能力一般定为额定转矩的1.8-2.2倍。电动机的温升，所谓"短时间"至少也在十几分钟以上。而变频调速器的过载能力为：150％，l分钟。这个指标，对电动机来说，只有在起动过程才有意义，在运行过程中，实际上是不允许载。
因此，"配用电动机容量"一栏的准确含义是"配用电动机的实际最大容量"。实际选择变频器时，可按电动机在工作过程中的最大电流来进行选择，对于鼓风机和泵类负载，因属于长期恒定负载，可直接按"配用电动机容量"来选择。
2.传动系统进行优化设计
交流异步电动机经变频调速后，其有效转矩和有效功率的范围。配用变频调速器时，必须根据生产机械的机械特性以及对调速范围的要求等因素，对传动系统进行优级化设计，优化设计的主要内容和大致方法如下：
2.1确定电动机的最高运行频率
（1）鼓风机和泵类负载，这类负载的阻转矩TL与转速n的平方成正比TL=KTn2，输出功率PL与转速的在次方成正比PL=KPn3，（KT和KP为常数），由此可知，如转速超过额定转速，负载的转矩和功率将分别按平方律和立方律增加，因此，在一般情况下，不允许在额定频率以上运行。
（2）一般情况下，各种机械的强度、振动以及耐磨性能等，都是以电动机转速不超过3000r／min为前提设计的。因此，在没有对机械重新进行设计的情况下，2级电机的最高运行频率不要超过额定频率太多。
（3）当异步电机在额定频率以上运行时，由于电源电压是恒定的，其在调到fx时电磁转矩Tx近乎和频率调节比Kf的平方成反比，即T≈TN/Kf2（而TN为额定频率fN时的转矩）。因此，最高运行频率不宜超过额定频率
（4）异步电机在低频下运行时，为了获得足够的转矩，常需进行转矩补偿。而转矩补偿将使电机的磁路趋于饱和，从而增加附加损失，降低了效率，因此，只要情况许可，应尺可能地提高运行频率的上限。
2.2确定传动系统的传动比并校核电动机的容量
（1）鼓风机和泵类负载，一般均为直接驱动，不必考虑传动比的问题。
（2）恒转矩负载，首先，根据有效转矩线以及所要求的频率调节范围，确定电机运行的最高频率和最低频率。
假设已经确定的电动机最高运行频率为fmax最低运行频率为fmin与此对应的转矩相对值为tTL，则电动机的额定转矩Tn=TL/qTL（TL负载转矩）。如果原选电机并未留有余量的话，则配用变频调速器后，电动机的容量应扩大1/tTL倍。传动系统的传动比入等于电动机在最高运行频率下的转速nDmax负载所需求的最高转速nLmax之比。
（3）恒功率负载：和恒转矩负载类似，首先根据有效功率线和频率调节范围，求出电动机运行频率的上、下限。
同样，在求出最高和最低运行频率的同时，得到对应的功率相对值tPL，而电动机的额定功率PN≥PL／tPL（PL为负载要求功率）。
在设计恒功率负载时，应注意两点：（1）尽量多利用额定频率以上的部分；（2）当调整范围较大时，尽量采用两档传动比。因为当传动比分成两栏时，频率范围αf与αn转速范围之间的关系为。可见，在转速范围相同的情况下，频率范围将大为减小，从而可减小电动机的容量。
负载的机械特性，因是恒功率负载，故曲线上任一点的横坐标与纵坐标的乘积均相等，且与负载功率成正比，即PL=KPTLnL=KPTLmaxLmin。全部转速都在额定频率以下调节时的有效转矩线，在这种情况下，所需电动机的容量PN=KPTNnLmax>KPTLmaxLmax=αnPL。这说明，所需电动机的容量比负载功率的On倍还要大，是很不经济的。
⑴当最高运行频率为额定频率的2倍，传动比只有一档时的情形。在这种情况下，所需电机的容量PN=KPTN1/2nLmax1/2αnPL。可见，所需用容量只要大于负载功率的On/2倍就可以了。
⑵当最高运行频率为额定频率的2倍，传动比为两档时的情形。这时，所需电机的容量PN1/2PL。可见，对于恒功率负载，当αn>4时，这种方案是比较理想的。
3.自配外接制动电阻
各种变频调速器都允许外接制动电阻，加快制动速度，外接电阻。但配套的制动电阻价格昂贵，不易买到，自动配置时，其阻值与功率可如下决定：
直流电路的电压值UP=×380=53V；制动电流Is一般以不超过电机的额定电流IDN为原则，即Is≤IDN，故制动电阻Rs≥UD/Is。
因Rs内通过电流的时间只有几秒钟，故其功率PR可按工其工作时的（1/10-1/8）选择，即PR=(0.1-0.125)UD2/Rs。
因Rs接入电路时，应注意将变频调速器内部的制动电阻切除，如不能切除，则应适当加大Rs的值，以免出现制动电流过大的情形。
在外接制动电路时，为了避免烧毁变频器内部的放电用大功率晶体管（GTR）有时也可以外接整个制动电器（即包括制动电阻和放电晶体管，这时，GTR应选取其VCEX≥700伏；ICN≥（1.2-1.5）IDN安。
参考文献
[1]马新民，矿山机械，徐州：中国矿业大学出版社，2002
[2]李纪等，煤矿机电事故分析与预防，北京：煤炭工业出版社，1997
篇8
关键词：凸轮；真空断路器；Adams；合闸速度；合闸簧
0 引言
真空断路器是电力系统中最主要的控制和保护设备，对电网的安全运行起着关键的作用，根据近几年的调查统计，在真空断路器的故障中，机械故障占主要部分，而且不少电气故障也是由机械故障造成的，数据显示这些故障中70%～90%以上属于操作机构故障[1]。因此，提高真空断路器的可靠性的主要手段还是改进操作机构，这样对整个电力系统的正常运行和供电质量具有十分的重要意义。
操作机构按照驱动方式通常分为：手动、电动、气动、液压、电磁、弹簧[2]，而弹簧操作机构是目前真空断路器中最常采用的一种操作机构，这种机构最核心的部件是凸轮-连杆机构，连杆机构起到传递运动的作用，而凸轮机构决定了输出特性[3-4]。因此，在满足技术要求的前提下，合理设计凸轮机构，可以减少合闸簧的输出功，从而缓解整个断路器所受冲击，提高其可靠性及寿命[5-6]。
以往凸轮设计大多还是依靠经验，或者参照同类产品中已有的凸轮，找出运动规律[7]，并通过试验―修改―试验的方式验证其是否满足设计要求。上述方法的整个设计过程是被动的，对研发人员的经验和设计水平要求较高，而且整个过程的设计周期长、成本高。
本文采用运动学分析软件Adams对真空断路器合闸过程进行仿真，研究其凸轮运动轨迹与合闸簧及合闸速度的关系，有针对性的改变凸轮轮廓曲线，使其满足产品设计要求，解决以往产品反复试制的难题。
1 断路器仿真模型的建立
本公司某型号真空断路器操作机构原理分别如图1所示，凸轮2在合闸簧1作用下，挤压拐臂4上的滚轮3带动拐臂5转动、同时压缩分闸簧6、连板7绕支点旋转压缩触头簧8实现真空灭弧室9动静触头关合。
图1 断路器操作机构原理图
1.合闸簧2.凸轮3.滚轮 4.拐臂5.拐臂6.分闸簧7.连板8.触头簧9.灭弧室
本文采用三维软件UG对真空断路器进行整体建模，并将其以ParaSolid格式导出，然后再将该文件导入Adams中，在Adams中进行断路器合闸仿真。
建立Adams运动学模型时作如下假定：
1） 所有零件都是刚体，各运动副均为刚性连接，不考虑运动副间的摩擦力；
2） 研究凸轮、动触头等相关运动特性，断路器框架本体相对地面静止不动。
模型的主要参数设定如下：
合闸簧（初定）Fmax=2700N，K=29N/mm 分闸簧Fmin=600N，K=25N/mm
触头簧Fmin=2000N，K=300N/mm 动触头质量：2kg/个 触头自闭力120N
2 凸轮的优化设计
通过对原始凸轮的合闸模型仿真，分别计算出合闸速度为0.96m/s（理论值0.4～0.8m/s），凸轮转过16.5°动触头开始合闸，转过57.5°合闸完成。合闸速度已经超出了理论值范围，所以有必要对凸轮进行优化设计才能使动触头的合闸速度满足技术要求，图2是新旧凸轮轮廓线对比图。
图2 新旧凸轮对比图
曲线1：原始凸轮 曲线2：改进后凸轮
对改进后的凸轮合闸模型进行仿真，分别计算出凸轮转过24.3°动触头开始合闸，转过59.5°合闸完成，虽然推迟了凸轮合闸时间，理论上合闸速度应该提高，但本文通过调节合闸簧的力值（由原来2700N减小为2400N），由图7计算出合闸速度为0.78m/s，满足技术要求（理论值0.4～0.8m/s），同时也减少了合闸簧的出力。
零件的疲劳寿命与零件的应力、应变水平有关，它们之间的关系可以用应力一寿命曲线（σ-N曲线）表示，其数学表达式为
式中：？滓-零件的最大应力； N-零件的应力循环次数；m-零件常数，其值一般为 6～9。
本文通过改变凸轮的轮廓曲线，合闸簧的出力减少了11%，可以认为与之有关的零件的值也相应减少11%，即
式中：？滓1为合闸簧力值减少后零件的最大应力，如果取 m=8，则有
式中： N1-合闸簧的出力减少后零件的循环次数。
由上式可求得
计算结果表明，与其相关零件的循环次数是原来的2.25倍，从而提高了零件在机构中的使用寿命，此外由于合闸簧的出力减小，使得整个机构的振动也会相应减小，其可靠性也会得到显著改善。
3 结语
本文采用Adams动力学仿真软件，对本公司某型号真空断路器进行合闸过程的仿真，结果表明凸轮起始接触点对动触头合闸速度有一定的影响。通过优化凸轮轮廓曲线，在保证合闸速度满足技术要求前提下，降低合闸簧的出力，从而提高了整个真空断路器的可靠性及寿命，使输出特性与负载特性更好的匹配，对样机的后期试制有一定的指导作用。■
参考文献
[1] 张福明. ZN85A-40.5真空断路器的设计[D]. 苏州大学硕士学位论 文，2009.
[2]孙岩. 基于ADAMS的高压真空开关合闸参数优化[D].华北电力 大学硕士学位论文，2007.
[3]吴伟光，马履中. 真空断路器弹簧操动机构中凸轮机构的优化设计[J]. 江苏理工大学学报，2000，21（4）：40-44.
[4]李世芸，王轩. 基于CAE 技术的高压开关弹簧机构凸轮优化设计 [J]. 高压电器，2007，45（5）：20-23.
[5]闫静等. 真空断路器弹簧操动机构中凸轮机构的优化设计[J]. 电气制造，2006，09：27-29.
[6]成守勇等. 弹簧操动机构中凸轮机构的优化设计[J]. 电气制造，2006，03：54-56.
[7]赵建明. 真空断路器凸作机构的优化[J]. 船电技术，2006，26（5）：57-59.
篇9
关键词：机床床身；变形；ANSYS
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.034
0 绪论
机床床身的变形严重影响机床加工精度，为此国内外学者针对床身引起的机床精度损失开展了相应的研究工作。李艳[1]以牛头式电火花加工机床为研究对象进行了仿真分析，Z轴施加配重，而且有利于减小机床的变形；李初晔[2]利用有限元对数控龙门铣床的承载变形进行了分析；吕亚楠[3]针对并联机床的静刚度进行了仿真分析；朱祥[4]利用有限元软件建立了大型落地式镗铣床TKS6916整机模型。田杨等[5]应用有限元-边界元耦合的方法建立了重型数控机床-基础系统的承载变形模型，并将光纤技术引入到承载变形检测中。
由于机床床身的复杂性，单纯的进行仿真分析必然浪费大量的计算资源，本文将床身考虑成超静定梁，建立了理论模型，通过仿真分析验证了理论模型的正确性，从而可应用该模型进行床身变形分析，为机床设计提供了简单、可行的计算方法。
1 理论模型
机床床身与混凝土基础通过地脚螺栓固接，因此可视机床床身为如图1所示的超静定梁，本文通过分段独立的积分法求得梁结构的挠度方程。
由材料力学知识可知梁的挠曲线近似微分方程有：
对于段：通过一次积分得到转角方程：
通过再一次积分得到挠曲线方程：
段：通过一次积分得到转角方程：
通过再一次积分得到挠曲线方程：
利用如下位移边界条件、力边界条件和连续条件解得积分常数、（）
，…，，
2 床身变形仿真分析
通过CAD软件与CAE软件的无缝对接，本文应用大型CAD软件UG建立机床三维模型，导入ANSYS中进行床身变形仿真计算，在施加约束过程中，论文选择直接对底部滑座施加载荷，免去机床横梁与立柱的有限元计算，通过多次尝试选择网格大小为0.2m的网格划分网格，将机床自重的一半施加到滑座上，从而完成床身的有限元分析，得到的有限元仿真云图如图2所示。
3 结论
论文将机床床身简化成超静定梁，应用工程力学知识推导了梁结构的变形方程，通过CAD与CAE软件无缝接口技术，对床身部分进行了有限元的仿真分析。通过仿真分析，验证了床身变形理论模型的正确性，为机床的设计提供了一种直观的计算方法，解决了依靠分析软件进行的复杂仿真问题。
参考文献：
[1]李艳，杨大勇，刘建勇.基于有限元分析的电火花加工机床变形研究[J].航天制造技术，2012（06）：38-41.
[2]李初晔，王海涛，冯，马岩.高速数控龙门铣床有限元分析高速数控龙门铣床有限元分析[J].制造技术与机床，2013（02）：75-79.
[3]窝情，王立平，关立文.一种冗余并联机床静刚度有限元分析与优化设计[J].机械设计与制造，2008（02）：1-3.
[4]朱祥，寸花英，李坤，刘意，闫伟.大型落地式镗铣床TKS6916整机有限元分析[J].机床与液压，2013（01）：124-127.
[5]田杨，蔡力钢，刘志峰，王全铁，宁越，张柯.重型龙门数控机床-基础系统承载变形[J].北京工业大学学报，2016（01）：9-16.
篇10
参考文献：
[1]张景丽，幸福堂.移动床生物膜工艺特点、研究现状及发展[J].工业安全与环保，2003，29(4)：13O15.
[2]陈若宇，邢国平，孙宝盛.循环移动载体生物膜反应器水力特性探讨[J].工业用水与废水，2002，33(1)：21O23.
[3]ZHOUP，HEJ.Biofilmairliftsuspensionreactortreatmentofdomesticwastewater[J].Water，AirandSoilPollution，2003，144(1)：81O100.
[4]汪晓军，罗芳旭，何翠萍，等.亲水性塑料弹性填料生物膜法处理模拟废水的研究[J].环境污染治理技术与设备，2003，4(4)：31O34.
[5]俞汉青，顾国维.生物膜反应器挂膜方法的试验研究[J].中国给水排水，1992，8(3)：13O17.
[6]ALVESCF，MELOLF，VIEIRAMJ.InfluenceofmediumcompositiononthecharacteristicsofadenitrifyingbiofilmformedbyAlcaligenesdenitrificansinafluidisedbedreactor[J].ProcessBiochemistry，2002，37(8)：837O845.
[7]国家环保总局.水和废水监测分析方法[M].4版.北京：中国环境科学出版社，2002.
[8]潘涛，邬扬善.三相生物流化床中生物膜厚度研究[J].中国给水排水，1999，15(6)：5O8.
[9]周平，王世和.生物膜厚度对流化床反应器性能影响分析[J].环境科学，1994，15(2)：1O5.
参考文献
[1]潘家祯，等.压力容器材料使用手册-碳钢及低合金钢.北京：化学工业出版社，2000.
[2]青岛化工学院，等.化工容器及设备.湖北：湖北科学技术出版社，1984.
[3]华东理工大学，等.过程设备机械设计基础.北京：化学工业出版社，2000.
参考文献
[1]刘国柱，乇莅，米镇涛等．蒽醌法制过氧化氢用氢化反应器的研究进展．现代化工。2003，23(2)：19—22
[2]陈金娥．大型轴向流同定床反应器流场的数值模拟，中国科学技术大学学报，2004，34(增刊)：456—461
[3]鲁文质，腺立华，肖文德．固定床反应器合成二甲醚的模拟分析．天然气化工，2002，27(4)：53—61
[4]王志亮，杨宗仁．外循环式轻烃醚化反应的设计与分析．炼油设计，2002，32(7)：25—28
[5]王军，张红，陶汉中等．热管式气液固三相同定床鼓泡反应器的传热性能．化工学报，2005，靳(3)：446—449
[6]王军。马永锡，孙世梅．热管式同定床鼓泡反应器返混试验研究．南京工业大学学报，2005，27(2)：64—66
[7]李东风，汪展文，金涌等．液相烷化法合成异丙苯烃化反应器的设计与优化．化学【业与工程，2002，19(4)：305—310
[8]刘红，卢冠忠，郭杨龙等．TS—1分子筛对固定床中苯酚羟基化反应的催化性能．催化学报。2004，，25(1)：49～54
[9]瞢凯，张秀成．陈立宇等．苯胺加氢固定床反应器的优化设计与操作．西北大学学报(自然科学版)．2004．．34(5)：558—562
[10]邢福祥．用于气体净化的平板式固定床反应器．现代化工，2004．，筠(11)：47-49
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