時(shí)間：2022-11-12 20:40:50
序論：在您撰寫機(jī)械結(jié)構(gòu)論文時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
論文摘要：文章根據(jù)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)特點(diǎn)，提出了自頂向下的解剖式動(dòng)態(tài)教學(xué)模式，解決了學(xué)生在課堂上對(duì)原理結(jié)構(gòu)圖及實(shí)物結(jié)構(gòu)圖的三視圖讀圖慢且理解不深的問題。
一、引言
機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課是奠定學(xué)生將來從事機(jī)械類及相關(guān)工作的理論基礎(chǔ)、分析能力及實(shí)踐能力的重要課程。根據(jù)機(jī)械類學(xué)生將來從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的特點(diǎn)，為拓寬他們的視野，提高其設(shè)計(jì)技能，教材中大量使用了原理結(jié)構(gòu)圖及實(shí)例結(jié)構(gòu)圖，導(dǎo)致教材內(nèi)容復(fù)雜，篇幅長(zhǎng)，講授難度大。為了提高教學(xué)效果，許多教師進(jìn)行了大量、廣泛而且深入的教學(xué)方法研究，取得了很好的效果。但對(duì)于機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課中大量出現(xiàn)的原理結(jié)構(gòu)圖及實(shí)例結(jié)構(gòu)圖，由于學(xué)生缺乏感性認(rèn)識(shí)、實(shí)踐知識(shí)和基本結(jié)構(gòu)素材，如果僅靠學(xué)生的興趣和教師講授效率的提高，學(xué)生理解速度還不能適應(yīng)課堂教學(xué)的需要。針對(duì)這個(gè)問題，我們提出了解剖式動(dòng)態(tài)教學(xué)模式。
二、目前的教學(xué)狀況
機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課中大量出現(xiàn)的原理結(jié)構(gòu)圖及實(shí)例結(jié)構(gòu)圖是以線條式的原理簡(jiǎn)圖或以平面的三視圖來表現(xiàn)的。對(duì)于原理簡(jiǎn)圖，學(xué)生只需“看見”就已經(jīng)“理解”這些圖形了；而對(duì)于三視圖，根據(jù)教育心理學(xué)認(rèn)知理論，學(xué)生要理解這些圖形，在“看見”這些圖形的基礎(chǔ)上，必須在大腦中將其重新組合為熟悉的三維立體圖形，而這需要花費(fèi)一定的時(shí)間。教材編著者也注意到了學(xué)生認(rèn)知的這些特點(diǎn)，盡可能采用軸測(cè)圖來表示復(fù)雜的實(shí)例結(jié)構(gòu)。從教學(xué)中不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)這些軸測(cè)圖的理解速度遠(yuǎn)大于對(duì)平面圖形尤其是三視圖的。為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的結(jié)果?從學(xué)生學(xué)習(xí)三視圖的過程中不難發(fā)現(xiàn)答案。
學(xué)生在學(xué)習(xí)《機(jī)械制圖》的時(shí)候，教師都帶有實(shí)物教學(xué)模型，讓學(xué)生從三個(gè)方向觀看，并且運(yùn)用正投影理論把模型輪廓投影到三個(gè)相互垂直的平面上，然后按規(guī)定將三個(gè)平面展開到同一個(gè)平面形成了三視圖。為了加深學(xué)生的理解，教師通常要求學(xué)生親手制作模型。所以三視圖的產(chǎn)生方式是：立體圖一三個(gè)面輪廓分解一三視圖。當(dāng)學(xué)生閱圖時(shí)，是將三視圖的三個(gè)平面圖形讀人大腦，通過空間想像在大腦中拼接成對(duì)應(yīng)的立體圖，即三視圖一三個(gè)平面圖形合成一立體圖。這個(gè)過程看似一個(gè)簡(jiǎn)單的思維逆轉(zhuǎn)，但其思維的難度卻不是成比例增加的。因?yàn)榱Ⅲw圖一三個(gè)面輪廓分解一三視圖是正向思維，且三個(gè)面形成在思維過程中是可以分解進(jìn)行的，而三視圖一三個(gè)平面圖形合成一立體圖是逆向思維，且立體圖形的形成在思維過程中必須是整體進(jìn)行的，所以理解難度大大增強(qiáng)，即使對(duì)于經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員，仍會(huì)感覺到這兩種思維方式在難度上的差別。
機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課教學(xué)的主要目的是讓學(xué)生理解用圖形表示的結(jié)構(gòu)原理，掌握設(shè)計(jì)思路及相關(guān)基本概念的應(yīng)用，而不是讓學(xué)生單純地識(shí)圖，安排的教學(xué)時(shí)間非常短。這樣就難以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。
三、解剖式動(dòng)態(tài)教學(xué)模式
隨著計(jì)算機(jī)硬件性能價(jià)格比的提高及計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，使三維實(shí)體的結(jié)構(gòu)造型成為可能，這就為直接用三維結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行教學(xué)提供了基礎(chǔ)。根據(jù)教學(xué)要求，我們選擇了具有自頂向下設(shè)計(jì)特點(diǎn)的PRO／E軟件進(jìn)行三維實(shí)體的結(jié)構(gòu)造型設(shè)計(jì)。其過程為：先構(gòu)造零件毛坯實(shí)體，然后采用如機(jī)械加工及焊接加工過程的實(shí)體去除或添加，最終生成所需的零件實(shí)體；PRO／E還可根據(jù)設(shè)計(jì)的零件實(shí)體自動(dòng)繪出它的三視圖，并標(biāo)注尺寸，因此從設(shè)計(jì)步驟上具有自頂向下的特點(diǎn)；除此以外，PRO／E繪制的零件實(shí)體還可以裝配成總裝圖，故用PRO／E軟件來演示結(jié)構(gòu)的制造和安裝過程對(duì)學(xué)生理解實(shí)例結(jié)構(gòu)圖有非常好的效果。
在實(shí)施過程中，我們擬將常用車刀、鉆頭、車床主軸箱、典型夾具制作成三維實(shí)體結(jié)構(gòu)圖。完成此工作后，可以使教材中的平面圖形轉(zhuǎn)換為立體圖形，學(xué)生將抽象的空間想像合成閱圖轉(zhuǎn)換為直觀的立體閱圖，教師將靜止的結(jié)構(gòu)形態(tài)展示變?yōu)閯?dòng)態(tài)功能信息講解，實(shí)驗(yàn)由被動(dòng)的觀察轉(zhuǎn)換為主動(dòng)的裝配實(shí)踐，從而提高學(xué)生的理解速度及深度，達(dá)到教學(xué)要求。經(jīng)過這樣的轉(zhuǎn)化，使學(xué)生在讀圖的過程中，不但克服了平面圖形及三視圖閱圖弊端，而且彌補(bǔ)了軸測(cè)圖的觀察角度單一的不足，還消除了實(shí)物模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)無法看清、不能任意拆卸的缺陷。
更重要的是，利用PRO／E提供的強(qiáng)大功能，還可以形成一套獨(dú)特的教學(xué)模式——自頂向下的解剖式動(dòng)態(tài)教學(xué)模式。這種教學(xué)模式是根據(jù)三維實(shí)體結(jié)構(gòu)圖，利用學(xué)生已掌握的基本知識(shí)及已有的結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，先講解來源于生產(chǎn)實(shí)際結(jié)構(gòu)圖的功用，再講解各部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則及運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，最后講解其中每個(gè)零部件的功用，形成從整體到具體的教學(xué)特點(diǎn)，即自頂向下的教學(xué)模式。實(shí)際上，PRO／E軟件還有一個(gè)重要的功能——快速裝配，利用這個(gè)功能，在教學(xué)中，可以將實(shí)體結(jié)構(gòu)中的零件逐個(gè)拆下，并可以在任意方位展示，使學(xué)生更容易理解各個(gè)零件在產(chǎn)品中的功能及與整體的裝配關(guān)系，顯然，這種方法具有醫(yī)學(xué)中解剖的特點(diǎn)，所以稱之為解剖式。此外，不僅這種解剖過程是動(dòng)態(tài)仿真的，而且對(duì)于一些結(jié)構(gòu)，還可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的運(yùn)動(dòng)模擬，所以這種教學(xué)方法具有動(dòng)態(tài)的特點(diǎn)，因此，稱為自頂向下的解剖式動(dòng)態(tài)教學(xué)模式。
要達(dá)到這種教學(xué)要求，需利用PRO／E軟件制作大量的三維實(shí)體零部件圖及裝配圖，為了實(shí)現(xiàn)通用性，擬采用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，對(duì)刀具結(jié)構(gòu)、主軸箱、常用夾具結(jié)構(gòu)、常用標(biāo)準(zhǔn)件、先進(jìn)設(shè)備的典型機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體造型，這項(xiàng)工作完成后，不但可以達(dá)到上述的教學(xué)要求，還可以得到一個(gè)“副產(chǎn)品”，這就是可以讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)、裝配產(chǎn)品的基本元件庫，從而開發(fā)出《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》的一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)——虛擬機(jī)械結(jié)構(gòu)拆裝實(shí)驗(yàn)!
四、解剖式動(dòng)態(tài)教學(xué)模式的研究意義
1．以學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中遇到的結(jié)構(gòu)三視圖閱圖難點(diǎn)為研究?jī)?nèi)容，以學(xué)生容易理解的三維實(shí)體教學(xué)方式為突破口，以學(xué)生的理解力提高為目標(biāo)，形成了自頂向下的解剖式動(dòng)態(tài)教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)研究以人為本的思想。
2．充分利用了計(jì)算機(jī)軟件及硬件技術(shù)帶來的圖形處理及顯示的優(yōu)勢(shì)，將實(shí)體造型軟件PRO／E應(yīng)用于課堂教學(xué)及實(shí)驗(yàn)中，使專業(yè)知識(shí)中涉及到的大量的結(jié)構(gòu)原理圖和實(shí)例結(jié)構(gòu)圖更直觀的呈現(xiàn)出來，加快了學(xué)生閱圖速度，加深了學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)手段的與時(shí)俱進(jìn)。
3．著名教育理論家及建構(gòu)主義理論的集大成者皮亞杰認(rèn)為，“理解就是創(chuàng)造，或通過再創(chuàng)造去進(jìn)行重構(gòu)”。運(yùn)用這一認(rèn)知理論，鑒于PRO／E軟件的特點(diǎn)，創(chuàng)建課程相關(guān)圖庫，使結(jié)構(gòu)原理圖和實(shí)例結(jié)構(gòu)圖具有實(shí)踐性，學(xué)生通過動(dòng)手設(shè)計(jì)部分結(jié)構(gòu)，理解程度大大加深。實(shí)現(xiàn)了教學(xué)方法改革與提高認(rèn)知能力的有機(jī)統(tǒng)一。
4．充分利用PRO／E軟件強(qiáng)大的功能，使實(shí)例結(jié)構(gòu)圖以三維實(shí)體造型的形式全方位展現(xiàn)，組成零件可以任意拆裝、移位、隱藏，相關(guān)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以動(dòng)態(tài)顯示，使學(xué)生快速理解實(shí)例的組成結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)原理及包含的基本理論，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)過程的動(dòng)態(tài)直觀。
5．利用PRO／E的快速裝配功能，在教學(xué)中，可以將實(shí)體結(jié)構(gòu)中的零件逐個(gè)拆下，并可以在任意方位展示，使學(xué)生更容易理解各個(gè)零件在產(chǎn)品中的功能及與整體的裝配關(guān)系，這種解剖過程是動(dòng)態(tài)進(jìn)行的。此外，對(duì)于一些結(jié)構(gòu)還可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的運(yùn)動(dòng)模擬，首創(chuàng)了自頂向下的解剖式動(dòng)態(tài)教學(xué)模式。
6．利用研究項(xiàng)目形成的三維實(shí)體庫及現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)資源，可以開出虛擬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裝配實(shí)驗(yàn)，不僅解決了實(shí)驗(yàn)裝備模型的不足，而且提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力，并擴(kuò)展了三維實(shí)體庫，使該實(shí)驗(yàn)形成了良性循環(huán)。此外，利用虛擬造型，可以引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)，大大提高實(shí)驗(yàn)的技術(shù)水平，因此形成了教學(xué)實(shí)驗(yàn)開發(fā)的新模式。
五、結(jié)論
1．采用自頂向下的解剖式動(dòng)態(tài)教學(xué)的新模式，學(xué)生對(duì)刀具、機(jī)床、夾具等結(jié)構(gòu)的課堂理解速度會(huì)有很大提高，輕松、形象、動(dòng)態(tài)的三維實(shí)體教學(xué)會(huì)在很大程度上提高學(xué)生對(duì)機(jī)械類課程的學(xué)習(xí)興趣，這樣的良性循環(huán)將會(huì)產(chǎn)生很好的教學(xué)效果。
德國人發(fā)明的這一種變?cè)?，是目前世界上最為科學(xué)易懂的變?cè)椒?，它能夠衍生出許多不同的方法，具有很大的可塑性。這種方法的內(nèi)涵主要有兩部分：它變化內(nèi)容多樣，包括材料、數(shù)量、位置、尺寸、形狀、連接、工藝七個(gè)方面；另一部分是上述七個(gè)方面的具體運(yùn)用，運(yùn)用的前提條件是機(jī)械基本結(jié)構(gòu)，這些元素在其基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的變化，這樣就有不同的形式，新的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案就創(chuàng)造出來了，這樣就達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的目的。接下來筆者將會(huì)重點(diǎn)介紹七種創(chuàng)新方案在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體運(yùn)用，其最終目的還是滿足整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)的要求，這也是目前機(jī)械工作者普遍使用的方案。
1.1材料變?cè)?/p>
現(xiàn)實(shí)生活中很多種材料都可以用來設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)，不一樣的材料要求的加工方法和手段不一樣、適用的結(jié)構(gòu)類別不一樣、零件需要的大小也不一樣。材料的變?cè)梢宰兓霾灰粯拥慕Y(jié)構(gòu)模式。比如說：在進(jìn)行鋼材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，零件的截面面積越大，材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就越大、越硬；在鐵材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了使結(jié)構(gòu)變強(qiáng)變硬，人們通常使用加強(qiáng)筋和隔板的方法；在塑料材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，塑料件的筋板和壁厚應(yīng)該無差而別且對(duì)稱均勻。
1.2數(shù)量變?cè)?/p>
在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)當(dāng)中主要包括以下幾個(gè)方面，即零件以及輪廓面、線和加工、工作面共同構(gòu)成了產(chǎn)品本身，如果想要將機(jī)械的結(jié)構(gòu)目的進(jìn)行改變，那么就可以通過調(diào)節(jié)上述結(jié)構(gòu)元素而實(shí)現(xiàn)。就好比在鑄件的過程中，是希望越簡(jiǎn)單便捷越好的。能夠節(jié)省一些不必要的零件配置，又能在安裝的時(shí)候方便人們的使用，這在無形中就提高了工作效率，比如安裝一個(gè)螺絲釘?shù)臅r(shí)候，如果按照螺釘和墊圈以及彈簧墊圈才能結(jié)合在一起的模式去安裝，那么就需要最少三個(gè)步驟，但是如果把它們?cè)O(shè)計(jì)為一體的話，就可以大量地節(jié)省安裝的時(shí)間，提高了效率。
1.3位置變?cè)?/p>
在實(shí)際操作過程中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的元素之間的位置是可以進(jìn)行調(diào)換的，這樣可以無形中使結(jié)構(gòu)本身的設(shè)計(jì)更加完善。比如，零件的焊縫位置應(yīng)該對(duì)應(yīng)中性軸或者至少需要靠近中性軸，這樣便于將收縮力減少或者能夠避免產(chǎn)品的變形。除此之外，零件的擺放問題也十分重要，如果雜亂無章則會(huì)大大阻礙操作速度。
1.4尺寸變?cè)?/p>
零件的尺寸必須符合使用的標(biāo)準(zhǔn)才行，必須在各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)合格之后才可以進(jìn)行操作，比如：在冷沖壓彎這一工藝中，就需要零件按照既定的需求進(jìn)行彎曲，如果零件在加工的過程中，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的彎度，那么就算是一個(gè)成品，不需要再度進(jìn)行加工。如果不符合產(chǎn)品的需求那么還需要進(jìn)一步的加工整形來達(dá)到產(chǎn)品的要求。
1.5形狀變?cè)?/p>
機(jī)械整體的結(jié)構(gòu)目的可以通過調(diào)整零件的形狀或者改變其規(guī)格的大小而實(shí)現(xiàn)。比如在彈簧的生產(chǎn)過程中需要考慮多個(gè)問題，首先是彈簧的大小及其相對(duì)的螺絲墊圈的規(guī)格，能否讓彈簧和使用的螺旋面以及被需要壓緊的零件相吻合，就需要設(shè)計(jì)出不同規(guī)則的產(chǎn)品，無論零件的形狀面如何都需要相匹配的彈簧來配合才行，如果零件之間的距離過大，或者不能夠?qū)毫τ行诤?，那么零件在安裝過后就不算是合格，如果這一類零件銷售在市場(chǎng)中，很可能造成一系列事故，那么為了防止拉簧因?yàn)檫@些問題而失去使用效率，就勢(shì)必要將彈簧的設(shè)計(jì)空間放大，并且實(shí)現(xiàn)它的自身獨(dú)特性，即使它在單獨(dú)使用的過程中也可以實(shí)現(xiàn)跟其他零件的配合。
1.6分析連接變?cè)?/p>
一是聯(lián)接方法，主要的模式有焊接、膠結(jié)以及螺紋聯(lián)接等方式。二是聯(lián)接的方式，根據(jù)結(jié)構(gòu)類型的不同而不同，因此為了豐富聯(lián)接方式以及尋找到最為契合的聯(lián)接方式，各個(gè)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)以及聯(lián)接的方式都可以進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的合理調(diào)整。比如：針對(duì)一些需要拆卸的零件，如果在聯(lián)接的方式上不能選擇好，那么就會(huì)在聯(lián)接和拆卸方面造成一定的困難，此類的零件需要便捷的拆卸模式，比如日常生活中所購買的一些產(chǎn)品，像是隨聲聽的后蓋，就可以任意拆卸下來安裝電池來維持繼續(xù)使用，這樣的結(jié)構(gòu)也方便用戶使用，從未為其提供便捷的操作模式。
1.7分析工藝變?cè)?/p>
零件在產(chǎn)生之前，往往會(huì)有其自己的設(shè)計(jì)圖紙，而設(shè)計(jì)圖紙上面的結(jié)構(gòu)內(nèi)容直接決定了產(chǎn)品屬于何種工藝級(jí)別的零件，因?yàn)槊恳粋€(gè)設(shè)備的零件都不是完全相同的，所以零件的設(shè)計(jì)以及成本也千差萬別，如果設(shè)計(jì)工藝在產(chǎn)品出產(chǎn)之前沒有得到完善，那么勢(shì)必會(huì)影響到零件自身的質(zhì)量，一旦零件沒有合乎要求，那么產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)就會(huì)受到一定的影響。因此在零件鑄造之前對(duì)于零件圖紙的研究必須給予深度的重視，現(xiàn)在的加工技藝正呈現(xiàn)著不斷創(chuàng)新和完善的趨勢(shì)，但是問題也就隨之而來，這些加工工藝雖然具有創(chuàng)新性，但是還不夠成熟，并非達(dá)到了理想中的需求，因此還需要進(jìn)一步的對(duì)此加大研究的力度。
2機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的嘗試及優(yōu)化測(cè)評(píng)
2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新嘗試
防腐劑在石油以及一些石化設(shè)備中具有十分重要的作用，下文以其為例，闡述變?cè)ㄔ谄渲兄匾淖饔?。石油和石化設(shè)備必須進(jìn)行防腐蝕性的設(shè)計(jì)，這樣一來，在設(shè)計(jì)的最初就應(yīng)該考慮到防腐蝕性的大小和影響因素，從而采取必要的保護(hù)和防治措施，主要有以下幾個(gè)方面。首先，在總體的設(shè)計(jì)上面，對(duì)停車間給予了嚴(yán)格的要求，不能堆放雜亂，不能潮濕，不能含有其他不利于防腐的物質(zhì)存在。其次，設(shè)備的使用年限與設(shè)備本身一些極為細(xì)小的間隙區(qū)有著十分重大的聯(lián)系，這些縫隙極有可能在人眼看不到的地方發(fā)生腐蝕問題，或者這些縫隙人是無法憑借手工去進(jìn)行操作控制的，就像是一些產(chǎn)品的焊接點(diǎn)，這些產(chǎn)品貌似看起來已經(jīng)不存在腐蝕的可能，但是難免會(huì)有看不到的縫隙存在，應(yīng)該進(jìn)行必要的封存和填補(bǔ)，或者干脆將縫隙擴(kuò)大，這樣便于對(duì)其進(jìn)行維修補(bǔ)救和防護(hù)。再次，溫度較高以及質(zhì)量較高的濃度階梯，局部勢(shì)差問題往往在這種情況和產(chǎn)品中產(chǎn)生，一旦發(fā)生了腐蝕則不可控制。此外，每一種金屬都有著自己獨(dú)特的屬性，產(chǎn)品在構(gòu)建的過程中不一定是一種金屬構(gòu)建而成，多半是幾種金屬共同組合而成，但是不同的金屬勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生接觸面的腐蝕，應(yīng)該對(duì)此進(jìn)行絕緣處理。最后，面積越小腐蝕的點(diǎn)也就越小，因此要針對(duì)產(chǎn)品的不同設(shè)計(jì)縮小表面積從而減少腐蝕。
2.2對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)變?cè)獎(jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)的優(yōu)化評(píng)測(cè)
機(jī)械結(jié)構(gòu)在完成變?cè)獎(jiǎng)?chuàng)新實(shí)踐之后。要根據(jù)目前的性能以及使用效果進(jìn)行一個(gè)綜合的測(cè)評(píng)，首先要進(jìn)行模糊測(cè)評(píng)，運(yùn)用理論研究和一些理想化的模型設(shè)計(jì)一種測(cè)評(píng)模式，但是這種測(cè)評(píng)模式并不是實(shí)際操作中的模型，而是通過一定的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和規(guī)劃，對(duì)其進(jìn)行變化創(chuàng)新設(shè)計(jì)的檢測(cè)。在測(cè)試的過程中測(cè)試者憑借自己多年的使用經(jīng)驗(yàn)和研究理念進(jìn)行對(duì)其綜合評(píng)價(jià)的過程，并根據(jù)現(xiàn)有的先進(jìn)思維對(duì)其進(jìn)行構(gòu)建，在測(cè)試的過程中還需要考慮到社會(huì)實(shí)際問題，產(chǎn)品在經(jīng)過變?cè)?，使用方面是否安全，便捷，可維修性是否達(dá)到了指標(biāo)，并且要將邏輯推理的思維運(yùn)用到其中，選擇出使用其整體變?cè)姆桨?，最后針?duì)已經(jīng)選擇好了的方案，進(jìn)行進(jìn)一步地修改和完善，從而作用于產(chǎn)品的機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)建當(dāng)中，服務(wù)于產(chǎn)品的整體功能。
3結(jié)束語
（1）對(duì)電梯進(jìn)行分類時(shí)
如果以其運(yùn)行的速度快慢為依據(jù)，那么通常應(yīng)將電梯分為超高速電梯、高速電梯、快速電梯和低速電梯四大類，超高速電梯的運(yùn)行速度是要超過4m/s的，通常在分區(qū)進(jìn)行控制的高層大廈中常采用這種電梯；而高速電梯的運(yùn)行速度則是在2m/s-4m/s的范圍內(nèi)，在高層寫字樓中通常會(huì)采用高速電梯；快速電梯的運(yùn)行速度一般都在1m/s-2m/s的范圍內(nèi)，通常情況下，住宅電梯和樓層數(shù)小于15層的多層客梯會(huì)采用快速電梯；低速電梯的運(yùn)行速度是小于1m/s的，其通常都被應(yīng)用在絕大部分的貨梯中；
（2）如果根據(jù)使用用途對(duì)電梯進(jìn)行分類，一般可以將電梯分為乘客、觀光、載貨、雜物、醫(yī)用、船舶以及車輛等多種類型，同時(shí)市場(chǎng)上還存在著一些特殊種類的電梯
常見的有立體停車場(chǎng)用電梯、斜行電梯以及建筑施工電梯等。
2電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)和相關(guān)問題
2.1電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)中的門系統(tǒng)
在電梯的機(jī)械結(jié)構(gòu)中，轎廂門系統(tǒng)通常都包括四個(gè)部分，分別為轎門、開關(guān)門系統(tǒng)、廳門和門保護(hù)裝置，由于門系統(tǒng)的存在，等候電梯人員墜落到井道中的安全事故就被有效避免了，同時(shí)井道和廂內(nèi)人員之間也不會(huì)出現(xiàn)相互碰撞的問題了。在電梯的運(yùn)行過程中，為了保證其安全性和穩(wěn)定性，在電梯起動(dòng)之前廳門和轎門之間必須是要保持關(guān)閉狀態(tài)的，并且在廳門上還應(yīng)安裝門鎖，只有鑰匙才能將廳門打開，否則廳門就應(yīng)是出于關(guān)閉狀態(tài)的。而對(duì)于控制電路來說，由于在門鎖上是安有微動(dòng)開關(guān)的，那么其就能有效的控制電梯回路的斷開和接通狀態(tài)，從而實(shí)時(shí)的調(diào)整電梯的運(yùn)行狀態(tài)。在分析電梯的門系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)注意以下幾個(gè)問題：轎廂起動(dòng)時(shí)，轎廂門應(yīng)是出于自動(dòng)閉鎖狀態(tài)的，在轎廂未停穩(wěn)并且未上升到層門時(shí)，層門也應(yīng)出于自動(dòng)閉鎖狀態(tài)。
2.2電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)中的轎廂系統(tǒng)
轎廂系統(tǒng)的最主要作用就是運(yùn)送乘客和貨物，其主要包括兩部分，即轎廂架和轎廂體，而轎廂架主要起到的是懸吊和固定的作用，其是主要的承載構(gòu)件，而在轎廂架上還都會(huì)設(shè)置拉條，這么做的目的就是要提升轎廂的剛度，從而有效避免轎廂傾斜現(xiàn)象的出現(xiàn)。而轎廂體則都是由四部分組成的，分別為轎門、轎頂、轎壁和轎底，其中，轎頂通常都會(huì)安裝檢修用的操作設(shè)備和照明設(shè)備，同時(shí)還設(shè)有安全窗，這樣當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，乘客便可以借助安全窗撤離到轎廂內(nèi)；轎底則是起支撐作用的，在其前端設(shè)置了轎門地坎，在地坎位置處裝有光滑擋板，并且還應(yīng)配有轎廂稱重裝置，當(dāng)超過了電梯出現(xiàn)超重問題時(shí)，報(bào)警器就會(huì)響起。轎壁是連接轎頂和轎底的部分，在其背面通常都會(huì)設(shè)置加強(qiáng)筋，從而充分的提升其機(jī)械強(qiáng)度。
2.3電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)中的曳引系統(tǒng)
這一系統(tǒng)的主要作用為及時(shí)的牽引轎廂的上和下，從而幫助乘客順利的到達(dá)相應(yīng)的樓層。其主要包括曳引機(jī)、導(dǎo)向輪、限速輪和曳引鋼索等部分，曳引機(jī)就是電梯的動(dòng)力裝置、根據(jù)電機(jī)的差異性又分為直流曳引機(jī)和交流曳引機(jī)，根據(jù)速度的快慢可分為超高速、高速、快速和低速曳引機(jī)，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的區(qū)別可分為臥式曳引機(jī)和立式曳引機(jī)，根據(jù)減速方式的差異性分為無齒輪曳引機(jī)和齒輪曳引機(jī)。電梯的轎廂會(huì)懸掛在曳引輪上，曳引輪在曳引機(jī)的驅(qū)動(dòng)下就可以實(shí)現(xiàn)轎廂的上下運(yùn)行。
2.4電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)中的重量平衡系統(tǒng)
重量平衡系統(tǒng)主要包括了補(bǔ)償裝置、補(bǔ)償纜、補(bǔ)償繩以及對(duì)重等結(jié)構(gòu)部分，在曳引輪和導(dǎo)向輪的牽引下，對(duì)重用的鋼絲繩會(huì)直接連接轎廂，而在整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，這一系統(tǒng)主要起到的是對(duì)電梯和轎廂負(fù)載的平衡作用。在配置對(duì)重量的量值時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格的依據(jù)電梯額定載重量的相關(guān)要求，從而保證整個(gè)電梯系統(tǒng)是具備一個(gè)良好的使用狀態(tài)的。如果電梯的曳引高度超過了30m，那么曳引鋼絲繩的差重對(duì)電梯運(yùn)行的平衡性和穩(wěn)定性就可能會(huì)產(chǎn)生影響，所以，必須設(shè)置補(bǔ)償纜和補(bǔ)償鏈等相應(yīng)的補(bǔ)償裝置。
2.5電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)向系統(tǒng)
此系統(tǒng)主要包括了三個(gè)部分的結(jié)構(gòu)，分別為導(dǎo)軌、導(dǎo)軌架和導(dǎo)靴，其主要作用是保證轎廂在井道中是按照正確的路線上下運(yùn)行的，并且還能有效避免出現(xiàn)過多振動(dòng)的現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)了突發(fā)緊急情況時(shí)，轎廂就會(huì)被卡死在導(dǎo)軌上，那么就會(huì)避免墜落等安全事故的發(fā)生。導(dǎo)軌能夠精確的控制電梯的升降方向，所以，導(dǎo)向系統(tǒng)就是可以控制對(duì)重和水平方向轎廂的移動(dòng)的，保證對(duì)重和轎廂在井道中都是出于一個(gè)合理的位置的。在電梯的井道中通常會(huì)設(shè)置4根導(dǎo)軌，兩根是對(duì)重架導(dǎo)向，另外兩根則是轎廂導(dǎo)向，固定導(dǎo)軌時(shí)通常都采用壓道板和螺栓、螺母等設(shè)備。
2.6電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)中的機(jī)械裝置
為了最大限度地保證電梯使用的安全性，那么在電梯機(jī)械結(jié)構(gòu)中還必須設(shè)有安全鉗、限速器、緩沖器和終端超越保護(hù)裝置等機(jī)械裝置，當(dāng)電梯系統(tǒng)的運(yùn)行速度超過了其極限值時(shí)，限速器就會(huì)停止工作狀態(tài)，并且借助繩輪之間的摩擦力還能將拉桿機(jī)構(gòu)提拉起來，發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)信號(hào)并且切斷控制電路，那么安全鉗就必須發(fā)出動(dòng)作，強(qiáng)制性的將轎廂停留在導(dǎo)軌上，在所有的安全開關(guān)都恢復(fù)狀態(tài)后，安全鉗才會(huì)釋放，在所有的安全保護(hù)裝置都失去作用后，緩沖器就會(huì)作為最后一道保護(hù)裝置出來，其能夠?qū)⑥I廂的能力吸收并消耗掉，避免轎廂出現(xiàn)墜落的事故。而終端超越保護(hù)裝置的最主要作用就是保證電氣系統(tǒng)的順利運(yùn)行，從而保證轎廂的穩(wěn)定運(yùn)行，避免撞底和沖頂?shù)劝踩鹿实陌l(fā)生。
3結(jié)束語
為滿足系統(tǒng)的剛度和穩(wěn)定性，選擇3軸XX'YZ型拱架機(jī)器人結(jié)構(gòu)，
1.1XY直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)方式和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于XY平臺(tái)要求大行程、高速、精確、平穩(wěn)定位，因此自動(dòng)配液機(jī)的x軸及y軸采用同步帶柔性驅(qū)動(dòng)，如圖3所示。同步帶柔性驅(qū)動(dòng)方式相對(duì)于剛性傳動(dòng)定位系統(tǒng)，具有傳動(dòng)平穩(wěn)、沖擊小、無需、噪聲小、傳動(dòng)距離遠(yuǎn)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，主要用于對(duì)加速度和速度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合。雖然同步帶的彈性可減少?zèng)_擊，但同時(shí)也帶來定位誤差和振動(dòng)問題，如何有效抑制系統(tǒng)定位誤差，充分發(fā)揮柔性驅(qū)動(dòng)直線定位技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，成為本文需要解決的主要問題之一。一般同步帶按照中心距大小和帶輪尺寸設(shè)計(jì)選擇同步帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度，然后將環(huán)形同步帶安裝在兩個(gè)帶輪上。在此設(shè)計(jì)中為保持同步帶張緊力和便于在支撐軌道型材安裝，同步帶有接頭而兩端用壓板同滑塊連接，以便于安裝和調(diào)節(jié)。同步帶在位于型材兩端托架上的兩個(gè)同步帶輪之間進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。一個(gè)帶輪安裝在電機(jī)上，另一個(gè)則安裝在張緊裝置上。同步帶帶動(dòng)滑塊在導(dǎo)軌上移動(dòng)，滑塊支撐在滾珠導(dǎo)軌上，同步帶縱向穿過支撐導(dǎo)軌的異型鋁合金型材。
1.2運(yùn)動(dòng)平臺(tái)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)
低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)就是當(dāng)導(dǎo)軌作低速運(yùn)動(dòng)或微量進(jìn)給時(shí)，應(yīng)保證運(yùn)動(dòng)始終平穩(wěn)不出現(xiàn)“爬行”現(xiàn)象。數(shù)控工作臺(tái)的位移量是以脈沖當(dāng)量作為它的最小單位，它常以極低的速度運(yùn)動(dòng)，這是要求工作臺(tái)對(duì)數(shù)控裝置發(fā)出的指令要做出準(zhǔn)確響應(yīng)，這與運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦特性有直接的關(guān)系。滾動(dòng)導(dǎo)軌的靜摩擦力較小，而且還由于油的作用，使它們的摩擦力隨運(yùn)動(dòng)速度的提高而增大，這就有效地避免了低速爬行現(xiàn)象，從而提高工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和定位精度。但滾動(dòng)導(dǎo)軌抗振性較差、對(duì)防護(hù)要求較高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造比較困難、成本較高。
1.3工作頭夾持手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
按照移液管夾持手的工作流程，要求夾持手到達(dá)母液瓶位置下降，下夾持手夾持住母液瓶里的吸管，上夾持手夾持住活塞吸取一定的母液，然后帶動(dòng)吸管整體上移到脫離母液瓶，移動(dòng)到計(jì)量區(qū)，夾持手推動(dòng)吸管活塞將母液按配方劑量注入到染料瓶里，然后回到母液區(qū)，將吸管放回到的原來的位置。手爪通常是由手指、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)要根據(jù)作業(yè)對(duì)象的大小形狀和位姿等幾何條件以及重量、硬度、表面質(zhì)量等物理?xiàng)l件來綜合考慮,同時(shí)還要考慮手爪與被抓物體接觸后產(chǎn)生的約束和自由度等問題。設(shè)計(jì)擺動(dòng)式夾持器，夾持手左右手爪為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)氣缸驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)將移液管夾持住。將活塞連桿手爪和移液管外殼手爪設(shè)計(jì)為一體，當(dāng)氣缸動(dòng)作時(shí)兩個(gè)手爪同時(shí)動(dòng)作，方便快捷。在工作的時(shí)候手指只有兩個(gè)工作位置，采用氣壓驅(qū)動(dòng)能夠快速達(dá)到工作位置，節(jié)約時(shí)間。
2柔性同步帶驅(qū)動(dòng)定位動(dòng)態(tài)分析
在該系統(tǒng)中，電機(jī)的運(yùn)動(dòng)通過同步帶傳輸?shù)揭苿?dòng)裝置。在嚙合齒之間必須有足夠的間隙，以確保運(yùn)動(dòng)的流暢，沒有干涉，但這種間隙的存在導(dǎo)致滯后現(xiàn)象的產(chǎn)生和噪音。當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向改變時(shí)，在外部激勵(lì)支配下動(dòng)力傳輸齒產(chǎn)生脫離和微小滑移。這一現(xiàn)象的結(jié)果是帶慢慢滑移直到下一對(duì)齒進(jìn)入嚙合。
3試驗(yàn)測(cè)量裝置
柔性同步帶定位系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)誤差特性，彈性變形的影響和間隙的影響，對(duì)于彈性變形所引起的誤差，采用兩個(gè)編碼器分別測(cè)量主動(dòng)輪和從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速。為精確控制移動(dòng)負(fù)載的加速或減速，本試驗(yàn)裝置采用線性坐標(biāo)測(cè)量裝置（CMM），結(jié)合高分辨率刻線尺搭建模型來驗(yàn)證模型預(yù)期的性能。在系統(tǒng)中使用了常規(guī)的控制器PC104PMAC卡，為確定傳動(dòng)系統(tǒng)引起的位置誤差，采用位置測(cè)量的基本旋轉(zhuǎn)編碼器（PE）以和高分辨率刻線尺（LS）的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。控制電機(jī)速度按照梯形路徑輸入，疊加獲得定位誤差圖形（ΔX=XLS-XPE）。ΔX包含與支承元件（如抗摩軸承、軸承軸）等相關(guān)的幾何和運(yùn)動(dòng)誤差，如前所述定位誤差具有延時(shí)滯后的特點(diǎn)，具有相當(dāng)?shù)闹貜?fù)性。
4結(jié)束語
(1)井道機(jī)架
模型電梯井道機(jī)架是支撐、固定所有機(jī)械零部件的基礎(chǔ)框架，要有足夠的強(qiáng)度，同時(shí)便于安裝時(shí)各部件的位置調(diào)整。模型電梯為三層站，井道由30×30的方鋼焊接而成，并在方鋼上開孔供安裝時(shí)連接用。井道機(jī)架的立面，分為三個(gè)部分，井道截面尺寸為980mm×1110mm，最下邊的部分高度為1160mm，中間部分高度為800mm，上邊部分高度為1540mm，連接時(shí)采用螺栓進(jìn)行連接緊固。方鋼的截面。這種結(jié)構(gòu)可滿足教學(xué)實(shí)訓(xùn)時(shí)反復(fù)拆裝，井道機(jī)架也便于移動(dòng)、安裝。
(2)導(dǎo)向系統(tǒng)
導(dǎo)向系統(tǒng)功能是限制轎廂和對(duì)重的活動(dòng)自由度，使轎廂和對(duì)重只沿著各自的導(dǎo)軌作升降運(yùn)動(dòng)，使兩者在運(yùn)行中平穩(wěn)，不會(huì)偏擺。模型電梯導(dǎo)向系統(tǒng)由導(dǎo)軌支架、導(dǎo)軌、導(dǎo)靴幾部分組成，導(dǎo)軌支架設(shè)計(jì)成可調(diào)式，可根據(jù)導(dǎo)軌安裝精度要求在安裝過程中進(jìn)行位置調(diào)整，其立面。導(dǎo)軌和導(dǎo)靴全部選用實(shí)際電梯配件，真實(shí)反映實(shí)際電梯結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
(3)曳引系統(tǒng)
曳引系統(tǒng)的作用是向電梯輸送與傳遞動(dòng)力，使電梯運(yùn)行，是電梯運(yùn)行的根本，是電梯中的核心部分之一。模型電梯的曳引系統(tǒng)由曳引機(jī)、鋼絲繩、對(duì)重組成。曳引機(jī)選用雜物梯配套的曳引機(jī)，型號(hào)為YJ120，額定載重為200kg，交流雙速電機(jī)，鋼絲繩選用實(shí)際電梯鋼絲繩，其型號(hào)為8×19S+FC－8mm。對(duì)重由鋼板焊接而成，具有一定的重量，每塊重量10kg，對(duì)重總重量按照如下公式配置:P=G+0．5Q=50+0．5×200=150(kg)(1)式中:P為對(duì)重總重量;G為轎廂自重;Q為額定載重。
(4)轎廂系統(tǒng)
轎廂由轎廂架、轎底、轎壁、轎頂組成。轎廂架由上梁、下梁、立柱、拉條等部件組成，其作用是固定和懸吊轎廂。在上下梁兩端固定有導(dǎo)靴，引導(dǎo)轎廂沿著導(dǎo)軌上下移動(dòng)，保持轎廂在井道內(nèi)的水平位置。在下梁上裝有安全鉗，在電梯超速下墜時(shí)，安全鉗可在限速器帶動(dòng)下將轎廂夾持在導(dǎo)軌上，在上梁上還有固定繩吊板，起懸吊轎廂的作用。轎廂選用厚度為2mm的不銹鋼板制成。其中，轎底為一塊729mm×620mm的整板，轎頂為一塊723mm×602mm的整板，后壁板由4塊經(jīng)折彎的板材拼接而成，4塊板材尺寸分別為282mm×680mm、282mm×680mm、247×680mm、140mm×680mm，兩個(gè)側(cè)壁分別由2塊經(jīng)折彎的板材拼接而成，2塊板材尺寸分別為282mm×680mm、247mm×680mm，前壁板左右各由一塊尺寸為131mm×710mm的板材和一塊尺寸為140mm×480mm的中間連接板組成。轎廂架由型材連接而成，其結(jié)構(gòu)立體圖見圖4所示。
(5)門系統(tǒng)
模型電梯的門系統(tǒng)由層門、轎門及開關(guān)門機(jī)構(gòu)組成，層門和轎門由門、導(dǎo)軌、滑輪、滑塊，門框、地坎等部件組成。門由厚度為2mm的不銹鋼板制成，為了使門具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和剛性，在門的背面配有加強(qiáng)筋。為減小門運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的噪聲，門板背面涂貼防振材料。層門和轎門的尺寸為250mm×570mm，門滑塊和門滑輪均選用三菱電梯配件，導(dǎo)軌采用45鋼加工而成，限位擋輪選擇內(nèi)徑為6mm的圓柱滾子軸承，電動(dòng)機(jī)選用直流電機(jī)，電動(dòng)機(jī)速度計(jì)算如下。開關(guān)門平均時(shí)間t設(shè)定為2s，門開關(guān)行程h為250mm，由此計(jì)算開關(guān)門的速度為因此選擇直流電動(dòng)機(jī)型號(hào)為ASLONG－JGB37－520－24V－45r/min，并經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，可以滿足速度和載荷的要求。門系統(tǒng)結(jié)構(gòu)立體圖見圖5所示。
(6)安全保護(hù)系統(tǒng)
模型電梯的機(jī)械安全保護(hù)裝置主要有限速器和安全鉗、緩沖器、端站保護(hù)裝置、制動(dòng)器、層門門鎖與轎門電氣聯(lián)鎖裝置、門的安全保護(hù)裝置、轎頂安全窗、轎頂防護(hù)欄桿、護(hù)腳板等;限速器能反映電梯實(shí)際運(yùn)行速度，當(dāng)電梯速度超過允許值時(shí)，能發(fā)出電信號(hào)及產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)作，切斷安全回路或迫使安全鉗動(dòng)作，安裝在機(jī)房中。安全鉗能與限速器產(chǎn)生連動(dòng)，以機(jī)械動(dòng)作將轎廂強(qiáng)行制停在導(dǎo)軌上，安裝在轎廂或?qū)χ氐膬蓚?cè)。緩沖器是當(dāng)轎廂或?qū)χ刈矒舻卓訒r(shí)吸收能量，保證轎廂安全制停，有彈簧式及油壓式之分。端站保護(hù)裝置是一組防止電梯超越上下端站的開關(guān)或強(qiáng)迫換速裝置，能在轎廂或?qū)χ嘏鲎簿彌_器前，切斷控制回路或者總電源，使電梯安全制停。模型電梯的限速器、安全鉗、緩沖器均采用實(shí)際電梯所配置的部件。
2樣機(jī)實(shí)驗(yàn)
采用上述各部分機(jī)械結(jié)構(gòu)組裝而成的整體樣機(jī)，進(jìn)行可靠性和疲勞強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。結(jié)果證明:讓模型電梯自動(dòng)往返運(yùn)行1000次，電梯未出現(xiàn)故障，各機(jī)械零件運(yùn)轉(zhuǎn)正常，無明顯噪音;模型電梯經(jīng)反復(fù)拆裝10次，各結(jié)構(gòu)件無疲勞損壞，重新連接后強(qiáng)度、精度無明顯下降，對(duì)模型電梯運(yùn)行質(zhì)量沒有影響。
3結(jié)論
1.1輥徑參數(shù)的確定
通過機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)值分析計(jì)算得出，輥?zhàn)拥目箯潖?qiáng)度和剛度隨著輥徑的變化而變化，根據(jù)實(shí)際工藝經(jīng)驗(yàn)，輥距與輥徑成正比，其關(guān)系為D=Kd(其中D為輥直徑，K為比例系數(shù)，一般取0.75~0.9，d為輥距)。
1.2輥距參數(shù)的確定
在實(shí)際工程中，輥距參數(shù)的選擇過大，會(huì)造成矯直的鋼件的變形不夠，造成矯直質(zhì)量差，并且也不利于機(jī)器的入料。輥距參數(shù)的選擇過小，會(huì)直接增加矯直力，使設(shè)備容易磨損，同時(shí)也容易對(duì)工件引起局部應(yīng)力集中，壓潰工件。所以在實(shí)際的工程和工藝中，要即保證滿足矯直質(zhì)量，又不損壞工件的情況下，合理選擇輥距參數(shù)。
1.3矯直質(zhì)量工藝
矯直要使得型鋼彎曲到其材料對(duì)應(yīng)的最大彈復(fù)曲率，為保證材料的最大彎曲，應(yīng)按照?qǐng)D1式子計(jì)算。其中，h為軋件高度，單位mm；R為矯直輥半徑，單位mm。P是材料的彎曲半徑。
1.4最小輥距確定
最小輥距通過接觸應(yīng)力條件或接軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度確定，選取二者的較大者作為最小輥距。憑借實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在所有工件中，圓鋼的高度最低，工字鋼最高，一般依據(jù)圓鋼確定最大輥距，工字鋼尺寸確定最小輥距,就能很好的適應(yīng)加工工藝。最大輥距由矯直質(zhì)量或滿足最小上料條件確定，選取二者的較小值作為最大輥距。
1.5矯直輥強(qiáng)度的設(shè)計(jì)
矯直輥的自身的強(qiáng)度一般都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工件的強(qiáng)度，所以一般情況下只考慮彎曲強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度不足的時(shí)候，可以增加相應(yīng)的支撐，以多個(gè)點(diǎn)來吸收壓力。
1.6輥數(shù)的確定
一般參照具體的企業(yè)生產(chǎn)能力和工藝的需求，對(duì)小型鋼件一般7到11根，大型鋼件取7根左右
1.7矯直速度的確定
鋼件的矯直速度一般取決于生產(chǎn)任務(wù)的選擇，一般在0．8-2m/s的范圍內(nèi)，小型鋼件的矯直速度最高，經(jīng)濟(jì)效率最好。
1.8輥材料的選擇
工作輥直接與型鋼接觸，并相互擠壓，為了盡量減少輥?zhàn)拥哪p，保證矯直機(jī)可以長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作，長(zhǎng)期工作在擠壓的惡劣工況下，就要求輥?zhàn)颖砻嬉凶銐虻挠捕?，表面要有較高的加工精度，有很好的抗彎抗扭曲強(qiáng)度。按照當(dāng)前的工藝，若工作輥徑D<60mm，采用60CrMoV材料；當(dāng)D=60～120mm時(shí)，采用90CrVMo材料；當(dāng)D>200mm時(shí)，采用9Cr材料。
2軟件上位機(jī)界面監(jiān)控和計(jì)算
型鋼結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算軟件的操作界面如圖2所示，此軟件只要輸入鋼件材料的規(guī)格，就可以直接得到型鋼矯直機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。例如輸入以下參數(shù)，輥距為1200mm,輥數(shù)為7根，型鋼圓鋼150mm.工字鋼190x500mm，矯直速度0．8～2．5m/s軟件計(jì)算結(jié)果：該矯直機(jī)輥間距離是1200mm,共有7根矯直輥，鋼件矯直加工速度是0．80-2．5m/s。從最終軟件計(jì)算結(jié)果看，該軟件計(jì)算準(zhǔn)確，操作方便。以實(shí)際生產(chǎn)中的型鋼矯直機(jī)為軟件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，按照軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì)的要求，充分考慮了實(shí)際生產(chǎn)過程中的工藝，為現(xiàn)代的輥式型鋼矯直機(jī)的設(shè)計(jì)提供了較為便捷的方法。
3結(jié)束語
符合人機(jī)工程學(xué)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是最近十幾年來所大力提倡的；人機(jī)工程學(xué)以人、機(jī)、環(huán)境三要素為核心，考慮到工業(yè)造型設(shè)計(jì)技術(shù)和藝術(shù)，美觀、大方、適用、實(shí)用是始終追求的目標(biāo)。
2艦船指控設(shè)備結(jié)構(gòu)型式的演變
自20世紀(jì)50年代開始，我國艦船指控設(shè)備完成了由機(jī)電指揮儀向數(shù)字化綜合指控設(shè)備的演變，設(shè)備從以模擬計(jì)算機(jī)為主轉(zhuǎn)變成以微型數(shù)字計(jì)算機(jī)為主。下面介紹指控設(shè)備上一些主要器件、部件和結(jié)構(gòu)型式的演變。
2.1顯示器的演變
目前，CRT顯示器已被液晶顯示器和LCD顯示器替代。由于工作原理不同，液晶顯示器、LCD顯示器與CRT顯示器有明顯的性能差異，較圓滿地解決了CRT顯示器無法克服的在體積、重量、功耗、環(huán)保和電磁輻射等方面的缺點(diǎn)。
2.2計(jì)算機(jī)的演變
早期艦船用計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)形式是：各插件模塊通過槽口固定于開放式插件框架中，自帶的楔形鎖緊裝置與槽口兩側(cè)壁緊固，其后部的電連接器通過盲插方式與印制大底板上的電連接器鏈接，大底板上的輸入輸出信號(hào)通過專用的轉(zhuǎn)接板轉(zhuǎn)接?，F(xiàn)在取而代之的是全密封、全加固的抗惡劣環(huán)境加固機(jī)，不僅體積小、重量輕，而且具有良好的抗振、散熱、電磁防護(hù)能力。
2.3功能部件的演變
鼠標(biāo)、鍵盤、觸摸屏等通用的功能逐漸被集成為全加固模塊，通過預(yù)留接口與外部設(shè)備聯(lián)系。尺寸被嚴(yán)格定義，實(shí)現(xiàn)了模塊標(biāo)準(zhǔn)化、通用化設(shè)計(jì)。這類模塊多采用整體設(shè)計(jì)和加工工藝，如真空釬焊、整體鑄造和整體機(jī)加等，具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，既能減輕重量，又保證模塊有良好的適應(yīng)性。
2.4整機(jī)結(jié)構(gòu)型式的演變
顯示器、計(jì)算機(jī)和功能模塊的進(jìn)步，導(dǎo)致了整機(jī)在重量、體積上都有了大幅度的下降，造型變得更加時(shí)尚、美觀。由于各類模塊標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的實(shí)現(xiàn)，整機(jī)設(shè)計(jì)變得快捷、方便，在爭(zhēng)取任務(wù)和任務(wù)立項(xiàng)時(shí)，根據(jù)特定的需求，短時(shí)間內(nèi)可提供初步的技術(shù)方案，確定外形尺寸和重量等指標(biāo)。表1給出了不同時(shí)期指控設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式。
3幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題的現(xiàn)狀
經(jīng)過幾十年的發(fā)展，指控設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容發(fā)生了較大的變化，不再有非線性齒輪、劈錐、傳動(dòng)鏈這類復(fù)雜結(jié)構(gòu)，剩下的是臺(tái)、柜造型、面板設(shè)計(jì)、殼體鑄造等。臺(tái)、柜、箱及其各層次設(shè)備已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化。整機(jī)內(nèi)部小到插件模塊、通用模塊、專用模塊，大到顯示器、計(jì)算機(jī)都實(shí)現(xiàn)了全加固設(shè)計(jì)，并通過嚴(yán)格的應(yīng)力篩選試驗(yàn)，整機(jī)必須按國軍標(biāo)要求參加例行試驗(yàn)，通過抗振、散熱和電磁兼容能力測(cè)試。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其可靠性測(cè)試方法和手段逐漸成熟，但也存在一些問題。
3.1隔振減振設(shè)計(jì)
隔振減振設(shè)計(jì)主要還是遵循傳統(tǒng)的方法進(jìn)行，以定性設(shè)計(jì)為主。即，對(duì)結(jié)構(gòu)件做個(gè)初步的靜力分析后，再根據(jù)使用環(huán)境和經(jīng)驗(yàn)乘上一個(gè)安全系數(shù)，在設(shè)計(jì)階段難以充分考慮動(dòng)態(tài)激勵(lì)帶來的影響。設(shè)備的抗振能力主要靠環(huán)境試驗(yàn)來驗(yàn)證。這種設(shè)計(jì)方法帶來的問題是：
1)由于無法準(zhǔn)確把握設(shè)備內(nèi)部重量及分布，臺(tái)、柜、箱在設(shè)計(jì)上普遍存在剛強(qiáng)度整體有余、局部不足的問題。雖然在振動(dòng)、沖擊試驗(yàn)中也能發(fā)現(xiàn)一些問題，諸如在某個(gè)頻段振動(dòng)超標(biāo)，在哪個(gè)頻點(diǎn)共振幅值最大等，但不能具體定位，也不能準(zhǔn)確評(píng)估共振帶來的影響；
2)設(shè)備的重量和幾何重心的位置，是在總裝完成后靠稱量才能最終確定，所以，通常是選擇具有一定承載范圍的減震器，在使用過程中需對(duì)承載量進(jìn)行調(diào)節(jié)，給用戶帶來一定的麻煩。
3.2熱設(shè)計(jì)
現(xiàn)役的指控設(shè)備從機(jī)箱到臺(tái)、柜基本上還是通過風(fēng)機(jī)散熱，這是目前主流散熱方式。對(duì)于發(fā)熱量大的模塊，如加固機(jī)，除了要解決自身的散熱問題，還在臺(tái)、柜內(nèi)部設(shè)計(jì)專用風(fēng)道，保證熱量快速排除。其弊病是會(huì)造成電磁干擾且噪聲較大；20世紀(jì)90年代，國外一些潛艇指控設(shè)備開始采用液冷散熱，這種通過泵產(chǎn)生的動(dòng)力推動(dòng)密閉裝置中液體的循環(huán)來實(shí)現(xiàn)散熱的方式，具有較高的效率，且噪聲較小，缺點(diǎn)是成本較高。近年來，國內(nèi)也開始進(jìn)行這方面的研究與試驗(yàn)。由于現(xiàn)行的熱設(shè)計(jì)方法不能準(zhǔn)確判斷臺(tái)、柜內(nèi)部氣流的走向，故無法實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備從芯片到整機(jī)實(shí)施有效的溫度控制，僅僅是根據(jù)總功耗、單個(gè)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量以及熱源的位置來大略地確定風(fēng)機(jī)的數(shù)量和進(jìn)、出風(fēng)口的位置，散熱效率不高。
3.3電磁兼容設(shè)計(jì)
早期的純機(jī)械設(shè)備和機(jī)電設(shè)備幾乎不要做電磁兼容試驗(yàn)，然而，隨著軍械電子化程度的迅速提高，越來越多的電路被裝入有限的空間，設(shè)備內(nèi)外電磁信號(hào)縱橫交錯(cuò)、密集重疊，功率分布不均勻；特別是電子戰(zhàn)，其基本著眼點(diǎn)就是奪取“制電磁權(quán)”。電磁兼容設(shè)計(jì)在現(xiàn)代指控系統(tǒng)中的重要性可見一斑。電磁兼容設(shè)計(jì)涉及電器和結(jié)構(gòu)等多個(gè)專業(yè)，綜合性很強(qiáng)。雖然電磁干擾主要是電子元器件及其分布的問題，但與它們安裝的位置、元器件屏蔽與密封的好壞、材料固有的屏蔽效能等緊密相關(guān)。經(jīng)過多年的研究并結(jié)合試驗(yàn)，指控設(shè)備的電磁兼容設(shè)計(jì)已初具規(guī)模，并制定了一些設(shè)計(jì)規(guī)范。但是，由于設(shè)備內(nèi)部安裝的模塊較多，很難直觀地了解內(nèi)部的電磁環(huán)境，一些問題在設(shè)計(jì)階段很難被發(fā)現(xiàn)。而電磁兼容檢測(cè)試驗(yàn)又是在設(shè)備出廠、功能調(diào)試完成后根據(jù)要求進(jìn)行的，這時(shí)已到了研制的后期，等發(fā)現(xiàn)了問題，再針對(duì)超標(biāo)項(xiàng)目實(shí)施解決方案，通常代價(jià)是昂貴的，會(huì)增加一些不期望的附加元器件。
4關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
從上節(jié)中可以看到：
1)指控設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研制任務(wù)量大、周期長(zhǎng)、成本高；
2)隔振減振、散熱、電磁防護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)的研究進(jìn)入了瓶頸期，還停留在依靠經(jīng)驗(yàn)或以往環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果類比、亦或有限的公式估算上。置身于21世紀(jì)，這種設(shè)計(jì)方法已無法適應(yīng)現(xiàn)代國防對(duì)產(chǎn)品快速、可靠、經(jīng)濟(jì)的要求。三維設(shè)計(jì)技術(shù)和仿真技術(shù)的發(fā)展與推廣，為這些研究?jī)?nèi)容的突破提供了有力支持。它們與傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的融合，將有助于提高研制效率，推動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從定性到定性與定量相結(jié)合的轉(zhuǎn)變。
4.1三維設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)由二維向三維的轉(zhuǎn)變可以說是革命性的，設(shè)計(jì)者借助計(jì)算機(jī)將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)化為可視的、可修改、可分析的實(shí)體模型，為新產(chǎn)品研發(fā)、仿真分析及后續(xù)的演示帶來諸多方便。
1)三維設(shè)計(jì)可以直觀地反映整機(jī)內(nèi)部各單元的裝配關(guān)系，避免產(chǎn)生干涉等錯(cuò)誤。
2)三維軟件的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)特別適于復(fù)雜結(jié)構(gòu)件局部特征修改的快速設(shè)計(jì)。以機(jī)柜殼體為例，對(duì)于同一規(guī)格的不同機(jī)柜，殼體大部分設(shè)計(jì)特征是通用的，不同主要表現(xiàn)為：兩側(cè)壁上橫向加強(qiáng)筋和走線凸臺(tái)的高度位置，導(dǎo)銷支架、前橫梁支架安裝位置以及后橫梁的高度位置。如果利用三維軟件參數(shù)化建模工具，在殼體三維模型構(gòu)建過程中使用變量來控制上述特征的位置尺寸和約束關(guān)系，根據(jù)不同的機(jī)柜需求編輯這些參數(shù)，即可得到具有相似拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的殼體。
3)隨著艦船裝備量的加大，用戶對(duì)設(shè)備的重量提出了嚴(yán)格要求。在設(shè)計(jì)階段通過指定材質(zhì)，可快速預(yù)測(cè)出整機(jī)的重量，避免了整機(jī)裝配完成后再進(jìn)行減重或配重處理。
4)根據(jù)臺(tái)、柜、箱內(nèi)部的重量分布，可較準(zhǔn)確地地計(jì)算出設(shè)備的幾何重心，并以此為依據(jù)確定隔振器的大小和安裝位置，逐步實(shí)現(xiàn)由選擇隔振器到定制隔振器的轉(zhuǎn)變。
5)建立產(chǎn)品常用件、標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫，在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)可直接調(diào)用，節(jié)省了人力、物力，避免了重復(fù)勞動(dòng)。
6)仿真分析和演示系統(tǒng)需要三維模型的支持。以仿真為例，在國外設(shè)計(jì)和分析通常分屬不同的部門，設(shè)計(jì)者考慮的是功能的實(shí)現(xiàn)，分析人員則是負(fù)責(zé)對(duì)設(shè)計(jì)的合理性和準(zhǔn)確性做出評(píng)估。有了三維模型，分析人員可直接在三維模型上進(jìn)行簡(jiǎn)化，開展分析，保證設(shè)計(jì)與仿真同步進(jìn)行。
4.2基于仿真分析的隔振減振設(shè)計(jì)
仿真技術(shù)的引入，在方案論證階段有助于快速了解整機(jī)的振動(dòng)特性以及對(duì)外載的響應(yīng)情況，為決策提供支持；在設(shè)計(jì)過程中能及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的薄弱環(huán)節(jié)，盡量做到結(jié)構(gòu)合理、加工量少、材料利用率高，在保證抗振能力的前提下，實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)。國內(nèi)很多研究機(jī)構(gòu)和高校都開展了這項(xiàng)工作，并取得了良好的效果。應(yīng)用較廣泛的結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真軟件有很多，如ANSYS、UGNX、ABAQUS等。建議組織專人開展這項(xiàng)研究，掌握模塊、機(jī)箱和整機(jī)各層次設(shè)備的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，提高指控設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的競(jìng)爭(zhēng)力。
4.3基于仿真分析的熱設(shè)計(jì)
隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，指控設(shè)備集成化程度不斷提高，單位體積內(nèi)產(chǎn)生的熱量不斷增加，而有效的散熱面積卻相對(duì)減少；一些發(fā)熱量較大的功率器件和組件的熱設(shè)計(jì)問題日顯突出。如何有效降低傳熱路徑上的熱阻成為急待解決的問題，這需要可靠性高且工程化強(qiáng)的熱仿真軟件的支持。目前已廣泛應(yīng)用的計(jì)算機(jī)輔助熱設(shè)計(jì)軟件有FLUENT，ANSYS，ICEPAK等。這類軟件可在短時(shí)間內(nèi)獲得復(fù)雜熱分析方案的模擬結(jié)果，及時(shí)對(duì)元器件的布局、傳熱路徑的設(shè)計(jì)是否合理做出判斷。
4.4基于仿真分析的電磁兼容設(shè)計(jì)
相對(duì)抗振和散熱，艦船領(lǐng)域的電磁兼容仿真研究更是鮮見。直到近年才有一些成熟的電磁兼容仿真分析軟件被引入國內(nèi)，如SEMCAD、EMC-A、IE3D-SI等，它們從電磁兼容三要素(干擾源、耦合路徑、接收器)出發(fā)，與實(shí)際工程緊密結(jié)合，通過建立干擾源、接收器與多種傳輸路徑的數(shù)學(xué)模型來模擬傳導(dǎo)、輻射、屏蔽等電磁干擾現(xiàn)象，并提供發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的端口庫、濾波器庫、頻譜信號(hào)庫、屏蔽材料庫等，可在研制過程中對(duì)板卡、模塊和臺(tái)柜等各層次設(shè)備及設(shè)備間的抗干擾設(shè)計(jì)做出評(píng)估，便于及早發(fā)現(xiàn)問題，減少試驗(yàn)階段的整改。
5結(jié)束語
