發(fā)布時(shí)間：2023-03-30 11:29:55
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)；雙語教學(xué)；教學(xué)實(shí)踐
作者簡介：王林軍（1982-），男，湖北黃岡人，三峽大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院，講師；吳海華（1970-），男，湖北黃岡人，三峽大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院，教授。（湖北 宜昌 443002）
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）04-0104-01
雙語教學(xué)不僅在美國、加拿大、盧森堡、新西蘭等雙語國家或多語國家獲得了成功，而且在俄羅斯、日本、澳大利亞、保加利亞、匈牙利等單語國家實(shí)施也獲得了良好的效果。反思國內(nèi)的雙語教學(xué)情況，雖然英語教師非常努力地教，學(xué)生也非常認(rèn)真地學(xué)，但所取得的效果十分不理想。[1-2]國內(nèi)一些211和985重點(diǎn)院校（如浙江大學(xué)、北京大學(xué)等）的雙語教學(xué)工作開展順利，已在雙語教學(xué)教材、師資隊(duì)伍建設(shè)以及教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法方面取得許多研究成果。但地方本科院校的機(jī)械工程類雙語教學(xué)工作進(jìn)展十分緩慢，尤其是針對本科生開設(shè)的“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容與體系、英語教學(xué)環(huán)境、教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)、考核方式等方面嚴(yán)重不足，其主要原因是學(xué)生英語基礎(chǔ)差、自學(xué)能力較弱，“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語教學(xué)師資也相對薄弱。[3]上述差異決定了地方本科院校難以照搬重點(diǎn)院校的機(jī)械工程類雙語教學(xué)模式，因此探索一條適合于地方本科院校的“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語教學(xué)模式極為重要。
一、“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語課程現(xiàn)狀
“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”是一門把機(jī)械設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)理論及方法相結(jié)合、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，而雙語教學(xué)主要是指教師采用英語或第二語言進(jìn)行課堂教學(xué)。但如何有系統(tǒng)有組織地開展符合三峽大學(xué)（以下簡稱“我?！保┨攸c(diǎn)的“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語教學(xué)，如何處理教材的問題、如何在學(xué)時(shí)數(shù)原本緊張的前提下開展雙語教學(xué)、雙語教學(xué)方法和教學(xué)手段該如何改進(jìn)、如何建立雙語教學(xué)考核體系、如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣等等，這些都是在開展“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語教學(xué)時(shí)所需要研究的問題。雖然目前不少地方本科院校已經(jīng)開設(shè)了機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)雙語課程教學(xué)，但大學(xué)生英語水平良莠不齊，不少教師的英語水平同樣還沒有達(dá)到能真正像漢語一樣熟練地運(yùn)用英語教學(xué)的地步，這使得雙語教學(xué)在“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程中的研究與實(shí)踐中碰到以下問題：[4-6]
1.雙語教學(xué)效果差
目前國內(nèi)英語教育主要以應(yīng)試為目標(biāo)，大學(xué)生的英語聽說能力普遍較弱?！皺C(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語教學(xué)中涉及許多專業(yè)詞匯和復(fù)雜的句型，如果采用比較單一的授課方式，學(xué)生既無興趣，又感到難以接受，無法準(zhǔn)確理解該課程專業(yè)知識(shí)。
2.教學(xué)內(nèi)容單一
我校該課程雙語教學(xué)的對象是機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)三年級(jí)學(xué)生，他們雖然已具備一定的數(shù)理基礎(chǔ)，但許多同學(xué)依然對機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)過程和內(nèi)容無法真正理解，甚至產(chǎn)生厭學(xué)情緒。這就要求雙語教師在進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)更加豐富多彩。
3.教學(xué)方法問題
在進(jìn)行“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語教學(xué)時(shí)，若還是采用傳統(tǒng)的滿堂灌教學(xué)模式，課程本身的難度和英語的聽力障礙將會(huì)導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。而國際上知名大學(xué)多數(shù)采取的是引導(dǎo)式、啟發(fā)式、互動(dòng)式相結(jié)合的教學(xué)方法，后者更為有效，與“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語課程教學(xué)相適應(yīng)。
二、雙語教學(xué)方法的改革與實(shí)踐
依據(jù)機(jī)械工程類專業(yè)的特殊性，應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行改革和實(shí)踐：
1.科學(xué)合理選擇教學(xué)內(nèi)容
考慮到我校機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)本科教學(xué)培養(yǎng)方案的特點(diǎn)及人才培養(yǎng)需要，對“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語教學(xué)課程內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，主要包括以下教學(xué)內(nèi)容：緒論（介紹機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念與發(fā)展趨勢）；優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)（介紹矩陣運(yùn)算和微積分的基礎(chǔ)知識(shí)，凸集、凸函數(shù)與凸規(guī)劃的基本理論）；常用的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法（介紹一維搜索方法、基于導(dǎo)數(shù)的優(yōu)化方法和非導(dǎo)數(shù)優(yōu)化方法等，包括智能優(yōu)化方法）；約束優(yōu)化問題的處理；多目標(biāo)優(yōu)化方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果的靈敏度分析技術(shù)；MATLAB在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例中的應(yīng)用。這要求學(xué)生一方面掌握優(yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論，另一方面應(yīng)學(xué)會(huì)運(yùn)用大型通用優(yōu)化設(shè)計(jì)工具軟件解決實(shí)際工程問題，真正做到學(xué)以致用。此外，在雙語教學(xué)過程中，應(yīng)安排大學(xué)生講述自己完成機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，以提高大學(xué)生英語表達(dá)能力，并達(dá)到相互啟發(fā)的作用。
2.努力營造英文教學(xué)環(huán)境，提高學(xué)生英語水平
作為教師，應(yīng)認(rèn)真?zhèn)浜妹恳惶谜n，板書、考試和作業(yè)批改中都要使用英語，采取全英語對學(xué)生進(jìn)行提問，要求學(xué)生用英語回答，這樣有助于鍛煉學(xué)生的專業(yè)口語能力。同時(shí)，教師在給學(xué)生布置作業(yè)時(shí)，最好也是英語的，嚴(yán)格要求學(xué)生用英語完成，這樣有助于鍛煉學(xué)生的專業(yè)寫作能力，為將來可能地進(jìn)一步深造學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的論文撰寫基礎(chǔ)。實(shí)際上，教師在雙語教學(xué)活動(dòng)中，除了布置一些該課程的課后英語作業(yè)外，還應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生查找和閱讀與該課程相關(guān)的專業(yè)英語讀物，比如英文論文等，這樣有助于增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)英語使用能力，而且還能培養(yǎng)該專業(yè)大三學(xué)生用英語思考的良好習(xí)慣，為將來的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和深造打下一定的基礎(chǔ)。
3.努力加強(qiáng)我校雙語師資隊(duì)伍建設(shè)
為了提高教師的英語水平，每年安排教師參加由我校國際交流學(xué)院主辦的暑期雅思培訓(xùn)班，取得雅思6.0分及以上成績的教師才能擔(dān)任雙語教學(xué)課程。為了促進(jìn)教師英文水平的穩(wěn)步提高，以提升本校教師科研業(yè)務(wù)水平，學(xué)校定期派中青年教師出國交流學(xué)習(xí)，這勢必將會(huì)對雙語教學(xué)和師資隊(duì)伍建設(shè)有一個(gè)很大的促進(jìn)和提升作用。
4.充分利用本校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)
三峽大學(xué)求索學(xué)堂為全校提供網(wǎng)絡(luò)教學(xué)服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)包括公共教學(xué)平臺(tái)、多媒體課件制作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)交互答疑系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)公共教學(xué)平臺(tái)包括學(xué)生工作區(qū)、教師工作區(qū)、管理工作區(qū)三大部分，主要功能模塊有公告欄、答疑、討論區(qū)、在線自測、在線作業(yè)、下載區(qū)、資源等。多媒體課件制作系統(tǒng)提供輔助教師教學(xué)的多媒體課件制作平臺(tái)；網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)交互答疑系統(tǒng)是一個(gè)可以在網(wǎng)上傳遞五種不同模式的電子教學(xué)、實(shí)時(shí)協(xié)作和通信的平臺(tái)，提供網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的教學(xué)雙邊多媒體交互環(huán)境。充分利用本校求索學(xué)堂，可以促使教師和學(xué)生的溝通，同時(shí)還可以培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)獲取能力和自主學(xué)習(xí)能力。
5.對本校傳統(tǒng)的考核方式進(jìn)行科學(xué)合理的改革
“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，屬于專業(yè)必修課程，該課程考核方式過去經(jīng)常是采取閉卷形式。這種考核方式有很大的不足，例如學(xué)生死記硬背優(yōu)化公式，而忽略了利用該課程核心內(nèi)容優(yōu)化設(shè)計(jì)方法理論從工程上解決實(shí)際問題的能力，從而不能體現(xiàn)本校人才培養(yǎng)的要求。針對以上這些弊端，對該門課程的傳統(tǒng)考核方式進(jìn)行了改革，主要分為以下三個(gè)部分：閉卷考試成績（占40%）：主要是考查學(xué)生對優(yōu)化理論方法的理解和掌握程度；上機(jī)實(shí)驗(yàn)考試成績（占40%）：重點(diǎn)考核學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)對優(yōu)化方法的編程和實(shí)現(xiàn)能力；平時(shí)成績（占20%）：主要是考核學(xué)生平時(shí)表現(xiàn)和出勤情況。
該課程考核方式的改革，勢必將會(huì)促使學(xué)生更好地理解和掌握該課程的重難點(diǎn)內(nèi)容，也會(huì)提高學(xué)生利用計(jì)算機(jī)編寫優(yōu)化程序解決工程實(shí)際問題的能力，同時(shí)將會(huì)提高機(jī)械工程類本科生的綜合素質(zhì)和能力，這也非常符合本校這種“高素質(zhì)、強(qiáng)能力、應(yīng)用型”的人才培養(yǎng)目標(biāo)。
三、結(jié)論
雙語教學(xué)不但能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且還可以提高教師和學(xué)生的雙語應(yīng)用能力，對復(fù)合型人才的培養(yǎng)具有非常重要的意義。同時(shí)，在進(jìn)行雙語教學(xué)的過程中，要根據(jù)本校教師的英文水平和學(xué)生的認(rèn)知和接受程度，精心準(zhǔn)備和設(shè)計(jì)教學(xué)手段，科學(xué)合理安排教學(xué)內(nèi)容，科學(xué)而有效地使用評價(jià)方法，這樣不僅有助于學(xué)生及時(shí)了解和掌握本專業(yè)的前沿動(dòng)態(tài)，還可以培養(yǎng)其直接閱讀經(jīng)典、前沿外文資料的能力。本文在對“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程雙語教學(xué)進(jìn)行了多輪教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對該課程雙語教學(xué)的背景、教學(xué)內(nèi)容與體系、英語教學(xué)環(huán)境、師資隊(duì)伍建設(shè)、考核方式等問題進(jìn)行了總結(jié)和改革，以期望對二本院校機(jī)械工程類“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程雙語教學(xué)與改革有一定的促進(jìn)作用。
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關(guān)鍵詞：MATLAB 行星減速器 優(yōu)化設(shè)計(jì)
Abstract: this paper researched optimum tool of MATLAB. The paper solves optimum design for planet speed reducer of construction machinery. Through a practical example, it is concluded that using MATLAB can availably solve optimum design for planet speed reducer.
Key word: MATLAB, planet speed reducer,optimum design
中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
工程機(jī)械是一種運(yùn)行緩慢，體積大，承受的載荷也大的設(shè)備。它的行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有兩種方案：一為高速方案，即用高速液壓馬達(dá)和齒輪減速器組合驅(qū)動(dòng)；二是低速方案，即采用低速大扭矩液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。后者可省去減速裝置，使機(jī)構(gòu)大為簡化，但由于低速大扭矩液壓馬達(dá)的成本較高，維修困難，所以一般的工程機(jī)械都采用前者。又因行星減速器相對于其它類型的齒輪減速器具有較大減速比，所以工程機(jī)械的行駛系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)中多采用行星減速器實(shí)現(xiàn)減速增扭的目的。
1、MATLAB語言及優(yōu)化設(shè)計(jì)簡介
MATLAB語言是由美國Mathworks公司開發(fā)的集科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)可視化和程序設(shè)計(jì)為一體的工程應(yīng)用軟件，現(xiàn)已成為工程學(xué)科計(jì)算機(jī)輔助分析、設(shè)計(jì)、仿真以至教學(xué)等不可缺少的基礎(chǔ)軟件，它由MATLAB主包、Simulink組件以及功能各異的工具箱組成。MATLAB優(yōu)化工具箱的應(yīng)用包括：線性規(guī)劃和二次規(guī)劃，求函數(shù)的最大值和最小值，多目標(biāo)優(yōu)化，約束優(yōu)化，離散動(dòng)態(tài)規(guī)劃等，其簡潔的表達(dá)式、多種優(yōu)化算法的任意選擇、對算法參數(shù)的自由設(shè)置，可使用戶方便地使用優(yōu)化方法。[1]
通常多目標(biāo)優(yōu)化問題在求解時(shí)應(yīng)作適當(dāng)?shù)奶幚恚环N方法是將多目標(biāo)優(yōu)化問題重新構(gòu)成一個(gè)新的函數(shù)，即評價(jià)函數(shù)，從而將多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)變?yōu)榍笤u價(jià)函數(shù)的單目標(biāo)優(yōu)化問題，如線性加權(quán)和法，理想點(diǎn)法，目標(biāo)達(dá)到法等。另一種是將多目標(biāo)優(yōu)化轉(zhuǎn)化為一系列單目標(biāo)優(yōu)化問題來求解，如分層序列法等。MATLAB優(yōu)化工具箱采用改進(jìn)的目標(biāo)達(dá)到法使目標(biāo)達(dá)到問題變?yōu)樽畲笞钚栴}來獲取合適的目標(biāo)函數(shù)值。
該論文中，行星減速器的設(shè)計(jì)就采用將多目標(biāo)的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)，多約束條件的優(yōu)化問題。
2、行星減速器模型的建立
工程機(jī)械使用行星減速器的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)較復(fù)雜的工作，一般采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)不僅對于一個(gè)新的企業(yè)很難進(jìn)行設(shè)計(jì)，而且往往找到的不是最優(yōu)方案。
2.1確定優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)
工程機(jī)械的體積較大，對其靈活運(yùn)行帶來一定的影響，因此對行星減速器進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，取行星減速器最小重量為優(yōu)化目標(biāo)，不但可以減小行星減速器的重量，而且可以改善工程機(jī)械的靈活機(jī)動(dòng)性、節(jié)約材料和降低成本。
行星減速器由太陽輪、行星輪、行星架和齒圈構(gòu)成。由于太陽輪和全部行星輪的重量之和能影響和決定齒圈和整個(gè)機(jī)構(gòu)的重量，由于太陽輪和全部行星輪的重量與它們的體積成正比，因此可選擇太陽輪和全部行星輪的體積為最優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)。
…………………（1）
式中： 為太陽輪的體積； 為行星輪的體積； 為行星輪的個(gè)數(shù)； 為太陽輪或行星輪模數(shù)； 為太陽輪或行星輪齒寬； 為太陽輪齒數(shù)； 為行星輪齒數(shù)。
2.2約束條件：
（1）傳動(dòng)比條件[2]：
…………………（2）
式中： 為齒圈的齒數(shù)。
（2）為了使內(nèi)外嚙合齒輪副強(qiáng)度接近相等，并提高外嚙合承載能力，應(yīng)限制齒輪內(nèi)外嚙合角在給定的范圍內(nèi)，即：
…………………（3）
…………………（4）
式中： 、 為太陽輪和行星論、行星輪和齒圈的嚙合角。
（3）齒輪不發(fā)生根切的最少齒數(shù)為17，但太陽輪的齒數(shù)常小于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)齒輪不根切最小齒數(shù)17，為保證不根切，太陽輪變位系數(shù)應(yīng)滿足以下條件：
…………………（5）
式中： 太陽輪的最小變位系數(shù)
（4）各齒輪應(yīng)滿足強(qiáng)度要求，即齒輪的齒面接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù)均大于給定值，亦即
…………………（6）
…………………（7）
式中： 、 ——給定的齒輪接觸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)；
、 ——各齒輪的接觸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù)。
（5）為了保證傳動(dòng)連續(xù)和平穩(wěn)性，齒輪的重合度必須大于規(guī)定值，即
…………………（8）
…………………（9）
式中： 、 ——分別為太陽輪和行星輪、內(nèi)齒圈與行星輪的重合度
（6）行星輪根圓直徑 不宜過小，以保證在行星輪內(nèi)孔能安裝上符合壽命要求的滾動(dòng)軸承，即
…………………（10）
式中： ——滾動(dòng)軸承外徑 ;
m——齒輪的模數(shù)
（7）模數(shù)約束
…………………（11）
（8）齒寬約束
…………………（12）
（9）行星輪個(gè)數(shù)約束
…………………（13）
（10）變位系數(shù)的約束[3]
…………………（14）
…………………（15）
…………………（16）
式中： 、 、 分別為太陽輪、行星輪和齒圈的變位系數(shù)
通過以上分析，知以上建立的模型是一個(gè)具有7個(gè)設(shè)計(jì)變量，15個(gè)約束條件的單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
3、應(yīng)用舉例：
某工程機(jī)械的輪邊減速器采用行星減速器，其具體要求為：轉(zhuǎn)速： ；功率： ；壽命：10a；工況：中等沖擊；日工作時(shí)間：14h；年工作天數(shù)300天；傳動(dòng)比： ； ；精度：6級(jí)；太陽輪：材料為20CrMnTi，熱處理為滲氮滲碳；行星輪：材料為20CrMnTi，熱處理為滲碳淬碳；內(nèi)齒輪為40Cr，熱處理為調(diào)質(zhì)[4]。
經(jīng)使用MATLAB程序優(yōu)化設(shè)計(jì)后行星減速器的主要參數(shù)和采用常規(guī)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)的比較，如表1。
表1使用MATLAB優(yōu)化設(shè)計(jì)和常規(guī)設(shè)計(jì)的參數(shù)比較
4、結(jié)論
（1）利用MATLAB優(yōu)化設(shè)計(jì)的行星減速器的體積比常規(guī)設(shè)計(jì)的少了12%。
（2）建立目標(biāo)函數(shù)時(shí)只考慮太陽輪和行星輪的體積，對內(nèi)齒圈和行星架的體積沒有考慮，這樣可以減小計(jì)算量和提高計(jì)算速度。但是也存在著相應(yīng)的問題，目標(biāo)函數(shù)中沒有將齒圈的強(qiáng)度考慮在內(nèi)，會(huì)對設(shè)計(jì)的結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。
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關(guān)鍵詞：種分槽，IMIG槳葉，優(yōu)化設(shè)計(jì)
1前言
拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的關(guān)鍵工序之一就是晶種分解，在種分槽內(nèi)將鋁酸鈉溶液降溫并加入氫氧化鋁作為晶種進(jìn)行攪拌，使其析出氫氧化鋁[1]。晶種分解過程對產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量以及全廠的技術(shù)指標(biāo)有著重大的影響。畢業(yè)論文，種分槽。
2槳葉簡介
晶種分解溶液為固液懸浮溶液，需借助攪拌器的作用，使固體顆粒均勻懸浮在液體中，要求懸浮物完全離開罐底并均勻懸浮起來，由于不能破壞晶種，所以攪拌轉(zhuǎn)速不能太大。目前分解槽的攪拌一般采用IMIG型多層攪拌的結(jié)構(gòu)。IMIG槳葉內(nèi)外漿在攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所形成內(nèi)揚(yáng)、外壓的作用，能讓晶種均勻懸浮在液體中且長時(shí)間不會(huì)沉淀[2]。畢業(yè)論文，種分槽。目前國內(nèi)大部分氧化鋁分解槽攪拌都采用IMIG型攪拌。
3 優(yōu)化改造
槳葉主要由輪轂、內(nèi)漿和外漿三部分組成。以前采用的輪轂為鑄件，由于結(jié)構(gòu)的不對稱性經(jīng)常有鑄造缺陷。2006年以來通過對中鋁河南分公司九組種分槽現(xiàn)場運(yùn)行情況的分析和對IMIG槳葉結(jié)構(gòu)的不斷分析，得出一套適合該槳葉強(qiáng)度計(jì)算的方法。通過該方法分別對內(nèi)槳葉和外槳葉進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)省了材料，并對輪轂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的全面的改進(jìn)，不僅縮短了制造工期，也大大節(jié)約了生產(chǎn)成本。
4槳葉強(qiáng)度的計(jì)算
為了保證攪拌過程能正常地運(yùn)行，攪拌器必須有足夠的強(qiáng)度。攪拌器強(qiáng)度的計(jì)算主要是用來確定攪拌器槳葉的厚度。為了簡化計(jì)算首先對運(yùn)行情況進(jìn)行假設(shè)
a 外槳葉承擔(dān)該整層槳葉彎矩
b 設(shè)計(jì)過程中不考慮加強(qiáng)筋的作用，其造成的截面數(shù)據(jù)也不予以考慮
c 雙槳葉攪拌具有兩個(gè)完全一樣的對稱槳葉，其槳葉計(jì)算功率可看作均勻分配于兩個(gè)槳葉上，而作用在槳葉上的液體阻力使槳葉產(chǎn)生彎矩，其最大彎矩出現(xiàn)在內(nèi)槳葉和輪轂的連接處。
4.1外槳葉筋板厚度的確定[3]
圖1為IMIG槳葉的受力簡圖。
圖1：IMIG槳葉的受力圖
公式中
在計(jì)算該斷面彎矩時(shí)需要找到槳葉上液體阻力的合力作用點(diǎn)。液體阻力合力的作用點(diǎn)x0大小可由下式計(jì)算。畢業(yè)論文，種分槽。
公式中
M1即是作用于x01處合力對槳葉根部的彎矩。外槳葉端部處斷面的彎矩計(jì)算應(yīng)當(dāng)是由下式求得。
θ是外漿葉和水平面的夾角
外槳葉的抗彎截面系數(shù)
外槳葉斷面處的彎曲應(yīng)力，計(jì)算應(yīng)力值應(yīng)小于許用應(yīng)力值。
4.2內(nèi)槳葉管子壁厚的確定
內(nèi)槳葉管軸抗彎截面模量
內(nèi)槳葉所受的最大彎矩
內(nèi)槳葉斷面處的彎曲應(yīng)力，計(jì)算應(yīng)力值應(yīng)小于許用應(yīng)力值。
4.3槳葉強(qiáng)度計(jì)算中的安全系數(shù)
在上述槳葉的強(qiáng)度計(jì)算中，沒有涉及到的因素還有不少，如液體的阻力的不均衡性、液體對槳葉的沖擊，槳葉后表面所受到的氣蝕作用等，這些因素都要影響槳葉的強(qiáng)度，所以單從彎曲應(yīng)力來計(jì)算槳葉厚度可能還不夠安全。另外制造過程中出現(xiàn)的缺陷也應(yīng)加以考慮。為了保證槳葉在操作中的安全，采用安全系數(shù)的辦法來處理這些問題。畢業(yè)論文，種分槽。根據(jù)槳葉的材料不同，制造工藝不同，槳葉強(qiáng)度計(jì)算的安全系數(shù)也不同，碳素鋼一般取n=3。畢業(yè)論文，種分槽。對于底層槳葉，考慮到底層槳葉對整個(gè)攪拌的重要性，以及生產(chǎn)過程一旦出現(xiàn)沉槽現(xiàn)象，因此設(shè)計(jì)底層槳葉時(shí)的彎矩應(yīng)按照電機(jī)功率的50%作為液體阻力合力產(chǎn)生的彎矩。
在一般的產(chǎn)能大于40萬噸氧化鋁的設(shè)備中，種分槽直徑為14m。電機(jī)功率75KW，攪拌轉(zhuǎn)速4.8r/min.槳葉的直徑為8400mm。代入公式求得外槳葉的壁厚為16mm時(shí)完全滿足強(qiáng)度要求，內(nèi)槳葉管軸壁厚為20也滿足強(qiáng)度要求。這樣從原來外槳葉24mm的壁厚，內(nèi)槳葉管壁厚28mm變?yōu)楝F(xiàn)在的壁厚，一臺(tái)種分槽節(jié)省材料約3000Kg。
5連接槳葉用螺栓的計(jì)算
機(jī)械攪拌中槳葉和軸的聯(lián)接大部分都是通過螺栓連接的方式來滿足結(jié)構(gòu)、制造、運(yùn)輸、檢修維護(hù)、安裝等方面的要求。通過對IMIG在攪拌過程中流體作用的觀察得出槳葉的受力情況，以此來計(jì)算螺栓的強(qiáng)度。
將槳葉和軸的連接簡化為下面結(jié)構(gòu)，如圖2所示：
圖2：載荷與螺栓的布置
5.1受力分析
5.2初定螺栓直徑
由上述公式計(jì)算出來的螺栓直徑大于16就滿足要求。考慮剛度及疲勞強(qiáng)度選用M24的螺栓連接。而原來槳葉和軸的連接采用的是M36的雙頭螺柱，一臺(tái)種分槽用在槳葉連接上的螺栓數(shù)量約為60個(gè)，所以僅此一項(xiàng)的優(yōu)化就節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)件上千元的費(fèi)用。畢業(yè)論文，種分槽。
6.結(jié)束語
改造后的IMIG槳葉較改造前重量減輕，節(jié)約了設(shè)備的成本；結(jié)構(gòu)更加合理、簡單化，使加工更容易，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)縮短了加工時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，為公司創(chuàng)造了更大的效益。
參考文獻(xiàn)
[1]楊重愚.氧化鋁生產(chǎn)工藝學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1982.
[2]陳聰.氧化鋁生產(chǎn)設(shè)備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.
[3]陳志平,章序文,林興華等.攪拌與混合設(shè)備設(shè)計(jì)選用手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.
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關(guān)鍵詞：超大型平頭塔機(jī)；拉桿；優(yōu)化設(shè)計(jì)；安裝
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.12.258
1 引言
根據(jù)建筑市場及工程機(jī)械發(fā)展趨勢，國內(nèi)工程機(jī)械領(lǐng)軍企業(yè)重點(diǎn)著力于大型超大型平頭塔式起重機(jī)研制，進(jìn)而提高產(chǎn)品競爭力。目前國內(nèi)開發(fā)的大型超大型平頭塔式起重機(jī)雖然能夠滿足工作要求，但也存在自重大，穩(wěn)定性差和安裝困難等缺點(diǎn)。
2 平衡臂拉桿仿真模型的建立
平衡臂拉桿端部通過銷軸與塔頭連接，尾部通過銷軸與平衡臂臂架連接，其主要作用是在塔機(jī)工作過程中，對塔頭和平衡臂臂架進(jìn)行連接，從而平衡起吊重物時(shí)吊重的重量。
塔頭結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)采用方鋼焊接主體結(jié)構(gòu)，與平衡臂拉桿連接處設(shè)置銷軸耳板，從而通過銷軸與拉桿連接固定。在受力方向上主要是受水平拉力和Q直壓力。
平衡臂臂架主要采用工字鋼作為弦桿，利用圓鋼把弦桿焊接在一起，從而形成臂架結(jié)構(gòu)。在平衡臂臂架尾部放置有平衡重來平衡掉起重臂及吊重的重量。由于平衡臂臂架端部是和塔頭通過銷軸進(jìn)行鉸接連接，所以臂架必須要通過拉桿與塔頭進(jìn)行連接，從而保持臂架的水平。
平衡臂拉桿采用圓鋼制造，在端部和尾部分別設(shè)計(jì)有銷軸耳板，從而完成和塔頭及平衡臂臂架的連接。
通過以上分析，利用Creo軟件建立平衡臂拉桿安裝系統(tǒng)仿真模型。
3 平衡臂拉桿安裝方式的分析
一般情況下，大型塔機(jī)平衡臂多為多臂節(jié)結(jié)構(gòu)，臂節(jié)之間通常通過拉桿進(jìn)行連接。大型塔機(jī)平衡臂結(jié)構(gòu)一般如圖1 所示，包括平衡臂臂節(jié)以及平衡臂尾節(jié)，其中平衡臂臂節(jié)的下弦桿與平衡臂尾節(jié)相連接，平衡臂臂節(jié)的上弦桿與平衡臂尾節(jié)之間通過拉桿相連接，拉桿在與平衡臂臂節(jié)的上弦桿連接時(shí)，需要先借助外部設(shè)備（如汽車吊）通過吊耳將拉桿的端部抬高，然后緩慢放下使拉桿的銷軸孔與上弦桿的銷軸孔對正，才能安裝連接銷軸，使拉桿與平衡臂臂節(jié)的上弦桿連接。
安裝連接銷軸時(shí)，一般采用兩種方式對正銷軸孔，一是采用外部設(shè)備（如汽車吊）拉住拉桿，二是采用人工托舉方式舉起拉桿。采用第一種方法時(shí)，外部設(shè)備（如汽車吊）的使用費(fèi)用較高，會(huì)增加成本，采用第二種方法時(shí)，人員容易疲勞，會(huì)導(dǎo)致安全事故。而且，以上兩種方法都不能保證拉桿安裝過程中的穩(wěn)定，導(dǎo)致拉桿容易觸碰平衡臂其他結(jié)構(gòu)造成損壞，同時(shí)對于大型的塔式起重機(jī)來說，拉桿重量更大，銷軸孔的對正也更加困難。
4 平衡臂拉桿安裝方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)
本研究旨在設(shè)計(jì)一種平衡臂拉桿安裝輔助機(jī)構(gòu)（如圖1所示）方案，以解決現(xiàn)有技術(shù)中平衡臂拉桿行安裝時(shí)安裝難度大、成本高、銷軸安裝困難的問題。
本方案研究設(shè)計(jì)的平衡臂拉桿安裝輔助機(jī)構(gòu)，安裝拆卸方便，在平衡臂拉桿安裝過程中，將平衡臂拉桿9至于U型槽3中，有效避免拉桿的擺動(dòng)，防止與其他部件的碰撞損壞，便于安裝。
在拉桿銷軸1安裝過程中，通過液壓頂升裝置5的托舉作用，可以調(diào)節(jié)拉桿9端部銷軸孔2的高度，進(jìn)而方便拉桿銷軸孔2和平衡臂上弦桿銷軸孔4的對正，方便拉桿固定銷軸1的安裝。
本方案不需使用外部設(shè)備（如汽車吊）提升拉桿9，減少了安裝費(fèi)用；不需人工托舉拉桿9，避免了人員安全事故的發(fā)生。
由于拉桿安裝輔助機(jī)構(gòu)的運(yùn)用，避免了對塔機(jī)其他部件的損傷，延長了塔機(jī)的使用壽命。
5 結(jié)論
與現(xiàn)有安裝技術(shù)相比，優(yōu)化設(shè)計(jì)后的安裝方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）安全可靠：本方案采用成熟的液壓缸技術(shù)，操作簡單安全，可靠性高。
（2）節(jié)省安裝費(fèi)用，提升工作效率：該方案不需使用外部設(shè)備，有效降低安裝費(fèi)用；同時(shí)極大的提升了銷軸孔的對正速度，大大提升了工作效率。
（3）檢修方便：本方案采用成熟的液壓技術(shù)，檢修方便。
參考文獻(xiàn)：
[1]起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范GB/T3811-2008[M].中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2009.
【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(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及外接制動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)帶得動(dòng)的前提下,只要其溫升在允許范圍內(nèi),短時(shí)間的過載是允許的。電動(dòng)機(jī)的過載能力一般定為額定轉(zhuǎn)矩的1.8-2.2倍。電動(dòng)機(jī)的溫升,所謂"短時(shí)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(gè)指標(biāo),對電動(dòng)機(jī)來說,只有在起動(dòng)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(dòng)機(jī)容量"一欄的準(zhǔn)確含義是"配用電動(dòng)機(jī)的實(shí)際最大容量"。實(shí)際選擇變頻器時(shí),可按電動(dòng)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(dòng)機(jī)容量"來選擇。
2.傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)
交流異步電動(dòng)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(shí),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(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)級(jí)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(dòng)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(dòng)以及耐磨性能等,都是以電動(dòng)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(jí)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(shí),由于電源電壓是恒定的,其在調(diào)到fx時(shí)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(shí)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(shí),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(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比并校核電動(dòng)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(dòng),不必考慮傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)的容量應(yīng)擴(kuò)大1/tTL倍。傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比入等于電動(dòng)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(dòng)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(shí),得到對應(yīng)的功率相對值tPL,而電動(dòng)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(shí),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(shí),盡量采用兩檔傳動(dòng)比。因?yàn)楫?dāng)傳動(dòng)比分成兩欄時(shí),頻率范圍αf與αn轉(zhuǎn)速范圍之間的關(guān)系為 ?？梢?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(dòng)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(shí)的有效轉(zhuǎn)矩線,在這種情況下,所需電動(dòng)機(jī)的容量PN=KPTNnLmax>KPTLmaxLmax=αnPL。這說明,所需電動(dòng)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(dòng)比只有一檔時(shí)的情形。在這種情況下,所需電機(jī)的容量PN=KPTN1/2nLmax 1/2αnPL?？梢?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(dòng)比為兩檔時(shí)的情形。這時(shí),所需電機(jī)的容量PN1/2 PL?？梢?對于恒功率負(fù)載,當(dāng)αn>4時(shí),這種方案是比較理想的。
3.自配外接制動(dòng)電阻
各種變頻調(diào)速器都允許外接制動(dòng)電阻,加快制動(dòng)速度,外接電阻。但配套的制動(dòng)電阻價(jià)格昂貴,不易買到,自動(dòng)配置時(shí),其阻值與功率可如下決定:
直流電路的電壓值UP= ×380=53V;制動(dòng)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(dòng)電阻Rs≥UD/Is。
因Rs內(nèi)通過電流的時(shí)間只有幾秒鐘,故其功率PR可按工其工作時(shí)的(1/10-1/8)選擇,即PR=(0.1-0.125)UD2/Rs。
因Rs接入電路時(shí),應(yīng)注意將變頻調(diào)速器內(nèi)部的制動(dòng)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(dòng)電流過大的情形。
在外接制動(dòng)電路時(shí),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(shí)也可以外接整個(gè)制動(dòng)電器(即包括制動(dòng)電阻和放電晶體管,這時(shí),GTR應(yīng)選取其VCEX≥700伏;ICN≥(1.2-1.5)IDN安。
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[關(guān)鍵詞]轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，F(xiàn)SAE賽車，CATIA
中圖分類號(hào)：U469.696 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）40-0400-01
FSAE方程式賽車設(shè)計(jì)應(yīng)遵循《汽車設(shè)計(jì)》所提出的要求，但其結(jié)構(gòu)，性能，設(shè)計(jì)要點(diǎn)又區(qū)別于民用汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的，下面以寧遠(yuǎn)車隊(duì)2015賽季賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為例，從理論數(shù)據(jù)初值確立，數(shù)據(jù)優(yōu)化，三維建模，零件選材和加工工藝四個(gè)方面，對FSAE方程式賽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行概述。
設(shè)計(jì)目標(biāo)：①保證賽車在中高速過彎過程四輪最大限度的圍繞同一回轉(zhuǎn)中心運(yùn)動(dòng)，減少與地面的滑動(dòng)摩擦，確保賽車行駛平順性。②轉(zhuǎn)向各零部件穩(wěn)定牢靠，確保賽車行駛過程中不發(fā)生機(jī)械故障。③轉(zhuǎn)向靈敏，操作輕便。④方便進(jìn)行實(shí)車調(diào)校，改善賽車的操縱穩(wěn)定性。
一、理論數(shù)據(jù)初值確立
此部分?jǐn)?shù)據(jù)主要包括：轉(zhuǎn)向梯形的選擇與布置，最小轉(zhuǎn)彎半徑，角傳動(dòng)比，方向盤最大轉(zhuǎn)角，內(nèi)外輪最大轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)向齒條總長（即斷開點(diǎn)位置），齒條行程，齒條安裝高度，齒條偏距，齒輪基本參數(shù)（模數(shù)，齒數(shù)），橫拉桿長度，節(jié)臂長度與底角，萬向節(jié)夾角。
（1）根據(jù)轉(zhuǎn)向器在和轉(zhuǎn)向梯形相對于前軸的位置不同，有四種布置方式：轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸后方，前置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前方，后置梯形；轉(zhuǎn)向器位于前軸前放，前置梯形。其中梯形的前置與后置是根據(jù)節(jié)臂相對于前軸的位置提出的。
（2）最小轉(zhuǎn)彎半徑，角傳動(dòng)比，方向盤最大轉(zhuǎn)角為經(jīng)驗(yàn)選取值。根據(jù)襄陽賽道的特點(diǎn)，最小轉(zhuǎn)彎半徑一般為4--5m。寧遠(yuǎn)5號(hào)賽車設(shè)定最小轉(zhuǎn)彎半徑3.8m。角傳動(dòng)比一般為4：1--5：1，通常方向盤最大轉(zhuǎn)角在100到135度之間，對于車手操作較為適宜。轉(zhuǎn)角過小，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向沉重，過大則會(huì)影響轉(zhuǎn)向靈敏性，且較大轉(zhuǎn)向角度下車手會(huì)出現(xiàn)交叉手現(xiàn)象，這是應(yīng)當(dāng)避免的。
（3）內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角。根據(jù)理想阿克曼幾何可算出理論最大內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角。根據(jù)懸架參數(shù)可知軸距為1580mm，前輪距1230mm。
（4）轉(zhuǎn)向梯形參數(shù)。
賽車基本都采用的斷開式轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)，齒輪齒條為中間輸入，兩端輸出結(jié)構(gòu)。若知道齒條長度p，主銷間距k，節(jié)臂長m，底角μ1μ2，橫拉桿長n，齒條偏距e。則轉(zhuǎn)向梯形可唯一確定。C、D點(diǎn)，即斷開點(diǎn)，其位置可根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》中的三心定理初步確定。輪胎轉(zhuǎn)角與齒條行程關(guān)系也可由幾何關(guān)系確定。有寧遠(yuǎn)5號(hào)賽車得出的相關(guān)數(shù)據(jù)如下：齒條長421.6mm，節(jié)臂78.5mm，梯形底角85°，橫拉桿桿長370mm，偏距74.3mm。需要指出的是，節(jié)臂越長，越有利于功能的實(shí)現(xiàn)，主要體現(xiàn)在后期的實(shí)體化后拉桿與節(jié)臂實(shí)體對轉(zhuǎn)角的影響。
二、數(shù)據(jù)優(yōu)化
結(jié)合ADAMS優(yōu)化進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，能得到更為理想的參數(shù)。主要可用以下幾個(gè)方面進(jìn)行。①穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)――整個(gè)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)的試驗(yàn)過程需要測量的有方向盤轉(zhuǎn)角、汽車行駛軌跡、汽車前進(jìn)速度、橫擺角速度、側(cè)向加速度、縱向加速度和車身側(cè)傾角的時(shí)間歷程曲線。②方向盤角階躍――汽車受轉(zhuǎn)向盤輸入干擾引起的穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，反應(yīng)時(shí)間等。③蛇形仿真――汽車橫擺角速度響應(yīng)、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、車身側(cè)傾角、橫擺加速度等指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)。④雙輪同向（反向）激振試驗(yàn)――外傾，前束，主銷內(nèi)傾角及橫向偏移距，主銷后傾角及后傾拖距，側(cè)傾中心高度，轉(zhuǎn)向角，懸架剛度，懸架側(cè)傾角剛度，側(cè)傾轉(zhuǎn)向系數(shù)。
三、三維建模
此過程是將各參數(shù)實(shí)體化的過程，建模過程務(wù)必要結(jié)合車架，懸架模型，確保符合規(guī)則，與其他組件進(jìn)行模型總裝后不能發(fā)生靜態(tài)干涉。并可在模型中模擬車輪動(dòng)態(tài)過程，避免潛在干涉的可能性。主要是橫拉桿，輪輞，叉臂，車架之間的干涉。零件的建模應(yīng)本著耐用，精致，輕量化，便于加工，便于裝配的原則，不斷尋求更好的設(shè)計(jì)。
四、零件材料選擇與加工工藝
（2）快拆器。這是賽車必不可少的裝置，便于車手的快速拆卸方向盤，進(jìn)出座艙。這一般為購買件，國內(nèi)外都有很多優(yōu)秀的產(chǎn)品可選。自行設(shè)計(jì)的快拆，在內(nèi)外花鍵處可選用45鋼材質(zhì)，其他部分采用普通鋁或優(yōu)質(zhì)鋁。
（3）轉(zhuǎn)向柱。轉(zhuǎn)向柱分為兩部分，一部分與快拆軸直接相連，因?yàn)閮烧唔氝M(jìn)行焊接，所以材料多為鋼質(zhì)空心軸，外徑根據(jù)轉(zhuǎn)向柱軸承設(shè)計(jì)，內(nèi)徑應(yīng)在壁厚滿足力學(xué)要求的情況下設(shè)計(jì)。另一部分連接萬向節(jié)或齒輪軸，這一部分在滿足抗扭剛度的下宜采用鋼管或鋁管，可減輕重量。
（4）萬向節(jié)。萬向節(jié)的選擇至關(guān)重要。其質(zhì)量的好壞直接決定了整個(gè)車的轉(zhuǎn)向虛程。由于對精度要求較高，基本采用購買件。FSAE賽車多采用十字軸式萬向節(jié)，根據(jù)連接部分不同可分為滑塊連接和滾針軸承連接，從自由間隙上評價(jià)滾針軸承連接優(yōu)于滑塊連接，但其承受扭矩相對較小。萬向節(jié)與轉(zhuǎn)向柱的連接方式，切忌選用簡單的過盈配合，可用螺紋與定銷結(jié)合的方式。如有必要可在兩者間加以焊接增強(qiáng)連接強(qiáng)度。
總結(jié)
FSAE方程式賽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將直接影響賽車的操縱穩(wěn)定性與平順性以及安全性。所以從設(shè)計(jì)到實(shí)體的每個(gè)環(huán)節(jié)，都應(yīng)牢牢守住三個(gè)原則：轉(zhuǎn)向牢靠，轉(zhuǎn)向靈敏，轉(zhuǎn)向輕便。同時(shí)應(yīng)著眼整車，與其系統(tǒng)協(xié)同配合，能夠在實(shí)車過程方便調(diào)校，最大程度將整車性能發(fā)揮到極致。
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[關(guān)鍵詞]頂驅(qū)；30及40鉆機(jī)；優(yōu)化設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：TG333.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）20-0202-01
一、30及40鉆機(jī)應(yīng)用頂驅(qū)的作用
頂驅(qū)可從井架上部空間直接旋轉(zhuǎn)鉆桿，沿專用導(dǎo)軌向下送進(jìn)，完成鉆桿旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，循環(huán)鉆井液，接立柱，上卸扣和倒劃眼等多種鉆井操作。使用頂驅(qū)鉆井時(shí)，在起下鉆具的同時(shí)可循環(huán)鉆井液、轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，有利于鉆井中井下復(fù)雜情況和事故的處理，對深井、特殊工藝井的鉆井施工非常有利。該系統(tǒng)顯著提高了鉆井作業(yè)的能力和效率，并已成為石油鉆井行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。
近年來大慶油田采用30及40鉆機(jī)開發(fā)的水平井、大位移井、平臺(tái)井等特殊工藝井逐年增加，該類井如能使用頂驅(qū)，將大大提高鉆井效率和處理復(fù)雜的能力。
二、在30及40鉆機(jī)應(yīng)用頂驅(qū)應(yīng)具備的技術(shù)特性
1.安裝快捷
對于30及40小井架而言，打每口井的時(shí)間約為1個(gè)月左右，這樣就不能把時(shí)間過多的浪費(fèi)在安裝頂驅(qū)過程中。傳統(tǒng)頂驅(qū)采用分段式導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)需要一段一段提起，通過銷子人工進(jìn)行連接，這種連接方式在惡劣工況下難以施工。
采用一體式折疊型導(dǎo)軌，安裝時(shí)只需將導(dǎo)軌提起，導(dǎo)軌受重力在鋼絲繩的作用下自動(dòng)完成安裝，省時(shí)省力。
2.尺寸小重量輕
齒輪箱作為整個(gè)頂驅(qū)幾何位置的中心，它決定整個(gè)頂驅(qū)的徑向尺寸，常規(guī)齒輪箱的規(guī)格為1200×1250。如果頂驅(qū)的齒輪箱在保證強(qiáng)度的前提下，材料選用上一級(jí)材料，使它的大小縮小到80%左右，縮小后的尺寸為1100×1000，既可以減重又可以增大井架與頂驅(qū)之間的間隙。
軸向方面，頂驅(qū)裝置中的防噴器采用一體式，省去了自動(dòng)式與手動(dòng)式連接處的防松裝置，從而在長度上減小了1/10。采用小尺寸的管子處理系統(tǒng)，從而確保頂驅(qū)可使用常規(guī)水龍頭吊環(huán)。
3.主軸精確定位，便于水平井使用
針對水平井，頂驅(qū)采用先進(jìn)的主軸旋轉(zhuǎn)精確定位技術(shù)，可通過人機(jī)對話界面，輸入主軸旋轉(zhuǎn)的角度，進(jìn)行精確鉆進(jìn)。
4.防碰高度規(guī)范要求
通過查看相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，“阻攔繩距天車梁下平面距離依據(jù)使用說明書或現(xiàn)場設(shè)備要求安裝”，見《石油鉆機(jī)現(xiàn)場安裝及檢驗(yàn)》。在現(xiàn)場使用過程中，若不使用頂驅(qū)，阻攔繩安全距離一般為5-6m。在使用頂驅(qū)的情況下，50以上井架（凈空高度45m以上）阻攔繩安全距離可以到達(dá)5m。40井架（凈空高度A型42m，K型43m）阻攔繩安全距離一般為4m。30井架（凈空高度伸縮式33m，A型40-40.6m，K型41-42m）阻攔繩安全距離進(jìn)一步受限，具體如下表所示。通過上述分析，在應(yīng)用一體式游車的前提下，所有40井架以及30井架中的33m2根一柱的井架和伸縮式井架的防碰高度符合規(guī)定要求。
三、方便現(xiàn)場應(yīng)用的一些優(yōu)化設(shè)計(jì)
1.簡化管子處理系統(tǒng)，采用防濺保護(hù)接頭
傳統(tǒng)方鉆桿防濺閥存在著壽命短、通徑小、防濺效果不明顯等缺陷，DQ30/40BC-JR型頂驅(qū)采用了一種耐沖蝕、通徑大、防濺預(yù)緊力大、適用于頂驅(qū)的保護(hù)接頭，該保護(hù)接頭同時(shí)具備防止頂驅(qū)主機(jī)接頭段因斷裂、松脫等原因發(fā)生脫落現(xiàn)象的發(fā)生。
2.使用管路串聯(lián)保養(yǎng)點(diǎn)，簡化注油流程，方便現(xiàn)場保養(yǎng)
DQ30/40BC-JR型頂驅(qū)的滑車滑輪采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，滑輪之間聯(lián)通液路，在注油時(shí)，只需注入一次油，便可實(shí)現(xiàn)滑輪的整體。
3.設(shè)計(jì)可與主機(jī)對接的維修吊籃及馬凳，方便現(xiàn)場維修
DQ30/40BC-JR采用可與主機(jī)對接的維修吊籃及馬凳，方便現(xiàn)場維修。
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