發(fā)布時間：2023-03-30 11:29:55
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的機械優(yōu)化設計論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
作者簡介：王林軍（1982-），男，湖北黃岡人，三峽大學機械與材料學院，講師；吳海華（1970-），男，湖北黃岡人，三峽大學機械與材料學院，教授。（湖北 宜昌 443002）
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）04-0104-01
雙語教學不僅在美國、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施也獲得了良好的效果。反思國內的雙語教學情況，雖然英語教師非常努力地教，學生也非常認真地學，但所取得的效果十分不理想。[1-2]國內一些211和985重點院校（如浙江大學、北京大學等）的雙語教學工作開展順利，已在雙語教學教材、師資隊伍建設以及教學內容和教學方法方面取得許多研究成果。但地方本科院校的機械工程類雙語教學工作進展十分緩慢，尤其是針對本科生開設的“機械優(yōu)化設計”雙語教學在教學內容與體系、英語教學環(huán)境、教學隊伍建設、考核方式等方面嚴重不足，其主要原因是學生英語基礎差、自學能力較弱，“機械優(yōu)化設計”雙語教學師資也相對薄弱。[3]上述差異決定了地方本科院校難以照搬重點院校的機械工程類雙語教學模式，因此探索一條適合于地方本科院校的“機械優(yōu)化設計”雙語教學模式極為重要。
一、“機械優(yōu)化設計”雙語課程現狀
“機械優(yōu)化設計”是一門把機械設計與優(yōu)化設計理論及方法相結合、實踐性很強的課程，而雙語教學主要是指教師采用英語或第二語言進行課堂教學。但如何有系統(tǒng)有組織地開展符合三峽大學（以下簡稱“我校”）特點的“機械優(yōu)化設計”雙語教學，如何處理教材的問題、如何在學時數原本緊張的前提下開展雙語教學、雙語教學方法和教學手段該如何改進、如何建立雙語教學考核體系、如何提高學生的學習興趣等等，這些都是在開展“機械優(yōu)化設計”雙語教學時所需要研究的問題。雖然目前不少地方本科院校已經開設了機械優(yōu)化設計雙語課程教學，但大學生英語水平良莠不齊，不少教師的英語水平同樣還沒有達到能真正像漢語一樣熟練地運用英語教學的地步，這使得雙語教學在“機械優(yōu)化設計”課程中的研究與實踐中碰到以下問題：[4-6]
1.雙語教學效果差
目前國內英語教育主要以應試為目標，大學生的英語聽說能力普遍較弱?！皺C械優(yōu)化設計”雙語教學中涉及許多專業(yè)詞匯和復雜的句型，如果采用比較單一的授課方式，學生既無興趣，又感到難以接受，無法準確理解該課程專業(yè)知識。
2.教學內容單一
我校該課程雙語教學的對象是機械制造及其自動化專業(yè)三年級學生，他們雖然已具備一定的數理基礎，但許多同學依然對機械優(yōu)化設計過程和內容無法真正理解，甚至產生厭學情緒。這就要求雙語教師在進行教學內容的設計時應更加豐富多彩。
3.教學方法問題
在進行“機械優(yōu)化設計”雙語教學時，若還是采用傳統(tǒng)的滿堂灌教學模式，課程本身的難度和英語的聽力障礙將會導致教學效果不理想。而國際上知名大學多數采取的是引導式、啟發(fā)式、互動式相結合的教學方法，后者更為有效，與“機械優(yōu)化設計”雙語課程教學相適應。
二、雙語教學方法的改革與實踐
依據機械工程類專業(yè)的特殊性，應從以下幾方面進行改革和實踐：
1.科學合理選擇教學內容
考慮到我校機械制造及其自動化專業(yè)本科教學培養(yǎng)方案的特點及人才培養(yǎng)需要，對“機械優(yōu)化設計”雙語教學課程內容進行科學設計，主要包括以下教學內容：緒論（介紹機械優(yōu)化設計的基本概念與發(fā)展趨勢）；優(yōu)化設計方法的數學基礎（介紹矩陣運算和微積分的基礎知識，凸集、凸函數與凸規(guī)劃的基本理論）；常用的優(yōu)化設計方法（介紹一維搜索方法、基于導數的優(yōu)化方法和非導數優(yōu)化方法等，包括智能優(yōu)化方法）；約束優(yōu)化問題的處理；多目標優(yōu)化方法和優(yōu)化設計結果的靈敏度分析技術；MATLAB在機械優(yōu)化設計實例中的應用。這要求學生一方面掌握優(yōu)化設計基礎理論，另一方面應學會運用大型通用優(yōu)化設計工具軟件解決實際工程問題，真正做到學以致用。此外，在雙語教學過程中，應安排大學生講述自己完成機械優(yōu)化設計過程，以提高大學生英語表達能力，并達到相互啟發(fā)的作用。
2.努力營造英文教學環(huán)境，提高學生英語水平
作為教師，應認真?zhèn)浜妹恳惶谜n，板書、考試和作業(yè)批改中都要使用英語，采取全英語對學生進行提問，要求學生用英語回答，這樣有助于鍛煉學生的專業(yè)口語能力。同時，教師在給學生布置作業(yè)時，最好也是英語的，嚴格要求學生用英語完成，這樣有助于鍛煉學生的專業(yè)寫作能力，為將來可能地進一步深造學習奠定了堅實的論文撰寫基礎。實際上，教師在雙語教學活動中，除了布置一些該課程的課后英語作業(yè)外，還應當引導學生查找和閱讀與該課程相關的專業(yè)英語讀物，比如英文論文等，這樣有助于增強學生的專業(yè)英語使用能力，而且還能培養(yǎng)該專業(yè)大三學生用英語思考的良好習慣，為將來的進一步學習和深造打下一定的基礎。
3.努力加強我校雙語師資隊伍建設
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院主辦的暑期雅思培訓班，取得雅思6.0分及以上成績的教師才能擔任雙語教學課程。為了促進教師英文水平的穩(wěn)步提高，以提升本校教師科研業(yè)務水平，學校定期派中青年教師出國交流學習，這勢必將會對雙語教學和師資隊伍建設有一個很大的促進和提升作用。
4.充分利用本校網絡教學平臺
三峽大學求索學堂為全校提供網絡教學服務，網絡教學平臺包括公共教學平臺、多媒體課件制作系統(tǒng)、網絡實時交互答疑系統(tǒng)。網絡公共教學平臺包括學生工作區(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)提供輔助教師教學的多媒體課件制作平臺；網絡實時交互答疑系統(tǒng)是一個可以在網上傳遞五種不同模式的電子教學、實時協(xié)作和通信的平臺，提供網絡教學中的教學雙邊多媒體交互環(huán)境。充分利用本校求索學堂，可以促使教師和學生的溝通，同時還可以培養(yǎng)學生的知識獲取能力和自主學習能力。
5.對本校傳統(tǒng)的考核方式進行科學合理的改革
“機械優(yōu)化設計”課程是機械設計制造及其自動化專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎課，屬于專業(yè)必修課程，該課程考核方式過去經常是采取閉卷形式。這種考核方式有很大的不足，例如學生死記硬背優(yōu)化公式，而忽略了利用該課程核心內容優(yōu)化設計方法理論從工程上解決實際問題的能力，從而不能體現本校人才培養(yǎng)的要求。針對以上這些弊端，對該門課程的傳統(tǒng)考核方式進行了改革，主要分為以下三個部分：閉卷考試成績（占40%）：主要是考查學生對優(yōu)化理論方法的理解和掌握程度；上機實驗考試成績（占40%）：重點考核學生運用計算機對優(yōu)化方法的編程和實現能力；平時成績（占20%）：主要是考核學生平時表現和出勤情況。
該課程考核方式的改革，勢必將會促使學生更好地理解和掌握該課程的重難點內容，也會提高學生利用計算機編寫優(yōu)化程序解決工程實際問題的能力，同時將會提高機械工程類本科生的綜合素質和能力，這也非常符合本校這種“高素質、強能力、應用型”的人才培養(yǎng)目標。
三、結論
雙語教學不但能夠提高學生的學習興趣，而且還可以提高教師和學生的雙語應用能力，對復合型人才的培養(yǎng)具有非常重要的意義。同時，在進行雙語教學的過程中，要根據本校教師的英文水平和學生的認知和接受程度，精心準備和設計教學手段，科學合理安排教學內容，科學而有效地使用評價方法，這樣不僅有助于學生及時了解和掌握本專業(yè)的前沿動態(tài)，還可以培養(yǎng)其直接閱讀經典、前沿外文資料的能力。本文在對“機械優(yōu)化設計”課程雙語教學進行了多輪教學實踐的基礎上，對該課程雙語教學的背景、教學內容與體系、英語教學環(huán)境、師資隊伍建設、考核方式等問題進行了總結和改革，以期望對二本院校機械工程類“機械優(yōu)化設計”課程雙語教學與改革有一定的促進作用。
參考文獻：
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關鍵詞：MATLAB 行星減速器 優(yōu)化設計
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：S611文獻標識碼：A 文章編號：
工程機械是一種運行緩慢，體積大，承受的載荷也大的設備。它的行走驅動系統(tǒng)有兩種方案：一為高速方案，即用高速液壓馬達和齒輪減速器組合驅動；二是低速方案，即采用低速大扭矩液壓馬達驅動。后者可省去減速裝置，使機構大為簡化，但由于低速大扭矩液壓馬達的成本較高，維修困難，所以一般的工程機械都采用前者。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，所以工程機械的行駛系統(tǒng)驅動中多采用行星減速器實現減速增扭的目的。
1、MATLAB語言及優(yōu)化設計簡介
MATLAB語言是由美國Mathworks公司開發(fā)的集科學計算、數據可視化和程序設計為一體的工程應用軟件，現已成為工程學科計算機輔助分析、設計、仿真以至教學等不可缺少的基礎軟件，它由MATLAB主包、Simulink組件以及功能各異的工具箱組成。MATLAB優(yōu)化工具箱的應用包括：線性規(guī)劃和二次規(guī)劃，求函數的最大值和最小值，多目標優(yōu)化，約束優(yōu)化，離散動態(tài)規(guī)劃等，其簡潔的表達式、多種優(yōu)化算法的任意選擇、對算法參數的自由設置，可使用戶方便地使用優(yōu)化方法。[1]
通常多目標優(yōu)化問題在求解時應作適當的處理，一種方法是將多目標優(yōu)化問題重新構成一個新的函數，即評價函數，從而將多目標優(yōu)化問題轉變?yōu)榍笤u價函數的單目標優(yōu)化問題，如線性加權和法，理想點法，目標達到法等。另一種是將多目標優(yōu)化轉化為一系列單目標優(yōu)化問題來求解，如分層序列法等。MATLAB優(yōu)化工具箱采用改進的目標達到法使目標達到問題變?yōu)樽畲笞钚栴}來獲取合適的目標函數值。
該論文中，行星減速器的設計就采用將多目標的優(yōu)化問題轉化為單目標，多約束條件的優(yōu)化問題。
2、行星減速器模型的建立
工程機械使用行星減速器的設計是一項較復雜的工作，一般采用經驗設計。經驗設計不僅對于一個新的企業(yè)很難進行設計，而且往往找到的不是最優(yōu)方案。
2.1確定優(yōu)化設計的目標函數
工程機械的體積較大，對其靈活運行帶來一定的影響，因此對行星減速器進行最優(yōu)化設計時，取行星減速器最小重量為優(yōu)化目標，不但可以減小行星減速器的重量，而且可以改善工程機械的靈活機動性、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機構的重量，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)化設計的目標函數。
…………………（1）
式中： 為太陽輪的體積； 為行星輪的體積； 為行星輪的個數； 為太陽輪或行星輪模數； 為太陽輪或行星輪齒寬； 為太陽輪齒數； 為行星輪齒數。
2.2約束條件：
（1）傳動比條件[2]：
…………………（2）
式中： 為齒圈的齒數。
（2）為了使內外嚙合齒輪副強度接近相等，并提高外嚙合承載能力，應限制齒輪內外嚙合角在給定的范圍內，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)生根切的最少齒數為17，但太陽輪的齒數常小于規(guī)定的標準齒輪不根切最小齒數17，為保證不根切，太陽輪變位系數應滿足以下條件：
…………………（5）
式中： 太陽輪的最小變位系數
（4）各齒輪應滿足強度要求，即齒輪的齒面接觸強度和彎曲強度的安全系數均大于給定值，亦即
…………………（6）
…………………（7）
式中： 、 ——給定的齒輪接觸強度、彎曲強度安全系數；
、 ——各齒輪的接觸強度、彎曲強度的安全系數。
（5）為了保證傳動連續(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，以保證在行星輪內孔能安裝上符合壽命要求的滾動軸承，即
…………………（10）
式中： ——滾動軸承外徑 ;
m——齒輪的模數
（7）模數約束
…………………（11）
（8）齒寬約束
…………………（12）
（9）行星輪個數約束
…………………（13）
（10）變位系數的約束[3]
…………………（14）
…………………（15）
…………………（16）
式中： 、 、 分別為太陽輪、行星輪和齒圈的變位系數
通過以上分析，知以上建立的模型是一個具有7個設計變量，15個約束條件的單目標優(yōu)化設計。
3、應用舉例：
某工程機械的輪邊減速器采用行星減速器，其具體要求為：轉速： ；功率： ；壽命：10a；工況：中等沖擊；日工作時間：14h；年工作天數300天；傳動比： ； ；精度：6級；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；內齒輪為40Cr，熱處理為調質[4]。
經使用MATLAB程序優(yōu)化設計后行星減速器的主要參數和采用常規(guī)設計的主要參數的比較，如表1。
表1使用MATLAB優(yōu)化設計和常規(guī)設計的參數比較
4、結論
（1）利用MATLAB優(yōu)化設計的行星減速器的體積比常規(guī)設計的少了12%。
（2）建立目標函數時只考慮太陽輪和行星輪的體積，對內齒圈和行星架的體積沒有考慮，這樣可以減小計算量和提高計算速度。但是也存在著相應的問題，目標函數中沒有將齒圈的強度考慮在內，會對設計的結果產生一定的影響。
參考文獻
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[3]王永樂.機械優(yōu)化設計基礎.[M]哈爾濱:黑龍江科學技術出版社
關鍵詞：種分槽，IMIG槳葉，優(yōu)化設計
1前言
拜耳法生產氧化鋁的關鍵工序之一就是晶種分解，在種分槽內將鋁酸鈉溶液降溫并加入氫氧化鋁作為晶種進行攪拌，使其析出氫氧化鋁[1]。晶種分解過程對產品的產量、質量以及全廠的技術指標有著重大的影響。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型多層攪拌的結構。IMIG槳葉內外漿在攪拌轉動時所形成內揚、外壓的作用，能讓晶種均勻懸浮在液體中且長時間不會沉淀[2]。畢業(yè)論文，種分槽。目前國內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、內漿和外漿三部分組成。以前采用的輪轂為鑄件，由于結構的不對稱性經常有鑄造缺陷。2006年以來通過對中鋁河南分公司九組種分槽現場運行情況的分析和對IMIG槳葉結構的不斷分析，得出一套適合該槳葉強度計算的方法。通過該方法分別對內槳葉和外槳葉進行優(yōu)化設計，節(jié)省了材料，并對輪轂的結構進行的全面的改進，不僅縮短了制造工期，也大大節(jié)約了生產成本。
4槳葉強度的計算
為了保證攪拌過程能正常地運行，攪拌器必須有足夠的強度。攪拌器強度的計算主要是用來確定攪拌器槳葉的厚度。為了簡化計算首先對運行情況進行假設
a 外槳葉承擔該整層槳葉彎矩
b 設計過程中不考慮加強筋的作用，其造成的截面數據也不予以考慮
c 雙槳葉攪拌具有兩個完全一樣的對稱槳葉，其槳葉計算功率可看作均勻分配于兩個槳葉上，而作用在槳葉上的液體阻力使槳葉產生彎矩，其最大彎矩出現在內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
在計算該斷面彎矩時需要找到槳葉上液體阻力的合力作用點。液體阻力合力的作用點x0大小可由下式計算。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算應當是由下式求得。
θ是外漿葉和水平面的夾角
外槳葉的抗彎截面系數
外槳葉斷面處的彎曲應力，計算應力值應小于許用應力值。
4.2內槳葉管子壁厚的確定
內槳葉管軸抗彎截面模量
內槳葉所受的最大彎矩
內槳葉斷面處的彎曲應力，計算應力值應小于許用應力值。
4.3槳葉強度計算中的安全系數
在上述槳葉的強度計算中，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度，所以單從彎曲應力來計算槳葉厚度可能還不夠安全。另外制造過程中出現的缺陷也應加以考慮。為了保證槳葉在操作中的安全，采用安全系數的辦法來處理這些問題。畢業(yè)論文，種分槽。根據槳葉的材料不同，制造工藝不同，槳葉強度計算的安全系數也不同，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攪拌的重要性，以及生產過程一旦出現沉槽現象，因此設計底層槳葉時的彎矩應按照電機功率的50%作為液體阻力合力產生的彎矩。
在一般的產能大于40萬噸氧化鋁的設備中，種分槽直徑為14m。電機功率75KW，攪拌轉速4.8r/min.槳葉的直徑為8400mm。代入公式求得外槳葉的壁厚為16mm時完全滿足強度要求，內槳葉管軸壁厚為20也滿足強度要求。這樣從原來外槳葉24mm的壁厚，內槳葉管壁厚28mm變?yōu)楝F在的壁厚，一臺種分槽節(jié)省材料約3000Kg。
5連接槳葉用螺栓的計算
機械攪拌中槳葉和軸的聯接大部分都是通過螺栓連接的方式來滿足結構、制造、運輸、檢修維護、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，以此來計算螺栓的強度。
將槳葉和軸的連接簡化為下面結構，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
由上述公式計算出來的螺栓直徑大于16就滿足要求?？紤]剛度及疲勞強度選用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，一臺種分槽用在槳葉連接上的螺栓數量約為60個，所以僅此一項的優(yōu)化就節(jié)約標準件上千元的費用。畢業(yè)論文，種分槽。
6.結束語
改造后的IMIG槳葉較改造前重量減輕，節(jié)約了設備的成本；結構更加合理、簡單化，使加工更容易，減輕了工人的勞動強度，同時縮短了加工時間，提高了生產效率，為公司創(chuàng)造了更大的效益。
參考文獻
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機械設計制造及自動化專業(yè)主要課程有哪些
主要課程：工程力學、機械設計基礎、電工與電子技術、微型計算機原理應用、機械工程材料、制造技術基礎。主要實踐性教學環(huán)節(jié)：包括軍訓，金工、電工、電子實習，認識實習，生產實習，社會實踐，課程設計，畢業(yè)設計(論文)等，一般應安排40周以上。
主要專業(yè)實驗：現代制造技術綜合實驗、測試與信息處理實驗。
專業(yè)選修課：機械動力學、軟件工程、網絡技術、多媒體技術及應用、數據庫原理及應用、機械創(chuàng)新設計、工業(yè)機器人基礎、機械故障診斷學、文獻檢索、專業(yè)外語、有限元方法、機械優(yōu)化設計、工藝過程自動化、先進制造技術、特種加工、成組技術與CAPP、智能機械概論、微小機械概論、虛擬樣機技術、市場營銷學、在線檢測與控制、實用控制系統(tǒng)設計、數控機床與編程。
機械設計制造及自動化專業(yè)就業(yè)前景如何
機械設計制造及其自動化專業(yè)的學生們將來可以從事科技研發(fā)、運行管理、應用研究、銷售等機械制造領域的一些職位。該專業(yè)的學生們需要具備機械制造方面的一些基礎知識，學會運用專業(yè)知識解決實際工作中的一些相關問題。畢業(yè)生們可以參加到機械制造以及設計、機械、電氣、氣壓、液壓等控制設備的維修維護的一些工作中去，為我們國家的機械工程作出自己的貢獻。
關鍵詞：超大型平頭塔機；拉桿；優(yōu)化設計；安裝
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.12.258
1 引言
根據建筑市場及工程機械發(fā)展趨勢，國內工程機械領軍企業(yè)重點著力于大型超大型平頭塔式起重機研制，進而提高產品競爭力。目前國內開發(fā)的大型超大型平頭塔式起重機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。
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工作過程中，對塔頭和平衡臂臂架進行連接，從而平衡起吊重物時吊重的重量。
塔頭結構結構采用方鋼焊接主體結構，與平衡臂拉桿連接處設置銷軸耳板，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，從而形成臂架結構。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行鉸接連接，所以臂架必須要通過拉桿與塔頭進行連接，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計有銷軸耳板，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，大型塔機平衡臂多為多臂節(jié)結構，臂節(jié)之間通常通過拉桿進行連接。大型塔機平衡臂結構一般如圖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，需要先借助外部設備（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，一般采用兩種方式對正銷軸孔，一是采用外部設備（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，外部設備（如汽車吊）的使用費用較高，會增加成本，采用第二種方法時，人員容易疲勞，會導致安全事故。而且，以上兩種方法都不能保證拉桿安裝過程中的穩(wěn)定，導致拉桿容易觸碰平衡臂其他結構造成損壞，同時對于大型的塔式起重機來說，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)化設計
本研究旨在設計一種平衡臂拉桿安裝輔助機構（如圖1所示）方案，以解決現有技術中平衡臂拉桿行安裝時安裝難度大、成本高、銷軸安裝困難的問題。
本方案研究設計的平衡臂拉桿安裝輔助機構，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，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，可以調節(jié)拉桿9端部銷軸孔2的高度，進而方便拉桿銷軸孔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備（如汽車吊）提升拉桿9，減少了安裝費用；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構的運用，避免了對塔機其他部件的損傷，延長了塔機的使用壽命。
5 結論
與現有安裝技術相比，優(yōu)化設計后的安裝方案具有以下優(yōu)點：
（1）安全可靠：本方案采用成熟的液壓缸技術，操作簡單安全，可靠性高。
（2）節(jié)省安裝費用，提升工作效率：該方案不需使用外部設備，有效降低安裝費用；同時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，檢修方便。
參考文獻：
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【論文摘要】:對變頻調速器在實踐應用中容量的正確選擇、傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設計以及外接制動電阻等方面的問題,總結了一些經驗。
隨著電力技術的迅速發(fā)展,交流電機變頻調速技術取得了突破性的進步,進入了普及應用階段。在我國,變頻調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.關于容量選擇
在變頻調速器的說明書中,為了幫助用戶選擇容量,都有"配用電動機容量"一欄,然而,這一欄的含義卻不夠確切,常導致變頻器的誤選。
各種生產機械中,電動機的容量主是根據發(fā)熱原則來選定的。就是說,在電動機帶得動的前提下,只要其溫升在允許范圍內,短時間的過載是允許的。電動機的過載能力一般定為額定轉矩的1.8-2.2倍。電動機的溫升,所謂"短時間"至少也在十幾分鐘以上。而變頻調速器的過載能力為:150%,l分鐘。這個指標,對電動機來說,只有在起動過程才有意義,在運行過程中,實際上是不允許載。
因此,"配用電動機容量"一欄的準確含義是"配用電動機的實際最大容量"。實際選擇變頻器時,可按電動機在工作過程中的最大電流來進行選擇,對于鼓風機和泵類負載,因屬于長期恒定負載,可直接按"配用電動機容量"來選擇。
2.傳動系統(tǒng)進行優(yōu)化設計
交流異步電動機經變頻調速后,其有效轉矩和有效功率的范圍。配用變頻調速器時,必須根據生產機械的機械特性以及對調速范圍的要求等因素,對傳動系統(tǒng)進行優(yōu)級化設計,優(yōu)化設計的主要內容和大致方法如下:
2.1 確定電動機的最高運行頻率
(1)鼓風機和泵類負載,這類負載的阻轉矩TL與轉速n的平方成正比TL=KTn2,輸出功率PL與轉速的在次方成正比PL=KPn3,(KT和KP為常數),由此可知,如轉速超過額定轉速,負載的轉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行。
(2)一般情況下,各種機械的強度、振動以及耐磨性能等,都是以電動機轉速不超過3000r/min為前提設計的。因此,在沒有對機械重新進行設計的情況下,2級電機的最高運行頻率不要超過額定頻率太多。
(3)當異步電機在額定頻率以上運行時,由于電源電壓是恒定的,其在調到fx時電磁轉矩Tx近乎和頻率調節(jié)比Kf的平方成反比,即T≈TN/Kf2(而TN為額定頻率fN時的轉矩)。因此,最高運行頻率不宜超過額定頻率
(4)異步電機在低頻下運行時,為了獲得足夠的轉矩,常需進行轉矩補償。而轉矩補償將使電機的磁路趨于飽和,從而增加附加損失,降低了效率,因此,只要情況許可,應尺可能地提高運行頻率的上限。
2.2 確定傳動系統(tǒng)的傳動比并校核電動機的容量
(1)鼓風機和泵類負載,一般均為直接驅動,不必考慮傳動比的問題。
(2)恒轉矩負載,首先,根據有效轉矩線以及所要求的頻率調節(jié)范圍,確定電機運行的最高頻率和最低頻率。
假設已經確定的電動機最高運行頻率為fmax最低運行頻率為fmin與此對應的轉矩相對值為tTL,則電動機的額定轉矩Tn=TL/qTL(TL負載轉矩)。如果原選電機并未留有余量的話,則配用變頻調速器后,電動機的容量應擴大1/tTL倍。傳動系統(tǒng)的傳動比入等于電動機在最高運行頻率下的轉速nDmax負載所需求的最高轉速nLmax之比。
(3)恒功率負載:和恒轉矩負載類似,首先根據有效功率線和頻率調節(jié)范圍,求出電動機運行頻率的上、下限。
同樣,在求出最高和最低運行頻率的同時,得到對應的功率相對值tPL,而電動機的額定功率PN≥PL/tPL(PL為負載要求功率)。
在設計恒功率負載時,應注意兩點:(1)盡量多利用額定頻率以上的部分;(2)當調整范圍較大時,盡量采用兩檔傳動比。因為當傳動比分成兩欄時,頻率范圍αf與αn轉速范圍之間的關系為 ?？梢?在轉速范圍相同的情況下,頻率范圍將大為減小,從而可減小電動機的容量。
負載的機械特性,因是恒功率負載,故曲線上任一點的橫坐標與縱坐標的乘積均相等,且與負載功率成正比,即PL=KPTLnL=KPTLmaxLmin 。全部轉速都在額定頻率以下調節(jié)時的有效轉矩線,在這種情況下,所需電動機的容量PN=KPTNnLmax>KPTLmaxLmax=αnPL。這說明,所需電動機的容量比負載功率的On倍還要大,是很不經濟的。
⑴當最高運行頻率為額定頻率的2倍,傳動比只有一檔時的情形。在這種情況下,所需電機的容量PN=KPTN1/2nLmax 1/2αnPL?？梢?所需用容量只要大于負載功率的On/2倍就可以了。
⑵ 當最高運行頻率為額定頻率的2倍,傳動比為兩檔時的情形。這時,所需電機的容量PN1/2 PL?？梢?對于恒功率負載,當αn>4時,這種方案是比較理想的。
3.自配外接制動電阻
各種變頻調速器都允許外接制動電阻,加快制動速度,外接電阻。但配套的制動電阻價格昂貴,不易買到,自動配置時,其阻值與功率可如下決定:
直流電路的電壓值UP= ×380=53V;制動電流Is一般以不超過電機的額定電流IDN為原則,即Is≤IDN,故制動電阻Rs≥UD/Is。
因Rs內通過電流的時間只有幾秒鐘,故其功率PR可按工其工作時的(1/10-1/8)選擇,即PR=(0.1-0.125)UD2/Rs。
因Rs接入電路時,應注意將變頻調速器內部的制動電阻切除,如不能切除,則應適當加大Rs的值,以免出現制動電流過大的情形。
在外接制動電路時,為了避免燒毀變頻器內部的放電用大功率晶體管(GTR)有時也可以外接整個制動電器(即包括制動電阻和放電晶體管,這時,GTR應選取其VCEX≥700伏;ICN≥(1.2-1.5)IDN安。
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[關鍵詞]轉向系統(tǒng)，FSAE賽車，CATIA
中圖分類號：U469.696 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）40-0400-01
FSAE方程式賽車設計應遵循《汽車設計》所提出的要求，但其結構，性能，設計要點又區(qū)別于民用汽車的轉向系統(tǒng)的，下面以寧遠車隊2015賽季賽車轉向系統(tǒng)為例，從理論數據初值確立，數據優(yōu)化，三維建模，零件選材和加工工藝四個方面，對FSAE方程式賽車轉向系統(tǒng)的設計進行概述。
設計目標：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中心運動，減少與地面的滑動摩擦，確保賽車行駛平順性。②轉向各零部件穩(wěn)定牢靠，確保賽車行駛過程中不發(fā)生機械故障。③轉向靈敏，操作輕便。④方便進行實車調校，改善賽車的操縱穩(wěn)定性。
一、理論數據初值確立
此部分數據主要包括：轉向梯形的選擇與布置，最小轉彎半徑，角傳動比，方向盤最大轉角，內外輪最大轉角，轉向齒條總長（即斷開點位置），齒條行程，齒條安裝高度，齒條偏距，齒輪基本參數（模數，齒數），橫拉桿長度，節(jié)臂長度與底角，萬向節(jié)夾角。
（1）根據轉向器在和轉向梯形相對于前軸的位置不同，有四種布置方式：轉向器位于前軸后方，后置梯形；轉向器位于前軸后方，前置梯形；轉向器位于前軸前方，后置梯形；轉向器位于前軸前放，前置梯形。其中梯形的前置與后置是根據節(jié)臂相對于前軸的位置提出的。
（2）最小轉彎半徑，角傳動比，方向盤最大轉角為經驗選取值。根據襄陽賽道的特點，最小轉彎半徑一般為4--5m。寧遠5號賽車設定最小轉彎半徑3.8m。角傳動比一般為4：1--5：1，通常方向盤最大轉角在100到135度之間，對于車手操作較為適宜。轉角過小，會導致轉向沉重，過大則會影響轉向靈敏性，且較大轉向角度下車手會出現交叉手現象，這是應當避免的。
（3）內外輪轉角。根據理想阿克曼幾何可算出理論最大內外輪轉角。根據懸架參數可知軸距為1580mm，前輪距1230mm。
（4）轉向梯形參數。
賽車基本都采用的斷開式轉向梯形結構，齒輪齒條為中間輸入，兩端輸出結構。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。則轉向梯形可唯一確定。C、D點，即斷開點，其位置可根據《汽車設計》中的三心定理初步確定。輪胎轉角與齒條行程關系也可由幾何關系確定。有寧遠5號賽車得出的相關數據如下：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，越有利于功能的實現，主要體現在后期的實體化后拉桿與節(jié)臂實體對轉角的影響。
二、數據優(yōu)化
結合ADAMS優(yōu)化進行動態(tài)仿真，能得到更為理想的參數。主要可用以下幾個方面進行。①穩(wěn)態(tài)回轉――整個穩(wěn)態(tài)轉的試驗過程需要測量的有方向盤轉角、汽車行駛軌跡、汽車前進速度、橫擺角速度、側向加速度、縱向加速度和車身側傾角的時間歷程曲線。②方向盤角階躍――汽車受轉向盤輸入干擾引起的穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益，反應時間等。③蛇形仿真――汽車橫擺角速度響應、轉向盤轉角、車身側傾角、橫擺加速度等指標進行評價。④雙輪同向（反向）激振試驗――外傾，前束，主銷內傾角及橫向偏移距，主銷后傾角及后傾拖距，側傾中心高度，轉向角，懸架剛度，懸架側傾角剛度，側傾轉向系數。
三、三維建模
此過程是將各參數實體化的過程，建模過程務必要結合車架，懸架模型，確保符合規(guī)則，與其他組件進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，不斷尋求更好的設計。
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，進出座艙。這一般為購買件，國內外都有很多優(yōu)秀的產品可選。自行設計的快拆，在內外花鍵處可選用45鋼材質，其他部分采用普通鋁或優(yōu)質鋁。
（3）轉向柱。轉向柱分為兩部分，一部分與快拆軸直接相連，因為兩者須進行焊接，所以材料多為鋼質空心軸，外徑根據轉向柱軸承設計，內徑應在壁厚滿足力學要求的情況下設計。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)的選擇至關重要。其質量的好壞直接決定了整個車的轉向虛程。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，可用螺紋與定銷結合的方式。如有必要可在兩者間加以焊接增強連接強度。
總結
FSAE方程式賽車的轉向系統(tǒng)將直接影響賽車的操縱穩(wěn)定性與平順性以及安全性。所以從設計到實體的每個環(huán)節(jié)，都應牢牢守住三個原則：轉向牢靠，轉向靈敏，轉向輕便。同時應著眼整車，與其系統(tǒng)協(xié)同配合，能夠在實車過程方便調校，最大程度將整車性能發(fā)揮到極致。
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[關鍵詞]頂驅；30及40鉆機；優(yōu)化設計
中圖分類號：TG333.7 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）20-0202-01
一、30及40鉆機應用頂驅的作用
頂驅可從井架上部空間直接旋轉鉆桿，沿專用導軌向下送進，完成鉆桿旋轉鉆進，循環(huán)鉆井液，接立柱，上卸扣和倒劃眼等多種鉆井操作。使用頂驅鉆井時，在起下鉆具的同時可循環(huán)鉆井液、轉動鉆具，有利于鉆井中井下復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)的標準產品。
近年來大慶油田采用30及40鉆機開發(fā)的水平井、大位移井、平臺井等特殊工藝井逐年增加，該類井如能使用頂驅，將大大提高鉆井效率和處理復雜的能力。
二、在30及40鉆機應用頂驅應具備的技術特性
1.安裝快捷
對于30及40小井架而言，打每口井的時間約為1個月左右，這樣就不能把時間過多的浪費在安裝頂驅過程中。傳統(tǒng)頂驅采用分段式導軌結構，安裝時需要一段一段提起，通過銷子人工進行連接，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軌，安裝時只需將導軌提起，導軌受重力在鋼絲繩的作用下自動完成安裝，省時省力。
2.尺寸小重量輕
齒輪箱作為整個頂驅幾何位置的中心，它決定整個頂驅的徑向尺寸，常規(guī)齒輪箱的規(guī)格為1200×1250。如果頂驅的齒輪箱在保證強度的前提下，材料選用上一級材料，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之間的間隙。
軸向方面，頂驅裝置中的防噴器采用一體式，省去了自動式與手動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，頂驅采用先進的主軸旋轉精確定位技術，可通過人機對話界面，輸入主軸旋轉的角度，進行精確鉆進。
4.防碰高度規(guī)范要求
通過查看相關標準，“阻攔繩距天車梁下平面距離依據使用說明書或現場設備要求安裝”，見《石油鉆機現場安裝及檢驗》。在現場使用過程中，若不使用頂驅，阻攔繩安全距離一般為5-6m。在使用頂驅的情況下，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）阻攔繩安全距離進一步受限，具體如下表所示。通過上述分析，在應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、方便現場應用的一些優(yōu)化設計
1.簡化管子處理系統(tǒng)，采用防濺保護接頭
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型頂驅采用了一種耐沖蝕、通徑大、防濺預緊力大、適用于頂驅的保護接頭，該保護接頭同時具備防止頂驅主機接頭段因斷裂、松脫等原因發(fā)生脫落現象的發(fā)生。
2.使用管路串聯保養(yǎng)點，簡化注油流程，方便現場保養(yǎng)
DQ30/40BC-JR型頂驅的滑車滑輪采用串聯結構，滑輪之間聯通液路，在注油時，只需注入一次油，便可實現滑輪的整體。
3.設計可與主機對接的維修吊籃及馬凳，方便現場維修
DQ30/40BC-JR采用可與主機對接的維修吊籃及馬凳，方便現場維修。
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