機械優(yōu)化設計論文范文
時間：2023-04-04 18:09:57
導語：如何才能寫好一篇機械優(yōu)化設計論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。
篇1
《機械優(yōu)化設計》課程理論教學體系的建設主要包括優(yōu)化課程內(nèi)容、制定課程教學大綱、編寫課程教案幾個方面。如前所述，機械優(yōu)化設計課程教學需要克服“四個脫節(jié)”。因此在課程體系研究方面主要解決實現(xiàn)理論基礎教學和應用能力培養(yǎng)相結合，以及課程內(nèi)容與技術發(fā)展相結合兩個問題。
（1）實現(xiàn)理論基礎教學和應用能力培養(yǎng)相結合針對因該課程數(shù)學基礎較多導致工科學生畏難情緒大，學習熱情不高等問題，在課程數(shù)學理論基礎等知識點方面，側重算法原理的講解而非算法過程的介紹；側重使學生掌握使用現(xiàn)有數(shù)學工具解決工程問題，而非自行編制算法程序求解數(shù)值問題。從而使學生從算法原理和理論基礎中跳出來，提升到知識的應用的層次。
（2）課程內(nèi)容與技術發(fā)展相結合機械設計問題已經(jīng)從求解小規(guī)模單一問題發(fā)展到求解大規(guī)模復雜性問題。因此優(yōu)化方法也從經(jīng)典的優(yōu)化方法發(fā)展到多學科設計優(yōu)化、智能優(yōu)化方法、基于仿真的優(yōu)化等領域。因此課程內(nèi)容應和技術發(fā)展相結合，適當引入先進優(yōu)化方法的介紹。為學生從解決簡單數(shù)值問題過渡到今后解決復雜工程問題提供知識儲備。適應“卓越計劃”提出的培養(yǎng)學生工程能力的要求。
1.2《機械優(yōu)化設計》實驗課程體系的建設
《機械優(yōu)化設計》實驗課程體系的建設主要包括實驗內(nèi)容與實驗項目的設置、制定實驗教學大綱、編寫實驗指導書幾個方面。實驗體系建設的主要目的是使實驗項目設置與工程問題相結合，實驗內(nèi)容與工程實踐所需的綜合性知識應用相適應。
（1）首先在實驗項目設置時，根據(jù)“卓越計劃”的要求，以培養(yǎng)學生的工程能力和知識的綜合運用能力為目標。通過建立知識-能力-實驗內(nèi)容關系矩陣。將各個知識點的能力培養(yǎng)落實到各個實驗項目環(huán)節(jié)。并且實驗項目的設置突出和其他相關課程內(nèi)容、工程問題相結合。避免知識點與工程應用脫節(jié)，從而達到工程技術人才的具備知識的綜合運用能力的培養(yǎng)要求。
（2）其次在實驗項目設置時，對不同類型的實驗項目，優(yōu)化其實驗方法及其目的。主要改革體系現(xiàn)在以下三個方面：算法原理類實驗，避免要求學生采用通用語言編寫成熟優(yōu)化算法的實驗。而采用數(shù)值計算軟件驗證，并要求主要對比分析不同算法的求解過程的特點。工程問題類實驗。側重于工程優(yōu)化問題數(shù)學模型的構建，如何選擇合適的優(yōu)化方法求解。綜合類實驗，和考核環(huán)節(jié)的課程project相結合，采取開放式的實驗方式。側重于培養(yǎng)學生對知識的綜合運用能力、工程素質和合作意識。
1.3《機械優(yōu)化設計》教學方法研究
教學方法有多種，不同的方法有不同的特點和其適應性。本項目研究的一個重要內(nèi)容之一是擬比較幾種方法的特點，將其融入到不同實驗的教學過程中。
（1）對于基礎理論的介紹，以板書教學為主，多媒體教學為輔。這樣有利于學生理解理論基礎，克服學生對數(shù)學推導的畏懼心理。
（2）對于各種算法的介紹，在簡單介紹其原理的基礎上，采用對比教學的方法，側重于各種算法特點和適用性的比較。并應用結合成熟的數(shù)值計算軟件，采取現(xiàn)場實驗教學的方法進行講解。
（3）在考核形式方面。除日常的考核和實驗成績考核以外，結合課程項目教學的方法，讓學生以組為單位完成一個自選的項目（Project），并以組為單位做一個展示（Presentation）。一方面鍛煉學生運用知識綜合解決問題的能力，另一方面培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作和工程素質。
2改革特色及成效
“卓越計劃”強調學生工程實踐能力的培養(yǎng)。因此結合“卓越計劃”的實施契機，在對課程建設中存在的問題進行系統(tǒng)深入地分析的基礎上，經(jīng)過不斷的教學研究與實踐，我?！稒C械優(yōu)化設計》實驗教學已初步形成了特色。并取得了一定的成效。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）在理論教學建設方面實現(xiàn)理論基礎教學和應用能力培養(yǎng)相結合；課程內(nèi)容與技術發(fā)展相結合。從而使學生從算法原理和理論基礎中跳出來，提升到知識的應用的層次。適應“卓越計劃”提出的培養(yǎng)學生工程能力的要求。
（2）在實驗課程建設方面根據(jù)“卓越計劃”的要求，以培養(yǎng)學生的工程能力和知識的綜合運用能力為目標。通過建立知識-能力-實驗內(nèi)容關系矩陣。將各個知識點的能力培養(yǎng)落實到各個實驗項目環(huán)節(jié)。并針對不同類型實驗，優(yōu)化其實驗方法。
篇2
關鍵詞：超大型平頭塔式起重機；平衡臂；優(yōu)化設計；有限元
中圖分類號：TH2文獻標識碼：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著有限元技術的不斷發(fā)展，計算機輔助設計在塔式起重機關鍵組成部件的優(yōu)化分析設計中得到了廣泛應用。計算機輔助設計及有限元分析技術的引進使用，使得塔機產(chǎn)品使用起來更加安全和高效。超大型平頭塔式起重機作為塔機發(fā)展的方向，其結構復雜，工況多樣，僅僅對其進行整體的綜合系統(tǒng)設計是不夠的，更應該關注其細節(jié)結構設計分析，關注計算機優(yōu)化設計。
本論文選取T3000160超大型平頭塔式起重機作為研究對象，利用計算機輔助設計技術對平衡臂結構進行有限元建模分析，使用APDL算法完成平衡臂結構的優(yōu)化設計，達到降本增效的目的。
2Ansys有限元分析優(yōu)化設計的有關概念121設計變量設計方案完成后，其中的設計元素可以用一組基本參數(shù)數(shù)值來表示，這一組參數(shù)數(shù)值就是所謂的設計變量。
22目標函數(shù)
在產(chǎn)品結構設計中，可以利用一些設計指標衡量一項設計方案的好壞，通過把設計指標參數(shù)化得到相關函數(shù)來表示這些指標，這些相關函數(shù)即是優(yōu)化設計的目標函數(shù)。
計算技術與自動化2017年6月第36卷第2期郭紀斌等：基于Ansys的超大型平頭塔式起重機平衡臂優(yōu)化設計23約束性條件
所謂約束性條件是在對與目標函數(shù)相關的設計變量進行取值時加入的限制性條件。約束類型按照目標函數(shù)中設計變量的不同性質可分為邊界性約束和性能性約束。
24合理性設計
所謂合理性設計是指滿足設計方案所有給定約束條件（包括設計變量的約束和狀態(tài)變量的約束）的設計。倘若給定約束條件中的任一條未滿足，該設計就被認為是不合理的。而最優(yōu)設計就是既能滿足所有約束條件同時目標函數(shù)值又是最小的設計。
3超大型平頭塔機平衡臂優(yōu)化設計的步驟
在Ansys軟件中可以用兩種方式進行結構優(yōu)化設計：圖形交互式或者數(shù)據(jù)批處理來完成。在本論文中，選用數(shù)據(jù)批處理方式來進行平衡臂結構優(yōu)化設計，以期提高優(yōu)化設計效率。
由于用戶采用優(yōu)化方式的差異（批處理或GUI方式），Ansys優(yōu)化設計步驟會有些許差別。本論文中平衡臂優(yōu)化設計步驟如下：
31分析文件的生成1311參數(shù)化建立模型通過Ansys軟件/PREP7命令把設計方案中的設計變量參數(shù)化建立數(shù)據(jù)模型的工作完成。對于本論文選定的T3000160超大型平頭塔式起重機平衡臂，設計變量是拉桿和臂架弦桿的尺寸，如表1所示。
表1設計變量
設計變量1初值（mm）1變量含義X112001平衡臂下弦桿角鋼L200X36的截面長度X21361平衡臂下弦桿角鋼L200X36的截面長度X31651平衡臂拉桿圓鋼Φ130的半徑
312計算求解
Ansys中的求解器主要是對分析類型和分析選項在優(yōu)化過程中進行定義，并完成載荷的施加，及對載荷步的指定，最后進行有限元分析計算，同時在分析過程中需要的數(shù)據(jù)都要在計算求解過程中指出。
在本論文平衡臂的優(yōu)化分析中，solution 部分輸入如下：
/SOLU
PREP7，
…
BEAM，P21X，5，PRES，-0.2c-5，…
Acc1，0，10000，0，
AUTO CP，0，0.65*2，
SOLVE，
FINISH。
313提取參數(shù)化分析結果
對分析結果進行提取并給相應的參數(shù)賦值，這些參數(shù)通常情況下包括目標函數(shù)和狀態(tài)變量。完成本步操作使用POST1命令，尤其是與數(shù)據(jù)的存儲、加減或者其他操作相關時，而對數(shù)據(jù)的提取通常用*GET命令（Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data）來完成。
在本論文研究中，設置平衡臂總重量為目標函數(shù)。因為重量和體積成比例關系，對產(chǎn)品總體積的減小就相當于總重量的減少，因此把總體積設計為目標函數(shù)。在優(yōu)化研究中，把軸向應力、節(jié)點位移設置為狀態(tài)變量。這些參數(shù)的設定可以用下面的方法進行定義：
/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對計算結果優(yōu)化分析
建立完成分析文件之后，就可以利用計算機進行優(yōu)化分析。在優(yōu)化處理器中，這些相關參數(shù)的值被假定為一個設計序列，所有參數(shù)會在Ansys數(shù)據(jù)庫中被自動設置為設計序列1。
4超大型平頭塔機平衡臂優(yōu)化設計結果
通過10次迭代計算完成對模型參數(shù)的優(yōu)化，目標函數(shù)與設計變量的變化如圖1―圖3所示。
圖1設計變量X1優(yōu)化示意圖圖2設計變量X2優(yōu)化示意圖圖3設計變量X3優(yōu)化示意圖通過上面的優(yōu)化示意圖可以看出，三個設計變量都是平衡臂主結構件的截面尺寸，經(jīng)過優(yōu)化計算，截面尺寸都得以減小，而與其相關的目標函數(shù)（平衡臂總體積）有總體減小的趨勢。
在優(yōu)化計算時不僅要減少平衡臂體積，同時其結構對強度和剛度的設計要求也要滿足，所以本研究增設狀態(tài)變量1（平衡臂端部位移）和狀態(tài)變量2（截面危險節(jié)點的應力值）為研究對象，其優(yōu)化過程如圖4―圖5所示。
圖4狀態(tài)變量1優(yōu)化示意圖圖5狀態(tài)變量2優(yōu)化示意圖從兩個狀態(tài)變量的優(yōu)化過程可以看出，在經(jīng)過多次迭代優(yōu)化后各狀態(tài)變量值變量均在設定值范圍內(nèi)變化，變化非常小。
目標函數(shù)的最優(yōu)解在Ansys優(yōu)化設計過程可以自動選出，在本論文中得出的最優(yōu)解見表2。
由優(yōu)化計算結果可以看出，平衡臂總質量由18.87噸優(yōu)化到了17.13噸，p少了1.74噸，減重百分比為9.22%。與初始設計方案相對比，優(yōu)化后主體結構件截面尺寸減小，從而降低了平衡臂總質量，達到了減輕平衡臂總重量的優(yōu)化設計目標。通過對優(yōu)化模型有限元分析結果的檢查，其結構剛度、強度均符合設計要求，如表2所示。
本論文選用Ansys一階優(yōu)化方法對以平衡臂總質量為目標函數(shù)的方案進行計算優(yōu)化，優(yōu)化后平衡臂結構強度剛度均在設計允許值范圍內(nèi)。通過定義主要結構件尺寸的優(yōu)化，平衡臂總重量減少1.74噸，降幅9.22%。
5結論
本論文以T3000160超大型平頭塔式起重機平衡臂的優(yōu)化設計為研究對象，采用現(xiàn)代設計理論和方法，使用主流有限元分析軟件Ansys完成對平衡臂結構的優(yōu)化分析，其過程主要如下。
（1）建立T3000160塔機平衡臂有限元分析模型，選用BEAM188，MASS21等作為模型分析單元，確保有限元模型結構、重量等參數(shù)的設置符合實際情況。
（2）各項參數(shù)滿足設計方案要求。通過優(yōu)化分析，得到平衡臂主體結構件的最優(yōu)截面尺寸，同時有限元分析結果表明整體結構強度和剛度滿足設計方案需求。
（3）本論文選取T3000160超大型平頭塔式起重機的平衡臂進行有限元分析優(yōu)化設計，為超大型平頭塔式起重機平衡臂及其他相關部件結構的強度分析和設計提供一個理論性的支撐，同時提高工程機械設計質量，縮短設計周期，促進優(yōu)化設計法在起重機設計中的應用。
參考文獻
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篇3
【摘要】減速器是各類機械設備中廣泛應用的傳動裝置。減速器設計的優(yōu)劣直接影響機械設備的傳動性能。本文通過對兩種減速器主要優(yōu)化設計方法的分析，提出了減速器設計中應考慮的約束條件、目標函數(shù)和變量等。
【關鍵詞】減速器優(yōu)化設計
傳統(tǒng)的減速器設計一般通過反復的試湊、校核確定設計方案，雖然也能獲得滿足給定條件的設計效果，但一般不是最佳的。為了使減速器發(fā)揮最佳性能，必須對減速器進行優(yōu)化設計，減速器的優(yōu)化設計可以在不同的優(yōu)化目標下進行。除了一些極為特殊的場合外，通?？梢苑譃閺慕Y構形式上追求最小的體積(重量)、從使用性能方面追求最大的承載能力、從經(jīng)濟效益角度考慮追求最低費用等三大類目標。第一類目標與第二類目標體現(xiàn)著減速器設計中的一對矛盾，即體積(重量)與承載能力的矛盾。在一定體積下，減速器的承載能力是有限的；在承載能力一定時，減速器體積(重量)的減小是有限的。由此看來，這兩類目標所體現(xiàn)的本質是一樣的。只是前一類把一定的承載能力作為設計條件，把體積(重量)作為優(yōu)化目標；后一類反之，把一定的體積(重量)作為設計條件，把承載能力作為優(yōu)化目標。第三類目標的實現(xiàn)，將涉及相當多的因素，除減速器設計方案的合理性外，還取決于企業(yè)的勞動組織、管理水平、設備構成、人員素質和材料價格等因素。但對于設計人員而言，該目標最終還是歸結為第一類或第二類目標，即減小減速器的體積或增大其承載能力。
一、單級圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設計
單級主減速器可由一對圓錐齒輪、一對圓柱齒輪或由蝸輪蝸桿組成，具有結構簡單、質量小、成本低、使用簡單等優(yōu)點。但是其主傳動比i0不能太大，一般i0≤7，進一步提高i0將增大從動齒輪直徑，從而減小離地間隙，且使從動齒輪熱處理困難。單級主減速器廣泛應用于轎車和輕、中型貨車的驅動橋中。單級圓柱齒輪減速器以體積最小為優(yōu)化目標的優(yōu)化設計問題，是一個具有16個不等式約束的6維優(yōu)化問題，其數(shù)學模型可簡記為：
minf(x)x=[x1x2x3x4x5x6]T∈R6
S.t.gj(x)≤0(j=1，2，3∧，16)
采用優(yōu)化設計方法后，在滿足強度要求的前提下，減速器的尺寸大大地降低，減少了用材及成本，提高了設計效率和質量。優(yōu)化設計法與傳統(tǒng)設計密切相關，優(yōu)化設計是以傳統(tǒng)設計為基礎，沿用了傳統(tǒng)設計中積累的大量資料，同時考慮了傳統(tǒng)設計所涉及的有關因素。優(yōu)化設計雖然彌補了傳統(tǒng)設計的某些不足，但該設計法仍有其局限性，因此可在優(yōu)化設計中引入可靠性技術、模糊技術，形成可靠性優(yōu)化設計或模糊可靠性優(yōu)化設計等現(xiàn)代設計法，使工程設計技術由“硬”向“軟”發(fā)展。
二、混凝土攪拌運輸車減速器的優(yōu)化設計
1.主要參數(shù)
混凝土攪拌運輸車攪拌筒(罐)的設計容積為8～10m3，最大安裝角度12°，工作轉速2～4r/min和10～12r/min(卸料時的反向轉速)；減速器設計傳動比131∶1，最大輸出轉矩60kN·m，要求傳動效率高、密封性好、噪聲低、互換性強。2.2結構設計主要包括前蓋組件、被動輪組件、第一級行星輪總成、第二級行星輪總成、機體中部組件和法蘭盤組件6大部分。機體間采用螺栓和銷釘連接與定位，機體與內(nèi)齒圈之間采用彈性套銷的均載機構。為便于用戶在使用時裝配與拆卸，減速器主軸線與安裝面設計有15°的傾角，法蘭盤軸線可以向X、Y和Z方向擺動±6°，并選用專用球面軸承作為支承。軸承裝入行星輪中，彈簧擋圈裝在軸承外側且軸向間隙≤0.2mm，減速器最大外形尺寸467mm×460mm×530mm，總質量(不含油)為290kg。
2.傳動系統(tǒng)設計
該減速器采用3級減速方案：第一級為高速圓柱齒輪傳動，其余兩級為NGW型行星齒輪傳動。其中，第二、三級分別有3個和4個中空式行星輪，行星輪安裝在單臂式行星架上，行星架浮動且采用滾動軸承作為支承；第二級行星架與法蘭盤之間采用鼓形齒雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器連接，混凝土攪拌運輸車減速器對齒面接觸疲勞強度、齒根彎曲疲勞強度和齒面磨損等要求十分苛刻，因此合理地選擇變位系數(shù)和進行修形計算十分重要。
三、減速器優(yōu)化設計的數(shù)學模型
1.目標函數(shù)
對于C型問題，目標函數(shù)是A=min{f(x)}=min{f(x1，x2，…，xn)}式中：A——減速器總中心距，即各級中心距之和；x——各設計變量(包括各級中心距、模數(shù)、螺旋角、齒數(shù)、齒寬和變位系數(shù)等)；n——設計變量的個數(shù)。對于P型問題，目標函數(shù)是P=max{f(x)}=max{f(x1，x2，…，xn)}。式中：P——減速器的許可承載功率；x——同C型；n——同C型。
2.約束條件
約束條件是判斷目標函數(shù)中設計變量的取值是否可行的一些規(guī)定，因此減速器優(yōu)化設計過程中提出的每一個供選擇的設計方案；都應當由滿足全部約束條件的優(yōu)化變量所構成。對于減速器來說，在列出優(yōu)化設計的約束條件時，應當從各個方面細致周全的予以考慮。例如，設計變量本身的取值規(guī)則，齒輪與其它零件之間應有的關系等等。減速器優(yōu)化設計應考慮以下約束條件：
（1）設計變量取值的離散性約束
齒數(shù)：每個齒輪的齒數(shù)應當是整數(shù)；模數(shù)：齒輪模數(shù)應符合標準模數(shù)系列(GB1357-78)；中心距：為避免制造和維護中的各種麻煩，中心距以10mm為單位步長。
（2）設計變量取值的上下界約束
螺旋角：對直齒輪為零，斜齒輪按工程上的使用范圍取8°~15°；總變位系數(shù)：由于總變位系數(shù)將影響齒輪的承載能力，常取為0~0.8。
（3）齒輪的強度約束
齒輪強度約束是指齒輪的齒面接觸疲勞強度與輪齒的彎曲疲勞強度，這兩項計算根據(jù)國家標準GB3480-83中的方法進行。強度是否夠，根據(jù)實際安全系數(shù)是否達到或超出預定的安全系數(shù)進行檢驗。
（4）齒輪的根切約束
為避免發(fā)生根切，規(guī)定最小齒數(shù)，直齒輪為17，斜齒輪為14~16。
（5）零件的干涉約束
要求中心距、齒頂圓和軸徑這三者之間滿足無干涉的幾何關系。對于三級傳動的減速器(如圖1)，干涉約束相當于兩個約束：第二級中心距應大于第一級大齒輪齒頂圓半徑與第三級小齒輪頂圓半徑之和；第三級中心距應大于第二級大齒輪頂圓半徑與第4軸半徑之和。而二級齒輪傳動類推。
篇4
關鍵詞：項目教學法；計算機仿真；創(chuàng)新；實踐
一、前言
研究生教學有其突出的特點，他們中多數(shù)人理論基礎扎實，獲取書本知識能力強。但同時也存在創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力不足、工程應用背景不夠的缺點。本人通過十多年研究生教學的實踐，結合本學院研究生專業(yè)方向、課程內(nèi)容針對性強等特點，對如何在研究生教學改革中突出培養(yǎng)學生的自學能力、創(chuàng)新能力，增強學生的創(chuàng)新意識與工程應用能力等問題進行了一些改革創(chuàng)新。
二、課程定位及課程特點
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，科學研究的深入與計算機軟、硬件的發(fā)展，計算機仿真技術已成為分析、綜合各類系統(tǒng)，特別是大系統(tǒng)的一種有效研究方法和有力的研究工具，計算機仿真技術已經(jīng)廣泛應用在各技術領域、各學科內(nèi)容和各工程部門。仿真技術已經(jīng)在國防軍事、國民經(jīng)濟、社會生活的眾多領域發(fā)揮了重要的作用，國內(nèi)外眾多學者認為，仿真技術“正在成為與理論、實驗并列的第三種認識和改造客觀世界以及科學研究的手段”，因此仿真技術被認為是“使能”技術。計算機仿真技術是仿真科學與技術涉及到的有關具體仿真技術中最為基礎的部分，具有綜合性、多學科交叉等特點。為了拓寬機械工程專業(yè)基礎，提高培養(yǎng)對象的整體素質，更好地適應社會對機械工程專業(yè)人才的需求，高校工科專業(yè)的研究生應掌握一定的計算機仿真知識與技能。計算機仿真技術課程是我校機械工程學院面向所有研究生各專業(yè)方向的研究生開設的一門專業(yè)基礎課程，考慮專業(yè)應用需求并結合教學實踐情況，課程目的是通過本課程的學習，要求學生掌握計算機仿真技術方面的基本理論，基本知識和基本技能，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，為今后分析、綜合各類工程系統(tǒng)或非工程系統(tǒng)提供一種有力的工具，以便能靈活應用所學的計算機仿真技術為本專業(yè)工作服務。一方面，基于仿真技術課程的內(nèi)容方法較多，實踐性強的特點；另一方面，授課對象專業(yè)方向較多、授課學時有限等特點，如何解決在有限的教學課時內(nèi)講授內(nèi)容繁多的仿真內(nèi)容、對計算機仿真技術課程進行教學方法和手段的改革探索和實踐，以達到計算機仿真技術教學目標。
三、教學內(nèi)容的設置和教學方法的選擇
課程開設初期，由于只是機械電子工程專業(yè)方向的同學選修，所以所講內(nèi)容基本針對該專業(yè)方向進行設置。隨著選修人數(shù)的不斷增加，以及選修學生所屬專業(yè)方向的擴大，專業(yè)方向包括：機械制造及其自動化、機械電子工程、機械設計及理論、車輛工程、機械工程（專業(yè)學位）等，基本涵蓋了機械工程學院的所有專業(yè)方向。計算機仿真技術課程涉及多個交叉學科，緊密相關的課程包括數(shù)值計算方法、計算機編程、計算機圖形學、高等數(shù)學、自動控制原理、現(xiàn)代控制理論、優(yōu)化設計等課程。如何講出本課程的特點，并充分結合相關課程內(nèi)容，必須在教學內(nèi)容的選排上下功夫。項目教學法是一種以任務驅動、以項目為基本教學單元，將理論教學和實踐教學有機融合在一起，強調綜合能力的培養(yǎng)在研究生教育中的重要性，突出學生在整個教學過程中的主體地位。因此，為了滿足各個專業(yè)方向學生的要求，使他們能夠掌握一門工程分析技術，為后續(xù)的學術論文和碩士學位論文的撰寫提供計算、分析和仿真手段，本人在講授該門課程的過程中，逐年對教學內(nèi)容、教學手段和教學考核方法等不斷進行調整和完善。1.采取項目專題方式進行教學內(nèi)容的講授，調整授課內(nèi)容，采用專題教學方法使課程主題內(nèi)容分明，有利于將仿真方法講深、講透。2.擴展所授課程內(nèi)容涵蓋的范圍，包括數(shù)值計算、優(yōu)化設計、圖形可視化、控制系統(tǒng)特性仿真、控制系統(tǒng)設計以及與外部軟件的接口等內(nèi)容，以滿足各專業(yè)方向學生的需求。3.增加與課程相結合的實驗教學內(nèi)容。計算機仿真技術本來是實踐性很強的綜合性技術，仿真技術本身是在對控制系統(tǒng)分析的過程中不斷完善和發(fā)展起來的。因此并結合各個專業(yè)研究生的不同研究方向，靈活設計若干個專題實驗，使學生學以致用，培養(yǎng)學生將該門課程應用于實際工程的能力。4.采用多個工程應用實例進行教學，從系統(tǒng)應用、數(shù)學建模、仿真建模、模型求解以及特性分析等，使學生從生產(chǎn)實際認知的研究對象，提升到理論高度的學習，應用所學的各科理論知識和技術手段，進行數(shù)學建模、仿真建模的建立，并對模型求解以及特性進行分析，獲得直觀結果，提高學生學習興趣，最終解決實際工程問題，培養(yǎng)學生解決工程實例問題的能力。5.結合學科前沿，進行課堂討論。研究生在初步掌握了對系統(tǒng)的模型、仿真算法設計、仿真及結果分析這一流程后，為強化計算機仿真在實際工程的應用概念，在此基礎上，以項目形式，開展課程學科前沿以及將該門課程與現(xiàn)代技術融合等專題討論。6.增加實驗環(huán)節(jié)，培養(yǎng)研究生工程實際應用能力。利用各種平臺，擴充計算機仿真技術資料，提供最新的仿真案例，結合教學團隊的科研課題，設計實驗項目，培養(yǎng)研究生工程實際應用能力。
四、項目教學法的教學效果
基于項目教學法計算機仿真技術課程的教學方法改革與實踐，滿足機械工程學院各個專業(yè)方向研究生的需求，教學方法和手段的完善，使研究生自主學習能力、創(chuàng)新能力和工程應用能力等得到了進一步的提高。計算機仿真技術作為工科研究生的必備研究手段和技術，使學生掌握一門工程分析技術，為后續(xù)的課題研究、學術論文和學位論文的撰寫提供計算、分析和仿真手段。近五年的每年30—40人研究生選課，工程碩士每年20人左右選課，課程得到了各專業(yè)方向研究生的普遍認同。本人指導的研究生，發(fā)表與該課程相關的學術論文近20篇，撰寫的碩士論文均用到計算機仿真技術。
五、結束語
篇5
早期工作主要針對大批量生產(chǎn)自動線和各類專用機床。70年代，在我國首次自行研制出立式和臥式加工中心。80年代，開始將信息技術引入傳統(tǒng)的制造業(yè)并成為國內(nèi)最重要的研究力量。在CAD/CAM、柔性自動化、精密加工以及數(shù)控方面開始艱苦的創(chuàng)業(yè)。90年代，本學科在制造業(yè)信息化、激光加工自動化、大型醫(yī)療裝備方面的研究富有成效，尤其是在數(shù)控技術和制造業(yè)信息化方面取得了突破性進展，今天已形成相當規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，總產(chǎn)值已超過5億元，在數(shù)控和CAM/CAM/CAPP方面當屬中國高校之最。進入21世紀后，本學科在數(shù)字制造、電子制造、微納制造、工業(yè)工程等交叉學科領域開展了諸多具有創(chuàng)新性的研究工作，并成為國內(nèi)在相關研究領域的排頭兵。
目前，本學科已經(jīng)形成了具有活力的學科方向及實力強且結構合理的學術隊伍，建立了高水平的教學、科研基礎平臺，形成了學、研、產(chǎn)協(xié)調發(fā)展的態(tài)勢，主要研究方向及其特色與前景如下：
1．數(shù)控技術與系統(tǒng)
此方向的研究與開發(fā)在國內(nèi)處于水平，研究成果已轉化成有相當規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，年產(chǎn)值超過5億元?，F(xiàn)正在開發(fā)研究新一代的智能的、網(wǎng)絡化的數(shù)控系統(tǒng)。
2．先進裝備及其技術
結合國家支柱產(chǎn)業(yè)、國防、醫(yī)療等行業(yè)對關鍵裝備的需求，研制實用高水平裝備；參與企業(yè)重大關鍵裝備或重型機床的數(shù)控化改造；研制數(shù)值化基礎部件、先進功能部件及新型數(shù)字化裝備。
3．制造業(yè)信息化技術
此方向的研究與開發(fā)在國內(nèi)處于前列，在CAD/CAM/CAPP方面的研究工作已形成較大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，其中CAD和CAPP所占國內(nèi)市場超過70％。在數(shù)字化樣機、虛擬設計、多學科優(yōu)化設計等方面的研究處于國內(nèi)水平。
4．數(shù)字化制造
面向能源、運載、國防等領域的重大需求，在數(shù)字制造基礎理論研究方面國內(nèi)并具有較大的國際影響，承擔了以我校為首席的973項目、國家自然科學基金重大、重點項目，研究工作具有國內(nèi)水平。
5．現(xiàn)代設計理論與方法
以設計為主線，以機械、汽車等為載體，在機電系統(tǒng)動力學、動態(tài)、熱態(tài)設計理論與方法、智能設計、優(yōu)化設計、振動噪聲及其控制、系統(tǒng)動力學與性能仿真、NVH分析與控制、測試與主動控制技術方面的研究具有特色。
6．液壓氣動技術
緊密結合國防需求，開展海、淡水液壓系統(tǒng)及其元件的研發(fā)及電液比例、伺服系統(tǒng)與控制技術的研究；以FESTO氣動中心為基地，開展氣動伺服技術的基礎理論、新型氣動元件、電液/電-氣伺服技術的研究。作為非國防口院校，此方向持續(xù)得到軍方重大項目及基地建設的支持。
7．測試技術與無損檢測
開展測量原理、實用儀器和自動檢測裝備以及評定理論與方法的研究；組建了教育部制造技術國際標準研究中心，開展GPS標準計量基礎理論與技術的研究；針對輸油、儲油及大型工程中安檢的需求，開展數(shù)字化無損檢測的理論研究和實用裝備開發(fā)，實現(xiàn)了學、研、產(chǎn)良性循環(huán)發(fā)展。
本學科較之國內(nèi)同類學科的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：
·學術隊伍：五位院士領銜，一批中青年骨干，包括長江學者9人，杰出青年基金4人，總裝備部先進制造領域專家組組長1人，國家863先進制造領域專家組成員1人，教育部創(chuàng)新團隊1個
·學科基地：數(shù)字制造與裝備技術國家重點實驗室
制造裝備數(shù)字化國家工程研究中心
國家數(shù)控系統(tǒng)工程技術研究中心
國家CAD支撐軟件工程技術研究中心
教育部制造技術國際標準研究中心
·學術地位：機械學科教學指導委員會主任委員單位
機械設計制造及其自動化教學指導分委員會主任委員單位
國家自然科學基金重大項目、民口軍口973項目牽頭單位
·學術成就：獎勵（國家科技進步二等獎四項）
全國百篇優(yōu)秀博士論文三篇
獲得了國際SME大學獎
·學科產(chǎn)業(yè)：研究開發(fā)促進規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成（華中數(shù)控、天喻信息、天喻軟件、開目軟件）
學院在強化自身建設的同時，還先后與美、英、德、日、韓、俄、澳大利亞、新加坡、香港等多所大學、研發(fā)機構和企業(yè)建立了廣泛的合作辦學和合作研究關系，為引進和培養(yǎng)一流的國際型人才，積極參與國際競爭與合作奠定了基礎。近十年來，學院承擔并完成國家和企業(yè)的科研項目近千項，獲國家科技進步獎9項、國家技術發(fā)明4項、省部級科技進步獎100余項。1999年以機械學院為核心的華中科技大學CIMS中心，榮獲了國際制造工程師（SME）頒發(fā)的大學獎。今天的機械科學與工程學院形成了自己的學科優(yōu)勢和辦學特色。它是國內(nèi)高校同行中有競爭力的學院之一。
全日制博士研究生招生含直博生、碩博連讀生、提前攻博生和統(tǒng)考生，其中2014年博士碩博連讀比例約為45%，直博比例約為25%。
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學術學位招生目錄 學科專業(yè)名稱及代碼、
研究方向
招生
人數(shù)
考試科目
備注
100機械科學與工程學院
080201機械制造及其自動化
機械類考生考試科目：
①2213 控制理論
2215 優(yōu)化設計
2201 高等工程數(shù)學(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
②1101 英語
③3311 電子技術(二)
3312 計算機圖形學及算法實現(xiàn)
3314 工程測試與信號分析
(2213、2215、2201選一) ( 3311、3312、3314選一)
光電子類、信息類考生考試科目：
①2201 高等工程數(shù)學(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
②1101 英語
③3355 半導體光電子學
3364 微機原理與接口技術）
（3355、3364 選一)
080202機械電子工程
機械類考生考試科目：
①2213 控制理論
2215 優(yōu)化設計
2201 高等工程數(shù)學(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
②1101 英語
③3311 電子技術(二)
3312 計算機圖形學及算法實現(xiàn)
3314 工程測試與信號分析
(2213、2215、2201選一) ( 3311、3312、3314選一)
光電子類、信息類考生考試科目：
①2201 高等工程數(shù)學(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
②1101 英語
③3355 半導體光電子學
3364 微機原理與接口技術）
（3355、3364 選一)
080203機械設計及理論
機械類考生考試科目：
①2213 控制理論
2215 優(yōu)化設計
2201 高等工程數(shù)學(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
②1101 英語
③3311 電子技術(二)
3312計算機圖形學及算法實現(xiàn)
3314 工程測試與信號分析
(2213、2215、2201選一) ( 3311、3312、3314選一)
光電子類、信息類考生考試科目：
①2201 高等工程數(shù)學(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
②1101 英語
③3355 半導體光電子學
3364 微機原理與接口技術）
（3355、3364 選一)
080204車輛工程
機械類考生考試科目：
①2213 控制理論
2215 優(yōu)化設計
2201 高等工程數(shù)學(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
②1101 英語
③3311 電子技術(二)
3312計算機圖形學及算法實現(xiàn)
3314 工程測試與信號分析
(2213、2215、2201選一) ( 3311、3312、3314選一)
光電子類、信息類考生考試科目：
①2201 高等工程數(shù)學(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
②1101 英語
③3355 半導體光電子學
3364 微機原理與接口技術）
（3355、3364 選一)
0802Z1工業(yè)工程
機械類考生考試科目：
①2213 控制理論
2215 優(yōu)化設計
2201 高等工程數(shù)學(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
2244運籌學（限工業(yè)工程專業(yè)考生選考）
②1101 英語
③3311 電子技術(二)
3312 計算機圖形學及算法實現(xiàn)
3314 工程測試與信號分析
3336 生產(chǎn)計劃與控制（限工業(yè)工程專業(yè)考生選考）
(2213、2215、2201、2244選一) ( 3311、3312、3314、3336選一)
光電子類、信息類考生考試科目：
①2201 高等工程數(shù)學(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
②1101 英語
③3355 半導體光電子學
3364 微機原理與接口技術）
（3355、3364 選一)
080402測試計量技術及儀器
①2201 高等工程數(shù)學(含矩陣論、數(shù)值計算方法與數(shù)理統(tǒng)計)
②1101 英語
③3314 工程測試與信號分析
3315 誤差理論與數(shù)據(jù)處理
3355 半導體光電子學
3364 微機原理與接口技術
3522 互換性與技術測量
( 3314、3315、3355、3364、3522選一)
專業(yè)學位招生目錄 學科專業(yè)名稱及代碼、
研究方向
招生
人數(shù)
考試科目
備注
100機械科學與工程學院
085272先進制造
①2309 專業(yè)基礎課
②1107 外語實際應用能力
③3546 專業(yè)素質和專業(yè)能力
篇6
起重機減速器作為機械傳動的一種重要形式，直接關系著動力傳遞的效率與可靠性。但隨著起重機對傳動系統(tǒng)的要求向高速、重載、輕量化方向的發(fā)展，開展對齒輪傳動系統(tǒng)的強度、振動噪聲等領域的研究已經(jīng)成了該領域的主要課題。應用常規(guī)的方法，固然可以完成普通減速器的設計。但減速器的高速、重載、輕量化等特殊工況的要求，導致系統(tǒng)的強度、振動、噪聲，以及尺寸、結構型式等都會直接或者間接地影響減速器的工作狀態(tài)和工作效率。起重機減速器箱體、軸以及齒輪的強度會影響到減速器的使用壽命，它們的結構設計的好壞，直接影響到整個減速器的動態(tài)性能。
1 系統(tǒng)總體設計
根據(jù)減速器結構以及各關鍵零部件，利用ANSYS的APDL語言生成了箱體、軸以及齒輪的參數(shù)化模型。同時對各關鍵零部件的邊界條件以及載荷加載進行參數(shù)化處理，實現(xiàn)了強度分析以及模態(tài)分析的參數(shù)化。在此基礎上，基于VC++開發(fā)平臺，編制了VC++與ANSYS的通信接口函數(shù)，并且能夠實現(xiàn)對ANSYS路徑的自動找尋與調用。
1.1 分析系統(tǒng)總體架構
起重機減速器分析軟件具有以下模塊：用戶信息管理與登陸模塊、齒輪參數(shù)化模型與分析模塊、軸的參數(shù)化模型與分析模塊以及箱體的參數(shù)化模型與分析模塊，結果瀏覽與保存模塊。系統(tǒng)總體功能框圖如圖1所示：
圖1 系統(tǒng)功能框圖
1.2開發(fā)流程
根據(jù)軟件開發(fā)的一般流程，建立了相應的程序子模塊，對減速器關鍵零部件建模、分析、數(shù)據(jù)管理進行了封裝與參數(shù)化實現(xiàn)，提高了代碼的可移植性與利用率。軟件的具體實現(xiàn)主要通過圖2所示流程，整個軟件的開發(fā)也是以此為基礎的。
圖2軟件實現(xiàn)流程
2減速器優(yōu)化分析系統(tǒng)的實現(xiàn)
由于要實現(xiàn)的是后臺調用ANSYS程序，就必須實現(xiàn)ANSYS路徑的自動找尋。在本節(jié)中，主要討論所開發(fā)的系統(tǒng)是如何利用界面程序與ANSYS進行通信的，這其中主要包括ANSYS路徑的尋找以及通信接口的實現(xiàn)。
2.1 ANSYS路徑的找尋
要實現(xiàn)在后臺調用ANSYS就必須能夠找尋到ANSYS的安裝路徑，為了實現(xiàn)這一功能，本節(jié)設計了自動找尋函數(shù)來實現(xiàn)。其中的關鍵代碼如下：
/***********************************************************/
/*接口函數(shù)實現(xiàn) */
/*********************************************************/
void StrLink（char * pBase，char * pTarget，const char *pAdd）//增長字符串
{
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）//增長字符串
{
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）與void StrLink（char * pBase，char * pTarget，char *pAdd）這兩個函數(shù)，本文才實現(xiàn)了對ANSYS啟動路徑的自動搜尋，這是實現(xiàn)后臺調用的關鍵。
2.2 VC++與ANSYS通信接口實現(xiàn)
ANSYS提供了多個接口以實現(xiàn)與外部程序的通信，包括在不同平臺上的使用命令，具體不同的函數(shù)的使用規(guī)則用戶可以參考ANSYS的用戶手冊查閱，用以下方式進行調用：
以system函數(shù)實現(xiàn)調用，具體的形式為：
system （"ANSYS路徑" -b -p -i d：＼＼gear.txt -o d：＼＼gear.out "）
“ANSYS”路徑指ANSYS的安裝路徑，本文通過自動搜尋實現(xiàn)。-b表示ANSYS為批處理模式，-p表示圖形輸出定義，-i表示輸入，d：＼＼gear.txt表示生成的LOG文件的位置及名稱，-o表示輸出，d：＼＼gear.out表示輸出的文件路徑及名稱。
2.3 軟件實現(xiàn)界面
軟件主要包括四個模塊，用戶信息管理模塊、軸分析模塊、齒輪分析模塊、箱體分析模塊以及查看結果模塊，還有幫助系統(tǒng)。其中的用戶信息管理模塊主要用來對用戶的注冊信息進行管理；軸分析模塊、齒輪分析模塊以及箱體分析模塊主要完成對三類主要零部件的參數(shù)化建模與分析過程，其結果將會根據(jù)用戶的具體設置進行保存。結果查看模塊主要完成對結果文件的瀏覽與分析。其中部分軟件的功能界面如圖3～5所示：
圖3 軟件主界面
圖4 低速軸的設置及求解設置對話框
圖5 低速軸的模態(tài)結果瀏覽
其中在求解設置模塊中，專門設置了對后臺程序運行狀態(tài)的監(jiān)控信息，通過這一信息的瀏覽，可以實時的得知后臺程序的運行情況，如圖5所示。
所開發(fā)的軟件，主要是對起重機減速器關鍵部件進行參數(shù)化分析，包括三個軸，兩對嚙合的齒輪以及上下箱體，其中對話框的數(shù)據(jù)輸入界面基本一致，只是相關參數(shù)的差異，在此不再一一列舉每一個對話框的輸入界面。需要說明一點的是在對箱體的建模中，直接把上下箱體作為一個整體來進行建模。這樣的簡化提高了建模的效率，同時對結果的影響也很小。分析的結果保存在相應的文件夾中，可以隨時提取瀏覽。
3結論
在ANSYS環(huán)境下的各關鍵零部件的APDL參數(shù)化程序，在VC++平臺上設計了通信接口，并實現(xiàn)了啟動路徑的自動搜尋。通過界面參數(shù)輸入，生成指定目錄下的LOG文件，實現(xiàn)模型建立與分析過程的參數(shù)化。設置了后臺程序的運行狀態(tài)監(jiān)控信息，并運用數(shù)據(jù)庫技術，對用戶信息以及結果數(shù)據(jù)進行保存整理，開發(fā)出了起重機減速器的優(yōu)化設計分析系統(tǒng)，實現(xiàn)了對減速器關鍵零部件的參數(shù)化分析。為起重機減速器相關零部件的進一步改進設計提供了依據(jù)。
參考文獻
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篇7
【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(jīng)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(chǎn)機械中，電動機的容量主是根據(jù)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(nèi)，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(jīng)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(jù)生產(chǎn)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(nèi)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(shù)），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(jù)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(jīng)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(jù)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(jīng)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=KPTN1/2nLmax1/2αnPL?？梢姡栌萌萘恐灰笥谪撦d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PN1/2PL?？梢姡瑢τ诤愎β守撦d，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(nèi)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(nèi)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(xiàn)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(nèi)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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篇8
關鍵詞：凸輪；真空斷路器；Adams；合閘速度；合閘簧
0 引言
真空斷路器是電力系統(tǒng)中最主要的控制和保護設備，對電網(wǎng)的安全運行起著關鍵的作用，根據(jù)近幾年的調查統(tǒng)計，在真空斷路器的故障中，機械故障占主要部分，而且不少電氣故障也是由機械故障造成的，數(shù)據(jù)顯示這些故障中70%～90%以上屬于操作機構故障[1]。因此，提高真空斷路器的可靠性的主要手段還是改進操作機構，這樣對整個電力系統(tǒng)的正常運行和供電質量具有十分的重要意義。
操作機構按照驅動方式通常分為：手動、電動、氣動、液壓、電磁、彈簧[2]，而彈簧操作機構是目前真空斷路器中最常采用的一種操作機構，這種機構最核心的部件是凸輪-連桿機構，連桿機構起到傳遞運動的作用，而凸輪機構決定了輸出特性[3-4]。因此，在滿足技術要求的前提下，合理設計凸輪機構，可以減少合閘簧的輸出功，從而緩解整個斷路器所受沖擊，提高其可靠性及壽命[5-6]。
以往凸輪設計大多還是依靠經(jīng)驗，或者參照同類產(chǎn)品中已有的凸輪，找出運動規(guī)律[7]，并通過試驗―修改―試驗的方式驗證其是否滿足設計要求。上述方法的整個設計過程是被動的，對研發(fā)人員的經(jīng)驗和設計水平要求較高，而且整個過程的設計周期長、成本高。
本文采用運動學分析軟件Adams對真空斷路器合閘過程進行仿真，研究其凸輪運動軌跡與合閘簧及合閘速度的關系，有針對性的改變凸輪輪廓曲線，使其滿足產(chǎn)品設計要求，解決以往產(chǎn)品反復試制的難題。
1 斷路器仿真模型的建立
本公司某型號真空斷路器操作機構原理分別如圖1所示，凸輪2在合閘簧1作用下，擠壓拐臂4上的滾輪3帶動拐臂5轉動、同時壓縮分閘簧6、連板7繞支點旋轉壓縮觸頭簧8實現(xiàn)真空滅弧室9動靜觸頭關合。
圖1 斷路器操作機構原理圖
1.合閘簧2.凸輪3.滾輪 4.拐臂5.拐臂6.分閘簧7.連板8.觸頭簧9.滅弧室
本文采用三維軟件UG對真空斷路器進行整體建模，并將其以ParaSolid格式導出，然后再將該文件導入Adams中，在Adams中進行斷路器合閘仿真。
建立Adams運動學模型時作如下假定：
1） 所有零件都是剛體，各運動副均為剛性連接，不考慮運動副間的摩擦力；
2） 研究凸輪、動觸頭等相關運動特性，斷路器框架本體相對地面靜止不動。
模型的主要參數(shù)設定如下：
合閘簧（初定）Fmax=2700N，K=29N/mm 分閘簧Fmin=600N，K=25N/mm
觸頭簧Fmin=2000N，K=300N/mm 動觸頭質量：2kg/個 觸頭自閉力120N
2 凸輪的優(yōu)化設計
通過對原始凸輪的合閘模型仿真，分別計算出合閘速度為0.96m/s（理論值0.4～0.8m/s），凸輪轉過16.5°動觸頭開始合閘，轉過57.5°合閘完成。合閘速度已經(jīng)超出了理論值范圍，所以有必要對凸輪進行優(yōu)化設計才能使動觸頭的合閘速度滿足技術要求，圖2是新舊凸輪輪廓線對比圖。
圖2 新舊凸輪對比圖
曲線1：原始凸輪 曲線2：改進后凸輪
對改進后的凸輪合閘模型進行仿真，分別計算出凸輪轉過24.3°動觸頭開始合閘，轉過59.5°合閘完成，雖然推遲了凸輪合閘時間，理論上合閘速度應該提高，但本文通過調節(jié)合閘簧的力值（由原來2700N減小為2400N），由圖7計算出合閘速度為0.78m/s，滿足技術要求（理論值0.4～0.8m/s），同時也減少了合閘簧的出力。
零件的疲勞壽命與零件的應力、應變水平有關，它們之間的關系可以用應力一壽命曲線（σ-N曲線）表示，其數(shù)學表達式為
式中：？滓-零件的最大應力； N-零件的應力循環(huán)次數(shù)；m-零件常數(shù)，其值一般為 6～9。
本文通過改變凸輪的輪廓曲線，合閘簧的出力減少了11%，可以認為與之有關的零件的值也相應減少11%，即
式中：？滓1為合閘簧力值減少后零件的最大應力，如果取 m=8，則有
式中： N1-合閘簧的出力減少后零件的循環(huán)次數(shù)。
由上式可求得
計算結果表明，與其相關零件的循環(huán)次數(shù)是原來的2.25倍，從而提高了零件在機構中的使用壽命，此外由于合閘簧的出力減小，使得整個機構的振動也會相應減小，其可靠性也會得到顯著改善。
3 結語
本文采用Adams動力學仿真軟件，對本公司某型號真空斷路器進行合閘過程的仿真，結果表明凸輪起始接觸點對動觸頭合閘速度有一定的影響。通過優(yōu)化凸輪輪廓曲線，在保證合閘速度滿足技術要求前提下，降低合閘簧的出力，從而提高了整個真空斷路器的可靠性及壽命，使輸出特性與負載特性更好的匹配，對樣機的后期試制有一定的指導作用?！?/p>
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篇9
關鍵詞：機床床身；變形；ANSYS
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.034
0 緒論
機床床身的變形嚴重影響機床加工精度，為此國內(nèi)外學者針對床身引起的機床精度損失開展了相應的研究工作。李艷[1]以牛頭式電火花加工機床為研究對象進行了仿真分析，Z軸施加配重，而且有利于減小機床的變形；李初曄[2]利用有限元對數(shù)控龍門銑床的承載變形進行了分析；呂亞楠[3]針對并聯(lián)機床的靜剛度進行了仿真分析；朱祥[4]利用有限元軟件建立了大型落地式鏜銑床TKS6916整機模型。田楊等[5]應用有限元-邊界元耦合的方法建立了重型數(shù)控機床-基礎系統(tǒng)的承載變形模型，并將光纖技術引入到承載變形檢測中。
由于機床床身的復雜性，單純的進行仿真分析必然浪費大量的計算資源，本文將床身考慮成超靜定梁，建立了理論模型，通過仿真分析驗證了理論模型的正確性，從而可應用該模型進行床身變形分析，為機床設計提供了簡單、可行的計算方法。
1 理論模型
機床床身與混凝土基礎通過地腳螺栓固接，因此可視機床床身為如圖1所示的超靜定梁，本文通過分段獨立的積分法求得梁結構的撓度方程。
由材料力學知識可知梁的撓曲線近似微分方程有：
對于段：通過一次積分得到轉角方程：
通過再一次積分得到撓曲線方程：
段：通過一次積分得到轉角方程：
通過再一次積分得到撓曲線方程：
利用如下位移邊界條件、力邊界條件和連續(xù)條件解得積分常數(shù)、（）
，…，，
2 床身變形仿真分析
通過CAD軟件與CAE軟件的無縫對接，本文應用大型CAD軟件UG建立機床三維模型，導入ANSYS中進行床身變形仿真計算，在施加約束過程中，論文選擇直接對底部滑座施加載荷，免去機床橫梁與立柱的有限元計算，通過多次嘗試選擇網(wǎng)格大小為0.2m的網(wǎng)格劃分網(wǎng)格，將機床自重的一半施加到滑座上，從而完成床身的有限元分析，得到的有限元仿真云圖如圖2所示。
3 結論
論文將機床床身簡化成超靜定梁，應用工程力學知識推導了梁結構的變形方程，通過CAD與CAE軟件無縫接口技術，對床身部分進行了有限元的仿真分析。通過仿真分析，驗證了床身變形理論模型的正確性，為機床的設計提供了一種直觀的計算方法，解決了依靠分析軟件進行的復雜仿真問題。
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