时间：2023-09-17 15:04:15
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇机械原理中构件的定义，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
摘 要：机构运动方案在整个机械设计过程中起着关键作用，决定着机器的质量，一个好的机构运动方案就是一个创造发明。
关键词：机构运动；运动方案；方案评价
中图分类号：THll2 文献标识码：A
机械产品实现不同的功能，因而执行机构的运动方式及运动规律自然也是多种多样的。又由于能够实现同一种运动转变的运动方式往往有许多种，为实现同一个运动方案，在运动方式的选择上有很大的灵活性，从功能原理方案到供生产用的图纸，期间所做的工作很多，而第一步就是要进行机械系统运动方案的设计，也就是根据功能原理方案所需实施的各分功能，构想出一些动作过程，然后合理确定实现这些动作过程的各个执行机构。机构运动方案的设计与构思是一件创造性很强的工作，它不但需要有较丰富的机构设计理论知识和实践经验，而且需要采用各种有助于启迪创新思维和进行创造性设计的方法和模式。
一、机构运动方案设计的方法
1. 创造性设计法创造性设计法是提出新方案、探求新解法、提高设计质量、开发创新产品的重要基础。创造设计法的基本任务，是从已经获得成功的创造性活动中，总结出一般的规律、规则和方法，然后将它应用到方案设计之中。
2. 系统化设计法系统化设计法是将工程设计任务或机械产品看作一个技术系统，作为一个整体系统来研究，从系统出发，分析各组成部分之间的有机联系与外界环境的关系，是一种较全面的综合研究方法。
3. 机构系统创新法机构运动方案设计与构思，实质上是对机构系统进行综合，采用创新方法创造出一些最佳的机构系统来，如机构综合创新法、逻辑积木法等，都是有助于机构系统创新设计的技术方法.
在机械系统方案设计过程中，所采用的设计与构思方法是多种多样的，随着机械产品开发工作的深入和发展，还会产生更多的设计与构思方法。
二、机构运动方案设计的过程
2.1 构思执行构件的运动过程和运动规律
实现同一运动要求可以有不同的方法和途径，因此运动方案的设计是最富有创造性的工作。运动方案设计的任务是根据给定的运动要求和各种约束条件，确定机构所需的构件及运动副的类型、数量及其配置关系，确定机构系统简图。
执行构件的运动方案与产品的工作原理有密切的联系。根据不同的工作原理，采用不同机构及不同的组合方式，可得到不同的运动方案，即使是同一工作原理，也可拟出不同的运动方案。例如，要制造齿轮，可以采用铸造法、冲压法，挤压法及切削法等多种加工原理，其中切削法又有仿形法（如铣削、拉削）和范成法。就连同样是用范成法原理加工齿轮，也可在滚齿机上用滚刀加工，或在插齿机上用齿轮插刀加工。由于拟定刀具的运动不同，两种切齿机床的运动方案也就不一样了。
2.2 进行机构的选型
机构选型的正确与否将直接影响到机构使用的效果、结构的繁简程度等。一般应在熟悉各种不同类型的基本机构运动特性的基础上，依据设计人员的生产实践经验，根据已知的生产要求，按执行机构的功用以及执行构件的运动形式，进行机构的选型或型综合。选型的好坏，将直接影响到机械的使用效果、结构的繁简程度及经济效益等，选型时应考虑到：
1. 机构的结构：任何一部机械，在满足同一生产要求时，应力求机构结构简单、制造方便和可靠、耐用。由主动（输入）件到从动（输出）执行构件间的运动链要短，构件和运动副数应尽量少。因构件和运动副增多后，不但增加了制造和装配的困难，而且增加了设计困难和加大了机构的积累误差。在选型时，有时宁可采用具有较小设计误差但结构简单的近似机构，而不采用理论上没有误差但结构复杂的机构。此外，还应考虑运动副的类型选择，因为运动副在机械传递运动和动力的过程中起着重要的作用，它直接影响到机械的结构、耐用性及机械的效率和灵敏度。一般说来，转动副易保证运动副元素的配合精度，效率高；移动副元素效率低，且可能发生自锁：高副元素形状一般较复杂，磨损快，但较容易实现执行构件的运动规律和轨迹。
2. 动力源的形式：动力源的选择应有利于简化机构和改善运动质量。在现代的原动机中，原动件的运动方式有转动（如电动机）、移动或摆动（采用气、液机构或直线电机）等。在机构选型时应充分考虑生产和动力源情况，当有液、气压动力源时，可尽量采用液压油缸，以简化传动链和改善运动。
3. 机构的虚约束：在设计中应尽量避免有虚约束的机构，否则会增加加工精度和导致装配困难，有时尺寸不当还会引起构件的内力或楔紧现象，使虚约束成为真正的约束。
4. 动力特性：对高速机构往往要求平衡惯性力，使动载荷最小，并使构件和机构达到最佳平衡；采用最小压力角或最大传动角作工作行程的机构可减小原动轴上的力矩，从而减小原动机的功率、机构的尺寸和重量。
2.3 绘制机构运动循环图
机构传动方案初步确定后，当设计的机械有多个执行构件，而且各执行构件间有运动配合要求时，绘制机构系统运动循环图是保证整个机构系统的各部分协调运动，实现机械预期工作要求必不可少的一环。
各机构运动的协调配合，可分为两类：一类是各执行构件运动速度的协调，如用范成法原理加工齿轮的齿廓时，刀具和齿坯必须保持一定的速度比传动；另-类是各执行构件的动作在时间和位置上的协调，如牛头刨床刨削工件时，其工作台的送进运动必须在刨刀非切削时间内进行。大多数机械的工作过程是呈周期性循环的，而机械中完成各种基本动作的各个机构的执行构件，又往往有它自己的工作循环，：这个循环有三个阶段：工作行程-空回行程-静止阶段。为了使整个机械中各个机构的执行构件的相对位置都能够周期性地重复，机械的工作循环应当等于各机构中执行构件工作循环的整数倍。-般常用图表的方式来表示机械的工作循环过程，以及各执行构件在循环中的相对时间间隔，以保证各执行构件间动作的协调性，且这种动作协调关系常呈现期性循环，即Q机构的运动循环图。
循环图可以作成直角坐标系的直线循环图，或极坐标系的圆循环图，并取某一执行构件有代表性的特征位置作为起始位置，且设定分配轴或主轴转过一周或若干周时，各执行构件均完成一个运动循环。通过运动循环图应清楚地看到各执行机构在一个机运动循环中的先后顺序及运动和停歇时间与主轴或分配轴转角之间的对应关系。由此可见，编制机构运动循环图是整个机构系统设计中的一个重要的工作，它是提高机构系统设计合理性、可靠性和生产效率的重要设计步骤，特别是对于复杂的机构系统，其作用更是不可替代的。
三、机构运动方案的评价和选择
机构运动方案的设计是要解决机械产品的工作原理方案，它是机械设计过程中方案设计阶段的初步工作，如何评价初步设计得到的若干种不同的机构系统运动方案，并在评价的基础上作出决策，是机构系y设计的一个重要步骤。因为只有根据运动方案的设计特点，建立合理的评价体系，采用科学的评价、优选方法，才能在正确评价的基础上，作出合理的决策。常常要采用价值工程法、模糊综合评价法、系统工程评价法对方案进行评价后设计出最佳方案。
价值工程法价值工程法，是以提高产品实用价值为目的，即要以最低成本去实现机械产品的必要功能。价值工程法的评价指标是价值，其定义式为：V=F/C（V为价值；F为功能：C为寿命周期成本，其中C=生产成本Cv+使用成本Cu）。机构系统运动方案的评价，可以按它的各项功能求出综合功能评价值，然后按公式求出V值，以便从多种方案选取最佳方案。在设计技术方案时，运用价值工程，可提高产品质量、降低产品成本、研制和生产出物美价廉的产品，打开产品销路，扩大市场占有率。通过价值分析活动，可以把设计、工艺、生产、采购、销售、财务、成本等各部门和各类人员的活动，以提高产品的价值为目标，有组织地结合起来，沟通业务，提高工作效率和工作质量。
模糊综合评价法机构运动方案的评价指标体系是有多项评价指标组成的，由于评价指标的评价常常带有模糊性，因此可应用模糊数学方法，将模糊信息数值化进行综合评价。
系统工程评价法系统工程评价法就是将一个机构运动方案作为一个系统，从总体上对其各项评价指标进行综合评价，以便选择出整体最优方案，其基本原则是要保证评价的客观性；要保证方案的可比性；要建立合适的评价指标体系。
机械系统运动方案的设计在整个机械设计过程中起着关键的作用，它从根本上决定了机器的质量、使用功能、经济性、机器水平及市场竞争能力，而且，其设计过程蕴含着创新。一个好的机构运动方案就是一个创造发明或专利。只要合理地运用设计人员的实践经验和想象力，仔细分析各种可能的组成方案，就能设计出性能良好的机械。
参考文献
[1]邹慧君.机构系统设计[M].上海：上海科学技术出版社，1995.
关键词：机械制造 自动化 发展趋势
1 机械自动化的定义
对于现代机械的定义，由于研究的角度不同，进而给出不同的定义。例如美国机械工程师协会，在1984年将其定义为：“现代机械就是通过计算机信息网络协调与控制的机械和（或）机电部件相互联系的系统，该系统可以完成机械力、运动和能量流等动力学任务”。而国际机器与机构理论联合会将现代机械定义为：机电一体化是精密机械工程、电子控制和系统思想在产品设计和制造过程中的协同结合。
2 机械设计制造及自动化的设计原则
2.1 满足机器的功能要求 机械自动化系统通过处理进入系统的物质、能量和信息等，进而在一定程度上输出所需特性的物质、能量与信息。
2.2 利用先进技术进行创新 基于物料搬运、加工、能量转换、信息处理等功能构成原理，便于对各种机械自动化的产品进行设计或分析。
3 机械自动化系统的应用
3.1 锅炉汽包水位控制
3.1.1 单冲量控制系统
汽包水位控制是通过对给水控制来实现的，单冲量控制系统如图1所示：
3.1.2 双冲量控制系统
引入蒸汽流量信号，购入双冲量控制系统，如图2所示：
3.1.3 三冲量控制系统
在实施方案方面，三冲量控制系统比较多，典型控制方案如图3所示：
三冲量控制系统的方框图，如图4所示：
加法器可以接在控制器之前或者之后，如图5（a）、（b）所示：
3.2 冷却器控制方案的研究
3.2.1 冷却剂流量的控制
如图6所示：
物料出口温度与液位的串级控制方案，如图7所示，对液位的上限进行限制。或者采用选择性控制方案，如图8所示：
3.2.2 控制气氨排量
4 机械自动化的优势
4.1 提高工作质量 根据设计的要求，机械的执行机构完成预定的动作，自动化控制系统提供了精确地保证，工作质量和产品合格率得到有效地保证。
4.2 安全和可靠性高 机械自动化产品在工作过程中，由于使用电子元器件，可动构件和磨损部件在机械产品中明显减少，在一定程度上确保了灵敏度和可靠性。
4.3 调整和维修方便 借助被控对象的数学模型和外界参数的变化，高级机械自动化产品在一定程度上寻找最佳的工作程序，进而对自动化操作进行最优化。
4.4 复合功能 自动化控制，以及自动补偿、校验、调节、保护等，以及智能化是机械自动化产品必须具备的基本功能，通常情况下都能满足用户的需要。
4.5 改善劳动条件 机械自动化产品自动化程度高，工厂、办公、农业、交通等的自动化，以及家庭的自动化等，在一定程度上都可以实现。
4.6 节约能源 对于机械自动化产品来说，通过降低驱动机构的能耗，通过调节控制，在一定程度上提高了能源的利用率，实现节能效果。
5 机械设计制造自动化的发展方向
5.1 机电一体化 机械工业发展的唯一出路就是向着机电一体化的方向发展和延伸。
5.2 智能化 机械自动化产品具有低级智能或人的部分智能。
5.3 模块化 电气产品的模块化在一定程度上为机械自动化企业指明方向。
5.4 网络化 以计算机为中心，将各种家用电器利用家庭网络进行连接，构成计算机集成家电系统，让人民享受高科技带来的便利和快乐。
5.5 微型化 微机械自动化具有不可比拟的优势。
5.6 绿色化 通常情况下，机械自动化产品的绿色化是指使用时不对环境构成污染，报废后能回收利用。
5.7 人性化 一方面人是机械自动化产品的最终使用者，另一方面结合生物机理、研制机械自动化产品。
6 结论
综上所述，我们可知，机电一体化的发展从本质上就是机械自动化的发展，为此，广大设计人员需要对机械设计制造提高认识，因为只有机械自动化设计制造才是未来的发展方向。
参考文献：
[1]刘武发，刘德平.机电一体化设计基础[M].北京化学工业出版社，2007.5.
【摘 要】因疲劳而引发的机械零件破坏约占80%，因此疲劳破坏的问题得到了国内外的极大关注，其中疲劳寿命的预测尤其重要，本文简单探讨国内外关于疲劳现象的系统研究。
【关键词】疲劳寿命；研究
美国试验与材料协会（ASTM）在“疲劳试验及数据统计分析之有关术语的标准定义”（ASTM E206-72）中给出疲劳的定义：在某点或某些点承受扰动应力，且在足够多的循环扰动作用之后形成裂纹或完全断裂的材料中所发生的局部永久结构变化的发展过程，称为疲劳。1964年，日内瓦的国际标准化组织在《金属疲劳试验的一般原理》中给疲劳下了一个描述性的定义：金属材料在应力或应变的反复作用下所发生的性能变化叫做疲劳。据统计，机械零件破坏的80%由疲劳引起的，特别是随着机械零件向大型、复杂化和高温、高速使用环境的方向发展，大量的随机因素增加，疲劳破坏更是层出不穷，因此关于疲劳破坏问题的研究得到了极大的关注，其中疲劳寿命的预测尤为重要。
1847年，德国人W?hler用旋转疲劳试验机首先对疲劳现象进行了系统研究，提出S-N曲线及疲劳极限的概念，奠定了疲劳破坏的经典强度理论基础。1874年，W. Gerber等研究平均应力的影响，画出相应的疲劳极限线图―Gerber抛物线。1929年，英国人Haigh发表了高强度钢与低碳钢有不同的缺口敏感性的论文，他所采用的缺口应变分析及“残余应力”的概念，被后人加以补充和发展。1930年，英国人Goodman简化了疲劳极限图，即用直线将纵轴上的对称循环疲劳极限点和横轴上的强度极限点连接，以此来替代Gerber抛物线；由于Goodman的疲劳极限图相对简单，所以至今仍在常规疲劳强度设计中被广泛使用。20世纪20-30年代人们已经开始研究疲劳机理，把疲劳过程划分为裂纹萌生、裂纹扩展及断裂三个阶段。1945年，M. A. Miner（US）提出了损伤与循环次数成线性关系即Palmgren-Miner线性累积损伤准则。
1953年，澳大利亚人赫德提出了疲劳裂纹扩展理论，但未经过实验验证。1957年，美国人欧文研究了中心裂纹板在垂直于裂纹方向上受拉伸的情况，基于裂纹尖端附近的弹性力学应力分析，欧文把裂纹长度的平方根与应力的乘积定义为应力强度因子。由此，应力强度因子成为了描述材料在裂纹尖端受力程度的一个重要参量。并根据应力强度因子存在一临界值，当达到或大于此临界值时，裂纹发生失稳扩展的现象，定义此临界值为断裂韧性，从而确定了断裂力学的断裂准则。1957年，美国人Paris指出，在循环载荷作用下，裂纹尖端处的应力强度因子的变化幅度是控制构件疲劳裂纹扩展速率的基本参量，Paris并于1963年提出了疲劳裂纹扩展速度的指数幂定律（Paris定律）。1968年由日本的Matsuishi M和Endo T 认为塑性的存在是造成疲劳损伤的必要条件，这种塑性性质由应力―应变迟滞回线表现出来，而一个大的应力―应变循环对材料造成的损伤，不受小的循环的影响，基于此他们提出了雨流计数法。
20世纪60年代末和70年代初，发展起来两种疲劳寿命估算方法。其一就是著名的Manson-Coffin局部应变法，此方法试图描述和预测裂纹萌生寿命，从而奠定了低周疲劳的基础，而另一种方法是基于断裂力学（如线弹性断裂力学EFM）的裂纹扩展计算方法。
从20世纪80年代以来，在复杂工作条件下的可靠性寿命预测模型研究成为疲劳问题的研究的重点，即着力探讨在变幅载荷、腐蚀环境、高低温及多轴应力状态等特殊环境下的疲劳问题。
根据研究对象的不同，疲劳问题可以分为材料疲劳和结构疲劳。材料疲劳的研究包括材料的失效机理、化学成分和微观组织对疲劳强度的影响、标准试样的疲劳试验方法和数据处理方法、材料的基本疲劳特性、环境和工况的影响以及材料断口的宏观和微观形貌等，材料疲劳的特点是使用标准试样进行试验研究；结构疲劳则以零部件、接头以至整机为对象，研究它们的疲劳性能、抗疲劳设计方法、寿命估计方法和疲劳试验方法，形状、尺寸和工艺因素的影响，以及提高疲劳强度的方法。此外，根据材料疲劳破坏前所经历的循环次数（即寿命）的不同，可以分为高周疲劳和低周疲劳。
国内疲劳方面的研究比较少，而且已有的研究主要在集中在理论分析和试验验证上。赵永翔等发现了“随机循环应力-应变响应”现象，应变疲劳可靠性分析以及随机疲劳极限的试验测定做了较多的研究，建立了应变疲劳可靠性分析方法新体系。赵少汴通过试验比较了构件不同疲劳损伤累积理论下疲劳寿命估算精度。姚卫星，尚德广，王德俊等人主要对多轴疲劳损伤模型、多轴循环计数、及多轴疲劳寿命预测方法做了较深入的研究，取得了很多重要研究成果。但是，由于疲劳问题研究十分复杂，尤其是高温、变幅、随机多轴加载下疲劳问题，还需要做更系统深入的研究。
关键词：机械产品；方案设计方法；发展趋势
引 言
科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的 发展趋势。
根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。
1、系统化设计方法
系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。
系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法。
制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准VDI2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：
(1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。
(2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。
(3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段 。
由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。
1.1 设计元素法
用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。
1.2 图形建模法
研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接 。
将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。
文献［11］将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网ASK中，采用结点和线条组成的网络描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。
1.3 “构思”—“设计”法
将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。
将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。Roper，H.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(GE)”、“结构元素(KE)”、“功能结构元素(FKE)”、“联接结构元素(VKE)”、“结构零件(KT)”、“结构元素零件(KET)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。
从设计方法学的观点出发，将明确了设计任务后的设计工作分为三步：1) 获取功能和功能结构(简称为“功能”)；2) 寻找效应(简称为“效应”)；3) 寻找结构(简称为“构形规则”)。并用下述四种策略描述机械产品构思阶段的工作流程：策略1：分别考虑“功能”、“效应”和“构形规则”。因此，可以在各个工作步骤中分别创建变型方案，由此产生广泛的原理解谱。策略2：“效应”与“构形规则”(包括设计者创建的规则)关联，单独考虑功能(通常与设计任务相关)。此时，辨别典型的构形规则及其所属效应需要有丰富的经验，产生的方案谱远远少于策略1的方案谱。策略3：“功能”、“效应”、“构形规则”三者密切相关。适用于功能、效应和构形规则间没有选择余地、具有特殊要求的领域，如超小型机械、特大型机械、价值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：针对设计要求进行结构化求解。该策略从已有的零件出发，通过零件间不同的排序和连接，获得预期功能 。
1.4 矩阵设计法
在方案设计过程中采用“要求—功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求—功能”逻辑树建立“要求—功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。
Kotaetal将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示；在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。
1.5 键合图法
将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方 法。
2、结构模块化设计方法
从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解(如通用零件部件等)描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。Feldmann将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，(1)产品(2)功能组成(3)主要功能组件(4)功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件STRAT。
认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风 险十分有利。
提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。
以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。
根据机械零部件的联接特征，将其归纳成四种类型：1)元件间直接定位，并具 有自调整性的部件；2) 结构上具有共性的组合件；3)具有嵌套式结构及嵌套式元件的联接 ；4)具有模块化结构和模块化元件的联接。并采用准符号表示典型元件和元件间的连接规则，由此实现元件间联接的算法化和概念的可视化。
在进行机械系统的方案设计中，用“功能建立”模块对功能进行分解，并规定功能分解的最佳“粒化”程度是功能与机构型式的一一对应。“结构建立”模块则作为功能解的选择对象以便于实现映射算法。
3、基于产品特征知识的设计方法
基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。
机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。
3.1 编码法
根据“运动转换”功能(简称功能元)将机构进行分类，并利用代码描述功能元和机构类别，由此建立起“机构系统方案设计专家系统”知识库。在此基础上，将二元逻辑推理与模糊综合评判原理相结合，建立了该“专家系统”的推理机制，并用于四工位专用机床的方案设计中。
利用生物进化理论，通过自然选择和有性繁殖使生物体得以演化的原理，在机构方案设计中，运用网络图论方法将机构的结构表达为拓扑图，再通过编码技术，把机构的结构和性能转化为个体染色体的二进制数串，并根据设计要求编制适应值，运用生物进化理论控制繁殖机制，通过选择、交叉、突然变异等手段，淘汰适应值低的不适应个体，以极快的进化过程得到适应性最优的个体，即最符合设计要求的机构方案。
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3.2 知识的混合型表达法
针对复杂机械系统的方案设计，采用混合型的知识表达方式描述设计中的各类知识尤为适合，这一点已得到我国许多设计学者的共识。
在研制复杂产品方案设计智能决策支持系统DMDSS中，将规则、框架、过程和神经网络等知识表示方法有机地结合在一起，以适应设计中不同类型知识的描述。将多种单一的知识表达方法(规则、框架和过程)，按面向对象的编程原则，用框架的槽表示对象的属性，用规则表示对象的动态特征，用过程表示知识的处理，组成一种混合型的知识表达型式，并成功地研制出“面向对象的数控龙门铣床变速箱方案设计智能系统GBCDIS”和“变速箱结构设计专家系统GBSDES”。
3.3 利用基于知识的开发工具
在联轴器的CAD系统中，利用基于知识的开发工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向对象的方法，创建了面向对象的设计方法数据库，为设计者进行联轴器的方案设计和结构设计提供了广泛且可靠的设计方法谱。则利用NEXPERT描述直线导轨设计中需要基于知识进行设计的内容，由此寻求出基于知识的解，并开发出直线导轨设计专家系统。
3.4 设计目录法
构造了“功能模块”、“功能元解”和“机构组”三级递进式设计目录，并将这三级递进式设计目录作为机械传动原理方案智能设计系统的知识库和开发设计的辅助工具。
3.5 基于实例的方法
在研制设计型专家系统的知识库中，采用基本谓词描述设计要求、设计条件和选取的方案，用框架结构描述“工程实例”和各种“概念实体”，通过基于实例的推理技术产生候选解来配匹产品的设计要求。
4、智能化设计方法
智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述 产品的结构。
在利用数学系统理论的同时，考虑了系统工程理论、产品设计技术和系统开发方法学VDI2221，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件MUSE。
在进行自动取款机设计时，把产品的整个开发过程概括为“产品规划”、“开发”和“生产规划”三个阶段，并且充分利用了现有的CAD尖端技术——虚拟现实技术。1) 产品规划—构思产品。其任务是确定产品的外部特性，如色彩、形状、表面质量、人机工程等等，并将最初的设想用CAD立体模型表示出，建立能够体现整个产品外形的简单模型，该模型可以在虚拟环境中建立，借助于数据帽和三维鼠标，用户还可在一定程度上参与到这一环境中，并且能够迅速地生成不同的造型和色彩。立体模型是检测外部形状效果的依据，也是几何图形显示设计变量的依据，同时还是开发过程中各类分析的基础。 2) 开发—设计产品。该阶段主要根据“系统合成”原理，在立体模型上配置和集成解元素，解元素根据设计目标的不同有不同的含义：可以是基本元素，如螺栓、轴或轮毂联接等；也可以是复合元素，如机、电、电子部件、控制技术或软件组成的传动系统；还可以是要求、特性、形状等等。将实现功能的关键性解元素配置到立体模型上之后，即可对产品的配置(设计模型中解元素间的关系)进行分析，产品配置分析是综合“产品规划”和“开发”结果的重要手段。3) 生产规划—加工和装配产品。在这一阶段中，主要论述了装配过程中CAD技术的应用，提出用计算机图像显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造形和装配间的关系，由此发现难点和问题，并找出解决问题的方法，并认为将CAD技术综合应用于产品开发的三个阶段，可以使设计过程的综合与分析在“产品规划”、“开发”和“生产规划”中连续地交替进行。因此，可以较早地发现各个阶段中存在的问题，使产品在开发进程中不断地细化和完善。
我国利用虚拟现实技术进行设计还处于刚刚起步阶段。利用面向对象的技术，重点研究了按时序合成的机构组合方案设计专家系统，并借助于具有高性能图形和交换处理能力的OpenGL技术，在三维环境中从各个角度对专家系统设计出的方案进行观察，如运动中机构间的衔接状况是否产生冲突等等。
将构造标准模块、产品整体构造及其制造工艺和使用说明的拟订(见图1)称之为快速成型技术。建议在产品开发过程中将快速成型技术、多媒体技术以及虚拟表达与神经网络(应用于各个阶段求解过程需要的场合)结合应用。指出随着计算机软、硬件的不断完善，应尽可能地将多媒体图形处理技术应用于产品开发中，例如三维图形(立体模型)代替装配、拆卸和设计联接件时所需的立体结构想象力等等。
利用智能型CAD系统SIGRAPH-DESIGN作为开发平台，将产品的开发过程分为概念设计、装配设计和零件设计，并以变量设计技术为基础，建立了胶印机凸轮连杆机构的概念模型。从文献介绍的研究工作看，其概念模型是在确定了机构型、数综合的基础上，借助于软件SIGRAPH-DESIGN提供的变量设计功能，使原理图随着机构的结构参数变化而变化，并将概念模型的参数传递给下一级的装配模型、零件设计。
5、各类设计方法评述及发展趋势
综上所述，系统化设计方法将设计任务由抽象到具体(由设计的任务要求到实现该任务的方案或结构)进行层次划分，拟定出每一层欲实现的目标和方法，由浅入深、由抽象至具体地将各层有机地联系在一起，使整个设计过程系统化，使设计有规律可循，有方法可依，易于设计过程的计算机辅助实现。
结构模块化设计方法视具有某种功能的实现为一个结构模块，通过结构模块的组合，实现产品的方案设计。对于特定种类的机械产品，由于其组成部分的功能较为明确且相对稳定，结构模块的划分比较容易，因此，采用结构模块化方法进行方案设计较为合适。由于实体与功能之间并非是一一对应的关系，一个实体通常可以实现若干种功能，一个功能往往又可通过若干种实体予以实现。因此，若将结构模块化设计方法用于一般意义的产品方案设计，结构模块的划分和选用都比较困难，而且要求设计人员具有相当丰富的设计经验和广博的多学科 领域知识。
机械产品的方案设计通常无法采用纯数学演算的方法进行，也难以用数学模型进行完整的描述，而需根据产品特征进行形式化的描述，借助于设计专家的知识和经验进行推理和决策。因此，欲实现计算机辅助产品的方案设计，必须解决计算机存储和运用产品设计知识和专家设计决策等有关方面的问题，由此形成基于产品特征知识的设计方法。
目前，智能化设计方法主要是利用三维图形软件和虚拟现实技术进行设计，直观性较好，开发初期用户可以在一定程度上直接参与到设计中，但系统性较差，且零部件的结构、形状、尺寸、位置的合理确定，要求软件具有较高的智能化程度，或者有丰富经验的设计者参与。
值得一提的是：上述各种方法并不是完全孤立的，各类方法之间都存在一定程度上的联系，如结构模块化设计方法中，划分结构模块时就蕴含有系统化思想，建立产品特征及设计方法知识库和推理机时，通常也需运用系统化和结构模块化方法，此外，基于产品特征知识的设计同时又是方案智能化设计的基础之一。在机械产品方案设计中，视能够实现特定功能的通用零件、部件或常用机构为结构模块，并将其应用到系统化设计有关层次的具体设计中，即将结构模块化方法融于系统化设计方法中，不仅可以保证设计的规范化，而且可以简化设计过程，提高设计效率和质量，降低设计成本。
摘要：介绍绿色制造的内容与概况，阐述绿色制造在现代制造业中的重要性，主要讨论绿色机械加工的方法及关键技术，并建立其评价指标体系。
关键词：液压缸 立柱组装线 再制造 激光熔覆
1、新世纪的机械加工的绿色制造理念
绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中对环境的负面影响为零或者极小，资源消耗尽可能小，并使企业经济效益和社会效益协调优化。机械加业，实现绿色制造是本世纪重要的课题之一，这不仅是要求我们生产出的产品符合环保要求，而且应尽可能在制造加工过程中达到绿色制造的要求。
2、定义
绿色制造，又称环境意识制造（Environmentally Conscious Manufacturing）、面向环境的制造（Manufacturing For Environment）等。它是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的影响（负作用）最小，资源利用率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。
3、绿色制造技术工艺过程
3.1、立柱组装线
立柱组装线由以下部分组成：上料机构、清洗设备（活柱清洗、缸筒清洗）、活塞头及密封件装配、小件超声波清洗设备、活柱缸筒装配（顶缸机）、导向环装配（压套机）、导向套装配（拧帽机）、缸筒流水线、活柱流水线、整体试压机、试验台、液压系统、控制系统等组成。
该生产线解决了生产轻型液压支架大规格立柱装配质量不稳定问题；自动化程度高，选用PLC控制；大大降低了工人装配劳动强度大问题。
3.2、豪克能金属表面加工技术
目前，使用高精度外圆磨床对液压缸的杆类外表面加工，存在加工耗时长、安全性低、活件周转困难等缺陷，不符合液压缸规模化生产的要求。
在液压缸活塞杆、活柱类外圆精加工方面的应用奠定了基础，采用豪克能金属表面加工技术，实现以车代磨，生产效率将得到很大程度的提高。
豪克能金属表面加工技术的原理及特点：
豪克能金属表面加工技术的工作原理是利用金属在常温状态下冷塑性的特点，运用毫克能对金属零件表面进行无研磨剂的研磨、强化和微小形变处理，使金属零件表面达到更理想的表面粗糙度要求；同时在零件表面显微硬度的提高零件表面产生压应力，增强零件的显微硬度、耐磨性、耐腐蚀性及疲劳强度和疲劳寿命。
豪克能是一种特殊的能量，属于机械能。
1.豪克能的特点是能量聚焦性好、密度大，其能量密度是一般超声波的40倍以上。
2.豪克能的另一特点是其工作频带宽、可靠性好，适合不同生产工艺的要求。
液压缸使用过程中一般受到高压作用，通常工艺为管料调质后进行粗车、推镗、精车等机械加工，特别是推镗过程会产生较大的加工应力，在加工后缸筒产生明显的变形，不能满足设计公差的要求，严重时会造成废品。传统的时效处理方法有自然时效法和热时效法。自然时效法处理周期长，效果差；热时效法主要采用台车炉或井式炉，不仅成本高，还可能改变材料的微观结构与性能。与上述两种方法相比较，振动时效具有明显的优点，它能使构件的机械性能显著提高，且使用方便、耗能低、耗时短，具有很强的适应性[1]。
振动时效，又称为“VSR” 方法，又称振动消除应力法，是利用共振原理消除和均化金属结构件内部残余应力 ，可取代传统的自然时效和热时效的一种新工艺方法。若这种交变应力使工件内部的某些点产生晶格滑移 ，尽管宏观上没有达到屈服极限 ，但在微观上会产生塑性变形 ，而且这种变形一般发生在残余应力最大的点上 ，因此这种受约束的变形得以释放 ，从而降低和均化工件内的残余应力 ，并使其尺寸精度达到稳定[2]。
使用振动时效，能将机械加工后的残余应力平均下降到64%以下，完全可以取代回火工艺的热处理工艺。
3.3、再制造技术
再制造就是产品高技术维修的产业化，再制造的重要特征是再制造产品的质量和性能要达到或超过新品，成本仅是新品的50%左右，节能60%，节材70%以上，对保护环境贡献显著。
再制造就是把到达使用寿命的煤机通过修复和技术改造使其达到原型产品性能的过程。 煤机装备的失效报废主要是因磨损而导致。对于承受大载荷、冲击严重的表面的再制造修复应该采用涂层结合强度高（冶金结合）的喷焊和激光（重熔）再制造技术，比如油缸活塞杆和活柱的防腐层，传统的作法一般都是采用镀铜锡合金+硬铬的电镀工艺，对环境污染比较大，废水处理成本也较高[3]。
3.4、激光熔覆技术
激光熔覆技术是通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基材表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。激光熔覆技术适于在零件缺损处堆积修补，修复量可以比激光表面合金化技术大得多[4]。
这种技术方法的优点是：在满足实用要求的条件下，可以采用成本较低的材料进行激光熔覆堆积成形，修补缺损外形，在有高使用要求的表面，采用高性能材料进行表面改性处理，是一种低成本获得高性能再制造零件的方法。
总之，绿色加工业已是世界工业发展的潮流，它必将随着人类可持续发展战略的提出和经济全球化的趋势，显示出它的优势。 目前，我国企业中绿色制造工艺技术的应用尚处于起步阶段，只有通过对生产制造全过程及工艺技术的全面“绿色化”，提高“绿色度”，不断优化和改进现有工艺，开发替代工艺和新型工艺，以及在市场和环境双重作用下的绿色产品开发，给社会和企业带来双赢的效益，这将必然会推动企业绿色制造工艺技术创新的良性循环[5]。
参考文献：
[1]房德馨 姚培勤 .用振动消除金属构件残余应力的原理和应用[J].大连理工大学学报，1983年03期
[2]李秀玲，徐坚.振动时效消除液压支架缸缸筒残余应力的应用与研究[J].设计与研究 2010年第五期
[3]徐滨士.维修工程的新方向——再制造工程在中国的发展[J].中国设备工程 2009.7
【关键词】现代超高层；结构建筑；施工技术
0.前言
随着我国经济的高速发展，我国的城市化进程逐渐加快，但是城市的土地面积是有限的，为了在有限的土地面积发展的更快，近些年来，建筑的高度逐年增加，由原来的普通的楼房到高层建筑再到今天的超高层建筑，这是一个快速发展的标志，也是土地面积得到充分利用的证明。在这个发展的过程中，超高层结构建筑施工技术就显得尤为重要。因此，本文主要对现代超高层结构建筑施工技术进行浅谈。
1.对超高层的概述
世界各地对高层建筑的概念不一致，对于高层建筑的定义主要取决于本国经济条件、消防装备等具体情况。对于超高层的定义主要经历了三个阶段：第一阶段，1972年第一次对高层建筑的定义做得了较统一的认识，并将高层建筑划分为四类，第一类，50米以下，一般是9-16层；第二类，75米以下，一般是17-25层；第三类，100米以下，一般是26-40层；第四类，大于100米，是40层以上。
第二阶段：1995年我国重新规定了高层建筑的定义，规定10层及10层以上的建筑以及高度超过24米的公共建筑为高层建筑。同时在《高层民用建筑防火规范》中新增加了关于建筑防火的措施，并将100米以上的高层建筑称为超高层建筑。
第三阶段：今天，对于超高层与高层的分界，在概念上有些模糊，但是对于超高层的理解，已经不仅仅局限于高度、安全、美学上及使用功能上，还要考虑到能源、生态环境以及效益等因素。
2.现代超高层施工要求
2.1仔细做好细部设计
对于现代的民用建筑来说，其采用的钢结构做法与传统的结构形式有明显的差别，致使施工中可借鉴的经验很少，这就需要将主体结构与装饰装修结合起来，仔细做好细部设计。
2.2加工精度要求高
超高层的施工涉及面广，对施工中的加工精度要求极高，这不但要加强构件加工工序质量控制，也要合理的安排安装顺序。
2.3焊接质量要求严
超高层建筑施工中，焊接工作量较大。因此，对于焊接的质量要求十分严格，这不但对施工人员的劳力组织有要求，还要对其专业技能提出更高的要求。
2.4高度重视安全管理
由于超高层结构建筑施工中钢结构高空作业防护难度大，因此，施工现场的安全威胁因素十分多，这就需要施工人员树立安全意识，高度重视安全管理，并严格按照安全操作规程进行。
3.超高层结构建筑施工原理
3.1确定结构设计图
在进行施工前，首先要确定结构设计图，并且将原设计图进行细化扩大节点设计，同时对于设计图的设计，要达到整体安装的质量标准以及构件要求。
3.2采用合理的机械设备
为了防止构件出现焊接变形，要采用合理的机械设备进行施工，从而提高钢结构框架的安装精度。
3.3改进工序
施工中一定要保证正常的工序，如：在施工中，首先要保证空间框架刚度，然后安装钢框架主体结构，最后在安装各楼层板。
3.4采用科学合理的连接方式
在进行装饰施工时，要科学合理的利用连接方式，从而确保高层钢结构工程的质量。
4.超高层结构建筑施工技术
4.1钢结构节点的细化设计
在超高层结构建筑施工设计中，首先要做到的是对钢结构节点的细化设计。应用绘图软件对钢结构的节点进行绘图放样，以达到构件制作与整体安装的质量标准为目标。
4.2对钢结构构件进行加工制作
采用场外加工的方式对钢结构进行加工，在加工过程中，不仅要注重加工的程序，还要控制好加工的质量，并且确保钢柱每节按三层分段。
4.3钢结构的安装
对于钢结构的安装大致分为三个阶段：一是构件验收、矫正，在钢结构的安装前，为了确保超高层施工质量，首先要对构件进行验收、矫正。二是确定安装顺序。这也是安装构件的前提，确定好每一个安装的步骤，从而避免出现差错的可能。三是进行安装。在安装构件时，一定要按照安装工艺进行安装，施工人员不可按照自己的意图私自安装，严格遵守安装规定。
5.现代超高层结构施工存在的质量问题
近些年来，虽然我国的超高层结构建筑施工技术得到了较大的提高，但在施工中，还是存在一些亟待解决的问题。具体问题如下：
5.1未遵守建设程序
一些施工人员在施工时，不遵守建设程序，主要体现在不作调查分析就决定定案；不经可行性认证就私自施工；对工程地质、水文地质没有进行清楚的调查；不按照图纸方程式等均属于不遵守建设程序。
5.2设计计算问题
正常的在进行设计时，需要设计人员进行全面的考虑，并且结构合理，正确的计算简图，准确的计算荷载取值等，这本是设计人员应该遵守的规定，但是在真正进行计算时，他们却没有进行全面的考虑，从而导致内力分析有误，诱发质量问题。
5.3未对自然条件做好预防
超高层结构建筑施工项目具有周期长、露天作业多，受自然条件影响大等特点，因此，在进行施工时，要将自然条件重视起来，并对其做好预防，如：温度、日照、雷电、温度、供水、大风、暴雨等因素都是影响施工的重要因素，如果预防不当，就会造成重大的质量事故。
6.提高现代超高层结构施工质量的措施
6.1严把材料质量关
影响超高层结构建筑施工质量的因素很多，其中，材料的质量就是影响因素之一。因此，要严把材料质量关，具体的做法是：一是所使用的材料要符合国家规范标准（含环保标准）和设计要求。二是要严格执行材料验收制度。
6.2做好施工程序的控制
一个良好的建筑工程，是由一个个施工程序组成的，每一个施工过程都在总工程中起着不可替代的作用。因此，为了确保总工期目标，在项目实施过程中，一定要依据实际情况进行分段控制、动态控制，从而确保工程质量。
7.结束语
现代超高层结构建筑施工是一个要求十分高的活动，它具有安装精度高、工期短、难度大等特点，这就证明超高层结构建筑施工不是一个简单的活动，施工人员必须要加以重视。因此，在施工中施工人员不但要具有较高的施工技术、还要求对施工项目有一个全面的了解，做好各个阶段的施工准备。这样不仅能够提高超高层建筑的质量，而且也能促进超高层建筑事业的发展，从而提高经济效益与社会效益，同时也为我国经济的可持续发展提供前提条件。
【参考文献】
[1]徐至钧，赵锡宏，陈祥福.超高层建筑结构设计与施工[M].北京：机械工业出版社，2007，6.
[2]李娟.加强工程质量的施工管理[Z].
[3]徐成建.浅谈建筑企业的施工管理[J].中国科技论坛，2004，3.
[4]郭军义.建筑施工安全现状及问题成因科技创新导报.
[5]谢苏丽.建筑施工安全的新对策[J].中华建筑，2009（7）.
笔者结合工作中的实际案例――一位使用Inventor产品多年的印刷机械设备用户，困惑于如何借助3D软件提升设计能力――分析其设计难题，例如比较普遍的凸轮设计问题，其中一个共轭凸轮的机构设计尤为难以实现。本文就是基于解决用户共轭凸轮设计难题的真实案例，介绍了借助Autodesk Inventor设计共轭凸轮的方法及思路。
一、设计要求
用户设计某胶订机，其中一台设备使用到一对共轭凸轮，其中一个凸轮是顶升凸轮，带动机构在垂直方向运动，另一个凸轮带动一个连杆机构，连杆机构的末端带动一个滑块做水平运动，机构简图如图1。T形结构FF’E 中，端点E 与凸轮1的从动件连结，连杆AB 的端点A 连接在滑块上，沿FF ’平面做水平往复运动，连杆BCD 绕C 点转动，D 点与凸轮2从动件连结，凸轮1和凸轮2绕同一根轴旋转。
1.凸轮1（垂直运动）
盘式顶升凸轮（沟槽）做垂直方向往复运动。凸轮基圆半径为50mm，凸轮升程为30mm，带动T形结构做垂直方向运动，其在一个周期内的运动规律如表所示。
2.凸轮2（水平运动）
凸轮驱动连杆机构运动，连杆机构的末端连结到一个滑块，滑块的设计要求为一个往复行程为400m m，为配合机构的运动要求，其速度按照如图2所示规律运动。
本文重点在于说明设计的思路，对于机构的具体尺寸以及系统转速等不做说明，上述的设计参数也仅作示意，不代表实际设计数值。
二、设计分析
常见的凸轮形式，包括线性凸轮、盘式凸轮及圆柱凸轮三大类，很多C A D软件没有直接提供凸轮设计工具，需要用户去创建凸轮的轮廓线（通过创建公式曲线，以数据点拟合样条曲线），而轮廓的几何外形仅仅表达了凸轮的位移变化，还无法满足对凸轮性能分析的需求（速度曲线、加速度曲线和压力角变化等）的分析，造成用户设计效率低下，凸轮优化困难。Inventor凸轮设计模块集凸轮设计、计算校验于一身，支持上述三种凸轮，其自带了多达13种拟合函数，最高支持七阶多项式，无需用户推导解析函数，即能生成高质量的凸轮轮廓。
凸轮1是一个简单的盘式顶升凸轮，根据表1的设计要求，借助Inventor的凸轮设计工具，我们可以快速设计出其外形轮廓，同时其速度、加速度运动曲线，压力角、曲率半径变化曲线一目了然，而且对运动过程中的力、扭矩及接触应力也自动计算，大大提高了设计的准确性和设计效率。
对于凸轮2，由于无法直接描述其运动规律（位移或速度、加速度），因此无法直接借助Inventor的凸轮设计功能来进行设置。
在一些案例中，往往根据连杆机构的机械原理，建立凸轮2、连杆机构、滑块之间的运动解析方程，借助Matlab求解出凸轮2上的运动轨迹点，从而得到凸轮2的轮廓。这种方法，对设计人员的要求高，适合院校研究，但很难在企业中应用推广。因此，设计凸轮2的凸轮轮廓是整个产品设计的最大难点。
三、设计思路
Inventor的Professional版本中，提供了运动仿真（Dynamic Simulation）模块，通过定义构件之间的运动副（连接类型），定义构件的运动特性（力、力矩、位移、速度、加速度以及刚度、阻尼等），将几何关系模型转换为具有运动关系的模型，从而让几何模型按照给定的要求运动，达到动态模拟、仿真机构运动的目的。
基于上面的分析，尽管凸轮2的运动规律我们很难描述，但是由其驱动连杆机构而产生水平运动的滑块，其设计运动规律是整个系统设计的性能要求，我们可以视为滑块的运动规律，从而反向推导（模拟）连杆机构的端点D 的运动轨迹，也就是我们所要设计的凸轮2的外形轮廓。
1.建立几何模型
几何模型的准备，重点在于清晰表达出构件之间的几何位置关系，模型可以基于2D草图，或者基于3D模型，甚至也可以2D/3D混合建模，这为设计人员在设计前期做方案设计及验证提供了很大的便利性。
图4 是创建的概念几何模型， 其中凸轮1 是采用Inventor的凸轮设计工具完成的3D模型，连杆机构仅用2D草图表达出其几何关系。
2.建立运动仿真模型
Inventor的运动仿真模块集成于产品内，能够很好地将几何模型的几何约束（装配约束）转换为运动副（运动关系）。Inventor运动仿真模块具有丰富的运动副定义，节省了用户耗费在模型准备和运动副定义上的时间。在本文中，定义仿真运动模型时我们使用了以下几类运动副（图5）。
滑块与T形结构上平面的水平运动；
凸轮1与T形结构顶端圆弧面的接触；
连杆机构的各杆件之间的转动关系；
T形结构只能在平面内上下运动。
3.定义驱动条件
参考图2，设计要求中对滑块的速度及位移相应的要求。按照这些要求，定义出滑块的运动规律，作为机构的驱动条件，如图6所示。
4.执行运动仿真
在完成前面的定义之后，输入模拟仿真的时间（时间≥凸轮周期时间）及模拟步数，定义输出连杆的端点D 的运动轨迹，执行仿真分析，凸轮2的运动轨迹即可生成，如图7所示。
5.设计调整
仔细观察滑块的运动轨迹，和设计要求不太吻合，主要反映在凸轮2带动滑块做匀速运动的时间段，凸轮1带动的T形结构不在最上端位置时，分析其原因是由于没有调整好凸轮1与凸轮2的相位差。
从Inventor的运动仿真结果中，我们可以很容易查看到滑块的运动位置及相应的运动时间，从而可以计算出凸轮1需要调整的相位值，和需要调整的角度值（角度=时间×凸轮转动角速度）。根据计算结果修订凸轮1的初始位置，如图8所示。
调整后再次执行运动仿真，模拟输出的运动轨迹如图9所示，完全符合期望的设计要求。
关键词：化工机械；机械设备；设备防腐；防腐蚀能力
中图分类号： F407 文献标识码： A
一．前言
随着我国经济的飞速发展，推动了化工产业的发展速度。化工机械设备是化工生产中不可或缺的组成部分，它的工作性能、效率和使用寿命等，直接影响化工企业的经济效益。然而，由于化工机械设备所处的运行环境和设备自身的因素，使得其在正常使用过程中，经常会出现腐蚀现象。这不仅造成了设备各方面性能下降，而且还严重缩短了设备的使用年限。为此，加强化工机械设备的防腐设计就显得尤为重要。
二.化工机械设备腐蚀概述
腐蚀是由于化学作用使得物体受到破坏或消耗。腐蚀的定义具有广义和狭义之分：从广义的角度来讲，腐蚀是材料与环境之间发生了电化学或者化学作用，从而使得材料的功能受到一定的破坏或消耗；从狭义的角度来讲，腐蚀是金属物质同环境之间发生了物理的以及化学的作用，从而使得金属物质的性能发生了改变，造成了环境、金属以及其系统受到了损失的现象。在化工行业中，化工机械发生腐蚀是比较普遍的现象，该过程是自发的。当化工机械设备受到腐蚀后，其色泽、外形以及机械性能等方面都会发生相应的变化，不仅仅造成设备的损坏，同时也严重的浪费了资源和能源，对企业造成巨大的损失。化工机械设备的腐蚀一般是由于以下原因造成的：
1.化学腐蚀。
化学腐蚀是化工机械设备中常见的腐蚀类型之一。是金属的表面同周围的环境发生相应的化学反应，产生新的氧化物，对金属设备造成损坏。化学腐蚀主要是在高温干燥的环境中金属设备同腐蚀介质之间发生作用造成的。
2.电化学腐蚀。
电化学腐蚀也是化工机械设备腐蚀重要的种类之一，它主要是由于化工机械设备同电解质溶液发生接触，通过电极反应而对化工机械设备产生的腐蚀。该类腐蚀的原理主要是发生了氧化还原反应。不同于化学腐蚀，该类腐蚀主要发生在潮湿的环境中。
在化工机械腐蚀中，具体腐蚀包括：高温氧化腐蚀、剥层腐蚀、点状腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、疲劳腐蚀、焊接应力腐蚀、工业大气腐蚀、海洋大气腐蚀、震动磨损腐蚀等一系列腐蚀种类。其中电化学腐蚀、缝隙腐蚀、疲劳腐蚀和焊接应力腐蚀是最主要的几种腐蚀方式。而电化学腐蚀的腐蚀导致机械损伤也是最严重的， 另外几种其他腐蚀的综合结果最终也会导致电化学腐蚀。
三. 化工机械的防腐设计
1. 加强对设备材料的选择。
同样的设备，同样的环境，构成原材料的不同，对腐蚀的抵抗性也就不同。一般的机械设备都是采用普通的碳素结构钢，这种材料价格低廉，来源广阔，更容易进行加工。碳素钢的主要元素是碳、铁，基本不含有合金，在普通的环境中腐蚀性并不大，但是在化工行业的运行环境中，面对含有各种酸碱盐介质，腐蚀性能就相对较低，很容易受到腐蚀。以最为常用的Q235钢为例，这种材料在高浓度的化学介质中，被腐蚀的速度非常快，因此在进行选择设备的时候尽量不要选择这种结构材料的设备。应该选用耐腐蚀的钢材制成的设备，如用：16MnCu、09MnCuPTi等普通低合金钢为制造基材的设备。这种设备虽然价格较高，但是它的使用寿命是采用普通碳素钢建成的设备的2-3倍，性价比还是很合算的。
2. 结构与工艺的防腐设计。
当机械设备的形状设计过于复杂时，便很可能引起一些缺陷，如积尘、积液以及设备应力过大等等，这样便容易造成机械设备的局部位置出现腐蚀现象，为了尽可能避免这种情况的发生，应当在进行设备结构设计时，综合考虑抗腐蚀性，并满足以下要求：
（1）设备构件的形状越简单越好，所有构件应尽可能采用相同的金属材料，并减少构件当中的缝隙；
（2）必须选择优质的防锈漆，以确保腐蚀介质能够与设备构件完全隔离。需要特别注意的是在对设备焊缝进行涂漆时，结构的合理性将会直接影响涂漆质量，也就是说只有最为合理的结构形式，才能保证涂漆达到理想中的防腐效果；
（3）应当避免一些残余的水分滞留在机械设备上的情况发生，即设计过程中要尽可能避免向上的容器状凹处，若是必须采取这样的设计，应设置排水孔；
（4）应防止对机械设备焊接时出现应力集中的情况，焊接工艺要合理，尽可能做到连续不间断地焊接。同时还要避免焊接质量缺陷的发生，如焊瘤、咬边等等，一旦形成这样的焊接质量缺陷便有可能导致该位置成为新的腐蚀点，进而引起严重的腐蚀现象；
（5）为避免缝隙腐蚀的情况发生，应当对构件连接处的缝隙进行合理处理，如在对接和搭接时，应采用双面连续对接焊，并确保焊接质量，这样有利于防止缝隙腐蚀的现象发生。
3. 腐蚀的控制。
在机械设备的防腐措施中表面涂层是最长用到也是最简单直观的方式。在进行涂漆的过程中要选择实际效果比较好的防锈漆，致使设备表面与环境中的腐蚀介质完全隔离开。涂漆一般不会对设备本身造成什么影响，不会对设备的构造以及性能造成什么影响。为了更好的起到防腐的作用，不但要在涂漆的能力上、防锈漆的作用上提高要求，还要对涂漆设备的构成材料、整体结构、表面状态以及周围环境有足够的了解。另外涂层还包括金属覆盖法，也叫牺牲阳极保护法，这种措施实质上是一种原电池反应。在设备的表面选择电极电势比设备低的金属或者是合金作为原电池的阳极，将其固定在被保护金属的表面，而被保护设备就成了阴极，从而得到保护。
根据电化学原理，电化学保护法是在金属设备上所采取的措施，让其成为腐蚀电池中的阴极，从而减轻或者防止金属腐蚀的方法，它包括外加电流法和牺牲阳极保护法两种。外加电流法是将被保护的金属与另一附加电极作为电池的两个极，使被保护的金属做为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护的方法。此法主要用于防止土壤、海水和河水中金属设备的腐蚀；牺牲阳极保护法是用电极电势比被保护的金属更低的金属或者合金作为阳极，使其固定在被保护的金属上，形成腐蚀电池，被保护的金属因做为阴极而得到了保护。
4. 外加电流阴极保护法。
外加电流阴极保护法也是化学保护法的一种，主要是利用外加直流电以及辅助阳极，使电流通过土壤进入到被保护机械设备中，是整个设备的结构电位低于周围环境。这种保护方法主要是由外加直流电源、辅助阳极以及参比电极三部分组成。外加直流电在整个保护措施中起到主导作用，保障整个方法的顺利实施并得到最大的发挥；辅助阳极的主要作用是将外加直流电源产生的直流电通过介质传输到被保护的机械设备上；参比电极的存在主要是为了在检测被保护设备电位、保护效果的同时把控制信号提供到自动控制的恒电位仪上。在整个保护措施的设施中，为了避免出现阳极被保护的现象，科技在阳极的周围涂抹阳极屏蔽层。
四、结束语
化工生产企业中普遍存在腐蚀性介质，化工机械设备会比一般行业设备腐蚀严重，从设计、施工、运行防护各个方面考虑，有效的提高了防腐能力，延长设备寿命。
参考文献：
[1]刘春荣.浅谈化工机械设备的防腐设计及措施[J].装备制造技术,2011,(10):217-218,225
[2]韩晗,王鑫,董亮等.浅议化工机械设备的防腐设计及措施[J].中国化工贸易,2013,(5):59-59.
[3]宋欣,冯丽锋.提高化工机械设备防腐蚀能力探讨[J].石油和化工设备,2011,14(4):71-73.
【关键词】 教学方法 探索
《机械基础》是一门机械类专业的专业基础课，对于学习基础差的中职生来说，名词概念多，原理难理解，很容易就会产生放弃学习的念头。通过几年的教学实践，不断尝试，我总结出了几点提高《机械基础》教学效果的方法，和大家一起探讨分享。
兴趣是最好的老师，它是学生主动学习、积极思维、大胆质疑、勇于探索的强大动力。如果学生对学习产生了极大的兴趣，那么，他在学习中所付出的精力和在学习方面产生的效益是不可估量的。因此，在教学活动中，就要求我们利用各种资源和教学手段，将课堂营造得更加生动，使学生学习起来更有乐趣，激发起学生的学习兴趣，让学生自始至终主动参与学习，从而提高他们的学习效率。
一、 营造轻松愉快的学习氛围
学生都有这样的心理，喜欢哪位老师就喜欢听这位老师的课，学生喜欢什么样的教师呢？他们喜欢风趣幽默、将深奥的道理讲得浅显易懂，最不喜欢讲课枯燥无味、满堂灌的老师，传授同样的只是，方式方法很重要。另外，我们要善待学生，深入学生中，了解学生，关心学生，尊重学生的人格，正所谓“亲其师而信其道”，当学生取得进步时，给予肯定，树立他们的信心，让我们的课堂充满和谐、轻松、平等、愉快的气氛。
二、 用疑问去激发兴趣
在学习齿轮和齿轮系机构传动时，首先提问驾驶员在驾驶汽车时，经常用右手拨动右侧的拨杆，这是在干什么？同学们只知道是在操作汽车起步、加速减速倒车时司机要操作的，但具体在操作什么不清楚。当我向同学们介绍，驾驶员拨动拨杆的操作，是在改变一对齿轮传动比的大小和方向，从而改变车轮的转速和转向，学生们感到很新奇，之后恍然大悟，从而感到学有所获，激发了学生的学习兴趣。
在学习棘轮机构时，可以向学生提问：“我们在骑自行车时，脚踩自行车踏板向前行驶，而反转踏板时，自行车却为什么不会实现倒车？”学习四杆机构的“死点位置”时可以提问：“操作缝纫机脚踏板的时候，有时会运转自如，有时又会碰到踩不动或者倒着转的情况；为什么飞机的起落架不会在起跑过程中折回？”等等，一连串的疑问会激发起学生求知的欲望。
三、 自己动手制作教具
有些定义理解起来比较困难，学生会感觉抽象难以理解，我们就可以利用手边的物品进行实际操作，边操作边讲解，比如在讲渐开线齿轮齿廓时，学生无法理解渐开线的形成，渐开线的画法定义：在某平面上，沿着一个固定的圆作纯滚动，此动直线上任意一点k 的运动轨迹ck 称为该圆的渐开线。我就地取材用他们喝水杯的盖儿作为渐开线的基圆，用一根鞋带作为动直线，把粉笔固定在鞋带上就可以很快地画出渐开线，我先示范操作，同时也让学生亲自上黑板来体验一下，有了亲身的体会，使学生对于纯滚动的理解和渐开线的形成留下深刻的印象，同时为后面渐开线性质的学习打下了很好的基础。
铰链四杆机构教学时，让学生自己动手制作模型，学生们所取杆件长度各不相同，制作出不同类型的四杆机构，课堂上，我首先让学生测量自己制作模型中的各杆件的长度，并总结描述该模型的运动特性，然后引导学生得出曲柄存在的条件，推导出铰链四杆机构三大类型即曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构的形成条件。然后以曲柄摇杆机构为例，讲解其运动规律和构件特点，让学生以此类推、举一反三，总结其余两种机构的运动规律和特点。学生们通过自己亲手制作教具，对于所获得的知识记忆也比较深刻，同时还锻炼了动手能力。
四、 利用多媒体课件辅助教学
本学科的很多内容如各种机构的教学，要求有动态的演示，在缺乏教具和设备的情况下，采用多媒体辅助教学，使枯燥的内容变得生动形象，可以充分调动学生的学习积极性，这种教学方法深受学生欢迎。
在学习铰链四杆机构、凸轮机构、间歇运动机构时，采用CAI课件，把曲柄摇杆机构的急回特性、死点位置，凸轮机构的从动件运动规律，以及间歇运动机构的特点生动形象地进行演示，在教学过程中，师生之间的信息交流和反馈得以加强。声、像、文、图并茂的教学信息，增强了教学的艺术效果，增强了学生对学习内容的认识和理解，提高了课堂教学效率。
五、 直观教学和现场教学相结合
在讲解轴、轴承、皮带传动、齿轮传动等章节内容时，介绍了实物名称、分类、作用及用途，学生对所学内容有了大致了解 然后把学生带到实习工厂或生产现场参观。让学生亲眼观看实物的外观、构造、设备、安装及应用。如在轴、轴承的现场教学中，学生亲眼看到轴承的构造及安装，轴的结构、加工过程，接触了真实的、活生生的具体事物，获得的初步印象就比较深刻。参观后再回到课堂，利用挂图、示教板、模型的直观演示及实物的剖析来系统详细地讲授课程的重点内容。
在液压传动部分，三位四通换向阀教学中，因为内部结构看不到，光靠书上的图和口头叙述工作过程，学生不易理解。而利用剖开的、滑阀可移动的示教板边演示、一边讲解，学生就可直接观察滑阀的几个动作过程，便很容易掌握换向阀不同通路情况和中位机能不同特点。从生动的直观到抽象的思维，从感性认识上升到理性认识，能够帮助学生加深理解。
六、 结合生活和生产实际，理解书本知识
在学习机构和机器的概念时，学生往往只是死记硬背，结果只能是一知半解。如能结合日常生活中的例子：自行车是一种机构，摩托车、电瓶车都是一种机器，摩托车、电瓶车能实现能量转换，摩托车能将化学能转变成机械能，电瓶车能将电能转变成机械能。在学习导杆机构时，可以结合农村家庭用的手摇抽水机，来讲解移动导杆机构的工作原理，利用自卸翻斗车自卸货物原理，来学习曲柄摇块机构，利用缝纫机的踏板机构，来讲解曲柄摇杆机构的死点位置。
在讲解力的作用和反作用力时，把学生进行的拔河比赛和定理联系起来；学习力的平移定理时，把定理在打乒乓球的旋转球中的运用结合起来，都可以使学生对抽象的定理进一步的理解，增强了学生对学习内容的认识和理解。
参考文献：
1《机械基础》 机械工业出版社 柴鹏飞 著
2《机械基础》哈尔滨工业大学出版社 南景富 著
【关键词】振动 压电式振动传感器
振动是自然界最普遍的现象之一，大至宇宙小至原子粒子，无不存在振动现象。在工程技术领域中振动现象比比皆是，但在很多情况下振动是有害的，例如：振动降低加工精度和光洁度，加剧结构件的疲劳和磨损，在航空领域中机体及结构件的振动会产生非常严重的后果，轻则会影响驾驶员的操作和舒适度重则会引起机体、结构件的断裂甚至解体。
在飞机试飞阶段为了验证在飞机设计阶段得出的飞机结构的固有频率、固有振型、阻尼系数等数据的正确性，需要对飞机的振动特性进行测量、评估。本文从振动特性测量的改装环节入手，分析影响振动测量的改装因素并提出规范和措施。
1 振动参数分类及特性
振动传感器是由弹簧、阻尼器及惯性质量块组成的单自由振荡系统。利用质量块的惯性在惯性空间建立坐标，测定相对大地或惯性空间的振动加速度。它通过其中的换能元件，将机械振动转换为便于传递、变换、处理和储存的电信号。
振动传感器形式有很多种，常见的分类如图1所示。
1.1 压电式振动传感器的测试原理
压电式振动传感器是试验机振动测试常用的传感器之一。相应标准提出了振动加速度测量传感器改装要求，但是往往因为对其中的概念理解不透，造成一些不合理的安装方式，在一定程度上影响了测试精度。
要正确理解和贯彻标准要求，必须了解有关背景知识，如传感器的测试原理、构造和基本特性等方面。
一些介质在沿一定方向上施加机械压力而产生变形时，其内部会产生极化现象，同时其表面产生电荷，当外力去掉以后，材料内部的电场和表面电荷也随之消失，这种特性称为压电效应。压电式振动传感器是利用这一特性，把基体感受到的机械振动转化为电能量输出。
1.2 典型压电式振动传感器的基本构造
压电式振动传感器的典型结构如图2所示。
压电晶体被压紧在质量块和基体之间，当加速度计感受振动时，质量块施加一个振动力于压电晶体上，压电晶体中产生可变电势。通过适当的设计，可以保证在一定的频率范围内输入加速度与输出电势成比例。
1.3 压电式振动传感器的特性
1.3.1 频率响应
Mm是压在敏感元件上的质量块的质量；Mb是加速度计基体及壳体的质量；K是Mm与Mb间的系统的等效刚度。这一系统的自然频率为：
fo=fm
式中fm为质量Mm在弹簧K上的自然频率。
根据振动理论：fm= 。
假设加速度计刚性安装在比它重的多的结构上，此时Mm/Mb0，fofm。从而得到加速度计的上限响应频率为fm。
压电式振动传感器能够精确地检测宽范围的动态加速度，因此可以用来测量瞬态冲击过程外， 还可用来测量正弦振动和随机振动。但是，压电式振动传感器不适用于稳态测量的场合，例如地球引力、惯性制导或诸如发动机加速度及制动等缓慢变化的瞬态过程。
1.3.2 灵敏度
加速度计的灵敏度定义为电输出与机械输入之比。从传感器结构可知，灵敏度是有方向性的。由于传感器的制造误差，其最大灵敏度方向与几何轴不一致，最大灵敏度矢量可分解成轴向灵敏度和横向灵敏度两部分。
真正代表压电式振动传感器灵敏度的是电荷灵敏度，它不受传感器内部电容变化和电缆长度变化的影响，只取决于压电材料的压电常数，一般电荷灵敏度每年下降小于1%。
压电式振动传感器实质上是固态器件，它们非常坚固和耐用，在误用的情况下一般也不会引起损坏。在传感器内部，没有调整部件，增加了传感器的可靠性和可重复性，能够用于极其恶劣的环境下。
2 压电式振动传感器的改装要求与测量精度
2.1 振动加速度测量传感器的改装要求
相应标准规定了振动加速度测量传感器的通用改装要求：
（1）传感器测量轴与被测轴线平行，横向灵敏轴应避开侧向加速度最大的方向。
（2）传感器安装支架质量小，刚度好，接触面接触弹簧的自然频率至少大于传感器自然频率的五倍。
（3）单极性传感器应与支架绝缘安装。
2.2 影响测量精度的因素
（1）安装刚度不足会降低响应频率及使用范围的上限，这一影响在高频测量中尤其显著。
标准规定“接触面接触弹簧的自然频率至少大于传感器自然频率的五倍”；这对传感器安装支架的刚度及安装面的接触刚度提出了很高的要求。若传感器直接安装在被测结构上，其接触弹簧的自然频率可按接触弹簧静态变形求得：
fm=
因传感器的质量力一般很小，而接触弹簧刚度趋于无穷大；因此变形δ极小，接触频率可以满足标准要求。
若传感器通过转接支架安装在被测结构上，则必须同时考虑支架刚度及两个接触面的接触刚度，并要在满足安装刚度要求的前提下尽量减小支架的质量。若传感器与支架绝缘安装，采用绝缘螺桩及云母垫片可以获得最大安装刚度。
（2）安装支架质量太大，其质量载荷改变了结构的原有振动，导致测量结果失真；如果是在较轻或较薄的结构上测振，这一影响不可忽视。
（3）安装方向偏离传感器的校准状态，传感器轴向灵敏度轴方向与要求的测量方向应尽可能一致，一旦偏离将导致轴向响应降低，而横向响应增大加速度计应当安装在平坦、干净的表面上，横向灵敏轴（在壳体上以红点标出）应避开侧向加速度最大的方向。
（4）螺栓拧紧不当，螺栓拧入基体太深，引起基体拱弯变形，从而产生额外的电输出。拧紧力矩要适当，过大会损坏螺纹，太小将影响安装刚度。
2.3 压电式振动传感器的典型安装方式和关键点
压电式振动传感器有金属螺栓安装、对地绝缘转换螺栓连接、胶粘剂粘接和磁铁转换吸盘连接四种安装方式，其中金属螺栓安装和胶粘剂粘接最为常见。利用钢制螺桩把传感器固定在抛光的金属面上，这种方式可以得到最高的响应频率，其它的安装方式会降低响应频率。
要做到数据结论准确，首先要正确使用和安装传感器。在设计振动传感器支架、紧固件及实施安装时应遵循以下几点：
（1）了解所测参数的基本情况，如振动加速度的振幅、频率范围；
（2）了解传感器的结构形式和特性，包括传感器质量，自然频率，安装尺寸等；
（3）根据被测结构的具体情况确定传器的安装方式，对低频测量应重点考虑附加质量对测量结果的影响；对高频测量则应保证安装刚度符合标准要求；
（4）传感器及转接支架的安装接触面应平整、光滑，以保证传感器安装精度和刚度；
（5）仔细调整传感器的安装方向。使轴向灵敏轴与所要测量方向一致，横向灵敏轴应避开侧向加速度最大的方向；
（6）控制螺栓拧入深度及拧紧力矩，适当的拧紧力矩为1.8N・m。
3 结论
为了得到最真实、可靠的被试数据，需要深度挖掘试验的各个环节；本文从改装环节剖析了一型振动传感器的相关特性并由此提出了改装关键点，以便能够更好、更真实的得出试验数据为被试对象提供数据支持。
参考文献
[1]闻邦椿，李以农，张义民，宋占伟著.振动利用工程[M].北京：科学出版社，2005（08）.
[2]压电加速度计使用规范[S].秦皇岛市协力科技有限公司，2011.
作者简介
王进（1980-），男，现为中国飞行试验研究院改装部工程师，从事试验机改装设计及人机功效设计工作。
田玉艳（1984-），女，现为中国飞行试验研究院改装部工程师，从事试验机改装设计工作。
关键词： 现代机械设计 系统化 结构模块化 产品特征 智能化
随着近年来人类科学技术水平的加速发展，特别是计算机软硬件性能的持续提高，以及计算机技术对各行各业全面深入的渗透，各技术领域的思维、观念和方法不断得以更新。机械设计作为一个具有几百年历史的技术领域，也在世界科技进步的大潮中获得了新生。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效。
根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，我们可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。
一、系统化设计方法
系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性。所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。
系统化设计思想于上世纪70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制定了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制定出标准VDI2221技术系统和产品的开发设计方法。
由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。具有代表性的系统化设计方法有设计元素法、图形建模法、“构思”―“设计”法、矩阵设计法、键合图法，等等。
二、结构模块化设计方法
从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解（如通用零件部件等）描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解。这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。Feldmann将描述设计任务的功能化产品结构分为四层：（1）产品（2）功能组成（3）主要功能组件（4）功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件STRAT。
这种方法认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数。因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风险十分有利。
这种方法提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口（连接和配合部），并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。
这种方法以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。
根据机械零部件的连接特征，将其归纳成四种类型：
1）元件间直接定位，并具有自调整性的部件；
2）结构上具有共性的组合件；
3）具有嵌套式结构及嵌套式元件的连接；
4）具有模块化结构和模块化元件的连接，并采用准符号表示典型元件和元件间的连接规则，由此实现元件间联接的算法化和概念的可视化。
在进行机械系统的方案设计时，用“功能建立”模块对功能进行分解，并规定功能分解的最佳“粒化”程度是功能与机构型式的一一对应。“结构建立”模块则作为功能解的选择对象，以便于实现映射算法。
三、基于产品特征知识的设计方法
基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。
机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。
四、智能化设计方法
智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述产品的结构。在利用数学系统理论的同时，我们考虑了系统工程理论、产品设计技术和系统开发方法学VDI2221，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件MUSE。上述各种方法并不是完全孤立的，各类方法之间都存在一定程度上的联系。
机械产品的方案设计正朝着计算机辅助实现、智能化设计和满足异地协同设计制造需求的方向迈进，由于产品方案设计计算机实现方法的研究起步较晚，目前还没有成熟的、能够达到上述目标的方案设计工具软件。我认为，综合运用文中四种类型设计方法是达到这一目标的有效途径。虽然这些方法的综合运用涉及的领域较多，不仅与机械设计的领域知识有关，而且涉及系统工程理论、人工智能理论、计算机软硬件工程、网络技术等各方面的领域知识，但仍然是产品方案设计必须努力的方向。
参考文献：
［1］邹慧君，蓝兆辉，王石刚，郭为忠机构学研究现状、发展趋势和应用前景.
［2］基于WEB的计算机辅助机械创新设计系统研究..计算机类.计算机应用.
［3］机械产品方案的现代设计方法及发展趋势.中国.其它.创新论文.
［4］唐林，邹慧.君机械产品方案的现代设计方法及发展趋势.机械科学，2006，9，18.
［5］雷永刚，彭颖红，阮雪输.机械产品概念设计：综述与分析.武汉大学学报，2006，9，13.
［6］刘晓叙，陈敏.机械产品绿色设计理念.机械设计，2006，4，12.
［7］韩忠愿，熊模华，钟毅芳，周济.现代机械工程设计的特点及CAD技术的走向浅.华中理工大学CAD中心.
关键词：喷雾机 防滴系统 雾化射流
前言
该研究是为推广保护性耕作新农艺研制一种新型配套机具。近年来，该研究成果在推广保护性耕作药剂灭草作业中发挥了较大重要作用。
1 牵引式喷雾机的整体结构
2打药机的防滴系统
防滴系统是解决各种在中型喷雾机普遍存在的滴漏问题。
2.1 防滴系统的结构
结构如下图：
防滴系统作用原理：当药液在药泵产生的压力作用下，经由管道流入喷头体前，必须先经过防滴装置。该装置中弹簧、弹性膜片、内压盖、四通、内芯、压盖球体等组成。管道中的液体压力通过弹性膜片、内压盖压缩弹簧。当液体压力大于防滴装置中弹簧可承受压力时，弹簧被压缩，使内压盖、弹性膜片与四通内芯端面产生间隙，药液经由四通内芯流入喷头体内，在工作压力作用下形成雾化射流，当喷雾机停止工作时管路中压力变小，弹簧在恢复力作用下推动内压盖、弹性膜片紧紧压在四通内芯墙面上，使药液不能流入喷头体内，起到防滴作用。
2.2 防滴系统有关参数的选取
防滴系统中较为关键的部件是弹簧，若弹簧的设计结构尺寸不经严格计算，将会直接影响喷雾机的作业效果。若弹簧过硬，当工作压力已达到极限时，位于四通内芯通道上方的弹性膜片仍不能上移，药液不能流过喷头体，会造成漏喷现象；弹簧过软，则其恢复性会受到影响，弹性膜片在卸压后仍不能回复原始位置，起不到防滴作用。
因此，作用于弹簧上的力F如何确定十分重要。它是决定弹簧材质、结构尺寸的主要参数。
能否用示的最小工作压力近似看做作用在弹簧上的力，需计算管路中的液体压力损失，与此相关的三个力为F1、F2、F3。
F1：泵的工作压力；F2：管路中的液体压力损失；F3：喷嘴的喷射压力。
管路系统中液体压力损失计算公式如下：
F2=8E■・K
式中：E：药液的运动粘度（cSt）；Q：流量（L/min）；L：管路长度（m）；D：管路内直径（L）；K：修正系数
在流体力学中：
当雷诺数Re≤2000时，K=1；
当雷诺数Re≥2000时，K=（Q/ED）34
将E=2.01；Q=3.6（L/min）；L=12（m）；K=1；D=23（L）代入上式，
求出：F2=0.0025（Pa）故可认为对喷嘴的工作压力影响不大，F1≈F3，可以将泵的最小工作压力近似看做作用在弹簧上的力，并依此确定弹簧的受力参数。
弹簧有关设计参数的计算与选取（略）。
防滴系统另一个关键系数的选取是上压盖和四通内芯导流管之间间隙的确定。如将此间隙定义为H，则H取值应小于予紧力S，使弹簧压缩的高度H∠S，计算过程略。
经计算分析，H的定义域应在〔0.8～2〕L之间，经对比试验证明，将H的取值设定在1L，它的开启高度可以满足喷嘴喷量要求。
3 合理雾化程度对喷嘴要求
3.1药液雾化程度
药液协和化程度对喷雾机喷药质量会产生相当大的影响，同时也是衡量喷雾机各项性能指标的重要因素。
对于喷雾机的雾滴直径来说，并不是越小越好。它和天气、喷雾时间、地点、土壤含水率及作物种类等因素有关。对于东北地区来说，春季多风干旱，为了减少药液漂移，提高喷药效果，雾滴直径大些（100um以上）为好。在该机具上采用了喷孔直径为24L的喷嘴。实践证明，其工作压力下的积累率可以达到满意效果。
喷嘴喷量依据下列公式计算：Q=0.06fcK（2gh）1/2
式中：Q：每喷嘴喷量（L/min）；fc：喷孔截面积（fc=R2Л）；K：流量系数（0.88～0.95，据实测资料统计分析，取值为0.88；g：重力加速度（9.81m/s2）；h：药液进喷头压力（mH2O，取值为10.33×4）
则喷嘴总喷量为：
∑Q=0.06Л×（0.012）2×0.88（2×9.81×10.33×4）12×1000×24=16.314 L/min
每喷嘴喷量为：
Q=16.314/24=0.68 L/min，满足机具作业喷量要求。
3.2药液在空气中的射流分析
药液在管路中压力作用下高速射流，破碎的液滴被气动力加速，雾滴开始破碎，如果我们故意将射流变为湍流或者使它在离开喷嘴前做旋转运动，显然就可以使因射流液滴破碎而产生的弥散度大大提高。药液必于粘性较小的流体，这种射流液滴破碎所得的最终产物是药液微粒和与药液稀释剂一起流动的空气混合物。为了达到满意的射流效果，在打药机喷嘴设计中运用了科尔亭格的涡流理论，优化喷嘴雾化程度。
药液进入喷嘴中时，在达到喷嘴的狭窄部位之前，就在导流管和压力作用下做高速旋转（绕喷嘴纵轴）速度的周向分量随药液离轴向距离的减少而增加。当药液从喷嘴喷出时，呈锥型散开，雾化程度是十分有效的。
结束语
该研究在整机设计中有以下三点创新：
① 在防滴系统结构设计中，利用弹簧的弹性变形原理，合理地解决了机体停止作业时药泵对药液所做的无用功，防止药液局部过量对作物杆株造成的损害。
② 合理地确定了防滴系统上压盖与四通内芯（导流管）的间隙，在保证喷嘴喷量基础上，防滴效果更加可靠。
③ 在防滴系统构件四通内增设内芯（导流管），使药液混合更加彻底。
参考文献
1、《农业机械学》下册（中国农机化院）
2、《化工设备设计手册》：非金属防腐材料（化学工业出版社）
3、《机械工程手册》第二卷第五篇：流体力学（机械工业出版社）
4、《机械工程手册》第三卷第十六篇：非金属材料（机械工业出版社）
5、《机械工程手册》第十一卷第六十五篇：农业机械（机械工业出版社）
