第一篇：货车矿粉整平机构的设计与研究
武汉理工大学毕业设计(论文)货车矿粉整平机机械设计
摘要
本课题是完成货车矿粉整平机机械设计。
全文主要内容如下：简要介绍货车矿粉整平机的总体方案设计；执行件滚筒及推手的设计：主支承件龙门框架、底座及底轮、轮轴的设计；滚筒支承部件设计；滚筒转动的动力及传动装置设计；滚筒起吊的动力及传动设计及底轮的动力及传动设计。设计中有关支承部件的设计较多地选用了型钢以及焊接的连接方式，以尽量节约材料消耗和降低成本。而有关动力及传动装置的设计，则采用应用广泛的动力装置三相异步电动机以及链传动、齿轮传动等常用的传动形式，这些部件的设计一般都有其固定的设计套路，应尽量采用。其他一些零部件的设计可以应用《机械设计》、《材料力学》中的方法与原则，但有些还需采用经验值或借鉴其他一些机械的设计，但应尽量查阅有关的设计手册国家标准、相关标准及公式。
关键字：货车，整平机，滚筒，框架，传动
The mechanical design of ore leveling machine for train cars
Abstracts:
The project is to complete the mechanical design of ore leveling machine for Train cars.The main contents of the paper are as follows:Introduce the overall design of ore leveling machine for train cars briefly;the design of the roller tube and the pushing hands which act as the implementatiive parts;the design of gantry framework which act as the main supporting parts and the design of the base and bottom wheels;the design of the roller bearing parts;The design of the power equipments and the Gearing parts which are linked to the roller tube.To minimize the material consumption and the cost,we can use steel and welded
武汉理工大学毕业设计(论文)connections in the design of the supporting components as much as possible.And in the design of the power equipments and the gearing parts,we choose three-phase asynchronous motor ,chain drive and other commonly used forms.It usually has a fixed routine to design these components,and it should be adopted.the design of other parts can be applied to “mechanical design”, “Mechanics of Materials” in the methods and principles.But some we need to use experience to determine the value or refer to some other mechanical designs.However, in the design we should always refer to the relevant national standards manuals, relevant standards and formulas.KEY WORDS：train cars, leveling machine, roller tube, frame, transmissions
绪
论
1.1 我国矿物铁路运输现状
我国资源丰富、经济总量较大，而区域经济发展和资源、原材料分布又不平衡。而铁路则因运能大、运价低的优势，是中长途货物、区域及省际间物资调运的首选运输方式。目前铁路货物平均运距达 820公里，是公路的13倍、内河航运的4倍，在运输的主要货类中，平均运距最长达3400多公里；在26个货类中有占货运总量1／4的17个货类平均运距在1000公里以上；跨省市的货运量也要占到铁路货运总量的2／3以上
作为综合交通运输体系的骨干，我国铁路在国民经济和社会发展中的大动脉作用。我国铁路一直是国民经济发展的关键物资—煤炭、石油、钢铁、木材、粮食、化肥等的运输主体。
铁路在国民经济和社会发展中目前在铁路承运的货物中，能源、冶炼、建材等大宗物资占有相当大的比重，其中煤炭运输一直占铁路货运量的4成以上，全国煤炭产量的6成以上由铁路调运。煤炭是我国能源中的优势资源，至2008年底我国煤炭地质储量探明保有储量为10077亿吨，资源探明率为19.9%。我国现有的煤炭经济可采储量为1145亿吨，占世界同类储量的11.6%，按年产16亿吨煤炭计算，至少可保证开采近百年。由于我国以煤为主的能源结构在相当长时期内难以改变，全国煤炭调运的格局也基本无大的变化，对铁路运输的依赖不会降低。2004年铁路运输了煤炭9亿9210万吨，占全国煤炭总运量12亿吨的80%以上，铁矿石运输了5亿630万吨。
武汉理工大学毕业设计(论文)
1.2 开题研究的意义
由以上的分析可知，铁路运输在矿物的货运方面占有极其重要的地位，而且，每天的矿物铁路运输量是巨大的。
在矿物被开采出来之后，矿粉在向货车车厢装入的过程中，矿粉是堆积在车厢中的，为了增大货运量，以及避免在货车拖运过程中矿粉因车厢的摇晃而泼出车厢造成较大的浪费，矿粉倒入车厢后需要对矿粉进行整平。
但在如今的矿粉装载现场，却有相当一部分的矿粉整平工作，是由工人拿着铁锹来进行的。毋庸置疑，这种工作方式对工人的体力消耗也是极大的，而且工作效率是极低的。
因此，设计出一种货车矿粉整平机，用机器操作完全或是部分代替工人的纯体力劳动具有重要的现实意义。它一方面可以大幅度地降低工人的体力消耗，另一方面还可以极大地提高工作效率，增大产能。
1.3 毕业设计预期目标
毕业设计是本科教学中的重要实践环节，是学生深化、拓宽、综合所学知识的教学过程，还是培养学生的工程设计能力和科学研究能力的过程，同样还是培养学生解决实际问题的能力的过程。
本次毕业设计的任务是货运列车矿粉整平机的机械设计。
要圆满地完成毕业设计，首先我们要做好一些最基本的准备：全面温习并熟练掌握《机械原理》、《机械设计》、《机电传动》等专业课知识；温习《画法几何及工程制图》，学习并熟练掌握CAXA电子图板的操作；在设计过程中,还要注意培养自己的搜集资料，整合信息,分析信息,处理信息的能力。
毕业设计不仅是深化、综合所学知识的过程，又是学生锻炼发散思维、创造性思维，培养创新能力的过程。
武汉理工大学毕业设计(论文)总体方案设计
2.1 设计任务分析
我的毕业设计任务是“货车矿粉整平机机械设计”,这里的“货车”是指货运列车。要对这样的一台机器进行总体方案的设计，首先可以考虑选择执行机构。要把货车上堆积的矿粉整平，我们可以很容易地想到设计一个推板。只要让推板沿着车厢长度方向按一定的速度往复运动一次即可把一个车皮中的矿粉整平。推板只是执行件，还需要确定动力装置，我们可以想到曲柄滑块机构，并可借鉴牛头刨床的传动机构。
对于执行机构的设计，我们还可以借鉴于铣床铣削（顺铣）的工作过程。为了实现对装入货车车厢内的矿粉进行整平工作的运动要求，可以制作一个直径适当的圆柱滚筒，其轴向长度大约是货车车厢的宽度，然后让滚筒的整个圆周上均匀地分布着比较多的小推手（刮板）。只要让滚筒在沿车厢口边缘作滚动的同时沿车厢长度方向作平行移动，滚筒上的小推手就可把车厢内堆积的矿粉整平。
而对于执行机构的动力及传动装置，我们还可以采用电动机，中间传动选用皮带传动、齿轮传动、链传动等常见的传动形式，再配备相应的支撑件即可。
2.2 总体方案的确定
从以上的分析中，对于执行件我们可以确定两种方案：1.推板；2.滚筒上分布刮板。
武汉理工大学毕业设计(论文)执行部件是上述的滚筒刮板。让滚筒在沿车厢口边缘作滚动的同时沿车厢长度方向作平行移动，以实现对列车车厢中的矿粉进行整平。而要让滚筒作水平移动，我们可以在进行整平工作的地点，在铁路的两边铺设两条一定长度与列车铁轨平行的轨道。再制作一个龙门型的金属框架，框架底部布置四个轮子，可以在所铺设的轨道上滚动。然后把滚筒的两端用轮子箍在框架的立柱上，这样可以让滚筒沿立柱上下移动，以适应不同的车厢高度。当底端的轮子在动力装置的驱动下沿轨道滚动时，框架就带动滚筒作水平移动。
然后是整平机械是动力装置。要滚筒能够转动可以设置相应的电机和减速器，以驱动一端的轴即可。要使滚筒能沿立柱上下移动，可把滚筒的重量控制在一个比较大的值，如此滚筒就可以靠自身重量而自动向下运动；而要让滚筒能向上移动，则可以在龙门型的框架的顶端设置一根轴，再设置电机和减速器驱动这根轴，轴两端设有小滚筒，小滚筒上缠绕着钢丝绳，两钢丝绳便可吊着推手滚筒两端的轴而驱动滚筒向上移动。再就是机器沿所铺设的轨道运动的动力装置。这就还需要设置相应的电机、减速器驱动框架底端的轮子。
下面开始各部件的设计。
设计任务书上指定的设计指标有：
1.对荷重63吨标准货运列车能实现矿粉整平；
2.整平工作由一个操作工人现场操作完成，不要求自动整平功能； 3.单个车皮整平时间不超过8分钟； 4.结构方案合理、维护简便。
为方便之后的设计，首先要收集最基本的数据：63吨货运列车车厢及车轮的尺寸。通过查阅图书馆中的相关资料（如国际标准）以及网络，可知63吨货运列车尺寸为12500
武汉理工大学毕业设计(论文)×2900×2050（mm），依次对应的是长、宽、高。执行件滚筒及推手的设计
关于滚筒及推手的设计，指导老师给予了一些补充设计条件：推手直径800mm，推手推力大于300kg的力。
下面是具体的设计：
由于滚筒上需要布置比较多的推手，滚筒直径会比较大，为了节省材料并且不至于使滚筒过于笨重，滚筒可以采用空心的形式。为减少成本，滚筒可直接选用焊接钢管中的直缝焊接钢管。所选用的尺寸规格为：外径325mm，壁厚10mm，长度3200mm。然后是推手在滚筒上的布置。先可在滚筒圆周上沿其径向均匀地钻一些通孔，这些孔依次沿滚筒轴向错开一定的距离，且沿滚筒径向依次错开一个角度，这两个值分别确定为230mm、30°。再在这些孔内穿插一些推手轴，然后在轴端安装一些一定大小的钢板作为推手。再就是这些零部件的安装固定问题：1）.推手轴在滚筒上的安装。为防止推手轴沿滚筒轴孔的移动以及绕自身轴线的转动，可沿滚筒径向钻一些销孔，并在每根推手轴上也钻一个销孔，再往滚
a)
°
b)
图1 滚筒装配体
武汉理工大学毕业设计(论文)如上图，推手沿滚筒及圆周方向都是均布的，且关于滚筒的中间横截面是对称的，这有利于其工作时的受力平衡。
图2 推手
筒销孔内插入销，并让其穿过推手轴上的销孔，便可实现推手轴的固定。这些销直径为8mm，但长度却有342mm，很细长，标准的圆柱销没有这种尺寸规格，因此这种销是自己设计的。为了防止销在工作时滑出销孔，再在销的两端都开开口销孔，装配时装上开口销，卡在滚筒销孔外。2）.推手与推手轴的连接。如上图所示，可在推手轴与推手板之间增加一个连接件，推手轴与连接件通过销连接固定，推手板与连接件之间则通过螺栓螺母紧定。
4主支承件龙门框架、底座及底轮、轮轴的设计
对于龙门型的框架，为节约成本，可以直接选用型钢。而为使龙门型框架受力平衡，可把同型号的槽钢背对背焊接在一起作为一根立柱。这样既可减少材料消耗，又可相对增强立柱强度。这里选槽钢的型号为25b。
再就是底座及立柱与底座的连接。因为底座上要安装车轮，而左边的车轮与右边的车轮并不能用一根轴直接连起来（因为中间还有货车车厢要通过），则两边的车轮每
武汉理工大学毕业设计(论文)个轮子都需要有其独立的轴，而这些轴还不能太短。支承架上要安装若干个电动机、减速器，还有滚筒，整个机器的重量还是比较大，若底端的这些车轮轴太短的话，车轮轴两边的支承轴承所承受的力会很不平衡，这会严重影响轴承的寿命。为此，可以如此设计底座：把两根槽钢的开口相对，添加钢板将它们焊接在一起。左右两边各一对。车轮及轴即安装在这一样的焊接底座上。在需要安装车轮的部位，为了增强支承的强度，再在槽钢的凹槽处焊接比较厚的钢板，然后横向钻孔穿过厚钢板及槽钢，如此则可哪知车轮轴及轴承。下面即是车轮轴、轴承及车轮的安装布置图。
图3 车轮轴、轴承及车轮的安装布置图
这里的车轮为自己设计的车轮，其轴向尺寸与标准的列车车轮一样，其直径设计为500mm，其上是轴孔孔径设计为100mm。车轮的一端靠轴环定位，轴环长度定为5mm，直径定为110mm。轴的最左端的一段上安装轴承，轴承选深沟球轴承，型号为6216。再往右的一端为轴承的定位轴肩，这一段的直径设计为94mm，长度为30mm。轴上开有键槽的一段安装车轮，轴在这一段的长度比车轮宽度短3mm，以利于车轮在另一端的固定。轴最右端的一段的右端也是安装轴承，轴承型号也左边的相同。此轴承与车轮之间设置一定位套筒，以给此轴承作轴向定位。轴在这一端的长度为63mm。滚筒支承部件设计
由于滚筒要能转动，其两端的轴都需要安装轴承。而轴承需要有依托，若用特意弯曲的钢板加上螺栓连接做成类似于滑动轴承的剖分结构夹紧轴承外圈，能实现轴承的安装固定，但是这种结构的力学强度会比较低，所以不是很合理。较好的方案用钢板钻孔作为轴承的支撑结构。而滚筒是要能沿龙门型框架的立柱上下移动的。为此，我们可以制作这样的一个滚筒支承架：支承架上下各有一个矩形的框架，它们是由四根车制的轴
武汉理工大学毕业设计(论文)由螺栓连接起来的。而把滚筒轴承支承钢板的上端焊接在上边的矩形框架的短轴上，把钢板的下端焊接在下边的矩形框架的长轴上。两滚筒轴承支承钢板对称布置。两矩形框的长短轴的两端都装有移动大小的轮子，这些轮子箍在龙门立柱上，使滚筒支承架只能沿立柱上下移动，而不会脱离立柱。这就要求槽钢焊接立柱有四根。滚筒支承框架上面的两根长轴上可以连接相应的部件，以安装滚筒的动力及传动装置。总体如下图所示。
下面介绍各部分的细节设计
为方便设计，把上下的两个矩形框架的结构尺寸设计为相同。
1).矩形框架长轴部件
这根轴是横跨在列车车厢上的，如上面的部装图，轴上安装的两个轮子是箍在立柱
0
1图4 滚筒支承部件
武汉理工大学毕业设计(论文)槽钢的纵向凹槽内的。由于上面的长轴上还要承受滚筒的动力及传动这装置的重量，这些轴不能设计得过小。在这里把轴的中间部分，即轴最粗部分的直径设计为48mm。考虑到轴的大小以及槽钢凹槽的深度，长轴上安装的轮子的半径至少为95mm，这里设计为128mm，使其不至于在与短轴部件连接时雨立柱发生干涉。这些长轴的轴是不转的，而上面安装的轮子要能沿立柱滚动，则轴上要安装轴承。而要使轮子在轴向上固定，在结构上可以安装两个圆锥滚子轴承得到解决。如下图左边轮子的安装。右边的轴承的内圈靠在右边的轴肩上，外圈一侧则靠在轮子上；而左边轴承的外圈一侧靠在轮子上。它们的左边再旋上圆螺母，以压紧左边轴承的内圈。这里使用的是双螺母，以起防松作用。
阶梯轴在安装轴承的一段的直径设计为40mm，长度为44mm，使轮子安装后外端的轴承的内圈稍伸出1～3mm，以利于轮子的轴向固定。所选的圆锥滚子轴承的型号为30208。因其轴向尺寸大约为19.8mm，这里把轮子的宽度设计为43.6mm。轴上切削有螺纹以旋螺母的一段直径设计为39mm，长度设计为22.6mm。轴最外端的一段直径定为32mm。这两端的长度需综合考虑矩形框架的连接以及它们与槽钢立柱的相互位置关系。经综合考虑，这两段的长度均设计为174.9mm。而为了实现矩形框架中长轴与短轴的连接，我们把长轴、短轴在连接处各铣去一部分，从而在每个轴端都铣出了两个平面，再在剩下的半圆轴上钻孔，以用于螺栓连接，这里选M10的螺栓。
241.54056图5 支承框长轴部件
２）．矩形框端轴部件
这两根短轴部件一方面是用于再添加其它零部件以安装滚筒轴承；另一方面 也起限位作用，其上的两个轮子在整平机上是紧靠在槽钢立柱的外侧面的，它们主要是为了防止滚筒在轴向的大幅窜动。轴上的两个轮子的安装布置形式与框架长轴上两个轮子的安装形式是相同的，连轴承的大小、型号都相同，只是两轴承的距离大一些。在轴上安装轴承的两段为了保证装轴承的部位的配合要求，两轴承之间的一段在车制的时候稍稍车小一点，以利于提高两装轴承部位的制造精度。综合考虑槽钢立柱、矩形框长短
武汉理工大学毕业设计(论文)轴即两限位轮子之间的相对位置，并考虑到预留一定的间隙余量，可计算得小限位轮中部的外径为120mm，长度比立柱侧面宽度稍大，取为168mm。轮子两端还设置有限位凸缘，其外径为160mm，轴向长度为13mm。轴端也设有双圆螺母，一方面给轴承作轴向定位，另一方面也起防松作用。另外这两根短轴上是还要连接滚筒两端轴承安装钢板的，为简化连接，可把轴承安装板直接焊接在上下两根框架短轴中间最粗的部位。而为了增大焊接时钢板与框架短轴的接触面积，以增强连接强度，可以在框架短轴中段铣出一个平面。
2681006图6 支承框短轴部件
6滚筒转动的动力及传动装置设计
工业上比较多地采用三相异步电动机作为动力装置，这里动力装置也采用三相异步电动机，用圆弧蜗杆减速器减速，它们之间用联轴器直接相连。减速器输出轴与滚筒轴之间的距离较大，用齿轮传动不合适，则采用链传动（常用的滚子链）。
6.1电动机的选择
首先要计算载荷。已知推手的推力大于300kg的力，滚筒直径为800mm，则滚筒的阻力矩
Td＞300×9.8N×0.4m=1176N·m 滚筒的转速不能过快，确定为20r/min，其转动的角速度
20ω=2π×60rad/s=2.094rad/s
武汉理工大学毕业设计(论文)则功率
P=Tdω=1176×2.094w=2.46kw 这里选Y100L-4型的三相异步电动机，其额定功率为3kw，满载转速为1420r/min。
6.2 减速器的选择
整个传动装置的总传动比为
i总142020==71 为方便设计，链传动的传动比可选为1.，而减速器则可以选用传动比i=63（可选用的最大传动比）的减速器，这样经减速厚的转速为
满足要求。
查阅《机械设计手册》并结合功率考虑，可知减速器输入、输出轴的中心距应选为125mm。这样的减速器的额定功率为3.5kw。确定了这些数据之后则可确定减速器的装配尺寸。
6.3 链传动的设计
传动比已选为i=1，选用双排链 1）.链轮齿数
主、从动链轮转速n1=n2=20r/min，而推手直径才只有0.4m，则链速v＜3m/s，选小链轮的齿数 z1=23，则大链轮的齿数也为z2=23 2）确定额定功率
链传动由电动机拖动，载荷平稳，选KA=1.0。再由z2=23查出KZ=1.15，额定功率为
Po=KAKZP=1×1.15×3×1.75×0.5=3.01kw 3）初定中心距a0，确定链节距Lp
按a=（30～50）p，初定中心距a0=30p。由z2-z1=0，查表得f1=0，则链节数
2a0Lpz1z22p=p++f1a0=2×30+（17+43）/2=83
武汉理工大学毕业设计(论文)取链节数Lp=84节 4）确定链节距p 主动链轮转速 n1=20r/min 选滚子链为20A，链节距p=31.78mm 5）验算链速
n1z1p202331.7560000V=601000=满足要求。6)确定中心距 因f3=(z2z12π)2m/s=0.24m/s＜3m/s =0，则
pa=7)链轮尺寸 4Lpz1z2z1z22）8f3（Lp22=844.83mm 已知p=31.75mm，滚子外径dr=19.05mm，排距pt=35.76mm a)小链轮尺寸 分度圆直径：
psin180z1d1=
=233.17mm 齿顶圆直径d1a：
d1max=d+1.25p-dr=233.17+1.25×31.76-19.05=254.34mm
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1.6d1min=d+(1-z1)-dr=231.74mm
取d1a=245mm 齿根圆直径：
d1f=d-dr=233.17-19.05=214.12mm 齿侧凸缘（或排间距）直径：
d1g＜pcot
180z1-1.04h-0.76=106.45mm b)大链轮尺寸
因传动比i=1，大链轮尺寸与小链轮完全相同： 分度圆直径 d2=233.17mm 齿顶圆直径 d2a=360mm 齿侧凸缘直径 d2g＜106.45mm
这里取 d2g=93mm。
6.4 电动机、减速器的安装布置
要安装电动机和减速器，只能在滚筒上方安装（因为下方有列车车厢通过），为此，可以在滚筒上面的矩形框架的两长轴上横跨两根角钢，角钢与矩形框长轴之间用螺栓连接起来，如下图所示。角钢便可作为电动机和减速器的支撑底座。这里选等边角钢，规格为5.6，厚度为8mm。如下图所示，在适当的部位钻孔；再在一定长度厚度也为8mm的窄钢弯成如图中零件1，其相应的地方也钻孔，如此，再在孔内装上螺栓，拧上螺母，即可使角钢固定在矩形框的长轴上，从而可使角钢与滚筒处于一定的相对位置。这样，在角钢上安装上减速器后，可以保证减速器的输出轴与滚筒输入轴之间的中心距。
图7 角钢底座与支承框的连接
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而要在角钢上安装电动机和减速器，只要在两角钢中间适当的位置上钻孔，便可以实现电动机和减速器的安装固定，如下图所示。在装配的时候，要保证两角钢之间相距一定的距离，以利于电动机和减速器地脚螺栓的安装。
图8 电动机、减速器的安装
由于矩形框架的两长轴很长，其刚度有可能不够。在其上安装电动机和减速器后，长轴不仅要承受它们的重力的作用，而且还要承受滚筒链传动的链拉力，于是应采取一定的措施。在这里，我们可以制作两个如下图所示的部件，它类似如发动机的连杆。它们上端与下端分别夹持住矩形框架的上面及下面的长轴，再用螺栓紧定。这样，电动机与减速器的重力便由矩形框的四根长轴共同负担，而且滚筒链传动链的拉力变为系统的内力，从而使矩形框的轴的受力大大改善。
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图9 支承框上下长轴的连接
武汉理工大学毕业设计(论文)滚筒起吊的动力及传动设计
如前面总体方案中所述，为了使滚筒能沿槽钢立柱上下移动，可以在在龙门框架顶端设置电动机，再经减速器减速驱动与滚筒平行的长轴，而轴两外端都安装有小滚筒，两小滚筒上都绕上钢丝绳，绳下端吊着下面大滚筒的两端。如此，则在电动机在驱动下，滚筒便可在钢丝绳的牵引下自如地沿立柱上下运动。
另外，整平机在实施整平工作时，一般地要滚筒能锁定在任一所需高度，也就是要矩形框架能停在任一所需高度，这需要采取一定的措施。一种方式是安装制动器；另一种方式是利用机械的自锁性能，这里的传动装置中需要应用减速器，而蜗杆减速器由于其传动比大，而有自锁性能。经计算可知，整个传动装置的总传动比很大，从而可以应用蜗杆减速器，因此，这里采用蜗杆减速器，以简化设计。
7.1 传动比的计算
先计算传动装置的总传动比，以确定具体的传动形式。
设吊起滚筒及其支承框架的起吊速度为0.05m/s，设绕钢丝绳的起吊用小滚筒的直径为0.2m，则起吊时小滚筒转动的角速度为
ω=则转速为
n=
ω2πvr0.050.1==0.5rad/s
×60=9.54r/min 若选用的电动机的转速为1500r/min，则总传动比
i总=
15009.54=190.6
7.2 电动机、减速器的选择
总传动比比较大，这里采用两个减速器以实现计算功能，一个减速器已确定为蜗杆减速器；另一个减速器选用标准的直联型摆线针轮减速器，这也是一种很常见的减速器。
武汉理工大学毕业设计(论文)执行件滚筒是上下移动是靠把滚筒两端同时起吊实现的。这里末级减速器的输出轴与下一级的中间传动轴的连接方式有二：1).用齿轮传动或链传动，则传动轴是一根长轴：2).把减速器的输出轴与传动轴直接相连，而滚筒是两端同时起吊的，则末级减速器的输出轴应为两端输出，且下一级传动轴应有两根，分别与减速器的两输出轴相连。而蜗杆减速器有这种两端输出的形式可供选用。
因此，这里选用
武汉理工大学毕业设计(论文)
8底轮的动力及传动设计
底轮的动力装置还是采用三相异步电动机。底部的四个轮子中，把其中的两个设置为驱动轮，左右两边一边一个，对称布置。如前所述，两边的车轮不能用一根轴直接相连，两边均需设置电动机和减速器。这里选型号为Y100L-6的电动机，其额定功率为1.5kw，满载转速为940/min。
减速器还是选用圆弧蜗杆减速器，它与电动机之间仍用联轴器直接相连。减速器输出轴与底驱动轮轴之间选用一定传动比的链传动（滚子链）。
8.1 确定减速器的减速比及链传动的传动比
先计算底轮转速。
货车车厢的长度为12.5m。设整平机沿车厢长度方向运动过去的时间为70s，则其运动速度约为
14mV=70s=0.2m/s 底轮的转速约为
v0.2n=2πr=23.140.25r/s=0.127r/s=7.6r/min 则传动部分的总传动比为
n0940i总=n=7.6=123.7 把减速器的传动比i1设定为50，则链传动的传动比
i总i2=
i1=2.47 选链传动的传动比为2.5。
武汉理工大学毕业设计(论文)8.2 确定减速器
查阅《机械设计手册》中有关标准减速器中的圆弧蜗杆减速器，传动比为50，输入转速为1000r/min，功率大于1.5kw的减速器的中心距可确定为a=100mm，这样便可确定减速器的装配尺寸。
8.3 链传动的设计
这里选用双排链。1）.链轮齿数
显然链速v＜3m/s，选小链轮的齿数 z1=17，则大链轮的齿数为
z2=iz1=2.5×1742.5 取z2=43 2）确定额定功率
链传动由电动机拖动，载荷平稳，选KA=1.0。再由z2=43查出KZ=1.16，额定功率为
Po=KAKZP=1×1.16×1.5×1.75×1.5=0.98kw 3）初定中心距a0，确定链节距Lp
按a=（30～50）p，初定中心距a0=30p。由z2-z1=26，查表得f1=17.123，则链节数
2a0Lpz1z22p=p++f1a0=2×30+（17+43）/2+17.123/30=90.57 取链节数Lp=92节 4）确定链节距p 主动链轮转速 n1=2.5×7.6=19r/min
武汉理工大学毕业设计(论文)选滚子链为16A（若选20A，从动轮过大，甚至比车轮还大），链节距p=25.40mm 5）验算链速
n1z1p191725.460000V=601000=满足要求。6)确定中心距
Lp-z1z2-z1921726m/s=0.14m/s 因==2.846，查表得f2=0.247，则
Lpa=f2p[27)链轮尺寸
-(z1+z2)]=0.247×25.4×[292-（17+43）]=765.4mm 已知p=25.40mm，滚子外径dr=15.88mm，排距pt=29.29mm a)小链轮尺寸 分度圆直径：
psin180z1d1=
=138.2mm 齿顶圆直径d1a：
=d+1.25p-dr=138.2+1.25×25.4-15.88=154.73mm
1.6d1maxd1min=d+(1-z1)-dr=145.98mm
取d1a=150mm 齿根圆直径：
d1f=d-dr=150-15.88=122.3mm
齿侧凸缘（或排间距）直径：
武汉理工大学毕业设计(论文)
d1g＜pcot
180z1-1.04h-0.76=110mm b)大链轮尺寸
同理，可依次求得打链轮的尺寸为： 分度圆直径 d2=347.97mm 齿顶圆直径d2a：d2amax=363.82mm
d2ami=356.52mm n
取d2a=360mm 齿侧凸缘直径 d2g＜321.18mm 这里选d2g＝140mm，在不影响强度的情况下减少材料消耗。
结
论
毕业设计是我们在大学接受本科教学的最后一个环节，它是对我大学四年的所学知识及能力的一次综合性检验,同时也是一次锻炼和提高我们综合能力的过程。从拿到我自己这个的设计课题，到搜集资料，再到方案分析选择并一步步确定,以及绘制总装图和其它零件图，撰写说明书到最后的完成设计任务，虽然有很多步骤走得很艰难，很累，但如今圆满完成自己的毕业设计，我觉得收获颇多。
1.完成这次毕业设计，我成功地应对了几个挑战：
1）.设计题目的挑战。我选的毕业设计的题目，即《货车矿粉整平机机械设计》是无任何现成参考资料的，所以大部分设计得自己想，或是借鉴其它现成的机械结构，或是寻求指导老师的帮助。
2）.时间上的挑战。由于3月份本人差不多一直在忙于自己的研究生复试是事，我是在3月29号之后才开始写开题报告，做英文翻译，我的毕业设计才真正开始。与其他人相比，我可用于毕业设计的时间少了一个月，因此我得加快进度搞毕业设计。
3）.以前做课程设计绘制装配图都是参考着图纸画自己的图，但这次设计因为没有
武汉理工大学毕业设计(论文)参考资料，总体结构得自己完成，画装配图就得靠先在脑中构想布局，然后用CAXA绘出。这是我
武汉理工大学毕业设计(论文)
参考文献 彭文生，李志明，黄华梁主编．机械设计．北京：高等教育出版社，2002 2 黎明发，张开银，黄莉主编.材料力学．北京：科学出版社，2007 3 席伟光，杨光，李波主编.机械设计课程设计．北京：高等教育出版社，2003 4 杨家军，张卫国.机械设计基础．武汉：华中科技大学出版社，2002． 5 唐金松主编．简明机械设计手册．上海：上海科学技术出版社，1992 6 朱辉，唐保宁，陈大复主编.画法几何及工程制图．
第二篇：“传动机构”MMCAI课件的研究与设计
“传动机构”MMCAI课件的研究与设计
摘要 多媒体计算机辅助教学（MMCAI）作为一种先进的教学手段已在教学中广泛使用。基于MMCAI的设计原则，根据MMCAI教学特点，针对机械设计基础中“传动机构”这一教学重点和难点，从教学设计和结构设计两方面进行了研究，并设计出传动机构MMCAI课件，在教学中获得了积极而又理想的教学效果。
关键词传动机构；多媒体；MMCAI
中图分类号：G436文件标识码：A 文章编号：1671-489X（2007）04－0059-04
Research and Design aboutTransmissionMechanism MMCAI Course Software//Chen Wei
Abstract Multimedia Computer Assisted Instruction(MMCAI)is an advanced method which is extensively used in the teaching.According to the MMCAI design principle and the MMCAI teaching characteristics，and aiming at focal point and difficult point in transmissionmechanism about the machine design foundation,the paper carries on the research from the teaching and structuredesign, and designstransmission mechanism MMCAI course software.It is obtained to ideal effect in the teaching.Key wordstransmissionmechanism, Multimedia, MMCAI
Author's addressJiangsu Radio & TV University, Nanjing 210036
1引言
在机械设计基础课程中，传动机构贯穿于整个课程的教学过程中，它是课程的核心内容，也是学习后继专业课程的重要基础。
在广播电视大学的机械设计基础课程中，传动机构一直是机械或机电类教学的重点、学生学习的难点。虽然教材对各种传动装置的结构、传动原理描述详细，加之授课老师精心讲解，由于学生没有感性认识，学生也很难尽快地理解和掌握；电视录像中图像不十分清晰，画面停留时间短暂，不能实现交互控制；应用教学挂图也不易把各种传动机构的结构和传动原理交代清楚，因为挂图毕竟是静态的。这些都一直困扰着教师和学生。
如何上好“传动机构”一直是教师们探讨的问题。计算机技术的飞速发展，给教学手段增添了新的工具。多媒体计算机辅助教学（MMCAI）作为一种先进的教学手段已在教学中广泛使用。它改变了传统的教学方法，使教学模式、教学思想、教学内容、教学手段，乃至教育思想和教育观念都发生了重大的变化。
根据多年的教学经验，在研究MMCAI课件的基础上，设计了“传动机构”MMCAI课件，并尝试着用于教学，使学生在课堂中就可以看到各种传动机构的结构、传动形式和传动过程，极大地增加了对传动机构的感性认识，获得积极而又理想的教学效果。MMCAI教学特点
多媒体技术的集成性、交互性和实时性决定了MMCAI在教学上的特点，主要表现为：
1）信息传递能力强。通过同时或交替呈现的文本、图形、图像、声音以及动画等多种信息形式，为学生提供了一个生动逼真的学习环境，激发学生的学习积极性，强化学生的记忆，提高学习效率，改善学习效果。
2）信息组织方式自然。采用非线性的超媒体技术管理信息，其结构类似于人类思维的联想跳跃方式，揭示和分解信息的复杂性，大大减少了学生的认知负担，便于学生很快接受知识。
3）个别化教学程度高。利用计算机的交互技术和高速检索技术，使学生可以迅速方便地选择教学内容，不仅有利于教师根据教学现场情况及时调整教学内容，而且学生也可根据自己的实际能力来安排学习时间和学习进度，因而实现了因材施教，可最大限度地发挥学生的主观能动性，为学生提供一个培养创造能力的机会。“传动机构”MMCAI课件的研究
3.1设计原则
1）应具有良好的学习机制。“传动机构”课件应当充分体现学生是学习的主体，教师是学习的主导这一教学基本规律。这就要求，既要发挥学生的学习主动性，又要发挥教师的指导作用。
2）应具有很强的实用性。使用课件的对象是学生，因此，要求课件具有很强的实用性。即课件的教学内容、教学功能和教学手段的运用上，都要突出实用性。
3）应突出重点。课件在教学内容上要突出重点，逻辑层次要清晰，要有一定的深度。切勿书本搬家，简单堆砌，也反对空洞的花架子。
4）应体现教学功能。在教学设计的总体构思、创意以及各种媒体的合理搭配上，要融合教师的教学经验以及学生的具体情况来进行。应体现出教学功能，采用启发引导教学，将抽象内容可视化，使之生动形象，而且图文切换迅速、方便。
5）应使用方便。课件要安装方便，运行安全可靠，用户界面友好，便于操作，还要便于自学。
6）应便于扩充，以适应补充教学内容的需要。
3.2总体构架
“传动机构”MMCAI课件的总体构架，如图1所示。
图1“传动机构”MMCAI课件的总体构架图
3.3教学设计
“传动机构”MMCAI是以中央广播电视大学出版社出版的《机械设计基础》中“第一篇中的第二至第五章”为蓝本，根据这些章节的教学内容的知识点，分析重点、难点，构造授课顺序，分析学生情况确定教学目标，进而合理选择设计教学媒体信息，充分利用文本、图形、图像、声音以及动画等媒体，并在系统中把它们进行有机地组合，形成优化的教学系统结构。
教学重点：各种传动机构的结构和工作原理；
教学难点：各种传动机构的传动关系。
3.4结构设计
“传动机构”MMCAI的结构主要是由平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和其他传动机构等模块所构成，而每一模块又是由机构装置、传动演示、工作原理和知识点分析等子模块组成。整个系统突出了交互的特点和“动”的特征。在悦耳的音乐声中，系统进入选择形式的交互界面，有目的地选择不同模块，可以随时返回或退出系统。结构设计流程如图2
图2 结构设计流程
系统的结构采用模块化设计方法，每个模块都可单独挂接在系统主控模块之下，这样既可以使系统的开发工作按软件工程的要求进行，又十分有利于系统的维护，即系统投入运行使用后，若需对某个模块进行修改或添加新的模块时，都不会影响其他模块和整个系统，修改和新增的模块可十分方便地挂接于系统之中。这样也可使得采用本系统的用户对构成系统的各子模块进行选择，以适应自己的教学层次，同时又使系统十分方便地进行扩充。
1）编写脚本目标明确、思路清晰、内容精练。易于表达的脚本是一个好的课件的开始，它能大大提高软件制作的质量和效率。编制课件主要采用两种结构类型：树型和网型。
树型，结构层次明确，易于由浅入深地组织信息，并且能够比较容易遍历各页。缺点是形式不够活泼，信息交接速度慢。
网型（也称超媒体），类似于Internet上的网页，各页之间都有热点相互连接成网，可以加快信息的交接速度。缺点是容易打乱思路，且不易遍历各页。
因而，本MMCAI中各模块采用了树形结构与网型结构相结合的方式来编写脚本软件。其整个脚本程序思路清晰，角色生动活泼（脚本略）。
2）素材选用在本课件的设计中有大量的图形、图像、动画以及背景音乐和解说，合理地选用这些素材，对MMCAI极为重要。
声音 音乐采用MIDI音乐和WAV音乐。课间休息采用轻音乐以增加轻松愉快的气氛。考虑到课程的严肃性，在进行学习时可控制音乐的播放。
解说采用WAV格式的文件。在课程学习时，不但有文字、图形而且还伴随着解说，真正实现声、图、文并茂。
动听的背景音乐可使传动机构的演示效果更完美。在传动演示模块中，声音的处理分为背景音乐的录制、编辑和配音的合成处理3个部分。对声音录制时，采样频率、量化位数、通道个数是3个主要的技术指标，影响数字化声音的质量。当采样频率越高，量化位数越多，采用立体声获得音质越好。对录制结果在恢复时，应降低采样频率，避免失真。背景音乐是利用多媒体控制接口(MCI)与声卡联接，把ＣＤ光碟里的音乐录制下来。
在工作原理模块和知识点分析模块中，使用了配音解说，这个声音文件的制作处理过程与上述大致相同，只是在录制时，录入的不是ＣＤ音乐，而是麦克风上传来的声音。
图形传动机构中的图（机械制图）大多数是在AutoCAD下绘制的。由AutoCAD绘制的图形通常以DXF格式储存，以DXF格式储存的图形是ASCII或二进制的矢量图。对于PC机，大多数CAD应用软件（如AutoCAD、CadKey、FastCAD等）及一些图像应用软件（如CorelDRAW等）都支持这种格式。DXF已经成为事实上的工业标准，但这种格式存储效率不高，而且要全面读取DXF文件是相当困难的。所以，通常可以用AutoCAD软件将所需图形制作完成，然后将图形按窗口元文件格式（WMF）转存，或按位图格式（如PCX、GIF等）转存。WMF文件储存的仍然是矢量图形，当它转回到AutoCAD中或由其他基于Windows的应用软件读出时不会降低分辨率。知道文件格式的详细解释，在编制MMCAI课件时就可以用编语言对其进行解码调用。
（3）图像
凡是记录在纸上的，拍摄在照片上的，显示在屏幕上的所有具有视觉效果的画面都可以称为图像。根据图像记录方式的不同，图像可以分为两大类：一类是模拟（analog）图像，一类是数字（digital）图像。用计算机来进行处理的图像多是数字图像。
数字图像在计算机中以一定的文件格式储存在存贮设备上（如磁盘、光盘、磁带等）。常见的图形文件格式有：BMP、DIB、GIF、JPG、PCX、TGA 及TIFF等。
数字图像在多媒体CAI软件中是不可缺少的。数字图像主要通过3种方法获得，即，印刷品、照片、工程图纸一般通过扫描仪输入到计算机；视频图像须通过专用的视频输入系统输入计算机；数字图像也可通过专用绘画（paint）软件（如PhotoshopCorelDRAW等）或动画制作软件制作。
动画动画技术是MMCAI软件的重要组成部分，特别是机构的传动，应用动画技术可使学生迅速理解机构运动关系和工作原理。
在微机上实现动画的方法主要有帧动画、位块动画、实时动画和调色板动画。
帧动画和位块动画一般用专业动画软件事先制作完成并保存在磁盘上，在CAI软件中编制动画播放子程序，在需要的地方播放动画。帧动画和位块动画的主要区别在于：帧动画通常用于演示复杂的、具有真实感的三维实体模型的运动；而位块动画因其所占内存少、播放速度快。
实时动画则在动画实现过程中实时生成每一帧图像。实时动画对硬件要求较高，生成速度较慢，而且受到图像及物体相互运动的复杂程度的限制，其优点是实时动画可以让用户使用输入设备进行人机交互，更利于学习。在多媒体CAI软件中使用较频繁。
调色板动画的特点是采用彩色循环技术，使静止的画面通过颜色的变化产生动态的视觉效果。“传动机构”MMCAI课件设计
4.1环境要求
1）硬件要求：根据“传动机构”内容的要求，由于对声音、图像和动画的处理要用到大量的数据，对计算机的速度、容量有较高的要求。要求配置586以上的微机，内存不小于32兆，16位声卡。操作系统最好是Win98以上。SB16声卡、S3显卡、.28逐行彩显、有源音箱、平板式扫描仪。
2）软件要求（开发工具）：由于“传动机构”课件要求较高，因此在设计中所用到的软件也较多，具体有多媒体课件写作工具、动画制作工具、图形处理工具、声音处理工具以及其他一些工具。
①写作工具： Authorware在设置跟踪用户反应的交互方面更有优势，而Director在控制动画和声音方面更加灵活有效。因此，Director更适用于形象的塑造和渲染，Authorware更适合逻辑方面的教育思想传达和相互作用。另外，Authorware提供了对Director非常友好的接口。用Authorware做主控，用Director做交互要求较少而画面变化较复杂的动画控制。
②动画制作工具：对于三维动画选用3DS Max 5.0。该软件是目前在微机上制作三维动画的常用软件，只要画出一个动作的始态和终态，中间过渡就可以由软件自动生成。其做出的动画可以生成.AVI、.FLC等多种视频格式的文件；对于动画编辑软件，选用Premiere。
③图形处理工具：图形处理选择PhotoShop 7.0。它在功能、图形处理等方面都很强大。
④声音处理工具：声音处理软件用Cool Edit 96。它可实现声音的录入、格式转换以及声音的编辑等功能。
⑤其他工具：三维模型的建立和零件图的绘制运用AutoCAD 2002；在涉及到数据库的操作时用到了 Access 和ODBC（公用数据库接口）。
4.2“传动机构”中的差速传动的设计
图3为设计的差速传动装置中的一帧动画。1）建立三维模型用AutoCAD 2002软件建立差速传动装置中各零件的三维模型。
2）动画制作将建立的三维模型，通过接口输入到3DS MAX中。
在3DS Max中，建立一部摄像机和三盏泛光灯场景，并安置在较佳的位置上。在引入差速传动装置的三维模型之后，就可进行动画设计。
图3 差速传动装置
4.3“传动机构”MMCAI课件设计
用同样的方法可以设计出其他“传动机构”的动画演示，这就形成了传动演示模块。至于其他模块设计，其方法相似，不再赘述。将上述设计的模块连同背景图形、声音等合成到写作工具Authorware中，就完成了“传动机构”MMCAI课件的设计。将课件在教学中进行试用并进行评估，根据反馈的意见和建议进行修正、完善，这样就完成了课件的最终设计。结束语
随着多媒体网络技术的不断完善，为教师和学生之间、学生与学生之间建立起更为便捷的交流平台，可将教学中的各个环节和各种教学资源向学生开放，便于教师实行因材施教，也便于学生自主学习，优化教学过程。还可以进行远程教学，实现教学资源共享，解决教师资源不足等问题。因此，MMCAI是教学改革深入发展的必然，也是教学方法现代化的发展趋势。
第三篇：关于柔顺机构设计的探讨与研究论文
引言
相比传统的刚体机构，柔顺机构在功能、加工和维护等方面明显具有优势。由于力与变形之间是耦合的，这也就使柔顺机构的综合及建模面临着诸多的挑战。所以，我们需要了解柔顺机构的组织形式和建模与综合的基本信息，当然各种柔性单元、柔顺装置以及柔顺系统的结构化图库也必不可少。用材料的特性解决疲劳寿命、应力极限、变形及其他性能需求间的平衡;用改变截面惯性矩、单元的长度或单元串联的方法来解决实现预期的大行程运动。设计柔顺机构时的问题
相比传统的刚体机构，柔顺机构具有很多突出的潜在优势。与其他工程系统一样，在确定设计方案与设计参数时，同时也面临着多项性能之间的权衡。图库中的很多设计就是按照在某种情况下取得最佳性能的原则开发的，也可以称为最小化非期望的性能而最大化期望的性能。疲劳失效问题是我们在考虑使用柔顺机构时都会关注到的一个问题，因为我们都清楚要避免使用材料反复变形，特别是大变形。疲劳失效可以发生于拉压、扭转和弯曲变形，而弯曲变形才是造成疲劳失效的主要原因。刚开始时，我们也许无法想象有何种装备能够通过柔性单元的变形来实现预期的运动。但当我们看到简单的八宝粥的可折叠汤匙时，我们发现，其实在我们日常生活中，已经使用的很多装置都可呈现出大变形了。但是，当它反复弯曲变形时，折叠汤匙就会断裂。材料的特性和几何参数
虽然它的疲劳寿命问题确实值得关注，但是我们可以通过其他的办法来减轻疲劳的同时获得期望的性能。弯曲变形是形成疲劳失效的主要因素之一，当然也可能发生在拉压或扭转。谨慎的选择相应的材料，可以使得疲劳寿命、应力极限、变形及其他性能需求之间得到平衡。通过合理的设计，柔顺机构就能够满足苛刻的加载要求，在发生大变形的柔顺机构也是一样的。表 1 给出了部份材料的强度与杨氏模量比和回弹模量。作者简介： 冯剑炳(1985-)，男，浙江绍兴人，工程师，硕士，研究方向为机械工程及自动化、电子信息工程;陈文博(1987-)，男，浙江绍兴人，助理工程师，学士，研究方向为机械工程及自动化。表 1 部份材料的强度与杨氏模量比和回弹模量获得大变形的方法有三种，第一种是获得大变形最直接有效的方法，减小挠弯单元的截面惯性矩。这个方法虽然似显易见，但有时并不直观而且容易被忽视。第二种是增加挠弯单元的长度，可以在给定载荷条件下不增大应力水平而增大变形量。虽然这个方法的缺点就是会降低离轴刚度，但在很大程度上决定了许多柔顺机构的最大变形量。第三种是通过多个柔性单元串联的方法来解决单个柔性单元无法获得期望的变形量。不仅如此，这个方法还可以采用不同的结构，甚至不同的变形方式。比如图 1 中屏幕可 360 度旋转的联想笔记本 YOGA。建模的方法
在设计方案确定之后，要对进行建模，以及帮助我们确定柔性梁的厚度、长度等设计参数的取值或评估设计的性能。柔性单元的期望变形量与关键尺寸比可以帮助我们选择最合适的建模方法。我们知道小于柔性梁长度的 10%是小变形，不超过 10%的为中等变形，大于 10%为大变形。通常小变形的构型就像是结构不是机构。中等变形中精度非常重要，因为它许多用于精密装置上，比如定位和测量系统。而大变形的建模通常在柔顺性和直观性较为重要，而不是建模精度上。在精微运动的建模或需要最高的建模精度时，我们可以考虑使用非线性梁解析模型或大挠度变形单元建模，因为它们更加适合分析单个柔性单元，对复杂的机构系统所建的模型会导常复杂。而对大变形或更为复杂的机构系统时，我们可以选择伪刚体模型，它在对柔性机构建模时做了简化的假设，并且在很多地方还是具有足够精度的。当然还有不可不提的有限元分析。我们应该清楚明白的知道在处理柔顺机构中的大变形问题中，需要更加谨慎地选择建模单元类型、施加载荷及设置边界的条件。设计自己的柔顺机构
我们经常对柔顺性的变形等特性有着不同的要求，面对这样的问题，我们会考虑将设计中的基本单元用图库中的第一部分中可替代的单元替换，这通常也是最高效的方法。很多情况下，我们会考虑把现有的完成某种任务的刚体机构或硬件替换掉，这就是所谓的刚体替换综合法。它用于快速考察不同构型时非常有效，这种方法还充分利用了传统机构设计中已具备的经验和背景。有时候，为了产生新的思路，获得更加能够满足功能需求的设计，我们常常会选择从基本需求出发来进行柔顺机构综合。当功能需求已知的情况下综合小变形或中等变形的柔顺机构时，我们可以使用自由度 & 约束拓扑综合法。它是一种结构化的综合方法，以特有的几何形状图谱为基础，通过组合实现具有特定自由度并保持高离轴刚度的基本机构。这是在精密装置开发新机构时优先考虑的方法。如果我们对系统的总体性能非常熟悉，也清楚的知道能够满足子问题要求的基本模块，那我们可以使用模块化的思路，不过这种方法并不适合小变形的柔顺机构，也就是说它更适合中等变形或大变型的柔顺机构。这种方法是将模块与机构的基本功能关联起来，通过不同的组合方式来实现设计的目标。这种方法的直观性对那些习惯传统机构开发的人具有不小的吸引力。假设我们设计的柔顺机构的输入和输出的定义非常明确，那我们可以使用拓扑优化法，这是最通用的综合方法。这种方法能够产生独特的柔顺机构构型，我们通过组合已知单元几乎不可能获得这些机构。如果我们有明确的功能需求，且形状不规则的设计也不在意，这个方法是非常有吸引力的。总结
能够满足给定运动和力到变形需求，这样的机构种类太多太多，所以在选择或综合柔顺机构设计方案的过程总是令人生畏。对刚刚接触柔顺机构的人来说，应该要把目标定位在寻找一个实用且能够满足要求的概念设计上，并不是追求最好的方案。当然对那些有经验的人来说，可以选用更加复杂的方法来完成概念的设计。在很多情况下，我们还会将模型中的材料属性用容易加工的材料属性来替换，然后再用模型预测结果检验样机的物理特性。通过材料的特性解决疲劳寿命、应力极限、变形及其他性能需求间的平衡;利用改变截面惯性矩、单元的长度或单元串联的方法来解决实现预期的大行程运动。
第四篇：平煤股份六矿综合自动化、信息化设计与实施
平煤股份六矿综合自动化、信息化设计与实施
平煤股份
平煤股份六矿综合自动化、信息化系统采用工业以太网平台作为统一的数据传输平台，在该平台接入各监控子系统的设备层设备和对应的监控上位机。该平台通过运行综合自动化集成软件实现全矿井各监控子系统信息的有效集成、分析处理、协调联动报警控制等。并与矿管理信息网通过防火墙实现无缝连接，达到现代化矿井所需的管控一体化目标。但现有的各子系统分散式网络结构不能满足平煤六矿综合信息化建设的需要，尤其是信息集成通信接口的统一不能实现，影响整个煤矿的信息传输。为解决该问题，需建设覆盖全矿井上下的综合信息化网络传输平台，本次平台施工按照双环网设计模式：地面单独建成环网，井下建成环网，双环网同时和调度室核心交换机冗余连接。
一、内容概述
1、项目技术实施方案说明
本项目是六矿综合自动化、信息化系统项目的建设与服务，项目的实施地点在六矿。通过六矿实际现状的需求分析，本项目分阶段施工，稳步实施，保证质量。
本项目的施工、开发、调试、维护范围包括以下部分：
矿井综合自动化、信息化网络传输平台、监控中心及机房设备（管控一体化中心机房装备及建设）；软件集成平台；生产过程自动化子系统接入及建设；维护工具提供及维护。
本项目与第三方系统的接口主要有：主井提升系统接入的通信协议与OPC服务，明斜皮带监控系统接入的通信协议与OPC服务，暗斜纲缆皮带系统接入的通信协议与OPC服务，戊二技改钢缆皮带监控系统接入的通信协议与OPC服务，综合自动化工作面监控系统接入的通信协议与OPC服务，安全监测系统接入的通信协议与OPC服务，人员定位系统接入的通信协议与OPC服务，地销煤系统接入的通信协议与OPC服务，材料消耗系统接入的通信协议与OPC服务等等。华洋通信项目组负责编写所有与本项目有关的接口调用规范或格式，并完成与主系统集成。
2、项目实施范围
2.1管控一体化中心机房装备及建设 2.1.1中心机房(1)中心机房结构
平煤股份六矿中心机房是该煤矿综合自动化系统的信息集散地，集指挥、控制于一身。借助大屏幕投影显示系统、工业电视系统、LED显示屏等，在指挥控制中心可实现对各个监控子系统的集中监视、监控。安全生产综合监测监控数据中心是综合监测监控中心的核心设施，是综合自动化网络控制系统的最终表现形式、监控终端及信息中转站。机房南北长度大概11米，东西长度大概7米，高度4.2米。调度指挥中心与集控室之间通话，要设有录、扩音设备。
（2）设备位置摆放图
该位置为设备摆放位置、相邻设备之间的关系限定。具体尺寸及效果根据机房实际尺寸进行微调。
（3）机房及调度设备
本数据中心网络构成基础为1000M工业以太网，整体网络初步设计为2台核心交换机、2台次交换机、1台WEB服务器、2台数据库服务器、1台网关服务器、2台管控服务器、2台工程师站和3台操作员工作站，一台环网管理工作站，1台打印机。
（4）主要功能
实现对安全生产系统的集中监控 显示功能 控制功能 打印功能 数据统计、汇总 网络功能 掉电保护 2.2软件集成平台
系统选用Windows 操作系统，数据库系统使用微软的SQL数据库，组态系统选用IFix系统。
组态控制系统主要功能如下：
1、设备各种参数状态数据的采集和控制信息的发送
2、监控参数的图形动画表达和报警处理
3、事故追忆和趋势分析
4、各种数据的统计分析
综合信息管理系统应由地面监测控制中心、井下监测控制分站、井上监测监控分站、数字化监控设备等组成，以全矿井上、下工业以太环网为信息传输网络；本系统不仅仅是对所接入系统的信息综合，更关键的把数据分类、共享，建立有效的管理系统，为领导决策提供依据。
矿井工业控制环网将接入的各子系统信息通过标准的数据交换方式与综合监控中心进行数据存取，并将各子系统的信息进行综合处理。矿井综合自动化、信息化信息管理系统负责将实时、历史数据信息进行分析综合，然后对各系统进行隐患预测、规律总结，并将信息在有效时间内提供给系统中的相关用户，为用户进行设备检修和采取必要措施提供决策依据。要求网络功能完全满足六矿矿井井上、井下的需求，并具有良好的可靠性，兼容性、扩容性，支持C/S、B/S模式。
矿井综合自动化、信息化网络平台可将各子系统显示的各类实时动态、动画等图形（符合要求的）转换为HTML或XML，供客户通过IE浏览。同时在综合监控调度中心把组态综合实时动态图形提供给用户浏览。
在局域网内或组态系统中，根据实际情况设定不同权限，实现安全监测信息、设备运行信息及其他信息的分类显示。不同的用户，在不同的工作站，不同的操作人员，进入不同的系统需要设置不同的访问权限，确保整个系统运行的绝对安全。矿井综合自动化、信息化网络平台为用户提供各类监测系统的实时报警信息包括超限报警、开关报警、系统在线设备的故障记录，并能按照所选定的不同条件进行不同的查询和打印。
2.3生产过程自动化子系统建设
系统包括戊8-22190正机巷皮带、戊8-22190正机巷转载一部皮带、戊8-22190正机巷转载二部皮带、戊二下山高强皮带、丁戊二互转巷一部皮带、丁戊二互转巷二部皮带、技改仓下皮带、戊二上山高强皮带、暗斜转载皮带、戊二普强皮带、戊一大仓一部皮带、丁二高强皮带、丁二西翼转载皮带、丁二东翼转载皮带、丁二仓上二部皮带、丁二仓上一部皮带、丁一下延皮带、丁一高强、丁戊二石门皮带、戊二东翼转载巷皮带，各输送机的主要参数。
系统的控制方案是：每部皮带运输机设一台PLC主控分站。系统主要由控制中心、传输网络和井下控制器等组成。
控制中心
控制中心设置在调度指挥控制中心，通过工作站和工业电视对胶带机及相关设施进行智能监测、集中控制和监视。
现场总线+工业以太网网络结构
利用网络结构中的Profibus网络作为井下胶带机控制系统的底层网络，实现胶带机及相关设备的实时控制及信号采集。同时通过网关接入工业以太网，实现和地面调度指挥中心的控制中心工作站的连接通信，实现智能监测、集中控制和监视。
井下控制器
井下控制及信号采集装置组成部分为井下主控站，主控站作为井下控制部分的通信核心，完成各PLC分站监控信息与地面控制中心的信息交互传送；主控站可以实现就地和远程操作功能，及两者之间的转换。
由PLC主控分站完成对现场设备的监控，现场总线通过智能网关分站或增加PLC网络接口模块接入井下工业以太环网，通过网络和地面调度指挥中心工作站相连，并通过集散控制和工业电视相结合，对井下现有主煤流胶带机和续建的胶带机及相关设备实现集散控制。
2.4系统功能 2.4.1．控制功能
具备集控手动与集控自动两种自动控制功能，集控手动控制时，可以分别完成远程对单条皮带的控制功能，集控自动控制时，可以完成远程对皮带的相互闭锁控制功能。
就地手动控制主要功能包括：启动、停止、反转、故障报警显示、故障停车、点动开车等功能。
皮带跑偏装置安装方式根据现场具体情况视现场情况而定。2.4.2．工况图显示
工况图动态显示整个系统所有胶带机、给煤机、转载胶带运行的工况，以及主要保护有关参数信息。
2.4.3．信息图显示
实时显示胶带机、给煤机开/停状态和煤仓煤位高度。如胶带机开停状态、检修状态及运行速度，拖动电机电压、电流、开机时间、停机时间等参数。
2.4.4．故障及保护显示
同时实时显示胶带机和各种保护传感器的工作状态，显示胶带机的故障类型，通信是否异常。
2.4.5．历史查询
电机电流、电机温度、带速和瞬时流量历史趋势图查看、相关数据报表显示和历史数据查询。
2.4.6．保护功能
系统除能够自动实现胶带机控制的多种要求外，还可以实现地面集中控制、程序流程控制。实现自动控制时，计算机首先完成内部自检，沿线预警信号，执行开/停机及各种保护和信号的处理，系统具备故障状态下紧急停车功能。显示功能：在地面集控室由工控机显示各皮带的运行状态、显示各皮带的各种运行参数。设有各皮带的故障信号显示，并伴有声光报警，提示值班人员采取有关措施。
皮带的多种检测保护功能。
控制分站的PLC控制程序可以在计算机中方便地修改，调试。皮带组在集中自动逆煤流启动时，闭锁关系一直有效。
皮带组在集中自动顺煤流停车时，采用顺序延时停车。皮带组运行后若出现报警，报警皮带和来煤方向皮带立即停车。
当出现煤仓满仓报警信号时，相应皮带组进入延时正常停车程序。集中自动/手动控制方式下，一旦皮带因故停止运行、给煤机及来煤方向相互闭锁皮带急停。
有报警信号时，设备不能启动，需处理或解除后方可操作
集中控制方式下，设备在运行的过程中，若从站出现通讯错误，各设备停车，其中独立设备正常停车，闭锁设备视情况延时停车或急停。
程序设计中，报警信号自动保持，即一旦报警、即使经维修后报警信号消失，计算机内仍然保持报警状态，这时清零命令或井下清零按钮可清除报警保持信号。
从站的运行行为取决于计算机下的参数，分站在第一次运行时，必须由计算机下达运行参数，参数有：
闭锁设备：与本设备闭锁的设备编号 逆煤流设备：本设备的来煤设备 顺煤流设备：本设备的受煤设备 报警屏蔽：设置报警有效或无效 给煤机是否自动控制
停设备延时时间：正常停车时，设备延时停车时间 满仓停皮带延时时间：满仓停车时，皮带的延时停车时间 各个设备拖动电机的控制延时时间 从站与主站通讯出错后计算机上显示分站方式为自锁 报警时，计算机不能下发启动命令，需处理或解除后方可操作 操作人员必须登录后，才可以对地面生产系统进行有关操作
用户权限设为操作员、管理员、程序员三种。程序员和管理员能进行：用户管理、软件配置。
2.4.7．报警功能
如果出现事故异常，地面主控室给出报警提示信号，也可以实现开车前预警提示。
2.4.8．与生产管理系统数据共享
计算机管理工作站设信息管理系统，决策者通过管理工作站可根据各自权限远程访问监控上位机，得到现场生产数据报表、设备管理信息和生产统计分析。
2.4.9．皮带保护功能
主要具有堆煤、沿线急停、跑偏、烟雾等保护。
堆煤检测保护：选用堆煤传感器。发生堆煤时，滞留的积煤触及传感器，使它发生倾斜，系统可以报警并急停。
沿线急停闭锁检测保护：选用拉绳急停闭锁开关，用于皮带机沿线紧急闭锁保护，没有故障地点识别功能。当闭锁开关动作，控制机报警并发急停命令。
打滑检测保护：选用速度检测传感器。检测皮带输送机速度，实现低速打滑保护。传感器滚轮与皮带输送机软连接，采用光电检测原理，测速范围广，低速性能好，抗干扰能力强。
皮带跑偏保护：选用皮带跑偏开关。用于运输机皮带跑偏检测和保护，成对使用。当二级跑偏动作时，控制分站报警并执行急停命令。
烟雾保护：当皮带机因摩擦或其他原因产生烟雾时，烟雾传感器动作，产生报警，同时，洒水电磁阀动作，开始洒水。
所有设备均设有过载保护。
2.5矿井数字化工业电视监控中心建设 2.5.1现状及需求平煤六矿现有工业电视系统可对地面及井下重要场所进行监视，对部分生产运输线的设备及地点还不能进行监控。现在调度室监视器已基本投入使用，DLP屏用来显示重要的生产系统参数。
新系统增加视频监视点，以满足井下无人时，生产流程及设备的实时监视。所有远控地点均有视频监控信号，显示画面上有监视地点字幕。对各路信号实现实时视频录像，为日后取证提供宝贵的资料，也为以后教育学习提供素材。
2.5.2系统实施计划
本系统属于增补系统，计划在井下投入34套本安型光纤摄像仪，负责对井下皮带重要地点的信号采集。在地面煤楼投入32台自动光圈固定彩色摄像仪，负责煤楼生产信号的采集。在集控中心通过增加嵌入式网络视频服务器，见现有工业电视模拟信号进行数字编码，同时将数据发布到工业以太网上，供客户端计算机查询。
井下计划每条皮带安装2到3台摄像仪，根据皮带长度，重要地点密集程度，合理分配。实施监视现场信号，为无人职守的实施，提供可靠的辅助监视手段。
2.5.3系统功能
全矿井的重要场所的实时监视 煤流运输主运皮带的实时监视 画面的任意切换功能 历史画面查询功能 WEB浏览功能 视频集成控制管理
视频集成控制是将已有的工业电视摄像头和安全监控摄像头统一管理起来。其中：
工业电视摄像头
将现有的工业电视摄像头统一接入到视频矩阵中，通过矩阵的视频端口和控制端口来切换视频和控制摄像头，以便在后台做智能分析和预警信息视频联动。
安全监控摄像头 安全监控摄像头是安全监控系统的前端摄像头，由于每个摄像头都是分布在不同的场所，为了能全面的做视频分析，需要将安全监控摄像头也联入视频矩阵中，然后通过矩阵的视频端口和控制端口来切换视频和控制摄像头，以便在后台做智能分析和预警信息视频联动。
煤矿视频集成控制管理服务是对前端摄像头设备采集到的视频信息按照某种或某几种规定的格式进行压缩处理，通过有线或无线的技术形式进行传输、管理的服务功能，将前端摄像头通过矩阵统一化到视频集成控制管理工作站中。可根据应用系统发出的命令，提供对各个摄像头视频监控能力。
煤矿视频集成控制管理服务可以根据应用系统发出的命令对前端摄像头进行调用，也可以通过对前端设备的调用来录制前端采集设备采集到的视频信息；当应用系统发出查看前端摄像头设备采集到的视频信息时，建立相应的视频传输通道，将采集到的信息传输给视频分析系统。
2、智能视频分析
智能视频分析的功能主要分为： 视频动态侦测
在所有摄像头的区域，将摄像头所观察到的视频信息，划分出需要进行视频动态侦测的区域，实时对此区域进行分析、侦测。当有活动目标进入所监控的视频区域后，发出报警信号的同时对活动目标的进入口、活动路径、停止位置进行关联，在视频图像上描绘出此活动目标的轨迹。
视频静态侦测
在所有摄像头的区域，将摄像头所观察到的视频信息，划分出需要进行视频静态侦测的区域，实时对场地视频画面进行分析，截取每幅画面进行后台对比，直到在设定时间时，画面出现明显变化的同时，视频图像中将标记出静止物体所在的位置。
重要区域监测
重要区域监测是按照客户的真实需求，划分出重要区域和非重要区域。在重要区域中对需要监测的内容设计到智能分析软件中，不论是白天，还是黑夜；不论是下雨，还是下雪，都能7*24的对重要区域进行监测。当重要区域出现异动时，附近的摄像头将会自动弹出异动视频画面并报警。
3、视频联动监控系统 视频平台管理
视频平台管理视频监控画面和联动监控画面。联动监控管理
视频监控系统与其他安全监控子系统（煤矿安全监控系统、地面原煤运输控制系统、瓦斯抽放监控系统、风机在线监测系统、水泵自动控制系统、井下电网监控系统、井下原煤运输控制系统、矿井提升系统、工业视频监控系统、瓦斯灾害预警系统、调度监控中心）进行联动监控。
数据管理
将智能分析信息、视频联动产生的信息进行统一管理。
4、报警信息提示 报警平台管理
将系统的各种传感器报警情况在统一的窗口中弹出，告知操作人员。报警信息管理
各类信息自动记录在数据库中，可以追查，支持报表打印。数据管理
将信息进行统一管理。
该项目所采用的技术先进，系统安全可靠，所选设备为主流品牌，功能强大。本系统及所使用的设备、材料、备件必须是全新的，符合《煤矿安全规程》等相关标准、规范、规定及要求，满足现场安装、调试、使用和维修等要求。所选用的先进设备，保证硬件至少五年不落后，功能完善，所采集的信息要尽量全。调度指挥控制中心建设要实现对系统监视化、专业化、测控化三个层次。在系统性能方面，数据处理要注意数据的集成。数据的集成度要高。各子系统的集成，需要达到智能化水平，不仅仅实现远控的目标，还要达到智能控制、安全可靠控制的要求。要明确各子系统、各生产环节及重要参数的预警功能，要建设好安全生产自动化数据库，以期数据共享。
第五篇：简析基于CAD的偏置曲柄滑块机构的设计与研究论文
0引言
曲柄滑块机构是指将转动和移动进行相互转换的平面连杆机构。在机器的设计中，曲柄滑块机构得到了广泛应用，该机构既可以将往复移动转换为回转运动;又可以将转动转换为往复移动。工程实践中，对曲柄滑块机构的设计是机构设计中的重要课题。该机构的设计一般采用的是解析计算法，该求解方法以列方程为主，进行求解，但在实际求解中，因为方程里的未知数较多，为多元多次方程，并含有三角函数，使求解过程复杂，计算量大，容易出错，造成设计的效果不理想。本文采用CAD进行图解法与解析法结合，对偏置曲柄滑块机构进行设计，大大简化了求解难度，提高了设计准确度。
1机构的解析法设计
设计要求举例：设计一往返直线运动机构，返回的速度要比工作时的速度快，比值约1.5，往返的行程为50cm，且减速箱的轴心与工作平面的距离为15cm。综合已知条件，可以选择曲柄滑块机构，具有往返直线运动的特点，另外根据条件作图，可设计为偏置曲柄滑块机构。
图中的AB杆和BC杆的长度都为未知，要根据已知条件，进行设计，可列公式，先进行往返速度的计算。根据行程速度变化系数K=(180°+θ)(/180°-θ)=1.5,可得θ=36°,根据角度绘制极限位置图。
求出AB杆和BC杆的长度，可根据已知条件，设BC杆为a，AB杆为b，图2中∠CA2A1=a，列出方程：
1)502=(a+b)2+(a-b)2-2(a+b)(a-b)cos36°;
2)152+c2=(a-b)2;
3)152+(c+50)2=(a+b)2。
或者：
1)502=(a+b)2+(a-b)2-2(a+b)(a-b)cos36°;
2)15=(a+b)sinα
3)15=(a-b)sin(α+36°)
经过复杂的求解，得出：a=22.4;b=42.2;c=12.9;α=13°。
这2组方程式解析a、b值都非常麻烦，过程不胜繁琐，在此，可采用CAD的绘图方法求解a、b值，通过几何作图，采用简易方法求解，从而得出AB杆和BC杆的长度。
2偏置曲柄滑块机构的CAD图解法
基于CAD的图解法采用了作图加计算的方法，步骤为：
1)先根据行程为50，θ=36°，作水平线长50的垂直平分线，再作一个角度是90°-36°=54°的直线，与垂直平分线相交于一点，再以交点为圆心，画圆经过长50的垂直平分线的端点。
2)作水平线的平行线，距离15，与圆相交，连接交点与水平线的两端点，并延长短线。
3)进行简单计算，(a+b)-(a-b)=2a，或者(a+b)+(ab)=2b也可以。在此采用前者，以E点为圆心，以EF为半径画圆，与EG相交于H点，再以HG为直径画圆。
4)以E点为圆心，复制直径为HG的圆，与EG相交于K点，测量EK和KG的长度，分别为22.43cm和42.18cm，即为a和b的数值，即曲柄和连杆的长度分别为22.43和42.18cm。
3仿真分析
按设计要求，及求出的曲柄和连杆的取值，进行机构的仿真，该机构运动灵活，滑块在曲柄的驱动下，进行往返直线运动。
4结语
通过对偏置曲柄滑块机构的求解分析，采用解析法与基于CAD的图解法，并对二者进行了分析比较。相比解析法而言，基于CAD的图解法在机构设计中有化繁为简、化难为易的显著特点，该设计方法不仅降低了设计难度，还提高了设计精度，提高了工作效率，在实际工作中具有重要的意义。
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