机械设计质量效率毕业论文中英文资料外文翻译文献.doc

机械设计质量效率 中英文资料外文翻译文献机 械 设 计 质 量 效 率Subbiah Ramalingam摘要：采用最大应变能密度的线性压力在张力机械元件像质量效率的参考,直接法测定质量和效率,在横向加载扭转应力强调开发和机械零件的方法。实验结果表明,该方法可以确定相对贡献在每一个横截面几何特征质量效率的因素。常见的加载条件和结构几何形状进行了分析和研究表明,在实践中实现质量效率提供了许多改进的机会。建议更有效率地运用材料和能量是切实可行的进一步关注质量效率在机械设计考虑。 关键词：质量和容积效率、可持续发展和绿色设计I.说明全球消耗工程材料在早期的二十一号世纪是估计每年10公斤1。因为几乎所有的工程产品和系统是实现材料来自不可再生资源将会很难继续保持这种水平的物质消费、可能的增长在未来几年。嵌入式能源材料、能源需求的加工材料成有用的形式和使用能源的主要需求工程系统也使对现有的能源资源。因此,有效利用材料的基本要求来维系全球社区及其迅速提高生活水平。 取代了电子气体与固体电子学,主要经济体都取得了在材料和能源消耗在计算机、控制和通信行业。相比也取得进展几段运输等行业,在一些地区的民用建筑行业。类似的进步是必要的相关产业现在耐用消费品和个人/团体机动性。许多成分和结构用于策划产品和系统主要是线性的,例如,他们的直线尺寸比他们的横截面尺寸。在这种结构的四个不同载荷确认-轴向张力、轴向压缩、扭转和横向载荷。都取得了重大进展的设计在直线结构和元素都是受轴向无论是在张力负荷或压缩。许多有效的设计可以引证能够承受拉伸加载。悬挂桥梁和各种形式的斜拉桥结构之中例子。两个和三维桁架和画框加筋板壳,用于机身和我航天器的例子中,轴向压缩有效地处理。这需要在很大程度上仍然是完满和横向和扭转应力装载元素和结构。 质量阿充气效率的措施应用于本文吨评估解法现在使用一个能够承受横向扭转载荷。最大应变可储存在一个给你们数量的资料作为参考措施。机智这一提法的措施,常见的横向扭转负载载入组件的设计和评价t在使用评估相对效率的材料和能量。我结果表明,最常见的设计提供关键性改进的机会。II 参考措施。质量效率结构和元素经拉伸载荷毫无困难地发展提供有效的设计,因为它是只需要将物料均匀和外载荷在承载部分使屈服或塑料塌陷到处都发生在同一时间,当应力达到限制。质量效率可以定义在应变能密度的条件,即每单位体积应变能量焦耳.一个结构或一个元素可以承受纯拉伸加载。如果最大允许的设计压力是在是屈服应力、应变能密度在单轴拉伸加载是一个比较合理的参考措施,为质量的效率。用弹性模量E代表,参考措施现在可以质量效率作为 （1） III 横向负载质量效率的结构在单轴拉伸加载不同位移在荷载作用下,是成正比的长度、位移成正比的第三种力量横向长度载入。更大的弹性位移和更大的压力,一个不均匀应力分布在截面发生。一种方法是提高质量效益替换轴向载荷时的横向加载可行的,像双倍。虽然这和其他实证原则被用来处理横向载荷、数量的措施很少被用来评价材料的使用效率先进的解决方案和能量。在这篇论文中,提出了应变能密度率图1：一个圆柱轴或梁受端点力矩M。与单轴应变能密度比拉伸加载像质量效率参考,是一个适当的措施为质量客观评价的设计效率的解决方案。绿色设计是得益于需要高质量效率两方面的材料和节能的角度看问题。A. 圆柱轴受纯弯曲考虑一个圆柱轴的半径R 光束和长度2 l受到端点力矩M,如图1所示。根据伯努利梁理论,在梁的受力情况是平面的。和弯曲应力产生的是一个单独的功能应用y,即,距离中性轴。为最强的梁设计应力最大允许和惯性力矩I、弯曲应力之间的任意点两头、显示与轴系统,给出了:和 （2）所以得出： （3）它能够考虑第一象限中一半的2 l计算圆柱体积应变能长y = 0,z = 0密度由于问题对称与得出x = 1。对于一个容量V, 由于应变能密度力矩 M 是: （4)用极坐标,一个体积元素和体积的1/8th、应变能密度近似是： （5）整合和应用范围,应变能密度U是: （6）最强的质量效率柱梁受端点力矩M (6)与应变能密度测量了参考(1),大量效率最强的强调了圆柱梁结束的时刻被确定是，或者25%。由于屈服失效会产生不均匀应力分布应用所产生的时刻,如果应变25.0%的能量密度超过最大限度内梁轴或体积。对非均匀应力分布导致低效利用的材料。B. 正方形轴/光束受纯弯曲 图2：正方形梁的长度2L受到力矩M考虑一个方形梁、2 h2 h横截面,长度2L受到端点力矩 M 如图2所示。产生弯曲应力是一个函数的y,因为在这个例子中圆柱的光束。梁设计最大应力和惯性矩I, 弯曲应力的两端之间是: （7）所以得出： （8）它能够考虑梁1/4广场的体积应变能密度的计算问题方面由于对称与y = 0和x = l。考虑一个单位长度和一个单位宽度的计算梁和一如既往,应变能密度的: （9）最强的质量效率平方梁承受端点力矩M是或 33.33%。效率更高的质量在广场梁相比,筒形梁、要归功于良好的的载荷分布y。然而,非均匀材料沿应力分布进行限制,导致材料的有效利用。C. 一个矩形梁受纯弯曲考虑一个矩形梁的身高2 h和单位长度和宽度的2 l z沿x,受到端点力矩M,就像在广场的情况下梁的情况下,用前面章节。弯曲应力和应变能密度方程对这件事同样显示在(7)到(9),大量效率最强的矩形梁受端点力矩M是一样的,所以为正方形梁、如下：或33.33%。众所周知,矩形梁在广场上所能承受的首选梁横向载荷和时刻。形状因子的概念介绍给强调了矩形梁偏爱在广场上束携带这类负荷2、3。然而,我们可以发现质量效率而言,只有很少的选择一个矩形梁之间的第一步。D. 质量的效率矩形梁加载应变。简支矩形梁考虑现在的高度2 h、单位宽度和长度在2 l x与正常的跨度负荷中期纵轴。产生弯曲应力的共同作用是一个x和y,那么在最强的梁, （10）像先前一样,仅两束体积考虑计算索塔锚固区的应力场应变能密度的。 （11） （12）质量效率的一个巨大跨度矩形梁负荷是。自从最大弯矩发生在中部跨度,大多数的材料低效配置梁承载功能。由于选择的高度和宽度对矩形梁都是不重要的,在获得(10),(11),质量和效率的梁的矩形平面广场,也就是说,在光束在波束宽度 深度,保持在相同的数值。那就是。E. 质量与效率的柱梁跨中负荷用一个类似的分析在最后一段,它很容易显示质量效率的跨度简支梁中期加载和最强的固体圆截面梁是。因为一个同装管管壁厚度t 管直径D、质效率可以证明是两倍大,对固体循环梁,即: 圆形截面梁常用的齿轮箱、动力传动系统和机械轴,很少效率比广场的光束自承载资料放在接近中性轴。相反,定位材料远离中性轴,在管状轴上,是一种更有效的途径来提高质量效益。F. 一个矩形梁质量效率具有中等负载之间的支持。使用一个相同的分析,结果表明,质量的效率矩形梁受负载正常梁跨度,应用在任何地点之间的两个简单的支持,相同的跨度梁负荷中期。同样的结果,即。也有质量的功效和矩形平面广场梁承载一个正常的负载之间的任何两者的支持。对梁的固体/轴圆形截面、质效率是当横向荷载之间应用在任何地方两个简单的支撑。质量效率的两倍,一个同样的固体循环梁加载,也就是说,当元素是一个(圆形)管状的光束。G质量的效率具有分布式矩形梁横向载荷当横向荷载加到一个矩形梁是一个分布式的负荷的不断级单位管长、弯矩起来更迅速地沿着位置x梁长度。弯曲应力的共同作用的生成是一个x和y,最强的矩形截面梁, （13）本案是质量效率取决于用（13) 代替(10)中的和计算应变能密度与(11)。确定质量效率为或。没有变化的梁的几何,应用载荷发现效率大大降低质量相比,应用一个单一的中部跨度负荷。H质量的效率与荷载作用下圆柱梁当横向荷载加到一个圆轴是一个分布式的负荷定值的单位长度、弯曲应力和应变能密度给出了(图1)： （14） （15）质量的效率是。横截面改变从一个矩形/正方形/平圈应用载荷是发现可以降低光束质量效率的1/15至1/20。 你能证明,当固体圆柱梁换上了管状,有一条管子壁厚梁t 管直径D、质效率的1/20至1/10。低效的质量效率得到的固体循环轴弯曲临界转速以导致减少在简单支撑转动轴(调心轴承或万向接头,当地的因其自重造成的转轴的代表均布荷载。这个问题是设计中遇到的汽车螺旋桨轴。提高效率的钢管质量诉诸于螺旋桨轴临界速度在高等的补救措施是非常必要的。IV. 质量效率，扭矩加载元素在扭矩加载元素，最大位移由于扭转应用是两种功能的长度和半径或最大距离轴的扭转。自应力诱导是一个功能方面的立场旋转轴的扭矩加载，质量效率结构也很低。A. 圆柱受扭矩T考虑一个圆杆的长度L和半径r固定另一端受扭矩T在另一端。剪应力半径的函数与当时的最大剪应力。剪切应变能元素在距离来自扭轴是 （16）因此，应变能储存单位长度为 （17）因此,在计算应变能密度扭转： （18）上式的是获得(18)代替最大剪应力与屈服应力,取代了剪切模量G和一个表达式使用E的杨氏模量和泊松比V,取V为0.3。质量效率受扭转圆柱被确定是,那么,扭转应力机械元件如螺旋弹簧、机械、电力传输轴,扭力杆等等,都发现有质量效率没有多少横向加载不同机械零件。当扭转应力元素也受弯构件,可成为质量效率更低。提高质量扭转应力效率现在需要使用管状结构元素在质量效率扭转得出.以下的部分章节,这个值远低于几何造型可能当矩形截面受弯构件!V：几何形状的变化,以改善质量效率一个办法来提高效率质量横向加载元素或结构的承载材料到另一个地方远离中性轴的平面弯曲。也可以获得更高的质量效率将可用的材料承力的金额资料增加而增加在弯矩应用。在这种情况下,材料部署优先梁的持续压力在飞机上,一束截面几何结果但仍然矩形弯曲应力随距离不再沿纵轴。A：修改波束宽度提高质量效益 图3：规划观的“恒压力梁的变量的宽度。 图4：平面的变宽波束的持续压力修正,便于安装。在横向加载一个巨大跨度梁负荷,如果波束宽度2 w可以随弯矩、就可以制造出最大弯曲应力在表面的上部和下部梁对保持不变。弯曲应力的功能现在距离y引起中立轴。菱形梁的平面线性不同宽度见图3如下。所产生的弯曲应力中期负荷应用于此跨度液力传动梁: （19）式(19)给出了弯曲应力一样不断的宽梁承受纯弯曲。质量效益为梁的持续压力如图3因此是相同的,即: 。几何证明代表的是叶片弹簧采用切片的x轴菱形平行于形 成一套固定宽度元素的可变长度、堆场,夹紧元素产生熟悉的马车,汽车的弹簧4。必须对安装要求修改变宽波束如图4(平面)。钢板弹簧装配结构现在是一个矩形元素和一套切成片,固定度、元素的变量长度、所有的夹紧在一起。如果和的重量馏分中的元素,中央安装所有的切片元素,质量效率两个组装叶片弹簧是两个质量加权和的效率 和。但得到的却是： （20）质量和效率的横向负载梁宽度函数变量两种负荷和梁截面(几何)。它是低于理论最大的33.33%。汽车悬架效率与质量小于33%已使用了百年虽然它是已知的车辆为大众运输（客运巴士），气动悬架提供更大规模的效率。B. 改变提高梁的几何质量效率众所周知，可变深度光束宽度不断可产生恒定应力梁就像可变宽度梁 4。但是，恒定应力梁的设计，是否由不同宽度或由不同深度，不足以取代承载材料离弯曲轴提高质量效率超过33.33%。 一个更好的几何现在可以显示在所有梁的材料是在处理对单轴加载的矩形区域，对称地设置在平面弯曲但远从中性轴。这样一个结构，有一对法兰A和B和单轴强调，每个厚度t，如图5所示，是一个理想的工字梁 5 或一个开放的腹板工字钢。在一个理想的工字梁受纯弯曲的形式显示在图1或2，法兰A以上的中性轴的平均距离是在均匀压缩和法兰B，低于中性轴同时意味着距离，在均匀的张力。 图5：一个理想的工字梁承受力矩M及其部分（左）最强的梁设计应力,因为每一个都是一个简单的单轴法兰下应力状态处于压缩或拉伸应力、应变能密度是： （21）质量效率的理想工字钢，因此被视为其最大可能值，即，。理想的工字钢100%质量效率，当然，不可能实现的，因为一个剪切腹板需生成不同的单轴法兰应力状态是不存在的。C：质量效率的一个真正的工字梁的纯弯曲。一个真正的工字梁总深度2h，现在可以由一对法兰，每个厚度，和单个腹板厚度当工字钢满足所有要求的欧拉梁法兰，主要是单轴拉伸或压缩。变的弯曲应力状态，同时在横向加载矩形梁，盛行的剪切腹板。质量效率的光束是由加权质量效率的法兰和矩形剪切腹板，这是11.11%。为了得到一个准确的估计法兰的效率,确定半深度为和它是默许无量纲的, 为。 然后,按照相同的步骤对获得的(7)和(8),它可以显示无剪切腹板, 工字钢法兰的效率（如, 一个法兰宽度小于抗剪腹板厚度）是： (22) 获得这种表达，弯曲应力在法兰允许不同，作为距离函数从中性轴（理想的法兰的假设是不使用）。类似的表达也可以导出管矩形截面组合梁。剪切腹板效率已知是11.11%。因此，加权质量效率的法兰和网络是很容易确定的剪切。高质量的效率得到了纯弯曲梁成型。D：质量效益的工字钢其他加载条件下。如果工字钢进行跨加载一个单一的负荷，弯曲应力在法兰是一个功能的位置沿跨度-因此最好的质量效率达到理想的工字梁固定法兰宽度和厚度为33.33%（无抗剪腹板本）。分布载荷大小不变或三角形荷载峰值负载在跨中，达到最佳效率在一个理想的工字梁，再与法兰的宽度和厚度不断，将远低于33.33%。在所有这些情况下，双方的理想质量的效率和实际质量效率中存在的抗剪腹板计算遵循相同的步骤显示真正的工字梁的纯弯曲。 图6：一个工字型变法兰厚度及高质量的效率E.提高质量效益的其他方法如前所述，在跨中加载工字梁，弯曲应力是一个功能的距离沿跨度。变翼缘宽度提供了一种手段提高质量效率。它也可能以不同的法兰厚度随位置沿跨度当梁的使用。这是通过焊接或铆接到法兰，法兰厚度从零变化在梁四肢其最大的价值在跨中如图6所示。质量效率是实现这种法兰修改可以大大高于大众效率限值0.333。大规模计算效率遵循相同的步骤，在以往的例子。锥形束即，梁变深度，提供另一种手段提高质量效率。锥形束方法是可用于固体和管状矩形蜂窝梁。可靠的横梁以及工字梁，焊接技术可实现可变深度或商业变量圆锥光束。只要锥不太大，欧拉梁模型是足够的分析变深梁 6。数值计算，现在有必要确定质量效率，尤其适合安装机械元件等复杂几何涡轮叶片（基本上悬臂）。捏造，变深梁在广泛的商业利用的形式捏造金属建筑结构也需要数值计算。方法概述这里是达到这一目的。VI.结论 一个直接的方法来确定的质量效率可能在横向载荷和扭矩强调机械元件是在这里。最大应变单位体积能量储存在一个线性元件强调在单轴拉伸，是用来作为参考的质量效率。这种方法确定的质量效率也允许评估的贡献每个几何特征的一个截面的质量效率的整个机械元件。常见的负载件和几束几何进行了分析。加载方式都没有考虑到建模的最小重量设计在横向和扭矩加载元素。以装载模式的考虑和评估质量或体积效率，它是发现，在实践中实现质量效率很低。几乎在所有情况下，局部最大应力产生不可避免地导致严重低效用工程材料。有效地利用现有的材料和能源需要显着改善群众效率。这需要更多的关注质量效率的考虑，在机械设计。如果生命周期能源需求 1 是采取的是由体现能源的原料，加工能源，能源使用产品的可利用能源（包括能源相关的维修及服务对产品的使用寿命）和处理能量，这是看到，大多数机械设计制造非常低效的利用现有的能源资源。上成型，首选的几何设计和材料是必要的，更好地利用现有的物质和能量资源。质量效率可以大大提高横向装载机械元件的选择性安置负荷搬运材料。形和锥形的内容提供方法提高效率的使用的材料。这样做是可行的使用几种不同的成本效益和能源效率处理方法。越来越多地使用金属建筑物，蜂窝梁，和其他结构表明，这是一个可行的办法。显着提高质量效益并不简单当一个设计主要是由扭转。大量减少质量效率伴随扭转时，它是伴随横向荷载。这种情况下，扭弯曲，是中遇到的许多机械元件轴用齿轮箱，传动系统动力火车。使用这种机械的要素和结构现在需要进一步检查和严格的工程理由。在提高效率的形状或几何修改不出现可行的，可持续或绿色设计要求适应或甚至替代设计替代产品的实现技术。直接驱动，作为机器人系统和硬盘驱动器（对读驱动使用音圈驱动程序和可操控平板与轴向磁场电机） 7是一种选择。一般来说，直接驱动系统免齿轮/驱动列车提高整体质量特别是在扭转为主的效率氮存在弯曲。其他的例子，直接驱动系统有助于提高总效率制冷系统（包括直接驱动卷轴压缩机作为反对往复式压缩机） 8风能转换器（无齿轮，直接耦合的多极同步发电机） 9。无法改善的质量效率，扭矩加载元件也将加速度的持续趋势混合系统和其他直接驱动系统（液压驱动的土方和农场机械）。正在努力发展电力推进的表面和深层血管 10以及 11飞机会加强这一观点。质量效率被认为是在这里主要从静态加载角度。需要指出的是，不高的质量效率将不可避免地导致降低自然频率（弯曲）和减少（在临界转速扭转）在几乎所有的动态兴奋机械系统。提高质量的效率提供了一个更合理路径更好的材料和节能等实例时，动载荷是引起关注。参考文献1 M. 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