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内容简介：

传统上的机械设计考虑积层，高速，内置永磁同步机转子 爱德华 c 拉雷丝 美国电气和电子工程师协会 会员 马斯 m 朗博士杰弗 里 h a 文讨论了对传统所特有 (例如 ,径向 )永磁同步电机的转子内部层机器。重点是放在的应用场合 ,在那里 ,径向力由于高速运行的主要途径是机械的限制设计的因素。适当设计的分层桥梁或肋骨 ,在转子外径是指在词语解释的是兼而有之资料的思路和电磁性能影响。与性能的权衡复杂的联系在一起使用加强肋磁铁蛀牙进行了探讨。这 灵敏度的 突出了。这些效应 ,然后利用有限元分析的一种方法分析了 m / 650发电机设计集成运行到 6000股 r /分钟环形转子来容纳变矩器或离合器总成。这个例子 ,证明了这是有可能的对显著提高转子的结构完整性使用摘要叙述技术只有一个非常谦逊的冲击在放映的机械驱动成本。 指数 限元分析 (高速度、室内永磁 (步机、片、磁饱和 。 久的 ,磁铁 (是 很有挑战性的任务到期一种矛盾的特点 ,改了系统性能转子的复杂性。 因为他们是非常有吸引力的表演的立场在牵引和主轴应用 1、 2。机器设计可以 (宽 ,从理论上无限 ,速度范围为常数具有优良的逆变器利用权力运作。这是通过使用一凸实现转子几何有限 论文发表于 3001年 ,6月 17 - 20日剑桥 ,麻萨诸塞州 ,和批准发表在中华民国的工业应用电机委员会正则化方法的工业应用的社会。手稿提交审查并公布了 11月 5日 ,2002年 1月 出版 20日 ,2004年。 这项工作是由麻省理工学院的财团支持先进汽车电子 /电气元件和系统。 拉雷丝与 e . 剑桥 ,麻萨诸塞州美国 (电子邮件件 :2142l)。 t . m . 合体 ,电气连接 ,计算机工程部门 ,大学的 威斯康辛州麦迪逊、作业指导书 ,美国 (电子邮件 :3706 t . a . j . h 、电气工程和计算机 科学、麻省理工学院、剑桥 ,2139美国 (电子邮件 : 从磁通 ,里面藏贡献转子结 构谱。达到理想的程度的凸极、特殊纹理策略是典型的设计和组装要求比较对那些需要为竞争对手的机器类型诸如表面点和异步电机。 转子设计策略机器一般可 (向及径向划分 ,每层合结构以其自身优势3,4。 转子的轴向的层 使用多种交替层构造软、硬磁 纸上的 ,还是放在沿主轴的机器 ,每个 弯曲和个人的大小与转子磁极形成 1。该设计方法可以达到超过 10:1。然而 ,合轴转子相对昂贵制造由于分类切割 ,塑造和组装的许多不同的片那一定是就业。此外 ,一个约束转子的袖子可能是必要的 ,以防止纹理高速运作入侵到气隙。这种袖子通常减少由于他们的凸极有限厚度和经常增加由于涡流损失当高强度不锈钢 (例如 ,超套筒材料。 相比之下 ,属于典型的层合 转子径向设计以 1 - 4层的硬磁材料在每个极。每个纹理 ,这一点与其他类型机器 ,是传统穿孔或削减作为一个单一的单一块为横截 面上的转子。蛀牙是穿孔或剪切成转子片 ,和磁性材料插入这些蛀牙。这求购 ,最多可以放置 ,以便使用传统的方法转子是属于比较容易制造比它的轴叠层 摘要本文检视传统机械设计 的问题 (也称横向或径向 )胶布等 有离心力被认为是这可能是占统治地位的机械应力的来源在高 个设计特征的几个关键转子进行了考核反过来对他们的影响结果表明 ,在转子弯曲故障的压力 苏 :拉雷丝等传统层合、高 速 ,图 1 国家和电磁性能。设计策略 与就功能 ,可以有效 减少合成机械应力状态进行了研究。辩论的证实通过有限元分析 (验证的观点。 一个 起动 /发电机 (用是用来在整个论文以说明该方法的意义这些机械方面的技术问题 5-7。一个横截面双层结构设计12显示的是。特别需要指出的是 ,转子的机械应力状态 ,这是一种极限设计约束由于具有较高的转子变速运行 ,是必需的环形旋转音圈汽车机械。 相关的设计规范设计 技术： 每分钟 6000作速度 ; 设计 000分钟 10个破裂速度 ; 转子内径最小 165最大 的定子外径 300永磁材料 械设计的 为了这个讨论 ,机械设计 点所对应的应用进行说明 ,而产生的在最坏的情况下 ,转子的机械应力 (假设在这个发展过程中采用如下 : 只是 稳态速度情况 忽略温度效应 29 产量帮助中的小应变分析表 明平面应力 电磁起源的力量可以忽略不 计 振动和转子轴动力部队被忽 略了 与这些假定的基础上 ,对转 子的力量支配着通过稳态离心力在恒定的速度。因此 ,机械设计点所对应的稳态破裂的手术设计速度值 ,10基米 分钟。 与 这些假定的基础上 ,对转子的力量支配着 通过稳态离心力在恒定的速度。因此 ,机械设计点所对应的稳态破裂的手术设计速度值 ,10基米 分钟。峰值应力的解析计算由于离心一时径向力机转子是一层合 (有挑战性的任务 ,那是不尝试过在本文由于 复杂的转子分层设计特点。然而 ,这些峰值应力影响的边界上的优化变量 ,确定出最优的系统设计 ,所以定性 讨论的合力由于惯性负载 是合适的。 讨论了著名的原则 ,采用材料在描述的行为 静载荷 8,9。 图 2。素描的内力有着坚实 的转子 图 3。在草图合力转子在一 个 腔内。 图 2显示一个坚实的转子截 面与标示注明主要力量的核心由于离心加载。从最简单的水平 ,而忽略了磁铁的蛀牙、转子就像一个环不变的前提下 ,离心加载。在这些一种元素的条件下 ,转子的成员在切向张力和径向压缩。 我们可以为薄壁箍近似建 模 转子由于窄深的转子 D。作为一个结果 ,转子的细分市场主要经验切向张力的力量。使用这个假设 ,主要影响因素的峰值应力的平均值 “环 ”的半径和转速。帮助中的小应变分析根据应力增加的平方每个这些因素。 如果转子腔现在视为图 3中 ,哪个 只含有一腔层、钢杆件 集中这 连接到轴是 ,现在只剩下的 纹理薄的钢桥在各个末端。因此 ,离心加载在电线杆上一篇文章并不是均匀的分布在 图 4。在草图合力 “箍、转子径向导演 ”,导 致实质性的惯性两个保留上的负荷之间的桥梁。 应该指出的是 ,该保税点资料洞里也将有助于这个装载 ,因为它是更少吗钢的硬度比 ,因此 ,贡献 ,将额外的加载攻击的内侧边缘杆件。因此 ,磁铁的等效质量 , 图3中 ,必须的总和钢杆 两件作品 ,磁铁 (阴影部分的图 3)。保税磁性材料不提供任何磁体和钢显著之间的融洽 ,因此 ,不传递力与服事的杆件。 面临的挑战 ,就 可建模思路 ,并在这在很大程度上取决于具体桥的形状。如果桥梁 (主要是直的 ,然后梁弯曲近似的吗适当的。当多个图层都被看作是图 4中每一层能被视为独立的载入如果 荷在每座桥是再后末期由于负载在干熄炉径向方向其惯性负载上剩余的部分杆件这座桥正在考虑之间和轴。 如果桥梁每一层都有相同的 规模 ,将桥最长结束的时候将在最高的空腔压力。如果空腔的目的都是圆形的 ,如图 5秒 ,然后每个 “梁有效长度 ”降低 ,而简单的光束上述近似不再是合理的。每个现在就像一个圆锥形桥缺口应力 集中造成的元件下侧作用力 ,如图 5 精确定位的峰值应力在每座 桥组态会要求重大分析来确定的不诉诸数值解。特别需要指出的是 ,安装 (固定或简单等价的两头各 )“梁 ”为 如果两端的各自的经验比较。最小弯曲桥梁其余的桥 ,这是一个合理的假设高峰压力会被发现在两端。相比之下 ,峰值应力圆形腔结构模型的可预期的 图 5。在草图合力转子在多 个腔 (圆润的小费。 在这一阶段 ,可以使一些概 述转子设计决策 , 0%最大转子在机械设 计点的速度将降低峰帮助中的小应变分析应力降低近 20% 转子 免 10%的半径转子表面 ,此处的桥梁所在位置 ,也会减少了20%的应激因素 圆形的 “压力被减少 “梁 ”变得更短和所有其它密度的平等。的特点 ,在此基础上切口的应力集中圆形桥循环模型 ,形状应该将近减少应力峰值 0%的小杆钻具杆件轴向长度单位质量将会减少压力几乎线性的。这可以达到降低分数撑竿的程度 ,以致于空间跨度。增加磁极数量的机器能产生同样的效果 一根肋骨加强 改进的应力状态。一根肋骨 ,加入到纹理几何穿过轴的每一腔抵抗离心运动通过撑竿的群众张力而不是弯曲 另一个因素的合力所引起的惯性加载量是影响 ,整个转子径向的偏转对组件的大小和环应力拉伸。在桥的投篮张力是由于拉伸 ,作为转子扩展到气隙在更高的速度。隐含的边界条件是 ,在箍应力计算转子 为一个结果 ,减少不必要的在任何一个边界将会减少变形的扩张转子在斯坦福桥球场进行的 ,因此也降低半径篮筐加载应力的组成部分。 转子 因为 它将要求比其它材料钢大幅减少惯性载荷下的径向变形。此外 ,添加任何资料气隙中 ,影响电磁力将原有的转子的凸极的降解性能这台机器。 苏 :拉雷丝等传统层合、高速 ,图 6。设计采用鸠转轴毂关 节之间的枢纽和转子的 7 栓通过堆栈结束板 身份证是制约转子更可行的解决方案提高转子的结构完整性。 既然有 那必须附上已一个集线器转子曲轴 ,在那里是一种机会 ,专门设计中心保留转子吗 径向非。 通常情况下 ,一个集线器只是设计传递的力矩在圆周方向会发生在一个毂 转子是压合内。 一个压合 ,虽然 ,什么 也不做约束的转子 就不会减轻的最大值机械设计点的应力。 如果没有空间限制内转子的 身份证 ,各种各样不同的枢纽装置可能在安理会的考虑范围。一个焊接中心可以工作 ,但却可以改变磁特性的核心。一种选择是一种轴向缸 ,伴侣的转子的 如图 6。另一个替代方案来建造一个终板和螺栓分布在吗终板的周长 (1 /杆 ),如图 7。将下降 ,片带孔沿每个轴地核是宽的地方。 这个螺栓系统是唯一可行的 螺栓的张力。如果足够能够发展和维持这样的径向载荷被掳去了由终板。如果足够的螺栓张力并不发达 ,在那里将会是有意义的 ,这将 相吻合的优势夹具 (图 6)或任何夹具表面沿转子的 的主要缺点那是一个有限的枢纽锡厚度 ,可以吗使它需要减少对转子的可用空间求购。 相比之下 ,终板结构的优势 的 (图 7)那径向板的尽头堆栈和不使用任何内在房地产里面的 则可能被保留对于一个离合器或变矩器。作为一个结果 ,这种方法也许产生最紧密 外 ,缺席的情况下允许转子内部中心被设计以最小这可能会降低 峰值应力的影响 (应力 )的平方。然而 ,任何终板方法必须解决实际安装相关的问题与大量求购加载螺栓和压缩。 第三章 ,在终板中心结构分 析结合转子截面修改提出展示一种合理的解决方案 ,为机械设计的自动售货机的应用 板的设计是选作分析 ,因为它允许最小机转子直径一致与给定的约束提供的。问题空间内转子 械设计的考虑以上讨论的影响设计性能优化机器的几个。 (6,7,10。 转子 转子 但它也影响到核心损失 11-14。自从场的基本转子直流 ,虽然 ,在核心的损失谐波大为局限于介绍吗纹理的几何形状。转子材料也影响所需的磁铁强度和磁通密度 ,反过来 ,影响了磁铁的磁通的比例是通过桥梁和加强增值税由生产型改为消费型肋骨吗 桥和肋骨 于给定的转变 ,由 面型腔小费具有相同的最低限度桥的宽度增加流量 /罗纹 ,分流通过的桥梁和肋骨。加强肋添加额外的也增加了比例的分流磁铁助焊剂。所有这些桥和肋骨因素服务来减少可用从气隙磁永久磁铁 ,因而减少 图 8。 0基米 分钟 对于一个给定的设计优化从 最初逆变器利用立场 改变设计随后介绍了转变 的机械原因机械设计点远离电磁达到全局最优。最终 ,这些改变通常表现为成本和 /或大小增加为 当机器对于优化电磁性能孤单 转子的非线性有限元分析设 计。一个（ 确认结构有限元分析进行了 定性的理解上述 15。这些结果也使用作为一个基线进行缩放到其他 有足够的基线小。利用有限元 图 8显示预测的径向位移 ,双 0层 (米 分钟而不考虑任何转子由于 即附加枢纽 ,一个自由的转子 。该断面从一个 2杠和一个转子有 46毫米外径桥梁和隧道在没有额外的加强肋两个磁铁蛀牙。故事情节的表示在入力轴外最 大挠度表面的 是高达 0%的名义指定 节 ,确认了大部分的挠度 梯度 (所观测到的变化在桥梁阴影 )自杆件外转子轭和偏转都是统一的。这是合情合理的 ,因为轭和杆件是太多了厚的桥梁、所以不应该非常弯曲。 有限元计算结果的分析表明 ,在保税磁性材料几乎连续的接触和内在边界的两个入力轴杆片。相关的切向应力的情节展现出来的在图 9预计到 2030年的峰值应力 内部 )终止腔。定性 ,这些结果预期的趋势比赛很好。不幸的是 ,峰值应力超过屈服应力的 7倍的典型电钢。 比较。 图 9。 (向应力与 0基米 分钟对应于径向位移如图。 8 图 10。预测转子在终板挠 度的 R 面 ( 有助于减轻压力、终板预测 枢纽设计分析了作为一种手段 ,减少了径向载荷。此外 ,这台机器是 165毫米 ),这座桥型材被捕获的肋骨在补充说 ,加强在中点取得最大值的吗每个空腔内。图 10显示变形位移的总和 平面 (通过曲轴中心线显示在左边。从身体上来说 ,这是 一半的有限元模型民族结构的显示在图七部分。潜在的 可旋转在曲轴中心线。 图中最大挠度。 10个结构 在 10基米 分钟是 是大约 65%少偏差比预期的转子身份证前配置在图 8与一个无约束转子的 11。帮助中的小应变分 析应力在 10基米 分钟转子 表 I 比较优化应用 应用该计算边界条件后去的 转子 帮助中的小应变分析压力进行了计算结果显示 于图 11。这转子模型包含了结构设计的改进 ;圆形腔小费和加强在中点的肋骨这个蛀牙。 与这些款式及边界条件的变 化 ,其主峰压力在 10基米 分钟机械设计观点已经被降低 图 9的设计。作为结果 ,最大应力的边缘 ,圆形的桥梁和肋骨只有 17%以上的屈服应力与钢 (408 50兆帕 )。这样做只会导致局部塑性屈服 ,因为该应力值以上产量不是贯穿宽度的桥梁和肋骨。虽然这里没有给出 ,分析通过指定的同时进行偏转的零的吗转子 并由此产生帮助中的小应变分析应力在这种情况下大约 13%低于 。分析与无转子 7%的高于 一共 655 (比较 ,优化设 计应用。 示在表 i。优化这种比较目标雇用了一个系统的成本模型这台机器加转炉那些先前报道了 5,7,10。设计 # 1是 (为表现在无花果。 8和 9,而设计 2号这 10号机和 11号机。表我表明调查小组的设计转变为机械因素 造成未成年人牺牲为当前等级和制度成本作为交换在小机器信封和一个机器设计能承受得起高设计破裂速度 ,而不是诉诸更多昂贵的高强度合金作转子片。 这些结果都支持的结论 (用自动售货机的设计应与问题圆形桥和肋骨型材 ,是最小化直径以及额外的加强肋内磁铁蛀牙。此外 ,结果表明 ,附加的步骤可能会被要求为了进一步减少的峰值应力 身破裂速度的要求 ,是另一种形式雇用一个中心来替代产生制约转子的 机械设计减少点速度将提供一个有效的方式满足机械吗强度约束限制 ,如果汽车应用即可修改。为转子采用分析 (设 计 )、 2号需要在机械设计点的变化来满足 估计如下 : 这相当于 27%下降最快的 速度行驶要求。 %的速度减少机械设计 (9262 r /分 ),必须消除忍让。另外 ,不同的纹理材料 ,具有更高的产量优势比 0基米 分钟破裂速度的要求。材料对比较成本具有足够的屈服强度 ,但是较高的核心的损失 ,有被证实为高速机械 14。 结论 摘要首先分析了的力学行为和设计传统的启示与 层合 计技术介绍了能有效减轻的机械应力峰值转子在高速行驶时的抓地力。它已被证明稳健设计 ,都离不开具有很重要的意义通过适当选择性能下降转子的维度、桥梁和肋骨设计 ,和材料的选择。一列高速行驶的例子申请已被使用环形 一步的工作应该包括的原型结构力学性能的测试 ,评价的温度效应 ,发展和结构复合参数模型合并优化设计过程中通过直接。 参考 1 w “设计与造 型的 久的为“博士论文 ,部门。电子。选举的人。材料科学与工程 ,大学学历。格拉斯哥、格拉斯哥、英国 ,1993年 2 午 3点红色的 ,“交流 电机对高性能驱动 :一个基于设计的比较 ,在 09/10/1997。 ”运动。 会议。725995年 ,页 3 :f,a . 设计标准的 ,陈鹰。 1990年 ,页 ,革新。 10594 t . t . j . e米勒 ,a . ,即 t . 同步磁阻驱动教程中 ,发表在 会议 ,丹佛 ,0月 2胜 7负 ,1994年 5 e . 宝饭 m . 佳玲 r,j . h ”的内饰起动 /发电机的点在汽车上的应用 ”,陈鹰。革新 ,页。三、土耳其的伊斯坦布尔。1802998年 ,页 。 6 e . 宝饭 m . h .朗 ,”一个饱和集中参数模型内部永磁同步机 ”,陈鹰。 雅图 ,华盛顿州 ,1999年 ,第 1 - 11页。 5537 拉雷丝 ”,即优化的 “博士 ,部门。选举的人。英格。计算。科学 ,麻萨诸塞州研究。 1995,16(2),剑桥 ,麻萨诸塞州 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1998年 ,他加入了大学的师资队伍 威斯康辛州麦迪逊 ,作为一个教授 ,在整个部门 然而电子计算机工程 ,在那里 他也是一个威斯康辛州的副主任 电机与电力电子财团 ( 在加入大学的 威斯康辛州、就与通用电器研究 发展 ,约 ,在过去的 15年间 ,在那里他追赶新电源 电子、电机驱动技术在各种各样的研究和管理 现需要招聘所述职位。他的研究兴趣包括永磁同步 机器 ,由于各种各样的应用 ,包括从高性能的机器 工具向低成本电器驱动器。在他进行了一项研究 ,从市场 在麻省理工学院的休假 ,期间他执导的研究 活动在该地区的国际先进的汽车电气系统及配件 作为一个 被授予博士 针对社会是在 1999年。 ()他被认为是一位杰出的讲师 由 1994 - 1995年 针对在 1996年。他一直担任总统 (1995针对常规 作为一个成员之间 被选为 导演 /代表名牌 ”、 “服务之 2002至 2003年期间模块 董事会。 托马斯。 a . 90)接受医生的科学 从麻省理工学院的学位 (麻省理工学院 ),剑桥。 毕业后 ,他在麻省理工学院 几年成为会员的科研 工作人员 ,超导电机。 他然后工作 ,与一般的超过 10年 电气公司的研究和 杰弗里 h S 95898年 ) 收到蔓延至 交 通大学电子工程的学位 博士学位 ,麻萨诸塞州 理工学院 (麻省理工学院 ),剑桥 ,在 1975年 , 1977年 ,1980年 ,分别。 他是教授的电机工程 麻省理工学院和麻省理工学院实验室副主任 对电磁和电子系统。他 麻省理工学院成员一直是自 1980年以来。他的 主要研究和教学领域兴趣着重分析 , 设计及控制的机电系统 在旋转机械上与一个重音 ,微传感器和致动器、 灵活的结构。他单独 140多个学术论文 ,而且是 5件专利持有人在以下领域的机电、电力电子 , 应用控制。 所有的花都朗博士被授予了三个最佳论文奖由各种各样的 他是前赫兹基金会院士和前任副主编 传感器和执行器的自诊断。 806 N 40, 3, 004M . . . . to of is on to of or at is in of of in is of to is a 150-N m/6up 000r/an to a it is s in a of is a of of a in 1, 2. be of a 3084, at 001 720, in N by of , 2002 0, 2004. by C. is T. M. is 3706T. A. . H. 2139 Ms of as PM 3, 4. of of to of 1in 0:1. is to to of be a be to to to is 4 of in as or as a or is be so is to PM of of .5 up 0:1, on of it is to to a a to of to as or is as to be of in of in to on 4$ 2004 et 071. of a 12PM to is to PM an is to of 57. A is 1. In of is a to is SG 000-r/0 000-r/mm;mm;M in F of to in PM in as 9by of on at to at 10 kr/of to on a PM is is in to of of so a of to is 2. of on a 3. of on PM of 8, 92 a on to a an of is be of of SG to D. As a of to of of as 3, is to of at on is N 40, 3, 0044. of on PM a on be M in to it is of 3, be 3). to to on If as 4,be as to is in on of on at of be If as 5, of is no a as of to to In or at of is of of it is to be at In be at of to 5. of on PM be or 10% in by 0%Da 10% in at by a 20% on of a 10% of be by of of a in a in A is of of in by is of on of of in is to as at in D As a of at of at of D is it a to et 096. 7. to an in of D is a of a to an to to a is to as a A D so at no D, a be A of is an as 6. to an of as be a is no is if be so is by If is be on in at of of 6) or D is it is if of is of is a it to of an 7) is at of D be a or As a SG of to be D D, on is a PM SG it SG to D a PM in 6, 7, 10he of on it 1114. is to by a M of in of he of a PM to is of to a of N 40, 3, 0048. 0 kr/a an ) 1, as or to F EA to 15. a to PM EA 毕业设计（论文）任务书 I、毕业设计 (论文 )题目： 刀杆手动压力机设计 业设计 (论文 )使用的原始资料 (数据 )及设计技术要求： 已知条件： 工作压力： 1000 底座尺寸： 150 268机高度： 286 最大工作行程： 求： 业设计 (论文 )工作内容及完成时间： 1、开题报告 2 周 2、总体设计 2 周 3、常规设计 7 周 4、成本核算 1 周 5、齿条工艺规程设计 2 周 6、编写毕业设计说明书 2 周 7、外文资料翻译 1 周 、主 要参考资料： 名刚主编 第七版 等教育出版社， 2001 机械设计教程 . 北京：机械工业出版社， 2003 质芳 西安：西安交通大学出版社， 1995 机械设计 . 北京：机械工业出版社， 2001 机械设计 北京：高等教育出版社， 1997 先进机械制造技术势 J古林学院学报 ,1996,12(3):15 16 车床夹具设计 M先进制造工艺技术的发展趋势 J):3 刘先梅 . 机械加工工艺手册 M . 北京出版 社， 1994 杨丽颖 绿色制造 J 2004,03(43):36 37. 航空工程 系 机械设计制造及其自动化 专业类 班 学生（签名）： 日期： 自 2 年 3 月 15 日至 2 年 6 月 10 日 指导教师（签名）： 助理指导教师 (并指出所负责的部分 )： 系（室）主任（签名）： 附注 :任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。 毕业设计（论文）开题报告 题目 刀杆式手动压机设计 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化 班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 填 表 日 期 20 年 3 月 15 日 说 明 开题报告应结合自己课题而作，一般包括：课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述 ）、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。 以下填写内容 各专业 可根据具体情况适当 修改 。但每个专业填写内容应保持一致。 说 明 开题报告应结合自己课题而作，一般包括：课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。 以下填写内容 各专业 可根据具体情况适当 修改 。但每个专业填写内容应保持一致。 一、 选题的依据及意义 ： 机械行业是典型的制造业，主要为国民经济发展提供所需的各 种机械装备或设备。根据国家统计局口径，其包括六个一级子行业：金属制品业、通用设备制造业、专用设备制造业、仪器仪表业、交运设备制造业和电气机械制造业，典型的机械产品如汽车、船舶、发电机组、机床、工程机械、矿山机械、集装箱等。 我国机械行业门类齐全，规模大， 2008 年整体销售收入接近 9 万亿元，仅次于日本居世界第二位，占到全球机械销售额的 15%左右 ;出口额达到 2,425 亿美元，跃居世界第四 ;工业增加值超过 2 万亿元，约占当年我国 8%;机械行业是对全国工业发展贡献最大的行业，经济总量占整个装备制造业 2/3 以上。因此机械行业是装备制造业的最重要组成部分，堪称中国工业的“脊梁”。 总体而言，我们的投资思路是先根据下游需求的景气度、产品的发展空间和市场的进入壁垒确定适合投资的子行业，再选择行业内激励机制、研发实力、盈利水平和销售策略等方面表现出色的上市公司作为投资标的，以期获得超额收益。 随着生活和工厂对压力机的需要，刀杆式手动压力机已成为日常生活中不可缺少的设备，它的需求量也随之增大。因此，机械行业的日益发展为大批量生产压力机提供了技术保证。作为一名在校大学生，我能有这一机会接触如何设计和制造装 备，理应珍惜，并为此达到以下要求： 1）能较好的培养自己理论联系实际的设计思想，训练自己综合运用机械和其他先修课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展自己有关机械设计方面的知识。 2）通过对机械设计过程的理解，树立正确的设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计的能力。 3）在毕业设计的实践中对自己进行设计基本技能的训练，培养自己查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图、数据处理、计算机辅助设计等方面的能力。 4）培养自己对一门机械设计软件的自学 能力，并熟练掌握它。 二、 国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）： 1、机械行业的国内外研究概况 我国机械行业门类齐全，规模大， 2008 年整体销售收入接近 9 万亿元，仅次于日本居世界第二位，占到全球机械销售额的 15%左右 ;出口额达到 2,425 亿美元，跃居世界第四 ;工业增加值超过 2 万亿元，约占当年我国 8%;机械行业是对全国工业发展贡献最大的行业，经济总量占整个装备制造业 2/3 以上。因此机械行业是装备制造业的最重要组成部分，堪称中国工业的“脊梁”。 经济的重化工化和人口的城镇化是驱动我国机械 行业发展的内在因素： 2008 年我国工业增加值中重工业占比超过 60%，城镇化率达到 46%，已连续多年保持上升趋势。在此过程中，我国工业结构将由加工组装工业向技术密集型工业转变，从而拉动对机械产品的大量需求。 全球产业转移是驱动我国机械行业发展的外在因素：由于中国的机械行业拥有发展中国家中最完善的设计和制造产业链，具有综合的人力和原材料成本比较优势，因此近年来海外的机械制造纷纷向国内转移，体现在机械产品的进出口额快速增加，外贸顺差不断扩大。 2、 铸造业的发展趋势 2005 年全国铸件总量达到 1800 万吨 左右 ,球墨铸件在总产量中的比重提高到20%即 320 万 400 万吨 ;随着轿车产量的增加 ,有色铸造件产量接近 200 万吨 ;今后国际市场需求也将保持高速增长态势 ,全球对中国铸件的年需求量约为 4000 万吨左右 ,其中球墨铸铁和有色合金铸件需求量增长迅速 ,铸造模具产值将超过百亿元人民币。 一、国内外铸造模具企业比较 全国铸造模具生产企业 ,大体可以分成以下几类 :第一类为铸造模具专业厂 (包括合资和独资企业 ),这些企业设备先进 ,技术优良 ,是铸造模具行业的主力 ;第二类是铸造专业厂的模具车间 ;第三类是近年来发展迅速的私营和 民营模具厂 ,这类企业规模不大 ,数量众多 ,各有分工 ,协同作战 ,分布在江浙、广东一带 ,其中有些厂已经具备了一定的实力 ;第四类是兼做铸造模具的其他一些模具厂。总之 , 铸造模具生产企业呈多元化 ,并向高水平发展 ,这也是中国经济发展带来的必然趋势。国外发达国家的模具厂大体分为独立的模具厂和隶属于一些大的集团公司的模具厂 ,一般规模都不大 ,但专业化程度高 ,技术水平高 ,生产效率极高。国外模具企业一般不超过 100 人 ,多数在 50 人以下。在 人员结构上 ,设计、质量控制、营销人员超过 30%,管理人员在 5%以下。年人均产值超过 100 万 元人民币 ,最高能达到 200 多万元人民币。国内模具企业中一些私营、合资企业人员结构和国外差不多 ,但一些国企的人员结构还不尽合理 ,在年人均产值上差距 还很大 ,多数在 10 20 万元人民币 ,少数能达到 40 万元人民币。国外模具企业对人员素质要求较高 ,技术人员一专多能 ,一般能独立完成从工艺到工装的设计 ;操作人员具备多种操作技能 ;营销人员对模具的了解和掌握很深。国内模具企业分工较细 ,缺乏综合素质较高的人员。国外模具企业 术的应用比较广泛 ,逆向工程、快速原型制造铸造模具使用也比较多。国内模具企业中一些骨 干厂家在这方面和国外差距已经不大 ,有些已经达到国外水平 ,但一些中小型模具企业与国外的差距还是很大。不过在模具材料方面 ,随着国外技术的引进和中国自身研发能力的提高 ,差距在逐渐缩小。在模具的价格和制造周期上 ,国外模具价格一般是国内模具的 5 10倍 ,制造周期是 2 3倍 (一般把模具的调试时间也算在制造周期之内 ),在这两方面应该说国内模具企业还是具有一定竞争优势的。 二、铸造模具的设计与制造技术 中国虽然是铸造大国 ,但远非铸造强国 ,中国铸造工艺水平、铸件质量、技术经济指标等较之先进国家还有很大差距。铸造工艺方法以砂型 铸造为主 ,其中手工、半机械化造型仍占很大比例 ,但近年来中国压铸工业发展迅速 ,每年保持 7% 10%的增长速度。中国的汽车工业也正在成长过程中 ,为了减轻汽车重量 ,轿车的铝、镁轻金属用量将进一步增长 ,这就对压铸件提出了更高的质量要求。中国铸造工艺装备同先进国家相比还有一定差距。 20 世纪 90 年代以前 ,铸造模具的设计使用计算机的很少 ,制造也主要以普通万能设备为主。进入 90 年代 ,巨大的市场需求 ,特别是汽车、摩托车业的快速发展 ,极大地推进了中国铸造模具业的发展。同时随着合资和独资企业的介入 ,国外先进的模具设备和制造技术的 引进 ,促使国产铸造模具设计和制造技术水平逐步提高 ,一些企业经具备设计和制造大型精密模具的能力 ,如一汽铸造有限公司铸造模具厂设计制造的一套3400t 压铸机用的压铸模具 ,总重达 目前国产压铸模中最大的模具。 20 世纪 90年代以来 ,铸造模具业在设计和制造方面的主要变化有 : (1)模具企业的生产技术水平提高 ,高新技术在模具的设计和制造中的应用 ,已成为快速制造优质模具的有力保证。 应用 ,显示了用信息技术带动和提升模具工业的优性 ,成为模具企业普遍应用的技术。 体化技术已在铸造模具业中广泛使用 ,目前二维设计使用的软件主要是 维设计使用的软件比较多 ,主要有 、 。目前一汽铸造模具厂的 3D 设计已达到 95%以上 ,在三维设计后使用三维虚拟装配检测技术对装配干涉进行检查 ,保证了模具设计质量 ,确保了设计和工艺的合理性。三维数据经过 件编辑 ,码直接传输到数控设备上进行模具加工。数控机床的普遍应用 ,保证了模具零件的加工精度和质量 ,大大提高了 模具的准确率和生产效率。 术也在逐步运用到实际设计、生产中 ,运用 术模拟金属的充填过程、分析冷却过程、预测成形过程中可能发生的缺陷以及产品开发前期的凝固模拟 ,大 大优化了工艺设计 ,缩短了试验时间。一汽铸造有限公司铸造模具厂在一些大型复杂模具 ,如发动机缸体、缸盖、变速箱壳体模具的设计中已经开始应用 术对流场、温度场进行模拟分析 ,工艺成品率得到极大提高。 (2)铣削加工是型腔模具加工的重要手段。高速加工 (称以高切削速度、高进给速度和高加工质量为主要特徵的加工技术 ,具有工件温升低、切削力小、加工平稳、加工质量好、 加工效率高 (为普通铣削加工的 5 10 倍 )及可加工硬材料 (可达 60诸多优点 ,因而在模具加工中日益受到重视。高速加工技术引入模具工业 ,提高了模具精度 ,大大缩短了模具制造时间。研究表明 ,对于一般复杂程度的模具 ,工时间可减少 30%以上。目前 ,模具企业为了缩短制模周期、提高市场竞争力 ,采用高速切削加工技术越来越多。 般主要用于大、中型模具加工 ,如汽车覆盖件模具、压铸模、大型塑料模具等曲面加工 ,其曲面加工精度可达 生产中采用数控高速铣削技术 ,可大大缩短制模时间。经高速铣削精加工后的 模具型面 ,仅需略加抛光便可使用 ,节省了大量修磨、抛光时间。增加数控高速铣床 ,是模具企业设备投资的重点之一。 (3)电火花加工在铸造模具制造中是不可缺少的工艺方法。电火花加工对于淬火后的深、小型腔的加工仍是有效的方案。日本沙迪克公司的直线电动机伺服驱动的数控电火花成型机床具有驱动反应快、传动及定位精度高、热变形小等优点。瑞士夏米尔公司的电火花成型机 具有的 适应控制系统、 量控制系统及自动编程专家系统 ,在铸造模具制造中有其不可替代的作用。 (4)精密、复杂、大型模具的发展 ,对检测设备的要求越来越 高。现在精密模具的精度已达 2 3 m,铸造模具的精度要求也达到 10 20 m。目前国内厂家使用较多的检测设备有意大利、美国、德国等具有数字化扫描功能的三坐标测量机。如一汽铸造有限公司铸造模具设备厂拥有德国生产的 16001200标测量机 ,具有数字化扫描功能 ,可以实现从测量实物到建立数学模型 ,输出 码 ,最终实现模具制造的全过程 ,成功地实现逆向工程技术在模具制造中的开发和应用。这方面的设备还包括 :英国雷尼绍公司的高速扫描仪 (该扫描仪可实现激光测头和接触式测头优势互补 ,激光扫描精度为 触式测头扫描 精度达 用逆向工程制作模具 ,具有制作周期短、精度高、一致性好及价格低等许 多优点。 (5)快速原型制造铸造模具已进入实用阶段 ,方法应用的可靠性和技术指标已经达到国外同类产品水平。 (6)模具毛坯快速制造技术。主要有干砂实型铸造、负压实型铸造、树脂砂实型铸造等技术。 (7)用户要求模具交付期越来越短、模具价格越来越低。为了保证按期交货 ,有效地管理和控制成本已成为模具企业生存和发展的主要因素。采用先进的管理信息系统 ,实现集成化管理 ,对于模 具企业 ,特别是规模较大的模具企业 ,已是一项极待解决的任务。如一汽铸造模具厂基本上实现了计算机网络管理 ,从生产计划、工艺制定 ,到质检、库存、