中文翻译 机械设计简介

机械设计简介设计过程机器是机构与其他零件的组合，为了有益的用途而转换，传递或利用能量，力或运动。实例有发动机，涡轮，车辆，卷扬机，印刷机，洗衣机和电影摄影机。许多适用于机器设计的原理和方法也适用于不是真正机器的制成品，从轮毂盖和档案橱柜到仪表和核压力容器。“机械设计”这一术语比“机器设计”更为广义，它包括机器设计。而对于某些仪器，如用以确定热，流动线路和体积的热力以及流体方面的问题要单独考虑。但是，在机械设计时要考虑运动和结构方面的问题以及保存和封装的规定。在机械工程领域以及其他工程领域应用机械设计，都需要诸如开关，凸轮，阀门，容器和搅拌器等机械装置。设计始于真正的或想象的需要。现有的仪器可能需要在耐用性，效率，重量，速度或成本上加以改进。可能需要新的仪器来完成以前由人做的功能，如计算，装配或保养。目标全部或部分地确定后，设计的下一步就是构思能够完成所需功能的机构及其布置。为此，徒手画草图价值极大，它不但作为一个人想法的记录和其他人讨论的辅助手段，而且尤其适于与自己的想法交流，作为创造性思路的兴奋剂。还需要有关部件的广泛知识，因为一台新机器常常由熟知的各类零件重新安排或替换而成，也许改变了尺寸和材料。无论在构思过程中还是之后，一个设计者都会进行快速或粗略的计算或分析以确定一般尺寸和可行性。当一些关于所需或可用空间量的想法确定后，可以按比例画草图。当几个零件的大致形状和几个尺寸出来时，分析可以真正开始了。分析的目的在于使其具有令人满意的或者优越的性能，以及在最小重量下的安全性和耐用性和有竞争力的成本。设计师将为每一个关键的承载截面寻找最佳的比例和尺寸，以及几个零件强度的平衡。然后选择材料和处理方法。这些重要的目标只有通过基于机械原理的分析才可以得到，如关于反作用力和摩擦的最优利用的静力学原理；关于惯性，加速度和能量的动力学原理；关于应力和挠度的材料的弹性和强度原理；关于材料的物理行为原理；关于润滑和水力驱动的流体力学原理。分析可以由构思机械安排的同一个工程师来做，或者在大公司里由独立的分析部门或研究组来做。分析的结果，可能需要新的安排和新的尺寸。不管是正式做的或非正式做的，设计是一个反复的和合作的过程，分析人员可以对所有阶段起作用而不仅仅是他自己的阶段。最后，一项基于功能和可靠性的设计完成了，就可以制造样机了。如果测试满意，而且如果装置要大量生产，就要对最初的设计进行一定的修改以确保以较低的成本大量生产。在随后几年的制造和使用期间，设计有可能因构思了新想法或者基于测试和经验基础上的进一步分析所显示的改变而改变。销售吸引力，客户满意度和制造成本都与设计有关，设计能力与工程投资的成功密切相关。一些设计准则在这一部分，有人建议运用创造性的态度进行的分析，这种分析可以引起重大改进以及对备用产品的构思和完善，也许产品功能更多，更经济，更耐用。创造阶段无需是最初和独立的阶段。虽然分析人员可能并不负责整个设计，但是他不仅仅是能从数字上提出要他解决的问题的正确答案，不仅仅是给出应力值，尺寸或者工作限制。他可以提出更广泛的见解，以便改进规范或方案。由于在分析前或分析过程中，他会熟悉装置及其工作条件，他就处于一个构思备选方案的有利位置。最好他能提出建议改变形状来消除力矩或应力集中，而不是允许构建具有大截面和过多动态载荷的机构。最好是他报废他的细致的设计而不是后来看到的机械报废。为了激发创造性思维，建议设计人员和分析人员使用以下准则。前6条准则尤其适用于分析人员，虽然他可能涉及到所有这10项。1创造性地利用所需的物理性能并控制不需要的。2认识实用载荷及其重要性。3预选考虑没有作用的载荷。4发明更有利的加载条件。5提供最小重量的最有利的应力分布和刚性。6用基本方程计算比例并使尺寸最优化。7选取材料以获得性能组合。8在备件和集成零件间仔细选择。9修改功能设计以适应生产过程和降低成本。10考虑装配中使部件精确定位和互不干扰。北京理工大学学报，1998，VOL7,NO2汽车变速器性能实验台自动控制阎清东项昌乐冯永存（北京理工大学车辆工程学院，北京100081）摘要目的实现汽车变速器性能实验台自动控制。方法采用了润滑油油温自动恒温控制技术，微机控制变速器自动换档，动力电机无级调速，加载电涡流测功机变载，试验数据的自动采集与实时处理技术。结果润滑油油温控制在设定温度；自动2换档简单，可靠，准确；无级调速调载快速准确。加载转矩偏差为R/MIN。结论将5上述技术应用于汽车变速器性能试验台，利用该试验台对某型变速器进行了微机程控性能试验，效果良好。关键词汽车变速器；性能试验；计算机辅助测试；自动控制。分类号U463212；U46712为提高民族产品性能而对汽车各部件进行试验和理论的复杂研究是发展民族汽车工业的重要途径。齿轮箱是汽车变速器的一个关键部分，其特性会直接影响到变速器的性能。主要的性能参数是变速器效率，润滑油，噪音等等。因此，对各性能进行快速而精确的测试是很必要的。在本文中，汽车变速器性能多功能试验台应用了自动控制技术，实现了润滑油自动恒温控制，可编程自动换档，无级调速和负载调整，试验数据的自动采集和处理，试验报告和测试曲线的自动输出，严格监控了试验环境，精度和速度。1自动恒温控制技术性能测试中必须严格控制润滑油的温度，在整个试验过程中油温必须控制在设定温度范围内。在本文中，采用了PID自动控制技术混合冷热机油来实现润滑油温度2恒定。该系统由润滑油强制循环系统和带有反馈的PID电子控制系统组成。图1是润滑油的强制循环系统图，图2是带有反馈的PID电子控制系统图。图1润滑油强制循环系统1电机2机油泵3压力气压表4溢流阀5滑阀6过滤器7辅助油箱8截流阀9冷却装置10电子加热器和热机油箱11三通电子驱动阀12液压油管13温度传感器14被测变速器带有反馈的PID自动控制系统用于控制三通电子可调阀的驱动电机。如果反馈温度值低于设定温度值，驱动电机将顺时针转动，热机油流量增加，否则，驱动电机将逆时针转动，冷机油流量增加。冷润滑油来自于冷却装置，热润滑油来自装有电子加热器的热润滑油油箱，温度计用于监测变速箱机油温度为PID温度控制器提供了基本的设定数。辅助温度控制器用于控制热润滑油箱中油温保持在PID设定温度的一定范围内。图2PID自动控制原理图1PID温度控制器2温度计3辅助温度控制器4电子加热器5热机油箱温度传感器6变速器油温传感器7反馈温度传感器8三通电子可调阀驱动电机2计算机控制系统图3是计算机自动控制流程图系统功能如下1监测性能参数；输入转速和扭矩，输出转速和扭矩，润滑油温度，档位。2调整主可变频率电机的转速和电涡流电力测功机的负载。图3计算机自动控制流程图21换档控制换档杆的运动是由用于换档和位置控制的汽缸活塞曲柄机构控制的，活塞行程是由电磁开关控制的。换档过程完全是由单片机上的CPU控制的。图4是换档气动系统，图5是换档控制电路布置图，CPU通过向单片机上的CPU发送换档指令以闭合相应的继电器来控制电磁滑阀的动作，同时不同的气动电路接通来实现不同的换档和位置动作。图4气动换档示意图1油水分离器2储气筒3气压表4，5，10，11电磁滑阀6单向阀7换档控制气缸8电磁开关9位置控制气缸图5换档控制电路示意图1，2，3，4整体式继电器5，6，7，8滑阀控制电磁铁9主CPU10单片机上的CPU11位置开关22转速和负载的控制液晶示波器的频率是1832MHZ。第一级分离频率的时间常数是2频率分离器的频率是9216KHZ，而后，系统控制软件为下级频率分离器设定连续的时间常数以获得连续的电压。时间常数和频率之间的关系是时间常数9216/频率。控制转速和负载的自动控制器带有与计算机连接的电压通道端口。再通过F/D（频率/电压）转换器可以获得控制电压。输入频率，输出电压，驱动电机转速和测功机。磁化电流之间的相应关系如下表表1对应关系输入频率/KHZ输出电压/V驱动电机转速/（R/MIN）测功机磁化电流/A000055600053计算机数据实时采集和处理31数据实时采集传感器的信号在传送到计算机以前，被高精度的V/F（电压/频率）和I/F转换器转变成类似的线性频率信号。通过8253时间计数器和相应的计算，可以得出被测工程的可变值。对应关系ACN，A是工程值，N是时间计数器的脉冲值，C为转换器的校对系数。32数据实时处理从传感器获取的原始数据的基础上，输入功率，输出功率，比例，效率会直接计算出来。同时，计算机屏幕上会显示出效率曲线。4实验台的结构性能实验台是一台动力开环测试台，由机械框架，电控系统，计算机系统，润滑油自动恒温控制系统和可编程控制自动换档系统组成。图6是实验台的框架图。动力组是55KW的高转速可变频电机，可以实现06000R/MIN范围内的连续可变调速。因此，变速器输入可以省去一台调速器，在很大范围内降低了实验台的噪音。负载组是一台160KW的电涡流电力测功机，动力可以单边或双边输入，以达到配有差速齿轮或无差速齿轮的变速器的要求。在变速器的输出端采用了同步带，可以简化实验台的结构和降低噪音。图6实验台框架结构图155KW可变频电机2输入扭矩，转速传感器3被测变速器4输出扭矩，转速传感器5同步带6160KW电涡流电力测功机7润滑油泵工作台8换档机构系统5试验举例在实验台上对ALTO变速器进行性能测试，通过原始数据处理，效率曲线如图7所示。试验过程中，检测参数被控制在实验台许可范围内。试验数据如下图图7效率曲线输入转速（