輸送帶彎曲阻力測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與分析

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：輸送帶彎曲阻力測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與分析專業(yè)：機(jī)械工程及自動(dòng)化（礦山機(jī)電）時(shí)間：二零一五年六月中文題目：輸送帶彎曲阻力測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與分析外文題目：ANALYSISONBENDINGRESISTANCETEST-BEDDESIGNOFCONVEYORBELTSAND畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)共62頁(其中：外文文獻(xiàn)及譯文14頁)圖紙共6張完成日期2015年6月答辯日期2015年6月摘要帶式輸送機(jī)是輸送散狀物料的重要設(shè)備之一，以輸送帶作牽引和承載構(gòu)件，通過承載物料的輸送帶的運(yùn)動(dòng)作物料連續(xù)輸送設(shè)備，它廣泛應(yīng)用于煤炭、冶金、礦山、港口等領(lǐng)域，隨著科技技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，對(duì)設(shè)備的要求性能越來越高，而彎曲阻力是輸送機(jī)的主要運(yùn)行阻力之一，其在日常工作使用中帶來不必要的浪費(fèi)與損耗，為了詳細(xì)研究輸送帶彎曲阻力，并為研發(fā)節(jié)能型輸送帶提供測(cè)試工具，本文設(shè)計(jì)一種橡膠輸送帶彎曲阻力測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)。本文首先根據(jù)給定的試驗(yàn)臺(tái)參數(shù)對(duì)其主要零部件如張緊缸、壓下缸等進(jìn)行了設(shè)計(jì)和校核；然后根據(jù)已有的輸送帶彎曲阻力數(shù)學(xué)模型對(duì)彎曲阻力進(jìn)行了估算，對(duì)電機(jī)、減速器等零部件的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并計(jì)算和分析結(jié)果為依據(jù)，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)中滾筒、托輥等零件的型號(hào)和生產(chǎn)廠家進(jìn)行了選?。蛔詈鬄榱蓑?yàn)證所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)能夠滿足設(shè)計(jì)要求，采用Pro/E對(duì)建立了試驗(yàn)臺(tái)的三維虛擬樣機(jī)模型，對(duì)模型的結(jié)構(gòu)、質(zhì)量及整機(jī)的裝配和干涉情況進(jìn)行了分析和驗(yàn)證，再利用ANSYS對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行靜力學(xué)分析和模態(tài)分析，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了分析和校核，分析結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的彎曲阻力試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)合理、強(qiáng)度能夠滿足使用要求。關(guān)鍵詞：輸送帶；彎曲阻力；彎曲阻力測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)；Pro/ENGINEER；ANSYSAbstractWithtypeconveyingmachineisconveyingbulk-likematerialofimportantequipmentoneof,toconveyingwithfortractionandhostedcomponent,throughhostedmaterialofconveyingwithofmovementformaterialcontinuousconveyingequipment,itwidelyapplicationyucoal,andmetallurgical,andmine,andport,field,withtechnologytechnologyofprogressanddevelopment,onequipmentofrequirementsperformanceincreasinglyhigh,andbentresistanceisconveyingmachineofmainrunresistanceoneof,itsindailyusinginthebringsnotnecessaryofwasteandloss,todetailedresearchconveyingwithbentresistance,Andtoprovidetesttoolsforthedevelopmentofenergy-savingconveyorbelts,designedtoarubberconveyorbeltbendingresistancetest-bed.PaperfirstaccordingtogivenoftestTaiwanparameteronitsmainpartsaszhangtightcylinder,andpressurexiacylinder,forhasdesignandcheck;thenaccordingtohassomeconveyingwithbentresistancemathematicsmodelonbentresistanceforhasestimates,onmotor,andreducer,partsofrunparameterforcalculation,andcalculationandanalysisresultsforaccordingto,ontestTaichungdrum,andsupportingroll,partsofmodelandproductionmanufacturersforhasselected;lasttovalidationbydesigntestTaiwanofcanmeetdesignrequirements,usedPro/EonestablishedhastestTaiwanofthreedimensionalvirtualprototypemodel,onmodelofstructure,andqualityandthemachineofAssemblyandinterferencesituationforhasanalysisandvalidation,againusingANSYSontestTaiwanforstaticsanalysisanddiestateanalysis,ontestTaiwanofstrengthanddynamiccharacteristicsforhasanalysisandcheck,analysisresultsshowedthatbydesignofbentresistancetestTaiwanstructurereasonable,andstrengthcanmeetusingrequirements.KeyWords：Conveyorbelt；Bendingresistance；Resistancetobendingtest-bed；Pro/ENGINEER；ANSYS目錄281191緒論 1321491.1選題的依據(jù)和意義 184881.1.1選題的依據(jù) 1101091.1.2研究主要運(yùn)行阻力及能耗機(jī)理的目的和意義 1176701.2帶式輸送機(jī)主要運(yùn)行阻力研究現(xiàn)狀 240342試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)確定與選型 3262992.1試驗(yàn)臺(tái)主要設(shè)計(jì)參數(shù) 363302.2張緊缸和壓下缸參數(shù)計(jì)算 422182.3輸送帶最大彎曲阻力估算 8263652.4主要零部件選型 11168452.4.1電機(jī)功率與電機(jī)選擇 1139552.4.2減速器選型 1235692.4.3驅(qū)動(dòng)滾筒與張緊滾筒選型 1359072.4.4壓輥、托輥選型 13320153彎曲阻力測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14228843.1Pro/ENGINEER簡(jiǎn)介 1487573.2試驗(yàn)臺(tái)主要零部件建模 14215693.2.1標(biāo)準(zhǔn)件繪制 14263233.2.2關(guān)鍵零部件建模 2226653.3試驗(yàn)臺(tái)裝配模型建立及干涉分析 23198283.3.1裝配模型建立 23317133.3.2裝配零件干涉分析 29182074彎曲阻力測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)關(guān)鍵零部件強(qiáng)度校核 33272004.1Ansys簡(jiǎn)介 3364004.2支架及主架的靜力學(xué)特性分析 3341704.3試驗(yàn)臺(tái)模態(tài)分析 38317445結(jié)論 45285596技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 4611895致謝 4611249參考文獻(xiàn) 4812321附錄A 4927689附錄B 551緒論1.1選題的依據(jù)和意義帶式輸送機(jī)是輸送散狀物料最重要的設(shè)備之一，是以輸送帶作牽引和承載構(gòu)件，通過承載物料的輸送帶的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行物料輸送的連續(xù)輸送設(shè)備。它廣泛應(yīng)用于煤炭、冶金、礦山、港口、建材等領(lǐng)域，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，帶式輸送機(jī)的應(yīng)用將越來越廣泛。目前帶式輸送機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)主要集中在長(zhǎng)距離、高速度、大運(yùn)量、大功率等方向。降低投資成本，降低運(yùn)行阻力，提高單機(jī)效率和生產(chǎn)率一直是使用廠家追求的目標(biāo)。1.1.1選題的依據(jù)輸送機(jī)的運(yùn)行阻力分為：輸送機(jī)線路上的主要阻力；各輸送機(jī)部件上的附加阻力；輸送載荷的提升阻力；由各種特殊裝置產(chǎn)生的特殊阻力。對(duì)于長(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī)來說，這幾個(gè)方面阻力系數(shù)在總的綜合模擬摩擦阻力系數(shù)中所占比例將隨著輸送機(jī)距離的增加、載荷的增大、膠帶張力的提高而改變。對(duì)于平均張力、單位長(zhǎng)度重量的大張力、重載荷膠帶輸送機(jī)，僅壓陷阻力系數(shù)一項(xiàng)就高達(dá)總摩擦系數(shù)的70%。附加阻力包括：在加料處加速區(qū)內(nèi)物料與導(dǎo)料槽側(cè)板間的摩擦阻力；在加料區(qū)域內(nèi)輸送物料與輸送帶間的慣性阻力和摩擦力；輸送帶經(jīng)過滾筒的彎曲阻力和滾筒軸承阻力，輸送帶清掃器的摩擦阻力等。附加阻力一般與輸送機(jī)的長(zhǎng)度無關(guān)，并且是一常量，對(duì)于長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)而言，與主要運(yùn)行阻力相比，其所產(chǎn)生的阻力是次要的，對(duì)于長(zhǎng)度超過1000m的帶式輸送機(jī)來說，其大小不會(huì)超過0.09倍的主要阻力。1.1.2研究主要運(yùn)行阻力及能耗機(jī)理的目的和意義首先，研究輸送機(jī)主要運(yùn)行阻力及能耗機(jī)理可以為設(shè)計(jì)低能耗輸送機(jī)提供理論依據(jù)。眾所周知，采用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)方法常常使計(jì)算能耗大于實(shí)際能耗，這不僅會(huì)增加輸送機(jī)的投資成本，還會(huì)嚴(yán)重影響輸送機(jī)的性能。通過對(duì)主要運(yùn)行阻力及其影響因素的研究，得到計(jì)算運(yùn)行阻力的科學(xué)、合理的理論公式，在設(shè)計(jì)中，就可以優(yōu)化輸送機(jī)結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)等，這不僅可以解決上述問題，而且可以降低輸送機(jī)能耗，這具有重要的實(shí)際意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。其次，裝機(jī)效率效率有所提升。我們國(guó)家輸送機(jī)裝機(jī)功率低，國(guó)產(chǎn)帶式輸送機(jī)的裝機(jī)功率約為國(guó)外產(chǎn)品的30%~40%，固定帶式輸送機(jī)的裝機(jī)功率相差更大，而降低輸送機(jī)的主要運(yùn)行阻力可以在有限的裝機(jī)功率的基礎(chǔ)上提高生產(chǎn)效率，這對(duì)于長(zhǎng)距離、高速度、大運(yùn)量、大功率輸送機(jī)的發(fā)展具有重要意義。長(zhǎng)距離、高速度、大運(yùn)量、大功率等已經(jīng)成為目前帶式輸送機(jī)的發(fā)展方向，研究運(yùn)行阻力的形成機(jī)理，分析輸送帶粘彈性特性、運(yùn)行速度、載荷、托輥半徑、托輥間距、輸送帶本身性能等各種因素對(duì)運(yùn)行阻力的影響，對(duì)從根本上解決提速降耗，降低成本，提高運(yùn)量和功率具有重要的意義。1.2帶式輸送機(jī)主要運(yùn)行阻力研究現(xiàn)狀變形阻力主要包括：壓陷阻力和彎曲阻力兩部分。當(dāng)輸送帶在托輥組間運(yùn)行時(shí)，膠帶周期性的橫向和縱向變形使得膠帶上各點(diǎn)相當(dāng)于受到一個(gè)交變的動(dòng)載荷作用，由于膠帶的粘彈性特性，在動(dòng)荷載作用下會(huì)產(chǎn)生能量損耗；當(dāng)物料隨輸送帶一起運(yùn)行時(shí)，物料與輸送帶間及物料內(nèi)部顆粒之間將產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)、并伴隨著物料顆粒的重新排列、剪脹及顆粒破碎等，這些都將產(chǎn)生能量的消耗，形成物料彎曲阻力。輸送帶壓陷阻力是運(yùn)行中托輥壓入輸送帶覆蓋層而引起的變形功，因?yàn)楦采w層材料具有的粘彈性滯后特性在帶輥脫離接觸后不能完全恢復(fù)引起的。輸送帶的彎曲變形阻力是當(dāng)輸送帶在托輥組間運(yùn)行時(shí)，由于膠帶周期性的橫向和縱向變形引起的；物料變形阻力是當(dāng)物料隨輸送帶一起運(yùn)行時(shí)，由于輸送帶的橫、縱變形而使物料內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)摩擦等，帶料間產(chǎn)生外摩擦而產(chǎn)生的能耗引起的。2試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)確定與選型輸送帶測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)主要由驅(qū)動(dòng)滾筒、張緊滾筒、試驗(yàn)臺(tái)框架、電機(jī)、減速器等組成。在滿足測(cè)試系統(tǒng)的試驗(yàn)條件的前提下，其具體設(shè)計(jì)參數(shù)簡(jiǎn)介如下：圖2-1彎曲阻力測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)工作原理圖Fig.2-1Bendingresistancetestbenchschematicdiagram工作原理和工作過程：測(cè)試前，先將張緊油缸縮回，然后將輸送帶放置在驅(qū)動(dòng)滾筒和張緊滾筒之間，再采用硫化接頭機(jī)對(duì)輸送帶進(jìn)行硫化接頭，當(dāng)輸送帶鏈接完畢后，將張緊滾筒伸出，這時(shí)輸送帶被張緊，當(dāng)輸送帶張緊到指定的張力時(shí)，張緊液壓缸停止工作并鎖死，然后再將支架上的壓下缸伸出，推動(dòng)壓輥下壓，作用于輸送帶上，使得輸送帶彎曲，當(dāng)壓下缸的推力達(dá)到指定值時(shí)，壓下缸停止工作并鎖死。最后，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)滾筒并使?jié)L筒以指定的速度運(yùn)行，當(dāng)滾筒的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，變可從壓輥上的阻力傳感器上活動(dòng)該張緊力和壓下力作用下橡膠輸送帶的彎曲阻力值。2.1試驗(yàn)臺(tái)主要設(shè)計(jì)參數(shù)帶寬：700mm；帶速：0-3.0m/s；帶長(zhǎng)：11.5m；載荷范圍：0-5000N；驅(qū)動(dòng)輪滾筒直徑：1000mm；托輥間距：1200mm；試驗(yàn)所用托輥分：平型托輥；托輥半徑：60mm；張緊力：5~8t；最大壓下力：0~1t；液壓缸機(jī)械效率：0.9；按負(fù)載選擇執(zhí)行元件的工作壓力，初選液壓缸的工作壓力=8.0MPa選取此背壓值為=0.8MPa。試驗(yàn)所用的輸送帶為阜新橡膠總廠生產(chǎn)的布芯橡膠輸送帶：GB/T7984-12850-400-CC-3-200N/mm-2+2-L，；輸送帶覆蓋層粘彈性參數(shù)：，，，2.2張緊缸和壓下缸參數(shù)計(jì)算1）張緊缸和壓下缸的相關(guān)計(jì)算：（2-1）式中—負(fù)載力—液壓缸機(jī)械效率—液壓缸無桿腔的有效作用面積—液壓缸有桿腔的有效作用面積—液壓缸無桿腔壓力—液壓缸有桿腔壓力根據(jù)（2-1）推算出張緊缸無桿腔的有效作用面積：（2-2）液壓缸缸筒直徑為：（2-3）根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算得出：（2-4）通過（2-4）計(jì)算液壓缸活塞桿直徑，再根據(jù)GB/T2348—1993對(duì)液壓缸缸筒內(nèi)徑尺寸和液壓缸活塞桿外徑尺寸的規(guī)定，圓整后取液壓缸缸筒直徑為=125，活塞桿直徑為=90。同理，根據(jù)（2-1）推算出壓下缸無活塞桿時(shí)的有效作用面積：（2-5）液壓缸缸筒直徑為：（2-6）同理求出壓下缸的液壓缸缸筒直徑為=50，活塞桿直徑為=36。求出液壓缸直徑后對(duì)液壓缸的有效面積進(jìn)行重新驗(yàn)算；張緊缸無桿腔有效面積：（2-7）有桿腔有效面積：（2-8）壓緊缸無桿腔有效面積：（2-9）有桿腔有效面積：（2-10）張緊缸壓力：（2-11）壓下缸壓力：（2-12）2）液壓缸穩(wěn)定性驗(yàn)算，張緊缸穩(wěn)定性條件：（2-13）式中—最大負(fù)荷力—液壓缸穩(wěn)定臨界力—穩(wěn)定性安全系數(shù)，取判別張緊缸最大撓度點(diǎn)位置的之值可由下式計(jì)算：（2-14）式中—活塞桿材料的彈性模量，對(duì)于鋼材—活塞桿截面慣性矩，最大撓度點(diǎn)的位置實(shí)際上停留在活塞桿與缸筒交接處，即，因而此時(shí)的計(jì)算值僅供判別用。在查閱相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)中“液壓缸支撐形式與長(zhǎng)度折算系數(shù)對(duì)照表”中可知，長(zhǎng)度折算系數(shù)，有效長(zhǎng)度，即可知可取1。按不等截面桿計(jì)算穩(wěn)定臨界力（）在多數(shù)情況下，液壓缸最大撓度點(diǎn)的計(jì)算位置偏向缸筒一邊，即，這時(shí)可用下面的公式計(jì)算穩(wěn)定性臨界力：（2-15）式中—活塞桿材料的彈性模量—缸筒材料的彈性模量—活塞桿橫截面慣性矩—缸筒橫截面慣性矩—活塞桿頭部銷軸孔至導(dǎo)向中心點(diǎn)的距離（見圖2-2）—缸筒尾部銷軸孔至導(dǎo)向中心點(diǎn)的距離（見圖2-2）圖2-2液壓缸縱向彎曲Fig.2-2Hydrauliccylinderlongitudinalbending直接利用式（2-15）計(jì)算較為復(fù)雜，為簡(jiǎn)化計(jì)算起見，可先算出和之值，再?gòu)膱D中查出相應(yīng)的之值，然后按下式計(jì)算：（2-16）圖2-3中的曲線，是在和的一定范圍內(nèi)作出的，若圖中無相應(yīng)的和之值時(shí)，可用插值法求出。通過計(jì)算求解后，可知滿足（2-13）的穩(wěn)定性條件。圖2-3時(shí)臨界力計(jì)算圖Fig.2-3Criticalloadcalculationchart2.3輸送帶最大彎曲阻力估算1）平輸送帶的彎曲阻力彎曲輸送帶的能量損失系數(shù)為（2-17）如圖2-4，對(duì)一長(zhǎng)度為的試件，彎曲輸送帶作用力和突變力矩的關(guān)系的平衡式為根據(jù)力的關(guān)系有所以（2-18）上式表示彎曲阻力是輸送帶試件彎曲力矩?fù)p失與彎曲半徑的比值，這種關(guān)系可以從能量的方法得到。用長(zhǎng)度的試件，彎曲曲率半徑為施加一個(gè)彎曲力矩，則在角度上的彎矩?fù)p失的能量為，當(dāng)試件全部經(jīng)過托輥時(shí)，能量損失為內(nèi)部的能量損失和外部的能量損失相等，有也就是，和上面導(dǎo)出結(jié)果相同。圖2-4托輥和輸送帶的接觸區(qū)與輸送帶的垂直對(duì)稱線Fig.2-4Rollerandconveyorbeltcontactareawiththeconveyorbeltverticalsymmetryline2）輸送帶的彎曲阻力由式（2-18）可知，彎曲阻力是托輥支撐彎曲處輸送帶的彎矩?fù)p失和曲率半徑的比值，即。按式（2-17）的定義，，是托輥支撐處輸送帶產(chǎn)生的彎矩；是輸送帶最低點(diǎn)的彎矩，他仍然產(chǎn)生阻力，且遠(yuǎn)小于，作用處的曲率半徑也很大，有將上式簡(jiǎn)化求得忽略項(xiàng)，可得（2-19）3）輸送帶的彎曲阻力系數(shù)彎曲阻力與輸送帶和物料的重力的比值為輸送帶的彎曲阻力系數(shù)（2-20）在上式中由輸送帶的撓度確定，當(dāng)相對(duì)垂度小于1%時(shí)，按德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN22101，槽型輸送帶的垂度為（2-21）這表明輸送帶彎曲阻力引起的阻力對(duì)主要阻力影響較小。4）輸送帶張力計(jì)算可以為輸送帶、拉緊裝置、滾筒組件等的選擇和輸送帶垂度校核提供依據(jù)。輸送帶上任一點(diǎn)張力可用下式計(jì)算：（2-22）式中—輸送帶沿運(yùn)行方向第點(diǎn)的張力—輸送帶點(diǎn)到第點(diǎn)的區(qū)段上，輸送帶運(yùn)行的各項(xiàng)阻力之和改向滾筒趨入點(diǎn)的張力計(jì)算（2-23）根據(jù)實(shí)際情況取舍式中各項(xiàng)阻力。改向滾筒奔離點(diǎn)張力的簡(jiǎn)化計(jì)算（2-24）式中改向滾筒奔離點(diǎn)張力改向滾筒趨入點(diǎn)的張力改向滾筒阻力系數(shù)，包括輸送帶彎曲和滾筒軸承阻力的因素計(jì)算步驟是按輸送帶垂度要求計(jì)算最小張力的，由于最小張力推算出輸送帶不打滑所需的歐拉系數(shù)。按輸送帶垂度要求計(jì)算最小張力a)承載分支4點(diǎn)的張力最小，由下式計(jì)算垂度要求的最小張力。已知承載分支相鄰兩個(gè)托輥組的間距，貨載每米質(zhì)量，輸送帶每米質(zhì)量。承載分支最小張力（2-25）b)回程分支5點(diǎn)是張力最小，由下式計(jì)算垂度要求的最小張力。取回程分支相鄰兩托輥組的間距，代入下式后得回程分支最小張力為（2-26）式中—輸送帶最小允許張力—承載分支相鄰兩托輥組的間距—回程分支相鄰兩托輥組的間距—物料每米質(zhì)量—輸送帶每米質(zhì)量—允許輸送帶最大下垂度，取。為承載分支最小張力點(diǎn)取（2-27）為回程分支最小張力點(diǎn)（2-28）回程分支主要阻力（2-29）回程分支傾斜阻力（2-30）忽略彎曲阻力和前傾阻力c)輸送帶的整體圓周力：（2-31）d)求所需的歐拉系數(shù)得取啟動(dòng)系數(shù)，則（2-32）2.4主要零部件選型2.4.1電機(jī)功率與電機(jī)選擇（2-33）式中—傳送帶拉力—總裁重量—滾動(dòng)摩擦系數(shù)（2-34）式中—驅(qū)動(dòng)扭矩—驅(qū)動(dòng)輪滾筒半徑（2-35）式中—驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速—傳動(dòng)速度—驅(qū)動(dòng)輪周長(zhǎng)（2-36）式中—電機(jī)功率查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇電機(jī)型號(hào)為Y2-280M-6，該型號(hào)具體參數(shù)如下表2-1：表2-1Y2-280M-6型電機(jī)參數(shù)Tab.2-1Y2-280M-6motorparameters額定功率額定電流轉(zhuǎn)速效率功率因數(shù)最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩最小轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩55kw104.7A980r/min92.8%0.862.0減速器選型（2-37）式中—電機(jī)轉(zhuǎn)速—滾筒轉(zhuǎn)速查機(jī)械手冊(cè)第四卷減速器選型：ZLY-200。該型號(hào)減速器具體參數(shù)如下表2-2：表2-2ZLY-200型減速器參數(shù)Tab.2-2ZLY-200reducerparameters傳動(dòng)比輸入轉(zhuǎn)速輸出轉(zhuǎn)速輸入功率18=1000r/min=56r/min59.5kw2.4.3驅(qū)動(dòng)滾筒與張緊滾筒選型張進(jìn)滾筒型號(hào)為GB998-77，滾筒直徑為1000，淄博明治機(jī)械有限公司驅(qū)動(dòng)滾筒型號(hào)為YTH,滾筒直徑為1000，淄博明治機(jī)械有限公司2.4.4壓輥、托輥選型壓輥型號(hào)為76*590，直徑76寬度590德州億輪輸送機(jī)械有限公司托輥型號(hào)為120*700，直徑120寬度700德州億輪輸送機(jī)械有限公司3彎曲阻力測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1Pro/ENGINEER簡(jiǎn)介Pro/Engineer的所有功能是全相關(guān)性的，全相關(guān)性就所有Pro/Engineer的功能之間是相互關(guān)聯(lián)的，用戶在研發(fā)設(shè)計(jì)過程中變更其中一個(gè)參數(shù)，而這個(gè)參數(shù)的變更會(huì)自動(dòng)擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中去，它在推出的時(shí)候的核心內(nèi)容就是參數(shù)化建模，在產(chǎn)品開發(fā)過程中用參數(shù)將零件的尺寸、形狀等特征定義。這樣，在以后的工作過程中需要改變尺寸的時(shí)候只需要修改其中的參數(shù)即可，并且可以反復(fù)的修改，以方便形成多種多樣的解決方案，它不但可以應(yīng)用于工作站也可以應(yīng)用到單機(jī)上。為了使客戶更加迅速的得到產(chǎn)品，有的時(shí)候必須要求多個(gè)設(shè)計(jì)人員同時(shí)處理一個(gè)產(chǎn)品，Pro/Engineer可以通過數(shù)據(jù)管理功能可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)的并行程序，達(dá)到節(jié)省產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間的目的，在軟件中還可以對(duì)大型復(fù)雜的產(chǎn)品通過零件圖進(jìn)行虛擬裝配，可以很直觀的看到產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、尺寸、形狀等。對(duì)于Pro/Engineer軟件的應(yīng)用可以可靠的提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)強(qiáng)度、避免樣機(jī)生產(chǎn)所帶來的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)并切實(shí)可行的提高企業(yè)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。在我國(guó)，大多數(shù)企業(yè)的設(shè)計(jì)工程師都已經(jīng)可以很好的利用三維設(shè)計(jì)軟件來進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作，特別的在華東和東南沿海一帶，它給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)中由多種零件組成，繪制各種零件都由Pro/ENGINEER中實(shí)體繪制特征操作繪制。實(shí)體繪制的常用特征有拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合、倒角、孔、抽殼、拔模等主要特征。運(yùn)用相應(yīng)特征繪制三為模型。3.2試驗(yàn)臺(tái)主要零部件建模3.2.1標(biāo)準(zhǔn)件繪制單擊“新建”命令按鈕，打開如圖3-1所示的“新建”對(duì)話框。在這個(gè)對(duì)話框中列出了可以建立的新文件類型，選擇“零件”類型，在“名稱”框中，鍵入文件名或使用默認(rèn)名。不使用默認(rèn)模板，清除“使用缺省模板”復(fù)選框，然后單擊“確定”，打開如圖3-2所示的“新文件選項(xiàng)”對(duì)話框打開，在對(duì)話框下的選項(xiàng)中選擇米制模板（mmns），單擊“確定”按鈕，Pro/ENGINEER繪圖窗口打開并建立新文件。圖3-1“新建”對(duì)話框圖3-2“新文件選項(xiàng)”對(duì)話框Fig.3-1"New"dialogboxFig.3-2"Newfile"dialogbox在輸送帶彎曲阻力測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)中，試驗(yàn)臺(tái)的零件較多，選取其中較為典型的運(yùn)用proe中較多的繪制特征零件進(jìn)行分解繪制，如下所示的六角螺栓繪制。1）創(chuàng)建螺帽：（a）在建立的新文件繪圖窗口中繪制螺栓，單擊“基礎(chǔ)特征”工具欄中的“拉伸”命令按鈕，系統(tǒng)打開“拉伸”屬性欄，如圖3-3所示。圖3-3設(shè)置“拉伸”屬性欄Fig.3-3Setting"stretch"propertycolumns（b）接受系統(tǒng)默認(rèn)，單擊“位置”選項(xiàng)，選擇面板上的按鈕，選擇繪制面，選用基準(zhǔn)面FRONT作為繪制平面，采用系統(tǒng)默認(rèn)的參考面RIGHT，方向?yàn)橛?，進(jìn)入繪制界面。如圖3-4所示，單擊按鈕，進(jìn)入草繪界面。圖3-4“位置”面板和“草繪”對(duì)話框Fig.3-4"Position"Panelandthe"sketch"dialogbox（c）選擇調(diào)色板工具，選取六邊形置于草繪平面，并修改尺寸，如圖3-5所示，單擊“完成”按鈕退出草繪環(huán)境?；氐街鹘缑婧?，確定拉伸長(zhǎng)度，在對(duì)話框里單擊“完成”按鈕完成特征創(chuàng)建，如圖3-6所示。圖3-5草繪正六變形圖3-6生成螺帽實(shí)體Fig.3-5SketchissixvariantsFig.3-6Plotnutentities2）螺帽六角頭倒角（a）單擊“基礎(chǔ)特征”工具欄中“旋轉(zhuǎn)”命令按鈕，系統(tǒng)打開“旋轉(zhuǎn)”屬性欄，單擊對(duì)話框中“去除材料”按鈕，默認(rèn)為減材料。旋轉(zhuǎn)角度：360°。（b）單擊對(duì)話框的“位置”按鈕，單擊面板上的按鈕，系統(tǒng)打開“草繪”對(duì)話框，選用基準(zhǔn)面TOP作為草繪平面，采用系統(tǒng)默認(rèn)的參考面RIGHT，方向?yàn)橛摇Ｈ鐖D3-7所示，單擊按鈕，進(jìn)入草繪界面。（c）進(jìn)入草繪環(huán)境，繪制如圖3-8所示的草繪截面。單擊“完成”命令按鈕，退出草繪環(huán)境。（d）回到主界面，單擊“旋轉(zhuǎn)”屬性欄的“完成”命令按鈕，系統(tǒng)完成旋轉(zhuǎn)特征，結(jié)果如圖3-9所示。圖3-7選擇參照?qǐng)D3-8草繪截面Fig.3-7SelectthereferenceFig.3-8Thesketchedsection圖3-9螺帽倒角生成圖Fig.3-9Chamfernutdiagram3）創(chuàng)建螺桿（a）再次單擊“基礎(chǔ)特征”工具欄中的“拉伸”命令按鈕，系統(tǒng)打開“拉伸”屬性欄。（b）單擊“放置”面板中按鈕，系統(tǒng)打開“草繪”對(duì)話框，選用拉伸曲面為草繪平面，采用系統(tǒng)默認(rèn)的參考面RIGHT,方向?yàn)榈撞?，單擊按鈕，進(jìn)入草繪界面。（c）在草繪環(huán)境繪制圓，如圖3-10所示，單擊“完成”按鈕退出草繪環(huán)境。（d）回到主界面后，確定拉伸長(zhǎng)度，在對(duì)話框里單擊“完成”按鈕完成特征創(chuàng)建，如圖3-11所示。圖3-10草繪圓圖3-11模型繪制Fig.3-10SketchedcircleFig.3-11Model4）創(chuàng)建倒圓角（a）給螺桿做倒圓角，單擊“期初特征”工具欄中的“倒圓角”命令按鈕，系統(tǒng)打開“倒圓角”屬性欄，如圖3-12所示。（b）在主界面中選取要倒圓角的邊，并在倒圓角屬性中選擇D×D，并輸入半徑D值，然后在對(duì)話框里單擊“完成”按鈕完成特征創(chuàng)建，如圖3-13所示。圖3-12設(shè)置“倒圓角”屬性欄Fig.3-12"Round"propertycolumns圖3-13“倒圓角”繪制圖與“倒圓角”生成圖Fig.3-13"Round"drawingwiththe"rounded"spanninggraph5）創(chuàng)建螺紋（a）選擇系統(tǒng)菜單中的“插入”→“螺旋掃描”→“切口”命令，系統(tǒng)打開“螺旋掃描”對(duì)話框，并出現(xiàn)“屬性”菜單，如圖3-14所示。（b）在菜單管理器中選擇“常數(shù)”+“穿過軸”+“右手定則”命令，單擊“完成”命令，按照菜單管理器提示在草繪環(huán)境中選擇草繪界面，如圖3-15所示。選擇RIGHT為草繪界面，默認(rèn)正向。單擊“確定”選項(xiàng)，系統(tǒng)打開“草繪視圖”菜單，單擊選擇“缺省”選擇。圖3-14“螺旋掃描”菜單管理器Fig.3-14"Spiralscan"menuManager圖3-15“螺旋掃描”選擇項(xiàng)Fig.3-15"Spiralscan"option（c）系統(tǒng)進(jìn)入草繪環(huán)境，繪制螺旋掃描的軌跡，并繪制中心線，如圖3-16所示。繪制完成，單擊草繪“完成”命令按鈕，退出軌跡草繪環(huán)境圖3-16繪制“螺旋掃描”掃描軌跡Fig.3-16Draws"helical-scan"Scantracks（d）回到主界面，系統(tǒng)打開圖3-17所示的工作框，輸入節(jié)距，單擊按鈕。圖3-17節(jié)距輸入工作輸入框Fig.3-17Pitchinputinputbox（e）系統(tǒng)再次進(jìn)入草繪環(huán)境繪制橫截面，在掃描起始點(diǎn)處繪制如圖3-18的截面。單擊“完成”命令按鈕，退出軌跡草繪環(huán)境。（f）系統(tǒng)打開“方向”菜單，如圖3-19所示，單擊“確定（默認(rèn)為正向）”選項(xiàng)。（g）單擊“屬性”對(duì)話框的“確定”命令按鈕，螺旋掃描特征生成。結(jié)果如圖3-20所示。圖3-18螺旋掃描截面繪制Fig.3-18Helicalsweepsectiondrawing圖3-19確定螺旋掃描方向Fig.3-19Determinethedirectionofhelicalscan圖3-20螺旋特征生成的模型Fig.3-20Spiralfeaturesgeneratedmodels（h）保存文件到指定的位置并關(guān)閉當(dāng)前窗口。3.2.2關(guān)鍵零部件建模在Pro/ENGINEER中運(yùn)用以上實(shí)體特征進(jìn)行零件繪制，繪制的部分零件如下圖3-21所示。支架旋轉(zhuǎn)張緊架張緊支撐梁油缸推移油缸座防偏橫梁圖3-21部分零件圖Fig.3-21Partspartsdiagram3.3試驗(yàn)臺(tái)裝配模型建立及干涉分析3.3.1裝配模型建立當(dāng)完成零件創(chuàng)建之后，就可以使用Pro/ENGINEER中的“裝配模式”（Assemblymode）把零件組裝在一起構(gòu)成“裝配”（assembly），裝配可以作為一個(gè)“子裝配”（subassembly）裝配到另一個(gè)裝配中去。進(jìn)入proe系統(tǒng)中，選擇系統(tǒng)菜單欄中的“文件”→“新建”命令，系統(tǒng)打開如圖3-22所示的“新建”對(duì)話框，在對(duì)話框中選擇“組件”單選按鈕，指定文件名，系統(tǒng)默認(rèn)擴(kuò)展名為“.asm”，并勾掉系統(tǒng)默認(rèn)的使用缺省模板。在彈出的第二個(gè)對(duì)話框中選“mmns_asm_design”，如圖3-23所示。完成設(shè)置后單擊，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)入裝配模式。圖3-22“新建”對(duì)話框圖3-23“新建文件選項(xiàng)”對(duì)話框Fig.3-22"New"dialogboxFig.3-23"Newoptions"dialogbox進(jìn)入裝配模式后，單擊繪圖區(qū)工具欄中的“將元件添加到裝配”命令按鈕，系統(tǒng)打開如圖3-24所示的“打開”對(duì)話框，對(duì)話框顯示當(dāng)前工作目錄下所有的零件及裝配件，選取一個(gè)裝配使用的零件后，系統(tǒng)將在裝配區(qū)顯示該零件，并打開“元件放置”（ComponentPlacement）用戶界面，如圖3-25所示。圖3-24“打開”對(duì)話框Fig.3-24"Open"dialogbox圖3-25“元件放置”用戶界面Fig.3-25"component"userinterface“元件放置”用戶界面中的“放置”面板主要用于建立裝配約束，如圖3-26所示。當(dāng)引入元件放置到裝配中時(shí)，默認(rèn)將選擇“自動(dòng)”放置約束類型，接下來可以執(zhí)行下列操作：圖3-26“放置”面板Fig.3-26"placement"Panel為元件和裝配選擇參照，定義放置約束，選擇一對(duì)有效的參照之后，系統(tǒng)將自動(dòng)選擇合適的約束類型，且約束已啟動(dòng)。對(duì)于第一個(gè)放置的零件，選擇“元件放置”工作用戶界面下“自動(dòng)”下拉菜單中的“缺省”放置，給定參考位置，其余裝配的個(gè)零件基于當(dāng)前坐標(biāo)系，進(jìn)行裝配配。如圖3-27所示。當(dāng)選擇“缺省”放置后，此時(shí)的工作欄中狀態(tài)處顯示“完全約束”，如圖3-28所示，單擊，完成初個(gè)零件裝配。圖3-27“元件放置”界面“自動(dòng)”下拉菜單Fig.3-27"Placed"interface"automatic"pulldownmenu圖3-28“缺省”放置后零件Fig.3-28"Default"afterplacingparts繼續(xù)裝配其他零件時(shí)，仍單擊，在工作目錄下選擇要裝配的零件，在“放置”面板下新建約束中選擇約束條件和約束類型，保證狀態(tài)欄下顯示出“完全約束”則約束完成單擊確定。在零件的裝配過程中都是基于裝配原則進(jìn)行裝配，當(dāng)裝配狀態(tài)顯示“完全約束”時(shí)則可以確定，此零件裝配完成，單擊確定，繼續(xù)裝配其它零件。截取部分裝配過程圖，顯示在裝配過程中約束條件。如下圖3-29所示。圖3-29“支架”裝配過程部分圖Fig.3-29"Frame"partoftheAssemblyprocess支架的裝配完成后的完整成品圖如3-30所示，為了更好展現(xiàn)支架中所裝備的各個(gè)零件，將其支架的裝配圖分解視圖，即支架的爆炸圖如圖3-31所示。圖3-30立架裝配完成圖圖3-31立架組件爆炸圖Fig.3-30FrameAssemblydiagramFig.3-31FrameAssemblyexplodeddiagram在試驗(yàn)臺(tái)的總體樣機(jī)模型中，由較多的組件裝配而成，再將組件與其他零件裝配最終形成彎曲阻力測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)的樣機(jī)模型。試驗(yàn)臺(tái)中的部分裝配組件如圖3-32所示，裝配組件的分解視圖，即爆炸圖如圖3-33所示。張緊液壓缸張緊輪彎曲阻力測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)圖3-32部分零件裝配圖Fig.3-32PartsAssemblydrawing張緊液壓缸分解圖張緊滾分解圖彎曲阻力測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)分解圖圖3-33相應(yīng)組件爆炸圖Fig.3-33Thecorrespondingcomponentexplodeddiagram3.3.2裝配零件干涉分析1）全局干涉對(duì)裝配的零件進(jìn)行全局干涉檢查，查看是否存在問題。檢查零件與零件是否存在一定的干涉現(xiàn)象，影響零件與零件間的裝配現(xiàn)象，以及是否對(duì)于整體結(jié)構(gòu)有所影響，為之后的ANSYSWorkbench中對(duì)部件的靜力學(xué)與模態(tài)分析打定基礎(chǔ)。對(duì)立架進(jìn)行全局干涉檢查，單擊“分析”→“模型”→“全局干涉”如圖3-34所示，彈出全局干涉對(duì)話框，單擊，檢查在裝備過程中是否有干涉，經(jīng)檢查對(duì)話框欄中無顯示，即裝配無干涉，如圖3-35所示，單擊，接受并完成當(dāng)前分析。圖3-34全局干涉圖3-35“全局干涉”對(duì)話框Fig.3-34GlobalinterferenceFig.3-35"Globalinterference"dialogbox對(duì)框架進(jìn)行干涉檢查，同理單擊“分析”→“模型”→“全局干涉”，在彈出對(duì)話框中單擊計(jì)算當(dāng)前分析以供預(yù)覽，發(fā)現(xiàn)“全局干涉”的工作框中出現(xiàn)零件，說明在裝配的零件組合里有干涉存在，如圖3-36所示，單擊“顯示全部”，即對(duì)干涉處進(jìn)行加亮顯示，如圖3-37所示，則可知道螺栓在與零件裝配中產(chǎn)生干涉，將產(chǎn)生的干涉螺栓全部刪除，再次進(jìn)行干涉檢查，發(fā)現(xiàn)無干涉存在，單擊接受并完成當(dāng)前分析，如圖3-38所示。圖3-36干涉檢查圖3-37裝配零件中干涉存在Fig.3-36InterferencecheckFig.3-37InterferenceexistsintheAssemblyparts圖3-38重新干涉檢查Fig.3-38Reinterferencecheck2）全局質(zhì)量屬性：對(duì)立架進(jìn)行質(zhì)量屬性分析，單擊彈出“密度”對(duì)話框，根據(jù)所選用的材料更改材料密度，如圖3-39所示，將圖中的密度更改為7850kg/m3，單擊確定密度，在“質(zhì)量屬性”的工作框中計(jì)算出相關(guān)數(shù)據(jù)，如圖3-40所示。然后單擊接受并完成分析。對(duì)立架分析后的主要數(shù)據(jù)如表3-1所示。圖3-39“密度”對(duì)話框圖3-40“質(zhì)量屬性”計(jì)算結(jié)果Fig.3-39"Density"dialogboxFig.3-40"Qualityattributes"calculations表3-1立架質(zhì)量屬性分析主要數(shù)據(jù)Tab.3-1Statemasspropertiesanalysisofprimarydata體積mm3曲面面積mm2平均密度kg/m3質(zhì)量kg9.929e+076.245e+067850779.40對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)質(zhì)量屬性分析與立架分析同理，將密度改為所選材料密度，同為7850kg/m3，通過分析得出如圖3-41所示結(jié)果。將圖中所示重要結(jié)果整理如表3-2所示。圖3-41“質(zhì)量屬性”計(jì)算結(jié)果Fig.3-41"Qualityattributes"calculations表3-2試驗(yàn)臺(tái)質(zhì)量屬性分析主要數(shù)據(jù)Tab.3-2Keydataonthetestbenchqualityattributeanalysisin體積mm3曲面面積mm2平均密度kg/m3質(zhì)量kg1.667e+097.144e+07785013082.954彎曲阻力測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)關(guān)鍵零部件強(qiáng)度校核4.1Ansys簡(jiǎn)介ANSYS是目前世界頂端的有限元商業(yè)應(yīng)用程序，是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用的有限元分析軟件。有世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS開發(fā)，它能與大部分的CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer，NASTRAN，IDEAS,AutoCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的高級(jí)CAD工具之一。利用CAE技術(shù)可以使復(fù)雜的工程分析變得簡(jiǎn)化、高精度、快速的計(jì)算。對(duì)質(zhì)量、數(shù)量和強(qiáng)度計(jì)算與分析中，取得了很好的效果。運(yùn)動(dòng)精度的和性能分析、動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性、壓力等方面也有了飛躍的突破。廣泛應(yīng)用于機(jī)械結(jié)構(gòu)的變形、結(jié)構(gòu)分析，對(duì)齒輪產(chǎn)品工程分析起到重要意義。ANSYS軟件是由美國(guó)ANSYS公司推出的一款軟件，它可以與多種CAD軟件進(jìn)行接口來完成數(shù)據(jù)的處理和交換。在機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)內(nèi)，ANSYS軟件提供了諸多仿真的解決方案，被廣大的機(jī)械設(shè)計(jì)師所應(yīng)用，全球的各大小企業(yè)都相信ANSYS為它們的工程仿真軟件投資帶來最好的價(jià)值。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的突飛猛進(jìn)，機(jī)械設(shè)計(jì)師門對(duì)一體化技術(shù)的應(yīng)用日漸增加，使產(chǎn)品的可靠性增加。ANSYS

Workbench就是在這種環(huán)境下出現(xiàn)的有限元分析軟件。目前ANSYS公司的ANSYS

Workbench所提供的CAD雙向參數(shù)鏈接互動(dòng)，項(xiàng)目數(shù)據(jù)自動(dòng)更新機(jī)制，無縫集成的優(yōu)化設(shè)計(jì)工具等新功能，使ANSYS在“仿真驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)”方面達(dá)到一種非常高的水平。4.2支架及主架的靜力學(xué)特性分析1）支架靜力學(xué)分析過程a）創(chuàng)建分析項(xiàng)目：?jiǎn)?dòng)ANSYSWorkbench14.5，進(jìn)入主界面。雙擊主界面Toolbox工具箱中的AnalysisSystem>StaticStructural選項(xiàng)，即可在項(xiàng)目管理區(qū)創(chuàng)建分析項(xiàng)目A，如圖4-1.。圖4-1創(chuàng)建項(xiàng)目工程圖Fig.4-1Createprojectdiagramsb）定義材料數(shù)據(jù)雙擊項(xiàng)目A中的A2欄EngineerungDate項(xiàng)，進(jìn)入如圖4-2所示的材料參數(shù)設(shè)置界面，在該界面下即可進(jìn)行材料參數(shù)設(shè)置。圖4-2材料數(shù)據(jù)定義界面Fig.4-2Materialsdata-definitioninterface根據(jù)實(shí)際需要，在EngineeringDateSources表中選擇相應(yīng)材料，然后添加。在分析中采用默認(rèn)的StructuralSteel，直接退出本窗口即可。c）添加幾何模型在A3欄的Geometry上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇ImportGeometry>Browse選型，此時(shí)會(huì)彈出“打開”對(duì)話框。在彈出的對(duì)話框中選擇文件路徑，導(dǎo)入幾何文件體，此時(shí)A3欄Geometry后的變?yōu)?，表示?shí)體模型已經(jīng)存在。雙擊項(xiàng)目A中的A3欄Geometry，此時(shí)會(huì)進(jìn)入DM界面，如圖4-3所示。此時(shí)如果設(shè)計(jì)樹中顯示，表示需要生成模型，單擊按鈕，即可顯示生成的幾何體，此時(shí)可在幾何體上進(jìn)行其他的操作。單擊DM界面右上角的“關(guān)閉”按鈕退出DM，返回到Workbench主界面。圖4-3DM幾何模型Fig.4-3DMmodelsd）定義零件行為雙擊主界面項(xiàng)目管理區(qū)項(xiàng)目A中的A3欄Model項(xiàng)，進(jìn)入Mechanical界面，如圖4-4所示，在該界面下即可進(jìn)行網(wǎng)格劃分、分析設(shè)置、產(chǎn)看結(jié)果等操作。圖4-4進(jìn)入MechanicalFig.4-4IntoMechanicale）劃分網(wǎng)格選擇Mechanical界面左側(cè)Outline樹結(jié)構(gòu)圖中的Mesh選項(xiàng)，此時(shí)可以在Detailsof“Mesh”細(xì)節(jié)窗口中修改網(wǎng)格，此次采用默認(rèn)設(shè)置。在Outline樹結(jié)構(gòu)中的Mesh選項(xiàng)單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇GenerateMesh選項(xiàng)，生成網(wǎng)格最終效果如圖4-5所示。圖4-5網(wǎng)格劃分效果Fig.4-5Effectofmeshf）定義邊界條件選擇Mechanical界面左側(cè)Outline樹結(jié)構(gòu)圖中的StaticStructural選項(xiàng)，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)Environment工具欄。選擇Environment工具欄中的Supports>FixedSupport，此時(shí)在樹結(jié)構(gòu)圖中會(huì)出現(xiàn)FixedSupport選項(xiàng)。選中FixedSupport，選擇需要施加固定約束的面，單擊Detailsof“FixedSupport”細(xì)節(jié)窗口中Geometry選項(xiàng)下的按鈕，即可在選中面上施加固定約束，選取固定的面后，單擊“Apply”進(jìn)行添加，如圖4-6所示。圖4-6施加固定約束Fig.4-6Toimposefixedconstraint選擇Environment工具欄中的Loads>Pressure，此時(shí)在樹結(jié)構(gòu)圖中會(huì)出現(xiàn)Pressure選項(xiàng)。選中Pressure，選擇需要施加壓力的面，單擊Detailsof“Pressure”細(xì)節(jié)窗口中Geometry選項(xiàng)下的Apply按鈕，同時(shí)在Magnitude選項(xiàng)下設(shè)置壓力為8Mpa的面載荷，同時(shí)施加反作用力于立架上。如圖所示4-7所示。圖4-7施加力約束Fig.4-7Exertsaforceconstraintsg）求解設(shè)置選擇Mechanical界面左側(cè)Outline樹結(jié)構(gòu)圖中的Solution選項(xiàng)，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)Solution工作欄，選擇工具欄中的Deformation>Total，此時(shí)樹結(jié)構(gòu)中會(huì)出現(xiàn)TotalDeformation選項(xiàng)，繼續(xù)在工作欄中選擇Stress>Equivalent（von-Mises），此時(shí)樹結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)Equivalentstress選項(xiàng)，如圖4-8所示。圖4-8樹結(jié)構(gòu)圖Fig.4-8Treestructurediagramsh）仿真結(jié)果分析完成求解設(shè)置后，單擊工作欄中按鈕，等待結(jié)果生成，如圖4-9所示。圖4-9支架靜力學(xué)分析結(jié)果Fig.4-9Supportsstaticanalysisresults仿真結(jié)果分析：由圖示可知最大應(yīng)變?yōu)?.073789；最大應(yīng)力為22.983Mpa，最小應(yīng)力為2.2095e-5Mpa。（2）主架靜力學(xué)分析在對(duì)主架的靜力學(xué)分析中，對(duì)于主架的前期處理模型導(dǎo)入，材料定義，網(wǎng)格劃分等基本操作與在對(duì)立架的靜力學(xué)分析中相似，在對(duì)零件進(jìn)行邊界條件定義和施加約束中同樣采取施加固定面，按主架的受力給主架施加力，進(jìn)行靜力學(xué)分析，分析后的結(jié)果如圖4-10所示。圖4-10主架靜力學(xué)分析結(jié)果Fig.4-10Mainframestaticanalysisresults仿真結(jié)果分析：最大應(yīng)變?yōu)?.65301；最大應(yīng)力為87.749Mpa，最小應(yīng)力為0.00021766Mpa。4.3試驗(yàn)臺(tái)模態(tài)分析模態(tài)分析：模態(tài)分析在工程中應(yīng)用廣泛，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的固有頻率與相應(yīng)的模態(tài)結(jié)構(gòu)形狀是設(shè)計(jì)承受變化載荷條件的重要參數(shù)，而模態(tài)分析用于計(jì)算結(jié)構(gòu)的固有頻率和模態(tài)形狀。模態(tài)分析的基本操作過程如下：（1）創(chuàng)建分析項(xiàng)目：?jiǎn)?dòng)ANSYSWorkbench14.5，進(jìn)入主界面。雙擊主界面Toolbox中的AnalysisSystem>Modal選項(xiàng)，在項(xiàng)目管理區(qū)創(chuàng)建分析項(xiàng)目A。（2）定義材料數(shù)據(jù)：雙擊項(xiàng)目A中的A2欄EngineeringDate項(xiàng)，進(jìn)入材料參數(shù)設(shè)置界面，在該界面下即可進(jìn)行材料參數(shù)設(shè)置。采用系統(tǒng)默認(rèn)值。關(guān)閉A2：EngineeringDate，返回到Workbench主界面，材料庫添加完畢。（3）添加幾何模型：在A2欄的Geometry上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇ImportGeometry>Browse，此時(shí)會(huì)彈出“打開”對(duì)話框。在彈出的對(duì)話框中選擇文件路徑，導(dǎo)入幾何體文件，此時(shí)A2欄Geometry后的變?yōu)?，表示模型已存在。?）定義零件邊界條件：雙擊項(xiàng)目A中的A4欄Model項(xiàng)，進(jìn)入Mechanical界面，在該界面下即可進(jìn)行網(wǎng)格劃分、分析設(shè)置、結(jié)果查看等操作。在模態(tài)分析的前期過程中與靜力學(xué)分分析相類似。（5）求解設(shè)置：選擇Mechanical界面左側(cè)Outline樹結(jié)構(gòu)圖中的Modal選項(xiàng)，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)Environment工具欄。選擇Environment工具欄中的Support>FixedSupport，此時(shí)在樹結(jié)構(gòu)圖中會(huì)出現(xiàn)FixedSupport選項(xiàng)，選中FixedSupport，選擇需要施加固定約束的面，單擊Detailsof“FixedSupport”細(xì)節(jié)窗口中Geometry選項(xiàng)下的按鈕，即可在選中面上施加固定約束，選取固定的面后，單擊“Apply”進(jìn)行添加。選擇Modal左側(cè)Outline下樹結(jié)構(gòu)中的Modal>AnalysisSettings打開Detailsof“AnalysisSettings”細(xì)節(jié)窗口，在Options下“MaxModestoFind”選項(xiàng)中值為6。單擊樹結(jié)構(gòu)中Solution出現(xiàn)Solution工作欄，單擊工作欄中的Deformation>Total，重復(fù)操作六次，沒操作一次，在Detailsof“TotalDeformation”的細(xì)節(jié)窗口中依次更改Definition>Mode值，命名每次變形量，實(shí)現(xiàn)分析結(jié)果。（6）仿真結(jié)果分析：最后單擊“Solve”分析結(jié)果，并對(duì)對(duì)生成的結(jié)果進(jìn)行理論分析。在模態(tài)分析中分別對(duì)支架、主架、試驗(yàn)臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。1）支架模態(tài)變形圖，如4-11所示。求解結(jié)果數(shù)據(jù)圖表a）第1階模態(tài)變形圖b）第2階模態(tài)變形圖c）第3階模態(tài)變形圖d）第4階模態(tài)變形圖e）第5階模態(tài)變形圖f）第6階模態(tài)變形圖圖4-11支架模態(tài)變形圖Fig.4-11Supportmodaldeformations分析結(jié)果：第一階模態(tài)對(duì)應(yīng)振型為支架左右彎曲；第二階模態(tài)對(duì)應(yīng)的振型為壓下輥的前后彎曲；第三階模態(tài)對(duì)應(yīng)的振型為支架的前后彎曲；第四階對(duì)應(yīng)振型為扭轉(zhuǎn)彎曲；第五階模態(tài)對(duì)應(yīng)振型為立架的左右彎曲；第六階模態(tài)振型為壓下輥的扭轉(zhuǎn)彎曲。2）主架模態(tài)變形圖，如圖4-12所示。求解結(jié)果數(shù)據(jù)圖表a）第1階模態(tài)變形圖b）第2階模態(tài)變形圖c）第3階模態(tài)變形圖d）第4階模態(tài)變形圖e）第5階模態(tài)變形圖f）第6階模態(tài)變形圖圖4-12主架模態(tài)分析圖Fig.4-12Modalanalysisofmainframeindiagram分析結(jié)果：第一階模態(tài)對(duì)應(yīng)的振型為主架張緊滾端左右彎曲；第二階模態(tài)對(duì)應(yīng)振型為主要主架張緊滾端的固定架相對(duì)兩側(cè)彎曲；第三階模態(tài)對(duì)應(yīng)振型為固定架驅(qū)動(dòng)滾端扭轉(zhuǎn)彎曲；第四階段模態(tài)振型為固定架驅(qū)動(dòng)滾端相對(duì)扭轉(zhuǎn)彎曲；第五階模態(tài)振型為張緊支撐梁左右彎曲；第六階模態(tài)振型主要為固定架張緊滾端扭轉(zhuǎn)彎曲。3）試驗(yàn)臺(tái)模態(tài)分析圖，如圖4-13所示。求解結(jié)果數(shù)據(jù)圖表a）第1階模態(tài)變形圖b）第2階模態(tài)變形圖c）第3階模態(tài)變形圖d）第4階模態(tài)變形圖e）第5階模態(tài)變形圖f）第6階模態(tài)變形圖圖4-13試驗(yàn)臺(tái)模態(tài)分析圖Fig.4-13Experimentalmodalanalysisindiagram分析結(jié)果：第一階模態(tài)振型為下側(cè)輸送帶上下彎曲；第二階模態(tài)振型為下側(cè)輸送帶二階彎曲；第三階模態(tài)振型為試驗(yàn)臺(tái)張緊滾端左右彎曲；第四階模態(tài)振型為下側(cè)輸送帶扭轉(zhuǎn)彎曲；第五階模態(tài)振型為上側(cè)輸送帶上下彎曲；第六階模態(tài)振型為下側(cè)輸送帶三階彎曲。4）無輸送帶試驗(yàn)臺(tái)模態(tài)分析圖，如圖4-14所示。求解結(jié)果數(shù)據(jù)圖表a）第1階模態(tài)變形圖b）第2階模態(tài)變形圖c）第3階模態(tài)變形圖d）第4階模態(tài)變形圖e）第5階模態(tài)變形圖f）第6階模態(tài)變形圖圖4-14試驗(yàn)臺(tái)模態(tài)分析圖Fig.4-14Experimentalmodalanalysisindiagram分析結(jié)果：第一階模態(tài)振型為試驗(yàn)臺(tái)張緊滾端左右彎曲；第二階模態(tài)振型為驅(qū)動(dòng)滾上側(cè)橫梁扭轉(zhuǎn)彎曲；第三階模態(tài)振型為試驗(yàn)臺(tái)支架處帶動(dòng)整體左右彎曲；第四階模態(tài)振型為張緊滾上下彎曲；第五階模態(tài)振型為驅(qū)動(dòng)滾前后彎曲；第六階模態(tài)振型為張緊滾上端橫梁扭轉(zhuǎn)彎曲。5結(jié)論1）確定了試驗(yàn)臺(tái)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)主要部件進(jìn)行選型。2）研究了試驗(yàn)臺(tái)中的張緊缸和壓下缸的大體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)其中的張緊缸作了簡(jiǎn)單的穩(wěn)定性校核計(jì)算。3）對(duì)輸送帶的最大彎曲阻力進(jìn)行了估算，并輸送帶張力進(jìn)行了研究，為輸送帶、拉緊裝置、滾筒組件等的選擇和輸送帶校核提供依據(jù)。4）利用Pro/ENGINEER建立試驗(yàn)臺(tái)的三維模型，使用Pro/E繪制零部件，并進(jìn)行裝配，對(duì)裝配的總體設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量屬性分析和全局干涉分析。5）利用ANSYS分析軟件對(duì)彎曲阻力試驗(yàn)臺(tái)的主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析與靜力學(xué)分析對(duì)仿真，并對(duì)其產(chǎn)生的研究結(jié)果進(jìn)行分析。6技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析6.1技術(shù)分析橡膠輸送帶彎曲阻力試驗(yàn)臺(tái)是測(cè)量輸送帶彎曲阻力的專用儀器，本文以大型帶式輸送機(jī)的實(shí)際工況為前提條件，在借鑒國(guó)內(nèi)外輸送帶測(cè)量專用設(shè)備，及其先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，廣泛收集資料，在對(duì)彎曲阻力實(shí)驗(yàn)臺(tái)的機(jī)架、張緊裝置、驅(qū)動(dòng)裝置和檢測(cè)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度和壽命進(jìn)行分析和校核，此外，為了保證彎曲阻力實(shí)驗(yàn)臺(tái)的順利研發(fā)，采用了三維建模軟件對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了三維實(shí)體建模，并進(jìn)行了裝配及干涉檢查工作，通過三維實(shí)體模型的建立，再現(xiàn)了阻力試驗(yàn)臺(tái)的空間結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系，最后為了對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行詳細(xì)的靜、動(dòng)態(tài)特性分析，采用有限元仿真軟件對(duì)關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度和模態(tài)進(jìn)行了分析，分析結(jié)果證明了試驗(yàn)臺(tái)的可靠性及技術(shù)可行性。6.2經(jīng)濟(jì)性分析在經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的全球化中，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本以及對(duì)市場(chǎng)的靈活反應(yīng)成為競(jìng)爭(zhēng)者們所追求的目標(biāo)。因此，在遵循技術(shù)上先進(jìn)的同時(shí)，還應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)上合理實(shí)用與可靠性的原則。彎曲阻力實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)有利于輸送帶產(chǎn)品質(zhì)量的提高、降低大型帶式輸送機(jī)的運(yùn)行成本，此外，自行設(shè)計(jì)的彎曲阻力實(shí)驗(yàn)臺(tái)成本在10萬人民幣以內(nèi)，而同類型國(guó)外的實(shí)驗(yàn)臺(tái)卻需要30萬人民幣左右，所以自行設(shè)計(jì)的彎曲阻力實(shí)驗(yàn)臺(tái)給企業(yè)也帶來了實(shí)惠。致謝時(shí)光匆匆，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)的畢業(yè)時(shí)節(jié)，離校的日期已日趨漸進(jìn)，畢業(yè)論文的完成也隨之進(jìn)入尾聲。在歷時(shí)將近兩個(gè)月的時(shí)間里，在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。尤其要感謝我的論文指導(dǎo)老師沙永東老師，他對(duì)我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。另外，在校圖書館查找資料的時(shí)候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學(xué)、朋友給我熱情的幫助，在這里請(qǐng)接受我最誠(chéng)摯的謝意。感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫論文的過程中給予我了很多你問素材，還在論文的撰寫和排版燈過程中提供熱情的幫助。最后十分感謝各位老師在百忙之中抽出寶貴的時(shí)間評(píng)閱我的論文，謝謝你們！參考文獻(xiàn)[1]朱友益.新結(jié)構(gòu)LHJ浮選柱的分選機(jī)理及數(shù)學(xué)模型研究[D].北京：北京科技大學(xué)圖書館,1997.[2]Durney,T.E.Finecoalflotationusingtheflotairecolumnflotationcell[J].SocietyofMiningEngineersofAIME,1990(4)：55-59.[3]彭壽清.浮選柱的發(fā)展和應(yīng)用[J].湖南有色金屬，1998，14（2）：14-19.[4]馮紹灌.選煤數(shù)學(xué)模型[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1993：120-121..[5]宋偉剛.通用帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社2006.5：101~105.[6]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第5卷.化學(xué)工業(yè)出版社.2004.1：22-35.[7]OszterZF,BehrerdsW,VincentD.大運(yùn)量帶式輸送機(jī)運(yùn)行阻力研究[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，1982，5:40-47.[8]何煜琛，Pro/ENGNEER野火中文版建模基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.[9]隗金文，王慧.液壓傳動(dòng).東北大學(xué)出版社.2001.12：123~129[10]林清安.Pro/ENGINEERWildfire4.0零件裝配與產(chǎn)品設(shè)計(jì).電子工業(yè)出版社.2005.4[11]G.G.Kozhushko.Fatiguestrengthfunctionsinshearloadingoffabricconveyorbelts.PetroleuEngineerInternational.1995(3):539~544[12]張?jiān)?新型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè).冶金工業(yè)出版社.2001.2[13]洪志育.連續(xù)運(yùn)輸機(jī)[A].北京機(jī)械工業(yè)出版社.1987.34~35.[14]毛君，孫國(guó)敏.帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理論與應(yīng)用[M].沈陽遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1996：40~45.[15]李之中，楊紅云，曹曉東.輸送帶粘彈性力學(xué)參數(shù)的測(cè)試研究.山西機(jī)械.2000.12：9~10.[16]朱立平，韓東勁，許靜泉.輸送帶的動(dòng)力學(xué)模型.煤礦機(jī)械.2001（2）：29~31[17]JeriKripac.Amechanismforpersistentlynamingtopologicalentitiesinhistory-basedparametricSolidmodels[J]，Computer-AidedDesign，1997，40(3):387~401[18]林建亞，何存興.液壓元件.機(jī)械工業(yè)出版社.1988.11：95~97[19]洪志育.連續(xù)運(yùn)輸機(jī)[A].北京機(jī)械工業(yè)出版社.1987.34~35.[20]唐大方，馮曉寧，楊現(xiàn)卿.機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社.2001.9：105~116附錄A先進(jìn)制造技術(shù)的新發(fā)展摘要：本文介紹了當(dāng)今制造技術(shù)面臨的問題，論述了先進(jìn)制造的前沿科學(xué)，并展望了先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}；先進(jìn)制造技術(shù)；前沿科學(xué)；應(yīng)用前景制造業(yè)是現(xiàn)代國(guó)民經(jīng)濟(jì)和綜合國(guó)力的重要支柱，其生產(chǎn)總值一般占一個(gè)國(guó)家國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的20%~55%。在一個(gè)國(guó)家的企業(yè)生產(chǎn)力構(gòu)成中，制造技術(shù)的作用一般占60%左右。專家認(rèn)為，世界上各個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng)，主要是制造技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。其競(jìng)爭(zhēng)能力最終體現(xiàn)在所生產(chǎn)的產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率上。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的高速發(fā)展以及顧客需求和市場(chǎng)環(huán)境的不斷變化，這種競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，因而各國(guó)政府都非常重視對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的研究。1當(dāng)前制造科學(xué)要解決的問題當(dāng)前制造科學(xué)要解決的問題主要集中在以下幾方面：（1）制造系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，為滿足制造系統(tǒng)敏捷性、快速響應(yīng)和快速重組的能力，必須借鑒信息科學(xué)、生命科學(xué)和社會(huì)科學(xué)等多學(xué)科的研究成果，探索制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構(gòu)、制造模式和制造系統(tǒng)有效的運(yùn)行機(jī)制。制造系統(tǒng)優(yōu)化的組織結(jié)構(gòu)和良好的運(yùn)行狀況是制造系統(tǒng)建模、仿真和優(yōu)化的主要目標(biāo)。制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構(gòu)不僅對(duì)制造企業(yè)的敏捷性和對(duì)需求的響應(yīng)能力及可重組能力有重要意義，而且對(duì)制造企業(yè)底層生產(chǎn)設(shè)備的柔性和可動(dòng)態(tài)重組能力提出了更高的要求。生物制造觀越來越多地被引入制造系統(tǒng)，以滿足制造系統(tǒng)新的要求。（2）為支持快速敏捷制造，幾何知識(shí)的共享已成為制約現(xiàn)代制造技術(shù)中產(chǎn)品開發(fā)和制造的關(guān)鍵問題。例如在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD／CAM)集成、坐標(biāo)測(cè)量(CMM)和機(jī)器人學(xué)等方面，在三維現(xiàn)實(shí)空間(3-Real

Space)中，都存在大量的幾何算法設(shè)計(jì)和分析等問題，特別是其中的幾何表示、幾何計(jì)算和幾何推理問題；在測(cè)量和機(jī)器人路徑規(guī)劃及零件的尋位(如Localization)等方面，存在C-空間(配置空間Configuration

Space)的幾何計(jì)算和幾何推理問題；在物體操作(夾持、抓取和裝配等)描述和機(jī)器人多指抓取規(guī)劃、裝配運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和操作規(guī)劃方面則需要在旋量空間(Screw

Space)進(jìn)行幾何推理。制造過程中物理和力學(xué)現(xiàn)象的幾何化研究形成了制造科學(xué)中幾何計(jì)算和幾何推理等多方面的研究課題，其理論有待進(jìn)一步突破，當(dāng)前一門新學(xué)科--計(jì)算機(jī)幾何正在受到日益廣泛和深入的研究。（3）在現(xiàn)代制造過程中，信息不僅已成為主宰制造產(chǎn)業(yè)的決定性因素，而且還是最活躍的驅(qū)動(dòng)因素。提高制造系統(tǒng)的信息處理能力已成為現(xiàn)代制造科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。由于制造系統(tǒng)信息組織和結(jié)構(gòu)的多層次性，制造信息的獲取、集成與融合呈現(xiàn)出立體性、信息度量的多維性、以及信息組織的多層次性。在制造信息的結(jié)構(gòu)模型、制造信息的一致性約束、傳播處理和海量數(shù)據(jù)的制造知識(shí)庫管理等方面，都還有待進(jìn)一步突破。（4）各種人工智能工具和計(jì)算智能方法在制造中的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了制造智能的發(fā)展。一類基于生物進(jìn)化算法的計(jì)算智能工具，在包括調(diào)度問題在內(nèi)的組合優(yōu)化求解技術(shù)領(lǐng)域中，受到越來越普遍的關(guān)注，有望在制造中完成組合優(yōu)化問題時(shí)的求解速度和求解精度方面雙雙突破問題規(guī)模的制約。制造智能還表現(xiàn)在：智能調(diào)度、智能設(shè)計(jì)、智能加工、機(jī)器人學(xué)、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能診斷等多方面。這些問題是當(dāng)前產(chǎn)品創(chuàng)新的關(guān)鍵理論問題，也是制造由一門技藝上升為一門科學(xué)的重要基礎(chǔ)性問題。這些問題的重點(diǎn)突破，可以形成產(chǎn)品創(chuàng)新的基礎(chǔ)研究體系。2現(xiàn)代機(jī)械工程的前沿科學(xué)不同科學(xué)之間的交叉融合將產(chǎn)生新的科學(xué)聚集，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步對(duì)科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生了新的要求和期望，從而形成前沿科學(xué)。前沿科學(xué)也就是已解決的和未解決的科學(xué)問題之間的界域。前沿科學(xué)具有明顯的時(shí)域、領(lǐng)域和動(dòng)態(tài)特性。工程前沿科學(xué)區(qū)別于一般基礎(chǔ)科學(xué)的重要特征是它涵蓋了工程實(shí)際中出現(xiàn)的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題。超聲電機(jī)、超高速切削、綠色設(shè)計(jì)與制造等領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)做了大量的研究工作，但創(chuàng)新的關(guān)鍵是機(jī)械科學(xué)問題還不明朗。大型復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的性能優(yōu)化設(shè)計(jì)和產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)、智能結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)、智能機(jī)器人及其動(dòng)力學(xué)、納米摩擦學(xué)、制造過程的三維數(shù)值模擬和物理模擬、超精度和微細(xì)加工關(guān)鍵工藝基礎(chǔ)、大型和超大型精密儀器裝備的設(shè)計(jì)和制造基礎(chǔ)、虛擬制造和虛擬儀器、納米測(cè)量及儀器、并聯(lián)軸機(jī)床、微型機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外雖然已做了不少研究，但仍有許多關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題有待解決。信息科學(xué)、納米科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、管理科學(xué)和制造科學(xué)將是改變21世紀(jì)的主流科學(xué)，由此產(chǎn)生的高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)將改變世界的面貌。因此，與以上領(lǐng)域相交叉發(fā)展的制造系統(tǒng)和制造信息學(xué)、納米機(jī)械和納米制造科學(xué)、仿生機(jī)械和仿生制造學(xué)、制造管理科學(xué)和可重構(gòu)制造系統(tǒng)等會(huì)是21世紀(jì)機(jī)械工程科學(xué)的重要前沿科學(xué)。2.1制造科學(xué)與信息科學(xué)的交叉--制造信息科學(xué)機(jī)電產(chǎn)品是信息在原材料上的物化。許多現(xiàn)代產(chǎn)品的價(jià)值增值主要體現(xiàn)在信息上。因此制造過程中信息的獲取和應(yīng)用十分重要。信息化是制造科學(xué)技術(shù)走向全球化和現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。人們一方面對(duì)制造技術(shù)開始探索產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程中的信息本質(zhì)，另一方面對(duì)制造技術(shù)本身加以改造，以使得其適應(yīng)新的信息化制造環(huán)境。隨著對(duì)制造過程和制造系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的加深，研究者們正試圖以全新的概念和方式對(duì)其加以描述和表達(dá)，以進(jìn)一步達(dá)到實(shí)現(xiàn)控制和優(yōu)化的目的。與制造有關(guān)的信息主要有產(chǎn)品信息、工藝信息和管理信息，這一領(lǐng)域有如下主要研究方向和內(nèi)容：(1)

制造信息的獲取、處理、存儲(chǔ)、傳遞和應(yīng)用，大量制造信息向知識(shí)和決策轉(zhuǎn)化。(2)

非符號(hào)信息的表達(dá)、制造信息的保真?zhèn)鬟f、制造信息的管理、非完整制造信息狀態(tài)下的生產(chǎn)決策、虛擬管理制造、基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的設(shè)計(jì)和制造、制造過程和制造系統(tǒng)中的控制科學(xué)問題。這些內(nèi)容是制造科學(xué)和信息科學(xué)基礎(chǔ)融合的產(chǎn)物，構(gòu)成了制造科學(xué)中的新分支--制造信息學(xué)。2.2微機(jī)械及其制造技術(shù)研究微型電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)，是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機(jī)電系統(tǒng)。MEMS技術(shù)的目標(biāo)是通過系統(tǒng)的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)。MEMS的發(fā)展將極大地促進(jìn)各類產(chǎn)品的袖珍化、微型化，成數(shù)量級(jí)的提高器件與系統(tǒng)的功能密度、信息密度與互聯(lián)密度，大幅度地節(jié)能、節(jié)材。它不僅可以降低機(jī)電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機(jī)電系統(tǒng)無法完成的任務(wù)。例如用尖端直徑為5μm的微型鑷子可以夾起一個(gè)紅細(xì)胞；制造出3mm大小能夠開動(dòng)的小汽車；可以在磁場(chǎng)中飛行的像蝴蝶大小的飛機(jī)等。MEMS技術(shù)的發(fā)展開辟了技術(shù)全新的領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，具有許多傳統(tǒng)傳感器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此在制造業(yè)、航空、航天、交通、通信、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事、家庭以及幾乎人們接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。微機(jī)械是機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)在納米尺度上相融合的產(chǎn)物。早在1959年就有科學(xué)家提出微型機(jī)械的設(shè)想，1962年第一個(gè)硅微型壓力傳感器問世。1987年美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校研制出轉(zhuǎn)子直徑為60"120μm的硅微型靜電電動(dòng)機(jī)，顯示出利用硅微加工工藝制作微小可動(dòng)結(jié)構(gòu)并與集成電路兼容制造微小系統(tǒng)的潛力。微機(jī)械技術(shù)有可能像20世紀(jì)的微電子技術(shù)那樣，在21世紀(jì)對(duì)世界科技、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)產(chǎn)生巨大的影響。近10年來，微機(jī)械的發(fā)展令人矚目。其特點(diǎn)如下：相當(dāng)數(shù)量的微型元器件(微型結(jié)構(gòu)、微型傳感器和微型執(zhí)行器等)和微系統(tǒng)研究成功，體現(xiàn)了其現(xiàn)實(shí)的和潛在的應(yīng)用價(jià)值；多種微型制造技術(shù)的發(fā)展，特別是半導(dǎo)體微細(xì)加工等技術(shù)已成為微系統(tǒng)的支撐技術(shù)；微型機(jī)電系統(tǒng)的研究需要多學(xué)科交叉的研究隊(duì)伍，微型機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)是在微電子工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展的多學(xué)科交叉的前沿研