時間：2023-09-17 15:04:15
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇機械原理中構件的定義，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
摘 要：機構運動方案在整個機械設計過程中起著關鍵作用，決定著機器的質量，一個好的機構運動方案就是一個創造發明。
關鍵詞：機構運動；運動方案；方案評價
中圖分類號：THll2 文獻標識碼：A
機械產品實現不同的功能，因而執行機構的運動方式及運動規律自然也是多種多樣的。又由于能夠實現同一種運動轉變的運動方式往往有許多種，為實現同一個運動方案，在運動方式的選擇上有很大的靈活性，從功能原理方案到供生產用的圖紙，期間所做的工作很多，而第一步就是要進行機械系統運動方案的設計，也就是根據功能原理方案所需實施的各分功能，構想出一些動作過程，然后合理確定實現這些動作過程的各個執行機構。機構運動方案的設計與構思是一件創造性很強的工作，它不但需要有較豐富的機構設計理論知識和實踐經驗，而且需要采用各種有助于啟迪創新思維和進行創造性設計的方法和模式。
一、機構運動方案設計的方法
1. 創造性設計法創造性設計法是提出新方案、探求新解法、提高設計質量、開發創新產品的重要基礎。創造設計法的基本任務，是從已經獲得成功的創造性活動中，總結出一般的規律、規則和方法，然后將它應用到方案設計之中。
2. 系統化設計法系統化設計法是將工程設計任務或機械產品看作一個技術系統，作為一個整體系統來研究，從系統出發，分析各組成部分之間的有機聯系與外界環境的關系，是一種較全面的綜合研究方法。
3. 機構系統創新法機構運動方案設計與構思，實質上是對機構系統進行綜合，采用創新方法創造出一些最佳的機構系統來，如機構綜合創新法、邏輯積木法等，都是有助于機構系統創新設計的技術方法.
在機械系統方案設計過程中，所采用的設計與構思方法是多種多樣的，隨著機械產品開發工作的深入和發展，還會產生更多的設計與構思方法。
二、機構運動方案設計的過程
2.1 構思執行構件的運動過程和運動規律
實現同一運動要求可以有不同的方法和途徑，因此運動方案的設計是最富有創造性的工作。運動方案設計的任務是根據給定的運動要求和各種約束條件，確定機構所需的構件及運動副的類型、數量及其配置關系，確定機構系統簡圖。
執行構件的運動方案與產品的工作原理有密切的聯系。根據不同的工作原理，采用不同機構及不同的組合方式，可得到不同的運動方案，即使是同一工作原理，也可擬出不同的運動方案。例如，要制造齒輪，可以采用鑄造法、沖壓法，擠壓法及切削法等多種加工原理，其中切削法又有仿形法（如銑削、拉削）和范成法。就連同樣是用范成法原理加工齒輪，也可在滾齒機上用滾刀加工，或在插齒機上用齒輪插刀加工。由于擬定刀具的運動不同，兩種切齒機床的運動方案也就不一樣了。
2.2 進行機構的選型
機構選型的正確與否將直接影響到機構使用的效果、結構的繁簡程度等。一般應在熟悉各種不同類型的基本機構運動特性的基礎上，依據設計人員的生產實踐經驗，根據已知的生產要求，按執行機構的功用以及執行構件的運動形式，進行機構的選型或型綜合。選型的好壞，將直接影響到機械的使用效果、結構的繁簡程度及經濟效益等，選型時應考慮到：
1. 機構的結構：任何一部機械，在滿足同一生產要求時，應力求機構結構簡單、制造方便和可靠、耐用。由主動（輸入）件到從動（輸出）執行構件間的運動鏈要短，構件和運動副數應盡量少。因構件和運動副增多后，不但增加了制造和裝配的困難，而且增加了設計困難和加大了機構的積累誤差。在選型時，有時寧可采用具有較小設計誤差但結構簡單的近似機構，而不采用理論上沒有誤差但結構復雜的機構。此外，還應考慮運動副的類型選擇，因為運動副在機械傳遞運動和動力的過程中起著重要的作用，它直接影響到機械的結構、耐用性及機械的效率和靈敏度。一般說來，轉動副易保證運動副元素的配合精度，效率高；移動副元素效率低，且可能發生自鎖：高副元素形狀一般較復雜，磨損快，但較容易實現執行構件的運動規律和軌跡。
2. 動力源的形式：動力源的選擇應有利于簡化機構和改善運動質量。在現代的原動機中，原動件的運動方式有轉動（如電動機）、移動或擺動（采用氣、液機構或直線電機）等。在機構選型時應充分考慮生產和動力源情況，當有液、氣壓動力源時，可盡量采用液壓油缸，以簡化傳動鏈和改善運動。
3. 機構的虛約束：在設計中應盡量避免有虛約束的機構，否則會增加加工精度和導致裝配困難，有時尺寸不當還會引起構件的內力或楔緊現象，使虛約束成為真正的約束。
4. 動力特性：對高速機構往往要求平衡慣性力，使動載荷最小，并使構件和機構達到最佳平衡；采用最小壓力角或最大傳動角作工作行程的機構可減小原動軸上的力矩，從而減小原動機的功率、機構的尺寸和重量。
2.3 繪制機構運動循環圖
機構傳動方案初步確定后，當設計的機械有多個執行構件，而且各執行構件間有運動配合要求時，繪制機構系統運動循環圖是保證整個機構系統的各部分協調運動，實現機械預期工作要求必不可少的一環。
各機構運動的協調配合，可分為兩類：一類是各執行構件運動速度的協調，如用范成法原理加工齒輪的齒廓時，刀具和齒坯必須保持一定的速度比傳動；另-類是各執行構件的動作在時間和位置上的協調，如牛頭刨床刨削工件時，其工作臺的送進運動必須在刨刀非切削時間內進行。大多數機械的工作過程是呈周期性循環的，而機械中完成各種基本動作的各個機構的執行構件，又往往有它自己的工作循環，：這個循環有三個階段：工作行程-空回行程-靜止階段。為了使整個機械中各個機構的執行構件的相對位置都能夠周期性地重復，機械的工作循環應當等于各機構中執行構件工作循環的整數倍。-般常用圖表的方式來表示機械的工作循環過程，以及各執行構件在循環中的相對時間間隔，以保證各執行構件間動作的協調性，且這種動作協調關系常呈現期性循環，即Q機構的運動循環圖。
循環圖可以作成直角坐標系的直線循環圖，或極坐標系的圓循環圖，并取某一執行構件有代表性的特征位置作為起始位置，且設定分配軸或主軸轉過一周或若干周時，各執行構件均完成一個運動循環。通過運動循環圖應清楚地看到各執行機構在一個機運動循環中的先后順序及運動和停歇時間與主軸或分配軸轉角之間的對應關系。由此可見，編制機構運動循環圖是整個機構系統設計中的一個重要的工作，它是提高機構系統設計合理性、可靠性和生產效率的重要設計步驟，特別是對于復雜的機構系統，其作用更是不可替代的。
三、機構運動方案的評價和選擇
機構運動方案的設計是要解決機械產品的工作原理方案，它是機械設計過程中方案設計階段的初步工作，如何評價初步設計得到的若干種不同的機構系統運動方案，并在評價的基礎上作出決策，是機構系y設計的一個重要步驟。因為只有根據運動方案的設計特點，建立合理的評價體系，采用科學的評價、優選方法，才能在正確評價的基礎上，作出合理的決策。常常要采用價值工程法、模糊綜合評價法、系統工程評價法對方案進行評價后設計出最佳方案。
價值工程法價值工程法，是以提高產品實用價值為目的，即要以最低成本去實現機械產品的必要功能。價值工程法的評價指標是價值，其定義式為：V=F/C（V為價值；F為功能：C為壽命周期成本，其中C=生產成本Cv+使用成本Cu）。機構系統運動方案的評價，可以按它的各項功能求出綜合功能評價值，然后按公式求出V值，以便從多種方案選取最佳方案。在設計技術方案時，運用價值工程，可提高產品質量、降低產品成本、研制和生產出物美價廉的產品，打開產品銷路，擴大市場占有率。通過價值分析活動，可以把設計、工藝、生產、采購、銷售、財務、成本等各部門和各類人員的活動，以提高產品的價值為目標，有組織地結合起來，溝通業務，提高工作效率和工作質量。
模糊綜合評價法機構運動方案的評價指標體系是有多項評價指標組成的，由于評價指標的評價常常帶有模糊性，因此可應用模糊數學方法，將模糊信息數值化進行綜合評價。
系統工程評價法系統工程評價法就是將一個機構運動方案作為一個系統，從總體上對其各項評價指標進行綜合評價，以便選擇出整體最優方案，其基本原則是要保證評價的客觀性；要保證方案的可比性；要建立合適的評價指標體系。
機械系統運動方案的設計在整個機械設計過程中起著關鍵的作用，它從根本上決定了機器的質量、使用功能、經濟性、機器水平及市場競爭能力，而且，其設計過程蘊含著創新。一個好的機構運動方案就是一個創造發明或專利。只要合理地運用設計人員的實踐經驗和想象力，仔細分析各種可能的組成方案，就能設計出性能良好的機械。
參考文獻
[1]鄒慧君.機構系統設計[M].上海：上海科學技術出版社，1995.
關鍵詞：機械制造 自動化 發展趨勢
1 機械自動化的定義
對于現代機械的定義，由于研究的角度不同，進而給出不同的定義。例如美國機械工程師協會，在1984年將其定義為：“現代機械就是通過計算機信息網絡協調與控制的機械和（或）機電部件相互聯系的系統，該系統可以完成機械力、運動和能量流等動力學任務”。而國際機器與機構理論聯合會將現代機械定義為：機電一體化是精密機械工程、電子控制和系統思想在產品設計和制造過程中的協同結合。
2 機械設計制造及自動化的設計原則
2.1 滿足機器的功能要求 機械自動化系統通過處理進入系統的物質、能量和信息等，進而在一定程度上輸出所需特性的物質、能量與信息。
2.2 利用先進技術進行創新 基于物料搬運、加工、能量轉換、信息處理等功能構成原理，便于對各種機械自動化的產品進行設計或分析。
3 機械自動化系統的應用
3.1 鍋爐汽包水位控制
3.1.1 單沖量控制系統
汽包水位控制是通過對給水控制來實現的，單沖量控制系統如圖1所示：
3.1.2 雙沖量控制系統
引入蒸汽流量信號，購入雙沖量控制系統，如圖2所示：
3.1.3 三沖量控制系統
在實施方案方面，三沖量控制系統比較多，典型控制方案如圖3所示：
三沖量控制系統的方框圖，如圖4所示：
加法器可以接在控制器之前或者之后，如圖5（a）、（b）所示：
3.2 冷卻器控制方案的研究
3.2.1 冷卻劑流量的控制
如圖6所示：
物料出口溫度與液位的串級控制方案，如圖7所示，對液位的上限進行限制。或者采用選擇性控制方案，如圖8所示：
3.2.2 控制氣氨排量
4 機械自動化的優勢
4.1 提高工作質量 根據設計的要求，機械的執行機構完成預定的動作，自動化控制系統提供了精確地保證，工作質量和產品合格率得到有效地保證。
4.2 安全和可靠性高 機械自動化產品在工作過程中，由于使用電子元器件，可動構件和磨損部件在機械產品中明顯減少，在一定程度上確保了靈敏度和可靠性。
4.3 調整和維修方便 借助被控對象的數學模型和外界參數的變化，高級機械自動化產品在一定程度上尋找最佳的工作程序，進而對自動化操作進行最優化。
4.4 復合功能 自動化控制，以及自動補償、校驗、調節、保護等，以及智能化是機械自動化產品必須具備的基本功能，通常情況下都能滿足用戶的需要。
4.5 改善勞動條件 機械自動化產品自動化程度高，工廠、辦公、農業、交通等的自動化，以及家庭的自動化等，在一定程度上都可以實現。
4.6 節約能源 對于機械自動化產品來說，通過降低驅動機構的能耗，通過調節控制，在一定程度上提高了能源的利用率，實現節能效果。
5 機械設計制造自動化的發展方向
5.1 機電一體化 機械工業發展的唯一出路就是向著機電一體化的方向發展和延伸。
5.2 智能化 機械自動化產品具有低級智能或人的部分智能。
5.3 模塊化 電氣產品的模塊化在一定程度上為機械自動化企業指明方向。
5.4 網絡化 以計算機為中心，將各種家用電器利用家庭網絡進行連接，構成計算機集成家電系統，讓人民享受高科技帶來的便利和快樂。
5.5 微型化 微機械自動化具有不可比擬的優勢。
5.6 綠色化 通常情況下，機械自動化產品的綠色化是指使用時不對環境構成污染，報廢后能回收利用。
5.7 人性化 一方面人是機械自動化產品的最終使用者，另一方面結合生物機理、研制機械自動化產品。
6 結論
綜上所述，我們可知，機電一體化的發展從本質上就是機械自動化的發展，為此，廣大設計人員需要對機械設計制造提高認識，因為只有機械自動化設計制造才是未來的發展方向。
參考文獻：
[1]劉武發，劉德平.機電一體化設計基礎[M].北京化學工業出版社，2007.5.
【摘 要】因疲勞而引發的機械零件破壞約占80%，因此疲勞破壞的問題得到了國內外的極大關注，其中疲勞壽命的預測尤其重要，本文簡單探討國內外關于疲勞現象的系統研究。
【關鍵詞】疲勞壽命；研究
美國試驗與材料協會（ASTM）在“疲勞試驗及數據統計分析之有關術語的標準定義”（ASTM E206-72）中給出疲勞的定義：在某點或某些點承受擾動應力，且在足夠多的循環擾動作用之后形成裂紋或完全斷裂的材料中所發生的局部永久結構變化的發展過程，稱為疲勞。1964年，日內瓦的國際標準化組織在《金屬疲勞試驗的一般原理》中給疲勞下了一個描述性的定義：金屬材料在應力或應變的反復作用下所發生的性能變化叫做疲勞。據統計，機械零件破壞的80%由疲勞引起的，特別是隨著機械零件向大型、復雜化和高溫、高速使用環境的方向發展，大量的隨機因素增加，疲勞破壞更是層出不窮，因此關于疲勞破壞問題的研究得到了極大的關注，其中疲勞壽命的預測尤為重要。
1847年，德國人W?hler用旋轉疲勞試驗機首先對疲勞現象進行了系統研究，提出S-N曲線及疲勞極限的概念，奠定了疲勞破壞的經典強度理論基礎。1874年，W. Gerber等研究平均應力的影響，畫出相應的疲勞極限線圖―Gerber拋物線。1929年，英國人Haigh發表了高強度鋼與低碳鋼有不同的缺口敏感性的論文，他所采用的缺口應變分析及“殘余應力”的概念，被后人加以補充和發展。1930年，英國人Goodman簡化了疲勞極限圖，即用直線將縱軸上的對稱循環疲勞極限點和橫軸上的強度極限點連接，以此來替代Gerber拋物線；由于Goodman的疲勞極限圖相對簡單，所以至今仍在常規疲勞強度設計中被廣泛使用。20世紀20-30年代人們已經開始研究疲勞機理，把疲勞過程劃分為裂紋萌生、裂紋擴展及斷裂三個階段。1945年，M. A. Miner（US）提出了損傷與循環次數成線性關系即Palmgren-Miner線性累積損傷準則。
1953年，澳大利亞人赫德提出了疲勞裂紋擴展理論，但未經過實驗驗證。1957年，美國人歐文研究了中心裂紋板在垂直于裂紋方向上受拉伸的情況，基于裂紋尖端附近的彈性力學應力分析，歐文把裂紋長度的平方根與應力的乘積定義為應力強度因子。由此，應力強度因子成為了描述材料在裂紋尖端受力程度的一個重要參量。并根據應力強度因子存在一臨界值，當達到或大于此臨界值時，裂紋發生失穩擴展的現象，定義此臨界值為斷裂韌性，從而確定了斷裂力學的斷裂準則。1957年，美國人Paris指出，在循環載荷作用下，裂紋尖端處的應力強度因子的變化幅度是控制構件疲勞裂紋擴展速率的基本參量，Paris并于1963年提出了疲勞裂紋擴展速度的指數冪定律（Paris定律）。1968年由日本的Matsuishi M和Endo T 認為塑性的存在是造成疲勞損傷的必要條件，這種塑性性質由應力―應變遲滯回線表現出來，而一個大的應力―應變循環對材料造成的損傷，不受小的循環的影響，基于此他們提出了雨流計數法。
20世紀60年代末和70年代初，發展起來兩種疲勞壽命估算方法。其一就是著名的Manson-Coffin局部應變法，此方法試圖描述和預測裂紋萌生壽命，從而奠定了低周疲勞的基礎，而另一種方法是基于斷裂力學（如線彈性斷裂力學EFM）的裂紋擴展計算方法。
從20世紀80年代以來，在復雜工作條件下的可靠性壽命預測模型研究成為疲勞問題的研究的重點，即著力探討在變幅載荷、腐蝕環境、高低溫及多軸應力狀態等特殊環境下的疲勞問題。
根據研究對象的不同，疲勞問題可以分為材料疲勞和結構疲勞。材料疲勞的研究包括材料的失效機理、化學成分和微觀組織對疲勞強度的影響、標準試樣的疲勞試驗方法和數據處理方法、材料的基本疲勞特性、環境和工況的影響以及材料斷口的宏觀和微觀形貌等，材料疲勞的特點是使用標準試樣進行試驗研究；結構疲勞則以零部件、接頭以至整機為對象，研究它們的疲勞性能、抗疲勞設計方法、壽命估計方法和疲勞試驗方法，形狀、尺寸和工藝因素的影響，以及提高疲勞強度的方法。此外，根據材料疲勞破壞前所經歷的循環次數（即壽命）的不同，可以分為高周疲勞和低周疲勞。
國內疲勞方面的研究比較少，而且已有的研究主要在集中在理論分析和試驗驗證上。趙永翔等發現了“隨機循環應力-應變響應”現象，應變疲勞可靠性分析以及隨機疲勞極限的試驗測定做了較多的研究，建立了應變疲勞可靠性分析方法新體系。趙少汴通過試驗比較了構件不同疲勞損傷累積理論下疲勞壽命估算精度。姚衛星，尚德廣，王德俊等人主要對多軸疲勞損傷模型、多軸循環計數、及多軸疲勞壽命預測方法做了較深入的研究，取得了很多重要研究成果。但是，由于疲勞問題研究十分復雜，尤其是高溫、變幅、隨機多軸加載下疲勞問題，還需要做更系統深入的研究。
關鍵詞：機械產品；方案設計方法；發展趨勢
引言
科學技術的飛速發展，產品功能要求的日益增多，復雜性增加，壽命期縮短，更新換代速度加快。然而，產品的設計，尤其是機械產品方案的設計手段，則顯得力不從心，跟不上時展的需要。目前，計算機輔助產品的設計繪圖、設計計算、加工制造、生產規劃已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見成效，而產品開發初期方案的計算機輔助設計卻遠遠不能滿足設計的需要。為此，作者在閱讀了大量文獻的基礎上，概括總結了國內外設計學者進行方案設計時采用的方法，并討論了各種方法之間的有機聯系和機械產品方案設計計算機實現的發展趨勢。
根據目前國內外設計學者進行機械產品方案設計所用方法的主要特征，可以將方案的現代設計方法概括為下述四大類型。
1、系統化設計方法
系統化設計方法的主要特點是：將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統，每個設計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯系，并具有層次性，所有的設計要素結合后，即可實現設計系統所需完成的任務。
系統化設計思想于70年代由德國學者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統理論為基礎，制訂了設計的一般模式，倡導設計工作應具備條理性。德國工程師協會在這一設計思想的基礎上，制訂出標準VDI2221“技術系統和產品的開發設計方法。
制定的機械產品方案設計進程模式，基本上沿用了德國標準VDI2221的設計方式。除此之外，我國許多設計學者在進行產品方案設計時還借鑒和引用了其他發達國家的系統化設計思想，其中具有代表性的是：
(1)將用戶需求作為產品功能特征構思、結構設計和零件設計、工藝規劃、作業控制等的基礎，從產品開發的宏觀過程出發，利用質量功能布置方法，系統地將用戶需求信息合理而有效地轉換為產品開發各階段的技術目標和作業控制規程的方法。
(2)將產品看作有機體層次上的生命系統，并借助于生命系統理論，把產品的設計過程劃分成功能需求層次、實現功能要求的概念層次和產品的具體設計層次。同時采用了生命系統圖符抽象地表達產品的功能要求，形成產品功能系統結構。
(3)將機械設計中系統科學的應用歸納為兩個基本問題：一是把要設計的產品作為一個系統處理，最佳地確定其組成部分(單元)及其相互關系；二是將產品設計過程看成一個系統，根據設計目標，正確、合理地確定設計中各個方面的工作和各個不同的設計階段。
由于每個設計者研究問題的角度以及考慮問題的側重點不同，進行方案設計時采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統化設計方法。
1.1設計元素法
用五個設計元素(功能、效應、效應載體、形狀元素和表面參數)描述“產品解”，認為一個產品的五個設計元素值確定之后，產品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設計學者采用了類似方法描述產品的原理解。
1.2圖形建模法
研制的“設計分析和引導系統”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產品的功能結構及其相關的抽象信息，實現了系統結構、功能關系的圖形化建模，以及功能層之間的聯接。
將設計劃分成輔助方法和信息交換兩個方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號、具有內容豐富的語義模型結構、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實現關系間的任意結合等特點，將設計方法解與信息技術進行集成，實現了設計過程中不同抽象層間信息關系的圖形化建模。
文獻［11］將語義設計網作為設計工具，在其開發的活性語義設計網ASK中，采用結點和線條組成的網絡描述設計，結點表示元件化的單元(如設計任務、功能、構件或加工設備等)，線條用以調整和定義結點間不同的語義關系，由此為設計過程中的所有活動和結果預先建立模型，使早期設計要求的定義到每一個結構的具體描述均可由關系間的定義表達，實現了計算機輔助設計過程由抽象到具體的飛躍。
1.3“構思”—“設計”法
將產品的方案設計分成“構思”和“設計”兩個階段。“構思”階段的任務是尋求、選擇和組合滿足設計任務要求的原理解。“設計”階段的工作則是具體實現構思階段的原理解。
將方案的“構思”具體描述為：根據合適的功能結構，尋求滿足設計任務要求的原理解。即功能結構中的分功能由“結構元素”實現，并將“結構元素”間的物理聯接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結構元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機械運動簡圖)。方案的“設計”是根據功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結構元素”，再定量地描述所有“結構元素”和聯接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結構示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設計單元(GE)”、“結構元素(KE)”、“功能結構元素(FKE)”、“聯接結構元素(VKE)”、“結構零件(KT)”、“結構元素零件(KET)”等概念，以及描述結構元素尺寸、位置和傳動參數間相互關系的若干種簡圖，把設計專家憑直覺設計的方法做了形式化的描述，形成了有效地應用現有知識的方法，并將其應用于“構思”和“設計”階段。
從設計方法學的觀點出發，將明確了設計任務后的設計工作分為三步：1)獲取功能和功能結構(簡稱為“功能”)；2)尋找效應(簡稱為“效應”)；3)尋找結構(簡稱為“構形規則”)。并用下述四種策略描述機械產品構思階段的工作流程：策略1：分別考慮“功能”、“效應”和“構形規則”。因此，可以在各個工作步驟中分別創建變型方案，由此產生廣泛的原理解譜。策略2：“效應”與“構形規則”(包括設計者創建的規則)關聯，單獨考慮功能(通常與設計任務相關)。此時，辨別典型的構形規則及其所屬效應需要有豐富的經驗，產生的方案譜遠遠少于策略1的方案譜。策略3：“功能”、“效應”、“構形規則”三者密切相關。適用于功能、效應和構形規則間沒有選擇余地、具有特殊要求的領域，如超小型機械、特大型機械、價值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：針對設計要求進行結構化求解。該策略從已有的零件出發，通過零件間不同的排序和連接，獲得預期功能。
1.4矩陣設計法
在方案設計過程中采用“要求—功能”邏輯樹(“與或”樹)描述要求、功能之間的相互關系，得到滿足要求的功能設計解集，形成不同的設計方案。再根據“要求—功能”邏輯樹建立“要求—功能”關聯矩陣，以描述滿足要求所需功能之間的復雜關系，表示出要求與功能間一一對應的關系。
Kotaetal將矩陣作為機械系統方案設計的基礎，把機械系統的設計空間分解為功能子空間，每個子空間只表示方案設計的一個模塊，在抽象階段的高層，每個設計模塊用運動轉換矩陣和一個可進行操作的約束矢量表示；在抽象階段的低層，每個設計模塊被表示為參數矩陣和一個運動方程。
1.5鍵合圖法
將組成系統元件的功能分成產生能量、消耗能量、轉變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結合，實現功能結構的自動生成和功能結構與鍵合圖之間的自動轉換，尋求由鍵合圖產生多個設計方案的方法。
2、結構模塊化設計方法
從規劃產品的角度提出：定義設計任務時以功能化的產品結構為基礎，引用已有的產品解(如通用零件部件等)描述設計任務，即分解任務時就考慮每個分任務是否
存在對應的產品解，這樣，能夠在產品規劃階段就消除設計任務中可能存在的矛盾，早期預測生產能力、費用，以及開發設計過程中計劃的可調整性，由此提高設計效率和設計的可靠性，同時也降低新產品的成本。Feldmann將描述設計任務的功能化產品結構分為四層，(1)產品(2)功能組成(3)主要功能組件(4)功能元件。并采用面向應用的結構化特征目錄，對功能元件進行更為具體的定性和定量描述。同時研制出適合于產品開發早期和設計初期使用的工具軟件STRAT。
認為專用機械中多數功能可以采用已有的產品解，而具有新型解的專用功能只是少數，因此，在專用機械設計中采用功能化的產品結構，對于評價專用機械的設計、制造風險十分有利。
提倡在產品功能分析的基礎上，將產品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結構，通過選擇和組合這些模塊化基本結構組建成不同的產品。這些基本結構可以是零件、部件，甚至是一個系統。理想的模塊化基本結構應該具有標準化的接口(聯接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經濟化，具有互換性、相容性和相關性。我國結合軟件構件技術和CAD技術，將變形設計與組合設計相結合，根據分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術將它們組合成不同品種、不同規格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。
以設計為目錄作為選擇變異機械結構的工具，提出將設計的解元素進行完整的、結構化的編排，形成解集設計目錄。并在解集設計目錄中列出評論每一個解的附加信息，非常有利于設計工程師選擇解元素。
根據機械零部件的聯接特征，將其歸納成四種類型：1)元件間直接定位，并具有自調整性的部件；2)結構上具有共性的組合件；3)具有嵌套式結構及嵌套式元件的聯接；4)具有模塊化結構和模塊化元件的聯接。并采用準符號表示典型元件和元件間的連接規則，由此實現元件間聯接的算法化和概念的可視化。
在進行機械系統的方案設計中，用“功能建立”模塊對功能進行分解，并規定功能分解的最佳“粒化”程度是功能與機構型式的一一對應。“結構建立”模塊則作為功能解的選擇對象以便于實現映射算法。
3、基于產品特征知識的設計方法
基于產品特征知識設計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產品的特征及其設計領域專家的知識和經驗，建立相應的知識庫及推理機，再利用已存儲的領域知識和建立的推理機制實現計算機輔助產品的方案設計。
機械系統的方案設計主要是依據產品所具有的特征，以及設計領域專家的知識和經驗進行推量和決策，完成機構的型、數綜合。欲實現這一階段的計算機輔助設計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協調、管理和使用。為此，國內外設計學者針對機械系統方案設計知識的自動化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。
3.1編碼法
根據“運動轉換”功能(簡稱功能元)將機構進行分類，并利用代碼描述功能元和機構類別，由此建立起“機構系統方案設計專家系統”知識庫。在此基礎上，將二元邏輯推理與模糊綜合評判原理相結合，建立了該“專家系統”的推理機制，并用于四工位專用機床的方案設計中。
利用生物進化理論，通過自然選擇和有性繁殖使生物體得以演化的原理，在機構方案設計中，運用網絡圖論方法將機構的結構表達為拓撲圖，再通過編碼技術，把機構的結構和性能轉化為個體染色體的二進制數串，并根據設計要求編制適應值，運用生物進化理論控制繁殖機制，通過選擇、交叉、突然變異等手段，淘汰適應值低的不適應個體，以極快的進化過程得到適應性最優的個體，即最符合設計要求的機構方案。
3.2知識的混合型表達法
針對復雜機械系統的方案設計，采用混合型的知識表達方式描述設計中的各類知識尤為適合，這一點已得到我國許多設計學者的共識。
在研制復雜產品方案設計智能決策支持系統DMDSS中，將規則、框架、過程和神經網絡等知識表示方法有機地結合在一起，以適應設計中不同類型知識的描述。將多種單一的知識表達方法(規則、框架和過程)，按面向對象的編程原則，用框架的槽表示對象的屬性，用規則表示對象的動態特征，用過程表示知識的處理，組成一種混合型的知識表達型式，并成功地研制出“面向對象的數控龍門銑床變速箱方案設計智能系統GBCDIS”和“變速箱結構設計專家系統GBSDES”。
3.3利用基于知識的開發工具
在聯軸器的CAD系統中，利用基于知識的開發工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向對象的方法，創建了面向對象的設計方法數據庫，為設計者進行聯軸器的方案設計和結構設計提供了廣泛且可靠的設計方法譜。則利用NEXPERT描述直線導軌設計中需要基于知識進行設計的內容，由此尋求出基于知識的解，并開發出直線導軌設計專家系統。
3.4設計目錄法
構造了“功能模塊”、“功能元解”和“機構組”三級遞進式設計目錄，并將這三級遞進式設計目錄作為機械傳動原理方案智能設計系統的知識庫和開發設計的輔助工具。
3.5基于實例的方法
在研制設計型專家系統的知識庫中，采用基本謂詞描述設計要求、設計條件和選取的方案，用框架結構描述“工程實例”和各種“概念實體”，通過基于實例的推理技術產生候選解來配匹產品的設計要求。
4、智能化設計方法
智能化設計方法的主要特點是：根據設計方法學理論，借助于三維圖形軟件、智能化設計軟件和虛擬現實技術，以及多媒體、超媒體工具進行產品的開發設計、表達產品的構思、描述產品的結構。
在利用數學系統理論的同時，考慮了系統工程理論、產品設計技術和系統開發方法學VDI2221，研制出適合于產品設計初期使用的多媒體開發系統軟件MUSE。
在進行自動取款機設計時，把產品的整個開發過程概括為“產品規劃”、“開發”和“生產規劃”三個階段，并且充分利用了現有的CAD尖端技術——虛擬現實技術。1)產品規劃—構思產品。其任務是確定產品的外部特性，如色彩、形狀、表面質量、人機工程等等，并將最初的設想用CAD立體模型表示出，建立能夠體現整個產品外形的簡單模型，該模型可以在虛擬環境中建立，借助于數據帽和三維鼠標，用戶還可在一定程度上參與到這一環境中，并且能夠迅速地生成不同的造型和色彩。立體模型是檢測外部形狀效果的依據，也是幾何圖形顯示設計變量的依據，同時還是開發過程中各類分析的基礎。2)開發—設計產品。該階段主要根據“系統合成”原理，在立體模型上配置和集成解元素，解元素根據設計目標的不同有不同的含義：可以是基本元素，如螺栓、軸或輪轂聯接等；也可以是復合元素，如機、電、電子部件、控制技術或軟件組成的傳動系統；還可以是要求、特性、形狀等等。將實現功能的關鍵性解元素配置到立體模型上之后，即可對產品的配置(設計模型中解元素間的關系)進行分析，產品配置分析是綜合“產品規劃”和“開發”結果的重要手段。3)生產規劃—加工和裝配產品。在這一階段中，主要論述了裝配過程中CAD技術的應用，提出用計算機圖像顯示解元素在相應位置的裝配過程，即通過虛擬裝配模型揭示造形和裝配間的關系，由此發現難點和問題，并找出解決問題的方法，并認為將CAD技術綜合應用于產品開發的三個階段，可以使設計過程的綜合與分析在“產品規劃”、“開發”和“生產規劃”中連續地交替進行。因此，可以較早地發現各個階段中存在的問題，使產品在開發進程中不斷地細化和完善。
我國利用虛擬現實技術進行設計還處于剛剛起步階段。利用面向
對象的技術，重點研究了按時序合成的機構組合方案設計專家系統，并借助于具有高性能圖形和交換處理能力的OpenGL技術，在三維環境中從各個角度對專家系統設計出的方案進行觀察，如運動中機構間的銜接狀況是否產生沖突等等。
將構造標準模塊、產品整體構造及其制造工藝和使用說明的擬訂(見圖1)稱之為快速成型技術。建議在產品開發過程中將快速成型技術、多媒體技術以及虛擬表達與神經網絡(應用于各個階段求解過程需要的場合)結合應用。指出隨著計算機軟、硬件的不斷完善，應盡可能地將多媒體圖形處理技術應用于產品開發中，例如三維圖形(立體模型)代替裝配、拆卸和設計聯接件時所需的立體結構想象力等等。
利用智能型CAD系統SIGRAPH-DESIGN作為開發平臺，將產品的開發過程分為概念設計、裝配設計和零件設計，并以變量設計技術為基礎，建立了膠印機凸輪連桿機構的概念模型。從文獻介紹的研究工作看，其概念模型是在確定了機構型、數綜合的基礎上，借助于軟件SIGRAPH-DESIGN提供的變量設計功能，使原理圖隨著機構的結構參數變化而變化，并將概念模型的參數傳遞給下一級的裝配模型、零件設計。
5、各類設計方法評述及發展趨勢
綜上所述，系統化設計方法將設計任務由抽象到具體(由設計的任務要求到實現該任務的方案或結構)進行層次劃分，擬定出每一層欲實現的目標和方法，由淺入深、由抽象至具體地將各層有機地聯系在一起，使整個設計過程系統化，使設計有規律可循，有方法可依，易于設計過程的計算機輔助實現。
結構模塊化設計方法視具有某種功能的實現為一個結構模塊，通過結構模塊的組合，實現產品的方案設計。對于特定種類的機械產品，由于其組成部分的功能較為明確且相對穩定，結構模塊的劃分比較容易，因此，采用結構模塊化方法進行方案設計較為合適。由于實體與功能之間并非是一一對應的關系，一個實體通常可以實現若干種功能，一個功能往往又可通過若干種實體予以實現。因此，若將結構模塊化設計方法用于一般意義的產品方案設計，結構模塊的劃分和選用都比較困難，而且要求設計人員具有相當豐富的設計經驗和廣博的多學科領域知識。
機械產品的方案設計通常無法采用純數學演算的方法進行，也難以用數學模型進行完整的描述，而需根據產品特征進行形式化的描述，借助于設計專家的知識和經驗進行推理和決策。因此，欲實現計算機輔助產品的方案設計，必須解決計算機存儲和運用產品設計知識和專家設計決策等有關方面的問題，由此形成基于產品特征知識的設計方法。
目前，智能化設計方法主要是利用三維圖形軟件和虛擬現實技術進行設計，直觀性較好，開發初期用戶可以在一定程度上直接參與到設計中，但系統性較差，且零部件的結構、形狀、尺寸、位置的合理確定，要求軟件具有較高的智能化程度，或者有豐富經驗的設計者參與。
值得一提的是：上述各種方法并不是完全孤立的，各類方法之間都存在一定程度上的聯系，如結構模塊化設計方法中，劃分結構模塊時就蘊含有系統化思想，建立產品特征及設計方法知識庫和推理機時，通常也需運用系統化和結構模塊化方法，此外，基于產品特征知識的設計同時又是方案智能化設計的基礎之一。在機械產品方案設計中，視能夠實現特定功能的通用零件、部件或常用機構為結構模塊，并將其應用到系統化設計有關層次的具體設計中，即將結構模塊化方法融于系統化設計方法中，不僅可以保證設計的規范化，而且可以簡化設計過程，提高設計效率和質量，降低設計成本。
摘要：介紹綠色制造的內容與概況，闡述綠色制造在現代制造業中的重要性，主要討論綠色機械加工的方法及關鍵技術，并建立其評價指標體系。
關鍵詞：液壓缸 立柱組裝線 再制造 激光熔覆
1、新世紀的機械加工的綠色制造理念
綠色制造是一個綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式，其目標是使得產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命周期中對環境的負面影響為零或者極小，資源消耗盡可能小，并使企業經濟效益和社會效益協調優化。機械加業，實現綠色制造是本世紀重要的課題之一，這不僅是要求我們生產出的產品符合環保要求，而且應盡可能在制造加工過程中達到綠色制造的要求。
2、定義
綠色制造，又稱環境意識制造（Environmentally Conscious Manufacturing）、面向環境的制造（Manufacturing For Environment）等。它是一個綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命周期中，對環境的影響（負作用）最小，資源利用率最高，并使企業經濟效益和社會效益協調優化。
3、綠色制造技術工藝過程
3.1、立柱組裝線
立柱組裝線由以下部分組成：上料機構、清洗設備（活柱清洗、缸筒清洗）、活塞頭及密封件裝配、小件超聲波清洗設備、活柱缸筒裝配（頂缸機）、導向環裝配（壓套機）、導向套裝配（擰帽機）、缸筒流水線、活柱流水線、整體試壓機、試驗臺、液壓系統、控制系統等組成。
該生產線解決了生產輕型液壓支架大規格立柱裝配質量不穩定問題；自動化程度高，選用PLC控制；大大降低了工人裝配勞動強度大問題。
3.2、豪克能金屬表面加工技術
目前，使用高精度外圓磨床對液壓缸的桿類外表面加工，存在加工耗時長、安全性低、活件周轉困難等缺陷，不符合液壓缸規模化生產的要求。
在液壓缸活塞桿、活柱類外圓精加工方面的應用奠定了基礎，采用豪克能金屬表面加工技術，實現以車代磨，生產效率將得到很大程度的提高。
豪克能金屬表面加工技術的原理及特點：
豪克能金屬表面加工技術的工作原理是利用金屬在常溫狀態下冷塑性的特點，運用毫克能對金屬零件表面進行無研磨劑的研磨、強化和微小形變處理，使金屬零件表面達到更理想的表面粗糙度要求；同時在零件表面顯微硬度的提高零件表面產生壓應力，增強零件的顯微硬度、耐磨性、耐腐蝕性及疲勞強度和疲勞壽命。
豪克能是一種特殊的能量，屬于機械能。
1.豪克能的特點是能量聚焦性好、密度大，其能量密度是一般超聲波的40倍以上。
2.豪克能的另一特點是其工作頻帶寬、可靠性好，適合不同生產工藝的要求。
液壓缸使用過程中一般受到高壓作用，通常工藝為管料調質后進行粗車、推鏜、精車等機械加工，特別是推鏜過程會產生較大的加工應力，在加工后缸筒產生明顯的變形，不能滿足設計公差的要求，嚴重時會造成廢品。傳統的時效處理方法有自然時效法和熱時效法。自然時效法處理周期長，效果差；熱時效法主要采用臺車爐或井式爐，不僅成本高，還可能改變材料的微觀結構與性能。與上述兩種方法相比較，振動時效具有明顯的優點，它能使構件的機械性能顯著提高，且使用方便、耗能低、耗時短，具有很強的適應性[1]。
振動時效，又稱為“VSR” 方法，又稱振動消除應力法，是利用共振原理消除和均化金屬結構件內部殘余應力 ，可取代傳統的自然時效和熱時效的一種新工藝方法。若這種交變應力使工件內部的某些點產生晶格滑移 ，盡管宏觀上沒有達到屈服極限 ，但在微觀上會產生塑性變形 ，而且這種變形一般發生在殘余應力最大的點上 ，因此這種受約束的變形得以釋放 ，從而降低和均化工件內的殘余應力 ，并使其尺寸精度達到穩定[2]。
使用振動時效，能將機械加工后的殘余應力平均下降到64%以下，完全可以取代回火工藝的熱處理工藝。
3.3、再制造技術
再制造就是產品高技術維修的產業化，再制造的重要特征是再制造產品的質量和性能要達到或超過新品，成本僅是新品的50%左右，節能60%，節材70%以上，對保護環境貢獻顯著。
再制造就是把到達使用壽命的煤機通過修復和技術改造使其達到原型產品性能的過程。 煤機裝備的失效報廢主要是因磨損而導致。對于承受大載荷、沖擊嚴重的表面的再制造修復應該采用涂層結合強度高（冶金結合）的噴焊和激光（重熔）再制造技術，比如油缸活塞桿和活柱的防腐層，傳統的作法一般都是采用鍍銅錫合金+硬鉻的電鍍工藝，對環境污染比較大，廢水處理成本也較高[3]。
3.4、激光熔覆技術
激光熔覆技術是通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基材表面形成與其為冶金結合的添料熔覆層。激光熔覆技術適于在零件缺損處堆積修補，修復量可以比激光表面合金化技術大得多[4]。
這種技術方法的優點是：在滿足實用要求的條件下，可以采用成本較低的材料進行激光熔覆堆積成形，修補缺損外形，在有高使用要求的表面，采用高性能材料進行表面改性處理，是一種低成本獲得高性能再制造零件的方法。
總之，綠色加工業已是世界工業發展的潮流，它必將隨著人類可持續發展戰略的提出和經濟全球化的趨勢，顯示出它的優勢。 目前，我國企業中綠色制造工藝技術的應用尚處于起步階段，只有通過對生產制造全過程及工藝技術的全面“綠色化”，提高“綠色度”，不斷優化和改進現有工藝，開發替代工藝和新型工藝，以及在市場和環境雙重作用下的綠色產品開發，給社會和企業帶來雙贏的效益，這將必然會推動企業綠色制造工藝技術創新的良性循環[5]。
參考文獻：
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[3]徐濱士.維修工程的新方向——再制造工程在中國的發展[J].中國設備工程 2009.7
【關鍵詞】現代超高層；結構建筑；施工技術
0.前言
隨著我國經濟的高速發展，我國的城市化進程逐漸加快，但是城市的土地面積是有限的，為了在有限的土地面積發展的更快，近些年來，建筑的高度逐年增加，由原來的普通的樓房到高層建筑再到今天的超高層建筑，這是一個快速發展的標志，也是土地面積得到充分利用的證明。在這個發展的過程中，超高層結構建筑施工技術就顯得尤為重要。因此，本文主要對現代超高層結構建筑施工技術進行淺談。
1.對超高層的概述
世界各地對高層建筑的概念不一致，對于高層建筑的定義主要取決于本國經濟條件、消防裝備等具體情況。對于超高層的定義主要經歷了三個階段：第一階段，1972年第一次對高層建筑的定義做得了較統一的認識，并將高層建筑劃分為四類，第一類，50米以下，一般是9-16層；第二類，75米以下，一般是17-25層；第三類，100米以下，一般是26-40層；第四類，大于100米，是40層以上。
第二階段：1995年我國重新規定了高層建筑的定義，規定10層及10層以上的建筑以及高度超過24米的公共建筑為高層建筑。同時在《高層民用建筑防火規范》中新增加了關于建筑防火的措施，并將100米以上的高層建筑稱為超高層建筑。
第三階段：今天，對于超高層與高層的分界，在概念上有些模糊，但是對于超高層的理解，已經不僅僅局限于高度、安全、美學上及使用功能上，還要考慮到能源、生態環境以及效益等因素。
2.現代超高層施工要求
2.1仔細做好細部設計
對于現代的民用建筑來說，其采用的鋼結構做法與傳統的結構形式有明顯的差別，致使施工中可借鑒的經驗很少，這就需要將主體結構與裝飾裝修結合起來，仔細做好細部設計。
2.2加工精度要求高
超高層的施工涉及面廣，對施工中的加工精度要求極高，這不但要加強構件加工工序質量控制，也要合理的安排安裝順序。
2.3焊接質量要求嚴
超高層建筑施工中，焊接工作量較大。因此，對于焊接的質量要求十分嚴格，這不但對施工人員的勞力組織有要求，還要對其專業技能提出更高的要求。
2.4高度重視安全管理
由于超高層結構建筑施工中鋼結構高空作業防護難度大，因此，施工現場的安全威脅因素十分多，這就需要施工人員樹立安全意識，高度重視安全管理，并嚴格按照安全操作規程進行。
3.超高層結構建筑施工原理
3.1確定結構設計圖
在進行施工前，首先要確定結構設計圖，并且將原設計圖進行細化擴大節點設計，同時對于設計圖的設計，要達到整體安裝的質量標準以及構件要求。
3.2采用合理的機械設備
為了防止構件出現焊接變形，要采用合理的機械設備進行施工，從而提高鋼結構框架的安裝精度。
3.3改進工序
施工中一定要保證正常的工序，如：在施工中，首先要保證空間框架剛度，然后安裝鋼框架主體結構，最后在安裝各樓層板。
3.4采用科學合理的連接方式
在進行裝飾施工時，要科學合理的利用連接方式，從而確保高層鋼結構工程的質量。
4.超高層結構建筑施工技術
4.1鋼結構節點的細化設計
在超高層結構建筑施工設計中，首先要做到的是對鋼結構節點的細化設計。應用繪圖軟件對鋼結構的節點進行繪圖放樣，以達到構件制作與整體安裝的質量標準為目標。
4.2對鋼結構構件進行加工制作
采用場外加工的方式對鋼結構進行加工，在加工過程中，不僅要注重加工的程序，還要控制好加工的質量，并且確保鋼柱每節按三層分段。
4.3鋼結構的安裝
對于鋼結構的安裝大致分為三個階段：一是構件驗收、矯正，在鋼結構的安裝前，為了確保超高層施工質量，首先要對構件進行驗收、矯正。二是確定安裝順序。這也是安裝構件的前提，確定好每一個安裝的步驟，從而避免出現差錯的可能。三是進行安裝。在安裝構件時，一定要按照安裝工藝進行安裝，施工人員不可按照自己的意圖私自安裝，嚴格遵守安裝規定。
5.現代超高層結構施工存在的質量問題
近些年來，雖然我國的超高層結構建筑施工技術得到了較大的提高，但在施工中，還是存在一些亟待解決的問題。具體問題如下：
5.1未遵守建設程序
一些施工人員在施工時，不遵守建設程序，主要體現在不作調查分析就決定定案；不經可行性認證就私自施工；對工程地質、水文地質沒有進行清楚的調查；不按照圖紙方程式等均屬于不遵守建設程序。
5.2設計計算問題
正常的在進行設計時，需要設計人員進行全面的考慮，并且結構合理，正確的計算簡圖，準確的計算荷載取值等，這本是設計人員應該遵守的規定，但是在真正進行計算時，他們卻沒有進行全面的考慮，從而導致內力分析有誤，誘發質量問題。
5.3未對自然條件做好預防
超高層結構建筑施工項目具有周期長、露天作業多，受自然條件影響大等特點，因此，在進行施工時，要將自然條件重視起來，并對其做好預防，如：溫度、日照、雷電、溫度、供水、大風、暴雨等因素都是影響施工的重要因素，如果預防不當，就會造成重大的質量事故。
6.提高現代超高層結構施工質量的措施
6.1嚴把材料質量關
影響超高層結構建筑施工質量的因素很多，其中，材料的質量就是影響因素之一。因此，要嚴把材料質量關，具體的做法是：一是所使用的材料要符合國家規范標準（含環保標準）和設計要求。二是要嚴格執行材料驗收制度。
6.2做好施工程序的控制
一個良好的建筑工程，是由一個個施工程序組成的，每一個施工過程都在總工程中起著不可替代的作用。因此，為了確保總工期目標，在項目實施過程中，一定要依據實際情況進行分段控制、動態控制，從而確保工程質量。
7.結束語
現代超高層結構建筑施工是一個要求十分高的活動，它具有安裝精度高、工期短、難度大等特點，這就證明超高層結構建筑施工不是一個簡單的活動，施工人員必須要加以重視。因此，在施工中施工人員不但要具有較高的施工技術、還要求對施工項目有一個全面的了解，做好各個階段的施工準備。這樣不僅能夠提高超高層建筑的質量，而且也能促進超高層建筑事業的發展，從而提高經濟效益與社會效益，同時也為我國經濟的可持續發展提供前提條件。
【參考文獻】
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[4]郭軍義.建筑施工安全現狀及問題成因科技創新導報.
[5]謝蘇麗.建筑施工安全的新對策[J].中華建筑，2009（7）.
筆者結合工作中的實際案例――一位使用Inventor產品多年的印刷機械設備用戶，困惑于如何借助3D軟件提升設計能力――分析其設計難題，例如比較普遍的凸輪設計問題，其中一個共軛凸輪的機構設計尤為難以實現。本文就是基于解決用戶共軛凸輪設計難題的真實案例，介紹了借助Autodesk Inventor設計共軛凸輪的方法及思路。
一、設計要求
用戶設計某膠訂機，其中一臺設備使用到一對共軛凸輪，其中一個凸輪是頂升凸輪，帶動機構在垂直方向運動，另一個凸輪帶動一個連桿機構，連桿機構的末端帶動一個滑塊做水平運動，機構簡圖如圖1。T形結構FF’E 中，端點E 與凸輪1的從動件連結，連桿AB 的端點A 連接在滑塊上，沿FF ’平面做水平往復運動，連桿BCD 繞C 點轉動，D 點與凸輪2從動件連結，凸輪1和凸輪2繞同一根軸旋轉。
1.凸輪1（垂直運動）
盤式頂升凸輪（溝槽）做垂直方向往復運動。凸輪基圓半徑為50mm，凸輪升程為30mm，帶動T形結構做垂直方向運動，其在一個周期內的運動規律如表所示。
2.凸輪2（水平運動）
凸輪驅動連桿機構運動，連桿機構的末端連結到一個滑塊，滑塊的設計要求為一個往復行程為400m m，為配合機構的運動要求，其速度按照如圖2所示規律運動。
本文重點在于說明設計的思路，對于機構的具體尺寸以及系統轉速等不做說明，上述的設計參數也僅作示意，不代表實際設計數值。
二、設計分析
常見的凸輪形式，包括線性凸輪、盤式凸輪及圓柱凸輪三大類，很多C A D軟件沒有直接提供凸輪設計工具，需要用戶去創建凸輪的輪廓線（通過創建公式曲線，以數據點擬合樣條曲線），而輪廓的幾何外形僅僅表達了凸輪的位移變化，還無法滿足對凸輪性能分析的需求（速度曲線、加速度曲線和壓力角變化等）的分析，造成用戶設計效率低下，凸輪優化困難。Inventor凸輪設計模塊集凸輪設計、計算校驗于一身，支持上述三種凸輪，其自帶了多達13種擬合函數，最高支持七階多項式，無需用戶推導解析函數，即能生成高質量的凸輪輪廓。
凸輪1是一個簡單的盤式頂升凸輪，根據表1的設計要求，借助Inventor的凸輪設計工具，我們可以快速設計出其外形輪廓，同時其速度、加速度運動曲線，壓力角、曲率半徑變化曲線一目了然，而且對運動過程中的力、扭矩及接觸應力也自動計算，大大提高了設計的準確性和設計效率。
對于凸輪2，由于無法直接描述其運動規律（位移或速度、加速度），因此無法直接借助Inventor的凸輪設計功能來進行設置。
在一些案例中，往往根據連桿機構的機械原理，建立凸輪2、連桿機構、滑塊之間的運動解析方程，借助Matlab求解出凸輪2上的運動軌跡點，從而得到凸輪2的輪廓。這種方法，對設計人員的要求高，適合院校研究，但很難在企業中應用推廣。因此，設計凸輪2的凸輪輪廓是整個產品設計的最大難點。
三、設計思路
Inventor的Professional版本中，提供了運動仿真（Dynamic Simulation）模塊，通過定義構件之間的運動副（連接類型），定義構件的運動特性（力、力矩、位移、速度、加速度以及剛度、阻尼等），將幾何關系模型轉換為具有運動關系的模型，從而讓幾何模型按照給定的要求運動，達到動態模擬、仿真機構運動的目的。
基于上面的分析，盡管凸輪2的運動規律我們很難描述，但是由其驅動連桿機構而產生水平運動的滑塊，其設計運動規律是整個系統設計的性能要求，我們可以視為滑塊的運動規律，從而反向推導（模擬）連桿機構的端點D 的運動軌跡，也就是我們所要設計的凸輪2的外形輪廓。
1.建立幾何模型
幾何模型的準備，重點在于清晰表達出構件之間的幾何位置關系，模型可以基于2D草圖，或者基于3D模型，甚至也可以2D/3D混合建模，這為設計人員在設計前期做方案設計及驗證提供了很大的便利性。
圖4 是創建的概念幾何模型， 其中凸輪1 是采用Inventor的凸輪設計工具完成的3D模型，連桿機構僅用2D草圖表達出其幾何關系。
2.建立運動仿真模型
Inventor的運動仿真模塊集成于產品內，能夠很好地將幾何模型的幾何約束（裝配約束）轉換為運動副（運動關系）。Inventor運動仿真模塊具有豐富的運動副定義，節省了用戶耗費在模型準備和運動副定義上的時間。在本文中，定義仿真運動模型時我們使用了以下幾類運動副（圖5）。
滑塊與T形結構上平面的水平運動；
凸輪1與T形結構頂端圓弧面的接觸；
連桿機構的各桿件之間的轉動關系；
T形結構只能在平面內上下運動。
3.定義驅動條件
參考圖2，設計要求中對滑塊的速度及位移相應的要求。按照這些要求，定義出滑塊的運動規律，作為機構的驅動條件，如圖6所示。
4.執行運動仿真
在完成前面的定義之后，輸入模擬仿真的時間（時間≥凸輪周期時間）及模擬步數，定義輸出連桿的端點D 的運動軌跡，執行仿真分析，凸輪2的運動軌跡即可生成，如圖7所示。
5.設計調整
仔細觀察滑塊的運動軌跡，和設計要求不太吻合，主要反映在凸輪2帶動滑塊做勻速運動的時間段，凸輪1帶動的T形結構不在最上端位置時，分析其原因是由于沒有調整好凸輪1與凸輪2的相位差。
從Inventor的運動仿真結果中，我們可以很容易查看到滑塊的運動位置及相應的運動時間，從而可以計算出凸輪1需要調整的相位值，和需要調整的角度值（角度=時間×凸輪轉動角速度）。根據計算結果修訂凸輪1的初始位置，如圖8所示。
調整后再次執行運動仿真，模擬輸出的運動軌跡如圖9所示，完全符合期望的設計要求。
關鍵詞：化工機械；機械設備；設備防腐；防腐蝕能力
中圖分類號： F407 文獻標識碼： A
一．前言
隨著我國經濟的飛速發展，推動了化工產業的發展速度。化工機械設備是化工生產中不可或缺的組成部分，它的工作性能、效率和使用壽命等，直接影響化工企業的經濟效益。然而，由于化工機械設備所處的運行環境和設備自身的因素，使得其在正常使用過程中，經常會出現腐蝕現象。這不僅造成了設備各方面性能下降，而且還嚴重縮短了設備的使用年限。為此，加強化工機械設備的防腐設計就顯得尤為重要。
二.化工機械設備腐蝕概述
腐蝕是由于化學作用使得物體受到破壞或消耗。腐蝕的定義具有廣義和狹義之分：從廣義的角度來講，腐蝕是材料與環境之間發生了電化學或者化學作用，從而使得材料的功能受到一定的破壞或消耗；從狹義的角度來講，腐蝕是金屬物質同環境之間發生了物理的以及化學的作用，從而使得金屬物質的性能發生了改變，造成了環境、金屬以及其系統受到了損失的現象。在化工行業中，化工機械發生腐蝕是比較普遍的現象，該過程是自發的。當化工機械設備受到腐蝕后，其色澤、外形以及機械性能等方面都會發生相應的變化，不僅僅造成設備的損壞，同時也嚴重的浪費了資源和能源，對企業造成巨大的損失。化工機械設備的腐蝕一般是由于以下原因造成的：
1.化學腐蝕。
化學腐蝕是化工機械設備中常見的腐蝕類型之一。是金屬的表面同周圍的環境發生相應的化學反應，產生新的氧化物，對金屬設備造成損壞。化學腐蝕主要是在高溫干燥的環境中金屬設備同腐蝕介質之間發生作用造成的。
2.電化學腐蝕。
電化學腐蝕也是化工機械設備腐蝕重要的種類之一，它主要是由于化工機械設備同電解質溶液發生接觸，通過電極反應而對化工機械設備產生的腐蝕。該類腐蝕的原理主要是發生了氧化還原反應。不同于化學腐蝕，該類腐蝕主要發生在潮濕的環境中。
在化工機械腐蝕中，具體腐蝕包括：高溫氧化腐蝕、剝層腐蝕、點狀腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕、疲勞腐蝕、焊接應力腐蝕、工業大氣腐蝕、海洋大氣腐蝕、震動磨損腐蝕等一系列腐蝕種類。其中電化學腐蝕、縫隙腐蝕、疲勞腐蝕和焊接應力腐蝕是最主要的幾種腐蝕方式。而電化學腐蝕的腐蝕導致機械損傷也是最嚴重的， 另外幾種其他腐蝕的綜合結果最終也會導致電化學腐蝕。
三. 化工機械的防腐設計
1. 加強對設備材料的選擇。
同樣的設備，同樣的環境，構成原材料的不同，對腐蝕的抵抗性也就不同。一般的機械設備都是采用普通的碳素結構鋼，這種材料價格低廉，來源廣闊，更容易進行加工。碳素鋼的主要元素是碳、鐵，基本不含有合金，在普通的環境中腐蝕性并不大，但是在化工行業的運行環境中，面對含有各種酸堿鹽介質，腐蝕性能就相對較低，很容易受到腐蝕。以最為常用的Q235鋼為例，這種材料在高濃度的化學介質中，被腐蝕的速度非常快，因此在進行選擇設備的時候盡量不要選擇這種結構材料的設備。應該選用耐腐蝕的鋼材制成的設備，如用：16MnCu、09MnCuPTi等普通低合金鋼為制造基材的設備。這種設備雖然價格較高，但是它的使用壽命是采用普通碳素鋼建成的設備的2-3倍，性價比還是很合算的。
2. 結構與工藝的防腐設計。
當機械設備的形狀設計過于復雜時，便很可能引起一些缺陷，如積塵、積液以及設備應力過大等等，這樣便容易造成機械設備的局部位置出現腐蝕現象，為了盡可能避免這種情況的發生，應當在進行設備結構設計時，綜合考慮抗腐蝕性，并滿足以下要求：
（1）設備構件的形狀越簡單越好，所有構件應盡可能采用相同的金屬材料，并減少構件當中的縫隙；
（2）必須選擇優質的防銹漆，以確保腐蝕介質能夠與設備構件完全隔離。需要特別注意的是在對設備焊縫進行涂漆時，結構的合理性將會直接影響涂漆質量，也就是說只有最為合理的結構形式，才能保證涂漆達到理想中的防腐效果；
（3）應當避免一些殘余的水分滯留在機械設備上的情況發生，即設計過程中要盡可能避免向上的容器狀凹處，若是必須采取這樣的設計，應設置排水孔；
（4）應防止對機械設備焊接時出現應力集中的情況，焊接工藝要合理，盡可能做到連續不間斷地焊接。同時還要避免焊接質量缺陷的發生，如焊瘤、咬邊等等，一旦形成這樣的焊接質量缺陷便有可能導致該位置成為新的腐蝕點，進而引起嚴重的腐蝕現象；
（5）為避免縫隙腐蝕的情況發生，應當對構件連接處的縫隙進行合理處理，如在對接和搭接時，應采用雙面連續對接焊，并確保焊接質量，這樣有利于防止縫隙腐蝕的現象發生。
3. 腐蝕的控制。
在機械設備的防腐措施中表面涂層是最長用到也是最簡單直觀的方式。在進行涂漆的過程中要選擇實際效果比較好的防銹漆，致使設備表面與環境中的腐蝕介質完全隔離開。涂漆一般不會對設備本身造成什么影響，不會對設備的構造以及性能造成什么影響。為了更好的起到防腐的作用，不但要在涂漆的能力上、防銹漆的作用上提高要求，還要對涂漆設備的構成材料、整體結構、表面狀態以及周圍環境有足夠的了解。另外涂層還包括金屬覆蓋法，也叫犧牲陽極保護法，這種措施實質上是一種原電池反應。在設備的表面選擇電極電勢比設備低的金屬或者是合金作為原電池的陽極，將其固定在被保護金屬的表面，而被保護設備就成了陰極，從而得到保護。
根據電化學原理，電化學保護法是在金屬設備上所采取的措施，讓其成為腐蝕電池中的陰極，從而減輕或者防止金屬腐蝕的方法，它包括外加電流法和犧牲陽極保護法兩種。外加電流法是將被保護的金屬與另一附加電極作為電池的兩個極，使被保護的金屬做為陰極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護的方法。此法主要用于防止土壤、海水和河水中金屬設備的腐蝕；犧牲陽極保護法是用電極電勢比被保護的金屬更低的金屬或者合金作為陽極，使其固定在被保護的金屬上，形成腐蝕電池，被保護的金屬因做為陰極而得到了保護。
4. 外加電流陰極保護法。
外加電流陰極保護法也是化學保護法的一種，主要是利用外加直流電以及輔助陽極，使電流通過土壤進入到被保護機械設備中，是整個設備的結構電位低于周圍環境。這種保護方法主要是由外加直流電源、輔助陽極以及參比電極三部分組成。外加直流電在整個保護措施中起到主導作用，保障整個方法的順利實施并得到最大的發揮；輔助陽極的主要作用是將外加直流電源產生的直流電通過介質傳輸到被保護的機械設備上；參比電極的存在主要是為了在檢測被保護設備電位、保護效果的同時把控制信號提供到自動控制的恒電位儀上。在整個保護措施的設施中，為了避免出現陽極被保護的現象，科技在陽極的周圍涂抹陽極屏蔽層。
四、結束語
化工生產企業中普遍存在腐蝕性介質，化工機械設備會比一般行業設備腐蝕嚴重，從設計、施工、運行防護各個方面考慮，有效的提高了防腐能力，延長設備壽命。
參考文獻：
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【關鍵詞】 教學方法 探索
《機械基礎》是一門機械類專業的專業基礎課，對于學習基礎差的中職生來說，名詞概念多，原理難理解，很容易就會產生放棄學習的念頭。通過幾年的教學實踐，不斷嘗試，我總結出了幾點提高《機械基礎》教學效果的方法，和大家一起探討分享。
興趣是最好的老師，它是學生主動學習、積極思維、大膽質疑、勇于探索的強大動力。如果學生對學習產生了極大的興趣，那么，他在學習中所付出的精力和在學習方面產生的效益是不可估量的。因此，在教學活動中，就要求我們利用各種資源和教學手段，將課堂營造得更加生動，使學生學習起來更有樂趣，激發起學生的學習興趣，讓學生自始至終主動參與學習，從而提高他們的學習效率。
一、 營造輕松愉快的學習氛圍
學生都有這樣的心理，喜歡哪位老師就喜歡聽這位老師的課，學生喜歡什么樣的教師呢？他們喜歡風趣幽默、將深奧的道理講得淺顯易懂，最不喜歡講課枯燥無味、滿堂灌的老師，傳授同樣的只是，方式方法很重要。另外，我們要善待學生，深入學生中，了解學生，關心學生，尊重學生的人格，正所謂“親其師而信其道”，當學生取得進步時，給予肯定，樹立他們的信心，讓我們的課堂充滿和諧、輕松、平等、愉快的氣氛。
二、 用疑問去激發興趣
在學習齒輪和齒輪系機構傳動時，首先提問駕駛員在駕駛汽車時，經常用右手撥動右側的撥桿，這是在干什么？同學們只知道是在操作汽車起步、加速減速倒車時司機要操作的，但具體在操作什么不清楚。當我向同學們介紹，駕駛員撥動撥桿的操作，是在改變一對齒輪傳動比的大小和方向，從而改變車輪的轉速和轉向，學生們感到很新奇，之后恍然大悟，從而感到學有所獲，激發了學生的學習興趣。
在學習棘輪機構時，可以向學生提問：“我們在騎自行車時，腳踩自行車踏板向前行駛，而反轉踏板時，自行車卻為什么不會實現倒車？”學習四桿機構的“死點位置”時可以提問：“操作縫紉機腳踏板的時候，有時會運轉自如，有時又會碰到踩不動或者倒著轉的情況；為什么飛機的起落架不會在起跑過程中折回？”等等，一連串的疑問會激發起學生求知的欲望。
三、 自己動手制作教具
有些定義理解起來比較困難，學生會感覺抽象難以理解，我們就可以利用手邊的物品進行實際操作，邊操作邊講解，比如在講漸開線齒輪齒廓時，學生無法理解漸開線的形成，漸開線的畫法定義：在某平面上，沿著一個固定的圓作純滾動，此動直線上任意一點k 的運動軌跡ck 稱為該圓的漸開線。我就地取材用他們喝水杯的蓋兒作為漸開線的基圓，用一根鞋帶作為動直線，把粉筆固定在鞋帶上就可以很快地畫出漸開線，我先示范操作，同時也讓學生親自上黑板來體驗一下，有了親身的體會，使學生對于純滾動的理解和漸開線的形成留下深刻的印象，同時為后面漸開線性質的學習打下了很好的基礎。
鉸鏈四桿機構教學時，讓學生自己動手制作模型，學生們所取桿件長度各不相同，制作出不同類型的四桿機構，課堂上，我首先讓學生測量自己制作模型中的各桿件的長度，并總結描述該模型的運動特性，然后引導學生得出曲柄存在的條件，推導出鉸鏈四桿機構三大類型即曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機構的形成條件。然后以曲柄搖桿機構為例，講解其運動規律和構件特點，讓學生以此類推、舉一反三，總結其余兩種機構的運動規律和特點。學生們通過自己親手制作教具，對于所獲得的知識記憶也比較深刻，同時還鍛煉了動手能力。
四、 利用多媒體課件輔助教學
本學科的很多內容如各種機構的教學，要求有動態的演示，在缺乏教具和設備的情況下，采用多媒體輔助教學，使枯燥的內容變得生動形象，可以充分調動學生的學習積極性，這種教學方法深受學生歡迎。
在學習鉸鏈四桿機構、凸輪機構、間歇運動機構時，采用CAI課件，把曲柄搖桿機構的急回特性、死點位置，凸輪機構的從動件運動規律，以及間歇運動機構的特點生動形象地進行演示，在教學過程中，師生之間的信息交流和反饋得以加強。聲、像、文、圖并茂的教學信息，增強了教學的藝術效果，增強了學生對學習內容的認識和理解，提高了課堂教學效率。
五、 直觀教學和現場教學相結合
在講解軸、軸承、皮帶傳動、齒輪傳動等章節內容時，介紹了實物名稱、分類、作用及用途，學生對所學內容有了大致了解 然后把學生帶到實習工廠或生產現場參觀。讓學生親眼觀看實物的外觀、構造、設備、安裝及應用。如在軸、軸承的現場教學中，學生親眼看到軸承的構造及安裝，軸的結構、加工過程，接觸了真實的、活生生的具體事物，獲得的初步印象就比較深刻。參觀后再回到課堂，利用掛圖、示教板、模型的直觀演示及實物的剖析來系統詳細地講授課程的重點內容。
在液壓傳動部分，三位四通換向閥教學中，因為內部結構看不到，光靠書上的圖和口頭敘述工作過程，學生不易理解。而利用剖開的、滑閥可移動的示教板邊演示、一邊講解，學生就可直接觀察滑閥的幾個動作過程，便很容易掌握換向閥不同通路情況和中位機能不同特點。從生動的直觀到抽象的思維，從感性認識上升到理性認識，能夠幫助學生加深理解。
六、 結合生活和生產實際，理解書本知識
在學習機構和機器的概念時，學生往往只是死記硬背，結果只能是一知半解。如能結合日常生活中的例子：自行車是一種機構，摩托車、電瓶車都是一種機器，摩托車、電瓶車能實現能量轉換，摩托車能將化學能轉變成機械能，電瓶車能將電能轉變成機械能。在學習導桿機構時，可以結合農村家庭用的手搖抽水機，來講解移動導桿機構的工作原理，利用自卸翻斗車自卸貨物原理，來學習曲柄搖塊機構，利用縫紉機的踏板機構，來講解曲柄搖桿機構的死點位置。
在講解力的作用和反作用力時，把學生進行的拔河比賽和定理聯系起來；學習力的平移定理時，把定理在打乒乓球的旋轉球中的運用結合起來，都可以使學生對抽象的定理進一步的理解，增強了學生對學習內容的認識和理解。
參考文獻：
1《機械基礎》 機械工業出版社 柴鵬飛 著
2《機械基礎》哈爾濱工業大學出版社 南景富 著
【關鍵詞】振動 壓電式振動傳感器
振動是自然界最普遍的現象之一，大至宇宙小至原子粒子，無不存在振動現象。在工程技術領域中振動現象比比皆是，但在很多情況下振動是有害的，例如：振動降低加工精度和光潔度，加劇結構件的疲勞和磨損，在航空領域中機體及結構件的振動會產生非常嚴重的后果，輕則會影響駕駛員的操作和舒適度重則會引起機體、結構件的斷裂甚至解體。
在飛機試飛階段為了驗證在飛機設計階段得出的飛機結構的固有頻率、固有振型、阻尼系數等數據的正確性，需要對飛機的振動特性進行測量、評估。本文從振動特性測量的改裝環節入手，分析影響振動測量的改裝因素并提出規范和措施。
1 振動參數分類及特性
振動傳感器是由彈簧、阻尼器及慣性質量塊組成的單自由振蕩系統。利用質量塊的慣性在慣性空間建立坐標，測定相對大地或慣性空間的振動加速度。它通過其中的換能元件，將機械振動轉換為便于傳遞、變換、處理和儲存的電信號。
振動傳感器形式有很多種，常見的分類如圖1所示。
1.1 壓電式振動傳感器的測試原理
壓電式振動傳感器是試驗機振動測試常用的傳感器之一。相應標準提出了振動加速度測量傳感器改裝要求，但是往往因為對其中的概念理解不透，造成一些不合理的安裝方式，在一定程度上影響了測試精度。
要正確理解和貫徹標準要求，必須了解有關背景知識，如傳感器的測試原理、構造和基本特性等方面。
一些介質在沿一定方向上施加機械壓力而產生變形時，其內部會產生極化現象，同時其表面產生電荷，當外力去掉以后，材料內部的電場和表面電荷也隨之消失，這種特性稱為壓電效應。壓電式振動傳感器是利用這一特性，把基體感受到的機械振動轉化為電能量輸出。
1.2 典型壓電式振動傳感器的基本構造
壓電式振動傳感器的典型結構如圖2所示。
壓電晶體被壓緊在質量塊和基體之間，當加速度計感受振動時，質量塊施加一個振動力于壓電晶體上，壓電晶體中產生可變電勢。通過適當的設計，可以保證在一定的頻率范圍內輸入加速度與輸出電勢成比例。
1.3 壓電式振動傳感器的特性
1.3.1 頻率響應
Mm是壓在敏感元件上的質量塊的質量；Mb是加速度計基體及殼體的質量；K是Mm與Mb間的系統的等效剛度。這一系統的自然頻率為：
fo=fm
式中fm為質量Mm在彈簧K上的自然頻率。
根據振動理論：fm= 。
假設加速度計剛性安裝在比它重的多的結構上，此時Mm/Mb0，fofm。從而得到加速度計的上限響應頻率為fm。
壓電式振動傳感器能夠精確地檢測寬范圍的動態加速度，因此可以用來測量瞬態沖擊過程外， 還可用來測量正弦振動和隨機振動。但是，壓電式振動傳感器不適用于穩態測量的場合，例如地球引力、慣性制導或諸如發動機加速度及制動等緩慢變化的瞬態過程。
1.3.2 靈敏度
加速度計的靈敏度定義為電輸出與機械輸入之比。從傳感器結構可知，靈敏度是有方向性的。由于傳感器的制造誤差，其最大靈敏度方向與幾何軸不一致，最大靈敏度矢量可分解成軸向靈敏度和橫向靈敏度兩部分。
真正代表壓電式振動傳感器靈敏度的是電荷靈敏度，它不受傳感器內部電容變化和電纜長度變化的影響，只取決于壓電材料的壓電常數，一般電荷靈敏度每年下降小于1%。
壓電式振動傳感器實質上是固態器件，它們非常堅固和耐用，在誤用的情況下一般也不會引起損壞。在傳感器內部，沒有調整部件，增加了傳感器的可靠性和可重復性，能夠用于極其惡劣的環境下。
2 壓電式振動傳感器的改裝要求與測量精度
2.1 振動加速度測量傳感器的改裝要求
相應標準規定了振動加速度測量傳感器的通用改裝要求：
（1）傳感器測量軸與被測軸線平行，橫向靈敏軸應避開側向加速度最大的方向。
（2）傳感器安裝支架質量小，剛度好，接觸面接觸彈簧的自然頻率至少大于傳感器自然頻率的五倍。
（3）單極性傳感器應與支架絕緣安裝。
2.2 影響測量精度的因素
（1）安裝剛度不足會降低響應頻率及使用范圍的上限，這一影響在高頻測量中尤其顯著。
標準規定“接觸面接觸彈簧的自然頻率至少大于傳感器自然頻率的五倍”；這對傳感器安裝支架的剛度及安裝面的接觸剛度提出了很高的要求。若傳感器直接安裝在被測結構上，其接觸彈簧的自然頻率可按接觸彈簧靜態變形求得：
fm=
因傳感器的質量力一般很小，而接觸彈簧剛度趨于無窮大；因此變形δ極小，接觸頻率可以滿足標準要求。
若傳感器通過轉接支架安裝在被測結構上，則必須同時考慮支架剛度及兩個接觸面的接觸剛度，并要在滿足安裝剛度要求的前提下盡量減小支架的質量。若傳感器與支架絕緣安裝，采用絕緣螺樁及云母墊片可以獲得最大安裝剛度。
（2）安裝支架質量太大，其質量載荷改變了結構的原有振動，導致測量結果失真；如果是在較輕或較薄的結構上測振，這一影響不可忽視。
（3）安裝方向偏離傳感器的校準狀態，傳感器軸向靈敏度軸方向與要求的測量方向應盡可能一致，一旦偏離將導致軸向響應降低，而橫向響應增大加速度計應當安裝在平坦、干凈的表面上，橫向靈敏軸（在殼體上以紅點標出）應避開側向加速度最大的方向。
（4）螺栓擰緊不當，螺栓擰入基體太深，引起基體拱彎變形，從而產生額外的電輸出。擰緊力矩要適當，過大會損壞螺紋，太小將影響安裝剛度。
2.3 壓電式振動傳感器的典型安裝方式和關鍵點
壓電式振動傳感器有金屬螺栓安裝、對地絕緣轉換螺栓連接、膠粘劑粘接和磁鐵轉換吸盤連接四種安裝方式，其中金屬螺栓安裝和膠粘劑粘接最為常見。利用鋼制螺樁把傳感器固定在拋光的金屬面上，這種方式可以得到最高的響應頻率，其它的安裝方式會降低響應頻率。
要做到數據結論準確，首先要正確使用和安裝傳感器。在設計振動傳感器支架、緊固件及實施安裝時應遵循以下幾點：
（1）了解所測參數的基本情況，如振動加速度的振幅、頻率范圍；
（2）了解傳感器的結構形式和特性，包括傳感器質量，自然頻率，安裝尺寸等；
（3）根據被測結構的具體情況確定傳器的安裝方式，對低頻測量應重點考慮附加質量對測量結果的影響；對高頻測量則應保證安裝剛度符合標準要求；
（4）傳感器及轉接支架的安裝接觸面應平整、光滑，以保證傳感器安裝精度和剛度；
（5）仔細調整傳感器的安裝方向。使軸向靈敏軸與所要測量方向一致，橫向靈敏軸應避開側向加速度最大的方向；
（6）控制螺栓擰入深度及擰緊力矩，適當的擰緊力矩為1.8N?m。
3 結論
為了得到最真實、可靠的被試數據，需要深度挖掘試驗的各個環節；本文從改裝環節剖析了一型振動傳感器的相關特性并由此提出了改裝關鍵點，以便能夠更好、更真實的得出試驗數據為被試對象提供數據支持。
參考文獻
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作者簡介
王進（1980-），男，現為中國飛行試驗研究院改裝部工程師，從事試驗機改裝設計及人機功效設計工作。
田玉艷（1984-），女，現為中國飛行試驗研究院改裝部工程師，從事試驗機改裝設計工作。
關鍵詞： 現代機械設計 系統化 結構模塊化 產品特征 智能化
隨著近年來人類科學技術水平的加速發展，特別是計算機軟硬件性能的持續提高，以及計算機技術對各行各業全面深入的滲透，各技術領域的思維、觀念和方法不斷得以更新。機械設計作為一個具有幾百年歷史的技術領域，也在世界科技進步的大潮中獲得了新生。目前，計算機輔助產品的設計繪圖、設計計算、加工制造、生產規劃已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見成效。
根據目前國內外設計學者進行機械產品方案設計所用方法的主要特征，我們可以將方案的現代設計方法概括為下述四大類型。
一、系統化設計方法
系統化設計方法的主要特點是：將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統，每個設計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯系，并具有層次性。所有的設計要素結合后，即可實現設計系統所需完成的任務。
系統化設計思想于上世紀70年代由德國學者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統理論為基礎，制定了設計的一般模式，倡導設計工作應具備條理性。德國工程師協會在這一設計思想的基礎上，制定出標準VDI2221技術系統和產品的開發設計方法。
由于每個設計者研究問題的角度以及考慮問題的側重點不同，進行方案設計時采用的具體研究方法亦存在差異。具有代表性的系統化設計方法有設計元素法、圖形建模法、“構思”―“設計”法、矩陣設計法、鍵合圖法，等等。
二、結構模塊化設計方法
從規劃產品的角度提出：定義設計任務時以功能化的產品結構為基礎，引用已有的產品解（如通用零件部件等）描述設計任務，即分解任務時就考慮每個分任務是否存在對應的產品解。這樣，能夠在產品規劃階段就消除設計任務中可能存在的矛盾，早期預測生產能力、費用，以及開發設計過程中計劃的可調整性，由此提高設計效率和設計的可靠性，同時也降低新產品的成本。Feldmann將描述設計任務的功能化產品結構分為四層：（1）產品（2）功能組成（3）主要功能組件（4）功能元件。并采用面向應用的結構化特征目錄，對功能元件進行更為具體的定性和定量描述。同時研制出適合于產品開發早期和設計初期使用的工具軟件STRAT。
這種方法認為專用機械中多數功能可以采用已有的產品解，而具有新型解的專用功能只是少數。因此，在專用機械設計中采用功能化的產品結構，對于評價專用機械的設計、制造風險十分有利。
這種方法提倡在產品功能分析的基礎上，將產品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結構，通過選擇和組合這些模塊化基本結構組建成不同的產品。這些基本結構可以是零件、部件，甚至是一個系統。理想的模塊化基本結構應該具有標準化的接口（連接和配合部），并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經濟化，具有互換性、相容性和相關性。我國結合軟件構件技術和CAD技術，將變形設計與組合設計相結合，根據分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術將它們組合成不同品種、不同規格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。
這種方法以設計為目錄作為選擇變異機械結構的工具，提出將設計的解元素進行完整的、結構化的編排，形成解集設計目錄。并在解集設計目錄中列出評論每一個解的附加信息，非常有利于設計工程師選擇解元素。
根據機械零部件的連接特征，將其歸納成四種類型：
1）元件間直接定位，并具有自調整性的部件；
2）結構上具有共性的組合件；
3）具有嵌套式結構及嵌套式元件的連接；
4）具有模塊化結構和模塊化元件的連接，并采用準符號表示典型元件和元件間的連接規則，由此實現元件間聯接的算法化和概念的可視化。
在進行機械系統的方案設計時，用“功能建立”模塊對功能進行分解，并規定功能分解的最佳“粒化”程度是功能與機構型式的一一對應。“結構建立”模塊則作為功能解的選擇對象，以便于實現映射算法。
三、基于產品特征知識的設計方法
基于產品特征知識設計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產品的特征及其設計領域專家的知識和經驗，建立相應的知識庫及推理機，再利用已存儲的領域知識和建立的推理機制實現計算機輔助產品的方案設計。
機械系統的方案設計主要是依據產品所具有的特征，以及設計領域專家的知識和經驗進行推量和決策，完成機構的型、數綜合。欲實現這一階段的計算機輔助設計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協調、管理和使用。
四、智能化設計方法
智能化設計方法的主要特點是：根據設計方法學理論，借助于三維圖形軟件、智能化設計軟件和虛擬現實技術，以及多媒體、超媒體工具進行產品的開發設計、表達產品的構思、描述產品的結構。在利用數學系統理論的同時，我們考慮了系統工程理論、產品設計技術和系統開發方法學VDI2221，研制出適合于產品設計初期使用的多媒體開發系統軟件MUSE。上述各種方法并不是完全孤立的，各類方法之間都存在一定程度上的聯系。
機械產品的方案設計正朝著計算機輔助實現、智能化設計和滿足異地協同設計制造需求的方向邁進，由于產品方案設計計算機實現方法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的、能夠達到上述目標的方案設計工具軟件。我認為，綜合運用文中四種類型設計方法是達到這一目標的有效途徑。雖然這些方法的綜合運用涉及的領域較多，不僅與機械設計的領域知識有關，而且涉及系統工程理論、人工智能理論、計算機軟硬件工程、網絡技術等各方面的領域知識，但仍然是產品方案設計必須努力的方向。
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關鍵詞：噴霧機 防滴系統 霧化射流
前言
該研究是為推廣保護性耕作新農藝研制一種新型配套機具。近年來，該研究成果在推廣保護性耕作藥劑滅草作業中發揮了較大重要作用。
1 牽引式噴霧機的整體結構
2打藥機的防滴系統
防滴系統是解決各種在中型噴霧機普遍存在的滴漏問題。
2.1 防滴系統的結構
結構如下圖：
防滴系統作用原理：當藥液在藥泵產生的壓力作用下，經由管道流入噴頭體前，必須先經過防滴裝置。該裝置中彈簧、彈性膜片、內壓蓋、四通、內芯、壓蓋球體等組成。管道中的液體壓力通過彈性膜片、內壓蓋壓縮彈簧。當液體壓力大于防滴裝置中彈簧可承受壓力時，彈簧被壓縮，使內壓蓋、彈性膜片與四通內芯端面產生間隙，藥液經由四通內芯流入噴頭體內，在工作壓力作用下形成霧化射流，當噴霧機停止工作時管路中壓力變小，彈簧在恢復力作用下推動內壓蓋、彈性膜片緊緊壓在四通內芯墻面上，使藥液不能流入噴頭體內，起到防滴作用。
2.2 防滴系統有關參數的選取
防滴系統中較為關鍵的部件是彈簧，若彈簧的設計結構尺寸不經嚴格計算，將會直接影響噴霧機的作業效果。若彈簧過硬，當工作壓力已達到極限時，位于四通內芯通道上方的彈性膜片仍不能上移，藥液不能流過噴頭體，會造成漏噴現象；彈簧過軟，則其恢復性會受到影響，彈性膜片在卸壓后仍不能回復原始位置，起不到防滴作用。
因此，作用于彈簧上的力F如何確定十分重要。它是決定彈簧材質、結構尺寸的主要參數。
能否用示的最小工作壓力近似看做作用在彈簧上的力，需計算管路中的液體壓力損失，與此相關的三個力為F1、F2、F3。
F1：泵的工作壓力；F2：管路中的液體壓力損失；F3：噴嘴的噴射壓力。
管路系統中液體壓力損失計算公式如下：
F2=8E■?K
式中：E：藥液的運動粘度（cSt）；Q：流量（L/min）；L：管路長度（m）；D：管路內直徑（L）；K：修正系數
在流體力學中：
當雷諾數Re≤2000時，K=1；
當雷諾數Re≥2000時，K=（Q/ED）34
將E=2.01；Q=3.6（L/min）；L=12（m）；K=1；D=23（L）代入上式，
求出：F2=0.0025（Pa）故可認為對噴嘴的工作壓力影響不大，F1≈F3，可以將泵的最小工作壓力近似看做作用在彈簧上的力，并依此確定彈簧的受力參數。
彈簧有關設計參數的計算與選取（略）。
防滴系統另一個關鍵系數的選取是上壓蓋和四通內芯導流管之間間隙的確定。如將此間隙定義為H，則H取值應小于予緊力S，使彈簧壓縮的高度H∠S，計算過程略。
經計算分析，H的定義域應在〔0.8～2〕L之間，經對比試驗證明，將H的取值設定在1L，它的開啟高度可以滿足噴嘴噴量要求。
3 合理霧化程度對噴嘴要求
3.1藥液霧化程度
藥液協和化程度對噴霧機噴藥質量會產生相當大的影響，同時也是衡量噴霧機各項性能指標的重要因素。
對于噴霧機的霧滴直徑來說，并不是越小越好。它和天氣、噴霧時間、地點、土壤含水率及作物種類等因素有關。對于東北地區來說，春季多風干旱，為了減少藥液漂移，提高噴藥效果，霧滴直徑大些（100um以上）為好。在該機具上采用了噴孔直徑為24L的噴嘴。實踐證明，其工作壓力下的積累率可以達到滿意效果。
噴嘴噴量依據下列公式計算：Q=0.06fcK（2gh）1/2
式中：Q：每噴嘴噴量（L/min）；fc：噴孔截面積（fc=R2Л）；K：流量系數（0.88～0.95，據實測資料統計分析，取值為0.88；g：重力加速度（9.81m/s2）；h：藥液進噴頭壓力（mH2O，取值為10.33×4）
則噴嘴總噴量為：
∑Q=0.06Л×（0.012）2×0.88（2×9.81×10.33×4）12×1000×24=16.314 L/min
每噴嘴噴量為：
Q=16.314/24=0.68 L/min，滿足機具作業噴量要求。
3.2藥液在空氣中的射流分析
藥液在管路中壓力作用下高速射流，破碎的液滴被氣動力加速，霧滴開始破碎，如果我們故意將射流變為湍流或者使它在離開噴嘴前做旋轉運動，顯然就可以使因射流液滴破碎而產生的彌散度大大提高。藥液必于粘性較小的流體，這種射流液滴破碎所得的最終產物是藥液微粒和與藥液稀釋劑一起流動的空氣混合物。為了達到滿意的射流效果，在打藥機噴嘴設計中運用了科爾亭格的渦流理論，優化噴嘴霧化程度。
藥液進入噴嘴中時，在達到噴嘴的狹窄部位之前，就在導流管和壓力作用下做高速旋轉（繞噴嘴縱軸）速度的周向分量隨藥液離軸向距離的減少而增加。當藥液從噴嘴噴出時，呈錐型散開，霧化程度是十分有效的。
結束語
該研究在整機設計中有以下三點創新：
① 在防滴系統結構設計中，利用彈簧的彈性變形原理，合理地解決了機體停止作業時藥泵對藥液所做的無用功，防止藥液局部過量對作物桿株造成的損害。
② 合理地確定了防滴系統上壓蓋與四通內芯（導流管）的間隙，在保證噴嘴噴量基礎上，防滴效果更加可靠。
③ 在防滴系統構件四通內增設內芯（導流管），使藥液混合更加徹底。
參考文獻
1、《農業機械學》下冊（中國農機化院）
2、《化工設備設計手冊》：非金屬防腐材料（化學工業出版社）
3、《機械工程手冊》第二卷第五篇：流體力學（機械工業出版社）
4、《機械工程手冊》第三卷第十六篇：非金屬材料（機械工業出版社）
5、《機械工程手冊》第十一卷第六十五篇：農業機械（機械工業出版社）
