关键功能部件

关键功能部件（精选11篇）

关键功能部件 篇1

摘要：随着我国经济建设的发展, 推动着国内工业建设快速地成长起来。而在工业生产发展中, 数控机床是最为重要的组成部分, 也是决定工业生产质量安全的重要保证。下面, 就一起针对本文所给出的论题对数控机床及其关键部件可靠性进行一个简单的分析与研究。

关键词：数控机床,关键部件,可靠性,研究

随着我国数控机床的发展, 使其已经成为了当今社会工业生产中的重要支撑力量。它的可靠性运行安全是工业生产安全的保证, 也是推动和促进全球经济一体化发展目标实现的必然动力。因此, 目前如何保证数控机床及其关键部件运行的可靠性已经成为了相关部门所最为关注的问题, 也是必须要彻底解决的问题。

1 数控机床

1.1 数控机床的重要性

所谓的数控机床其主要的目的就在于为制造装备用品的企业及制造国防军工用品的企业提供一个基础的工业生产机构, 它是工业以及制造企业的核心力量。因此来说, 数控机床的发展水平高低直接关系着国防安全以及我国经济建设发展的速度。就目前国际整体形势来看, 数控机床运行可靠性安全与否已经成为了衡量一个国家经济发展水平的重要标志之一。尤其是在全球经济一体化的发展背景下, 数控机床以及制造业水平的高低已经成为国防竞争的核心与焦点。也就是说, 要想在国际竞争中占有一定的地位, 数控机床的发展是其重要的保障。

1.2 数控机床的发展水平

另外来说, 随着现代工业的发展, 数控机床在我国的使用量已经越来越多, 并且涉及到了诸多的领域及机构。但同时来讲, 由于我国的数控机床发展较晚, 因此对其运行可靠性管理方面与国外一些发达国家的数控机床可靠性管理之间还是存在着一定的差距的。这主要是因为:首先, 现有的数控机床的可靠性运行水平与国外发达国家所使用的数控机床相比是处于绝对的劣势地位的。其中以高档加工中心的复合数控加工设备来说, 其可靠性运行指标明显低于国外发达国家平均的生产水平。其次, 对于与数控机床设备相配套的其它关键性部件来说, 检测与报警等可靠性装置的水平与国外发达国家的水平相比相差甚远。因此也就是说, 目前我国所使用的数控机床的相关一些配套的关键性部件还都必须依靠于国外发达国家所生产的零部件设备, 从而造成了我国数控机床行业发展较为缓慢的现状, 导致了我国经济发展水平整体下降的局面。

1.3 我国数控机床发展情况

除此之外, 随着我国数控机床的发展, 人们清楚地认识到我国数控机床可靠性与国外发达国家水平之间的差异性。因此在我国十一五期间, 国家已经将数控机床及其关键部件可靠性研究作为了国家发展重点目标来执行, 并纳入了我国经济发展的整体目标中去。同时, 国家还提出:要想我国经济发展水平快速提高, 其首先的一点就是要将数控机床及其关键部件的可靠性研究放于首位, 并且将其列入科技发展中的专项重点内容来执行。另外, 我国在研究数控机床及其关键部件可靠性时, 要充分结合国外的数控机床可靠性分析内容以及国内现有的数控机床及其关键部件可靠性分析报告进行探寻, 并寻找出提高数控机床及其关键部件可靠性的可行性办法及措施, 从而提高数控机床及其关键部件可靠性运行的整体水平。

2 数控机床及其关键部件可靠性研究方法与现状

2.1 数控机床及其关键部件可靠性研究的方式

数控机床及其部件的可靠性研究是一个十分重要的环节, 它是提高数控机床及其关键部件可靠性运行水平的关键, 也是一个促进数控机床及其关键部件质量安全的评定手段。因此可以说, 数控机床及其关键部件可靠性的研究可以充分地表露出产品从设计、制造到装置整体过程中的问题及缺点, 从而为能够更好地设计制造出合格、高质量的产品奠定了一定的基础。另外, 根据对数控机床及其关键部件可靠性研究方法的不同, 可将可靠性研究分为室内可靠性研究与现场跟踪可靠性研究两种方式。所谓的室内可靠性研究主要是指将制造完成的关键部件样品在实验室内利用先进的技术与科技设备进行检测, 以保证关键部件的生成密度、焊接接口、钢度及弹性度等满足数控机床的质量要求。而现场跟踪可靠性研究主要是指在数控机床及其关键部件制造生产过程中, 由专业人员对制造过程及产品的安装等进行监督, 从而保证了数控机床及其关键部件在制造时的质量, 以此来提高其运行时的可靠性。

2.2 数控机床及其关键部件可靠性研究的综合试验法

目前我国所采用的数控机床及其关键部件可靠性研究均是综合试验法。所谓的综合试验法主要是指对数控机床进行模拟式的运行测试。首先, 要根据可靠性研究的内容设置一个综合可靠性研究实验室, 而后根据可靠性研究的产品制定出可行性分析方案, 在得到可靠性分析结果后, 根据这一结果对产品的试验环境、产品的运行条件、失效模式分析、失效数据分析、任务剖面、性能检测等进行周期性的检测。从而为产品的设计与修改提供一个最要的参考依据。另外, 除了要对数控机床及其关键部件进行综合可靠性研究及试验外, 还要对工程制造水平进行检测。也就是说, 主要对工程设计的环境应力要求以及加载能力要求进行测试, 从而对数控机床及其关键部件早期出现的问题和故障进行清除, 以此来保证产品投入运行后要最大可靠性安全保障。最后, 目前在数控机床可靠性研究中, 对统计模型、应力水平、环境应力、加速寿命以及试验顺序的测试及研究是数控机床及其关键部件可靠性研究的重点内容。其中, 在加速寿命可靠性研究中, 主要目的是为了设计出最符合数控机床运行额定应力的最大值以及设计出应力极限值。同时, 在试验中将一台或多台数控机床在一定的环境下加重其承载力, 从而使得出的失效模拟比正常的运行模式下速度快。

2.3 国外的数控机床及其关键部件的可靠性研究

从国外的数控机床及其关键部件的可靠性研究可以看出, 国外最早是将可靠性研究技术应用于电子生产及检验领域中的。直到二十世纪七八十年代, 国外一些较为发达的国家才将可靠性研究应用于数控机床及其关键部件的研究中去。例如:早在1977年, 美国的联合后勤司令总就已经成立较为完善系统化的可靠性研究试验小组, 对国防设备以及机械制造性能质量等进行可靠性的研究, 以便能够发现机械及设备制造中的不足之处并予经修正。同时, 美国可靠性研究小组还制定出了较为科学化、规范化的可靠性研究程度及标准, 并随着时代有发展, 在原有可靠性研究标准及规范的基础之上加以改进, 从而达到可靠性研究的高要求。这也是为什么美国在数控机床及其关键部件可靠性研究领域始终处于世界首位的重要原因之一。

2.4 我国的数控机床及其关键部件的可靠性研究

国的数控机床及其关键部件可靠性研究起步较晚。并且在最初起步时, 由于受国外可靠性研究的影响, 也是将可靠性研究这一技术应用于科技电子产业中。直至70年代后期, 我国才逐渐将可靠性研究应用于对数控机床及其关键部件的质量可靠性研究中。随着我国社会主义的建设与发展, 在现阶段中, 我国对数控机床的可靠性研究还停留在主要针对产品运行时早期的故障检测以及现场跟踪检测的范围中。我国对数控机床及其关键部件的可靠性研究, 其主要目的就是为了能够发出数控机床设备主品早期的不安全因素, 从而便于工作人员及时应对, 并快速制定出解决这一不安全因素的措施与办法。而对数控机床进行现场跟踪检测, 其目的主要是为了通过对现场数据及产品样本的采集, 判断中现场生产作业中的产品故障, 从而为可靠性研究提供准确的数据信息。

3 数控机床可靠性研究

3.1 数控机床传统设计方法与可靠性研究的思想及原理

我国自二十世纪八九十年代开始, 逐渐对重工业中的设备及机械生产的可靠性研究加以重视。并且在经过了三十多年的摸索与探寻中, 我国对数控机床的可靠性研究得到了快速的发展, 并达到了一定的专业化水准。在我国十一五期间, 国家已完全将数控机床的可靠性研究作为了国家重点级研究发展项目来对待, 并要求将其纳入国家整体的经济发展建设的战略目标中去。并通过实践使数控机床可靠性研究取得了较好的成绩与效果。同年, 在十一五期间, 国家所提出的:“高档数控机床与基础制造装备”科技重点项目中就指出, 我国要对数控机床进行大专项的实施计划。从这一点可以看出, 我国对数控机床及其关键部件的可靠性研究、数控机床产品的可靠性质量与不水平等项目内容给予了高度的支持和重视。同时来讲, 在国家各大高校内, 对数控机床的可靠性研究, 数控机床可靠性计算方法、数控机床可靠性评估方法等方面的内容提供了大量的可行性较高的研究方案。

我国科学研究者张新民对目前国内的数控机床传统设计方法与可靠性研究方法进行了思想及原理上的研究与分析。首先是从国防机械设备的工程设备理念入手, 在数控机床所建立的干涉型模拟设备的基础之上, 结合论述了JC法、MONTE-CARLO法等几种国防机械设备的可靠性研究。同时, 国内的另一位科学研究者王元文对多维机械设备运行模式下的可靠性进行了系统性的研究, 同时在研究中对机械设备运行中可能会出现的可靠性问题进行了分析和总结, 并给出了问题的具体解决措施及方案。该方法首先是将多维机械设备的可靠性研究转入了一个求解非线性方程组中, 然后用线性代数的求解方法对靠性数值进行计算, 同时根据数值对一般数控机床设备进行可靠性设计思想及方法的研究和分析, 然后根据对该可靠性数据的分析指出数控机床设计中所存在的不足之处及缺点。这也就是我们常说的这一概念最初的起源之处。另外, 在王元文提出了“剩余可靠度”这一概念后, 利用其可靠度之和建立了级小化目标函数。因此, 也就形成了以可靠性条件及边界条件相约束的数控机床设计可靠性研究数字模型。也因函数的建立编制了计算机应用程序。这也大大方便了人们对数控机床的可靠性设计进行研究, 同时还可以利用实例分析法验证数控机床可靠性研究结果的正确性。

3.2 利用率论的应用以及以统计学理论的数学基础知识进行研究

对数控机床的可靠性研究, 其本身就是一个较为定性的概念, 因此在研究中可以通过对概率论的应用以及以统计学理论的数学基础知识对数控机床的可靠性研究进行量化式的计算。例如:在采用概念计算法对有限元边值进行求解时。首先从数控机床可靠性研究的数据中推导出了许多周期系统参数稳定性与灵活度的可靠性计算公式。同时推算出了这些随机数据参数对数控机床设备运行转数的影响, 从而从根本上避免或解决数控机床运行时可能会出现的可靠性安全总理。另外, 目前国内的各高校也不断地对数控机床的可靠性进行研究与分析。例如:东北大学就对数控机床中的五轴加工中习运动学进行了可靠性研究, 并且在研究中运用蒙特卡洛法判断出五轴加工在数控机床运动中的可靠性数学计算模型。同时, 东北大学通过对数控机床的点估算与跟踪估算验证了运动学可靠性分析研究的效果。这一研究结果大大提高了数控机床的设备加工质量及精准度, 并对延长数控机床工作年限有着十分重要的作用。

4 数控机床关键部件的研究

一般来讲, 数控机床是属于一种全新的具有高技术含量的产业及设备, 而数控机床内的关键部件则是高技术含量设备中的一个独立的单元技术载体。这些关键部件对数控机床的运行稳定性起着至关重要的作用。在数控机床设备中, 其关键部件主要包括了:数据控制系统、主轴单元、滚珠丝杠、直线导轨、NC工作台、伺服电机、刀库及换刀装置、防护装置等。同时来讲, 数控机床关键部件是数控机床设备中最为重要的组成部分, 因此对关键部件的可靠性研究更显其重要性。首先来讲, 关键部件的可靠性研究方法与数控机床的可靠性研究方法有着很大的不同之处, 因此要对关键部件进行研究时是不能够按照数控机床的研究方法来进行的。

目前而言, 我国现存的对数控机床关键部件的可靠性研究主要包括用平均故障间隔法、用平均修复时间法、用固有可用度及精度保持时间法等对关键部件的可行性进行研究。例如:吉林大学的宗立华教授就指出:运用平均故障间隔时间法对数控机床的刀架部件进行可靠性研究, 可以更为全面地对数控刀架的可靠性进行评定。同时, 由于数控机床中刀架故障的产生与其转位时换刀次数及过程有着很大的关联, 但同时, 在刀架工作过程中, 其也不一定是始终保持在转动状态下的。因此, 利用平均故障间隔法根据刀架转动的次数来分析其可靠性, 是较为准确的一种方法。另外, 目前随着科技的发展以及可靠性研究技术的发展, 在对关键部件进行可靠性研究时可以通过计算机软件以及PLC系统对可靠性指标进行控制, 从而实现换刀设备的自我检测功能。最后, 对于数控机床设备中的滚动功能部件的可靠性研究中, 可通过对指标的确定以及验证失效分析等方法, 对关键部件的可靠性进行评定与分析, 从而达到数控机床关键部件功能最优的目的和效果。

5 结语

综上所述可知, 数控机床及其关键部件的可靠性研究对提高数控机床设备的整体运行能力都具有着十分重要的作用。因此, 在进行数控机床及其关键部件右靠性研究时, 要根据其特点及实际的运行规律为出发点, 进行分层次地研究, 从而达到排除预防故障发生, 提高数控机床整体运行能力的最终目的。

参考文献

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[4]葛红玉.数控机床装配可靠性建模及控制技术研究[D].重庆大学, 2012.

关键功能部件 篇2

江苏省首台（套）重大装备及关键部件认定申请报告书（提纲）

一、报告书封面

（一）产品名称

（二）申报类型

（三）申请单位名称（盖章）

（四）法人代表

（五）联系人

（六）联系电话

（七）电子邮箱

二、报告书内容

（一）申请单位的基本情况

（二）申报首台（套）的理由

（三）申报产品的国内外发展现状和趋势

（四）申报产品的技术开发及产业化水平

1、开发背景、人才和技术支撑

2、开发过程及测试、鉴定情况

3、重点关键技术及该技术的突破对推动本行业技术进步的作用和意义

4、产品知识产权权益状况和品牌建设情况

5、产品原理、结构、性能指标等方面与国内外同类产品的比较情况

（五）产品发展前景

1、市场定位

2、供需预测

3、市场份额

4、产品质量和档次

5、竞争优势

（六）产品的经济效益和社会效益情况

零部件核心技术是关键 篇3

虽然中国汽车产销量达到两千多万辆，成为世界第一大国，但不是“强国”，归根结底还是缺乏关键零部件的核心技术。

长久以来，中国的零部件供应企业都处于以低价取胜的状态，虽然成长速度很快，但是产品缺乏核心技术，这就让低价优势难以维持，随时面临着被淘汰或并购的危险。

而且，大部分零部件企业都忽视产业安全，一味的追求短期经济贡献率，这也带来了很多负面效应。

整体来看，我国零部件企业还面临很多生存问题。其中包括：在合资主导下的中国汽车工业，国内零部件企业成长异常艰难；本土零部件尽管价格便宜，但质量不高，不但合资主机厂不用，本土主机厂为追求质量也纷纷抛弃本土零部件企业；开发能力弱、质量低、市场竞争力弱、盈利能力弱、开发投入少、开发能力弱，由此形成了恶性循环，陷入生存困境的同时，还要承受主机厂的挤压；国内零部件厂的产品质量、成本与量产规模、投入规模相互纠结，幼小的零部件企业难以成长，需要扶持。

零部件企业与整车企业之间合作精神差也是制约其发展的因素之一，两者难以形成合力。像日本的爱信、加特可这样有名的变速器供应商，都与丰田、日产等整车企业有着不可分离的股权关系与共同发展背景。而国内的整车与零部件企业的关系则不然，纷纷上马自动变速器，不少大整车厂实际上不愿意支持零部件厂自动变速器的生长，但自己做在成本上又不能达标，质量上也难以与国际公司抗衡，精力负担太大，自动变速器技术的缺失无疑成为整车企业的最大软肋之一。刚刚兴起的专业企业多为民企，优点是体制灵活，但技术与资金都较欠缺，量产迟缓，步履艰难。

认识到了存在的问题，就要有的放矢的解决。

首先，品牌不如国外零部件企业，实质是技术不如人和质量不如人，既然国内零部件企业缺乏核心技术，要主动寻求技术来源，中小企业要与高校、院所形成相互补充的结合体；同时也要积极吸引国外先进技术，并且还能自主发展，合作是要找准对象，知己知彼。既要能获得技术，又要实现可持续的自主发展。

国内零部件企业发展缓慢，20% 的问题出在投入不够，包括政府引导、扶植不够。20% 的问题出在没有找准关键，狠练内功，培养人才不够。60%的问题出在认真程度不够，严谨作风不够；与流程、管理不认真和浮躁风气有关。

总结：

整车企业的合资股比放开固然有点可怕，但更为可怕的是零部件合资股比的放开，而这种放开至今已经有十几年了。所以，自主零部件企业已经在第一次阵地战中伤亡遍地，汽车核心技术赖以生存的载体也被冲击得七零八落。

被国外巨头强压、被国内企业冷落、被国家政策忽视，很多中国自主的汽车零部件企业只能走入低价取胜、夹缝生存的恶性循环，在核心技术方面也是要么买、要么抄袭，这导致很多零部件企业随时面临着被淘汰或并购的危险，更谈不上对核心技术的掌握了。

让人欣慰的是，无论环境多么险恶，依然有一群汽车人勇于尝试，大胆创先，敢于向核心技术叫板。清华大学苏州汽车研究院及其孵化出来的企业只是在摸索中前行的一个案例，还有很多人和他们一样，正在梦想的道路上探索着、坚持着。

关键功能部件 篇4

《 智能制造科技发展“ 十二五”专项规划》 和《 服务机器人科技发展“ 十二五”专项规划》 明确提出“ 十二五”期间我国将把工业、 服务机器人作为战略新兴产业予以重点扶持。从考量一个国家自动化水平的量化指标“ 机器人密度”来看, 目前世界机器人密度的均值为51, 中国仅为15, 日本和韩国分别是中国的20 倍和19 倍, 巨大的差距意味着无限发展潜力和增长空间。 中国工业机器人市场表现强劲, 市场容量不断扩大, 中国已成为世界上机器人需求增长率最高的国家之一, 近年总数达到7 万台左右, 同比大增51%, 而美德等国的增长比例均在40%以下, 预计2016年中国的工业机器人销量将成为全球第一。

研制双臂冗余自由度和智能化的机器人是下一代工业机器人发展的必然趋势, 符合国家及江苏省“ 十二五”关于发展高端工业机器人的规划。双臂机器人本体结构包括机身、腕部、手部机体结构和机械传动系统, 是机器人的支承基础, 决定了机器人工作的平稳性和精确性。 目前与国外企业相比, 我国机器人制造公司在技术上的软肋主要表现在电机技术、加工工艺两方面。 国内机器人的关键零部件如减速机、末端执行器等制造技术不达标, 加工工艺方面的差距在于, 国内厂商的制造工艺、精密加工与热处理工艺、精密装配工艺等不过关, 从而会直接影响工业机器人的控制精度。 都要靠国外进口, 这样也增加了 ( 机器人) 成本, 削弱了价格竞争力。

1 双臂机器人科技创新发展

1.1 双臂机器人本体结构生产

双臂机器人与焊接机器人、装配机器人、喷涂机器人等, 都属于工业机器人范畴。目前, 双臂机器人在国外发展较快, 而国内发展缓慢, 尤其是机器人本体及关键功能部件的结构制造工艺、装配工艺尚未有成熟技术, 严重影响了其产业化应用的潜力。

双臂机器人本体结构轻量化制造对机器人性能影响很大, 进行低成本制造工艺、热处理工艺、精密装配工艺等方面的研究是非常必要的。普通工业机器人, 其本体结构多采用铸铁类材料, 而具有复杂双臂协调功能机器人的本体结构多采用高性能铝硅合金类材料。单件生产时, 采用铸造铝合金, 铸态下材料力学性能低, 抗拉强度在200N/mm2以下, 塑性伸长率在2-6%, 硬度也低于HB60, 不能满足双臂机器人的高速运动工作要求, 再考虑切削加工性, 所以铸铝采用热处理方法提高综合性能。 大量生产时采用挤压、锻压成形。 铝型材热处理是机器人本体结构的主要工艺过程之一。变形铝合金分为热处理不可强化铝合金和热处理可强化铝合金两大类, 主要有: (1) Al-Cu-Mg系 ( 硬铝) ; (2) Al-Cu-Mg-Zn系 ( 超硬铝) ; (3) Al-Cu-Mg-Si系 ( 锻铝) 。 挤压铝型材的热处理方式主要有淬火、自然时效、人工时效、回归处理、退火。

合理选用机器人本体结构件材料不仅可降低机器人的成本价格, 更重要的是可适应机器人的高速化、高载荷化及高精度化, 满足其静力学及动力学特性要求。 只有保证加工精度与装配精度, 才能保证双臂机器人在工业上的使用精确度。 机器人本体样机的制造是一项复杂的过程, 不仅要解决本体样机的设计、关键元器件的选定等各方面内容, 还要根据选定的加工方式制定合理的加工工艺流程, 进行精确的装配, 最后才能得到一个合格的机器人样机进行相关的性能测试。

1.2 双臂机器人机电一体化关节

关节是机器人的核心组成部分, 其性能好坏直接影响机器人的整机性能。机电一体化关节是集机械、电机、减速机、传感器、控制电路等一体化的关键功能部件。可重构模块化设计是发展趋势, 如卡内基梅隆 ( Carnegie Mellon) 大学RMMS、德国SCHUNK公司Power Cube模块, 已形成商业化产品, 包括转动、移动关节、夹持器、连杆等系列模块。

基于模块化设计的关节有PSM关节 ( 图3 ( a) ) , 髋、膝关节一体化Lola关节 ( 图3 ( b) ) , 该关节使用无框架电机、谐波减速器驱动, 结构紧凑, 实现了关节的轻量化。 国内, 哈工大机器人所研制了高集成度空间机械臂模块化关节, 具有高刚度、大负载、高精度的特点, 如图3 ( c) 所示。 目前国产模块化关节在可靠性和散热能力等方面与国外产品还有一定差距, 在双臂机器人的实际应用上还缺乏一种低成本、高精度的紧凑型关节。

智能关节连接器是一体化关节重要组件, 而高精度减速机是机电一体化关节的核心组件 ( 图4) , 常用的是谐波减速机和RV减速机。 谐波减速器结构特点:谐波传动是利用柔性工作构件的弹性变形波进行运动或动力传递的一种新型传动方式。 谐波传动包括3 个基本构件:波发生器、柔轮及刚轮。 3 个构件中可以任意固定一个, 其余为主动和从动, 可以实现增速或减速。 采用谐波减速器能够减小传动机构的体积和重量, 大大减小传动间隙, 提高伺服系统的稳定性和精度。

但是目前谐波减速器齿轮传动技术中还存在一些尚未解决的问题, 例如:谐波传动不适用于小速比的传动, 由于速比过小, 柔轮的径向变形量增大, 容易疲劳破坏;柔轮和波发生器的加工困难;对柔性轴承的材料及制造精度要求较高;杯形柔轮虽然应用广泛但是轴向尺寸大;柔轮在苛刻条件下 ( 如高低温环境) 容易失效。对于谐波齿轮传动在空间环境中的应用来说, 柔轮的轴向尺寸大和柔轮在高低温环境下容易发生强度破坏是两个比较明显的问题。

目前针对柔轮轴向尺寸大的问题, 国外谐波齿轮传动多采用短杯柔轮, 其体积小, 重量轻、承载能力高;而国内的短杯谐波齿轮存在着轴向尺寸大, 承载能力不高的缺点。 国内的短杯谐波技术还处于研发阶段, 没有成熟的产品。国外虽然有短杯柔轮, 但是各国所采用的标准不一致、技术封锁、进口产品价格昂贵。

1.3 末端执行器

机器人末端执行器 ( 机械手的手爪) 种类很多 ( 图5) , 不同零部件有不同的解决方案。对于轻型和中型的零件采用气动的手爪, 对于重型的零件采用液压手爪, 对于精度要求高或复杂的场合采用伺服手爪。

气动手爪精度较低, 可控制性较弱, 不太适用于双臂机器人。欠驱动机构因其出力大、驱动元件少、控制简单而具备优势。 比较适合的结构有加拿大MD ROBOTICS公司的SARAH, 中科院的三指手爪 ( 图6) 。 目前手爪制造材料以铝、钢为常见, 由于大多数产品处于实验阶段, 因此往往对材料部件并不进行热处理, 因此手爪的耐磨性较差, 此外在手爪的连接处大都采用较大的间隙装配, 这种形式导致手爪运动精度很低。因此, 高精度手爪的大规模量产, 需要采用更好的工艺与装配措施。

1.4 双臂机器人装配与精度测试

机器人部件装配是将机器人的各个零部件按规定的合理程序和设计技术要求进行组合, 成为具有合格设计性能的机器人产品。 机械装配保证机器人样机的最终的质量。机器人的装配是整个机器人样机制造过程中的最后环节, 对机器人样机的质量起决定性的作用。 机器人的装配包括零部件装配、质量检验、性能试验、机器人外观表面喷涂和机器人整体包装等工作。

在实际工业生产现场对装配工业机器人的结构要求设计合理、精度高、运行速度高等。机器人误差产生主要由于关节连接间隙导致的误差, 一般采用概率精度分析, Newton-Raphson法。 对双臂机器人来说, 其协同精度也很重要。因此在在机器人本体结构设计过程中进行动态设计及其动态性能分析是十分重要。但由于机器人本体结构复杂, 传动关节多和机电藕合等动态性能参数影响, 在实际研究中, 很难对机器人系统进行准确的理论建模。 而经过精密加工和装配以后, 由于累积误差的要求, 也难以满足机器人的高精度需要。通过尺寸链的分析和实验测试的分析方法可获得准确的机器人对关键部件的的加工精度要求, 这就可以优化机器人本体的加工工艺、进行精确检测, 为机器人本体的的设计提供了重要的技术手段。

2 结语

国内双臂机器人技术研究起步较晚, 进展较慢, 特别在本体结构制造工艺、精密减速器的设计、机电一体化关节研制、多功能双臂机器人的装配工艺与机械精度测试等几方面与国外先进国家相比存在较大的差距。通过拟定科学合理的制造工艺、装配工艺和检测方法, 研制双臂机器人的本体结构及关键功能部件, 是双臂机器人复杂设计的直接验证, 也是规模化工业量产的先决条件。

参考文献

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关键功能部件 篇5

【摘 要】利用UG软件建立双面研磨机的关键部件传动轴的三维CAD模型，并将该模型导入有限元分析软件ANASYS中进行有限元分析，从而优化设计双面研磨机的传动轴。优化最终结果表明传动轴最大应力减小了25.7Mpa，位移最大变形为0.033mm。优化设计的结果能够为此类双面研磨机的改进提供相对应的帮助，具有一定的工程参考价值。

【关键词】双面研磨机；传动轴；ANASYS；优化设计

1.双面研磨机分析部件三维造型

双面研磨机多级齿轮传动系统中的传动轴的装配结构图如图1-1所示，传动轴上端安装有两个齿轮和一个链轮，两齿轮安装在轴肩的上端，中间用套筒连接支撑，传动轴立在平面轴承上，且传动轴低端面与平面轴承的上半部分通过螺钉固定在一起，传动轴的低端安装有两个滚动轴承，滚动轴承和链轮之间通过套筒竖直支撑，传动轴与安装低端的滚动轴承和平面轴承一起被固定在轴承座上，限制了传动轴的上下和左右跳动。

图1-1 传动轴装配结构图

2.有限元优化分析

2.1传动轴有限元分析参数设置

（1）定义单元类型和材料属性

本文选10节点四面体单元PLANE92，因PLANE92单元不需要定义实常数，所以直接忽略实常数的定义。材料的弹性模量EX选择2.02e5、泊松比PRXY选择0.27和密度为7.85e3。

（2）定义边界条件

传动轴上有2个齿轮和一个链轮，在下轴肩出受链轮和轴套支撑，只能绕中心轴旋转。在上轴肩受到两个齿轮和轴套的重量，3个键槽上还有力和扭矩。

2.2传动轴有限元结果分析

传动轴的位移分布，X方向最大位移为0.26mm，处于轴顶端键槽口；Y方向最大位移为0.11mm，也是处于轴顶端键槽口；Z方向最大位移为0.03mm，处于轴端面；总位移最大值为0.281mm，处于键槽口处。可以看出传动轴在上端没有任何固定防护措施的情况下，受到下面切向力和径向力的共同作用，使传动轴受到较大位移变形，长期处于这种工况下，传动轴的疲劳寿命值将大大减小，很可能出现传动轴崩断的现象，这种现象在实际设备的使用中也得到证实，设备使用不到一年就出现了传动轴的崩断现象。所以为了防止传动轴变形位移过大，必须对传动轴上端进行有效的优化设计。

传动轴的应力分布，X方向最大应力为181.802MPa，处于键槽内侧；Y方向最大应力148.794MPa，处于键槽内侧；Z方向最大应力为114.074MPa，处于上轴肩处；等效应力最大应力为206.323MPa，处于键槽内侧。传动轴的应力主要集中在键槽和轴肩处，而键槽内侧应力集中最为明显，虽然小于材料的最大安全许用应力330MPa，但是实际优化空间还是很大，应力主要集中在键槽和轴肩处，对于轴肩处的应力集中，在轴肩处倒一个内凹的圆角，可以有效的去除轴肩处的应力集中，为键槽内侧应力，不能简单的随意的改变加深键槽的深度和增加键槽的长度，因为键槽过甚深或过长将会削减传动轴的整体刚度，所以必须在一定安全范围尺寸内进行选取。

2.3传动轴结构优化

从上文的传动轴静力有限元分析可知，传动轴在初始设计的情况下是不满足设计要求的，传动轴在设备中是竖直放置的，且只有下端与设备固定，所以位移自下至上不断增大，最大出现在顶端。而最大应力主要集中在键槽的内侧。为此传动轴需要进行两方面的优化，传动轴的最大等效应力和最大位移为优化的两个主要的优化目标，优化的目标还包括传动轴的质量。传动轴的优化如下：第一、结构上的优化第二、通过有限元软件对传动轴的键槽进行尺寸优化，降低应力集中。

首先对传动轴键槽尺寸进行优化，键槽的长和深对应力影响最大，所以键槽的长度和深度是优化的两个变量因素，并考虑到键槽过大会降低整个传动轴的刚度，根据刚度条件和键槽配合关系，键槽安全长度的范围为24～26mm，深度的安全范围为6～10mm，传动轴参数化优化的其它基本已知因素，如体积、质量、应力和最大位移都是可以借助上文进行传动轴静力分析模型中直接导出。

（1）第一次结构优化

数据对比如表2-2所示，从表中由列表对比可知优化后应力得到了很大的优化，质量也有所减轻，但是位移却反而增加，还是不能满足设计要求。

表2-2 传动轴优化前后数据对比

（2）第二次结构优化

为了使传动轴不会出现较大位移致使机器工作不稳定，必须对传动轴上端进行结构优化，在传动轴的上端增加一个端盖并且用螺纹固定，上端齿轮同时配合装配设计一个内凸台使传动轴和顶端齿轮固接在一起，可以有效的传递和分散传动轴受到的切向力和径向力，从而降低传动轴的位移。由于该齿轮是配合机器升降，齿宽就是升降行程，啮合齿宽只占齿宽的三分之一，所以中间内凹对齿轮的刚度没什么影响[5]。具体结构优化如图2-3所示。

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图2-3 结构优化对比图

通过两次优化设计，传动轴最大应力和最大位移都完全符合设计要求，从总位移图中可知，最大位移出现在中间齿轮键槽出，因为中间齿轮为驱动齿轮，且传动轴上端没有下端固定稳定，所以得出的结果是符合实际情况的；而从等效应力图中可知，应力集中区域减小，且集中应力值得到降低，键槽的优化效果明显。两次传动轴的优化显著的提高了其性能和稳定性，为工厂的设备改进提供了可靠的理论指导和优化数据。

3.结论

对传动轴参数化优化设计，得出最优的键槽的长和深，并比较传动轴优化前后的应力、位移和质量的变化。从对比结果可知，最大应力减小了25.7Mpa，得到明显的优化，而位移却反而有所增加了0.034mm，此结果并不理想，为此进行结构优化，在轴连接的齿轮上部设置内凹结构，原先在外部固定的轴改为内嵌在齿轮内部，降低轴的左右摆动，对传动轴进行静力学分析，对比优化前后的结果可知，位移降到了0.033mm得到了明显优化，完全符合了设计要求，最大位移出现在键槽内侧，并且最大值远小于初始值，应力分布也得到了一定的优化。通过两次的优化设计，使双面研磨机的传动轴满足了设计和工作要求。

参考文献：

[1]李长河，李晶尧，韩振鲁.精密超精密游离磨料加工技术.青岛理工大学，2012.

[2]詹承先.全自动研磨机的研究和设计.厦门大学，2008.

[3].双面数控高速研磨机计算机控制系统的研制.长春理工大学，2007.

[4]穆雪健，路玮琳，孔艳.2MM8470型精密双面研磨机的研制.精密制造与自动化，2008（04）.

盾构机关键部件快速设计技术研究 篇6

随着我国基础设施的大规模建设以及西部大开发战略的实施,铁路建设、水利建设等工程都将有大量隧道需要建设,因此隧道盾构机的应用也日益广泛。今后10年,我国将建设各类盾构法隧道5000余公里,需要各类盾构机1000台以上,市场规模至少需500亿以上。如此巨大的盾构市场,为国产盾构装备的研制和产业化提供了重要的契机[1,2,3]。

盾构掘进机结构复杂、自动化程度高,而且常常根据不同的要求进行专门设计制造,周期较长[4]。因此只有提高其设计制造的效率和质量,才能快速满足市场不断变化的需求,使企业的在激烈市场竞争中占得先机[5,6]。国内盾构机开发过程中,各个模块一般情况下是单独进行设计的,最后统一集成、调试。其设计质量主要是由设计人员及设计团队的水平决定的,故技术人员或制造人员本身知识的局限性,以及新进人员的业务水平问题,会直接影响到盾构的设计周期和质量[7,8]。

本文基于盾构机设计制造和施工的实际情况,提出了一种适于盾构机刀盘及其驱动的快速设计方法。在交互的环境中,结合盾构机设计和施工中的经验知识,快速实现盾构虚拟样机的设计,并对不同的刀盘及其驱动结构进行力学分析计算,选择出合理的结构。

1 技术架构

盾构机关键部件主要包括刀盘和刀盘驱动装置。刀盘由刀盘架和仿形刀、弯刀、刮刀等刀具组成,刀具和土层直接接触,刀具的布局及刀盘架的形状直接关系到土层的切削效率。刀盘驱动结构相对复杂,包括人行闸、动力箱、传力环、轴承、中心回转接头等部件,如图1所示。

针对刀盘及其驱动的结构和工作原理,建立了交互设计环境,整体结构框架如图2所示。设计单元主要完成刀盘及其驱动虚拟样机的建立,包括零部件三维CAD模型及其参数化;分析优化单元结合施工经验对相应部件的强度和疲劳等进行有限元分析。虚拟操作部分主要包括盾构机虚拟工作环境的建立、设备操作的虚拟设计等。信息模块包括专家数据库、三维模型库、设计经验数据库、加工经验数据库和施工经验数据库等。管理模块包括账户的管理、设备的信息、客户的信息及反馈等。

2 虚拟样机及数字化分析

在交互环境中,首先根据设计经验建立关键零件的常规三维模型,如刀盘架、刀具、人行闸、动力箱、传力环、轴承、中心回转接头等,并在此基础上生成刀盘及其驱动虚拟样机,使其反映实际物理样机的特性,包括外观、空间关系以及运动学和动力学特性。并可进行三维可视化处理,同时模拟在真实环境下系统的运动和动力特性,并根据仿真结果对样机进行初步优化。构建各零部件及整机模型的尺寸驱动关系,便于设计过程中的修改以及后续改型工作。

盾构推进时,其前端刀盘旋转掘削地层土体。刀盘受到挖掘土体的反作用力,同时盾构也承受来自地层的压力。盾构施工接触到的土体有砂土、粉土、黏土等。不同的土体,需要不同的刀具,而且挖掘力不同。在设计时,需要根据不同的工作环境和受力状态,建立不同的力学模型,对各关键部件进行相关分析,如刀具的切削效率和寿命分析、刀盘及刀盘驱动各零部件的性能分析、刀盘及其刀盘驱动总体性能分析,并根据分析结果判断其机械性能和总体性能是否满足设计要求,并根据分析结果对数字样机进行修改和优化,从而建立最优的样机结构。

盾构机的结构非常复杂,在进行数字分析时要对模型进行相应的简化处理。而在对关键零件进行分析时,为了在保证计算结果的前提下提高运算效率,需将与之接触的零部件进行适当简化。例如在对刀盘驱动中的牛腿进行设计分析时,将其他部件如刀盘及传力环等部件简化处理,删除一些细节结构,如小孔、小倒角等,以提高计算效率,如图3所示。

盾构工作时有两种极限工况,一种是2/3推力加载,一种是1/3堵转加载。在第一种工况下,加载在整个刀盘盘面上的推力为30MN,扭矩值为5669kN·m。图4所示为在该极限工况下两种不同结构的牛腿所受最大应力的比较(由于对称关系,可取1/4模型),可以看出图4b的所受应力最小,且满足强度设计要求,可以确定图4b为合理结构。

3 刀盘及其驱动的交互设计

刀盘及其驱动装置主要是在经验数据的基础上进行设计的,同时需要相应的分析计算。相关经验数据存储于系统的数据库中,主要包括根据刀盘及驱动实验数据建立的实验数据库、根据现场施工及维护数据建立的施工经验数据库、根据设计经验积累的设计经验数据库以及原先设计的各种类型的刀盘和刀盘驱动的模型数据库。采用SQL Sever作为数据库的建立平台,保证了系统各模块之间的数据充分共享。对于大量的数据,建立统一的数据标准,利用XML技术或文本等技术,对源数据和目的数据进行统一转化。同时综合各类数据库信息,通过数据的分析和计算,提供当前环境的设计参考数据。

交互设计是为了提高设计的效率和质量,因此需要建立刀盘及其驱动标准化的设计流程,从模型建立、数字化分析、模型优化到加工代码或图纸的输出,都有交互的设计指导。技术人员在进行相关设计时,产生实时交互的指导场景,使系统作为一个全天候的盾构设计专家进行直接指导。在降低设计人员的劳动强度的同时,使设计质量和效率受人为技术因素的影响降到最低。交互操作过程如图5所示。

4 操控界面虚拟设计

根据设计的刀盘及其驱动装置虚拟模型,结合盾构机整机,设计操控界面的布局,包括触摸按钮、监控界面及实际按钮,如图6所示。为各按钮、开关和虚拟模型建立联系,触发按钮时,盾构机样机会产生相应的动作,从而可以对盾构机结构进行干涉检查,如图7所示。

5 结束语

根据国产盾构机的设计现状,提出了盾构机刀盘及其驱动的快速设计技术,从零部件的参数化设计、有限元分析到部件的功能分析,最终设计出适于所挖掘土质的最优的刀盘及其驱动装置结构。同时建立盾构操作的虚拟工作场景,通过虚拟操控,对盾构机各部分运动进行干涉检查,设计效率可以提高30%以上。

参考文献

[1]朱合华,徐前卫,廖少明,等.土压平衡盾构施工的顶进推力模型试验研究[J].岩土力学,2007,28(8):1587-1594.

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[3]黄宏伟,闰玉茹,胡群芳.复合式土压平衡盾构刀盘失效风险分析[J].岩土力学,2009,30(8):2324-2330.

[4]陈小雄.现代隧道工程理论与隧道施工[M].成都:西南交通大学出版社,2006.

[5]Zhao Jian,Gong Qiuming,Eisensten Z.Tunnelling Through a Frequently Changing and Mixed Ground:A Case History in Singapore[J].Tunnel-ling and Underground Space Technology,2007,22(4):388-400.

[6]Cho J W,Jeon S,Yu S H,et al.Optimum Spacing of TBM Disc Cutters:A Numerical Simulation Using the Three-dimensional Dynamic Fracturing Meth-od[J].Tunnelling and Underground Space Technol-ogy,2010,25(3):230-244.

[7]Nilsen B,Dahl F,Holzhauser J,et al.Abrasivity of Soils in TBM Tunneling[J].Tunnels&TunnellingInternational,2006(3):36-38.

喷射制冷系统关键部件的数值分析 篇7

喷射器是利用流体传递质量和能量的设备,由于其结构简单、无运动部件、性能可靠、运行经济、维修方便等诸多优点,在制冷领域有很多应用。尽管喷射器效率较低,但其可与太阳能相结合,可有效降低使用常规机械压缩制冷设备带来的电力消耗,进而减少资源的消耗和环境污染。因此随着太阳能的利用开发、制冷技术的发展,以及人们对于环境保护意识的增强,国内外学者针对喷射式制冷技术的研究开展了大量的工作[1,2,3,4]。

作为喷射制冷系统的核心部件,喷射器内部流场复杂,且实验观测难度较大[5]。计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)不仅能描绘大致的流场状态,还能提供一些实验不能或者很难测定的信息[6,7,8]。本文利用FLUENT软件,对喷射器的内部流场进行数值模拟,分析可调喷嘴的喷射器与传统喷射器的热力参数关系,探讨喷嘴结构调节对设备运行的影响,以期更好地服务于喷射制冷系统,实现制冷剂变流量调节。

1 数学模型

为简化计算,将引射流体的侧向入口简化成轴向环形入口,忽略横向进入喷射器的流体对引射室内流动的扰动,从而喷射器内的流动过程简化为二维流动。采用二阶精度的有限容积法(FVM)离散控制方程,RNG k-ε模型模拟流动中的湍流现象[9],近壁面处使用壁面函数修正法对超音速混合过程进行数值模拟。采用分块结构化网格,保证网格的连续性,以准确捕捉流体流动过程中参数的变化规律。

可调式喷射器及喷嘴简局部计算的几何尺寸和网格示意图如图1所示。喷射器结构通常分为喷嘴、混合段和扩散段。假设固体壁面绝热、无滑移,工质采用水蒸气真实物性。

2 计算结果分析

2.1 可调式与固定结构喷射器的流场对比

在此对比计算中,采用相同的入口边界条件,工作流体压力为0.3MPa,引射流体压力为0.08MPa,壁面(包括喷嘴内外侧壁面、整个喷射器内壁)假设速度为零,出口流体压力为0.22MPa。

可调式喷射器与固定结构喷射器在几何轴线上压力的比较如图2所示。在相同的入口条件下,可调式喷射器与固定结构喷射器的沿轴线压力变化趋势相似,但可调式喷射器的压力值较低。

固定结构喷射器的工作蒸汽流出喷嘴喉口(x=120mm处),由于喷嘴的扩散作用轴线上的压力开始显著降低直至75kPa(x=171mm处),形成的真空吸入引射蒸汽。受引射蒸汽与工作蒸汽在混合室混合的影响,轴线压力在203mm处降至最低的55kPa,而后呈线性增加,直至混合室出口(x=363mm处)的100kPa。混合流体进入扩压室,受截面积增大的影响,轴线压力增加呈二次曲线形式,压力恢复的速度明显快于混合室。出口压力为0.24MPa,喷射系数0.21。

由于可调式喷射器的几何轴线在0～150mm是调节锥,所以压力分布从150mm以后开始。调节锥的存在使工作蒸汽在喷嘴出口形成的真空度更大,在195mm处压力降至最低值26kPa,比固定结构喷射器的最小值低65.3%。更大的真空度有利于引射流体的吸入,但同时需要注意,调节锥的存在减小了喷嘴喉口截面积,也减少了工作流体的流量。在相同的工况下,可调式喷射器的出口压力为0.21MPa,升压作用不如固定结构喷射器明显,但有较高的喷射系数0.31。

可调式喷射器与固定结构喷射器在几何轴线上流体速度的比较如图3所示。在相同的入口条件下,可调式喷射器与固定结构喷射器的沿轴线速度变化趋势相似,但可调式喷射器的速度值较高。

固定结构喷射器的工作蒸汽受缩放喷嘴形状的影响,在120mm处(对应图2中的压力陡降)开始急剧加速达到超音速,最大速度达627m/s。加速过程中产生的速度波动,可能与工作蒸汽同引射蒸汽在轴线附近混合产生的扰动有关。混合流体在混合室内流动趋于平缓,速度降低但不明显。混合流体进入扩压室,轴线上的流体速度下降比较明显,从600m/s降至出口处的216m/s。

由于调节锥的存在,可调式喷射器的轴线速度分布也是从150mm处开始。调节锥使工作蒸汽在喷嘴出口的速度更高,在195mm处达到最大值649m/s,比固定结构喷射器的最大值提高3.5%。与固定结构喷射器相比,混合流体在混合室内流体流动趋势基本相似,只是速度稍高;在扩压室速度降低得更为明显,出口流速229m/s,略高于固定结构喷射器。

2.2 可调式喷射器调节锥不同位置的流场对比

取两个典型位置:x1—调节锥进入喷嘴,顶端处在喷嘴出口截面上,喷嘴截面积为64mm2;x2—调节锥尚未进入喷嘴,顶端处在喷嘴喉口截面上,喷嘴截面积为59mm2。在变化过程中喷嘴出口截面积始终保持71mm2。

可调式喷射器的调节锥在不同位置时的轴线压力如图4所示。

从图4中可看出,调节锥进入喷嘴,即在x1位置,起始点的轴线压力低于x2,这是由于x1的调节锥位置影响了工作蒸汽在缩放喷嘴内部的膨胀。x1位置的喷嘴出口轴线压力可达更低,为30kPa,低于x2位置最低压力22%,且轴线附近的流体流动更趋平缓。调节锥不进入喷嘴时,即在x2位置,喷嘴出口的轴线压力有波动,表示轴线附近的流体有少许扰动。

在混合室内,x1、x2对应的混合流体轴线压力的升高趋势大致相同,只是由于x1位置的初始压力较低,所以对应的轴线压力升高更快。二者在扩压室内的轴线压力状况更加相似,出口压力都是0.21MPa。

可调式喷射器的调节锥在不同位置时的轴线速度如图5所示。从图5中可看出,x1、x2位置对应的初始速度相差很小。在喷嘴部分的加速过程中,二者的趋势也基本相同。区别在于,调节锥在x1位置的加速更线性,最高速度643m/s,而x2位置对应的轴线速度出现稍许波动,可能是受到流体混合的影响,最大速度637m/s。

在混合室内,x1、x2对应的混合流体轴线速度的降低趋势大致相同,由于混合室的横截面积不发生变化,流体速度主要受边界层影响,所以流速损失不大。二者在扩压室内的轴线压力状况也基本相似,只是x1位置对应的出口流速更低,为213m/s。

由图4、图5可知,调节锥的位置对可调式喷射器的流场的整体影响不很明显,但与x2位置相比,调节锥的轴向进入喷嘴,提高喷嘴出口处流体的轴线速度0.1%,减弱流体混合的扰动,降低喷射器出口轴线流速8.9%。

3 结论

应用CFD方法计算可调式喷射器的流场,结果显示:

1) 在相同的入口条件下,相比于固定结构喷射器,可调式喷射器在喷嘴出口处的速度提高3.5%,真空度提高65.3%,喷射系数提高47.6%,但升压作用减弱,工作流体的流量减少。

2) 调节锥进入喷嘴可达到更低的轴线压力,提高喷嘴出口流体的轴线速度,减弱流体混合的扰动,降低喷射器出口轴线流速8.9%。

参考文献

[1]SUN DW.Solar powered combined ejector-vapour com-pression cycle for air conditioning and refrigeration[J].Energy Conversion Management,1997,38(5):479-491.

[2]陈雪松,刘征,张琨,等.蒸汽喷射器在节能应用中的性能分析[J].节能,2011,30(7、8):135-137.

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汽车关键部件故障的相关性讨论 篇8

1 我国汽车市场的现状

截止到目前, 我国已经从汽车爆发式增长平稳过渡到了稳步上升阶段, 再加上各地政府关于汽车政策的出台, 使得许多地区的汽车市场都经历了一次“严冬”, 但这真的是中国汽车市场的终点站吗, 答案是否定的, 这只是汽车市场回暖的再一次蓄力, 当其再次大幅度前进时必将是一次“绿色”的反弹, 下面来开一些数据, 我国的单乘用车销量从126.6万辆增至1375.8万辆, 只用了10年的时间 (2001~2010) , 其年平均均增长率为30.4%, 截止到2013年底我国的汽车市场走势平稳, 同比增长速度有所减缓, 这与政府出台的政策有很大关系, 在“2014年全球汽车及零部件企业高峰论坛”中“节能、环保、智能化中国汽车业发展前瞻”为主题, 说明中国汽车市场的天秤在逐渐向未来的更新技术倾斜, 但值得注意的是, 在这快速增长的10几年中, 积累下来的汽车保有量还是一个比较棘手的问题, 尤其是在关于报废年限的新规出台后, 许多老旧故障车型依然在马路上驰骋, 虽然其在年检中可以通过, 但是根据实际理论老旧车型所产生的尾气有害气体 (氮氧化物NOx、碳氢化合物HC、一氧化碳CO和颗粒物PM等) 比新车产生的更多, 所以最大程度的减少这些车量的污染物排放已经迫在眉睫。

2 我国汽车维修市场的现状

我国的汽车维修市场, 由于汽车保有量不高最开始还仅仅维持在公用车辆维修单位, 但随着我国经济水平的逐步提升, 像4S店和二三类维修厂这样的专业性营业性更强个体维修单位, 在2011年后如雨后春笋般蓬勃发展起来, 从而形成了一套非常具体的行业规范流程, 尤其是在2008年左右, 各大品牌在大中型城市的跑马圈地更让, 这一行业中的工作成为炙手可热的新兴职位, 其中最具代表性的就是, 汽车维修工, 在4S店中的汽车维修, 主要分为保养维修和故障维修, 在以工作效率与服务意识为中心的4S店里, 其主要工作内容就是更换新的零部件, 尤其是保养维修, 工作经验丰富的技师一般在10~20分钟即可完成保养工作, 而负责故障维修的维修技师通常也是在得知故障点所在处后直接更换新的部件, 以完成工作。综上所述, 我国目前的汽车维修市场上维修单位良莠不齐, 价格管理混乱, 人员素质不高, 虽然许多大中专院校开设了相关课程, 但所学内容基本无法跟随上科技的脚步。而本文下面提出的汽车关键部件故障的相关维修案例, 总和了目前汽车节能标准的维修方向和维修的实际内容, 希望是对汽车维修关键部件打开的一点思路。

3 维修案例

现代汽车工业人类对于机械与电子科技结合的产物, 其中每一项局部设计都经过了计算与试验, 所以其复杂程度一般人恐怕很难想象, 在长期的经过油的、电、气候以及颠簸的情况下, 产生故障在所难免, 但其中的可修复故障与不可修复故障, 都必须经过人工检测与修正, 其这些故障大致可以分为, 致命故障:其特点是车辆无法行驶总成部件形成了严重损坏, 造成严重的经济损失;停驶故障:这类故障一般是由于内部老化或质量问题造成的车辆无法继续行驶, 重者需更换部件, 轻者需重新调整;轻微故障:此故障就是在车辆的某些部分, 出现了和原理有明显区别的故障条件, 其并不影响行驶, 但会导致在驾驶过程中出现, 显示不正常, 阻碍驾驶等情况。下面来看一个关于三元催化器的维修案例。

(1) 故障车型:雪佛兰科鲁兹1.6 T。

(2) 故障名称:车辆加速不力, 出现限速。

(3) 故障现象:车辆在低速行驶中无故障, 在超过120 km/h后出现加速迟钝, 而且最高车速不能达到160 km/h。

(4) 故障排除分析描述:此故障出现之后在修理厂中通过更换换过空气流量传感器、汽油滤清器、喷油器、节气门、电动燃油泵、空气滤清器等关键部件, 故障未能排除, 最后通过故障阅读仪对其发动机进行检查, 读取故障码表示:涡轮增压系统中进气增压的压力控制值未达到极限。鉴于此情况, 首先对燃油压力表进行检查, 怠速与急加速时压力分别为, 350 k Pa和400 k Pa, 燃油系统压力正常。此时可以确定, 故障出现在了涡轮增压器、增压压力传感器、涡轮增压空气再循环电磁阀和中冷器上, 并逐项排除检查, 车辆总公里数不超过10万公里, 涡轮增压器的故障可能性不大, 对涡轮增压空气再循环电磁阀进行通电检查, 其工作时出现的声音与正常状态无异, 这部分故障排除, 更换中冷器后, 故障依旧, 说明中冷器无异常, 通过之前的故障仪读取的数据, 证明了增压压力传感器的压力也为正常。最后在经过与车主交涉后得知l缸和4缸的点火线圈曾出现过损坏, 于是有可能导致有没有完全燃烧的汽油冲入了三元催化器, 拆下三元催化器检查发现了, 问题所在其内部有轻度烧灼现象, 更换三元催化器后故障排除。

(5) 故障总结:车辆在长期高速下行驶中点火线圈损坏后, 未能及时拔下相应气缸喷油器线束侧连接器, 导致未燃尽汽油进入三元催化器, 从而致使排气不畅, 排气压力不足, 无法高速行驶。

4 结语

我国的汽车事业发展在与环境出现冲突的情况下, 人们应该果断选择后者, 在以后的发展中如何进行更加环保的能源科技是重中之重, 本文对于今后汽油汽车的研究方向提供了借鉴意义。

参考文献

[1]蔡军.汽车关键部件故障的相关性分析[D].山东大学, 2011.

政府投资应向关键零部件倾斜 篇9

李大开坦言.在我国汽车工业发展史上,国家投资往往向整车制造企业倾斜,而忽视了零部件企业的发展;反观国外,恰恰是先进零部件企业的崛起造就了其领先的汽车工业。

谈及如何支持我国优势汽车零部件企业的发展.李大开认为,减免税收、提供优惠贷款或贴息贷款以及减免进口关税等措施都是行之有效的。

要做强做大优势零部件企业

李大开表示,近年来,我国汽车工业与欧美等发达国家的差距在逐渐缩小,但在产品先进性、资源消耗等方面依然落后,同时我国汽车零部件产业的集中度较低。

据统计.2008年我国注册零部件企业超过1万家,但企业规模普遍偏小。在欧美等发达国家,年产销超过百亿美元的公司不在少数,而2008年我国年销售收入达到10亿美元的企业共有6家,达到5000万美元的也不过50家。

针对上述问题,国务院日前发布的《汽车产业调整振兴规划》(以下简称《规划》)提出,要支持汽车零部件企业通过兼并重组扩大规模,这在业界引起了强烈反响。

在李大开看来,国家鼓励汽车零部件企业兼并重组的最终目标是做强做大优势企业。

"温总理在政府工作报告中特别提到,要做强做大装备制造业。"李大开坦言,从"做大做强"到"做强做大"提法的转变,充分表明国家并不希望企业大而不强。

在李大开眼中.企业做强必须具备如下四个衡量标准:一是自主创新和研发能力强。正是由于我国缺乏关键零部件的核心技术,导致国内汽车企业长期受制于人,其大部分利润被外国企业攫取:二是制造能力强;三是资金能力强,包括融资能力强、资产负债率低、资本情况健康等方面;四是管理能力强。

李大开强调,企业实施兼并重组的前提条件有两个:一是这完全属于企业自主、自愿行为;二是在练好内功的基础上方可考虑进行企业之间的兼并重组。

国家专项资金不能“撒胡椒面”

李大开认为,国家投资4万亿元扩大内需的经济刺激计划对汽车工业来说是一个福音。今后,国家加大高速公路、高速铁路和机场等基础设施建设力度,必将拉动重型卡车及其零部件产业的快速发展。

《规划》也提到.今后三年内中央将安排1 00亿元专项资金.重点支持企业技术创新.技术改造和新能源汽车及零部件的发展。这一积极的政策信号.显示了国家对汽车零部件产业未来发展的重视程度。

"但是我更希望这项扶持政策能够落到实处,最后真正落实到企业,具体到产品,并且是切实可行的。"李大开表示,国家对汽车行业的扶持资金不能"撒胡椒面",而要专攻其长.真正解决行业自身存在的问题。

对于这百亿元扶持资金的具体投向,李大开认为,首先.国家应当加大对汽车零部件基础工业的倾斜力度;其次,应对汽车行业的重点企业和优势企业给予重点扶持,以发挥他们的骨干带头和示范作用。

关键功能部件 篇10

【关键词】往复式压缩机；故障诊断；关键部件；失效

0.前言

往复式压缩机是一种工业生产中使用的通用的机械，广泛的应用于我国的工业事业中。由于往复式的压缩机零部件较多、结构比较复杂并且运动形式也不相同，因此增加了发生故障的几率。在现实中难以找到一个综合性强的检测指标，进行监测压缩机的使用性能。需要严格的分析在往复式压缩机使用中出现的故障的原因，以故障产生的具体的表现形式，之后选择科学的、合理的手段做好对零部件的检测和监测。下面分析其中的关键问题。

1.往复式压缩机故障诊断

1.1机械故障及其机理

1.1.1活塞组件的损坏

在往复式压缩机中比较常见的故障有活塞组件的损坏，对于出现这种故障的主要原因是：①活塞组件的制造不够精良，活塞环的质量差。其中的活塞环的硬度不够均匀或者硬度不合格，经常会引起整个活塞的断裂或者磨损，活塞环的几何精度将会严重的影响到活塞的使用寿命和密封度。②活塞的组件的装配不正确，如果气缸中心线出现水平上的误差，或者润滑道内圈中心上的角度误差和水平误差比较大时，活塞在气缸中的位置不正确。

1.1.2活塞杆的断裂

其中往复式压缩机出现故障的重大的原因有活塞杆的断裂故障，会引起重大的事故的几率比较高。活塞杆的断裂不仅能够损坏活塞的本身，还会使整个机器组件中其他的零部件出现连锁型的破坏，同时还能够引发严重的爆炸事件，造成重大的人员伤亡。并且在6M25的压缩机上面，活塞杆的断裂经常出现在第一二级上面，出现的主要原因是在交变力作用之下长期的疲惫导致断裂，其次还主要是受到长期气体的腐蚀和受到活塞杆的综合机械的性能的长期所致，这些都严重导致往复式压缩机出现活塞杆的突然断裂，出现故障。

1.1.3气阀的损坏

其中的6M25式的往复式压缩机的气阀阀片主要使用的是环片阀结构，它是压缩机主要的零件，但同时又很容易出现损坏，主要的故障是气阀的断裂、磨损和弹簧的失效。其出现问题的主要原因是：①阀导面的磨损使得阀片不能够正常的工作。②密封面出现磨损，升程比较大。③混入的泠凝水或者吸入的杂物出现腐蚀。④弹簧的弹力不够匹配，主要是因为6M25往复式的压缩机总共六级气缸，每一级的压力不同，压力范围比较广，根据不同的气体承受的压力状况，压缩机需要产生适应气体的气流速度，在运行过程当中，经常由于出现工程情况的变化，或者在更换零件的过程中出现失误，使得实际的参数发生变化，影响使用。

1.2热力故障及其机理

1.2.1排气量低

对于6M25往复式压缩机来说，由于它的结构比较复杂，并且是多级的，因此这种压缩机经常会出现故障。其中影响压缩机出现排气量不足的原因主要有：①活塞环出现严重的问题，比如活塞环由于润滑油的质量不好，缸内的温度比较高，这样不但会影响气压，还会影响气量。②压缩机的排气量的温度比较高，气缸的温度也很高导致的。③滑油量不充足，润滑油量不够充足，降低了机器的气密性，引发泄露现象。④填料漏气，活塞杆和填料出现磨损，引起了泄露。⑤排气和吸气阀出现了问题，在阀片和阀座之间存在异物造成了没有严实的关闭，引发了漏气。⑥级压缩机级之间管道的连接处不正常。

1.2.2气缸吸排气温度不正常

6M25压缩机的六级气缸的进气的温度都在50℃之下，排气的温度则需要在120℃之上，但是在实际的生产中经常会出现吸气和排气温度的异常，主要的原因有：①因一级吸气阀不良产生了逆流，一级的吸气管路进行加热，出现一级的吸气温度的异常升高。②因为前一级的吸排气阀的不良产生了逆流，导致级间的气压下降，次级的吸气阀不好使得级之间的气压升高，连接管路的阻力很大，会出现排气的温度异常的升高。③中间级间的排气阀不好产生的逆流，以及在前一级的冷却下降低了效率，使得中间级的吸气温度不正常的升高。④次一级吸气之前由于向机器之外泄露，使得排气的压力下降，出现了中间级的排气温度的异常。⑤阀关闭不严，或者阀片的安装不良、变形损坏等问题引起了吸气和排气温度异常。

1.2.3排气的温度过高

压缩机在正常的工作的时候，会不断的将气体压缩从而产生大量的热量。热量其中的一部分被冷水带走，而另一部分则能够加热活塞和气缸这些零部件。气缸过热产生的主要原因受到了进入的气体的温度的严重影响，由于机器使用的时间比较长久，使得压缩指数和压缩比的变化直接的影响到了压缩机的排气的温度。其中导致排气温度不断上升的原因有：①水垢过于厚。②冷却水的供应不足，同时水温又比较高。③各级之间的冷却效果不好，导致吸气的温度不断升高。④活塞和活塞环出现严重的故障，气缸和十字滑头的滑道不同心，或者出现气缸润滑的故障问题，引起很大的摩擦，产生较多的热量。

2.结束语

综上所述，随着国民经济的飞速发展，工业水平不断进步，促进了压缩机的发展和进步。本文通过简要的分析了压缩机发展的趋势和现状，分析往复式压缩机在使用过程中出现的故障进行诊断，找出出现故障的原因，以求更好的解决故障问题。今后逐渐朝着全方面的方向发展，注重对压缩机多种故障进行研究，使用先进的科学技术，优化压缩机的部件结构，从而提高整个压缩机的性能。 [科]

【参考文献】

[1]张来斌，陈敬龙.基于混沌理论的往复式压缩机故障诊断[J].中国石油大学学报（自然科学版），2012（1）.

[2]周燕峰，马孝，江苑宇.基于信号时频熵的往复式压缩机故障诊断[J].机床与液压，2006（10）.

[3]姚利斌.基于小波包分析的往复式压缩机故障诊断[J].中国设备工程，2006（2）.

关键功能部件 篇11

液压绞车是引进意大利技术, 并作为进一步改进的新颖产品。该产品拉力为5~3 500 k N, 规格齐全, 品种多样。其结构主要由液压马达 (低速或高速马达) 、液压常闭多片式制动器、行星齿轮箱、离合器 (选配) 、卷筒、支撑轴、机架、压绳器 (选配) 等组成。液压马达具有很高的机械效率, 起动扭矩大, 并可根据工况要求带不同的配流器, 还可根据用户需要设计阀组直接集成于马达配油器上, 如带平衡阀、过载阀、高压梭阀、调速换向阀或其他性能的阀组, 制动器、行星齿轮箱等直接安装于卷筒内, 卷筒、支撑轴、机架根据力学要求设计, 整体结构简洁合理并具有足够的强度和刚性。因而该系列绞车在结构上具有紧凑、体积小、重量轻、外形美观等特点, 在性能上则具有安全性好、效率高、起动扭矩大、低速稳定性好、噪音小、操作可靠等特点[1,2]。

值得一提的是, 液压马达高的容积效率和美国SUN公司优质的平衡阀解决了一般绞车都存在的二次下滑和空钩抖动现象, 使得该系列液压绞车的提升、下放和制动过程平稳, 带离合器的绞车还可实现自由下放。安装于配流盘上的集成阀组则有效地简化了用户的液压系统。由于该系列绞车具备上述优点, 故广泛应用于船舶、铁路、工程机械、石油、地质勘探、冶金等行业, 其优良性能得到了用户的认可。

图1是液压绞车机构简图。由图可知, 液压绞车主要由液压马达1、制动器2、行星减速器3、卷筒4和机架5等组成。其中, 卷筒是液压绞车动力传递的关键部件[3,4,5]。

1—液压马达2—制动器3—行星减速器4—卷筒5—机架

本文采用Pro/ENGINEER软件建立液压绞车关键零部件三维实体模型, 并对主要受力部件——卷筒进行有限元分析, 以便掌握其应力分布状态, 为优化设计提供一定的理论支持。

1 三维建模软件介绍

Pro/ENGINEER操作软件是美国参数技术公司 (PTC) 旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件[6]。Pro/ENGINEER软件以参数化著称, 是参数化技术的最早应用者, 在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位, Pro/ENGINEER软件作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一, 特别是在国内产品设计领域占据重要位置。

Pro/ENGINEER采用了模块方式, 可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等, 保证用户可以按照自己的需要选择使用。

2 关键零部件建模过程

在Pro/ENGINEER中对液压绞车关键零部件进行建模, 主要使用的命令有:拉伸、旋转、剪切、扫描等。由于篇幅的限制, 本文省略了其建模过程, 仅给出建模结果。建模的零部件主要有:图2机架、图3卷筒、图4~6传动齿轮系统等。

3 卷筒的有限元模型与参数

由于卷筒是液压绞车的主要受力部件, 下面主要对卷筒进行受力分析, 根据模型的对称性特点, 仅建立1/2的卷筒模型, 同时为了加载的方便, 在受力分析时, 省略了卷筒表面的绳槽。卷筒的基本参数如下:

卷筒最小外径:D0=450 mm;

卷筒结构外径:D1=550 mm;

卷筒宽度:B=450 mm;

筒体厚度:δ=15 mm;

筒侧板厚度:t=15 mm;

钢丝绳直径:d=18 mm;

一层的圈数:z=25;

钢丝绳最大静拉力:T=50 000 N。

4 卷筒有限元模型的求解

模型建成之后, 选用Pro/MECHANICA来对卷筒进行强度分析, 可以实现和Pro/ENGINEER的完全无缝集成。Pro/MECHANICA STRUCTURE模块可以进行零件和装配模型的结构和优化分析。

4.1 材料属性

材料:ZG310-570;

弹性模量:185 GPa;

泊松比为:0.3;

密度:7.85×10-6kg/mm3;

屈服极限:310 MPa。

4.2 网格划分

使用Auto GEM来进行网格划分, 并在其设置选项中选择Tetra四面体单元类型及设定网格的各种参数, 划分的四面体单元20 492个。

4.3 约束与载荷

在卷筒与轴承的配合处选择全约束, 在对称面上选择圆周对称约束。施加的面载荷按下式进行计算:

5 有限元模型结果分析

图7为卷筒的应力云图, 从两个视角可以看出, 卷筒中部承受了较大的钢丝绳径向压力载荷, 最大应力达235 MPa, 从中部往两边逐渐减小, 由于在筒壁与侧边连接处做了圆角处理, 因此不存在应力集中的问题, 圆角处应力较小。

为了清楚地观察卷筒内外表面的应力分布情况, 在筒壁取两条线即内表面线和外表面线, 图8和图9为内外表面应力曲线, 由图可知, 在圆角处应力有所波动, 但是波动不大, 没有出现应力集中的现象;内表面的应力大于外表面, 外表面最大应力约215 MPa, 而内表面最大应力约235 MPa。

6 结语

本文首先运用Pro/ENGINEER建立液压绞车关键零部件, 包括机架、卷筒、传动齿轮系统等;然后在Pro/MECHANICA中进行卷筒的材料属性、网格划分、施加约束和载荷的设置;最后对卷筒的应力和变形进行求解。研究发现:卷筒中部承受了较大的钢丝绳径向压力载荷, 应力从中部往两边逐渐减小, 且内表面的应力大于外表面;由于在筒壁与侧边连接处做了圆角处理, 避免了应力集中的问题。本文的结论可以为卷筒的设计提供一种方法和理论参考。

参考文献

[1]张远深, 曾志钢, 何再龙, 等.液压传动技术在起重绞车上的应用[J].机床与液压, 2009 (6)

[2]赵备库, 雷小红, 王娜, 等.绞车滚筒轴密封结构改进[J].石油矿场机械, 2012, 41 (1)

[3]白君, 邢建伟, 付波.JC-70型绞车设计分析与认识[J].科学咨询, 2012 (1)

[4]朱鹏程, 鄢华林.采用负载敏感控制技术的绞车液压系统设计[J].江苏科技大学学报:自然科学版, 2008, 22 (3)

[5]杨球来.大拉力自动张紧绞车的研制与应用[J].煤矿机械, 2011 (6)