机械速度

机械速度（通用4篇）

机械速度 篇1

据中机联发布的2012年全国机械行业预测:2012年机械工业经济运行速度将在平稳基调下温和回落, 一季度将是全年增长的低谷, 二季度开始缓慢回升, 全年仍有望继续实现两位数增长。其中:产销增速预计在18%左右, 机械产品价格将保持平稳;利润增幅将低于产销, 预计在12%左右;出口增长预计在15%左右。

蔡惟慈:2012年机械工业经济运行走势预测

内容摘要:2011年下半年机械工业走势虽总体趋向平稳, 但仍有部分子行业快速回落, 全年产销增速预计在18%左右, 利润增速在12%左右, 低于产销增速;出口增速在15%左右。

有利因素

首先, 政策导向有利于机械工业发展。

高端装备制造业和新能源汽车作为国家“十二五”重点支持发展的战略性新兴产业, 将进一步带动机械工业产业结构调整、推动产品结构升级进程。中央经济工作会议发展实体经济的导向, 也有利于机械工业, 特别是中小型企业未来的发展。

其次, 企业应对市场变化的能力增强。

“十一五”期间, 机械企业在良好的市场环境中积极发展, 积累了一定的原始资本;同时经历了国际金融危机的洗礼, 企业应对市场变化的能力增强。

不利因素

今年机械工业的经济运行还面临以下几个突出的不利因素:

一是需求市场疲软。国内市场经历前几年的高速增长后, 随着结构调整的深化、基础建设项目扩张的减速, 增长速度明显放缓。但与此同时, 产能仍在高速扩张, 因此产品供大于求的局面越发突出, 未来行业运行面临的市场环境更为严峻。

二是国际经济形势严峻。世界经济增长放缓, 国际金融市场激烈动荡, 世界经济复苏的前景不乐观, 机械行业外需市场的不确定性随之上升。

三是成本、费用上升压力将长期存在。受市场流动性收紧影响, 企业融资难度增大、成本持续攀升, 短期内这一状况难以出现根本性改善;同时随着物价上涨和劳动工资体系的完善, 企业用工成本明显上升。这些因素都加大了今后全行业经营效益增长的压力。

2012年发展预测

2011年下半年机械工业走势虽总体趋向平稳, 但仍有部分子行业快速回落, 与此同时宏观经济仍处于走弱的总体趋势之中;同时鉴于当前订单下滑、成本上升等不利因素的累积, 以及严峻的国际市场形势, 今年机械工业的发展环境困难较多, 但鉴于中央已经确定了“稳中求进”的总方针, 宏观经济环境有望逐渐回暖, 机械工业自身的结构调整也将在应对各种严峻挑战中继续取得新的进展。综上, 预计今年机械工业主要经济指标增速虽不及2011年, 但也不会过度下滑, 乃至“硬着陆”, 全年主要经济指标增长速度曲线将呈前低后平之势, 一季度末或二季度中可能达到此轮回落的低点, 此后增速将重新趋稳。全年产销增速预计在18%左右, 利润增速在12%左右, 低于产销增速;出口增速在15%左右。

2012年是实现“十二五”规划目标承上启下的一年。在这一年里, 全行业必须更自觉地转变发展方式, 更为主动地应对行业发展环境的变化, 以节能减排、两化融合为抓手, 切实推进机械工业产业结构调整, 把握好“稳中求进”的工作基调, 有效地开创行业持续健康发展的新局面。

机械速度 篇2

一般地, 系统内的物体通过不可伸长的细绳或轻杆相连接, 不计摩擦时系统机械能守恒。但只据机械能守恒定律是不能解决问题的, 必须求出连接物体的速度关联式。同时, 这类题目通常讨论极限情况或者物体运动到特殊几何位置时的情形, 体现了物理学科的特色———降低数学计算难度, 着重考察物理本质的思路。通过分析总结, 笔者认为解决本类问题的关键点可归纳为以下三点: (1) 正确列写过程的机械能守恒的具体表达式; (2) 正确列写两物体的瞬时速度关联式; (3) 弄清特殊位置的几何关系。下面通过两个例题来加以说明。

例1.如图1所示, 均匀直杆长L=6.25m, 连着两个小球A、B, 不计一切摩擦。当杆从竖直靠墙开始滑动到α=37o的位置时, A、B球的速度为v A、v B。求此时A、B球速度。

解析:针对速度关联分解问题, (关键点2)

核心要点是:沿绳方向速度相等;

作图技巧:延长绳或杆 (画直线) , 线外向线作垂线。 (如图2) ,

设杆上速度为v, 则有:

针对特殊位置的问题, (关键点3) ,

核心要点是:特殊直角三角形的边角关系。

具体地:A球后来离地高h=Lcosα,

针对机械能守恒问题, (关键点1) ,

核心要点是:看是否满足机械能守恒的条件 (此题全程无摩擦损耗仅重力做功) ;能量关系 (此题为势能减少导致系统动能增加) ;正确表达动能、势能 (此类题, 两物体不同速, 动能必须分开写) 。

综合以上, 可以解得:vA=3m/s;vB=4m/s.

创新性说明:本题速度关联情形类似人拉船情形, 典型特征是至少有一个物体的前进方向与连接该端绳子的夹角是随运动而变化的 (即有旋转情形) 。对该种情形, 大多数老师或资料都习惯于从运动的分解合成方面进行分析, 喜欢画平行四边形分解图进行讲解。但是, 这样解释, 学生难于理解, 运用中经常弄错分解方向, 画错分解图, 从而得到错误答案。其实, 领会其本质是“沿绳速度相等” (因为绳不可伸长) , 就可以得到简化的作图方法:绳外向绳作垂线 (只画一个简单的直角三角形) 。这样既简化了作图, 也便于正确写出速度间的关系。

例2.如图3所示, 物块M和m用一不可伸长的轻绳通过定滑轮连接, m放在倾角θ=300的固定的光滑斜面上, 而穿过竖直杆PQ的物块M可沿杆无摩擦地下滑, M=3m, 开始时将M抬高到A点, 使细绳水平, 此时OA段的绳长为L=4.0m。现将M由静止开始下滑, 求: (1) 图中OB与水平夹角; (2) m上升高度; (3) 当M下滑到3.0m至B点时的速度? (g=10m/s2) 。

解析:针对关键点1, 本题属于一升一降的类型, 其机械能守恒方程的列写技巧是:势能差=动能增加。

具体写法是:两物体势能相减, 动能为两个动能之和。

为避免错误得到公式分, 两物体各自高度变化先用符号h1、h2表示;两物体各自速度先用符号v1、v2表示;再分别写出上述4个量的值或关系。

切忌一个公式中都写具体值, 一处出错, 全部不得分。

针对关键点3, 旋转物体的高度变化问题, 要点是:升降高度=斜边长-直角边长。

此处对M, 右边原来绳长OA=4米, 后来绳长OB=5米, 绳实际右收1米;

故M下降3米, m沿斜面上升1米, 竖直上升0.5米。

此外, 题目中所求位置通常为特殊位置或特殊角度, 如最高、最低、垂直、37度等。

综上所述, 在解决这类涉及到速度分解的机械能压轴题, 只要能够突破文中提到的三个关键点, 能够正确列写相关的物理量间的关系, 就一定可以求得正确答案, 难题也就不再是难题了。

摘要：本文结合实例, 探讨了含有速度关联的机械能守恒定律应用的典型类型题, 总结了解题的三个关键, 创新地提出了解决关联速度时“线外向线作垂线”的简化方法, 降低了该类题目的解题难度, 切合课程改革方向, 有利于提高学生的物理水平。

关键词：连接体,关联速度,机械能守恒

参考文献

[1]成树明, 常光明.四面突击机械能守恒定律[J].高考金刊 (理科版) , 2011, (1) .

[2]刘素梅.速度关联类问题求解[J].考试 (高考试题设计版) , 2011, (2) .

机械速度 篇3

加速度开关按照工艺结构一般分为机械式与MEMS式( micro electro mechanical systems,微机电) 。国外厂家较多采用MEMS技术,如PCB、ENDEVOC、Freescale、ADI、Maxim等公司都生产多种型号的MEMS加速度计。国内加速度开关多采用机械式结构,主要分为: 弹簧-质量块式、叉簧式、水银式等多种形式。中北大学的李新娥等曾经研究了应用于武器装配过载测试等系统中的控制存储测试系统的上电方式的过载重力开关[6]。天津航海仪器研究所的刘万国等人对微小电容检测技术在重力敏感器中的研究进行了应用研究[1—4]。近年来,对于微机电式加速度开关也有较多的研究,杨会龄等提出了一种新型微加速度开关的结构与工作原理,能够满足高过载的条件[5]。黄新龙等采用UV-LIGA技术,结合SU-8 厚胶工艺、微电铸工艺以及牺牲层技术,制作了微型螺旋形加速度开关,使得质量块厚度达200 μm,得以低成本大批量生产。

低过载值机械式加速度开关较多采用弹簧-质量块式结构,该种结构形式简单,但是其过载值是生产过程中控制难点。国内相关厂家对加速度开关的过载值精度以及生产过程控制等有较多的研究,贵州航天电器股份有限公司的黄俊才采用正交试验法对加速度开关的机构形状、材料、镀层、表面状况等进行了研究,得出了材料、表面工艺以及配种等对过载值影响规律[1],西安电子科技大学的朱应敏等采用正交试验法对加速度开关的接触可靠性进行了研究[1—4]。对于加速度开关可靠性研究均有所推动。

现在以弹簧质量块式加速度开关摩擦系数与弹簧弯曲是造成过载不稳定重要因素。对加速度开关工作过程建立数学方程并进行计算,分析在生产调试与筛选试验过程中,弹簧变形、摩擦系数变化等参数对加速度开关精度的影响。

1 加速度开关过载精度分析

1. 1 弹簧质量块加速度开关工作过程

加速度开关为节省结构空间,大多采用压缩弹簧-质量块结构。现选取一种双弹簧加速度开关进行分析,单个弹簧加速度开关受力过程可参照分析。在自由状态下,两个弹簧连接到质量块上,弹簧和质量块的长度大于导向管的长度。当加速度开关装配完成后,两个弹簧与质量块的长度之和等于导向管长。此时,两个弹簧均受压缩力作用。

当加速度开关受过载的作用时,质量块向相反方向运动。上弹簧依然是压缩状态,但是其压缩量变小,下弹簧压缩量增大。当质量块的重力和过载力、质量块与导向管的摩擦力以及上下两个弹簧的压缩力相等时,质量块达到了新的平衡。直至过载增大,质量块接触到下电极时( 下电极简略) ,加速度开关发出接通信号。

1. 2 弹簧压缩后形变对过载精度影响分析

图2 所示为加速度开关装配后的示意图。由于上弹簧和下弹簧均受压缩力的作用,弹簧受到压缩较大时,弹簧会发生径向形变。在弹簧的安装初始状态,弹簧的中心线和导向管可以认为是平行关系。在弹簧受较大压缩力后,会造成一定的径向变形。图2 分别给出了几种典型的弹簧受到压缩后的形变状态。常态下,两个弹簧和质量块的长度大于导向管的长度。在装配后,存在上下弹簧未发生形变、上弹簧发生形变、下弹簧没有形变、上弹簧未发生形变、下弹簧发生形变以及上下均发生形变等多个工况。由于上下弹簧发生形变不一定在同一个平面,分析过程较为复杂,对于受力进行简化分析。

2 加速度开关接通过程受力分析

2. 1 弹簧受轴向载荷径向弯曲时径向力的计算方法

弹簧在受到径向压缩后,弹簧发生弯曲现象。设弹簧的轴向压缩力为F,弹簧自由长度为H,受到压缩后的高度变为H1。弹簧的径向载荷力为Fr。

将弯曲的压缩弹簧看成两段没有发生过弯曲理想弹簧,由于力平衡,所以两段没有发生过弯曲的弹簧的压缩力均为F,由于弹簧的弯曲角度近似为 θ,则有

2. 2 加速度开关接通瞬间受力分析-质点模型

该模型将质量块作为一个质点或球体进行分析,其与导向管之间的接触仅有一个点。

加速度开关动作瞬间,其受力分布如图4 所示,此时质量块受到的力包括自身的重力mg,上弹簧推力F1产生的轴向力,下弹簧产生的推力,质量块移动过程中的动摩擦力,以及质量块在沿轴向过载环境下的惯性力F,另外质量块还受到上下两个弹簧弯曲产生的径向力Fr1和Fr2。

假设单个弹簧发生弯曲时。弹簧两端与连接部位形成的夹角数值相等。用 θ1表示上弹簧形成的弯曲角度,用 θ2表示下弹簧形成的弯曲角度。

建立加速度开关的受力方程为

图5 表示: 当加速度开关质量块受到不同的过载情况下,弹簧行程关系图。

将弹簧的自由长度记为L,则加速度开关装配完成后,两个弹簧均处于压缩状态。由于两个弹簧参数一致,达到受力平衡时,两个弹簧的压缩量完全一致。此时每个弹簧的压缩量为 ΔL1,弹簧在受加速度的作用时,质量块向右发生平移。此时,记质量块发生的位移为 ΔL2,此时两个弹簧的长度为别为L1' 和L2' 。将上述关系代入式( 2 ) 可得

2. 3 加速度开关接通瞬间受力分析-柱体模型

将质量块作为一个圆柱体进行分析,其与导向管之间的接触为一条线或者两个点。此时,质量块的受力模型如图6 所示。

此时,按照上述同样推算过程得到:

3初始参数的选取

按照上述公式计算需要的初始参数有:上弹簧形成的弯曲角度θ1,下弹簧的弯曲角度θ2,质量块与导向管材料之间的摩擦系数ε,质量块的重量m,重力加速度g,弹簧的预压缩量ΔL1,弹簧的弹性系数k。其中θ1、θ2、ε的值参照工程实际测得的取值,其他取值参照产品的设计值。

产品的动作过载值按照(6.5±0.5)g(g为重力加速度)计算。对产品进行DR检查观察其θ1、θ2的值,产品DR映像如图7。

试验对30只产品的θ1、θ2值进行了测量统计,得到其范围,摩擦系数ε取经验值。计算所用的初始参数见表1。

4 数据分析

4. 1 质点模型数据分析

按照质点模型对加速度开关受力过程进行计算,分析在不同 θ1与 θ2角度下过载值的变化规律,数据如下。

由图8 可以看出,在 ε 保持不变的情况下,θ1和θ2向正向增大时,加速度开关的动作过载值增大。反之,加速度开关的动作过载值减小,在 ε 值较大时,θ1和 θ2的值均接近- 6°的过程中,过载值先变小后缓慢增大。

摩擦系数 ε 对过载值影响的分析计算是在质量块导向管不同摩擦系数情况下。初始状态为 θ1= θ2=0 时,后 θ1和 θ2发生变化时过载值的变化规律。经计算,不同摩擦系数 ε 变化时加速度开关的变化规律如所图9 所示。

由图9 得知,当 θ2为0 时,θ1为不同值时,过载值基本变化趋势是 θ1增大时,过载值增大。反之减小。但是当 ε 值较小时,θ1向负向增大,过载值反而先减小后增大,过载值的变化范围更小。当 θ1为0时,θ2为不同值时,过载值基本变化趋势是 θ2增大时,过载值增大,反之减小,但是当 ε 值较小时,θ2向正向增大,过载值反而先减小后增大,过载值的变化范围更小。

4. 2 柱体模型数据分析

按照圆柱体模型对加速度开关受力过程进行计算,分析在不同 θ1和 θ2角度下过载值的影响规律,数据如图10。

由图10 可以看出,在 ε 较大,θ1和 θ2向正向增大时,加速度开关的动作过载值增大,当 θ1向负向变化时,过载值减小,当 θ2向负向增大时并到一定程度,过载值先减小后变化趋于平缓。在 ε 较小时,θ1变化与过载值变化基本上呈正相关关系,θ2正向增大或者负向增大时,过载值均变小,ε、θ1和 θ2值均较小时,过载值精度较高。

按照质点模型同样分析方法得到柱体模型的不同摩擦系数 ε 变化时加速度开关的变化规律。

由图11 可知,该模型下摩擦系数对过载值的影响基本上与质点模型保持一致。

通过以上两种分析方法,得出共性结果是: 在ε、θ1和 θ2值均较小时( 按照工程经验,ε < 0. 04,θ1和θ2绝对值小于3°,能兼顾工艺与精度要求) ,过载值的变化范围能够控制在较小的区间。以上述加速度开关为例,过载值范围为( 6. 5 ± 0. 5) g,则精度可以达到90% 以上。

5 结束语

应用两种模型对典型的压缩弹簧-质量块结构加速度开关进行受力分析,针对该型加速度开关的θ1,θ2和 ε 三个机械参数对加速度开关过载性能的影响进行了仿真计算,由分析数据可以得出,θ1,θ2绝对值增大时加速度开关动作过载值会向较大方向增加,但是增加趋势不呈线性变化,质量块和导向管之间的摩擦系数 ε 也是对过载值影响较大的因素,在ε增大时,会增加θ1,θ2对过载值变化的影响趋势。产品设计、生产过程及工艺控制中,应当加强θ1,θ2和 ε 的控制,按照工程经验,ε < 0. 04,θ1和 θ2绝对值小于3°,基本上可以使得加速度开关合格率提高至90% 以上。

参考文献

[1]黄俊才.影响过载开关加速度值不稳定因素技术研究.江南航天科技,2003;(3):31—36

[2] 周文杰,王龙一,甘智华,等.3种不同形式的板弹簧性能分析.南京航空航天大学学报,2011;43(1):79—85Zhou Wenjie,Wang Longyi,Gan Zhihua,et al.Performance analysis of three type flexure bearings for linear compressors.Journal of Nanjing University of Aeronautics&Astronautics,2011;43(1):79—85

[3] 郭涛,李丽华,劳永建.一种非接触式微加速度开关的研究.传感技术学报,2008;21(4):664—666Guo Tao,Li Lihua,Lao Yongjian.Research of micromachined acceleration switch based on contactless configuration.Journal of Transduction Technology,2008;21(4):664—666

[4] 朱应敏,黄春跃,贾建援.基于正交试验方法的永磁微加速度开关结构参数对接触可靠性影响分析.机械科学与技术,2007;26(11):1434—1438Zhu Yingmin,Huang Chunyue,Jia Jianyuan.On influence of structural parameters of permanent magnetic micro-acceleration switch on its contact reliability.Mechanical Science and Technology,2007;26(11):1434—1438

[5] 杨会龄,杨会伟,王军.高g_n值微加速度开关设计.传感器与微系统,2009;28(5):84—89Yang Huiling,Yang Huiwei,Wang Jun.Design of high g_n micro acceleration switch.Transducer and Microsystem Technology,2009;28(5):84—89

[6] 黄新龙,熊瑛,陈光焱,等.UV-LIGA技术制作微型螺旋形加速度开关.光学精密工程,2010;18(5):1152—1158Huang Xinlong,Xiong Ying,Chen Guangyan,et al.Fabrication of micro spiral acceleration switch using UV-LIGA technology.Optics and Precision Engineering,2010;18(5):1152—1158

[7] 李新娥,原彦飞.一种重力开关的设计.测试技术学报,2001;15(2):131—135Li Xin'e,Yuan Yanfei.Design of a kind of gravity switch.Journal of Test and Measurement Techol,2001;15(2):131—135

机械速度 篇4

关键词：机械手,仿真,电流,速度

引言

机械手运动的精确控制对伺服系统精度和稳定性要求较高, 一般采用闭环PID控制, 传统的数字PID控制是一种技术成熟、应用最为广泛的控制算法, 其结构简单, 调节方便, 且不依赖于具体被控对象的数学模型, 具有动、静态性能良好, 稳态精度高的特点。但是传统的PID控制对于动特性复杂的控制对象, 其一次整定出的PID参数往往不能达到最优。现代控制理论的发展与应用, 一定程度上弥补了经典控制理论对时变非线性随机系统无能为力的缺点, 但一般对被控对象具有一定的依赖性, 不能从根本上解决复杂和不确定系统的控制问题。因此, 考虑采用电流和速度双闭环PI控制应用到机械手伺服系统中来。

1 机械手模型

机械手本体动力学建模包括机械手运动学正逆解和机械手刚体动力学建模, 是进行机械手控制和基于动力学模型控制算法设计的基础。

机械手采用的是典型两自由度平行四边形结构, 机构简图如图1所示。图中, 共有三组平行四边形, 其中杆11、12、14、15为一组, 杆11、16、19、110为一组, 杆13、17、18、111为一组。以机械手的力矩输入轴为坐标原点, 水平方向为x轴, 垂直方向为y轴, 建立固定参考系o-xy。

图中θ1为杆11与x轴正方向的夹角, θ2为杆12与x轴正方向的夹角, 杆111在工作空间内做平动运动。因此, 利用解析几何知识可建立机械手末端点的运动学正解方程:

式中, (x, y) 为机械手末端点在参考系o-xy中坐标。

由式1求解θ1、θ2得机械手的运动学逆解方程:

2 PI调节的实现

一般在应用中, 采用位置反馈实现闭环PI控制, 其调节性能并不理想, 经常造成后期的速度响应特性差和力矩剧烈振动, 出现波形发散等情况。为克服以上问题文章采用电流反馈和位置反馈的双闭环系统PI控制模型, 即在速度给定下, 通过反馈回来的电流和位置进行电流差和速度差的PI调节: (1) 采集电流, 经过与对应参数比较后送入到PI调节器调节。 (2) 采集光电编码机械角, 转换为电角度后与给定速度值比较后送入PI调节器。 (如图2所示)

3 仿真与分析

机械手的驱动伺服电机均采用永磁同步电机, 并给定速度ω=1000rad/s;转矩负载给定为1N·m, 当系统运行0.1s后, 突加转矩负载到3 N·m, 仿真波形如图3所示。

从双闭环的转矩和转速仿真图可知, 在电机运行到0.1s时突加负载, 电机的电磁转矩和转速有明显的波动, 但很快便恢复平稳。这是因为当突加负载时, 电机出力突然要加大, 导致电流也要增加, 同时还要保证原来的转速, 此时速度、电流PI调节器产生了作用。PI调节器能快速的调节反馈和给定的误差, 达到输出跟踪给定的效果。但是为了提高电机转速加大给定值, 起始时PI输入的误差会很大, 很容易造成系统超调。为了保证转速的准确跟踪, 给定的速度就要受到限制。从图3中可以看出, PI速度调节器控制速度没有产生超调, 系统虽然在启动和突加负载转矩时速度和转矩均有短暂的抖动, 但系统能快速的恢复稳定, 实现了伺服系统速度模式下的快速跟踪。

芯片和电路板采用TMS320F2812型DSP芯片作为机械手的控制单元, 它可以同时控制2个电机, 可应用于多轴动态控制, 机械手关节编码器采用摩川TS5668N021型号绝对编码器, 解码电路采用国产解码电路板, 采用100:1的减速器连接伺服电机输出轴与机械手臂。机械手的运动空间为2平方米横截面, 可实现截面内任意点的自由精确控制。

4 结束语

根据MATLAB仿真结果, 通过电流采集和坐标转换、电机转子角度的反馈计算, 实现闭环系统的精确PI控制, 达到电机转速准确跟踪给定指令的要求, 仿真结果符合电机实际运行特性, 验证了电流和速度双闭环控制的伺服控制系统在控制精度和稳定性上均符合预期要求。

参考文献

[1]吴鹏.两自由度并联机械手动力学建模及其模糊变结构控制[D].哈尔滨工业大学, 2007.

[2]赵永杰.高速轻型并联机械手动态设计理论与方法[D].天津大学, 2006.