輪足復(fù)合式機(jī)器人設(shè)計(jì)【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計(jì)論文】
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購買設(shè)計(jì)文檔后加 Q 5 9 9 1 9 6 0 9 免費(fèi)領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 輪足復(fù)合式機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究 學(xué) 號: 姓 名: 專 業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 系 別: 機(jī)械工程系 指導(dǎo)教師: 師 教授 二○一五年三月 購買設(shè)計(jì)文檔后加 Q 5 9 9 1 9 6 0 9 免費(fèi)領(lǐng)取圖紙 i 摘 要 輪足復(fù)合式機(jī)器人是高科技產(chǎn)品的典型,是人們設(shè)置指定的程序通過中控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人橫移、越障或爬坡,跨溝、轉(zhuǎn)彎等多種功能的高科技智能化產(chǎn)品。它可代替人類在某些領(lǐng)域力所不能及的地方實(shí)現(xiàn)特定的任務(wù)和功能,能在有害環(huán)境下代替人類工作,偵查,排險等,因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造 、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 本文主要進(jìn)行了輪足復(fù)合式機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。輪足復(fù)合式機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)由直流電機(jī)、編碼器和短臂、長臂、輪子等部分組成,可按預(yù)定程序運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)橫移、越障、爬坡、跨溝、轉(zhuǎn)彎等功能??刂葡到y(tǒng)部分的設(shè)計(jì)主要是選擇合適的 計(jì)合理的 過中控系統(tǒng)調(diào)節(jié)各個直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速來使輪足復(fù)合式機(jī)器人實(shí)現(xiàn)移動,爬坡,拐彎,越障等功能。 關(guān)鍵詞: 輪足復(fù)合式機(jī)器人;智能化;控制系統(tǒng);越障 購買設(shè)計(jì)文檔后加 Q 5 9 9 1 9 6 0 9 免費(fèi)領(lǐng)取圖紙 is a to do to a to or It in to in to in is of of it to on of of is to a by of to it of in of 購買設(shè)計(jì)文檔后加 Q 5 9 9 1 9 6 0 9 免費(fèi)領(lǐng)取圖紙 錄 摘 要 ....................................................................................................................... i ............................................................................................................ 錄 ..................................................................................................................... 緒論 ....................................................................................................................... 1 題的來源與研究的目的和意義 ........................................................ 2 輪足式復(fù)合機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 ............................................................. 4 足式復(fù)合機(jī)器人的結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀 .......................................... 5 足式復(fù)合機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 ...................................... 7 課題研究的內(nèi)容 .................................................................................. 9 2 輪足復(fù)合式機(jī)器人總體方案結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ........................................................ 12 足復(fù)合式機(jī)器人的總體方案圖 ......................................................... 12 足的布置形式 ..................................................................................... 14 足的結(jié)構(gòu)方案 ..................................................................................... 14 障機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ...................................................................................... 14 足的布置形式 ..................................................................................... 14 障機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ...................................................................................... 14 3 驅(qū)動裝置的設(shè)計(jì) ................................................................................................ 18 輪電機(jī)的選型計(jì)算 .............................................................................. 20 合器的選型計(jì)算 .................................................................................. 20 承的選型計(jì)算 ...................................................................................... 20 鍵的選型計(jì)算 ...................................................................................... 20 4 輪足復(fù)合式機(jī)器人的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .............................................................. 21 計(jì)基礎(chǔ) ............................................................................. 21 圖繪制 ...................................................................................... 準(zhǔn)特征,參考幾何體的創(chuàng)建 ................................................. 伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和放樣特征建 ............................................. 22 購買設(shè)計(jì)文檔后加 Q 5 9 9 1 9 6 0 9 免費(fèi)領(lǐng)取圖紙 工程圖的設(shè)計(jì) ............................................................................. 配設(shè)計(jì) ..................................................................................... 22 子電機(jī)的三維建模 ............................................................................ 22 足組件的三維建模 ............................................................................ 23 臂的三維建模 .................................................................................... 24 足復(fù)合式機(jī)器人的三維建模 ............................................................ 24 維軟件設(shè)計(jì)總結(jié) ................................................................................ 25 結(jié)論 ...................................................................................................................... 219 致 謝 .................................................................................................................... 26 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................ 27 附錄 一 .................................................................................................................. 32 附錄 二 .................................................................................................................. 36 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 1 1 緒論 隨著人類探索自然界步伐的不斷加速,各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)哂袕?fù)雜環(huán)境自主移動能力機(jī)器人的需求,日趨廣泛而深入。理論上,輪足復(fù)合式機(jī)器人具有比輪式機(jī)器人更加卓越的應(yīng)對復(fù)雜地形的能力,因而被給予了巨大的關(guān)注,但到目前為止,由于自適應(yīng)步行控制算法匱乏等原因,輪足式移動方式在許多實(shí) 際應(yīng)用中還無法付諸實(shí)踐。另一方面,作為地球上最成功的運(yùn)動生物,多足昆蟲則以其復(fù)雜精妙的肢體結(jié)構(gòu)和簡易靈巧的運(yùn)動控制策略,輕易地穿越了各種復(fù)雜的自然地形,甚至能在光滑的表面上倒立行走。因此,將多足昆蟲的行為學(xué)研究成果,融入到輪足復(fù)合式機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制中,開發(fā)具有卓越移動能力的輪足復(fù)合式機(jī)器人,對于輪足復(fù)合式機(jī)器人技術(shù)的研究與應(yīng)用具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 輪足復(fù)合式機(jī)器人地形適應(yīng)能力強(qiáng),具有冗余肢體,可以在失去若干肢體的情況下繼續(xù)執(zhí)行一定的工作,適合擔(dān)當(dāng)野外偵查、水下搜尋以及太空探測等對自主性、可靠性要 求比較高的工作。 題的來源與研究的目的和意義 目前,用于在人類不宜、不便或不能進(jìn)入的地域進(jìn)行獨(dú)立探測的機(jī)器人主要分兩種,一種是由輪子驅(qū)動的輪行機(jī)器人,另一種是基于仿生學(xué)的步行機(jī)器人。輪行機(jī)器人的不足之處在于對于未知的復(fù)雜自然地形,其適應(yīng)能力很差,而步行機(jī)器人可以在復(fù)雜的自然地形中較為容易的完成探測任務(wù)。因此 輪足式復(fù)合機(jī)器人 有廣闊的應(yīng)用前景,如軍事偵察、礦山開采、核能工業(yè)、星球探測、消防及營救、建筑業(yè)等領(lǐng)域。在步行機(jī)器人中,多足機(jī)器人是最容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定行走的。在眾多機(jī)器人中,模仿昆蟲以及其他節(jié)肢動物們的肢體結(jié)構(gòu)和運(yùn)動控制策略而創(chuàng)造出的 輪足復(fù)合式機(jī)器人 是極具代表性的一種。 輪足復(fù)合式機(jī)器人 與兩足和輪足復(fù)合式機(jī)器人相比,具有控制結(jié)構(gòu)相對簡單、行走平穩(wěn)、肢體冗余等特點(diǎn),這些特點(diǎn)使 輪足復(fù)合式機(jī)器人 更能勝任野外偵查、水下搜尋以及太空探測等對獨(dú)立性、可靠性要求比較高的工作。國內(nèi)外對 輪足復(fù)合式機(jī)器人 進(jìn)行了廣泛的研究,現(xiàn)在已有 70 多種 輪足復(fù)合北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 2 式機(jī)器人 問世,由于 輪足復(fù)合式機(jī)器人 多工作在非結(jié)構(gòu)化、不確定的環(huán)境內(nèi),人們希望其控制系統(tǒng)更加靈活,并且具有更大的自主性。同時輪足復(fù)合式機(jī)器人肢體較多,運(yùn)動過程中需要實(shí)現(xiàn)各肢體之間的協(xié)調(diào) 工作,如何方便可靠的實(shí)現(xiàn)這種協(xié)調(diào),也是輪足復(fù)合式機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究的一個熱點(diǎn)。輪足復(fù)合式機(jī)器人是一種能夠通過內(nèi)、外傳感器反饋信息感知環(huán)境及自身狀態(tài) , 實(shí)現(xiàn)在有障礙物的環(huán)境中自主運(yùn)動 , 從而完成一定功能或任務(wù)的機(jī)器人系統(tǒng)。目前已廣泛運(yùn)用于野外考察、地震救災(zāi)、環(huán)境檢測、娛樂生活等諸多行業(yè),在安全、軍事、生活以及科學(xué)研究中扮演著越來越重要角色。其中輪足式機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單,容易實(shí)現(xiàn),具有移動速度快、轉(zhuǎn)向性能好、行走效率高等特點(diǎn)。但同時適應(yīng)地形 和避障的能力差。輪足式機(jī)器人對地形的適應(yīng)能力較好,可以跨越障礙物、臺階等, 但運(yùn)動間歇大,速度慢。 隨著輪足復(fù)合式機(jī)器人的不斷開發(fā)和應(yīng)用范圍的擴(kuò)展,未來會在更多復(fù)雜且未知的環(huán)境中工作。僅僅依靠輪式或者足式的機(jī)器人已無法完全適應(yīng)工作環(huán)境的復(fù)雜性和多樣性了。為了配合對輪、足式機(jī)器人性能要求的逐漸提高,相繼問世了許多復(fù)合式的移動機(jī)構(gòu),其中輪足式復(fù)合式機(jī)器人就融合了輪式足式機(jī)器人的特點(diǎn)。既可以保證在平坦地面的移動效率又具有了良好的跨越障礙的能力。但當(dāng)輪足復(fù)合式機(jī)器人采用足式的方式行走時目前在技術(shù)上還存在許多困難,然而在自然界中存在的多足昆蟲則可以通過它們長期進(jìn)化得到的復(fù)雜且精妙的肢體結(jié)構(gòu)和 靈活的的運(yùn)動方式,容易地通過了各種復(fù)雜的自然地形,甚至能在光滑的表面上倒立行走。因此,將多足昆蟲的行為學(xué)研究成果,融入到移動機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制中,開發(fā)具有卓越移動能力的輪足式復(fù)合式機(jī)器人,對于足式復(fù)合式機(jī)器人技術(shù)的研究與應(yīng)用都具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 輪足式復(fù)合機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 足式復(fù)合機(jī)器人的結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀 20 世紀(jì) 60 年代,輪足復(fù)合式機(jī)器人的研究工作開始起步。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)器人控制技術(shù)的研究和應(yīng)用,到了 20 世紀(jì) 80 年代,現(xiàn)代輪足復(fù)合式機(jī)器人的研制工作進(jìn)入了廣泛開展的階 段。世界上第一臺真正意義的輪足復(fù)合式機(jī)器人是由 1977 年制作的該機(jī)器人具有較好的北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 3 步態(tài)運(yùn)動穩(wěn)定性,但其缺點(diǎn)是,該機(jī)器人的關(guān)節(jié)是由邏輯電路組成的狀態(tài)機(jī)控制的,因此機(jī)器人的行為受到限制,只能呈現(xiàn)固定的運(yùn)動形式。 20 世紀(jì)80、 90 年代最具代表性的輪足復(fù)合式機(jī)器人是日本 驗(yàn)室研制 列。 1981~ 1984 年 授研制成功腳部裝有傳感和信號處理系統(tǒng)的 的腳底部由形狀記憶合金組成,可自動檢測與地面接觸的狀態(tài)。姿態(tài)傳感器和姿態(tài)控制系統(tǒng)根 據(jù)傳感信息做出的控制決策,實(shí)現(xiàn)在不平整地面的自適應(yīng)靜態(tài)步行 器人采用新型的直動型腿機(jī)構(gòu),避免了上樓梯過程中各腿間的干涉,并采用兩級變速驅(qū)動機(jī)構(gòu),對腿的支撐相和擺動相分別進(jìn)行驅(qū)動。國內(nèi)四足機(jī)器人研制工作從20世紀(jì)80年代起步,取得一定成果的研究機(jī)構(gòu)有上海交通大學(xué)、清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等。上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所于1991年開展了JTUWM系列仿壁虎式輪足復(fù)合式機(jī)器人的研究。1996年該研究所研制成功了JTUWM — III,如圖 1 所示。該機(jī)器人采用開式鏈腿機(jī)構(gòu),每條腿有3個自由度,具有結(jié)構(gòu)簡單、 外形靈巧、體積小、重量輕等特點(diǎn)。它采用力和位置混合控制,腳底裝有PVDF測力傳感器,利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊算法相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了對角線動態(tài)行走。但其步行速度較慢,極限步速僅為1 ;另外,其負(fù)重能力有限,故在實(shí)際作業(yè)時實(shí)用性較差。清華大學(xué)所研制的一款輪足復(fù)合式機(jī)器人,如圖 2 所示。它采用開環(huán)關(guān)節(jié)連桿機(jī)構(gòu)作為步行機(jī)構(gòu),通過模擬動物的運(yùn)動機(jī)理,實(shí)現(xiàn)比較穩(wěn)定的節(jié)律運(yùn)動,可以自主應(yīng)付復(fù)雜的地形條件,完成上下坡行走、越障等功能。不足之處是腿運(yùn)動時的協(xié)調(diào)控制比較復(fù)雜,而且承載能力較小。 綜上所述,美國、日本的研究最具 代表性,其技術(shù)水平已經(jīng)較為先進(jìn),實(shí)用化程度也在逐步提高。國內(nèi)四足步行機(jī)器的研究起步比較晚,在上個世紀(jì)90年代以后才逐步有了成果,但研究水平據(jù)世界先進(jìn)水平還有差距。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 4 圖一 圖二 足式復(fù)合機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中 ,各國都在盡力追求“零死亡” ,在達(dá)到預(yù)期的軍事目的情況下 ,要求傷亡率降到最低。在這種軍事需求的牽引下 ,無人部隊(duì) ,包括無人飛機(jī)、無人地面武器 搭載平臺等將成為未來戰(zhàn)爭中的一支重要的力量。本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目“輪腿復(fù)合式機(jī)器人” ,初步完成了以下的研究工作 : 首先完成了輪腿復(fù)合式機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝以及調(diào)試工作。該機(jī)器人采用六套輪腿機(jī)構(gòu) ,每套輪腿機(jī)構(gòu)分別由擺腿電機(jī)和行走電機(jī)控制機(jī)器人擺北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 5 腿和車輪的運(yùn)動??刂葡到y(tǒng)分為嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和運(yùn)動控制器。嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人平面運(yùn)動及越障算法 ,生成電機(jī)運(yùn)動指令 ,如速度、位置等信息 ;運(yùn)動控制器完成電機(jī)的運(yùn)動控制 ,包括速度 位置 ,二者采用 線通信。 其次完成了輪腿復(fù)合式機(jī)器人運(yùn)動 學(xué)建模及分析。機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)分為兩部分 :平面行駛運(yùn)動學(xué)和空間位姿運(yùn)動學(xué)。平面行駛運(yùn)動學(xué)中 ,建立了機(jī)器人差速轉(zhuǎn)向的運(yùn)動學(xué)模型 ,設(shè)計(jì)運(yùn)動軌跡分析機(jī)器人車輪的速度分布??臻g位姿運(yùn)動學(xué)中 ,建立了機(jī)器人通用的空間運(yùn)動學(xué)模型和質(zhì)心運(yùn)動學(xué)模型 ,并且針對機(jī)器人在越障過程中會出現(xiàn)的特殊姿態(tài) ,簡化了通用的質(zhì)心運(yùn)動學(xué)模型 ,得到不同的特殊姿態(tài)下的質(zhì)心運(yùn)動學(xué)模型 ,為機(jī)器人的越障穩(wěn)定性控制提供了依據(jù)。 再次完成了輪腿復(fù)合式機(jī)器人針對典型障礙的越障分析。針對垂直障礙、壕溝障礙、斜坡障礙三種典型障礙 ,分析了機(jī)器人的越障能力 ,規(guī)劃了機(jī)器人的 越障動作 ,提出了綜合考慮越障裕度、越障安全及越障穩(wěn)定性的優(yōu)化方法 ,對機(jī)器人的越障姿態(tài)進(jìn)行數(shù)值優(yōu)化。在 對所規(guī)劃的機(jī)器人越障動作進(jìn)行虛擬仿真 ,驗(yàn)證了所規(guī)劃越障動作的正確性。 最后 ,編制了控制機(jī)器人的人機(jī)交互界面 ,完成了機(jī)器人平面行駛運(yùn)動學(xué)及越障實(shí)驗(yàn) ,驗(yàn)證了本文提出的機(jī)器人控制理論的正確性。 課題研究的內(nèi)容 本論文主要研究運(yùn)用 輪足復(fù)合式機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中,了解輪足復(fù)合式機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特征和三維軟件的使用要領(lǐng)。 本文的設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種輪足式復(fù)合機(jī)器人。該機(jī)器人結(jié) 合了輪式機(jī)器人和足式機(jī)器人的具多優(yōu)點(diǎn),能夠在不同的底面實(shí)現(xiàn)考察,檢測等等功用。其研究內(nèi)容包括: ( 1)功能分析與方案設(shè)計(jì); ( 2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維造型; ( 3)運(yùn)動仿真; ( 4)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 6 2 輪足復(fù)合式機(jī)器人總體方案結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 足復(fù)合式機(jī)器人的總體方案圖 本次設(shè)計(jì)的輪足復(fù)合式機(jī)器人采取的方案是:采用鑄鐵剛度好的鑄鐵機(jī)架作為主體,通過車輪電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動,通過程序控制各個車輪電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎,通過渦輪裝置實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自鎖從而控制機(jī)器人的輪足的轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的越障跨溝等等功能,總之,輪足復(fù)合式機(jī)器人是人們設(shè)置指定的程序通過中控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人橫移、越障或爬坡,跨溝、轉(zhuǎn)彎等多種功能。具體方案布局圖如下: 輪足的布置形式 本次設(shè)計(jì),是講 6個輪子分成三組,每一組輪子具有相同的運(yùn)動軌跡,分別為前排輪、中排輪、后排輪,其具體的布置結(jié)構(gòu)簡圖如下: 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 7 足的結(jié)構(gòu)方案 輪足是機(jī)器人的核心部件輪足的擺動是通過機(jī)架立面的電機(jī)實(shí)現(xiàn),而輪子的轉(zhuǎn)動是通過外側(cè)的直流電機(jī)實(shí) 現(xiàn)的,輪足復(fù)合式機(jī)器人就是通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及相關(guān)的制動器、離合器的配合來實(shí)現(xiàn)跨溝,轉(zhuǎn)彎,越障等等功能。其具體結(jié)構(gòu)圖如下: 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 8 障機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 為了使機(jī)器人能夠順利地跨越一定寬度的障礙物,應(yīng)該將輪足的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成可以越障的結(jié)構(gòu)??紤]到四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)較為簡單,在這里我們選擇四連桿機(jī)構(gòu)(圖 1)作為輪足復(fù)合式機(jī)器人的越障機(jī)構(gòu),最主要的一點(diǎn)就是平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)更容易控制機(jī)構(gòu)的角速度,這對于機(jī)器人的整個的控制來說是最大的優(yōu)點(diǎn)。 設(shè)計(jì)平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)時,將每一組輪足設(shè)計(jì)成長臂和短臂連接。并且長臂和短臂在同一平面內(nèi)轉(zhuǎn)動,其平面在車身的側(cè)面,該機(jī)構(gòu)具有兩個自由度。由于機(jī)構(gòu)具有自鎖的特點(diǎn),所以當(dāng)機(jī)器人越障時,只需要控制電機(jī)的轉(zhuǎn)停和速度既可,而當(dāng)機(jī)器人需要移動時,控制輪足的電機(jī)不讓它轉(zhuǎn)動而車輪電機(jī)轉(zhuǎn)動就行了。輪足復(fù)合機(jī)器人越障示意圖如圖 2所示。 圖 1 平行四邊形連桿機(jī)構(gòu) 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 9 圖 2 越障示意圖 3 驅(qū)動裝置的設(shè)計(jì) 輪電機(jī)的選型計(jì)算 已知整個輪足復(fù)合式機(jī)器人的總 重量 150他重量 50們?nèi)】傊亓繛?200動速度為 1~2r/: m m m g = 2 0 0 × 1 0 = 2 0 0 0 1 - 2 m / m i n = 1 6 . 6 - 3 3 . 3 / 具體的電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算如下 : 1、確定運(yùn)行時間 本次設(shè)計(jì)加速時間 01(t 60? m/ 有速度可知每秒上升 50 . 0 3 31 . 2 = 1 . 23 6 0?? ?電 機(jī) ?文) 10 2 4 0 0 / m i 0 0 5電 機(jī) ? ? ?0 . 3 1 0 2 0 0 0 . 0 0 5 1 . 7 3 0 . 9? ? ?? ? ?? N m?? ? ?式中: 啟動轉(zhuǎn)矩 12 ( ) 2 6 3 6 . 9 ( 0 . 0 0 0 3 2 ) 1 . 2 5 6 0 1 . 2? ? ?? ? ?? J M J L J 必須轉(zhuǎn)矩 ? ? 2 . 3 6 .? ? ?T M T L T S S N m 里取 根據(jù)以上得出數(shù)據(jù),我們選用電機(jī)型號為 160無電機(jī)廠家為機(jī)電產(chǎn)品。根據(jù)電機(jī)的特性曲線以及參數(shù)表如下: 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 11 根據(jù)計(jì)算和特性曲線以及電機(jī)基本參數(shù)表,我們選用電機(jī)型號為160機(jī)額定功率為 定轉(zhuǎn)矩 為 額定轉(zhuǎn)速為 3000r/機(jī)大致圖如下: 外形尺寸 130機(jī)輸出軸徑為 25 合器的選型計(jì)算 離合器借助通入磁軛內(nèi)勵磁線圈中的電流產(chǎn)生磁力吸引銜鐵,從而使與磁軛北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 12 和銜鐵相連的兩上牙形齒爪接合傳遞轉(zhuǎn)矩。牙嵌式 電磁離合器 可分為線圈旋轉(zhuǎn)(有滑環(huán)式)和線圈靜止(無滑環(huán)式)兩種,前一種的勵磁線圈回轉(zhuǎn),電流經(jīng)滑環(huán)引入,后一種勵磁線圈靜止,電流直接通入線圈。為了使離、合容易,一般采用三角形牙或梯形牙。如下圖所示為線圈旋轉(zhuǎn)牙嵌式 電磁離合器 ,圖上部為接合狀態(tài),下部為分離狀態(tài)。主動齒輪 1安裝在軸 9 的 滾動軸承 上,銜鐵 3和磁軛 8的相對端面上有三角形齒,勵磁線圈 6置于磁軛內(nèi)。件 2、 3間的內(nèi)嚙合齒輪副有導(dǎo)向和傳扭的雙重作用。線圈通電建立磁場后磁軛將銜鐵吸住,端面齒嚙合,動力由齒輪 1經(jīng)齒圈 2傳給已接合的銜鐵和磁軛,由軸 9輸出。離合器斷電時, 壓縮彈簧 7使銜鐵復(fù)位,兩半離合器牙分開,隔 磁環(huán) 4的作用是使磁力線構(gòu)成回路,減少磁損失,提高接合力。 承的選型計(jì)算 根據(jù)根據(jù)條件,軸承預(yù)計(jì)壽命 16× 365× 8=48720小時; (1)已知 nⅡ =軸承徑向反力: 初先兩軸承為深溝球軸承 6204型。 根據(jù)課本 11軸承內(nèi)部軸向力 (2)∵ a= 故任意取一端為壓緊端,現(xiàn)取 1端為壓緊端 (3)計(jì)算當(dāng)量載荷 263表( 11 f P=據(jù)課本 11得 P1=fP((1× )= P2=fp((1× )= (4)軸承壽命計(jì)算 ∵ 2故取 P= ∵深溝球軸承 ε =3; 的選型計(jì)算 鍵聯(lián)結(jié)是通過鍵實(shí)現(xiàn)軸和軸上零件的周向固定以傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩。其中有類型也可以實(shí)現(xiàn)軸向固定和傳遞軸向力,有些類型并能實(shí)現(xiàn)軸向動聯(lián)結(jié),于在圓錐北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 13 篩的軸上主要通過鍵來實(shí)現(xiàn)傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向固定所以,只需選用常見的普通平鍵,鍵的類型可根據(jù)使用要求、工作條件和聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選定,鍵 的長度根據(jù)軸轂的長度從標(biāo)準(zhǔn)中選取,鍵的 b× 軸和輪子的聯(lián)結(jié), d=30參考資料 21095用 105, 4 輪足復(fù)合式機(jī)器人的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 計(jì)基礎(chǔ) 熟悉 工作環(huán)境;了解 握在 存、導(dǎo)入等基本操作,掌握三維建模流程。 掌握點(diǎn)、直線、矩形、弧度圓等基本圖形的繪制方法;掌握樣條、文字等 高級幾何圖形的繪制方法;理解集合約束的概念并在草圖繪制中熟練應(yīng)用幾何約束;熟練應(yīng)用陣列、實(shí)體轉(zhuǎn)換等草圖繪制工具;能綜合應(yīng)用各種草圖繪制實(shí)體和利用草圖繪制工具完成草圖繪。 準(zhǔn)特征 清楚明白基于特征的建模方式、參數(shù)化思想等概念;靈活運(yùn)用各種建立基準(zhǔn)點(diǎn)的方法;靈活運(yùn)用各種建立基準(zhǔn)軸方法;靈活運(yùn)用各種建立基準(zhǔn)面的方法;靈活運(yùn)用坐標(biāo)系的建立方法;能根據(jù)建模需要綜合應(yīng)用各種參考幾何體。 轉(zhuǎn)、掃描和放樣特征建模 靈活運(yùn)用拉伸特征的概念與建立方法;靈活運(yùn)用旋轉(zhuǎn)特征的概念與建 立方法;北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 14 掌握掃描特征的概念與建立方法;靈活運(yùn)用放樣特征的概念與建立方法;通過實(shí)踐能夠準(zhǔn)確分析零件的特征,靈活運(yùn)用拉伸和旋轉(zhuǎn)也正建立三維模型。綜合應(yīng)用掃描、放樣、彎曲、鏡向、陣列等特征建立各種實(shí)體。 靈活運(yùn)用用戶自定義工程圖格式文件的方法;靈活運(yùn)用建立標(biāo)準(zhǔn)三視圖,剖視圖,斷面圖,局部圖,輔助視圖等方法;靈活運(yùn)用各種注釋的方法。 靈活運(yùn)用自底向上的裝配方法;靈活運(yùn)用生成裝配體爆炸圖的方法;靈活運(yùn)用 活運(yùn)用裝配體零部件的狀態(tài)和屬性控制,并 能夠在裝配體中設(shè)計(jì)子裝配體;靈活運(yùn)用干涉檢查;靈活運(yùn)用自上向下的裝配方法;靈活運(yùn)用在裝配模型工程圖中添加零件序號;靈活運(yùn)用生成裝配體材料明細(xì)表的方法。 子電機(jī)的三維建模 足組件的三維建模 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 15 臂的三維建模 足復(fù)合式機(jī)器人的三維建模 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 16 維軟件設(shè)計(jì)總結(jié) 通過此次設(shè)計(jì),又一次提升了運(yùn)用三維軟件的水平,并吸收了不少經(jīng)驗(yàn),總結(jié)為一下幾點(diǎn)。 ( 1) 有零件圖紙作圖與空想設(shè)計(jì)作圖不同,零件尺寸已經(jīng)給出,作圖時先不考慮尺寸是否真的合適,根據(jù)尺寸作出零件的三維圖,但到裝配時必須要考慮尺寸是否合適,由于 紙效果不好,導(dǎo)致尺寸會有出錯,甚至有出現(xiàn)欠定義尺寸,所以,此時必須通過配合后在衡量尺寸,再進(jìn)行修改,直到滿足配合要求。 ( 2) 工具集的確方便了作圖,通過選擇零件類型,輸入數(shù)據(jù),就能生成出標(biāo)準(zhǔn)零件,但有時需要用到的零件在工具集上也未必能找到,所以此時要隨機(jī)應(yīng)變,運(yùn)用其他零件代替并通過修改或添加零件使其滿足要求。 ( 3) 作三維圖時要靈活變通,解決問題的方法總比問題多,當(dāng)一種方法不能正常作圖時,試試另一種方法,這不但能完成零件制作,同時也可以培養(yǎng)北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 17 出更好的作圖思路,和打破規(guī)矩的新想法。 ( 4) 規(guī) 則的零件,要學(xué)會使用一些能夠節(jié)省時間的命令,如鏡向,陣列等,“能省則省”。 ( 5) 關(guān)于裝配,曾經(jīng)帶給我很大的阻礙,花了很多時間才弄清原因所在。在一可活動子裝配體上,即使活動范圍會產(chǎn)生干涉,也不能對其設(shè)定活動范圍,如高級配合里的距離范圍,和角度范圍,即使在該活動范圍并不影響父配體,也不可設(shè)定。因?yàn)橐坏┰O(shè)定范圍后,在父裝配體上會將子裝配體視為完全定義的模型,這樣會對子裝配體之間的配合產(chǎn)生矛盾,將不能完成裝配。 看懂圖是作圖的首要任務(wù),看圖就是了解零件的工具,沒有工具則無法制出 零件,所以畫圖不能急于 下筆,想透了零件的結(jié)構(gòu),想透圖中的虛實(shí)線,這才是高效作圖的重中之重。 進(jìn)行零件建模前,一般應(yīng)進(jìn)行深入的特征分析,搞清零件是由那幾個特征組成,明確各個特征的形狀,他們之間的相對位置和表面連接關(guān)系,然后按照特征的主次關(guān)系,按一定的順序進(jìn)行建模。一個復(fù)雜的零件,可能是許多個簡單特征經(jīng)過相互之間的疊加、切除或相交組成。所以零件建模時,特征的生成順序十分重要,不同的建模過程雖然可以構(gòu)造出同樣的實(shí)體零件,但其造型過程及實(shí)體的構(gòu)型結(jié)構(gòu)卻直接影響到實(shí)體模型的穩(wěn)定性、可修改性、可理解性及實(shí)體模型的應(yīng)用。 尤其在二維圖紙 上,我們能看到的只是零件的平面圖,而內(nèi)部特征則以虛線給予表示,另外還有零件的相貫線,這表示了各個特征相交時出現(xiàn)線段。在零件的草圖繪制過程中,必須要選好第一個草繪平面,這很關(guān)鍵,這個平面決定了往后建模的所用到的命令,簡單的說,一個圓柱可以作一個圓形然后拉伸,也可以作一個長方體旋轉(zhuǎn),雖然他們的結(jié)果都一樣,但所用的草繪平面和命令就截然不同。如果我們要的是一條軸,那我們就應(yīng)該選擇第二種方法為好了。 由于此設(shè)計(jì)的零件都是比較規(guī)則的零件,所用到的命令大部分是拉伸命令和旋轉(zhuǎn)命令,而且很多零件都是擁有對稱關(guān)系,所以為了節(jié)省 時間,提高效率,經(jīng)常會用到鏡向特征命令。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 18 一張完整的工程圖應(yīng)具備以下 4 方面的內(nèi)容。 ( 1) 一組視圖:用一組視圖(其中包括視圖、剖視圖、斷面圖、局部放大圖)正確、完整、清晰地表達(dá)零件各部分的結(jié)構(gòu)形狀。 ( 2) 尺寸:確定零件各部分形狀的大小和位置 ( 3) 技術(shù)要求:表明零件在制造和檢驗(yàn)是應(yīng)達(dá)到的一些要求,如表面粗糙度、尺寸公差、形位公差、材料熱處理方式和指標(biāo)等。 ( 4) 標(biāo)題欄:注明零件名稱、材料、數(shù)量、圖樣比例以及圖號等內(nèi)容。 單擊【新建文件】圖標(biāo),系統(tǒng)顯示新建 件對話框,雙擊該對話框中得裝配體選項(xiàng),即可進(jìn)入裝 配體工作模式。 調(diào)入第一個零件模型并放置在裝配體的原點(diǎn)處,即零件原點(diǎn)與裝配體原點(diǎn)重合。 調(diào)入一個與第一個零件模型有裝配關(guān)系的零件模型。分析兩個零件之間的裝配約束關(guān)系,然后選取相應(yīng)的約束選項(xiàng)進(jìn)行零件操作。 調(diào)入其他與已裝配零件有裝配關(guān)系的零件模型并進(jìn)行裝配。 全部零件裝配完畢后,將裝配體模型存盤。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 19 結(jié)論 在最近的一段時間的畢業(yè)設(shè)計(jì),使我們充分把握的設(shè)計(jì)方法和步驟,不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識,而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示,在各種軟件的使用找到的資料或圖紙?jiān)O(shè)計(jì),會遇到不清楚的作業(yè),老師和學(xué)生都能 給予及時的指導(dǎo),確保設(shè)計(jì)進(jìn)度,本文所設(shè)計(jì)的是輪足復(fù)合式機(jī)器人的設(shè)計(jì),通過初期的定稿,查資料和開始正式做畢設(shè),讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識的重要性,從而讓我更加深刻地體會到做一門學(xué)問不易,需要不斷鉆研,不斷進(jìn)取才可要做的好,總之,本設(shè)計(jì)完成了老師和同學(xué)的幫助下,在大學(xué)研究的最感謝幫助過我的老師和同學(xué),是大家的幫助才使我的論文得以通過。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 20 致 謝 在論文完成之際,我首先向我的導(dǎo)師致以衷心的感謝和崇高的敬意!在這期間,導(dǎo)師在學(xué)業(yè)上嚴(yán)格要求,精心指導(dǎo),在生活上給了我無微不至的關(guān)懷,給了我人生的啟迪,使我在順利的 完成學(xué)業(yè)階段的學(xué)業(yè)的同時,也學(xué)到了很多做人的道理,明確了人生目標(biāo)。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度,淵博的學(xué)識,實(shí)事求是的作風(fēng),平易近人、寬以待人和豁達(dá)的胸懷,深深感染著我,使我深受啟發(fā),必將終生受益。 經(jīng)過近半年努力的設(shè)計(jì)與計(jì)算,論文終于可以完成了,我的心里無比的激動。雖然它不是最完美的,也不是最好的,但是在我心里,它是我最珍惜的,因?yàn)樗俏矣眯?、用汗水成就的,也是我在大學(xué)四年來對所學(xué)知識的應(yīng)用和體現(xiàn)。 四年的學(xué)習(xí)和生活,不僅豐富了我的知識,而且鍛煉了我的能力,更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多。在 此,向他們表示深深的謝意與美好的祝愿。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 21 參考文獻(xiàn) [1]張福學(xué)編著 北京:電子工業(yè)出版社, 2000。 [2]何發(fā)昌著,邵遠(yuǎn)編著 北京:高等教育出版社, 1996。 [3]宋學(xué)義著 . 輪足復(fù)合式機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, [4]陳奎生著 . 氣與氣壓傳動 . 武漢:武漢理工大學(xué)出版社, [5]國)有限公司 . 輪足復(fù)合式機(jī)器人實(shí)用技術(shù) . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,6]徐文燦著 . 輪式機(jī)器人系統(tǒng)設(shè) 計(jì) . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1995。 [7]曾孔庚 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用論壇。 [8]壽慶豐 機(jī)械設(shè)計(jì) 1999年第 3期,第 3卷。 [9]高微 ,楊中平 ,趙榮飛等 [10]孫兵 ,趙斌 ,施永輝 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫。 [11]馬光 ,申桂英 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 2002年。 [12]李如松 中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 1994年第 4期。 [13]李明 005年第 7期。 [14]李杜莉,武洪恩,劉志海 煤礦機(jī)械 2007年 2月 [15]成大先主編 三版) 學(xué)工業(yè)出版社, 1994。 [16]of a [17]of 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 22 附錄 一 機(jī)械設(shè)計(jì)理論 機(jī)械設(shè)計(jì)是一門通過設(shè)計(jì)新產(chǎn)品或者改進(jìn)老產(chǎn)品來滿足人類需求的應(yīng)用技術(shù)科學(xué)。它涉及工程技術(shù)的各個領(lǐng)域,主要研究產(chǎn)品的尺寸、形狀和詳細(xì)結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)思,還要研究產(chǎn)品在制造、銷售和使用等方面的問題。 進(jìn)行各種機(jī)械設(shè)計(jì)工作的人員通常被稱為設(shè)計(jì)人員或者機(jī)械設(shè)計(jì)工程師。機(jī)械設(shè)計(jì)是一項(xiàng)創(chuàng)造性的工作。設(shè)計(jì)工程師不僅在工作 上要有創(chuàng)造性,還必須在機(jī)械制圖、運(yùn)動學(xué)、工程材料、材料力學(xué)和機(jī)械制造工藝學(xué)等方面具有深厚的基礎(chǔ)知識。 如前所訴,機(jī)械設(shè)計(jì)的目的是生產(chǎn)能夠滿足人類需求的產(chǎn)品。發(fā)明、發(fā)現(xiàn)和科技知識本身并不一定能給人類帶來好處,只有當(dāng)它們被應(yīng)用在產(chǎn)品上才能產(chǎn)生效益。因而,應(yīng)該認(rèn)識到在一個特定的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)之前,必須先確定人們是否需要這種產(chǎn)品 。 應(yīng)當(dāng)把機(jī)械設(shè)計(jì)看成是機(jī)械設(shè)計(jì)人員運(yùn)用創(chuàng)造性的才能進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、系統(tǒng)分析和制定產(chǎn)品的制造工藝學(xué)的一個良機(jī)。掌握工程基礎(chǔ)知識要比熟記一些數(shù)據(jù)和公式更為重要。僅僅使用數(shù)據(jù)和公式是不足以在一個好的 設(shè)計(jì)中做出所需的全部決定的。另一方面,應(yīng)該認(rèn)真精確的進(jìn)行所有運(yùn)算。例如,即使將一個小數(shù)點(diǎn)的位置放錯,也會使正確的設(shè)計(jì)變成錯誤的。 一個好的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該勇于提出新的想法,而且愿意承擔(dān)一定的風(fēng)險,當(dāng)新的方法不適用時,就使用原來的方法。因此,設(shè)計(jì)人員必須要有耐心,因?yàn)? 所花費(fèi)的時間和努力并不能保證帶來成功。一個全新的設(shè)計(jì),要求屏棄許多陳舊的,為人們所熟知的方法。由于許多人墨守成規(guī),這樣做并不是一件容易的事。一位機(jī)械設(shè)計(jì)師應(yīng)該不斷地探索改進(jìn)現(xiàn)有的產(chǎn)品的方法,在此過程中應(yīng)該認(rèn)真選擇原有的、經(jīng)過驗(yàn)證的設(shè)計(jì)原理,將其與未 經(jīng)過驗(yàn)證的新觀念結(jié)合起來。 新設(shè)計(jì)本身會有許多缺陷和未能預(yù)料的問題發(fā)生,只有當(dāng)這些缺陷和問題被解決之后,才能體現(xiàn)出新產(chǎn)品的優(yōu)越性。因此,一個性能優(yōu)越的產(chǎn)品誕生的同時,也伴隨著較高的風(fēng)險。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是,如果設(shè)計(jì)本身不要求采用北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 23 全新的方法,就沒有必要僅僅為了變革的目的而采用新方法。 在設(shè)計(jì)的初始階段,應(yīng)該允許設(shè)計(jì)人員充分發(fā)揮創(chuàng)造性,不受各種約束。即使產(chǎn)生了許多不切實(shí)際的想法,也會在設(shè)計(jì)的早期,即繪制圖紙之前被改正掉。只有這樣,才不致于堵塞創(chuàng)新的思路。通常,要提出幾套設(shè)計(jì)方案,然后加以比較。很有可能在最后選定的方案 中,采用了某些未被接受的方案中的一些想法。 心理學(xué)家經(jīng)常談?wù)撊绾问谷藗冞m應(yīng)他們所操作的機(jī)器。設(shè)計(jì)人員的基本職責(zé)是努力使機(jī)器來適應(yīng)人們。這并不是一項(xiàng)容易的工作,因?yàn)閷?shí)際上并不存在著一個對所有人來說都是最優(yōu)的操作范圍和操作過程 另一個重要問題,設(shè)計(jì)工程師必須能夠同其他有關(guān)人員進(jìn)行交流和磋商。在開始階段,設(shè)計(jì)人員必須就初步設(shè)計(jì)同管理人員進(jìn)行交流和磋商,并得到批準(zhǔn)。這一般是通過口頭討論,草圖和文字材料進(jìn)行的。為了進(jìn)行有效的交流 ,需要解決下列問題 ( 1) 所設(shè)計(jì)的這個產(chǎn)品是否真正為人們所需要? ( 2) 此產(chǎn)品與其他 公司的現(xiàn)有同類產(chǎn)品相比有無競爭能力 ? ( 3) 生產(chǎn)這種產(chǎn)品是否經(jīng)濟(jì)? ( 4) 產(chǎn)品的維修是否方便? ( 5) 產(chǎn)品有無銷路?是否可以盈利? 只有時間能對上述問題給出正確答案。但是, 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和銷售只能在對上述問題的初步肯定答案的基礎(chǔ)上進(jìn)行。設(shè)計(jì)工程師還應(yīng)該通過零件圖和裝配圖,與制造部門一起對最終設(shè)計(jì)方案進(jìn)行磋商。 通常 ,在制造過程中會出現(xiàn)某個問題。可能會要求對某個零件尺寸或公差作一些更改,使零件的生產(chǎn)變得容易。但是,工程上的更改必須要經(jīng)過設(shè)計(jì)人員批準(zhǔn),以保證不會損傷產(chǎn)品的功能。有時,在產(chǎn)品的 裝配時或者裝箱外運(yùn)前的試驗(yàn)中才發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的某種缺陷。這些事例恰好說明了設(shè)計(jì)是一個動態(tài)過程??偸谴嬖谥玫姆椒▉硗瓿稍O(shè)計(jì)工作,設(shè)計(jì)人員應(yīng)該不斷努力,尋找這些更好的方法。 近 些年來,工程材料的選擇已經(jīng)顯得重要。此外,選擇過程應(yīng)該是一個對材料的連續(xù)不斷的重新評價過程。新材料不斷出現(xiàn),而一些原有的材料的能夠獲得的數(shù)量可能會減少。環(huán)境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面經(jīng)常會對材料選擇附加新的限制條件。為了減輕重量或者節(jié)約能源,可能會要求使用不同的材料。來自國內(nèi)和國際競爭、對產(chǎn)品維修保養(yǎng)方便性北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 24 要求的提高和顧 客的反饋等方面的壓力,都會促使人們對材料進(jìn)行重新評價。由于材料選用不當(dāng)造成的產(chǎn)品責(zé)任訴訟,已經(jīng)產(chǎn)生了深刻的影響。此外,材料與材料加工之間的相互依賴關(guān)系已經(jīng)被人們認(rèn)識得更清楚。因此,為了能在合理的成本和確保質(zhì)量的前提下獲得滿意的結(jié)果,設(shè)計(jì)工程師的制造工程師都必須認(rèn)真仔細(xì)地選擇、確定和使用材料。 制造任何產(chǎn)品的第一步工作都是設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)通常可以分為幾個明確的階段:( a)初步設(shè)計(jì);( b)功能設(shè)計(jì);( c)生產(chǎn)設(shè)計(jì)。在初步設(shè)計(jì)階 段,設(shè)計(jì)者著重考慮產(chǎn)品應(yīng)該具有的功能。通常要設(shè)想和考慮幾個方案,然后決定這種思想是否可行;如果可行,則應(yīng)該對其中一個或幾個方案作進(jìn)一步的改進(jìn)。在此階段,關(guān)于材料選擇唯一要考慮的問題是:是否有性能符合要求的材料可供選擇;如果沒有的話,是否有較大的把握在成本和時間都允許的限度內(nèi)研制出一種新材料。 在功能設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)階段,要做出一個切實(shí)可行的設(shè)計(jì)。在這個階段要繪制出相當(dāng)完整的圖紙,選擇并確定各種零件的材料。通常要制造出樣機(jī)或者實(shí)物模型,并對其進(jìn)行試驗(yàn),評價產(chǎn)品的功能、可靠性、外觀和維修保養(yǎng)性等。雖然這種試驗(yàn)可能 會表明,在產(chǎn)品進(jìn)入到生產(chǎn)階段之前,應(yīng)該更換某些材料,但是,絕對不能將這一點(diǎn)作為不認(rèn)真選擇材料的借口。應(yīng)該結(jié)合產(chǎn)品的功能,認(rèn)真仔細(xì)地考慮產(chǎn)品的外觀、成本和可靠性。一個很有成就的公司在制造所有的樣機(jī)時,所選用的材料應(yīng)該和其生產(chǎn)中使用的材料相同,并盡可能使用同樣的制造技術(shù)。這樣對公司是很有好處的。功能完備的樣機(jī)如果不能根據(jù)預(yù)期的銷售量經(jīng)濟(jì)地制造出來,或者是樣機(jī)與正式生產(chǎn)的裝置在質(zhì)量和可靠性方面有很大不同,則這種樣機(jī)就沒有多大的價值。設(shè)計(jì)工程師最好能在這一階段完全完成材料的分析、選擇和確定工作,而不是將其留到生產(chǎn)設(shè) 計(jì)階段去做。因?yàn)?,在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段材料的更換是由其他人進(jìn)行的,這些人對產(chǎn)品的所有功能的了解不如設(shè)計(jì)工程師。 在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段中,與材料有關(guān)的主要問題是應(yīng)該把材料完全確定下來,使它們與現(xiàn)有的設(shè)備相適應(yīng),能夠利用現(xiàn)有設(shè)備經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行加工,而且材料的數(shù)量能夠比較容易保證供應(yīng)。 在制造過程中,不可避免地會出現(xiàn)對使用中的材料做一些更改的情況。經(jīng)驗(yàn)表明,可采用某些便宜材料作為替代品。然而,在大多數(shù)情況下,在進(jìn)行生產(chǎn)以后改換材料要比在開始生產(chǎn)前改換材料所花費(fèi)的代價要高。在設(shè)計(jì)階段做好材料選擇工作,可以避免多數(shù)這樣的情況。在生產(chǎn) 制造開始后出現(xiàn)北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 25 了可供使用的新材料是更換材料的最常見的原因。當(dāng)然,這些新材料可能降低成本、改進(jìn)產(chǎn)品的性能。但是,必須對新材料進(jìn)行認(rèn)真的評價,以確保其所有性能都滿足要求。應(yīng)當(dāng)記住,新材料的性能和可靠性很少像現(xiàn)有材料那樣為人們所了解。大部分的產(chǎn)品失效和產(chǎn)品責(zé)任事故案件是由于在選用新材料作為替代材料之前,沒有真正了解它們的長期使用性能而引起的 。 產(chǎn)品的責(zé)任訴訟迫使設(shè)計(jì)人員和公司在選擇材料時,采用最好的程序。在材料過程中,五個最常見的問題為:( a)不了解或者不會使用關(guān)于材料應(yīng)用方面的最新最好的信息資料; (b)未能預(yù)見 和考慮擦黑年品可能的合理用途(如有可能,設(shè)計(jì)人員還應(yīng)進(jìn)一步預(yù)測和考慮由于產(chǎn)品使用方法不當(dāng)造成的后果。在近年來的許多產(chǎn)品責(zé)任訴訟案件中,由于錯誤地使用產(chǎn)品而受到傷害的原告控告生產(chǎn)廠家,并且贏得判決); (c)所使用的材料的數(shù)據(jù)不全或是有些數(shù)據(jù)不確定,尤其是當(dāng)其長期性能數(shù)據(jù)是如此的時候; (d)質(zhì)量控制方法不適當(dāng)和未經(jīng)驗(yàn)證; (e)由一些完全不稱職的人員選擇材料 。 通過對上述五個問題的分析,可以得出這些問題是沒有充分理由存在的結(jié)論。對這些問題的研究分析可以為避免這些問題的出現(xiàn)指明方向。盡管采用最好的材料選擇方法也不能 避免發(fā)生產(chǎn)品責(zé)任訴訟,設(shè)計(jì)人員和工業(yè)界按照適當(dāng)?shù)某?- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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