畢業(yè)設計（論文）
文獻綜述
（2016屆）
題 目
低噪聲持久型云石機設計
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姓 名
年一月十日
畢業(yè)設計（論文）文獻綜述
隨著科技的發(fā)展，社會的一切都在進步，都朝著機械自動化的方向發(fā)展，而機械的改進與發(fā)明成為了現(xiàn)在的首要任務?，F(xiàn)階段較大型的突破就是無刷電機的出世，碳刷電機在很多器械中被無刷電機取代。云石機工作于建筑工程,裝飾作業(yè),石材加工等對水磨石,大理石,花崗巖,陶瓷磚,石棉水泥板以及玻璃鋼等非金屬硬脆性材料的切割加工。它具有切割效率高, 加工質量好等明顯特點, 切割時需要適當加水冷卻云石片。[1]但是老式的云石機在設計制造方面還存在一定缺陷，因此在這方面的改進也不能落后。
一．關于云石機的現(xiàn)狀
市場上現(xiàn)有的云石機主要使用串激電機, 而串激電機在使用時噪音較大, 而且受本身結構限制, 串激電機需要使用碳刷, 碳刷和滑環(huán)表面相接觸, 由于彈簧壓力作用和材料彈性變形的緣故, 使直接接觸部分互相嵌入。當相對滑動時, 因摩擦作用而形成磨損。[1]還有就是這些云石機都是利用齒輪傳動的，傳動方式為，電機帶動齒輪，齒輪帶動齒輪軸再帶動云石片切割。這樣的設計存在以下缺點：噪聲大，磨損快、壽命短，效率低等。當然也有比較先進的設計已經(jīng)將碳刷電機改成無刷電機解決了其中一部分問題。
有關于噪聲的問題需要從根本上解決，產(chǎn)生的原因主要有以下幾方面： 機械零部件運動 、機械零件之間直接接觸 、機械零件之間力的傳遞 、機械零件與外圍或內(nèi)包介質的相互作用。而云石機產(chǎn)生噪聲的主要原因是，機械零件之間直接接觸 如相互嚙合的齒輪對齒面之間的接觸。[2]在齒輪輪齒嚙合時，由于沖擊而使齒輪產(chǎn)生很大的加速度，并會引起周圍介質擾動，由這種擾動產(chǎn)生的聲輻射，稱為齒輪的加速度噪聲；另一方面，在齒輪動態(tài)嚙合力作用下，系統(tǒng)的各零部件會產(chǎn)生振動[3]，這主要是兩相互作用的零件有著不可避免的一些缺陷，再加上機構本身的固有振動的激勵， 使零件產(chǎn)生噪聲。[2] 當然噪聲還有其他來源另一方面，碳刷電機的噪聲也不可忽略。
其次關于壽命問題，依靠碳刷工作的各種電機，由于碳刷顆粒粗硬, 或含有如金剛砂之類的硬質顆粒, 則會使機械磨損大大增加。同時由于碳刷中含有少量的碳化鐵、 碳化硅即金剛沙灰粉, 以提高電刷的耐磨性能, 但也會使集電環(huán)表面拉成溝槽, 一旦形成溝糟對電機的危害極大。[1]而且碳刷要依靠彈力與滑環(huán)表面接觸,如果壓力過小碳刷和滑環(huán)表面接觸不穩(wěn)定, 容易引起電弧, 使電器磨損增大 。因此當碳刷磨損到一定程度就應更換碳刷，否則將會使碳刷接觸不良危及電機安全。[4]由于碳刷磨損的存在致使云石機的壽命縮減。還有就是用來傳動的齒輪長期使用也會發(fā)生磨損，當磨損到一定程度齒輪發(fā)生打滑那就很危險了。在這兩方面的影響之下云石機一般使用不了多久。
最后便是效率問題，這個問題是綜合前兩方面的導致的，首先如果碳刷是非金屬導電材料,電阻系數(shù)大,是銅的400倍。電阻產(chǎn)生的能耗高; 持續(xù)的滑動摩擦導電產(chǎn)生的接觸電阻、 機械摩擦熱耗, 加上電刷的電阻能耗轉化為高熱易使彈簧失壓及導線老化, 引起接觸不良、 產(chǎn)生火花,嚴重影響電機正常運行。[1]然后就是齒輪傳動以及齒輪之間摩擦需要消耗一部分能量,就這兩方面造成的效率損失將近30%。
二．新型云石機的研究方向及發(fā)展趨勢
新型的云石機針對以下幾點進行改進
1、用無刷電機取代碳刷電機。無刷電機運用到云石機中可以有以下優(yōu)點：噪音小，無碳刷磨損，效率提高30％，機器壽命高，無刷電機工作電壓為30V，特別適應潮濕環(huán)境中使用以及能使用濕片操作。[1]
2、無刷電機的直驅。傳統(tǒng)的云石機使用的碳刷電機由于扭矩的不足無法直接驅動刀片進行切割。因此只能利用齒輪傳動，這樣做缺點是： 傳動鏈長， 可控性差， 系統(tǒng)效率低、 功率因數(shù)低、 維護費用高、 噪聲大等 [5] 。而無刷電機直接驅動刀片， 去掉了齒輪傳動的機械裝置， 簡化整個系統(tǒng)的結構， 縮短了傳動鏈，大大提高了云石機的機械效率、 機械傳動裝置的可靠性及運行效率， 同時降低了制造成本， 節(jié)約了資源。
三．新型云石機的設計產(chǎn)生的新問題與解決問題的大致方案
設計主要問題與難點在于新型云石機外殼的設計。由于它結構的簡化去除了齒輪的傳動用無刷電機直驅。但是電機的軸若是在中間云石片將無法深出切割部分或是伸出太少，另外無刷電機含有電路板，電路板的擺放也是需要考慮。此外還要考慮電機散熱的問題。這些問題在接下來的外殼設計過程中都要考慮進去。
針對上述問題，大致的應對方案是將電機的定子外殼上半部分設計為平面將電路板放置在它上面，然后下半部分放置于最低端。機器的最后加一個風扇往里吹空氣，云石機前端設有出風口有。
四．結論
此產(chǎn)品的外部結構設計是一個相當復雜的問題，必須從設計開始就加以注意，全面考慮，統(tǒng)籌解決。設計的結果可能不是一個實際問題的具體最終解,而是某種從初始問題狀態(tài)到最終解的一個“中間”解。隨著問題情景的變化,解也相應進行調整和改變。[7]
參考文獻
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[2]仝志永，牟偉，王思偉,機械噪聲的產(chǎn)生及其控制方法[J] 中國船舶重工集團公司 2008.
[3]白洪金,張金美,姚劍浩 齒輪傳動的噪音分析及減噪設計[M],嘉興市機械研究所,2010
[4]維亞.電機碳刷磨損的一種報警方法電氣時代[J] , Electric Age，1994
[5]許德寶,無刷直流電機直驅抽油機系統(tǒng)控制器設計山[ J],東理工大學 電氣與電子工程學院,2012.
[6]任先進.鐵路轉轍機用無刷直流電動機控制技術研究[D].中國優(yōu)秀博碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫(碩士),2007.
[7]譚浩,趙江洪,王巍,張軍產(chǎn)品造型設計思維模型與應用[D], 湖南大學現(xiàn)代車身技術教育部重點實驗室,2006