机械模型范文

机械模型范文（精选11篇）

机械模型 第1篇

农机模型文化在国外风靡已久。收藏各类农机模型,如数家珍地说出模型背后的故事以及模型原型的特点,无疑是农机爱好者的一种享受。望着橱柜中摆放的精致、灵动、甚至珍贵的农机模型,心中的自豪、喜悦之感不禁油然而生。除此之外,农机模型还是农机行业无论是企业、经销商馈赠他人的最好礼物。不仅代表了自己的身份,还能起到传播农机文化的作用。

当前,在整个农机行业跨入高速发展阶段的同时,农机模型热在中国已经悄然兴起。作为一木为“农机爱好者”服务的杂志,本刊为了满足您的需求,特别与厂商合作,推出大量高中低端农机模型,物美价廉,欢迎选购。

单位(元)

机械模型 第2篇

机械多体系统动力学模型数值算法与违约修正

首先简要介绍了多体系统动力学的建模方法,总结了几种常用的动力学方程;其次,重点阐述了动力学模型数值求解算法及违约修正的最新研究进展;最后展望了多体系统动力学今后的发展方向.

作 者：高海涛 张志胜 史金飞 GAO Hai-tao ZHANG Zhi-sheng SHI Jin-fei 作者单位：东南大学,机械工程学院,江苏,南京,211189刊 名：中国制造业信息化 ISTIC英文刊名：MANUFACTURING INFORMATION ENGINEERING OF CHINA年，卷(期)：200938(11)分类号：O313关键词：多体系统 数值算法 违约修正 进展

机械模型 第3篇

关键词：机械基础 Solidworks 虚拟模型 教学

在职业院校机电类专业机械基础课教学中，传统的教学方式只能准备若干配套的挂图、模型，而如果教师根据教学要求，需要更改模型时，则费时费力，不能满足实际教学变化的需要。为此，笔者以Solidworks软件为例，对虚拟建模在机械基础教学中的应用进行如下探讨。

一、Solidworks介绍

Solidworks是一套基于Windows 的机械三维CAD软件。它全面采用非全约束的特征建模技术，其建模过程全相关性，可以在设计过程的任何阶段修改设计，同时牵动相关部分的改变，并且可以使用造型的实体零件进行仿真装配，动态观察可运动零部件的运动情况，检查干涉情况，进行有限元分析，实现机械产品的CAD/CAM。

二、教学应用举例

1.机械零件结构展示

在课堂教学中，对于机构及零件结构的讲授要借助于挂图和模型，但由于模型数量的限制，使得教师在教学中很不方便。另外在使用模型时，教师总觉得模型太小，在展示时学生不能很清楚地观看，而且教师举着模型讲解也很不方便。

图1 凸缘联轴管展示效果

利用软件三维建模功能，能很方便地对机构的组成和结构做全方位的展示。例如在讲解联轴器时，由于其种类较多，且教材中的图形都是二维装配图或者是静态的立体图，学生要了解其结构非常吃力。而通过软件，教师可以把每个零件先在系统中造型，然后讲解时一个一个地组装成完整的联轴器，并且在组装的过程中还可以利用其移动零件的功能对其工作原理做介绍，这样学生就容易理解了。图①所示为凸缘联轴器的展示效果。

在机械基础课程的教学中，类似这样的内容很多，如轴承、各种齿轮传动、离合器、制动器等，都可以进行这样的展示。

2.运动形式演示及机构的演化过程展示

在机械基础课中有很多运动机构的介绍，传统教学都是利用挂图和机构模型。利用图形展示运动形式，学生理解较为吃力，而利用机构模型演示，距离较远的学生难以观察清楚，特别是对于机构演变的介绍更不方便。在对机构演变的演示过程中，教师需要用多个机构交替呈现，操作起来麻烦且不直观。利用二维动画也可以演示，但机构在这种演示过程中互动性较差。

在使用Solidworks软件演示机构动作的原理时，教师可根据需要及时调整，使得演化的过程更加直观，交互性更好。如对铰链四杆机构的基本类型的讲解，可以通过固定和浮动不同的杆件或改变机构的长度，获得三种基本类型；对于机构的演化，则可以通过对同一个四杆机构用调整各杆件的长度和固定不同的杆件作机架来实现从曲柄摇杆机构→曲柄滑块机构→导杆机构→曲柄摇块机构等。这样既不需要很多的模型，也不需要用多个动画来分别演示，学生就可以很直观地了解演化过程。

3.标准件机构的展示

对于标准件零件，由于其种类较多，在模型准备方面很难做到全面。比如各种齿轮传动，种类多且每一种类的尺寸规格也多，学生理解有困难，学习效果很差。在Solidworks软件的toolbox模块中，有中国及其他多国的标准件的图形库，包括螺栓、螺母、垫圈、轴承等。在教学时，教师可以直接从库里调取相关的图形文件，且可以设置标准件的规格参数，获得各种类型及不同规格的模型。这样可以让学生了解这些零件的形状、规格，还可以让学生进行比较，从而能更好地掌握零件及其特性。

三、小结

Solidworks软件在教学中可将零件的结构、运动形式表达出来，且可以根据教学要求随时随地调整现有模型，或建立新的模型，充分满足机械基础教学中对不同种类模型的需要。利用Solidworks建立的虚拟模型，色彩丰富、形象逼真，通过对它的运用可以使相关知识点更加清晰明朗。

参考文献：

[1]谢永齐.SolidWorks 2005中文版基础教程[M].北京：清华大学出版社，2005.

（作者单位：江苏省常州技师学院）endprint

摘 要：在机械基础课程教学中使用Solidworks软件建立三维虚拟模型，不仅能生动地展示零部件立体结构，还可以通过软件进行虚拟装配及运动仿真，而且对于机构的演示能够随时根据需要进行修改和调整，互动性强，教学效果好。

关键词：机械基础 Solidworks 虚拟模型 教学

在职业院校机电类专业机械基础课教学中，传统的教学方式只能准备若干配套的挂图、模型，而如果教师根据教学要求，需要更改模型时，则费时费力，不能满足实际教学变化的需要。为此，笔者以Solidworks软件为例，对虚拟建模在机械基础教学中的应用进行如下探讨。

一、Solidworks介绍

Solidworks是一套基于Windows 的机械三维CAD软件。它全面采用非全约束的特征建模技术，其建模过程全相关性，可以在设计过程的任何阶段修改设计，同时牵动相关部分的改变，并且可以使用造型的实体零件进行仿真装配，动态观察可运动零部件的运动情况，检查干涉情况，进行有限元分析，实现机械产品的CAD/CAM。

二、教学应用举例

1.机械零件结构展示

在课堂教学中，对于机构及零件结构的讲授要借助于挂图和模型，但由于模型数量的限制，使得教师在教学中很不方便。另外在使用模型时，教师总觉得模型太小，在展示时学生不能很清楚地观看，而且教师举着模型讲解也很不方便。

图1 凸缘联轴管展示效果

利用软件三维建模功能，能很方便地对机构的组成和结构做全方位的展示。例如在讲解联轴器时，由于其种类较多，且教材中的图形都是二维装配图或者是静态的立体图，学生要了解其结构非常吃力。而通过软件，教师可以把每个零件先在系统中造型，然后讲解时一个一个地组装成完整的联轴器，并且在组装的过程中还可以利用其移动零件的功能对其工作原理做介绍，这样学生就容易理解了。图①所示为凸缘联轴器的展示效果。

在机械基础课程的教学中，类似这样的内容很多，如轴承、各种齿轮传动、离合器、制动器等，都可以进行这样的展示。

2.运动形式演示及机构的演化过程展示

在机械基础课中有很多运动机构的介绍，传统教学都是利用挂图和机构模型。利用图形展示运动形式，学生理解较为吃力，而利用机构模型演示，距离较远的学生难以观察清楚，特别是对于机构演变的介绍更不方便。在对机构演变的演示过程中，教师需要用多个机构交替呈现，操作起来麻烦且不直观。利用二维动画也可以演示，但机构在这种演示过程中互动性较差。

在使用Solidworks软件演示机构动作的原理时，教师可根据需要及时调整，使得演化的过程更加直观，交互性更好。如对铰链四杆机构的基本类型的讲解，可以通过固定和浮动不同的杆件或改变机构的长度，获得三种基本类型；对于机构的演化，则可以通过对同一个四杆机构用调整各杆件的长度和固定不同的杆件作机架来实现从曲柄摇杆机构→曲柄滑块机构→导杆机构→曲柄摇块机构等。这样既不需要很多的模型，也不需要用多个动画来分别演示，学生就可以很直观地了解演化过程。

3.标准件机构的展示

对于标准件零件，由于其种类较多，在模型准备方面很难做到全面。比如各种齿轮传动，种类多且每一种类的尺寸规格也多，学生理解有困难，学习效果很差。在Solidworks软件的toolbox模块中，有中国及其他多国的标准件的图形库，包括螺栓、螺母、垫圈、轴承等。在教学时，教师可以直接从库里调取相关的图形文件，且可以设置标准件的规格参数，获得各种类型及不同规格的模型。这样可以让学生了解这些零件的形状、规格，还可以让学生进行比较，从而能更好地掌握零件及其特性。

三、小结

Solidworks软件在教学中可将零件的结构、运动形式表达出来，且可以根据教学要求随时随地调整现有模型，或建立新的模型，充分满足机械基础教学中对不同种类模型的需要。利用Solidworks建立的虚拟模型，色彩丰富、形象逼真，通过对它的运用可以使相关知识点更加清晰明朗。

参考文献：

[1]谢永齐.SolidWorks 2005中文版基础教程[M].北京：清华大学出版社，2005.

（作者单位：江苏省常州技师学院）endprint

摘 要：在机械基础课程教学中使用Solidworks软件建立三维虚拟模型，不仅能生动地展示零部件立体结构，还可以通过软件进行虚拟装配及运动仿真，而且对于机构的演示能够随时根据需要进行修改和调整，互动性强，教学效果好。

关键词：机械基础 Solidworks 虚拟模型 教学

在职业院校机电类专业机械基础课教学中，传统的教学方式只能准备若干配套的挂图、模型，而如果教师根据教学要求，需要更改模型时，则费时费力，不能满足实际教学变化的需要。为此，笔者以Solidworks软件为例，对虚拟建模在机械基础教学中的应用进行如下探讨。

一、Solidworks介绍

Solidworks是一套基于Windows 的机械三维CAD软件。它全面采用非全约束的特征建模技术，其建模过程全相关性，可以在设计过程的任何阶段修改设计，同时牵动相关部分的改变，并且可以使用造型的实体零件进行仿真装配，动态观察可运动零部件的运动情况，检查干涉情况，进行有限元分析，实现机械产品的CAD/CAM。

二、教学应用举例

1.机械零件结构展示

在课堂教学中，对于机构及零件结构的讲授要借助于挂图和模型，但由于模型数量的限制，使得教师在教学中很不方便。另外在使用模型时，教师总觉得模型太小，在展示时学生不能很清楚地观看，而且教师举着模型讲解也很不方便。

图1 凸缘联轴管展示效果

利用软件三维建模功能，能很方便地对机构的组成和结构做全方位的展示。例如在讲解联轴器时，由于其种类较多，且教材中的图形都是二维装配图或者是静态的立体图，学生要了解其结构非常吃力。而通过软件，教师可以把每个零件先在系统中造型，然后讲解时一个一个地组装成完整的联轴器，并且在组装的过程中还可以利用其移动零件的功能对其工作原理做介绍，这样学生就容易理解了。图①所示为凸缘联轴器的展示效果。

在机械基础课程的教学中，类似这样的内容很多，如轴承、各种齿轮传动、离合器、制动器等，都可以进行这样的展示。

2.运动形式演示及机构的演化过程展示

在机械基础课中有很多运动机构的介绍，传统教学都是利用挂图和机构模型。利用图形展示运动形式，学生理解较为吃力，而利用机构模型演示，距离较远的学生难以观察清楚，特别是对于机构演变的介绍更不方便。在对机构演变的演示过程中，教师需要用多个机构交替呈现，操作起来麻烦且不直观。利用二维动画也可以演示，但机构在这种演示过程中互动性较差。

在使用Solidworks软件演示机构动作的原理时，教师可根据需要及时调整，使得演化的过程更加直观，交互性更好。如对铰链四杆机构的基本类型的讲解，可以通过固定和浮动不同的杆件或改变机构的长度，获得三种基本类型；对于机构的演化，则可以通过对同一个四杆机构用调整各杆件的长度和固定不同的杆件作机架来实现从曲柄摇杆机构→曲柄滑块机构→导杆机构→曲柄摇块机构等。这样既不需要很多的模型，也不需要用多个动画来分别演示，学生就可以很直观地了解演化过程。

3.标准件机构的展示

对于标准件零件，由于其种类较多，在模型准备方面很难做到全面。比如各种齿轮传动，种类多且每一种类的尺寸规格也多，学生理解有困难，学习效果很差。在Solidworks软件的toolbox模块中，有中国及其他多国的标准件的图形库，包括螺栓、螺母、垫圈、轴承等。在教学时，教师可以直接从库里调取相关的图形文件，且可以设置标准件的规格参数，获得各种类型及不同规格的模型。这样可以让学生了解这些零件的形状、规格，还可以让学生进行比较，从而能更好地掌握零件及其特性。

三、小结

Solidworks软件在教学中可将零件的结构、运动形式表达出来，且可以根据教学要求随时随地调整现有模型，或建立新的模型，充分满足机械基础教学中对不同种类模型的需要。利用Solidworks建立的虚拟模型，色彩丰富、形象逼真，通过对它的运用可以使相关知识点更加清晰明朗。

参考文献：

[1]谢永齐.SolidWorks 2005中文版基础教程[M].北京：清华大学出版社，2005.

机械系统中摩擦模型的研究 第4篇

在大自然界中摩擦无处不在, 摩擦作为非线性物理现象的一种并存在于两运动物体之间, 在日常生活中, 有些摩擦是有利的, 比如人和车辆在路上行走, 还有日常生活中的夹持、切割、洗刷等, 机械设备中的摩擦压力机、摩擦离合器、摩擦传动机、摩擦自动装置等, 但在机械系统中摩擦受各种因素的影响会对机械的精密系统运动带来不良影响。为了消除摩擦带来的不良影响, 技术人员也运用了不同的方法来进行改善, 也在其中运用了摩擦模型的补偿技术。目前, 技术人员也建立了多种摩擦模型, 每种摩擦模型都各具特点, 要想在实际使用中发挥良好的效果, 就务必要掌握各种模型的适用范围、构成原理和自身特点。本文就对机械系统中的摩擦模型进行了阐述。

2 摩擦现象分析

摩擦现象是两个运动物的接触面之间存在的切向作用力, 在现实生活中, 有很多的因素都会产生摩擦现象, 比如润滑情况、速度、两物体表面的接触情况、滑动速度的情况等。技术人员也对摩擦现象进行了研究, 根据各种实验的研究结果也对摩擦现象的本质有了一定的了解, 下文对生活中比较常见的摩擦现象进行分析。

2.1 库伦摩擦

库伦摩擦是运行摩擦中比较典型的摩擦现象, 也是较早进行研究的一种物理运动, 库伦摩擦力的大小是由两运动物之间的接触面积来决定的, 库伦摩擦与运动方向是反比的关系, 但库伦摩擦会随着法向荷载的变化而发生改变, 速度幅值的变化不会对库伦摩擦造成任何影响。

2.2 粘性摩擦

两接触物之间流性物的粘性大小决定了粘性摩擦力的大小, 两物体的运动速度和粘性摩擦是正比关系, 运动物的速度值和粘性摩擦力的速度值是相等的。

2.3 Stribeck摩擦

Stribeck摩擦也可叫做Stribeck, 低速区域的摩擦行为就是用Stribeck来进行定义的, Stribeck摩擦是稳态速度函数的一种, Stribeck摩擦和物体运动速度是反比关系, 具体表现是:物体运动速度增加, Stribeck摩擦力会下降。

2.4 静摩擦力

静摩擦力是普遍存在自然界之中, 静摩擦力具体是来描述两物体从静止到运动这一过程中所需力的大小, 静摩擦力的大小是由两物体之间的力来决定的, 而两物体之间的相对速度对静摩擦力没有任何影响, 静摩擦力与库伦摩擦力相比, 静摩擦力值要大于库伦摩擦力值。

2.5 顶滑动位移

顶滑动位移是当两个物体发生接触时, 如果两物体之间的最大静摩擦力大于两物体的外力, 那么两物体的接触面就会出现位移现象, 这种位移的变化是很小的。顶滑动位移现象和弹簧是非常相似的, 顶滑动位移的摩擦力不能用速度函数来描述, 因为它是一种位移函数。

2.6 摩擦滞后

摩擦滞后也可叫做摩擦记忆, 它是描述摩擦力改变滞后和两物体相对滑动速度变化的情况, 其中两物体的滑动速度和摩擦力会形成迟滞环, 当滑动速度降低时, 摩擦滞后值会小于加速时的摩擦滞后值, 其中的迟滞环的宽度和速度值是正比关系。

3 摩擦模型

摩擦模型一般分为静态摩擦模型和动态摩擦模型两大类, 其中的静态摩擦模型把摩擦力用两物体相对速度的函数来进行描述, 从而对静态模型进行了诠释。而静摩擦模型的建模在静摩擦界面中是没有运动的, 单从力学角度来分析, 静擦模型在法向和切向上的接触都是属于柔性的;动态模型是把摩擦力用两物体相对速度和位移函数来进行描述, 这样一来不仅能对摩擦的静态特征进行描述, 还能对动态特征进行描述, 所以动态摩擦模型能较为全面的描述两物体界面中的摩擦状态。

3.1 库伦模型

技术人员依据大量的实验结果印证得出, 库伦模型的摩擦力会随着法向荷载的变化而发生改变, 但与两物体的运动方向是呈反比关系, 与两物体的速度变化值无关。库伦摩擦模型是较早来进行描述摩擦模型的一种模型, 库伦模型的摩擦力是用速度方向函数来进行描述的, 所以, 库伦模型的表达也在一定程度上受到了限制, 并且只能对两物体的摩擦力在运动速度大于零时进行描述, 倘若两物体的运动速度是零, 那么库伦模型的摩擦值也会相对变化。

3.2 Dahl模型

在Dahl模型中, 当两物体界面没有达到最大静摩擦值之前, 其摩擦界面中的接触峰会与弹簧相类似, 此时在两界面中会出现预滑动位移现象。Dahl对这一现象用微分方程进行了描述, 主要是描述摩擦力和位移关系之间的变化曲线。Dahl模型是一种连续模型, 它能弥补静态模型中状态切换不连续问题的缺点, 并运用切向柔顺性把预滑动位移带入到摩擦模型中。在机械系统中Dahl模型能对预滑动位移进行描述, 也能对摩擦滞后进行预测, 但它不能对静态摩擦力进行描述, 也没有Stribeck效应。

3.3 鬃毛模型

鬃毛模型用微观角度来对两物体表面接触点的特性进行诠释。如果两运动物体的摩擦表面是弹性的鬃毛接触, 其上表面的刚度小于下表面, 此时两物体的运动会使鬃毛弹性出现变形, 从而产生摩擦力, 当两物体相对运动速度增加时, 鬃毛就会出现滑动。鬃毛模型能对摩擦模型的随机特征进行准确捕捉, 其缺点就是没有对耗时问题进行计算, 鬃毛之间的空间很狭隘, 并且鬃毛有突然断开的不连续性, 这也就需要在很短的时间内来对鬃毛模型的仿真积分进行计算, 这样的计算是需要大量时间的, 所以, 鬃毛模型在数值效果上不是很好, 也因此不用于仿真。

3.4 集成模型

集成模型是把摩擦在所有阶段内表现出的不同特征连接在一起, 从而对摩擦特性进行全面的描述, 它是一种较完善的摩擦模型。集成模型能充分反映出库伦摩擦、粘性摩擦、静摩擦力、Stribeck摩擦及摩擦滞后的摩擦现象, 同时也能反映出摩擦的动态和静态特征, 其实把静态摩擦和动态摩擦强硬的结合在一起, 那就会有两个状态间的切换问题, 这样的切换问题从物理角度来来分析是不合理的, 并且也没有较为明确的物理意义, 在一定程度上阻碍了模型的实际执行, 再加上此模型还有冗余参数, 且模型结构复杂, 所以, 集成模型在工程上的实用价值很小。

3.5 Lugre模型

Lugre模型是Dahl模型的扩充, 同时也是连续摩擦模型, 该模型运用了鬃毛模型的思想, Lugre模型用一阶段微分方程就能对所有动态摩擦和静态摩擦进行了描述, 比其它模型更能描述摩擦现象, 它也比较适用于摩擦力补偿的设计和应用。Lugre模型的缺点是不能对摩擦模型的参数进行识别。

4 摩擦补偿

摩擦会在一定程度上对伺服系统造成较大影响, 在不同的系统中, 对摩擦进行补偿的目的也不尽相同。摩擦补偿分为两大类, 一类是非模型补偿, 另一类是基于模型补偿。非模型的补偿在原理上相对简单, 在对两物体相对速度是零时的补偿力有限, 因为补偿能力的提高关系到机械系统中的很多因素, 所以非模型的补偿方法在应用方便受到很大的限制;基于模型的补偿是要根据现有的模型, 并在系统中施加控制作用, 对于出现在各个时段的摩擦力予以抵消。基于模型的补偿方法不能确定模型的摩擦参数, 为了解决摩擦问题, 目前的研究方向是基于智能控制的摩擦补偿方法, 具体为重复控制方法、模糊控制方法、神经网络控制方法。

5 结语

摩擦广泛存在于自然界中, 并会对机械中的精密系统产生影响, 因此科学合理地解决机械系统中的摩擦问题是当前的研究方向。本文对各种摩擦模型进行了分析, 对于不同的控制要求, 要运用不同的模型来对摩擦进行描述。摩擦模型的建立和研究是具有很大的理论和现实意义。

参考文献

[1]罗道宝, 吉武俊.机械系统中摩擦模型的研究[J].河南科技, 2012 (5) .

机械模型 第5篇

关键词：机械基础 仿真模型库 教学资源库

近年来，随着教育教学改革的深入，教学资源库越来越成为各个院校的必不可少的建设项目。各门课程的教学资源库能够很好地实现高水平的教学资源共享，为学生自主学习提供非常有用的平台。笔者所在学校作为国家中职改革发展的示范性学校，自然在学校的教学资源库中注重建设高质量、高水平的各门课程的教学资源库。

一、构建机械基础仿真模型库教学资源库的目的

构建机械基础仿真模型库教学资源库，是为了使机械基础教学过程更形象、更直观。由于在实际机器设备中，各种零件从视觉上往往相互叠加，有些在内部的零件和构件，即使拆开机盖，也不能看清。而机械基础仿真模型以动画仿真的形式将机械零件的构造、运动真实地展现给学生，能让学生轻而易举地认识各种常用机械零件，了解各种常用的机械构件，掌握常用机械基础知识。

二、机械基础仿真模型库教学资源库的内容

机械基础仿真模型库的教学资源库由以下两大部分内容构成：一是常用机构与机械传动及部分常用机构的拆分，二是常用机构在数控专业、机修专业、机电专业和汽车修理专业的应用举例。其中，在第一部分中仿真模型和仿真机构的拆装皆采用solidworks 软件来制作，而仿真机构的拆装用edrawing来发布，方便教学中的使用。

1.模块1“常用机构与机械传动及部分常用机构的拆分”的具体内容

（1）平面连杆机构。需要建立的仿真模型有：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄滑块机构。（2）凸轮机构。需要建立的仿真模型有：盘形凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮、镶块式凸轮。（3）间歇运动机构。需要建立的仿真模型有：棘轮机构、单向驱动棘轮机构、双向驱动棘轮机构、槽轮机构、单销外槽轮机构、内槽轮机构和不完全齿轮机构。（4）螺旋机构。需要建立的仿真模型有普通螺旋机构和差动螺旋机构。（5）齿轮传动。需要建立的仿真模型有：直齿圆柱齿轮传动、外啮合直齿圆柱齿轮传动、内啮合直齿圆柱齿轮传动、齿条传动、斜齿轮传动、直齿锥齿轮传动、曲线齿锥齿轮传动、交错轴斜齿轮传动、蜗轮蜗杆传动。（6）带传动和链传动。需要建立的仿真模型有：带传动、V带传动和链传动。（7）联接与支撑零件。需要建立的仿真模型有：键联接、普通平键联接、导向平键联接、滑键联接、半圆键联接、切向键联接、锲键联接、销连接、圆柱销连接、圆锥销连接、开口销连接。（8）螺纹联接。需要建立的仿真模型有：螺栓联接、双头螺纹联接、螺钉联接、紧定螺钉联接。（9）联轴器。需要建立的仿真模型有：套筒联轴器、凸缘联轴器、十字滑块联轴器、弹性套柱销联轴器、尼龙柱销联轴器。（10）离合器。需要建立的仿真模型有牙嵌式离合器和摩擦式离合器。（11）支撑零部件。需要建立轴部分的仿真模型有：传动轴、芯轴、转轴、直轴、曲轴；轴承部分有：滑动轴承、整体式滑动轴承、剖分式滑动轴承、调心滑动轴承、推力滑动轴承，滚动轴承，深沟球轴承的结构。（12）液压和气压传动部分。①在液压部分，需要建立的模型有：液压千斤顶工作原理、简单机床的简化液压传动系统。液压元件有：液压泵、液压缸、液压控制阀和辅助元件。其中在液压泵部分，需要建立的模型有：单柱塞液压泵、外啮合式齿轮机构、叶片泵和轴向柱塞泵；对于液压缸部分，需要建立的模型有单杆活塞式液压缸、双杆活塞式液压缸、柱塞式液压缸和伸缩套筒式液压缸；对于液压控制阀部分，需要建立的模型有：单向阀、手动换向阀、直动式溢流阀和普通节流阀；对于辅助元件部分，需要建立的模型有：油箱、滤油器和蓄能器。②在气压传动部分，需要建立的仿真模型有：气动三联件。在整个模块中，需要建立的模型拆装有：滚子链的结构拆装、普通平键联接的拆装、开口销连接的拆装、十字滑块联轴器的拆装和剖分式滑动轴承的拆装。

2.模块2“常用机构和机械传动在数控、机修、机电、汽修专业等各个专业领域中的应用”的内容

（1）在数控专业中：①常用机构，其中平面四杆机构需要建立的模型或视频有缝纫机踏板机构、牛头刨床横向自动进给机构、内燃机、卡车自动卸料机构和自动车床刀架转位机构；②凸轮机构需要建立的模型或视频有自动车床靠模机构；螺旋机构需要建立的模型或视频有：车床的丝杠螺母机构、滚珠螺旋（丝杠）传动和螺旋千斤顶；③齿轮传动需要建立的模型或视频有：齿轮的加工、铣齿、插齿和滚齿；带传动需要建立的模型或视频有无级变速器。

（2）在机修、机电专业中：①常用机构，其中平面四杆机构需要建立的模型或视频有：缝纫机踏板机构、牛头刨床横向自动进给机构、内燃机、卡车自动卸料机构、自动车床刀架转位机构和手动冲床机构；②凸轮机构需要建立的模型或视频有自动车床靠模机构；③螺旋机构需要建立的模型或视频有车床的丝杠螺母机构、滚珠螺旋（丝杠）传动和螺旋千斤顶；④齿轮传动需要建立的模型或视频有齿轮的加工——铣齿、插齿和滚齿和二级齿轮减速器传动等；⑤带传动需要建立的模型或视频有无级变速器。

（3）在汽修专业中：①常用机构，其中平面四杆机构需要建立的模型或视频有：缝纫机踏板机构、内燃机、卡车自动卸料机构、前窗双雨刮器和汽车车门启闭机构；②凸轮机构需要建立的模型或视频有内燃机配汽机构和发动机凸轮轴与气门结构；③螺旋机构需要建立的模型或视频有：汽车转向器、汽车用丝杠千斤顶和螺旋千斤顶；④齿轮传动需要建立的模型或视频有：差速器、汽车主减速器中的混合轮系和变速器的变速机构；⑤带传动需要建立的模型或视频有发动机中V带传动；⑥链传动需要建立的模型或视频有发动机中正时链传动；⑦离合器需要建立的模型或视频有膜片弹簧离合器的虚拟拆装、双摩擦片周置式弹簧离合器、周置式弹簧离合器和液力偶合器；⑧销联接需要建立的模型或视频有汽车转向节注销的虚拟拆装；⑨轴承需要建立的模型或视频有：深沟球轴承在汽车发动机中的应用和虚拟拆装、奥迪100型轿车发动机的活塞连杆组的虚拟拆装、东风6100Q-1发动机曲轴飞轮组的虚拟拆装；⑩液压和液压传动，液压传动部分需要建立的模型或视频有：发动机机油润滑系统、汽车制动系统液压并联式同步回路和ABS系统的液压回路；气压传动部分需要建立的模型或视频有黄河JN1181C13型汽车制动示意图。

三、机械基础仿真模型库教学资源库的使用

为了充分发挥专业教学资源库在专业教学中的优势，实现资源库助教，使教师备课时能够使用资源库提供的海量素材资源满足不同的教学需求，在资源库中运用现代信息技术创新教材呈现形式包括：真实实景操作视频、虚拟仿真过程演示、三维模型构件以及学生喜闻乐见的flash动画等。采用项目教学方式，可使教学更加生活化、情景化、动态化、形象化。

参考文献：

[1]顾欣.汽车机械基础[M].南京：江苏教育出版社，2010.

[2]隋明阳，王凤伶.机械基础[M].北京：高等教育出版社，2007.

多变量机械故障诊断系统模型设计 第6篇

故障诊断技术是识别和确定设备运行状态的技术。故障诊断的关键是实现从故障征兆空间到故障空间的映射, 从而实现对故障的识别和诊断。传统的方法是采用基于符号推理的专家系统, 但是这种专家系统用于故障诊断时存在知识获取困难、组合爆炸和匹配冲突等难以克服的问题, 使其应用达不到期望的效果。本文主要提出了径向基 (RBF-Radial Basis Function) 多变量的神经网络专家系统, 它模拟了人脑中局部调整、相互覆盖接受域的多变量神经网络, 是一种局部逼近网络, 能以任意精度逼近任意非线性函数, 将其应用于机械故障诊断中, 实验结果表明该方法大大提高了诊断过程的快速性和准确性, 取得了较好的效果。

二、多变量神经网络专家系统的基本结构

多变量神经网络专家系统的目标是利用神经网络的学习功能、大规模并行分布式处理功能、连续时间非线性动力学和全局集体作用实现知识获取自动化;克服“组合爆炸”和“推理复杂性”及“无穷递归”等困难, 实现并行联想和自适应推理;提高专家系统的智能水平、实时处理能力及鲁棒性。神经网络专家系统的推理机制与传统专家系统的基于逻辑演绎方法推理机制不同, 它的推理机制为并行数值计算过程, 以正向推理。

三、多变量神经网络专家系统的控制原理

多变量控制系统 (MIMO) 属于复杂过程控制系统, 由于系统有多个输入和输出, 内部结构比较复杂, 往往存在一定程度的耦合, 常需要对系统进行解耦。通过对多变量非线性时变系统进行辨识, 获得系统辨识模型, 用该模型的预测输出来取代系统的实际输出, 再在此基础上进行PID参数在线自整定, 实现了系统的解耦控制。基于改进型RBF神经网络的PID控制器由两部分构成:PID控制器和改进型RBF神经网络辨识器。PID控制器直接对被控对象进行闭环控制, 3个参数根据辨识器提供的信息由梯度下降法在线进行整定;辨识器利用改进型RBF神经网络强大的非线性映射能力和快速、准确跟踪被控对象变化的优点, 获得PID参数在线自整定所需的Jacobin辨识信息 (即被控对象的输出对控制输入的灵敏度信息) , 适应了系统运行状态的变化。

四、多变量机械故障诊断模型的建立及设计

目前, 神经网络的大小只是根据需要来确定。多少个故障现象, 对应多少个输入节点;多少个故障部位, 对应多少个输出节点。中间层隐节点数量的选取不是固定的, 需要经过实际训练的检验来不断调整。在机械运行中轴承故障的监测与诊断一向是机械故障诊断技术中的重要内容。据统计, 约30%的旋转机械的故障是由于轴承的损坏所造成的。由于设计不当, 或零件的加工和安装工艺不好, 或轴承的服役条件欠佳, 或突加载荷的影响, 使轴承在承载运转一段时间后会产生各种各样的缺陷, 并且在继续运行中其缺陷还会进一步扩展, 使轴承运转状态逐渐恶化以致完全失效。因此, 为了说明问题, 现以7216圆锥轴承在试验台上所测取的数据进行特征参数选择试验。完好和有故障的轴承分别标记。试验是转速为1, 200 r/min, 轴承径向负荷为599.76 N/cm2, 轴向负荷为499.8 N/cm2, 采用截至频率为2 k Hz的低通滤波器对振动信号进行滤波处理, 轴承分别选用内圈故障、外圈故障、滚动体故障及完好的样品。特征参数依次为峰值MAX、有效值RMS、方差DAL、轴承外圈、内圈和滚动体特征频率幅值VOF、VIF、VBF, 对应6种输入。输出模式为:无故障 (0 0 0 0) ;滚动体故障 (0 0 0 1) ;内圈故障 (0 0 1 0) ;外圈故障 (0 1 0 0) ;经归一化处理后的部分学习样本如表1所示。

五、多变量故障诊断模型仿真结果与分析

基于三层BP神经网络的圆锥轴承故障诊断系统中输入层神经元节点数N为6, 输出层神经元节点数Q为4。由公式P= (N+Q) 0.5+L, 其中L为0到10间的常数, 可得隐含层神经元节点数P取3~13之间的数。引入对应于故障识别特征类型的标准训练样本集和对应于故障输出的标准样本集, 在输入/输出、网络学习率及其训练步长相同的情况下, 改变隐层节点数进行网络训练, 可以发现隐层节点数取12时神经网络的训练误差平方和最小。因此, 在一般情况下, 倾向于选取较小的学习速率来保证系统的稳定性。经过反复比较, 选取学习速率为0.1。横坐标为训练次数, 纵坐标为误差函数E (x) 。其中粗实线为指定误差精度0.000 1。LM算法在训练中能够迅速收敛避免陷入局部极小值;本例中该算法只用了11次迭代就达到了预定误差精度0.001并获得满意的诊断结果。而常规BP算法虽然经过64, 191次的迭代计算达到了预定误差精度, 但耗时太长, 收敛速度慢。

多变量神经网络训练完成后, 满足要求的故障诊断专家系统就以网络结构、权值、阀值的形式存在于网络中。将知识分布存储于每个神经元上, 学习效率高, 容错能力强, 富于联想, 对没有遇见过的故障也有良好的推理能力;即使输入部分故障现象不准确甚至是错误信息时, 系统进行综合判断, 也能给出较为理想的结果。当输入任意故障识别特征值时, 通过故障诊断专家系统, 即可判读轴承相应的故障类型。表2所示为6组检验样本故障特征参数值, 将其输入训练好的神经网络诊断模型, 得到的诊断结果如表2所示。从表中仿真结果可以看出:经网络诊断后, 可识别圆锥轴承内圈、外圈、滚动体的故障, 这和预先选定的轴承故障情况相符合, 允许范围内与实际故障一致。因此网络训练是成功的, 具有较高的诊断准确性。

六、结语

多变量故障诊断模型系统与传统的专家系统相比具有高度的容错性、鲁棒性、实时性和自适应性;同时机器可以自组织、自学习及联系记忆, 可在工作中不断学习、发展和创新。本文建立了一种新的机械故障诊断模型, 通过对仿真结果的分析和比较, 表明该算法极大地提高了运算速度, 只需经过几十次迭代便能获得预定的收敛效果, 同时具有很高的准确性, 达到了预期的效果。该系统经过适当的扩充和改造也可以适用于各种械故障诊断, 具有一定的应用价值。

摘要：本文对多变量机械故障诊断系统模型设计进行了研究, 在分析多变量故障诊断模型系统与传统的专家系统诊断的基础上, 提出了对多变量机械故障诊断系统模型的设计方案和实际运行, 结果表明该系统经过适当的扩充和改造也可以适用于各种械故障诊断, 具有一定的应用价值。

关键词：多变量,故障诊断,神经网络,系统模型设计

参考文献

[1] .吴凌云, 王华.BP神经网络专家系统在故障诊断中的应用[J].信息技术, 2003

机械产品组合优选模型与应用 第7篇

关键词：产品组合,模糊评价,指标分析,优贤度

产品组合是指企业生产的产品线在深度、宽度和相关联性方面所采取的组合方式。这是企业经营中最重要的决策管理, 被评价的产品线涉及多个因素, 这些因素常常在客观上存在模糊性, 甚至有的难以定量界定, 所以用传统的数学模型难以进行综合评价, 故采用模糊优选模型进行评价比较科学合理。

一、产品组合模糊评价模型建立

设企业有n个产品线组合而形成备选集:X= (x1, x2, …, xn) , 每个产品线又有m个评价指标 (越大越优) 组成的评价集。每个备选产品线的m个评价指标可用相应的特征量来表示, 即组成m×n阶特征量矩阵X;i=1, 2, …, m;j=1, 2, …, n;xij表示第j个备选产品线的第i个特征量。

产品组合优选就是从备选的产品线中选择相对较优的来组合生产。根据正指标越大越优的目标相对优属度公式:

其中rij为j产品线指标i的相对优属度, ∧、∨分别为取小、取大符。

通过式 (2) 将式 (1) 变为指标相对优属度矩阵R, R是评判产品线优贤度的依据。

取备选对象m个相应指标优属度的最大值和最小值, 分别组成优贤标准和非优贤标准。即

指标权重采用专家打分, 然后取每一项指标加权平均值, 从而获得每一项指标的权重。它可以用权重向量Wi (i=1, 2, …, m) 表示, Wi为第i个指标的权重。

应用模糊数学模型:Ui为备选对象的优贤度, 其中p是距离参数 (通常p=1) , d () 表示广义权距离, j=1, 2, …, n。

企业以相对优贤度较大为优选原则来进行产品组合决策排序并指导生产实践, 实现产品组合决策科学化管理。

二、产品组合优选模型在某齿轮厂的应用

某齿轮厂现主要有6个产品线, 即产品线1, 产品线2, ……产品线6。按照产品评价四个纬度分析:赢利能力、竞争能力、发展能力和生态环保性。对每一个具体的一级指标都相应设立二级评价指标, 二级指标有的可得到具体数据, 而有的采取0～10主观赋值, 具体评价指标见表。

对产品各评价指标依式 (6) 计算权重, 具体权重和指标数据归一化处理结果见下页表。

根据下表, 先对各子因素层二级指标评价矩阵做模糊矩阵运算, 得到主因素层一级 (赢利性) 指标特征向量矩阵:

又因为权重:W1= (0.3, 0.3, 0.4)

根据模糊矩阵运算X1=W1×R1, 得到主因素集一级评价指标的隶属度向量X1,

同理得X2, X3, X4,

根据主因素集一级评价指标隶属度向量形成主因素集特征量矩阵X,

根据优属度公式 (2) , 使特征量矩阵X转化为指标相对优属度矩阵R:

根据式 (8) , 由公式 (4) (5) 得优贤标准g和非优贤标准b:

由表1知主因素集一级指标权重, 即:

将式 (8) 式 (9) 式 (10) 式 (11) 数据代入公式 (7) , 得各产品评价的优贤度行向量, 即:

通过计算得到该厂6个产品线在产品组合决策优选顺序为: (1) 产品5、 (2) 产品2、 (3) 产品6、 (4) 产品4、 (5) 产品1、 (6) 产品3。

三、结论

通过以上分析可以得到如下结论: (1) 用模糊评价理论建立机械产品组合模型评价产品组合优选顺序是可行的。 (2) 模糊评价模型计算过程相对简单, 不需要通过计算机辅助编程就可以完成产品组合评价。 (3) 模糊评价模型采用多个纬度多个指标对产品进行全方位评价, 弥补了其他方法评价指标单一不足。

参考文献

[1]李鸿吉.模糊数学基础及实用算法[M].北京:科学出版社, 2005:47.

机械制造企业设备维护费用模型研究 第8篇

在许多制造型企业中, 企业生产设备常出现故障, 企业是选择外包维修还是选择企业内部组合人员维修, 是一个很重要的问题。在欧美一些发达国家设备维修外包发展是比较迅速的, 与企业设备内部维修相比外包有三个优势:第一, 可有效降低企业维修成本, 实践表明外包维修成本与内部维修成本相比可降低30%到50%;第二, 专业化的维修服务有助于提高设备维修的质量, 使设备更好的运行;第三, 有利于促进维修社会化, 优化配置社会资源。因此, 我国制造型企业要探索服务外包这种新的模式, 为企业提高竞争力。

许多国外学者经过大量研究设计了多种费用计算模型。Jackson和Pascua (2008) 提出了在不完全维修的前提下, 故障率增长的维修费用假设。现阶段的最新研究是英国Salford大学的Wenbin Wang提出的使用延迟时间模型估算出故障修理费用。国内学者对设备维护成本计算的探讨较少, 范体军 (2006) 在其论文中详细阐述了故障修理外包费用的组成。吕文元和郑睿 (2010) 在其论文中研究了大型设备的故障修理外包费用模型。

(一) 维修对策的选择

本文以制造型企业生产设备为研究对象, 提出了三种维修对策, 第一种是全外包对策, 就是讲设备的日常检查、维护和检修都交给外包公司来做。第二种是部分外包对策, 就是将检查和维护由企业完成, 故障修理由外包公司来完成。第三种就是企业组织员工负责维修故障和检查。

(二) 三种维修对策

对策一:全包对策, 即维修公司的主要职责是检查和故障维护。企业支付维修公司报酬, 同时要求维修公司保证设备符合一定标准。如不符合企业的标准, 维修公司将受罚款, 罚款的数额和停机时间有关系, 如公式S=a (Df-K) 。公式中K为规定的最大停机时间;Df为实际的停机时间;a为以赔款比值, 单位是元/d。

对策二:企业内部人员进行养护和检查的工作。检查中遇到故障, 维修公司到企业进行故障修理和排除, 维修公司接受故障服务费。

对策三:企业内部承担设备的检查和维护工作, 一旦设备发生故障, 公司内部的维修人员进行修理, 修理故障是其主要工作, 公司按天支付给工人工资。

三种维修对策的情况对比:

对策一 (全包对策)

企业要求:机器的运行符合标准;机器的故障停机时间如超过标准, 企业向维修公司索赔

责任:支付给维修公司检查修理费

维修公司要求:接受检查维修费用

责任:承担机器的检查和故障维修;确保机器的符合一定标准, 停机时间小于商定的时限, 否则将赔偿。

对策二 (部分外包)

企业要求:使维修公司承担机器的故障排除工作

责任:承担机器的养护和检查工作;支付给维修公司故障排除的修理费用

维修公司要求:获得的故障排除费用

责任:承担故障排除的修理工作

对策三 (内部维修)

企业要求:机器的运行符合一定的标准;内部承担机器的故障排除工作

责任:支付内部人员维修工资

二、在延迟时间模型基础上的维修成本分析

(一) 基本思路

延迟时间问题的基本步骤是两个部分:第一是缺陷发生;第二缺陷变化为故障。从缺陷成为故障之间的时间段叫做延迟时间。利用机器的故障维修记录, 估算出不同维修周期t对应的故障出现的期望数值ENf (t) , 和检查过程中缺陷出现的期望数值ENd (t) 。依据生产记录, 故障出现的期望数值以单个故障维修费用的数值就是一个周期内的故障维修费用, 缺陷出现的期望值乘以排除单个缺陷费用的数值就是一个周期内排除缺陷的费用。将各个检查周期的维修费用相加, 就可以算出总的维修费用。

(二) 假定条件及符号

T为协议的总时间;A为符合标准的可用度 (或称有效性) ;Ai为不同对策下的可用度, i=1, 2, 3;

K为协议标准中维修周期的最大故障停机时限;Ri为不同对策的机器可靠性, i=1, 2, 3;

r为机器产生的收益率, 单位为元/d;S为维修公司的赔偿数额;

Pci为对策i时企业的经济收益, i=1, 2, 3;ti为对策i时机器检查的时间周期, i=1, 2, 3;

Dpi为对策i时机器的检查停止工作的时间, i=1, 2, 3;

Ddi为对策i时检查工修理一个缺陷的停止工作的时间, i=1, 2, 3;

Dfi为对策i时故障停止工作的平均时间, i=1, 2, 3;Ci为对策i时的维修金额, i=1, 2;

Cp2为对策2时企业的检查费用, 不包括停机费用;Cd2为对策2时企业排除一个缺陷的费用, 不包含停机费用;Mp1为在对策1时维修公司的检查费用;Md1为在对策1时维修公司排除一个缺陷的费用, i=1, 2;Mfi为对策i时维修公司排除一个缺陷的费用, i=1, 2

(三) 顾客的维修对策决策

1. 对策1

假设缺陷发生为齐次泊松过程, 缺陷率记为λ。E (Nf (t1) ) 记为[0, t) 期间故障率发生次数的期望值, E (Nd (t1) ) 为t1时刻检查出来的缺陷个数。检查是完全的情况下, 有

其中:h为时间延迟, F (h) 为时间延迟的分布函数。根据泊松分布的性质, 设备的可靠性为R1=Pr (在 (0, t1) 期间无故障发生) =exp (-E (Nf (t1) ) ) 。合同规定:合同期限内, 设备累计故障停机时间超过允许的停机时间k, 维修公司将给企业赔偿S。赔偿金额按时间比例计算, 赔偿金额的期望值为E (S) =E (Nf (t1) ) Tα (Df1-k) ∕t1;Df1>k。当Df1小于等于k时, E (S) 等于0, 公式α为单位时间赔偿金率。

在对策1下, 设备的可用度:A1={T―[E (Nf (t1) ) Df1+Dp1+Dd1E (Nd (t1) ) ]T/t1}/T。在对策1下, 企业的收益Pc1包含两部分:第一是企业的生产效益, 与设备工作时间有关, 第二来自维修公司的赔偿金。记企业的收益Pc1的期望值为E (Pc1) =r A1T+E (S) -C1。公式中C1为对策1下, 企业支付的维修费用。

2. 对策2

在合同期T内, 对策2情况下设备的可用度:A2=1―{E (Nf (t2) ) Df2+Dp2+Dd2E (Nd (t2) ) }/t2

在[0, t2) 期间发生的故障次数期望值E (Nf (t2) ) , 以及在t2时检查出来的缺陷次数的期望值E (Nd (t2) ) , 在对策2情况下, 服务合同的费用:C2={Cp2+Cd2E (Nd (t2) ) +Wf2E (Nf (t2) ) }T/t2。在对策2下, 客户收益Pc2的期望值为E (Pc2) =r A2T-C2。

3. 对策3

公司内部维修, 维修人员工资按天结算, 包括检查和维修。对策3下的可用度:A3=1-{E (Nf (t3) ) Df3+Dp3+Dd3E (Nd (t3) ) }/t3。由于维修人员工资按天结算的, 所以对策3的维修费用为:C3=ZT。在对策3下, 企业收益Pc3的期望值为E (Pc3) =rA3T-C3。

三、案例分析

相关系数如图1和表2所示。缺陷发生率λ=0.008, 时间延迟分布函数为F (h) =1-e-0.008h, 计算出不同检查间隔期的可靠度, 由于合同规定设备的可靠度R>0.85, 75d是设备最长的检查间隔期。

模型的基本参数值:

合同服务期T/d:1825;合同签订的维修外包费用Z/元:30000;

合同规定的可用度A:0.98;客户使用设备的收益率r (元/d) :500;

F (h) =1-e-0.008h:β=0.008;缺陷发生率λ:0.008;赔偿率a/ (元/d) :300

合同规定的可靠性水平R:0.85;合同规定的故障停机时间均值K/d:1;

公司内部组织维修人员的工资Z/ (元/d) :200

不同对策下所对应的费用参数和停机参数:

停机时间/d:Dp1=0.3;Dd1=0.1;Df1=1.5;Dp2=1;Dd2=0.3;Df2=1.5;Dp3=0.5;Dd3=0.5;Df3=1.5

费用/元:Mp1=90;Md1=256;Mf1=620;Cp2=180;Cd2286;Wf2=432

四、结束语

第一, 三种维修对策中, 第一种全外包维修对策的期望收益值与其他两个维修对策相比, 在不同周期数值中都是最大的, 如在选择维修对策时, 着重考虑期望收益值最高的维修对策, 这对企业的经营是至关重要的。

第二, 从可靠度和可用度的角度看, 全外包维修对策的各项数值都高于其他两种维修对策, 设备维修效果是最佳的, 出现的停机延误也是最小的, 把维修工作外包给其他公司, 企业减少了对维修人员和维修计划的管理工作, 可以把主要的精力放在企业核心竞争力上。

摘要：为了解决机械制造企业重大设备维修费用的测算问题, 提出了三种维修对策, 包括全外包对策、选择性外包对策、公司内部维修对策。该模型应用了时间延迟理论, 计算出设备运行中可靠性有约束条件下合理的检查间隔期, 以及不同检查间隔期所对应的设备发生的故障期望值和检查中的缺陷期望值, 以此计算出不同维修对策情况下的客户收益期望值。最后, 进行案例分析。

关键词：机械制造,时间延迟模型,外包维修,成本分析

参考文献

[1]YUN W Y, MURTHY D N P.Warranty servicing with imperfect repair[J].International Journal of Production Economics, 2006, .

[2]JACKSON C, PASCUAI R.Optimal maintenance service contract negotiation with aging equipment[J].European Journal of Operational Research.2008.

[3]WANG W B.A model for maintenance service contract design, negotiation and optimization[J].European Journal of Operational Research, 2010.

[4]范体军, 李宏余, 刘建香等.设备维护外包决策研究[J].华中科技大学学报, 2006.

机械产品可靠性的数学模型分析 第9篇

随着科学技术的发展,人们对产品的性能、品质和可靠性等方面的要求越来越高。可靠性已经成为产品竞争的焦点,日益引起各国的重视。美国有专家声称今后世界产品竞争的焦点是可靠性,而日本把可靠性列为企业的主要目标。在机械设计领域广泛使用优化设计技术和可靠性技术,使得零部件的结构朝着小型化、高可靠性方向发展。

本文以可靠度为讨论目标,论述用建立模型的方法进行机电产品可靠性设计分析。

所谓可靠性是指系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。如果用“概率”来量度这一“能力”,就是可靠度,用R(t)表示。

累积失效概率是指机械产品在规定的条件下和规定的时间内失效的概率,常用Pf表示。

1 机件失效的类型

机械设备的可靠性在很大程度上取决于机件或某一系统的可靠性。提高设备的可靠性就必须从提高每一个机件的可靠性入手,强调所有机件在整机使用寿命内的最佳无故障配合。就目前而言,机件失效的形式主要有:1)因磨损、腐蚀造成的尺寸误差和功能失效;2)因疲劳引起的诸如机件断裂、裂纹等;3)因设计失误引起的刚度、强度不足而出现的机件损坏。

但不管是上述何种失效形式,如果用模糊数学及数学函数关系来表述,可表述为:1)失效故障的发生仅与运行时间的增加而上升的形式;2)失效故障的发生与设计参数及标准有关的形式。

2 机件故障产因的数模分析

通过对大量机件故障案例的分析与研究,发现在排除设备的偶然性故障(如外力作用造成的故障)的前提下,随着设备使用时间的推移及老化,其故障模型主要有6种,如图1所示。

对这6种模型进一步分析研究后,得出了以下结论:

在寿命期内,前3种(A, B, C)[图1(a)～(c)]故障模型为与使用时间相关的故障,主要适用于那些非常简单的零部件和设备,尤其是存在直接接触磨损或接触腐蚀介质的。

后3种(D, E, F)[图1(d)～(f)]为与使用年限不相关的故障。一般来讲,部件越复杂或越简单,它就越可能服从于故障模型E, F,即存在于设备或部件复杂程度两极。D, E, F这3种模型的主要特征是设备运行初期以后的一段时间内与可靠性设计没有多少关系或根本无关。像这类部件往往在其使用寿命内都不发生故障,如一旦发生故障,往往是不可再修复的。如机座、集成部件、飞轮等这些要么特简单,要么特复杂的部件。造成这些部件出现故障而失效的原因,往往是与设计过程中的参数、标准有关,与疲劳、刚度、强度有关。

3 用反推法建立可靠性设计的模型

通过建立故障模型,能大概地划分出所有机件或设备失效的几种类型。而从设备维修的角度来谈可靠性设计实际上是一种倒推设计,即从维修的角度,从机件可能出现的故障来倒推至设计过程当中。因此,在进行可靠性设计时,就必须先对所要设计的机件或设备进行故障模型分析并进行归类,然后确定其使用阶段的故障特性。

图2是从这一角度出发建立的“安全-中间-失效”三级工作模式的可靠性分析模型:

其工作状态为:

安全状态: S≤äS (1)

中介状态: äS

失效状态: S≥äf (3)

式中,S为载荷应力;äS为构件安全的强度上限;äf为构件安全的强度下限。

图2中u安全(S)表示应力为S时构件的安全隶属度,显然0≤u安全(S)≤1。当u安全(S)=1时,式(4)成立,表明构件处于安全状态;当u安全=0时,式(6)成立,表明构件处于失效状态;当0≤u安全(S)≤1时,式(5)成立,表明构件处于中介状态。

与这种三级工作模式对应的可靠性分析就是求构件(单约束模式)工作期间处于各种工作状态的概率:

安全概率: PR=P{S≤äS} (4)

中介概率: PM=P{äS

失效概率: PF=P{S≥äf} (6)

这种三级工作模式也是一种考虑失效准则(极限状态)模糊性的可靠性分析方法,但在处理方式上与模糊随机可靠性完全不同。求出了构件工作期间处于各种工作状态的概率,即安全概率PR,中介概率PM和失效概率PF。将它们联合起来组成可靠性向量{PR,PM,PF}。

这样,就给出了关于结构工作状态随机性的更全面的估计,有利于工程的设计和决策。其次,在该方法的分析过程中,具体计算全部使用常规(即“安全-失效”二级工作模式)的计算方法。

4 结语

本文对机械产品可靠性的分析进行了探讨。从机械故障原因出发分析了产品可靠性设计的侧重方向;通过对产品工作过程的分析反推出可靠性模型,并对此进行忽略模糊性的概率分析,即产品从安全到失效之间存在一个中间过渡阶段,结构的状态表现为既安全又不安全的模糊性。目前行内较为关注这类基于模糊分析的计算方法,但过程过于复杂,难以实际应用。因此,提出了具有“安全-中间-失效”三级工作模式的可靠性分析方法,它考虑了失效准则的过程性,简便、实用,而且合理。

参考文献

[1]牟致忠,朱文予.机械可靠性设计[M].北京:机械工业出版社,1994.

[2]邬华芝.基于模糊分析的机械强度可靠性方法[J].机械科学与技术,2002,23(3):36-38.

[3]邓兴贵,肖志信.现代机械系统可靠性设计探讨[J].机械研究与应用,2002,13(4):21-25.

机械模型 第10篇

【关键词】机械制图 教具 组合线管模型

【中图分类号】G71【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）07-0217-01

机械制图课程是中职学校机械类专业的一门基础课，机械制图课程有一个美称叫“工程语言”，在机械工程领域图样就有“语言”的特性，画图就相当于“说”，看图就相当于“听”，可见机械制图对学生来说有多么重要。然而机械制图的理论性很强，由于学生是初次接触这些内容，他们缺乏空间想象和空间思维能力。有些教师在课堂上仅用语言讲解这些学生从未见过的知识，往往教师讲得口干舌燥，学生听得云里雾里，听到最后还是理解不了。也有不少老师使用实物教具和挂图进行教学，而现有的实物教具和挂图都在不断的老化、损坏甚至丢失，演示的效果也不尽人意。还有些老师使用CAD或者其他的仿真模拟软件进行演示教学，但是长时间信息轰炸反而使学生思维受到限制，不利于学生空间想象力的发挥。为此本人自己设计、动手制作了一套机械制图教具——组合线管模型，该教具由三色线管和三通街头组成，线管模型组合出实体的线框模型，而学生的课本、练习册上不管是实体、轴测图还是三视图都是线框模型，这样线管模型就可以很好的跟学生的课本、习题册衔接起来，与常用的实物模型相比更加形象直观易懂。

1.组成

组合线管模型主要由外径为16mm的线管和三通连接件组成，线管有红色、蓝色和白色，所需的材料都可以在五金店购买，并且可以根据自己的需要裁剪出不同的尺寸。初学时教师提供长度分别为5cm、10cm、17cm、24cm、29cm的三色线管，学生根据学习需要组合成不同的模型，如：棱柱体、切割体、组合体等。待学生熟悉了这个套模型后，则可根据立体图纸进行设计、裁剪、组合出学习需要的模型，在读三视图的环节还可要求学生根据三视图裁剪、组合成相应的模型。这样不仅能锻炼学生的动手能力还能让学生对模型的特性更加了解，为画三视图读三视图做好准备。

2.组合线管模型能够很好的帮助学生学会画三视图

三视图的形成是整个机械制图的灵魂所在，学生倘若不能理解三视图会使学生对这门课的学习失去了信心，甚至有些学生一段时间之后会放弃对这门课的学习。只有掌握了三视图才能学好后面的课程，可谓牵一发而动全身。如图1所示，把线管模型放在三投影面体系中（模型的底面与水平面平行，前面与正投影面平行），用正投影法分别向三个投影面投射，得出其三视图。这种方法不仅投影形象直观，对于找出三视图的规律也是很直观的。

3.组合线管模型能够很好的帮助学生学会画轴测图

运用线管模型能够很好的帮助学生理解轴测图，如图1就是一个实体线框模型的轴测图。把线管模型放在三投影面体系中，O点与三投影面体系的原点重合，把模型连同三投影面体系一起，放置的时候不能与任一坐标轴平行，用平行投影法向后面的投影面如黑板投影，三投影面体系的坐标轴投影成为轴测轴。画图时先画轴测轴，注意轴测轴的轴间角，正等轴测轴间角为120度，从实物中可以看出红色线管互相平行且与z轴平行，它们的轴测投影也互相平行且与相应的轴测轴平行。

4.组合线管模型能够很好的帮助学生学会看三视图

初学三视图最难的就是看懂三视图，可以先从简单的三视图入手，教学生如何把平面的三视图转化成立体的线框模型。如图2所示，从A图主视图只有一个线框，俯视图和左视图显示物体前面和后面一致，组装出2个B图的线框；从俯视图和左视图看前面和后面之间有一定的宽度，组装出C图；把B和C组合起来就成了D所示的立体模型。最后把D图放在三投影面体系中进行投影，就可以得出与A图相一致的三视图。这样看三视图就不再那么枯燥，变得多彩形象了，多加练习对丰富学生的空间想象能力、提高看图能力很有帮助。

5.结束语

通过使用这套教具的课堂教学实践，证明它可有效帮助学生建立直观感性认识，能够激发学生学习兴趣，帮助学生建立空间想象能力，增强学生的主动性和参与性，达到较好的教学效果。虽然这套教具还有很多不完善的地方，比如三通连接件都是直角的，能组合出来的模型有限，但是希望有更大的教师投入到该套教具的研发中来，使之进一步完善、使用范围更广，让更多的学生从中收益。

参考文献：

[1]贺健琪，“机械制图”仿真教具的开发和应用[J].西安航空技术高等专科学校学报，2008（9）

[2]刘静.多媒体技术在机械制图教学中的应用[J].读写算：教师版，2013（4）

双连杆机械臂的参考模型自适应控制 第11篇

本文研究的对象为一采用双驱动的双连杆机械臂,其中驱动安装在机械臂关节处,控制目的是使两个关节处两个关节的转角运动跟踪指定参考模型的输出曲线。本文用Lagrange方法建立了系统的动态模型并进行了线性化。在状态变量全部可测的前提下,运用了参考模型自适应的方法进行控制器的设计,计算机仿真结果说明,此类方法具有良好的跟踪效果。

2 模型及其动力学方程

2.1 模型及其说明

图1是二连杆机器人的示意模型。

其中,q1为连杆1相对于坐标轴的角度;q2为连杆2相对于连杆1的角度;l1为连杆1的长度;l2为连杆2的长度;lc1为连杆1相对于连接点到质心的长度;lc2为连杆2相对于连接点到质心的长度;I1为连杆1相对于质心转动惯量;I2为连杆2相对于质心转动惯量;m1为连杆1质量;m2为连杆2质量;g为重力加速度。

2.2 系统的动力学方程

此式为最常见的机器人动力学方程[1],其中D(q)为与广义加速度q觶成正比的惯性力;中各分量均为广义速度的二次型,其中含项为离心力,含的项为哥氏力,g(q)为重力项,τ为广义驱动力。故二连杆双驱动机器人模型为:

将(3)代入(2)式,利用矩阵向量的乘法可变换(2)式为:

其中,h=m2l1lc2sinq2,(4)、(5)两式即为此模型的动力学方程。

2.3 状态方程式

现将其进一步化简,令

可以化简得到:

3 状态变量可测的模型参考自适应控制

模型参考自适应控制的基本原理是控制器不断调整其自适应率,使实际输出跟踪上参考模型输出。其结构图如图2所示。

图2中,x表示参考模型输出,表示实际输出,e表示两者的误差[2]。设对象状态方程为式中,Ap、Bp分别为n·n、n·m常数矩阵;Xp为n维状态向量;V为m维控制向量。取参考模型状态方程为采用参数可调的状态反馈控制器F和前馈控制器K形成可调系统,V=Kyr+Fxp(13)

自适应律K、F的确定是整个控制的关键。将式(13)代入式(11)可以得到:

当调节F和K,使xp和xm一致时,模型与对象匹配,从而有

F觹和K觹分别表示匹配时的F和K的取值。定义广义状态误差:e=xm-xp,则将式(12)(13)(14)(15)代入上式,令可得到:

取Lyapunov函数为式中,P为正定n·n矩阵;R1和R2也为正定对称m·m矩阵;tr为数学符号迹。则

令上式右端二三项均为零,则有:

即为控制率。此时式(16)变为根据Lyapunov稳定性可知,自适应系统是全局渐近稳定的,所以

4 系统仿真

由于实验条件的限制,测试过程引用了一组有意义的参数,系统参数如下:m1=0.1143kg,m2=0.0747kg,l1=0.2m,l2=0.4m,lc1=0.1350m,lc2=0.2060m,I1=3.354e-4kg·m2,I2=10.774e-4kg·m2,G=9.8N/m2[3]。

5 结论

自适应律的确定是模型参考自适应控制系统的关键。以Lyapunov函数为基础的设计方法能满足全局稳定性的要求,而且设计时结构明晰,选择适应律更加灵活。因此,本文采用了这种方法。仿真结果说明,在状态变量可测的前提下,此种方法具有很好的跟踪效果。

摘要：双连杆机械臂是一种典型的非线性系统。本文运用经典的拉格朗日方程得到了该系统的状态方程式.在对方程线性化的过程中,设计了一个具有可调参数的控制器保证了系统的稳定性,利用基于李亚普诺夫稳定性的参考模型自适应的方法完成了仿真。

关键词：双连杆机械臂,非线性系统,李亚普诺夫方法,参考模型,自适应控制

参考文献

[1]徐湘元.自适应控制理论与应用[M].北京:电子工业出版社,2007.

[2]Jean-Jacques E.Slotine,Weiping Li.Applied Nonlinear Con-trol[M].America:Pearson Education,2004.