鍛造操作機(jī)上架回旋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、第一章 引言1.1 本課題的意義鍛造操作機(jī)是鍛造車間實(shí)現(xiàn)鍛造自動(dòng)化的關(guān)鍵設(shè)備，用于夾持鍛件配合壓機(jī)完成鍛造工藝動(dòng)作。在大鍛件生產(chǎn)中，鍛造操作機(jī)更是必不可少的設(shè)備。鍛造操作機(jī)在20世紀(jì)60年代初就已問世，近二、三十年更是得到了迅速的發(fā)展。最早是在美國、前蘇聯(lián)，而后在德國、英國、日本等國發(fā)展起來，并成為系列化產(chǎn)品進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)。最初的操作機(jī)多為全機(jī)械傳動(dòng)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，到60、70年代出現(xiàn)了混合傳動(dòng)和全液壓傳動(dòng)、結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活的鍛造操作機(jī)。它與壓機(jī)配合使用，提高了生產(chǎn)效率及最大鍛件質(zhì)量。80年代以后，隨著大型裝備制造的快速發(fā)展，對(duì)大鍛件生產(chǎn)又提出了更高的要求，促進(jìn)了鍛造操作機(jī)技術(shù)的發(fā)展，主

2、要表現(xiàn)在對(duì)鍛造操作機(jī)的需求量不斷增加，對(duì)鍛造操作機(jī)的最大鍛件質(zhì)量要求大大提高，引起了各國對(duì)鍛造操作機(jī)在鍛造生產(chǎn)作用的重視。我國鍛造操作機(jī)起步于70年代，開始只能由一些鍛造廠自己制造有軌鍛造操作機(jī)，這些操作機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，鉗子的張合夾緊靠與吊鉗分離開的電動(dòng)方頭扳手來完成，因而夾緊鍛件不方便，只能用于鋼錠開坯、撥料。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，80年代開始研制出全機(jī)械傳動(dòng)和少數(shù)液壓傳動(dòng)有軌操作機(jī)。隨后，小型液壓傳動(dòng)有軌操作機(jī)得到發(fā)展，并出現(xiàn)了液壓傳動(dòng)無軌操作機(jī)。90年代初期我國自行設(shè)計(jì)制造的100kN鍛造操作機(jī)主要技術(shù)性能已達(dá)到世界80年代水平，該臺(tái)鍛造操作機(jī)于1992年5月在太原試制成功。近年來，核電、造船

3、、化工、國防等領(lǐng)域的大型鍛件精確高效制造迫切需要重載鍛造操作機(jī)。重載鍛造操作機(jī)發(fā)展水平的落后制約了我國的大裝備制造能力，部分大型裝備的關(guān)鍵構(gòu)件完全依賴進(jìn)口。重載鍛造操作機(jī)直接影響國家重大工程的實(shí)施和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，開展重載鍛造操作機(jī)的研究具有重要戰(zhàn)略意義。1.2 鍛造操作機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀大型鍛造操作機(jī)屬于當(dāng)前世界最大的多自由度重載機(jī)器人，屬于機(jī)、電、液高度一體化的復(fù)雜裝備，它是萬噸鍛造壓機(jī)的重要配套設(shè)備，也是國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)急需的重大機(jī)械裝備之一。并且，大型鍛件制造業(yè)是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)行業(yè)，是關(guān)系到國家安全和國家經(jīng)濟(jì)命脈的戰(zhàn)略性行業(yè)，其發(fā)展水平是衡量國家綜合國力的重要標(biāo)志。通過深入開展大型鍛造操

4、作機(jī)的研究工作，將逐步實(shí)現(xiàn)大型鍛造操作機(jī)的國產(chǎn)化，對(duì)提升我國大型裝備及關(guān)鍵零部件的自主設(shè)計(jì)和制造能力、滿足國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求結(jié)束我國不能設(shè)計(jì)大型鍛造操作機(jī)的歷史都具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)效益。一、大型鍛造操作機(jī)的發(fā)展歷史鍛造操作機(jī)最早出現(xiàn)在美國和原蘇聯(lián)，而后在日本、英國、奧地利等國發(fā)展起來，并成為系列化產(chǎn)品進(jìn)入工業(yè)性生產(chǎn)。最初的操作機(jī)多為全機(jī)械傳動(dòng)，60、70年代出現(xiàn)了混合傳動(dòng)和全液壓傳動(dòng)、結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活的鍛造操作機(jī)。到了80年代，各國對(duì)鍛造操作機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、技術(shù)改造方面又有了更高的要求，不斷改進(jìn)結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝，促進(jìn)了鍛壓技術(shù)的發(fā)展。特別是鍛造操作機(jī)的需求量不斷增加，引起了國內(nèi)外大、中型

5、企業(yè)對(duì)鍛造操作機(jī)在生產(chǎn)中作用的重視。90年代中期，國外大型鍛造操作機(jī)技術(shù)已經(jīng)成熟，大型操作機(jī)與30000kN自由鍛造水壓機(jī)聯(lián)動(dòng)操作，不斷提高了水壓機(jī)生產(chǎn)能力。我國鍛造操作機(jī)起步于60年代，開始只能由某些工廠自己制造有軌操作機(jī)。90年代初期，我國自行設(shè)計(jì)制造的100kN鍛造操作機(jī)于1992年5月在太原試制成功，其主要技術(shù)性能已達(dá)到世界80年代水平，能替代同類進(jìn)口產(chǎn)品。至今，我國自主研發(fā)投產(chǎn)的全液壓鍛造操作機(jī)最大夾持能力也只有500kN。世界上裝備的萬噸級(jí)自由鍛造壓機(jī)近30臺(tái)，最大的模鍛水壓機(jī)載荷能力高達(dá)7.5萬噸，最大的六自由度鍛造操作機(jī)操作力矩達(dá)7500kN·m，最大承載能力高達(dá)25

6、00kN。目前，我國已具備了萬噸級(jí)鍛壓裝備的設(shè)計(jì)與制造能力，如中國一重自主設(shè)計(jì)、自主制造的世界上最先進(jìn)的150MN自由鍛造水壓機(jī)，2006年末已經(jīng)投產(chǎn)使用，但與之配套的大型鍛造操作機(jī)仍在研發(fā)當(dāng)中。二、大型鍛造操作機(jī)的研究現(xiàn)狀國內(nèi)外大型鍛造操作機(jī)的研究現(xiàn)狀鍛造操作機(jī)作為進(jìn)行鍛造工藝的重要設(shè)備，眾多國外公司對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)化研究，目前，德國DDS公司、韓國HBE PRESS公司以及捷克ZDAS公司的鍛造操作機(jī)的制造水平處在世界前列。其中，德國DDS公司和WEPUKO公司是世界著名的鍛造操作機(jī)專業(yè)研發(fā)、制造企業(yè)，在重型鍛造操作機(jī)研制領(lǐng)域具有70多年的歷史。此外，日本三菱長琦生產(chǎn)的操作機(jī)因擁有高速、高精

7、度的機(jī)械手及控制系統(tǒng)而著稱。國內(nèi)鍛造操作機(jī)的研究起步較晚，在一些技術(shù)方面與國外相比還有一定的差距。與萬噸壓機(jī)配套的大型鍛造操作機(jī)全部采用進(jìn)口設(shè)備，自主開發(fā)的大型鍛造操作機(jī)至今尚未問世，如中國一重與上海交大聯(lián)合開發(fā)的1600kN鍛造操作機(jī)和北方重工自主開發(fā)的2000kN鍛造操作機(jī)的整機(jī)水平還有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。我國與大型鍛造操作機(jī)相關(guān)的研究項(xiàng)目為解決我國重大裝備制造中一批關(guān)鍵技術(shù)和共性技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)重大裝備及其成套技術(shù)的自主研發(fā)，科技部在“十一五”國家科技支撐計(jì)劃中設(shè)立了“大型鑄鍛件制造關(guān)鍵技術(shù)及裝備研制”項(xiàng)目，在重點(diǎn)完成的工作中明確提出“150MN自由鍛造水壓機(jī)及配套設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研究”和“165

8、MN自由鍛造油壓機(jī)及配套設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研究”。第一個(gè)課題主要開展大型自由鍛造水壓機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)、模態(tài)分析、預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)整體振動(dòng)及疲勞分析，開展快換機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，研制配套操作機(jī)；第二個(gè)課題自主開展大型自由鍛造油壓機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)、快換機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)研究和關(guān)鍵部件研制，攻克多功能操作機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)、驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)研究和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)等，掌握核心技術(shù)，開展壓機(jī)與操作機(jī)及輔助裝備聯(lián)動(dòng)協(xié)調(diào)控制技術(shù)研究等。上述兩個(gè)課題，對(duì)掌握大型操作機(jī)核心技術(shù)、攻破我國重大技術(shù)裝備的生產(chǎn)瓶頸、提高特大型自由鍛件的制造技術(shù)水平與制造能力起著關(guān)鍵性的作用。2006年，上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、中南大學(xué)清

9、華大學(xué)、大連理工大學(xué)、華中科技大學(xué)共同承擔(dān)了國家科技部“973”計(jì)劃中“巨型重載操作裝備的基礎(chǔ)科學(xué)問題”項(xiàng)目，圍繞“多自由度重載操作機(jī)構(gòu)構(gòu)型與操作性能的映射規(guī)律”“重載操作裝備的界面行為與失效機(jī)理”“重載操作裝備的多源能量傳遞規(guī)律與動(dòng)態(tài)控制”三個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)問題，開展了7個(gè)課題研究，包括大型構(gòu)件制造操作運(yùn)動(dòng)軌跡建模、重載裝備多自由度操作性能度量與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、低速非連續(xù)工況下重載裝備界面行為與力學(xué)特征、大尺度重型構(gòu)件穩(wěn)定夾持原理與夾持系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)策略、大流量電液伺服系統(tǒng)的介質(zhì)流動(dòng)規(guī)律、重載大慣量裝備的快速協(xié)調(diào)控制和巨型重載操作裝備的性能仿真與優(yōu)化等。從基礎(chǔ)研究的角度，揭示了巨型重載操作裝備的操作靈活性

10、、力承載能力、剛度等性能與機(jī)構(gòu)構(gòu)型的映射規(guī)律。此課題為我國巨型重載操作裝備的研究提供了理論基礎(chǔ)，同時(shí)，也為配套操作機(jī)的研究提供了進(jìn)一步的可行性。三、大型鍛造操作機(jī)的技術(shù)特征大型鍛造操作機(jī)和萬噸鍛造壓機(jī)是配合在一起聯(lián)合工作的，工作過程中操作機(jī)保持著頻繁的重復(fù)動(dòng)作，對(duì)其性能的要求為動(dòng)作速度高、空行程時(shí)間短、精整時(shí)定位準(zhǔn)確，以達(dá)到快速鍛造，并得到尺寸精確的鍛件。與加工裝備相比，大型操作機(jī)的特點(diǎn)是載荷大、慣量大、自由度多、操控能力強(qiáng)。大型鍛造操作機(jī)的主要技術(shù)特征:一是在重載操作條件下，操作機(jī)構(gòu)件的分布式柔性變形直接影響末端執(zhí)行器的操作精度。因此，在裝備的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，既要保證操作裝備在整個(gè)工作空間中具有

11、理想的剛度特性，又要通過運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)變形在裝備運(yùn)動(dòng)鏈中的傳遞特性進(jìn)行控制。此外，鍛造操作機(jī)長期在非連續(xù)工作條件下進(jìn)行操作，其動(dòng)力學(xué)性能在空載和負(fù)載操作情況下存在顯著差別。二是大型鍛造操作機(jī)制造成本高，設(shè)計(jì)與制造周期長，通常采用單臺(tái)制造模式。重載操作機(jī)通常很難通過物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)對(duì)其操作性能進(jìn)行分析和驗(yàn)證，因此，計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬是鍛造操作機(jī)設(shè)計(jì)、性能評(píng)估與優(yōu)化的重要支撐技術(shù)。第二章 鍛造操作機(jī)簡介鍛造操作機(jī)（manipulator for forging ）用于夾持鋼錠或坯料進(jìn)行鍛造操作及輔助操作的機(jī)械設(shè)備。 所謂，“10噸操作機(jī)”，是指該操作機(jī)可夾持的鋼錠最大重量為十噸。2.1 基本含義用以夾持

12、鍛坯配合水壓機(jī)或鍛錘完成送進(jìn)、轉(zhuǎn)動(dòng)、調(diào)頭等主要?jiǎng)幼鞯妮o助鍛壓機(jī)械。鍛造操作機(jī)有助于改善勞動(dòng)條件，提高生產(chǎn)效率。根據(jù)需要，操作機(jī)也可用于裝爐、出爐，并可實(shí)現(xiàn)遙控和與主機(jī)聯(lián)動(dòng)。操作機(jī)結(jié)構(gòu)分有軌和無軌兩種，其傳動(dòng)方式有機(jī)械式、液壓式和混合式等。此外，還有專門用于某些輔助工序的操作機(jī)，如裝取料操作機(jī)和工具操作機(jī)等。為了配合操作機(jī)的工作，有時(shí) 圖2-1 鍛造操作機(jī)還配置鍛坯回轉(zhuǎn)臺(tái)，以方便鍛坯的調(diào)頭。在模鍛和大件沖壓中，機(jī)械手的應(yīng)用已日益普遍，這樣的機(jī)械手實(shí)際上是一種自動(dòng)的鍛造操作機(jī)。 主要用于750kg空氣錘、1000-2000kg電液錘、模鍛錘或其它相應(yīng)噸位的鍛錘，是我國鍛造行業(yè)最先進(jìn)的設(shè)備之一。 2

13、.2 操作設(shè)備采用全液壓傳動(dòng)，高集成閥塊，超大流量通徑，使系統(tǒng)壓力損失少 密封性能高，油溫控制好。 匠心獨(dú)特的油路設(shè)計(jì)，真正使液壓系統(tǒng)處在最佳狀態(tài)，即使在長期大負(fù)荷情況下工作，也能輕松勝任。 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)采用了擺線齒輪馬達(dá)和漸開線減速機(jī)組合，完美地實(shí)現(xiàn)了大車的無級(jí)變速行走、臺(tái)架回轉(zhuǎn)。 三級(jí)連動(dòng)機(jī)構(gòu)使鉗口平行升降，鉗桿傾斜，360度旋轉(zhuǎn)，三維空間任意靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。    圖2-2鍛造操作機(jī)機(jī)械手造型美觀，結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)動(dòng)極其靈活，能出色地完成龐大的操作機(jī)無法完成的動(dòng)作，讓操作工體驗(yàn)到人機(jī)合一、隨心所欲的感覺，充分體現(xiàn)操作機(jī)向機(jī)械手轉(zhuǎn)變的根本意義。 鍛造操作機(jī)適用于鍛造和鍛壓行業(yè)，與各種

14、自由鍛錘及壓機(jī)配合，能完成坯料成型的各種工序；對(duì)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率60%以上；是鍛造鍛壓行業(yè)不可缺少的輔助設(shè)備。 鍛造操作機(jī)分類鍛造操作機(jī)分為：直移式、回轉(zhuǎn)式、平移式等多種運(yùn)動(dòng)形式，全機(jī)械、全液壓、機(jī)械液壓混合等多種驅(qū)動(dòng)形式，可以從各方面滿足不同用戶的需要。 鍛造操作機(jī)功能操作機(jī)具有以下動(dòng)作功能：大車在軌道上自由行走；鉗架前后升降、傾斜；鉗頭夾持、松開、旋轉(zhuǎn)等。大車架采用整體框架式結(jié)構(gòu)，由電機(jī)或馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。鉗架升降有鋼絲繩或油缸帶動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)前后同步升降或分別升降，使鉗架到達(dá)水平或?qū)崿F(xiàn)一定角度的傾斜。鉗頭夾緊由大螺距絲桿或油缸帶動(dòng)夾持拉桿水平移動(dòng)實(shí)現(xiàn)，并且有緩沖保險(xiǎn)裝置。鉗頭旋轉(zhuǎn)由電機(jī)減速

15、機(jī)帶動(dòng)，并設(shè)有過載保護(hù)裝置。鉗架的前后、兩側(cè)及鉗架與升降機(jī)之間均設(shè)有防振動(dòng)的緩沖裝置（另有大量配件供應(yīng)）。 2.3 操作機(jī)的結(jié)構(gòu) 10噸操作機(jī)是由四部分所組成，其結(jié)構(gòu)示意如圖2-3所示。 (1)升降機(jī)構(gòu)：包括前提升油缸12、后提升油缸9、活塞7和13、活塞桿6和14、活動(dòng)架19、沿塊5以及彈簧24等。(2)夾緊機(jī)構(gòu)：包括旋轉(zhuǎn)滑閥26、夾緊油缸22活塞23、活塞桿21、鉗殼17、夾緊滑塊18、夾臂16和鉗口15等。圖2-3 10噸操作機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 (3)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：包括電動(dòng)機(jī)l、制動(dòng)器2、行星減速器3、減速器4與空心鈾20等。 (4)大車行走機(jī)構(gòu)：包括電動(dòng)機(jī)27、減速器35、車輪28、車體29等。

16、2.3.1 升降機(jī)構(gòu)升降機(jī)構(gòu)主要是為實(shí)現(xiàn)柸料的提升、下降、傾斜等動(dòng)作，以滿足鍛造工藝過程的需要。升降機(jī)構(gòu)由前提升機(jī)構(gòu)、后提升機(jī)構(gòu)、活動(dòng)架等三部分所組成。2.3.2夾緊機(jī)構(gòu) 夾緊機(jī)構(gòu)主要用來夾持坯料、鍛件或鋼錠。 夾緊機(jī)構(gòu)可以分成鉗頭和夾緊油缸俯兩大部分，它們分別固定在空心軸的兩抵鉗頭在前端，夾緊油缸在后端。 (1)鉗頭 鉗頭的結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。兩個(gè)鉗口l通過銷軸l0分別與夾臂3的一端鉸接。小軸9穿過夾臂中間的孔，使夾臂小揣固定在鉗殼2上，這樣，夾臂便形成可以繞小軸回轉(zhuǎn)的杠桿。夾臂的另一端通道銷軸4與連板5鉸接。連板又通過銷軸8與夾緊滑塊6相連。活塞桿7則以螺紋與夾緊滑塊構(gòu)成一體。圖2-4 鉗

17、頭 當(dāng)活塞桿在夾緊油缸的拉力作用下，帶動(dòng)滑塊和連板向后(即向左)移動(dòng)時(shí)，上夾臂繞小軸作順時(shí)鐘方向轉(zhuǎn)動(dòng)，下夾臂臂繞小軸作逆晌針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使兩鉗口間的距離越來越小，坯料被夾緊。當(dāng)活塞桿在夾緊油缸的推力作用下，推動(dòng)滑塊、連板向前(即向右)移動(dòng)時(shí)，上夾臂繞小軸作逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，下夾臂繞小軸作順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，兩鉗口的距離越來越大，于是刨門鉗口便張開。鉗口與夾臀鉸接是為了擴(kuò)大夾持坯料的尺寸范圍。如當(dāng)夾持?jǐn)嗝娉叽巛^大的鋼錠或坯料時(shí)，兩個(gè)鉗口可以繞銷鈾向鉗頭內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，而當(dāng)夾持?jǐn)嗝娉叽巛^小的鋼錠或坯料時(shí)，兩個(gè)鉗口就繞銷軸向鉗頭外轉(zhuǎn)動(dòng)，使鉗口與被夾持的鋼錠或坯料始終保持有足夠的接觸面積，被夾持的鋼錠或坯料就不易松脫

18、。 (2)夾緊油缸 夾緊油缸是操作機(jī)產(chǎn)生夾緊力的機(jī)構(gòu)，在它的拉力或推力作用下，使鉗頭的鉗口完成對(duì)鋼錠、坯料或鍛件的夾緊與張開動(dòng)作。 夾緊油缸又可分成兩大部分，一部分為油缸，另一部分為旋轉(zhuǎn)滑閥。詞條圖冊(cè)更多圖冊(cè) 2.3.3大車行走機(jī)構(gòu) 大車行走機(jī)構(gòu)承擔(dān)著操作機(jī)自身的全部重量和操作機(jī)所夾持的鋼錠、坯料或鍛件的重量而在軌道上運(yùn)行，完成鍛造時(shí)需要坯料進(jìn)退的動(dòng)作。 大車行走機(jī)構(gòu)由車體和行走機(jī)構(gòu)兩部分組成。 (1)車體 車體承擔(dān)著操作機(jī)自身的重量和被夾持件的重量，它的結(jié)構(gòu)如圖13所示。車體的底座1支承在四個(gè)車輪9的鈾承上。八個(gè)定位塊l o用以保證車輪與車體的相關(guān)位置。托扳13焊接在底座尾部，托看行走機(jī)構(gòu)的

19、電動(dòng)機(jī)3、減速器40在底座上固定著兩根前立柱7和兩根后立柱6，四根立柱又都與車頂11固定在一起。在兩根前立柱間有前導(dǎo)板8，為活動(dòng)架的前部升降導(dǎo)向部位。雨棍后立柱間則裝有后導(dǎo)板12，后提升機(jī)構(gòu)的升降滑塊就在其問上、下滑動(dòng)。車頂是裝置液壓系統(tǒng)的油箱、電動(dòng)機(jī)、油泵、蓄能器、各種閥類等部件的地方，同時(shí)又支承著升降機(jī)構(gòu)的油缸。圖2-5 大車行走機(jī)構(gòu) 第三章 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的組成 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要是為帶動(dòng)被夾持坯料作左右旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，以滿足鍛造生產(chǎn)中對(duì)坯料進(jìn)行不同方向的鍛壓。 10噸操作機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)系采用機(jī)械傳動(dòng)方式，如圖3-1所示。電動(dòng)機(jī)1通過聯(lián)拙器2與制動(dòng)器3相連。制動(dòng)器在電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)起制動(dòng)

20、作用，使旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能迅速而準(zhǔn)確地停在所需要酌位置。行星減速器4的一端與制動(dòng)器相連，另一端通過聯(lián)抽器5與齒輪6相連。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的上述部分都安裝在活動(dòng)架中間部分的平向上。與齒輪6、惰輪7相嚙合的大齒輪8同定在空心軸10上?？招妮S則通過軸承分別支承在活動(dòng)架的前、后軸承座內(nèi)。此外，空心抽又將夾緊機(jī)構(gòu)中的鉗頭和夾緊油缸連成一個(gè)整體，使夾緊機(jī)構(gòu)所夾持的坯料可以隨空心軸一起左右旋轉(zhuǎn)。圖3-1 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意圖 當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器的閘緊裝置立即脫開。電動(dòng)機(jī)的較高轉(zhuǎn)速經(jīng)行星減速器按一定速比減速后，被傳至齒輪6。齒輪6通過惰輪7帶動(dòng)大齒輪8旋轉(zhuǎn)(此時(shí)又作一次減速)。這樣，夾緊機(jī)構(gòu)所夾持的坯料和空心軸一起隨大齒輪轉(zhuǎn)

21、動(dòng)，帶動(dòng)坯料作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。按動(dòng)正、反按鈕，電動(dòng)機(jī)可左、右旋轉(zhuǎn)，坯料也隨之左、右旋轉(zhuǎn)。在鍛造生產(chǎn)過程中，經(jīng)常有這種情況發(fā)生：正當(dāng)鍛造操作機(jī)夾持著坯料不斷地旋轉(zhuǎn)，在鍛擊著的上下砧子間進(jìn)行圓軸的滾鍛時(shí)，砧于突然壓住了坯料使坯料不能繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。然而，整個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在電動(dòng)機(jī)的作用下卻仍在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣就可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)因過載而燒損，或是旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的零部件因此而被破壞的嚴(yán)重后果。為了避免這種情況的發(fā)生，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中必須設(shè)置過載保護(hù)裝置。行星減速器在這里除了起減速作用外，它的另一個(gè)重要作用，既是成為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的過載保護(hù)裝置。3.2 行星減速器設(shè)計(jì) 行星減速器在齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中為周轉(zhuǎn)輪系。所謂周轉(zhuǎn)輪系，既是在齒輪傳動(dòng)中至

22、少有一個(gè)齒輪的幾何軸線是繞另一個(gè)定鈾齒輪軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。如圖3-2所示，齒輪2和齒輪3的軸線可以繞齒輪1、4的固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，這種傳動(dòng)系統(tǒng)即稱為周轉(zhuǎn)輪系。圖3-2 行星減速器示意圖 圖3-2所示的周轉(zhuǎn)輪系可分別進(jìn)行兩種方式的傳動(dòng)過程：其一，齒輪l為主動(dòng)輪，它把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳給了齒輪2。齒輪2、3都固定在同一根軸一上。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過齒輪3又傳給了固定在軸三上的內(nèi)齒輪4。這樣，軸二v便帶動(dòng)與其相關(guān)聯(lián)的機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)；其二，齒輪1為主動(dòng)輪，內(nèi)齒輪4固定不動(dòng)。當(dāng)主動(dòng)齒輪1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪2、鈾二傳動(dòng)齒輪3。但國內(nèi)齒輪4不動(dòng)，致使齒輪2、3不能單純地繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，而是繞抽一、二的軸線旋轉(zhuǎn)(軸一、二同心

23、)。由于軸一是固定在外殼5上的，因此外殼也隨同鈾二一起轉(zhuǎn)動(dòng)。 在鍛造操作機(jī)正常工作的時(shí)候，行星減起器上的閘緊裝置緊緊抱住了外完殼，使其不能轉(zhuǎn)動(dòng)因而周轉(zhuǎn)輪系只能按第一種方式傳功，此時(shí)它只起一般減速器作用，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳給空心軸，使坯料隨之旋轉(zhuǎn)。當(dāng)坯料在旋轉(zhuǎn)過程中被上下砧子壓住時(shí)，坯料不能轉(zhuǎn)動(dòng)，第一種方式的傳動(dòng)便因此而停止。此時(shí)在電動(dòng)機(jī)的作用下，外殼克服了閑緊裝置的摩擦阻力，以第二種方式進(jìn)行傳動(dòng)，進(jìn)而保護(hù)了電動(dòng)機(jī)和相關(guān)零件不會(huì)因過載而受損。 操作機(jī)應(yīng)用的這種保護(hù)裝置，由于它不能同時(shí)進(jìn)行兩種方式的傳動(dòng)過沒只能進(jìn)行其中的一種，這便是所謂周轉(zhuǎn)輪系中的行星輪系，行星減速器也因此而得名。10噸操作機(jī)所用的這種

24、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為齒輪等機(jī)械零部件歷構(gòu)成，所以稱它為機(jī)械傳動(dòng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 除了機(jī)械旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)外，也可以采用液壓旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。液壓旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)僅用油馬達(dá)來驅(qū)動(dòng)空心軸及鉗頭的旋轉(zhuǎn)，它和液壓傳動(dòng)的升降機(jī)構(gòu)、液壓夾緊機(jī)構(gòu)共用同一壓力油源，所以結(jié)構(gòu)非常簡單。此外，液壓旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)因?yàn)樵谡麄€(gè)液壓系統(tǒng)中設(shè)置了溢流閥，所以它不怕因坯料被壓住而過載。但它也存在著一些值得注意的問題。如鍛造操作機(jī)鉗頭的旋轉(zhuǎn)速度一般部在十幾到二十幾轉(zhuǎn)，而驅(qū)動(dòng)鉗頭腦轉(zhuǎn)的泊馬達(dá)轉(zhuǎn)速則是受流入油馬達(dá)的泊液流量大小所決定，它與油泵流量有關(guān)。但油系的流量是報(bào)報(bào)整個(gè)池壓系統(tǒng)的最大流量或系統(tǒng)的平均流量(有蓄能器時(shí))來選定的，因此，這就往往需要在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)中設(shè)置

25、流量控制閥，以減少通入油馬達(dá)的油液流量，使汕馬達(dá)轉(zhuǎn)速適應(yīng)鍛造操作機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的要求。但懸流量控制閥的設(shè)置，會(huì)相應(yīng)地帶來壓力汕經(jīng)常不斷地從溢流閥中流回油箱，致使汕溫升高的結(jié)果。當(dāng)油溫高于500°時(shí)，液壓系統(tǒng)中的密封件將不能保證其密封性，造成油液泄漏而使某些液壓元件不能正常工作。盡管如此從長遠(yuǎn)的觀點(diǎn)來看，隨著我國液壓技術(shù)的飛速發(fā)展，液壓傳動(dòng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有著極為廣闊的發(fā)展前途，它必將會(huì)越來越多地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)之中，以取代機(jī)械傳動(dòng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。附錄I 外文文獻(xiàn)翻譯估計(jì)導(dǎo)致工程幾何分析錯(cuò)誤的一個(gè)正式理論SankaraHariGopalakrishnan，KrishnanSuresh機(jī)械工程系，威斯康

26、辛大學(xué)，麥迪遜分校，2006年9月30日摘要：幾何分析是著名的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助工藝簡化 “小或無關(guān)特征”在CAD模型中的程序，如有限元分析。然而，幾何分析不可避免地會(huì)產(chǎn)生分析錯(cuò)誤，在目前的理論框架實(shí)在不容易量化。本文中，我們對(duì)快速計(jì)算處理這些幾何分析錯(cuò)誤提供了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚?。尤其，我們集中力量解決地方的特點(diǎn)，被簡化的任意形狀和大小的區(qū)域。提出的理論采用伴隨矩陣制定邊值問題抵達(dá)嚴(yán)格界限幾何分析性分析錯(cuò)誤。該理論通過數(shù)值例子說明。關(guān)鍵詞:幾何分析;工程分析;誤差估計(jì);計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)1. 介紹機(jī)械零件通常包含了許多幾何特征。不過，在工程分析中并不是所有的特征都是至關(guān)重要的。以前

27、的分析中無關(guān)特征往往被忽略，從而提高自動(dòng)化及運(yùn)算速度。舉例來說，考慮一個(gè)剎車轉(zhuǎn)子，如圖1(a)。轉(zhuǎn)子包含50多個(gè)不同的特征，但所有這些特征并不是都是相關(guān)的。就拿一個(gè)幾何化的剎車轉(zhuǎn)子的熱量分析來說，如圖1(b)。有限元分析的全功能的模型如圖1(a)，需要超過150,000度的自由度，幾何模型圖1(b)項(xiàng)要求小于25，000個(gè)自由度，從而導(dǎo)致非常緩慢的運(yùn)算速度。圖1(a)剎車轉(zhuǎn)子 圖1(b)其幾何分析版本除了提高速度，通常還能增加自動(dòng)化水平，這比較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的有限元網(wǎng)格幾何分析組成。內(nèi)存要求也跟著降低，而且條件數(shù)離散系統(tǒng)將得以改善;后者起著重要作用迭代線性系統(tǒng)。但是，幾何分析還不是很普及。不穩(wěn)

28、定性到底是“小而局部化”還是“大而擴(kuò)展化”，這取決于各種因素。例如，對(duì)于一個(gè)熱問題，想刪除其中的一個(gè)特征，不穩(wěn)定性是一個(gè)局部問題:(1)凈熱通量邊界的特點(diǎn)是零。(2)特征簡化時(shí)沒有新的熱源產(chǎn)生; 4對(duì)上述規(guī)則則例外。展示這些物理特征被稱為自我平衡。結(jié)果，同樣存在結(jié)構(gòu)上的問題。從幾何分析角度看，如果特征遠(yuǎn)離該區(qū)域，則這種自我平衡的特征可以忽略。但是，如果功能接近該區(qū)域我們必須謹(jǐn)慎，。從另一個(gè)角度看，非自我平衡的特征應(yīng)值得重視。這些特征的簡化理論上可以在系統(tǒng)任意位置被施用,但是會(huì)在系統(tǒng)分析上構(gòu)成重大的挑戰(zhàn)。目前，尚無任何系統(tǒng)性的程序去估算幾何分析對(duì)上述兩個(gè)案例的潛在影響。這就必須依靠工程判斷和經(jīng)驗(yàn)

29、。在這篇文章中，我們制定了理論估計(jì)幾何分析影響工程分析自動(dòng)化的方式。任意形狀和大小的形體如何被簡化是本文重點(diǎn)要解決的地方。伴隨矩陣和單調(diào)分析這兩個(gè)數(shù)學(xué)概念被合并成一個(gè)統(tǒng)一的理論來解決雙方的自我平衡和非自我平衡的特點(diǎn)。數(shù)值例子涉及二階scalar偏微分方程，以證實(shí)他的理論。本文還包含以下內(nèi)容。第二節(jié)中，我們就幾何分析總結(jié)以往的工作。在第三節(jié)中，我們解決幾何分析引起的錯(cuò)誤分析，并討論了擬議的方法。第四部分從數(shù)值試驗(yàn)提供結(jié)果。第五部分討論如何加快設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)度。2. 前期工作幾何分析過程可分為三個(gè)階段:識(shí)別:哪些特征應(yīng)該被簡化；簡化：如何在一個(gè)自動(dòng)化和幾何一致的方式中簡化特征；分析:簡化的結(jié)果。第一個(gè)

30、階段的相關(guān)文獻(xiàn)已經(jīng)很多。例如，企業(yè)的規(guī)模和相對(duì)位置這個(gè)特點(diǎn)，經(jīng)常被用來作為度量鑒定。此外，也有人提議以有意義的力學(xué)判據(jù)確定這種特征。自動(dòng)化幾何分析過程，事實(shí)上，已成熟到一個(gè)商業(yè)化幾何分析的地步。但我們注意到，這些商業(yè)軟件包僅提供一個(gè)純粹的幾何解決。因?yàn)闆]有保證隨后進(jìn)行的分析錯(cuò)誤，所以必須十分小心使用。另外，固有的幾何問題依然存在，并且還在研究當(dāng)中。本文的重點(diǎn)是放在第三階段，即快速幾何分析。建立一個(gè)有系統(tǒng)的方法，通過幾何分析引起的誤差是可以計(jì)算出來的。再分析的目的是迅速估計(jì)改良系統(tǒng)的反應(yīng)。其中最著名的再分析理論是著名的謝爾曼-Morrison和woodbury公式。對(duì)于兩種有著相似的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和剛

31、度矩陣設(shè)計(jì)，再分析這種技術(shù)特別有效。然而，過程幾何分析在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的剛度矩陣會(huì)導(dǎo)致一個(gè)戲劇性的變化，這與再分析技術(shù)不太相關(guān)。3. 擬議的方法3.1問題闡述我們把注意力放在這個(gè)文件中的工程問題，標(biāo)量二階偏微分方程式(pde): 許多工程技術(shù)問題，如熱，流體靜磁等問題，可能簡化為上述公式。作為一個(gè)說明性例子，考慮散熱問題的二維模塊如圖2所示。圖2二維熱座裝配熱量q從一個(gè)線圈置于下方位置列為coil。半導(dǎo)體裝置位于device。這兩個(gè)地方都屬于，有相同的材料屬性，其余將在后面討論。特別令人感興趣的是數(shù)量，加權(quán)溫度Tdevice內(nèi)device(見圖2)。一個(gè)時(shí)段，認(rèn)定為slot縮進(jìn)如圖2，會(huì)受到抑制，其

32、對(duì)Tdevice將予以研究。邊界的時(shí)段稱為slot其余的界線將稱為。邊界溫度假定為零。兩種可能的邊界條件slot被認(rèn)為是:(a)固定熱源，即(-kt)n=q，(b)有一定溫度，即T=Tslot。兩種情況會(huì)導(dǎo)致兩種不同幾何分析引起的誤差的結(jié)果。設(shè)T(x，y)是未知的溫度場和K導(dǎo)熱。然后，散熱問題可以通過泊松方程式表示:其中H(x，y)是一些加權(quán)內(nèi)核?，F(xiàn)在考慮的問題是幾何分析簡化的插槽是簡化之前分析，如圖3所示。圖3defeatured二維熱傳導(dǎo)裝配模塊現(xiàn)在有一個(gè)不同的邊值問題，不同領(lǐng)域t(x，y):觀察到的插槽的邊界條件為t(x，y)已經(jīng)消失了，因?yàn)椴垡呀?jīng)不存在了（關(guān)鍵性變化）!解決的問題是:設(shè)

33、定tdevice和t(x，y)的值，估計(jì)Tdevice。這是一個(gè)較難的問題，是我們尚未解決的。在這篇文章中，我們將從上限和下限分析Tdevice。這些方向是明確被俘引理3、4和3、6。至于其余的這一節(jié)，我們將發(fā)展基本概念和理論，建立這兩個(gè)引理。值得注意的是，只要它不重疊，定位槽與相關(guān)的裝置或熱源沒有任何限制。上下界的Tdevice將取決于它們的相對(duì)位置。3.2伴隨矩陣方法我們需要的第一個(gè)概念是，伴隨矩陣公式表達(dá)法。應(yīng)用伴隨矩陣論點(diǎn)的微分積分方程，包括其應(yīng)用的控制理論，形狀優(yōu)化，拓?fù)鋬?yōu)化等。我們對(duì)這一概念歸納如下。相關(guān)的問題都可以定義為一個(gè)伴隨矩陣的問題，控制伴隨矩陣t_(x，y)，必須符合下列

34、公式計(jì)算23:伴隨場t_(x，y)基本上是一個(gè)預(yù)定量，即加權(quán)裝置溫度控制的應(yīng)用熱源。可以觀察到，伴隨問題的解決是復(fù)雜的原始問題;控制方程是相同的;這些問題就是所謂的自身伴隨矩陣。大部分工程技術(shù)問題的實(shí)際利益，是自身伴隨矩陣，就很容易計(jì)算伴隨矩陣。另一方面，在幾何分析問題中，伴隨矩陣發(fā)揮著關(guān)鍵作用。表現(xiàn)為以下引理綜述:引理3.1已知和未知裝置溫度的區(qū)別，即(Tdevice-tdevice)可以歸納為以下的邊界積分比幾何分析插槽:在上述引理中有兩點(diǎn)值得注意:1、積分只牽涉到邊界slot;這是令人鼓舞的。或許，處理剛剛過去的被簡化信息特點(diǎn)可以計(jì)算誤差。2、右側(cè)牽涉到的未知區(qū)域T(x，y)的全功能的問

35、題。特別是第一周期涉及的差異，在正常的梯度，即涉及-k(T-t) n;這是一個(gè)已知數(shù)量邊界條件-ktn所指定的時(shí)段，未知狄里克萊條件作出規(guī)定-ktn可以評(píng)估。在另一方面，在第二個(gè)周期內(nèi)涉及的差異，在這兩個(gè)領(lǐng)域，即T管; 因?yàn)閠可以評(píng)價(jià)，這是一個(gè)已知數(shù)量邊界條件T指定的時(shí)段。因此。引理3.2、差額(tdevice-tdevice)不等式然而，伴隨矩陣技術(shù)不能完全消除未知區(qū)域T(x，y)。為了消除T(x，y)我們把重點(diǎn)轉(zhuǎn)向單調(diào)分析。3.3單調(diào)性分析單調(diào)性分析是由數(shù)學(xué)家在19世紀(jì)和20世紀(jì)前建立的各種邊值問題。例如，一個(gè)單調(diào)定理:"添加幾何約束到一個(gè)結(jié)構(gòu)性問題，是指在位移(某些)邊界不減少

36、"。觀察發(fā)現(xiàn)，上述理論提供了一個(gè)定性的措施以解決邊值問題。后來，工程師利用之前的“計(jì)算機(jī)時(shí)代”上限或下限同樣的定理，解決了具有挑戰(zhàn)性的問題。當(dāng)然，隨著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來，這些相當(dāng)復(fù)雜的直接求解方法已經(jīng)不為人所用。但是，在當(dāng)前的幾何分析，我們證明這些定理采取更為有力的作用，尤其應(yīng)當(dāng)配合使用伴隨理論。我們現(xiàn)在利用一些單調(diào)定理，以消除上述引理T(x，y)。遵守先前規(guī)定，右邊是區(qū)別已知和未知的領(lǐng)域，即T(x，y)-t(x，y)。因此，讓我們?cè)诮缍ㄒ粋€(gè)領(lǐng)域E(x，y)在區(qū)域?yàn)?e(x，y)=t(x，y)-t(x，y)。據(jù)悉，T(x，y)和T(x，y)都是明確的界定，所以是e(x，y)。事實(shí)上，從

37、公式(1)和(3)，我們可以推斷，e(x，y)的正式滿足邊值問題:解決上述問題就能解決所有問題。但是，如果我們能計(jì)算區(qū)域e(x，y)與正常的坡度超過插槽，以有效的方式，然后(Tdevice-tdevice)，就評(píng)價(jià)表示e(X，Y)的效率，我們現(xiàn)在考慮在上述方程兩種可能的情況如(a)及(b)。例(a)邊界條件較第一插槽，審議本案時(shí)槽原本指定一個(gè)邊界條件。為了估算e(x，y)，考慮以下問題:因?yàn)橹蝗Q于縫隙，不討論域，以上問題計(jì)算較簡單。經(jīng)典邊界積分/邊界元方法可以引用。關(guān)鍵是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域e1(x，y)和未知領(lǐng)域的e(x，y)透過引理3.3。這兩個(gè)領(lǐng)域e1(x，y)和e(x，y)滿足以下單調(diào)關(guān)系:把

38、它們綜合在一起，我們有以下結(jié)論引理。引理3.4未知的裝置溫度Tdevice，當(dāng)插槽具有邊界條件，東至以下限額的計(jì)算，只要求:(1)原始及伴隨場T和隔熱與幾何分析域(2)解決e1的一項(xiàng)問題涉及插槽:觀察到兩個(gè)方向的右側(cè)，雙方都是獨(dú)立的未知區(qū)域T(x，y)。例(b) 插槽Dirichlet邊界條件我們假定插槽都維持在定溫Tslot?？紤]任何領(lǐng)域，即包含域和插槽。界定一個(gè)區(qū)域e(x，y)在滿足:現(xiàn)在建立一個(gè)結(jié)果與e-(x，y)及e(x，y)。引理3.5注意到，公式(7)的計(jì)算較為簡單。這是我們最終要的結(jié)果。引理3.6 未知的裝置溫度Tdevice，當(dāng)插槽有Dirichlet邊界條件，東至以下限額的計(jì)

39、算，只要求:(1)原始及伴隨場T和隔熱與幾何分析。(2) 圍繞插槽解決失敗了的邊界問題，:再次觀察這兩個(gè)方向都是獨(dú)立的未知領(lǐng)域T(x，y)。4. 數(shù)值例子說明我們的理論發(fā)展，在上一節(jié)中，通過數(shù)值例子。設(shè)k = 5W/mC, Q = 10 W/m3 and H = 。表1:結(jié)果表表1給出了不同時(shí)段的邊界條件。第一裝置溫度欄的共同溫度為所有幾何分析模式(這不取決于插槽邊界條件及插槽幾何分析)。接下來兩欄的上下界說明引理3.4和3.6。最后一欄是實(shí)際的裝置溫度所得的全功能模式(前幾何分析)，是列在這里比較前列的。在全部例子中，我們可以看到最后一欄則是介于第二和第三列。T Tdevice T對(duì)于絕緣插

40、槽來說，Dirichlet邊界條件指出，觀察到的各種預(yù)測(cè)為零。不同之處在于這個(gè)事實(shí):在第一個(gè)例子，一個(gè)零Neumann邊界條件的時(shí)段，導(dǎo)致一個(gè)自我平衡的特點(diǎn)，因此，其對(duì)裝置基本沒什么影響。另一方面，有Dirichlet邊界條件的插槽結(jié)果在一個(gè)非自我平衡的特點(diǎn)，其缺失可能導(dǎo)致器件溫度的大變化在。不過，固定非零槽溫度預(yù)測(cè)范圍為20度到0度。這可以歸因于插槽溫度接近于裝置的溫度，因此，將其刪除少了影響。的確，人們不難計(jì)算上限和下限的不同Dirichlet條件插槽。圖4說明了變化的實(shí)際裝置的溫度和計(jì)算式。預(yù)測(cè)的上限和下限的實(shí)際溫度裝置表明理論是正確的。另外，跟預(yù)期結(jié)果一樣，限制槽溫度大約等于裝置的溫度

41、。5. 快速分析設(shè)計(jì)的情景我們認(rèn)為對(duì)所提出的理論分析"什么-如果"的設(shè)計(jì)方案，現(xiàn)在有著廣泛的影響。研究顯示設(shè)計(jì)如圖5，現(xiàn)在由兩個(gè)具有單一熱量能源的器件。如預(yù)期結(jié)果兩設(shè)備將不會(huì)有相同的平均溫度。由于其相對(duì)靠近熱源，該裝置的左邊將處在一個(gè)較高的溫度，。圖4估計(jì)式versus插槽溫度圖圖5雙熱器座圖6正確特征可能性位置為了消除這種不平衡狀況，加上一個(gè)小孔，固定直徑;五個(gè)可能的位置見圖6。兩者的平均溫度在這兩個(gè)地區(qū)最低。強(qiáng)制進(jìn)行有限元分析每個(gè)配置。這是一個(gè)耗時(shí)的過程。另一種方法是把該孔作為一個(gè)特征，并研究其影響，作為后處理步驟。換言之，這是一個(gè)特殊的“幾何分析”例子，而擬議的方法同

42、樣適用于這種情況。我們可以解決原始和伴隨矩陣的問題，原來的配置(無孔)和使用的理論發(fā)展在前兩節(jié)學(xué)習(xí)效果加孔在每個(gè)位置是我們的目標(biāo)。目的是在平均溫度兩個(gè)裝置最大限度的差異。表2概括了利用這個(gè)理論和實(shí)際的價(jià)值。從上表可以看到，位置W是最佳地點(diǎn)，因?yàn)樗凶畹途殿A(yù)期目標(biāo)的功能。附錄II 外文文獻(xiàn)原文A formal theory for estimating defeaturing -induced engineering analysis errorsSankara Hari Gopalakrishnan, Krishnan SureshDepartment of Mechanical Engin

43、eering, University of Wisconsin, Madison, WI 53706, United StatesReceived 13 January 2006; accepted 30 September 2006AbstractDefeaturing is a popular CAD/CAE simplification technique that suppresses small or irrelevant features within a CAD model to speed-up downstream processes such as finite eleme

44、nt analysis. Unfortunately, defeaturing inevitably leads to analysis errors that are not easily quantifiable within the current theoretical framework.In this paper, we provide a rigorous theory for swiftly computing such defeaturing -induced engineering analysis errors. In particular, we focus on pr

45、oblems where the features being suppressed are cutouts of arbitrary shape and size within the body. The proposed theory exploits the adjoint formulation of boundary value problems to arrive at strict bounds on defeaturing induced analysis errors. The theory is illustrated through numerical examples.

46、Keywords: Defeaturing; Engineering analysis; Error estimation; CAD/CAE1. IntroductionMechanical artifacts typically contain numerous geometric features. However, not all features are critical during engineering analysis. Irrelevant features are often suppressed or defeatured, prior to analysis, lead

47、ing to increased automation and computational speed-up.For example, consider a brake rotor illustrated in Fig. 1(a). The rotor contains over 50 distinct features, but not all of these are relevant during, say, a thermal analysis. A defeatured brake rotor is illustrated in Fig. 1(b). While the finite

48、 element analysis of the full-featured model in Fig. 1(a) required over 150,000 degrees of freedom, the defeatured model in Fig. 1(b) required <25,000 DOF, leading to a significant computational speed-up.Fig. 1. (a) A brake rotor and (b) its defeatured version.Besides an improvement in speed, the

49、re is usually an increased level of automation in that it is easier to automate finite element mesh generation of a defeatured component 1,2. Memory requirements also decrease, while condition number of the discretized system improves;the latter plays an important role in iterative linear system sol

50、vers 3.Defeaturing, however, invariably results in an unknown perturbation of the underlying field. The perturbation may be small and localized or large and spread-out, depending on various factors. For example, in a thermal problem, suppose one deletes a feature; the perturbation is localized provi

51、ded: (1) the net heat flux on the boundary of the feature is zero, and (2) no new heat sources are created when the feature is suppressed; see 4 for exceptions to these rules. Physical features that exhibit this property are called self-equilibrating 5. Similarly results exist for structural problem

52、s.From a defeaturing perspective, such self-equilibrating features are not of concern if the features are far from the region of interest. However, one must be cautious if the features are close to the regions of interest.On the other hand, non-self-equilibrating features are of even higher concern.

53、 Their suppression can theoretically be felt everywhere within the system, and can thus pose a major challenge during analysis.Currently, there are no systematic procedures for estimating the potential impact of defeaturing in either of the above two cases. One must rely on engineering judgment and

54、experience.In this paper, we develop a theory to estimate the impact of defeaturing on engineering analysis in an automated fashion. In particular, we focus on problems where the features being suppressed are cutouts of arbitrary shape and size within the body. Two mathematical concepts, namely adjo

55、int formulation and monotonicity analysis, are combined into a unifying theory to address both self-equilibrating and non-self-equilibrating features. Numerical examples involving 2nd order scalar partial differential equations are provided to substantiate the theory.The remainder of the paper is or

56、ganized as follows. In Section 2, we summarize prior work on defeaturing. In Section 3, we address defeaturing induced analysis errors, and discuss the proposed methodology. Results from numerical experiments are provided in Section 4. A by-product of the proposed work on rapid design exploration is

57、 discussed in Section 5. Finally, conclusions and open issues are discussed in Section 6.2. Prior workThe defeaturing process can be categorized into three phases:Identification: what features should one suppress?Suppression: how does one suppress the feature in an automated and geometrically consistent manner?Analysis: what is the consequence of the suppression?The first phase has received extensive attention in the literature. For example, the size and relative location of a feature is often used as a m