小型臥式行星輪球磨機(jī)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析

目錄摘要………………1緒論………3課題的來(lái)源、研究的意義及現(xiàn)狀分析…………………3課題研究的內(nèi)容和要求…………………4第二章球磨機(jī)的工作原理及分類………………52.1球磨機(jī)的工作原理…………52.2球磨機(jī)的分類………………62.3用途和使用范圍……………6第三章球磨機(jī)的主要參數(shù)計(jì)算……73．1球磨機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速……………73.2球磨機(jī)的理論適宜轉(zhuǎn)速n……………………73.3轉(zhuǎn)速比QUOTE………………………83.4磨機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速…………83.5磨機(jī)的實(shí)際功率………………8第四章行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算……10第五章行星齒輪靜強(qiáng)度校核………15第六章行星齒輪軸計(jì)算……………18第七章中心軸強(qiáng)度計(jì)算……………22第八章軸承壽命分析………………24第九章運(yùn)動(dòng)分析……………………27結(jié)語(yǔ)…………………29致謝…………………30參考文獻(xiàn)………………31附錄：英文文獻(xiàn)翻譯………………32

小型臥式行星輪球磨機(jī)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析摘要：隨著現(xiàn)代科技的飛躍發(fā)展，新材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用在各高校、研究所乃至各行各業(yè)正引起人們的日益重視。然而，無(wú)論是提高材料的性能還是分析材料的成分，均需要制備更細(xì)、更均勻的材料樣本。常規(guī)的機(jī)械制取方法是采用球磨方式，通過(guò)球磨機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)，機(jī)內(nèi)磨球與材料之間高能撞擊，達(dá)到粉碎、研磨、混合材料的目的。本文主要論述了球磨機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及球磨機(jī)在工業(yè)中的作用。主要設(shè)計(jì)任務(wù)是球磨機(jī)傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)的分析。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：球磨機(jī)主要參數(shù)的計(jì)算，行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，行星齒輪的計(jì)算等。設(shè)計(jì)的目標(biāo)是使得機(jī)器能滿足強(qiáng)度、剛度、壽命、工藝性和經(jīng)濟(jì)性等方面的要求，且運(yùn)行平穩(wěn)，工件可靠，結(jié)構(gòu)合理，裝拆方便，便與維修與整理，最后能滿足加工要求，保證加工質(zhì)量。關(guān)鍵詞：球磨機(jī)；行星齒輪；主要參數(shù)；運(yùn)動(dòng)分析SmallhorizontalplanetroundballmilldesigningandmovementanalysisAbstract:Withtherapiddevelopmentofmodernscienceandtechnology,thedevelopmentofnewmaterialsandapplicationinvariousuniversities,researchinstitutesandallwalksoflifearearousedpeople'sattentionincreasingly.However,nomatterwhethertheyimprovethepropertiesofmaterialsoranalysisthecompositionofthematerial,whichrequirespreparationmorefine,moreuniformmaterialsamples.Theconventionalmechanicalmanufacturingmethodistouseballmillway,throughtheballmill'shigh-speed,machinesandmaterialsofthegrindingballbetweenhigh-energycollision,crushing,grinding,mixingtoachievethepurposeofmaterials.Thispapermainlydiscussestheballmill'sdevelopmentpresentsituation,developmenttrendandtheroleofballmillinindustry.Themaintaskistodesignandthedesignofballmilltransmissionschemeanalysisofthemovement.Themaindesigncontentincludes:theballmillmainparameters,thedesignoftheplanetarygeartransmissionmechanism,thecalculationofplanetarygear,etc.Designgoalistomakethemachinecansatisfytheintensity,stiffness,life,technologyandeconomy,requirements,andsmoothoperation,processandreliable,thestructureisreasonable,installationconvenience,thenandmaintenanceandarrange,finallycanmeettherequirementsoftheprocessing,processingqualityguarantee.Keyword:Ballmill;Planetarygear;Themainparameters;Motionanalysis第一章緒論1.1課題的來(lái)源、研究的意義及現(xiàn)狀分析1.1.1課題的來(lái)源球磨機(jī)（BallGrindingMill）是一種傳統(tǒng)物料研磨裝置，至今已有一百多年的發(fā)展歷史。19世紀(jì)初期出現(xiàn)了用途廣泛的球磨機(jī)，1870年在球磨機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展出排料粒度均勻的棒磨機(jī)，1908年又創(chuàng)制出不用研磨介質(zhì)的自磨機(jī)。20世紀(jì)30～50年代，美國(guó)和德國(guó)相繼研制出輥碗磨煤機(jī)、輥盤磨煤機(jī)等立軸式中速磨煤機(jī)。球磨機(jī)作為將固體物料細(xì)化制粉的重要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、水泥、陶瓷、建筑、電力、醫(yī)藥以及國(guó)防工業(yè)等部門，對(duì)各種礦石和其他可磨性物料進(jìn)行干式或濕式粉磨。尤其是冶金工業(yè)中的選礦部門，磨礦作業(yè)更是具有十分重要的地位。近年來(lái)我國(guó)的房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，城市化建設(shè)進(jìn)程的加快也帶動(dòng)了相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展，其中一個(gè)突出的體現(xiàn)就是水泥制造業(yè)。總部位于英國(guó)的《InternationalCementReview》（國(guó)際水泥評(píng)論）剛剛發(fā)布其最新的《GlobalCementReport》（全球水泥報(bào)告），該報(bào)告覆蓋了160多個(gè)國(guó)家。報(bào)告指出，全球水泥消費(fèi)量2008年為28.3億t，2009年為29.98億t，2010年更是增至32.94億t，2012年全球水泥消費(fèi)量預(yù)計(jì)將達(dá)到38.59億t。中國(guó)目前在全球水泥數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中獨(dú)占鰲頭，2010年的消費(fèi)量為18.51億t，幾乎是2004年水平的兩倍，水泥消費(fèi)的旺盛增長(zhǎng)趨勢(shì)促進(jìn)了國(guó)內(nèi)對(duì)球磨機(jī)的需求量的增加。由于球磨機(jī)的處理能力和球磨后的粒度對(duì)后續(xù)作業(yè)的效率和整體生產(chǎn)流程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響顯著，有關(guān)球磨機(jī)的研究在國(guó)內(nèi)外一直受到廣泛的關(guān)注和高度重視。近幾年來(lái)，由于能源費(fèi)用的增長(zhǎng)和礦石品位的下降，降低建設(shè)投資和生產(chǎn)費(fèi)用是世界各國(guó)礦山工業(yè)面臨的一個(gè)嚴(yán)峻問(wèn)題，采用高效大型設(shè)備是現(xiàn)代選礦廠建設(shè)的主要傾向，球磨機(jī)的大型化已成為技術(shù)發(fā)展的方向。1.1.2課題研究的意義隨著現(xiàn)代工業(yè)對(duì)超細(xì)物料需求量的日益增加，對(duì)品質(zhì)要求的不斷提高,新的超細(xì)粉磨設(shè)備及新型粉磨工藝不斷出現(xiàn)。行星式球磨機(jī)在能耗、鋼耗和效率等方面比常規(guī)圓筒形球磨機(jī)更有優(yōu)勢(shì)。90年代以來(lái),機(jī)械合金化法已成為制備新型復(fù)合材料的熱門課題?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn),MA通過(guò)行星式高能球磨機(jī)的高能研磨作用,可以引起材料原子尺度的結(jié)合與化學(xué)反應(yīng),可以實(shí)現(xiàn)非晶質(zhì)化,可以將金屬間化合物組元粉體固態(tài)下生成金屬間化合物,可以使某些液態(tài)下并不互溶的體系實(shí)現(xiàn)較寬成分范圍的固溶;另一方面,由于高能球磨機(jī)的強(qiáng)烈撞擊與研磨作用,還可以制備出各種單質(zhì)元素的納米級(jí)粉體材料和金屬陶瓷納米材料等。行星式高能球磨機(jī)之所以能成功地實(shí)現(xiàn)上述新型材料的制備,主要取決于行星式高能球磨機(jī)的工作能力,本文通過(guò)對(duì)行星式高能球磨機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析,使人們能較深入地了解到行星式高能球磨機(jī)的工作原理,這對(duì)于MA的理論研究是有一定參考意義的。1.1.3現(xiàn)狀的分析常規(guī)行星式球磨機(jī)中的球磨罐放置在水平的大盤上作行星運(yùn)動(dòng),磨球和磨料受公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)兩個(gè)水平方向離心力的作用,相互碰撞研磨產(chǎn)品。龔姚騰等研制的微型雙筒行星式球磨機(jī),磨筒自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力及磨筒與筒壁間的摩擦力使磨球與物料在筒內(nèi)產(chǎn)生互相沖擊、摩擦和上下翻滾等來(lái)磨碎物料；張克仁等研制的TCMJ一l型行星式超細(xì)球磨機(jī),采用以搓揉方式為主的平動(dòng)式超細(xì)粉碎方法，實(shí)驗(yàn)表明,該機(jī)具有效率高、節(jié)能效果明顯和超細(xì)磨礦的良好性能；陳世柱等研制的行星式高能球磨機(jī)由于磨球?qū)Ψ垠w頻繁強(qiáng)烈地撞擊、碾壓及搓揉等作用,具有較大的慣性力,因而對(duì)粉體能產(chǎn)生強(qiáng)烈的撞擊,其撞擊力隨著轉(zhuǎn)速的提高而成倍增加。南京大學(xué)儀器廠推出一種新型臥式行星球磨機(jī)。該機(jī)的特點(diǎn)是4只球磨罐被臥式安裝在豎直放置的大盤上作行星運(yùn)動(dòng),罐內(nèi)的磨球和磨料在豎直平面內(nèi)受到公轉(zhuǎn)離心力、自轉(zhuǎn)離心力、重力3個(gè)力的共同作用,導(dǎo)致磨球與磨料在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中相互之間猛烈碰撞、擠壓,提高了研磨效率和研磨效果,同時(shí),避免了一部分材料的結(jié)底現(xiàn)象。1.2課題研究的內(nèi)容和要求在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)之前，本人對(duì)球磨機(jī)進(jìn)行了大概的了解，總結(jié)了以前在工廠中實(shí)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)球磨機(jī)的結(jié)構(gòu)、造型有了總體的認(rèn)識(shí)，對(duì)球磨機(jī)的工作原理也有了較深的了解。本人的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容為球磨機(jī)的總體設(shè)計(jì)和對(duì)運(yùn)動(dòng)的分析。針對(duì)自己設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，在了解球磨機(jī)的總體構(gòu)造之外查閱了有關(guān)結(jié)構(gòu)部件方面的書。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，先對(duì)球磨機(jī)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，特別是對(duì)行星輪系的設(shè)計(jì)，確定傳動(dòng)方案，找出相關(guān)參數(shù)。要求設(shè)計(jì)部件結(jié)構(gòu)總圖及部分零件圖。合計(jì)2張A0號(hào)圖紙的設(shè)計(jì)工作量，8000字以上的設(shè)計(jì)說(shuō)明書。設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)：可裝球磨罐個(gè)數(shù)：4只，最大容積0.4升；進(jìn)料粒度：不大于4-10mm；出料程度：最小可達(dá)0.1um；球磨機(jī)額定轉(zhuǎn)速：公轉(zhuǎn)50-400轉(zhuǎn)/分，自轉(zhuǎn)100-800轉(zhuǎn)/分；電動(dòng)機(jī)額定功率0.75千瓦，220伏，50赫茲。第二章球磨機(jī)的工作原理及分類2.1球磨機(jī)的工作原理臥式行星球磨機(jī)是將四只球磨罐水平安裝在一垂直平面的大盤上作行星運(yùn)動(dòng)。在這種運(yùn)動(dòng)過(guò)程中球磨罐沒(méi)有固定的底面，罐內(nèi)磨球和磨料在垂直平面內(nèi)受到公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)兩個(gè)離心力和重力的共同作用，相互之間猛力碰撞、擠壓，將磨料快速粉碎、磨細(xì)。圖1臥式行星輪球磨機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖本實(shí)用新型臥式行星球磨機(jī)涉及的是一種適用于同時(shí)球磨多種磨料的臥式行星球磨機(jī)。結(jié)構(gòu)由機(jī)架1-13、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電機(jī)1-14、拉馬桶1-4、球磨罐1-10構(gòu)成，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括大盤1-5、主軸1-7、行星軸1-12、行星輪系、小帶輪1-16、大帶輪1-8、傳動(dòng)帶1-15，其特征在于球磨罐臥式裝置在大盤上得拉馬桶內(nèi)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的大盤垂直安裝在主軸上，主軸、行星軸水平安裝在機(jī)架上。其特征在于拉馬桶安置于平面或帶斜面的托盤上。球磨罐通過(guò)夾持架由上夾圈、下夾圈、拉桿及蝶形螺母構(gòu)成。行星輪系采用齒輪行星輪系或帶輪行星輪系。齒輪行星輪系由過(guò)渡齒輪1-11、行星齒輪1-6及固定齒輪1-9構(gòu)成，帶輪行星輪系由固定帶輪、行星帶輪及三角皮帶構(gòu)成。行星球磨機(jī)球磨罐1-10臥式裝置在行星球磨機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中大盤1-5上的拉馬桶1-4內(nèi)，大盤1-5垂直安裝在主軸1-7上，主軸1-7、行星軸1-12水平安裝在機(jī)架1-13上。拉馬桶1-4安置于平面或帶斜面的托盤1-17上，大盤1-5上可設(shè)置有多個(gè)拉馬桶1-4，球磨罐1-10裝置在拉馬桶1-4內(nèi)，球磨罐1-10外端裝有壓緊蓋1-3，通過(guò)壓緊螺桿螺母1-2壓緊，壓緊螺母上裝有壓緊手把1-1。電機(jī)裝置在機(jī)架下部，電機(jī)輸出軸上裝有帶輪，通過(guò)傳動(dòng)帶傳動(dòng)打帶輪。大帶輪裝置在主軸上，通過(guò)主軸帶動(dòng)大盤旋轉(zhuǎn)（公轉(zhuǎn)），大盤的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由行星輪系帶動(dòng)行星軸旋轉(zhuǎn)(自轉(zhuǎn))，大盤上可同時(shí)安置多個(gè)拉馬桶，拉馬桶內(nèi)裝置有球磨罐，由于公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)的疊加使球磨罐告訴旋轉(zhuǎn)，球磨罐內(nèi)的磨球在離心力及重力的作用下與磨料相互碰撞吧磨料粉碎和磨細(xì)。臥式行星球磨機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：由于球磨罐呈臥式裝置，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)沒(méi)有固定底面，因而不存在磨料沉底的問(wèn)題。臥式行星球磨機(jī)球磨時(shí)，磨罐的上、下底面及罐壁都是研磨面，因而球磨效率必然高于立式行星球磨機(jī)。由于裝置球磨罐的拉馬桶安置在帶有5°左右斜面的托盤上，球磨時(shí)，球磨罐除公轉(zhuǎn)及自轉(zhuǎn)外多了圍繞中心軸的圓錐形擺動(dòng)，使罐內(nèi)球磨的運(yùn)動(dòng)軌跡更復(fù)雜，更無(wú)規(guī)律，因而磨球和磨料、罐壁碰撞的幾率更高，大大改善了球磨效率。2.2球磨機(jī)的分類①按沖擊分：輕型，重型；②按長(zhǎng)度分：短磨機(jī)、中長(zhǎng)磨機(jī)、長(zhǎng)磨機(jī)；③按磨介形狀分：球磨機(jī)、棒磨機(jī)、棒球磨機(jī)、礫石磨；④按卸料方式分：尾斜式磨機(jī)、中卸式磨機(jī)、尾卸式磨機(jī)；⑤按傳動(dòng)方式分類：中心傳動(dòng)磨機(jī)、邊緣傳動(dòng)磨機(jī)；⑥其他分類：根據(jù)工藝操作又可分為干法磨機(jī)、濕法磨機(jī)、間歇磨機(jī)和連續(xù)磨機(jī)。2.3用途和使用范圍球磨機(jī)是物料粉碎的關(guān)鍵設(shè)備，廣泛應(yīng)用于水泥、硅酸鹽制品、新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色有色金屬選礦以及玻璃陶瓷等生產(chǎn)行業(yè)，對(duì)各種礦石和其他可磨性物料進(jìn)行干式或濕式粉磨。第三章球磨機(jī)的主要參數(shù)計(jì)算3．1球磨機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速當(dāng)磨機(jī)簡(jiǎn)體的轉(zhuǎn)速達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，研磨體產(chǎn)生的離心力等于它本身的重力，因而使研磨體升至脫離角QUOTE，即研磨體將緊貼附在簡(jiǎn)體上，隨簡(jiǎn)體一起回轉(zhuǎn)而不會(huì)降落下來(lái)，這個(gè)轉(zhuǎn)速就稱為臨界轉(zhuǎn)速。當(dāng)研磨體處于極限位置時(shí)，脫離角QUOTE，將此值代入研磨體運(yùn)動(dòng)基本方程式，可得臨界轉(zhuǎn)速：QUOTE（1）式中：QUOTE—臨界轉(zhuǎn)速，r/min；R—筒體有效半徑，m；QUOTE—磨機(jī)筒體有效直徑，m。根據(jù)文獻(xiàn)[1]表5—1中，磨機(jī)直徑2.4m，有效內(nèi)徑QUOTE為2.3m，將其代入公式(1)

以上公式是在幾個(gè)假定的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出來(lái)的，事實(shí)上，研磨體與研磨體、研磨與筒體之間是存在相對(duì)滑動(dòng)的，而且物料對(duì)研磨體也是有影響的。因此，實(shí)際的臨界轉(zhuǎn)速比計(jì)算的理論轉(zhuǎn)速要高，且與磨機(jī)結(jié)構(gòu)、襯板形狀、研磨體填充率等因素有關(guān)。3.2球磨機(jī)的理論適宜轉(zhuǎn)速n理論上，當(dāng)簡(jiǎn)體到達(dá)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，由于研磨體貼附在筒體內(nèi)壁面上，不能起到粉磨作用，因此對(duì)物料的粉碎功為零，當(dāng)筒體轉(zhuǎn)速極低時(shí)，研磨體沒(méi)有被筒壁帶起，對(duì)物料的粉碎功亦為零，因此，使研磨體產(chǎn)生最大粉碎功時(shí)的簡(jiǎn)體轉(zhuǎn)速稱作球磨機(jī)的理論適宜轉(zhuǎn)速n。當(dāng)靠近筒壁的最外層研磨體的脫離角QUOTE時(shí)，研磨體具有最大的降落高度，對(duì)物料產(chǎn)生粉碎功最大。將QUOTE代入式QUOTE，可得理論適宜轉(zhuǎn)速：QUOTE(2)代入式（2）：

3.3轉(zhuǎn)速比QUOTE球磨機(jī)的理論適宜轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速之比，簡(jiǎn)稱為轉(zhuǎn)速比，即：QUOTE(3)式(3)說(shuō)明理論適宜轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速的76％。一般磨機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速的70％～80％。3.4磨機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速磨機(jī)理論適宜轉(zhuǎn)速是根據(jù)最外層研磨體能夠產(chǎn)生最大粉碎功觀點(diǎn)推導(dǎo)出來(lái)的。這個(gè)觀點(diǎn)沒(méi)有考慮到研磨體隨筒體內(nèi)壁上升過(guò)程中，部分研磨體有下滑和滾動(dòng)現(xiàn)象。工作轉(zhuǎn)速的選定，除了應(yīng)考慮磨機(jī)的直徑、生產(chǎn)方式、襯板形狀、研磨體的填充系數(shù)、研磨體的種類外，還要考慮到粉磨物料的性質(zhì)、人磨物料粒度和粉磨細(xì)度等。根據(jù)水泥生產(chǎn)中磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料來(lái)確定磨機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速。下面幾個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式是對(duì)干法磨機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速的確定方法：當(dāng)QUOTE時(shí)QUOTE（4）當(dāng)QUOTE時(shí)QUOTE（5）當(dāng)QUOTE時(shí)QUOTE（6）式中：QUOTE—磨機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速，r/min；QUOTE—磨機(jī)的有效內(nèi)徑，m；D—磨機(jī)規(guī)格直徑，m。3.5磨機(jī)的實(shí)際功率影響磨機(jī)需用功率的因素很多，如磨機(jī)的直徑、長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)速、裝載量、填充率、內(nèi)部裝置、粉磨方式以及傳動(dòng)形式等。計(jì)算功率的方法也很多，常用的計(jì)算磨機(jī)需用功率的計(jì)算式有以下三種：QUOTE(7)QUOTE(8)QUOTE(9)式中：QUOTE—磨機(jī)需用功率，KW；V—磨機(jī)有效容積，QUOTE；QUOTE—磨機(jī)的有效內(nèi)徑，m；n—磨機(jī)的適宜轉(zhuǎn)速，r/min；G—研磨體裝載量，t；QUOTE—磨機(jī)填充率（以小數(shù)表示）。根據(jù)文獻(xiàn)[1]5—1式中，QUOTE；文獻(xiàn)[1]5—25式中，QUOTE其中，r—研磨體的容量，QUOTE，鋼鐵為4.5；QUOTE—填充率；由于，QUOTE，QUOTE，QUOTE，代入，V=39.8，G=51.3選用公式(7)計(jì)算：磨機(jī)配套電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算：QUOTE(10)式中：QUOTE—與磨機(jī)結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)效率有關(guān)的系數(shù)；QUOTE—電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)備系數(shù)，在1.0～1.1間選取。第四章行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算已知電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的功率0.37KW，輸出轉(zhuǎn)速為1400r/min，負(fù)載當(dāng)量值為2187.999Nm，由于是選取兩個(gè)或四個(gè)同時(shí)運(yùn)行，所以采取對(duì)稱結(jié)構(gòu)，故四個(gè)行星輪可選取同一類型的，因此，只需計(jì)算太陽(yáng)輪和一個(gè)行星輪的傳動(dòng)。4.1配齒計(jì)算查[1]表17．2—1選擇行星輪數(shù)目，取nw=4，設(shè)輸入轉(zhuǎn)速為43.6rpm。確定各輪齒齒數(shù)，選=13，=51。因此實(shí)際傳動(dòng)比；4.2按接觸強(qiáng)度初算a-b傳動(dòng)的中心矩和模數(shù)輸入轉(zhuǎn)矩Nm設(shè)載荷不均勻系數(shù)=1.1在一對(duì)a-b傳動(dòng)中，太陽(yáng)輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩Nm按[1]表17.2-31查得接觸強(qiáng)度使用的綜合系數(shù)K=1.9齒數(shù)比u太陽(yáng)輪的材料采用12CrNi3，行星輪的材料用20CrMnTi，齒面硬度56～60HRC，查[1]圖16.2-18選取=1500MPa，內(nèi)齒輪材料選用42CrMo，=1250MPa，表面氮化硬度55HRC以上。取齒寬系數(shù)則中心距amm模數(shù)mm取模數(shù)m=4 未變位時(shí)中心距mm由于已經(jīng)保證了安裝條件，同心條件，將中心距設(shè)為64mm，采用高變位，具體計(jì)算如下表：表4-1行星傳動(dòng)齒輪計(jì)算結(jié)果匯總序序號(hào)名稱代代號(hào)計(jì)算公式計(jì)算結(jié)果1模數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值4mm2分度圓壓力角取標(biāo)準(zhǔn)值3齒頂高系數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值4徑向間隙系數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值5分度圓柱螺旋角6分度圓直徑，7未變位時(shí)中心距8實(shí)際中心距采用高變位，中心距不變9中心距變動(dòng)系數(shù)10嚙合角由于傳動(dòng)中心距未變，故嚙合角為20度a-c：傳動(dòng)嚙合角為20度c-b：傳動(dòng)嚙合角為20度11總變位系數(shù)由于傳動(dòng)采用高變位，所以=0a-c：=0c-b：=012變位系數(shù)的分配由于只需要滿足最小變位系數(shù)，依關(guān)系=0，得到根據(jù)最小變位系數(shù)算法得到：，=0.25，=-0.25，13齒頂高變動(dòng)系數(shù)a-c：b-c：14齒根圓直徑15齒頂圓直徑16齒頂高17齒根高校核齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度校核a-b傳動(dòng)的彎曲強(qiáng)度齒根彎曲強(qiáng)度校核計(jì)算公式——計(jì)算彎曲應(yīng)力——齒向載荷分布系數(shù)，按[1]表16.2-41選取=1.184——齒間載荷分配系數(shù)，按[1]表16.2-42選取=1.0——復(fù)合齒形系數(shù)，按[1]圖16.2-23選取=2.57——搞彎強(qiáng)度計(jì)算的重合度與螺旋角系數(shù)，按[1]圖16.2-25選取=0.87 將各數(shù)值代入式中，得MPa 許用彎曲應(yīng)力——齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度基本值，按[1]圖16.2-26，取=420MPa——相對(duì)齒根圓角敏感性系數(shù)，按[1]表16.2-48選取=0.95——相對(duì)表面狀況系數(shù)，按[1]式16.2-21～23計(jì)算得=1.0——抗彎強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)，按[1]圖16.2-28選取=1——彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)，按[1]表16.2-46選取=1.6 將各數(shù)值代入（3-5）中，得MPa 因?yàn)?lt;，所以滿足齒根彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)式中各符號(hào)代表的意義和上式一致，故得到第五章行星齒輪靜強(qiáng)度校核當(dāng)齒輪工作可能出現(xiàn)短時(shí)間、少次數(shù)的超過(guò)額定工況下的載荷時(shí)，齒輪傳動(dòng)應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度校核。5.1載荷的確定應(yīng)取載荷譜中的最大載荷來(lái)確定計(jì)算切向力。計(jì)算切向力按下式計(jì)算：(5-1)式中：——計(jì)算切向力，N——齒輪傳遞的最大轉(zhuǎn)矩，mm——齒輪分度圓直徑，Nm在本設(shè)計(jì)中，根據(jù)載荷譜，輸出齒輪傳遞的最大轉(zhuǎn)矩為7500Nm。5.2齒面接觸靜強(qiáng)度計(jì)算公式齒面接觸靜強(qiáng)度必須保證:(5-2)當(dāng)大小齒輪材料的不同時(shí),應(yīng)取小者進(jìn)行核算。式中：——靜強(qiáng)度最大齒面應(yīng)力，；——靜強(qiáng)度許用齒面應(yīng)力，；靜強(qiáng)度最大的齒面應(yīng)力(5-3)式中各符號(hào)意義同前。齒面靜強(qiáng)度許用的齒面應(yīng)力(5-4)式中各符號(hào)意義同前.其中取=1.6，=1.2。對(duì)于太陽(yáng)輪和行星輪,查=1500Mpa，對(duì)于內(nèi)齒圈，查=1250Mpa，在一般安全情況下，取=0.6。5.3齒根彎曲靜強(qiáng)度核算公式齒彎曲靜強(qiáng)度應(yīng)保證：(5-5)式中：——靜強(qiáng)度最大齒根彎曲應(yīng)力，；——靜強(qiáng)度許用齒根彎曲應(yīng)力，；靜強(qiáng)度最大齒根彎曲應(yīng)力(5-6)式中各符號(hào)意義同前。靜強(qiáng)度許用齒根彎曲應(yīng)力(5-7)式中：對(duì)于太陽(yáng)輪和行星輪,查=480Mpa，對(duì)于內(nèi)齒圈，=420MPa，取=2.0，=0.95，=2.5。在一般安全情況下，取=1.2。5.4行星齒輪傳動(dòng)校核5.4.1a-b傳動(dòng)齒面接觸靜強(qiáng)度計(jì)算代入以上各參數(shù)計(jì)算得：=2746.8MPa=4800Mpa由于，故安全。5.4.2a-b傳動(dòng)齒根彎曲靜強(qiáng)度核算代入以上各參數(shù)計(jì)算得：=254.8MPa=1900MPa由于，故安全。第六章行星齒輪軸計(jì)算6.1行星軸的彎曲剛度計(jì)算由圖可知，行星軸的各段直徑相差比較小，因此可以采用當(dāng)量直徑法作為近似計(jì)算法使用。將階梯軸轉(zhuǎn)化為直徑為的等直徑軸（6-1）式中：——階梯軸第段的直徑（mm）；——階梯軸第段的長(zhǎng)度（mm）；在此設(shè)計(jì)中，我們將行星軸分為四段，分別為=14mm，=20mm，=18mm，=28mm。各段的軸徑分別為=68mm，=82mm，=90mm，=40mm。故代入以上數(shù)據(jù)計(jì)算得:按當(dāng)量直徑，然后依據(jù)材料力學(xué)的計(jì)算方法計(jì)算撓度和偏轉(zhuǎn)角，過(guò)程如下：軸的結(jié)構(gòu)圖，受力簡(jiǎn)化圖，有關(guān)尺寸以及彎矩圖如下所示：圖6-1行星軸的結(jié)構(gòu)圖圖6-2行星軸的受力簡(jiǎn)化圖設(shè)為小齒輪傳動(dòng)產(chǎn)生的徑向力，計(jì)算公式如下：由于漸開(kāi)線花鍵傳動(dòng)不產(chǎn)生徑向力，而且圓柱直齒輪傳動(dòng)和漸開(kāi)線花鍵均不產(chǎn)生軸向力，故行星軸在軸向上只受重力作用，而重力作用方法沿軸線，故不產(chǎn)生彎曲變形。利用材料力學(xué)中彎曲變形的公式求得圓錐滾子軸承處和小齒輪的撓度和轉(zhuǎn)角分別為：（6-2）（6-3）（6-4）式中：，分別表示圓錐滾子軸承處的轉(zhuǎn)角，表示小齒輪處的轉(zhuǎn)角，表示小齒輪處的撓度。表示小齒輪處作用的徑向力，即。查得，，，，代入以上數(shù)據(jù)，得：查資料得，對(duì)于剛度要求高的軸，應(yīng)符合以下要求：（6-5）式中：為兩支撐間的跨度，即=145mm，顯然，。而對(duì)于轉(zhuǎn)角有以下要求：圓錐滾子軸承處：；安裝齒輪處：顯然，從上述計(jì)算知，圓錐滾子軸承處以及小齒輪處的轉(zhuǎn)角均符合要求，因此，綜合以上我們得出結(jié)論，行星軸的彎曲剛度符合條件，安全。6.2行星軸的扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算根據(jù)軸的類型為實(shí)心圓軸，計(jì)算公式為：（6-6）式中：——每米長(zhǎng)軸的扭轉(zhuǎn)角；——軸材料的切變模量，對(duì)于鋼；——軸傳遞的轉(zhuǎn)矩；——受轉(zhuǎn)矩作用的軸長(zhǎng)；——軸的直徑；——每米長(zhǎng)軸的許用扭轉(zhuǎn)角，取=。由前可知，階梯軸的各段所傳遞的轉(zhuǎn)矩相等，均以當(dāng)量載荷計(jì)算，即：代入上述數(shù)據(jù)，計(jì)算得：顯然，，故行星軸的扭轉(zhuǎn)剛度符合條件，安全。第七章中心軸強(qiáng)度計(jì)算已知設(shè)定輸入功率P=1.95KW，n2=2295r/min，中心軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由[3]表3-2-42查得：MPa，MPa，MPa，MPa。圖7-1中心軸結(jié)構(gòu)示意圖初算中心軸的最小直徑取A=104（按[2]表6-1-19選取，因只受扭矩作用，載荷較平衡）.軸的危險(xiǎn)截面的最小直徑mm，取=22mm精確校核中心軸的強(qiáng)度由于此中心軸只承受扭轉(zhuǎn)作用，故可以按只考慮扭轉(zhuǎn)作用的強(qiáng)度計(jì)算公式來(lái)校核?？紤]到此軸會(huì)發(fā)生正反轉(zhuǎn)，因此應(yīng)按交變應(yīng)力作用下的計(jì)算公式來(lái)校核。此時(shí)，危險(xiǎn)截面的抗扭截面系數(shù)為m3最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力MPa最小扭轉(zhuǎn)應(yīng)力MPar=-1此時(shí)安全系數(shù)S式中——對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下的材料扭轉(zhuǎn)疲勞極限，取=352MPa ——扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力集中系數(shù)，按[2]表6-1-32取=1.75 ——表面質(zhì)量系數(shù)，按[2]表6-1-36取=0.90——扭轉(zhuǎn)時(shí)的尺寸影響系數(shù)，按[2]表6-1-34取=0.89——扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的應(yīng)力幅，取=3.91MPa——材料扭轉(zhuǎn)時(shí)的平均應(yīng)力折算系數(shù)，按[2]表6-1-33取=0.21——平均應(yīng)力，取=0代入各數(shù)值得按[2]表6-1-26許用安全系數(shù)Sp=1.3，S>Sp，故安全。第八章軸承壽命分析由軸承壽命公式，得（8-1）式中：——軸承壽命，（小時(shí)）；——基本額定動(dòng)載荷（N）；——當(dāng)量動(dòng)載荷（N）；對(duì)接觸角時(shí)，，（8-2）對(duì)接觸角時(shí)，（8-3）X、Y值可查[3]表39.3-3——壽命指數(shù)，球軸承=3，滾子軸承；——軸承轉(zhuǎn)速（r/min）.同時(shí)，又有（8-4）式中：——太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)速，r/min;——行星輪轉(zhuǎn)速，r/min;、、——分別為太陽(yáng)輪、內(nèi)齒輪及行星輪齒數(shù)；經(jīng)計(jì)算，太陽(yáng)輪和行星輪轉(zhuǎn)速依次為：，；8.1中心軸承校核所選軸承型號(hào)為；FAG滾針軸承K151917其相應(yīng)的參數(shù)如下：，；查[3]表36.2-12得NGW型行星齒輪傳動(dòng)受力分析：行星輪圓周力為：（8-5）單個(gè)行星輪作用在行星輪軸的力：（8-6）這里，，，（轉(zhuǎn)矩單位：，長(zhǎng)度單位，力的單位：N）軸承受徑向力代入數(shù)據(jù)計(jì)算：NN(N)將所有數(shù)值代入（8-1）式，的所以該軸承壽命約270.75年，滿足要求。8.2行星軸承校核所選軸承型號(hào)為；FAG滾針軸承K253530其相應(yīng)的參數(shù)如下：，；查[3]表36.2-12得NGW型行星齒輪傳動(dòng)受力分析：行星輪圓周力為：（8-7）單個(gè)行星輪作用在行星輪軸的力：（8-8）這里，，，（轉(zhuǎn)矩單位：，長(zhǎng)度單位，力的單位：N）軸承受徑向力：代入數(shù)據(jù)計(jì)算：(N)(N)(N)將所有數(shù)值代入（8-1）式，的所以該軸承壽命約558.08年，滿足要求。8.3電動(dòng)機(jī)輸入處深溝球軸承校核所選軸承型號(hào)為；FAG深溝球軸承16012其相應(yīng)的參數(shù)如下：，=3，，該軸承徑向受力不大，可認(rèn)為是0，由于變獎(jiǎng)減速器運(yùn)動(dòng)為，當(dāng)電動(dòng)機(jī)成倒時(shí)，第一級(jí)太陽(yáng)輪全部壓在該軸承上，估算出該齒輪軸向上受第一級(jí)太陽(yáng)輪幾其相連套筒及軸承本身的重力，共計(jì)約40N，即軸承受軸向力則得查[3]表39.3-3，由線性插值法計(jì)算出e=0.031，X=0.56，Y=0.38將所有數(shù)值代入（8-1）式，得所以該軸承壽命滿足要求。

運(yùn)動(dòng)分析此小型行星式快速球磨機(jī)為立式行星式球磨機(jī)，與常規(guī)行星式球磨機(jī)不同，在這種運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，球磨罐具有固定的底面。由圖2-4所示，D、D’分別為托盤和球磨筒的回轉(zhuǎn)中心，磨筒內(nèi)壁半徑為，設(shè)一質(zhì)量為m的磨球在磨筒內(nèi)壁上M點(diǎn)處，M點(diǎn)到托盤中心D的距離為Z，則有速度關(guān)系式為：式中：--磨球的絕對(duì)速度；--托盤對(duì)磨球的牽連速度，其大小為ωl，方向垂直于OM--磨球?qū)ν斜P的相對(duì)速度，其大小為，方向垂直于OM。在平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，托盤作勻角速度轉(zhuǎn)動(dòng)?？傻媚デ蛟贛點(diǎn)的加速度關(guān)系式為：式中：--球磨體的絕對(duì)加速度；--一托盤對(duì)球磨體在M處的牽連加速度的法向分量，大小為，方向?yàn)橛蒑指向；--球磨體在M點(diǎn)相對(duì)于托盤的法向加速度，大小為，方向由OM指向；--‘一球磨體在M點(diǎn)處的哥氏加速度，其大小為，方向沿延長(zhǎng)線所指方向。將兩式兩邊乘以m，則為：式中：--球磨體所受的總慣性力，方向與反向；--牽連加速度引起的慣性力矢量，方向與反向；--相對(duì)加速度引起的慣性力矢量，方向與反向；--哥氏加速度引起的附加慣性力，方向與反向。從圖2．10矢量分析圖中可以基本了解小型行星式快速球磨機(jī)中球磨體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。為了使球磨體對(duì)筒內(nèi)物料起到撞擊研磨的作用，必須使球磨體在是適當(dāng)位置與筒壁脫離，并能向另一側(cè)撞擊。由上述慣性力的矢量分析可以看出，和有利于球磨體的脫離，則為阻礙球磨體的脫離。設(shè)λ為轉(zhuǎn)盤中心與點(diǎn)的連線及磨筒中心連線的延長(zhǎng)線之間的夾角(如圖2-4)，則球磨體與筒壁脫離的條件為：即化簡(jiǎn)整理可得：即得球磨體開(kāi)始脫離筒壁的臨界條件是：式(2-21)同于式(2．16)，即球磨體開(kāi)始脫離磨筒壁的位置與γ、θ以及磨筒的回轉(zhuǎn)半徑r有關(guān)。其中γ、θ受磨機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和帶輪轉(zhuǎn)速ω以及時(shí)間T的影響。從上面的分析可知，根據(jù)磨機(jī)轉(zhuǎn)速分析得出的磨球脫離的臨界方程與根據(jù)磨球受力分析得出的臨界方程是一致的。上述分析都只是就假定單個(gè)球磨體的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析，事實(shí)上磨筒內(nèi)一定數(shù)量大小不同的球磨體以及待磨物料的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要復(fù)雜得多，但我們?nèi)匀豢梢詮纳鲜鰡蝹€(gè)球磨體的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析中看出小型行星式快速球磨機(jī)的工作能力。

結(jié)語(yǔ)球磨機(jī)設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性的勞動(dòng)，它是球磨機(jī)設(shè)計(jì)者根據(jù)市場(chǎng)對(duì)需求，現(xiàn)有的制造條件和新工藝的發(fā)展，運(yùn)用有關(guān)的科學(xué)技術(shù)知識(shí)進(jìn)行的。現(xiàn)在回顧三個(gè)多月以來(lái)的畢業(yè)設(shè)計(jì)，感想很多。于是總結(jié)如下：本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的是臥式行星輪球磨機(jī)，主要用干、濕兩種方法磨細(xì)或混合粒度不同、材料各異的固體顆粒、懸浮液和糊膏。我的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容為球磨機(jī)傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)的分析。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，根據(jù)球磨機(jī)的工藝要求，剛度及精度要求，對(duì)球磨機(jī)的行星輪布局進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了機(jī)床的性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在強(qiáng)度、剛度、壽命等方面能滿足要求。傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參考了很多設(shè)計(jì)手冊(cè)及設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，從球磨機(jī)的性能結(jié)構(gòu)、工作需要出發(fā)，對(duì)照傳動(dòng)方案和總體布局，確定了較優(yōu)的傳動(dòng)系統(tǒng)?？偟膩?lái)說(shuō)，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)比較成功，取得了令人滿意的結(jié)果。這是我作為一名學(xué)生即將完成學(xué)業(yè)的最后一次作業(yè)，他既是對(duì)學(xué)校所學(xué)知識(shí)的全面總結(jié)和綜合應(yīng)用，又為今后走向社會(huì)的實(shí)際操作應(yīng)用鑄就了一個(gè)良好開(kāi)端，畢業(yè)設(shè)計(jì)是我對(duì)所學(xué)知識(shí)理論的檢驗(yàn)與總結(jié)，能夠培養(yǎng)和提高設(shè)計(jì)者獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力；是我在校期間向?qū)W校所交的最后一份綜和性作業(yè)，從老師的角度來(lái)說(shuō)，指導(dǎo)做畢業(yè)設(shè)計(jì)是老師對(duì)學(xué)生所做的最后一次執(zhí)手訓(xùn)練。其次，畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)是老師檢驗(yàn)其教學(xué)效果，改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量的絕好機(jī)會(huì)致謝本論文是在指導(dǎo)老師周后明的精心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。從論文的選題、課題講解、資料收集到最后的論文出稿、圖紙完成，導(dǎo)師都給予了極大的幫助和支持，提出了很多寶貴意見(jiàn)，使論文得以完善。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的作風(fēng)給我留下了深刻印象。在此對(duì)導(dǎo)師付出的辛勤勞動(dòng)和提供的良好學(xué)習(xí)環(huán)境表示衷心地感謝。在本論文進(jìn)行中，同學(xué)也給予了熱情的幫助，在此表示誠(chéng)摯的謝意。參考文獻(xiàn)1．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)編著.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第1、2、3、4、5、6卷.機(jī)械工業(yè)出版社.20062．成大先主編．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)．第四版．第1、2、3、4、5卷．北京：化學(xué)工業(yè)出版社．20023．徐灝主編．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)．第二版．第1、2、3、4、5卷．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．20044．齒輪手冊(cè)編委會(huì)．齒輪手冊(cè)．上下冊(cè)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．20005．吳宗澤主編．機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．20066．舍弗勒公司．INA-FAG軸承手冊(cè)．20077．宮靖遠(yuǎn)主編．風(fēng)電場(chǎng)工程技術(shù)手冊(cè)．機(jī)械工業(yè)出版社．20048．武鑫等主編．風(fēng)能技術(shù).科學(xué)出版社．20079.王君偉，李祖尚．水泥生產(chǎn)計(jì)算手冊(cè)[M]．北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社．200l-1110.郭俊才．水泥工廠實(shí)用技改新技術(shù)[M]．北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2000—0611.褚瑞卿．建材通用機(jī)械與設(shè)備[M]．武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1995—1112.陳秀寧，施高義．機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M]．浙江：浙江大學(xué)出版社，20O2-0713.徐錦康．機(jī)械設(shè)計(jì)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001-09附錄：英文文獻(xiàn)翻譯未來(lái)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)的使用巴哈爾謝內(nèi)爾

保羅沃默爾德（英國(guó)拉夫堡大學(xué)設(shè)計(jì)與科技處）劉勇譯摘要：本文討論的是工業(yè)設(shè)計(jì)師使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具作為正在進(jìn)行的博士項(xiàng)目的一部分進(jìn)行的研究。早期的研究是基于文獻(xiàn)檢索和對(duì)設(shè)計(jì)專業(yè)的研究生與實(shí)踐設(shè)計(jì)的專業(yè)人員進(jìn)行的面對(duì)面訪談。該訪談的目的在于：調(diào)查圍繞創(chuàng)造力和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題；探討目前的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)工作幫助的能力；并確定不久的將來(lái)，用戶的期望。早期研究的一個(gè)重要成果是對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)師關(guān)于未來(lái)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)期望的認(rèn)識(shí)，這將對(duì)計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域給予相關(guān)的技術(shù)性和實(shí)用性指示。1．引言如今，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)步的影響已經(jīng)普及，電腦在設(shè)計(jì)工作室的設(shè)計(jì)工作中扮演越來(lái)越重要的角色?，F(xiàn)在CAD應(yīng)用于設(shè)計(jì)和制造過(guò)程的各個(gè)方面。工業(yè)設(shè)計(jì)公司和制造公司用幾種CAD工具來(lái)設(shè)計(jì)和評(píng)估他們的產(chǎn)品。不過(guò)，那些能夠被工業(yè)設(shè)計(jì)師在整個(gè)設(shè)計(jì)階段所使用、從最初想法到最終產(chǎn)品的工具的數(shù)量仍然很有限。這是因?yàn)镃AD工具套裝相對(duì)較新，而且這些工具要么是為在市場(chǎng)上獲得高額利潤(rùn)諸如電腦動(dòng)畫片的制作而設(shè)計(jì)的，要么是為了大型市場(chǎng)諸如機(jī)械工程而設(shè)計(jì)的。在調(diào)查計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)工具的演變時(shí)，一個(gè)主要的問(wèn)題是在將CAD融入設(shè)計(jì)過(guò)程前認(rèn)清工藝設(shè)計(jì)師的需求和他們工作的性質(zhì)。本次研究的目的是通過(guò)博士研究項(xiàng)目的發(fā)現(xiàn)來(lái)進(jìn)行辯論。研究的主要目標(biāo)是獲得計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)與實(shí)用性指示。2．先前的研究回顧本節(jié)介紹作為學(xué)習(xí)一部分的文獻(xiàn)回顧的的成果。早期的學(xué)習(xí)研究著重于尋找該地區(qū)產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)計(jì)過(guò)程中的電腦應(yīng)用的有關(guān)文獻(xiàn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)快速變化，文獻(xiàn)回顧僅限于過(guò)去的20年，以便找到藝術(shù)級(jí)的。最近信息的主要來(lái)源是互聯(lián)網(wǎng)上的期刊文章與文件以及參加過(guò)的展覽。文獻(xiàn)回顧導(dǎo)致了許多重復(fù)的問(wèn)題。這些問(wèn)題可以分成如下更廣泛的主題：1.電腦的創(chuàng)造力。2.數(shù)據(jù)與其它軟件和硬件的兼容性。3.溝通和團(tuán)隊(duì)協(xié)作。4.成本問(wèn)題。2.1電腦的創(chuàng)造力創(chuàng)造力經(jīng)常被認(rèn)為是設(shè)計(jì)方面最重要的。但是，設(shè)計(jì)人員不可能與他們的工具完全獨(dú)立，并且CAD的使用與有關(guān)的產(chǎn)品有許多牽連。這項(xiàng)研究是著眼于在產(chǎn)品造型階段創(chuàng)造性地使用CAD工具，而不是看創(chuàng)造力。在這種情況下，創(chuàng)造力是連接設(shè)計(jì)人員為了制造出最有趣和最令人滿意的新產(chǎn)品所做的一系列工作。這些觀點(diǎn)使得設(shè)計(jì)人員能夠自由地利用這些特征，如顏色、表面光潔度、外形尺寸、產(chǎn)品圖形，來(lái)快速地生成表格、保持記錄等，而不用擔(dān)心丟失原始概念。最近的CAD軟件提供了設(shè)計(jì)人員以前無(wú)法處理復(fù)雜曲面的能力。因此，潛在地使得設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中更有機(jī)會(huì)發(fā)揮創(chuàng)造性。CAD的潛力不能歸因于單獨(dú)的系統(tǒng)，它需要較高水平的用戶技能以及在設(shè)計(jì)之前許多設(shè)計(jì)參數(shù)要到位。然而，如今，制造業(yè)已經(jīng)知道旨在為設(shè)計(jì)的早期階段提供支持的幾個(gè)CAD系統(tǒng)，如Alias’Studio工具。2.2數(shù)據(jù)與其他軟件和硬件的兼容性CAD在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和使用方面有著大量的應(yīng)用，如CAD模型在不同方面的幾何物質(zhì)屬性。大部分公司使用一些CAD系統(tǒng)，如Autodesk公司的AutoCAD或IBM的CATIA，從個(gè)人電腦和蘋果Macintosh到SiliconGraphics和惠普的UNIX工作站。然而，不同廠商的CAD軟件包大多數(shù)不能相互溝通并且模型datacannotbeshareddirect數(shù)據(jù)不能直接共享。今天，為了支持新產(chǎn)開(kāi)發(fā)過(guò)程中不同階段的工作，各種各樣的CAD軟件已被開(kāi)發(fā)并推向市場(chǎng)。但是，當(dāng)前的數(shù)據(jù)交換格式不能夠?yàn)樗羞@一切軟件服務(wù)，數(shù)據(jù)交換問(wèn)題仍然存在。2.3溝通和團(tuán)隊(duì)協(xié)作工業(yè)設(shè)計(jì)師越來(lái)越多地在科學(xué)工作隊(duì)里工作，這些科學(xué)工作隊(duì)通常由在他們的工作場(chǎng)所的人以及有時(shí)為外界項(xiàng)目工作的人組成。當(dāng)團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是提高產(chǎn)品質(zhì)量和最大限度地減少開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本時(shí)，有效的高質(zhì)量的交流變得至關(guān)重要。當(dāng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的那些能夠設(shè)立在不同地方的不同部分，需要工作在同一項(xiàng)目的不同部分時(shí)，有效的軟件讓適當(dāng)?shù)臏贤ㄗ兊弥陵P(guān)重要。雖然互聯(lián)網(wǎng)視頻技術(shù)已經(jīng)幫助不同大洲的設(shè)計(jì)人員溝通設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，但還是有改進(jìn)的空間的。2.4成本問(wèn)題雖然CAD系統(tǒng)已經(jīng)比以前變得越來(lái)越有效，但購(gòu)買和升級(jí)仍然很昂貴，特別對(duì)于小公司的設(shè)計(jì)部來(lái)說(shuō)。文獻(xiàn)審查總結(jié)出一些初步結(jié)論，并給予了在設(shè)計(jì)中電腦集成的問(wèn)題概述。但是，關(guān)于當(dāng)前問(wèn)題的更多數(shù)據(jù)需要通過(guò)與參與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的CAD使用者交談來(lái)收集。因此，安排了與這些人面對(duì)面訪談。3.3與設(shè)計(jì)師的訪談和問(wèn)卷調(diào)查經(jīng)過(guò)對(duì)以前的文獻(xiàn)的回顧，決定與當(dāng)前的CAD使用者交談，以便收集更多關(guān)于他們需求的最新的重點(diǎn)信息。一系列的研究問(wèn)題被草擬出來(lái)，以便直入主題。這些問(wèn)題主要集中在用戶體驗(yàn)過(guò)的計(jì)算機(jī)硬件和軟件的長(zhǎng)處與短處、用戶對(duì)功能與輸入輸出主題的選擇以及未來(lái)5年用戶的期望。問(wèn)卷的目的是要回答這些問(wèn)題。面對(duì)面采訪了8位專業(yè)設(shè)計(jì)師和19位設(shè)計(jì)研究生。訪談的目的是：探討創(chuàng)造力與CAD的使用；探索當(dāng)前的CAD系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)工作幫助的能力以及確定不久的將來(lái)用戶的期望。采訪共經(jīng)歷了4個(gè)月，分別對(duì)來(lái)自跨國(guó)設(shè)計(jì)公司的生物工程學(xué)家、工程師和設(shè)計(jì)師進(jìn)行了采訪。由于受訪者選擇了參與設(shè)計(jì)的來(lái)自不同專業(yè)人士，他們?cè)诟鞣N不同設(shè)計(jì)階段使用大量應(yīng)用軟件。然而，大多數(shù)設(shè)計(jì)研究生使用來(lái)自Alias公司的Wavefront軟件。由于沒(méi)有足夠的空間訪談問(wèn)卷不包括在本文中。他的結(jié)構(gòu)分為4個(gè)主要部分：（1）個(gè)人和公司的詳細(xì)信息（2）設(shè)計(jì)過(guò)程（3）電腦（4）未來(lái)的期望，每個(gè)相關(guān)的主題反映了調(diào)查的主旨。由于問(wèn)卷是為實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的，試用后做了些修改，以便使問(wèn)題更切合學(xué)生的受訪者。否則，問(wèn)卷對(duì)所有參與者都一樣。在研究中選擇了定性研究法以便產(chǎn)生細(xì)節(jié)豐富的數(shù)據(jù)嵌入在研究方面。定性數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)采訪過(guò)程進(jìn)行錄音獲得，然后再對(duì)他們進(jìn)行評(píng)價(jià)。一些問(wèn)題反復(fù)出現(xiàn)，他們被排序納入更廣泛的主題。4.討論采訪中的主要觀點(diǎn)成為討論的基礎(chǔ)。從采訪的結(jié)果來(lái)看，主要問(wèn)題可歸納為：計(jì)算機(jī)與圖形和可用性的問(wèn)題、數(shù)據(jù)輸入設(shè)備的問(wèn)題、與其他軟件和硬件數(shù)據(jù)兼容性以及成本。由于數(shù)據(jù)的兼容性和成本問(wèn)題在文獻(xiàn)回顧中很常見(jiàn)，這里只討論計(jì)算機(jī)圖形界面和可用性以及數(shù)據(jù)輸入設(shè)備的問(wèn)題。雖然面試結(jié)果大多反映研究生對(duì)未來(lái)工業(yè)設(shè)計(jì)中CAD工具的使用的態(tài)度，提供的有趣的問(wèn)卷答案將有助于確定工業(yè)設(shè)計(jì)師對(duì)未來(lái)CAD系統(tǒng)的期望。研究結(jié)果表明，現(xiàn)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)建模的頻譜并不能提供足夠的創(chuàng)意支持。從問(wèn)卷調(diào)查的結(jié)果被用來(lái)生成以下期望表：1.計(jì)算機(jī)圖形界面和可用性的主要問(wèn)題是如何學(xué)習(xí)和使用復(fù)雜的軟件，軟件應(yīng)該是：1）容易找到什么目的使用什么工具2）容易找到工具3）輕松創(chuàng)建復(fù)雜的形狀4）容易記住什么水平的模型正在被使用重要的是要考慮計(jì)算機(jī)軟件與用戶的互動(dòng)層面。當(dāng)在用一個(gè)CAD系統(tǒng)工作時(shí)，用戶應(yīng)該能夠把注意力集中在CAD任務(wù)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面，而不是注重與計(jì)算機(jī)交互。不正確的、復(fù)雜的用戶界面可能導(dǎo)致軟件的誤用，逐漸削弱用戶的理解和接受力，提高學(xué)習(xí)時(shí)間。盡管一些CAD系統(tǒng)通過(guò)改進(jìn)界面已晉升為'易于使用'，但大多數(shù)受訪者對(duì)界面和可用性存在問(wèn)題。他們希望擁有不復(fù)雜的CAD軟件，他們可以在更短的時(shí)間里學(xué)習(xí)且毫無(wú)困難地熟悉界面。2．?dāng)?shù)據(jù)輸入（設(shè)備）主要問(wèn)題是如何產(chǎn)生逼真的模型。逼真的造型可以通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)：1）手工塑造的對(duì)象2）與模型互動(dòng)3）雕刻模型4）觸摸/感覺(jué)/手持模型5）旋轉(zhuǎn)模式值得注意的是幾乎所有受訪者都想像這樣一個(gè)CAD系統(tǒng)，它能夠使他們手工塑造對(duì)象、通過(guò)接觸與模型互動(dòng)、想真實(shí)生活中一樣感受和手持他。隨著最近仿真技術(shù)的問(wèn)世，入和輸出設(shè)備種類豐富多彩。在模擬技術(shù)中，大多technology,r被稱為虛擬現(xiàn)實(shí)（VR），通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件和硬件創(chuàng)造一個(gè)人工環(huán)境，以逼真的外形和感覺(jué)展現(xiàn)給用戶。一些新的系統(tǒng)，如觸覺(jué)系統(tǒng)，最近已推出，為了加入視覺(jué)互動(dòng)與物理模擬互動(dòng)。不過(guò)，這些工具在工業(yè)設(shè)計(jì)中還沒(méi)有像三維建模工具一樣被顯著采用。5．結(jié)論和未來(lái)研究從本次研究的初步結(jié)果來(lái)看，未來(lái)研究的范圍集中在新數(shù)據(jù)輸入設(shè)備和/或系統(tǒng)、三維計(jì)算機(jī)圖形界面。已經(jīng)明確目前電腦用戶在未來(lái)設(shè)計(jì)中的需求，研究將側(cè)重于用電腦進(jìn)行更準(zhǔn)確、逼真的三維建模。對(duì)軟件、圖形界面或新的輸入設(shè)備的提議源于未來(lái)的研究。那些能夠影響未來(lái)的研究的問(wèn)題可歸納如下。這次文獻(xiàn)回顧的結(jié)果表明，當(dāng)前制造業(yè)需要在提高創(chuàng)新、產(chǎn)品質(zhì)量和對(duì)客戶的新需求快速反映的同時(shí)降低開(kāi)發(fā)成本和時(shí)間。這意味著，一個(gè)現(xiàn)代化的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程需要適應(yīng)迅速變化的需求。這將在設(shè)計(jì)的早期階段通過(guò)整合新技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)建模系統(tǒng)正在從一個(gè)以幾何為基礎(chǔ)向一個(gè)以物理為基礎(chǔ)的方式轉(zhuǎn)變。這意味著幾何特征不是定義一個(gè)對(duì)象的唯一信息，在建模中還要考慮對(duì)象的其他物理特征。然而，目前的計(jì)算機(jī)中的虛擬模型只用在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程結(jié)束時(shí)才能成為物理模型，通過(guò)打印機(jī)或快速成型工具的輸出裝置。重要的是在‘虛擬’產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中可以從實(shí)際出發(fā)，設(shè)計(jì)和測(cè)試，而不需一個(gè)真實(shí)的物理模型。從合作探索階段到持有模型，察覺(jué)深度、感覺(jué)適用的阻力和壓力等等，可能對(duì)設(shè)計(jì)者大有裨益。此外，與設(shè)計(jì)工具以及模型本身互動(dòng)也是值得的。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)、互動(dòng)原型設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，與模型互動(dòng)、求力反饋成為可能，用戶通過(guò)這些主要改進(jìn)能夠調(diào)查和了解對(duì)象的結(jié)構(gòu)。三維數(shù)字化技術(shù)有可能擔(dān)任未來(lái)建模。但是，它尚未在工業(yè)設(shè)計(jì)/產(chǎn)品設(shè)計(jì)中作為設(shè)計(jì)工具被引用，因?yàn)樗€不能完全令設(shè)計(jì)者滿意。參

考

文

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