3682 小型臥式行星輪球磨機(jī)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析,小型,臥式,行星,球磨機(jī),設(shè)計(jì),運(yùn)動(dòng),分析 湘 潭 大 學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書論文（設(shè)計(jì)）題目： 小型臥式行星球磨機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析 學(xué)號(hào)： 姓名： 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 周后明 系主任： 周友行 一、主要內(nèi)容及基本要求行 星 式 球 磨 機(jī) 是 混 合 、 細(xì) 磨 、 小 樣 制 備 、 納 米 材 料 分 散 、 新 產(chǎn) 品 研 制 和 小 批 量生 產(chǎn) 高 新 技 術(shù) 材 料 的 必 備 裝 置 。本設(shè)計(jì)為小型臥式行星球磨機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析，其主要技術(shù)指標(biāo)與要求如下： 1、轉(zhuǎn)速：公 轉(zhuǎn) ： 50-400 轉(zhuǎn) /分 鐘 　 自 轉(zhuǎn) ： 100-800 轉(zhuǎn) /分 鐘 ； 2、電 機(jī) 功 率 ： 0.75kw、 220V、 50HZ； 3、工 作 方 式 ： 兩 個(gè) 或 四 個(gè) 球 磨 罐 同 時(shí) 工 作 ; 4、進(jìn) 料 拉 度 ： ≤4-10mm; 5、出 料 粒 度 ： 可 達(dá) 0.1um 設(shè)計(jì)要求： 1、完成小型臥式行星球磨機(jī)的的設(shè)計(jì)和選型論證 2、小型臥式行星球磨機(jī)的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，繪制部件裝配圖和主要零件圖，圖紙總量折合成 A0，不少于 2 張 3、撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書，關(guān)鍵零件應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算，說(shuō)明書字?jǐn)?shù)不少于 1~5 萬(wàn)4、完成資料查閱和 3000 字的文獻(xiàn)翻譯 二、重點(diǎn)研究的問題小型臥式行星球磨機(jī)的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)強(qiáng)度校核、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。 三、進(jìn)度安排序號(hào) 各階段完成的內(nèi)容 完成時(shí)間1 查閱資料、調(diào)研 第 1，2 周2 制訂設(shè)計(jì)方案 第 3，4 周3 分析與計(jì)算 第 5，6 周4 繪部件裝配圖 第 7，8、9 周5 繪零件圖 第 10，11 周6 撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 12，13 周7 準(zhǔn)備答辯材料 第 14 周8 畢業(yè)答辯 第 15 周四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)1、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 2、機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè) 3、顏景平，易紅等. 行星式球磨機(jī)研制及其節(jié)能機(jī)理 . 東南大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，32（1）：27-31 4、康善存. 硬脆材料的精密切割及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 機(jī)械制造，1997，7：4~6 5、網(wǎng)絡(luò)相關(guān)資信 0目 錄摘 要 ……………………………………………………………… 1第一章 緒 論……………………………………………………… 31.1 課題的來(lái)源、研究的意義及現(xiàn)狀分析………………………………… 31.2 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 ………………………………………………………………………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)………………………………………………………………311附錄 ：英文文獻(xiàn)翻譯 ………………………………………………322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3Small horizontal planet round ball mill designing and movement analysisAbstract: With the rapid development of modern science and technology, the development of new materials and application in various universities, research institutes and all walks of life are aroused people's attention increasingly. However, no matter whether they improve the properties of materials or analysis the composition of the material, which requires preparation more fine, more uniform material samples. The conventional mechanical manufacturing method is to use ball mill way, through the ball mill's high-speed, machines and materials of the grinding ball between high-energy collision, crushing, grinding, mixing to achieve the purpose of materials. This paper mainly discusses the ball mill's development present situation, development trend and the role of ball mill in industry. The main task is to design and the design of ball mill transmission scheme analysis of the movement. The main design content includes: the ball mill main parameters, the design of the planetary gear transmission mechanism, the calculation of planetary gear, etc. Design goal is to make the machine can satisfy the intensity, stiffness, life, technology and economy, requirements, and smooth operation, process and reliable, the structure is reasonable, installation convenience, then and maintenance and arrange, finally can meet the requirements of the processing, processing quality guarantee. Key word: Ball mill ; Planetary gear ; The main parameters ; Motion analysis4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)（Ball Grinding Mill）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)?？偛课挥谟?guó)的《International Cement Review》（國(guó)際水泥評(píng)論） 剛剛發(fā)布其最新的《Global Cement Report》（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; 5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)：1) 可裝球磨罐個(gè)數(shù)：4只，最大容積0.4升；2) 進(jìn)料粒度：不大于4-10mm；出料程度：最小可達(dá)0.1um；63) 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；4) 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。7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)：1、 由于球磨罐呈臥式裝置，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)沒有固定底面，因而不存在磨料沉底的問題。2、 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)。3、 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8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 ，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 ，將此值代入研磨體運(yùn)動(dòng)基本方程式，可得臨界轉(zhuǎn)速：（1）式中： —臨界轉(zhuǎn)速，r/min；R —筒體有效半徑，m；—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 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9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。將代入式 ，可得理論適宜轉(zhuǎn)速：(2)代入式（2）：3.3 轉(zhuǎn)速比球磨機(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：(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) 時(shí) （4）當(dāng) 時(shí) （5）當(dāng) 時(shí) （6）式中： —磨機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速，r/min；—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10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：(7)(8)(9)式中： —磨機(jī)需用功率，KW；V —磨機(jī)有效容積， ；—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；—磨機(jī)填充率（以小數(shù)表示）。根據(jù)文獻(xiàn)[1]5—1式中， ；文獻(xiàn)[1]5—25式中，其中，r—研磨體的容量 ， ，鋼鐵為4.5；—填充率；由于， ， ， ，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 ：(10)式中： —與磨機(jī)結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)效率有關(guān)的系數(shù)；—電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)備系數(shù)，在1.0～1.1間選取。11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n w=4，設(shè)輸入轉(zhuǎn)速為43.6rpm。確定各輪齒齒數(shù)，選 =13， az=51。因此實(shí)際傳動(dòng)比 ；bz1514.923bazi???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 ITNm3/2187.9/4.23.4ITi??設(shè)載荷不均勻系數(shù) =1.1cK在一對(duì)a-b傳動(dòng)中，太陽(yáng)輪傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩 Nm4.12.IaIcwTKn????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u1219.4623cIazu?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，limH?=1250MPa，表面氮化硬度55HRC以上。limH?取齒寬系數(shù) 0.6ab??則中心距amm????332 2lim1.9.4814831.6258.70460aIHKTu?????????模數(shù) mm5.7.9aIcImz?取模數(shù)m=4未變位時(shí)中心距mm????114396422aIcImz??????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) m取標(biāo)準(zhǔn)值 4mm2 分度圓壓力角 ?取標(biāo)準(zhǔn)值 20???3 齒頂高 系數(shù) *ah取標(biāo)準(zhǔn)值 *1ah4 徑向間隙系數(shù) c取標(biāo)準(zhǔn)值 .5c135分度圓柱螺旋角?0??0??6 分度圓 直徑 d， amzbd41352adm?4b7未變位時(shí)中心距a1()2abb???帶 (76)210ab????8 實(shí)際中 心距 '采用高變位，中心距不 變 '64m9中心距變動(dòng)系數(shù)y''aabbym??0aby?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) x?由于傳動(dòng)采用高變位，所以 =0x?a-c： =0x?c-b： =012變位系數(shù)的分配acx由于只需要滿足最小變位系數(shù)，依關(guān)系 =0，得到 bcax??根據(jù)最小變位系數(shù)算法得到：， min1730.25zx???=0.25， =-0.25，acbx?13齒頂高變動(dòng)系數(shù)y?y?a-c： y?b-c： 014 齒根圓 直徑 fd2fafabbdh???524.21fabdm?????15 齒頂圓 直徑 a *2'aabfcdm?.0664.5419.acd?16 齒頂高 ah*()0.5aabbhxy???(2).0.50abhm???17 齒根高 f*()faafbbchmx??4.5.(1.2).0fafbhm???144.3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 tFAVFSKYbm??????——計(jì)算彎曲應(yīng)力F?——齒向載荷分布系數(shù)，按[1]表16.2-41選取 =1.184K? FK?——齒間載荷分配系數(shù)，按[1]表16.2-42選取 =1.0F? ?——復(fù)合齒形系數(shù)，按[1]圖16.2-23選取 =2.57SY FSY——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MPa470.125.0.184.0257.89.4F?????許用彎曲應(yīng)力 liminFNTrelRlTXPYS???——齒輪材料的彎曲疲勞強(qiáng)度基本值，按[1]圖16.2-26，取 =420MPaFE? FE?——相對(duì)齒根圓角敏感性系數(shù)，按[1]表16.2-48選取 =0.95relTY? relTY?——相對(duì)表面狀況系數(shù)，按[1]式16.2-21～23計(jì)算得 =1.0Rrel Rrel——抗彎強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)，按[1]圖16.2-28選取 =1XY XY15——彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)，按 [1]表16.2-46 選取 =1.6minFS minFS將各數(shù)值代入（3-5）中，得MPa4201..951276FP?????因?yàn)?S p，故安全。 第八章 軸承壽命分析由軸承壽命公式，得（8-1）610CLnP????????式中： ——軸承壽命，（小時(shí)）；Ln——基本額定動(dòng)載荷（N）；C——當(dāng)量動(dòng)載荷（N）；P對(duì)接觸角 時(shí)， ， （8-2）0???PXYFra??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 ；??103??26——軸承轉(zhuǎn)速（ r/min）.n同時(shí)，又有（8-4）21acbznn???式中： ——太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)速，r/min;1n——行星輪轉(zhuǎn)速， r/min;2、 、 ——分別為太陽(yáng)輪、內(nèi)齒輪及行星輪齒數(shù)；azbcz經(jīng)計(jì)算，太陽(yáng)輪和行星輪轉(zhuǎn)速依次為：， ；1295/minrn?249.6/minr?8.1 中心軸承校核所選軸承型號(hào)為；FAG滾針軸承K15 19 17 ?其相應(yīng)的參數(shù)如下： ， ； 130NCr?13??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）10TaFtnrw?單個(gè)行星輪作用在行星輪軸的力：（8-6）12Frt?A這里， ， ，3nw?13mzra?（轉(zhuǎn)矩單位： ，長(zhǎng)度單位 ，力的單位： N）NAm軸承受徑向力 1Fr?27代入數(shù)據(jù)計(jì)算： 195491.58.()2PNmTan???A功N0.7.3FtN12.9541.0rt???(N)1.PFr將所有數(shù)值代入（8-1）式，的 12 1066301062.4()429.5.Cr hLnP??????????????????17.()360Ln年所以該軸承壽命約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K25 35 30?其相應(yīng)的參數(shù)如下： ， ；470NCr?13??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）10TaFtnrw?單個(gè)行星輪作用在行星輪軸的力：（8-8）12Ftr?A28這里， ， ，3nw?126mzra??（轉(zhuǎn)矩單位： ，長(zhǎng)度單位 ，力的單位： N）NAm軸承受徑向力： 1Fr?代入數(shù)據(jù)計(jì)算： 219549.560.()38PNmTan???A功(N)0.12Ft(N)1250rt???(N)12PFr將所有數(shù)值代入（8-1）式，的 2 106647101036.82().25Cr hLnP??????????????????18.()4360Ln年所以該軸承壽命約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， ，20NCr??1760Cor?0.283mkg?軸 承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9?29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 40NFa?則得 40/176.027FaCor?查[3]表39.3-3，由線性插值法計(jì)算出e=0.031， X=0.56，Y=0.380.56.384015.2()PXYNFra??????將所有數(shù)值代入（8-1）式，得 1036620101.65()95.Cr hLnP?????????????????101.()2430Ln??年所以該軸承壽命滿足要求。30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： VM托 盤磨 筒托 盤 ??式中： --磨球的絕對(duì)速度；M--托盤對(duì)磨球的牽連速度，其大小為ωl，方向垂直于OM托 盤--M托 盤磨 筒磨球?qū)ν斜P的相對(duì)速度，其大小為 ，方向垂直于OM。r?ω 相 對(duì)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： aaknn 托 盤磨 筒托 盤磨 筒托 盤 MM??式中： --球磨體的絕對(duì)加速度；M--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 ，n托 盤 l2?ω方向?yàn)橛蒑指向 ；O--球磨體在M點(diǎn)相對(duì)于托盤的法向加速度，大小為 ，an托 盤磨 筒 r2?ω 相 對(duì)方向由OM指向 ；?--k托 盤磨 筒 M‘一球磨體在M點(diǎn)處的哥氏加速度，其大小為 ，方向沿 延r2??ω 相 對(duì)ω MO?長(zhǎng)線所指方向。將兩式兩邊乘以m，則為： aaknn m托 盤磨 筒托 盤磨 筒托 盤 MMM???31式中： --球磨體所受的總慣性力 ，方向與 反向；amMPMaM--牽連加速度引起的慣性力矢量 ，方向與 反向；n托 盤 托 盤 n托 盤--相對(duì)加速度引起的慣性力矢量 ，方向與托 盤磨 筒 M 托 盤磨 筒 Mn托 盤磨 筒 M反向；--哥氏加速度引起的附加慣性力 ，方向與 反向。akm托 盤磨 筒 Pkak托 盤磨 筒從圖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)λP托 盤Mk P托 盤磨 筒 M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OO?磨體與筒壁脫離的條件為： MM托 盤磨 筒托 盤 ???kcos?即 rr2l 22 ??????相 對(duì)相 對(duì)化簡(jiǎn)整理可得： r)-cosl2?CB（即得球磨體開始脫離筒壁的臨界條件是： rsin2-cosl lil2 ）（ ?????????R式(2-21)同于式(2．16)，即球磨體開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)32分析中看出小型行星式快速球磨機(jī)的工作能力。33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?，F(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)。總的來(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)34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，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。35參考文獻(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，2001-0936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。37文獻(xiàn)回顧導(dǎo)致了許多重復(fù)的問題。這些問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Silicon Graphics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data cannot be shared direct數(shù)據(jù)不能直接共享。今天，為了支持新產(chǎn)開發(fā)過(guò)程中不同階段的工作，各種各樣的CAD軟件已被開發(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)38品質(zhì)量和最大限度地減少開發(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)中電腦集成的問題概述。但是，關(guān)于當(dāng)前問題的更多數(shù)據(jù)需要通過(guò)與參與產(chǎn)品開發(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。一系列的研究問題被草擬出來(lái)，以便直入主題。這些問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。問卷的目的是要回答這些問題。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。由于沒有足夠的空間訪談問卷不包括在本文中。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，以便使問題更切合學(xué)生的受訪者。否則，問卷對(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)。一些問題反復(fù)出現(xiàn)，他們被排序納入更廣泛的主題。4.討論39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，主要問題可歸納為：計(jì)算機(jī)與圖形和可用性的問題、數(shù)據(jù)輸入設(shè)備的問題、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)的兼容性和成本問題在文獻(xiàn)回顧中很常見，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． 數(shù)據(jù)輸入（設(shè)備）主要問題是如何產(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/手持模型5）旋轉(zhuǎn)模式40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展現(xiàn)給用戶。一些新的系統(tǒng)，如觸覺系統(tǒng)，最近已推出，為了加入視覺互動(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)降低開發(fā)成本和時(shí)間。這意味著，一個(gè)現(xiàn)代化的產(chǎn)品開發(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，察覺深度、感覺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。41參 考 文 獻(xiàn)1. Black, I.(1990).Design Methodologies in a New Generation of CAD.CAD/CAM 1900 Conference Proceedings. 27-29 March 1990,Nec Birmingham, The Strathclyde Institute.pp.402-412.2. Jones, Tim (1997) New Product Development, Oxford : Butterworth-Heinemann.3. McCullagh, K.(1996) 3D computer modelling in Industrial design. Co-Design Journal.07.08.09(1996):28-35.4. Hirschtick,J.(2000) The Future of CAD.MCAD-Productive Solutions for mechanical Engineerings and Designers.20(03):2.5. Loosschilder,G.(1997)A picture tells a thousand words.The Design Journal.0(1)41-57.6. Cardaci,Kitty(1992)CAID:A Tool for the Flexible Organisation,Design Management Journal(Reprint),3(2).7. Zeitoun ,Jean(1993) “CAD and the conception of objects.” In Jocelyn de Noblet, eds. Industrial Design reflection of a century. Paris,pp373-380.8. De Sa, A.G and Rix, J.(2000) “Virtual prototyping: the Integration of Design and Virtual Reality.” In P.Brunet , C.Hoffmann and D.Roller eds. CAD Tools and Algorithms for Product Design.Berlin,London:Springer.9. Warburton,N.(1996) A Heuristic Model for Digitally Intergrateed Design.Co-Design Journal. 07.08.09(1996):24-27.10. Alias Studio Tools(2000) Accessed via WWW http://www.aliaswavefront.com(23 September 2000)11. Woolner M., Adams, B.and Polletti,H.(1996) Computer technology in designer marker practice.Co-Design Journal.07.08.09(1996):10-14.12. Bordegoni, M. and De Angelis, F.(2000) “The Role of Haptic Devices for an Efficient Integration of Design, Simulation and Analysis.” In P.Burnet, C.Hoffmann and D.Roller eds. CAD Tools and Algorithms for Product Design.Berlin,London:Springer.