0052-一臺陶瓷單色自動畫線機(jī)【全套21張CAD圖】
0052-一臺陶瓷單色自動畫線機(jī)【全套21張CAD圖】,全套21張CAD圖,陶瓷,單色,自動,畫線,全套,21,cad
摘 要
本次設(shè)計(jì)的任務(wù)的是設(shè)計(jì)一臺陶瓷單色自動畫線機(jī)。其主要功能是在一個(gè)陶瓷器件上畫出一條粗細(xì)均勻的線。這個(gè)工作代替了手工畫線，降低工人的勞動強(qiáng)度，提高了勞動生產(chǎn)率。
本文主要討論了設(shè)計(jì)的必要性。通過系統(tǒng)的功能分解、功能合成、方案設(shè)計(jì)等方面的分析，提出了新的設(shè)計(jì)方案，這一點(diǎn)對產(chǎn)品的成敗起決定性作用。本文還包括了進(jìn)行設(shè)計(jì)所需的一些必要計(jì)算，且安排一些與設(shè)計(jì)有關(guān)的重要數(shù)據(jù)以及設(shè)計(jì)程序等。另外，本文還包括對一些典型零部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)工藝性分析，闡明如何操作的說明書、設(shè)計(jì)總結(jié)等等。
在本次設(shè)計(jì)中，我認(rèn)真完成老師安排的任務(wù)，并且根據(jù)自己設(shè)計(jì)的特點(diǎn)做了些ADAMS仿真的工作。由于時(shí)間有限且經(jīng)驗(yàn)尚淺，設(shè)計(jì)中還有很多的不足，懇請老師批評指正。
Abstract
目錄
前 言
陶瓷是無機(jī)材料之母，從家庭至宇宙對陶瓷的渴求量愈來愈大，其許多優(yōu)越、潛在特性不斷被發(fā)現(xiàn)，近20年來各國非常重視陶瓷的研究、開發(fā)與應(yīng)用，各國將先后進(jìn)入陶瓷世界。
陶瓷一般指陶器和瓷器的合稱，“陶”為燒成之意，“瓷”是指硬而之謎的器物。陶瓷是我國歷史悠久的古老文化之一，也是文明的象征。我國陶瓷的出現(xiàn)可上溯到距今一萬年左右，距今3000年前的殷周時(shí)代，有了以高嶺土為原料的白陶，已懂得用釉的方法。原始瓷器是以鐵為著色劑的青釉器，是青瓷的前身。晉朝出現(xiàn)“瓷”字，說明當(dāng)時(shí)人們已認(rèn)識到陶和瓷的區(qū)別。
畫線機(jī)是用滾輪等再日用陶瓷、玻璃制品的圓形或橢圓形器皿上，畫一條或多條彩色、彩帶的機(jī)械。這種機(jī)器的出現(xiàn)，大大減輕了工人手工勞動量，提高了生產(chǎn)率，而且在一定程度上也提高了產(chǎn)品質(zhì)量?？梢哉f，陶瓷畫線機(jī)的出現(xiàn)將陶瓷產(chǎn)業(yè)在工業(yè)化進(jìn)程上又推進(jìn)了一大步。可以分為單色機(jī)畫線機(jī)和多色畫線機(jī)。本次設(shè)計(jì)主要是研究設(shè)計(jì)單色畫線機(jī)，即單線畫線機(jī)。
在本次設(shè)計(jì)中，陶瓷器件是通過吸氣式吸盤固定工位的，并于主軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)。這種吸氣式吸盤實(shí)屬工業(yè)機(jī)械手的范疇。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)中一種比較新的技術(shù)裝備。它是一種模仿人體上肢的部分功能安裝預(yù)定要求輸出工件或者握持工件進(jìn)行操作的自動化技術(shù)裝備。這種新穎工具的出現(xiàn)和應(yīng)用，對實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化起重要作用，因而有著強(qiáng)大的生命力，受到人們的廣泛重視和歡迎。工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強(qiáng)度，提高勞動效率和生產(chǎn)的自動化水平。
第一章 總體方案
陶瓷是無機(jī)材料之母，從家庭至宇宙對陶瓷的渴求量愈來愈大，其許多優(yōu)越、潛在特性不斷被發(fā)現(xiàn)，近20年來各國非常重視陶瓷的研究、開發(fā)與應(yīng)用，各國將先后進(jìn)入陶瓷世界。
陶瓷一般指陶器和瓷器的合稱，“陶”為燒成之意，“瓷”是指硬而之謎的器物。陶瓷是我國歷史悠久的古老文化之一，也是文明的象征。我國陶瓷的出現(xiàn)可上溯到距今一萬年左右，距今3000年前的殷周時(shí)代，有了以高嶺土為原料的白陶，已懂得用釉的方法。原始瓷器是以鐵為著色劑的青釉器，是青瓷的前身。晉朝出現(xiàn)“瓷”字，說明當(dāng)時(shí)人們已認(rèn)識到陶和瓷的區(qū)別。
畫線機(jī)是用滾輪等再日用陶瓷、玻璃制品的圓形或橢圓形器皿上，畫一條或多條彩色、彩帶的機(jī)械。這種機(jī)器的出現(xiàn)，大大減輕了工人手工勞動量，提高了生產(chǎn)率，而且在一定程度上也提高了產(chǎn)品質(zhì)量?？梢哉f，陶瓷畫線機(jī)的出現(xiàn)將陶瓷產(chǎn)業(yè)在工業(yè)化進(jìn)程上又推進(jìn)了一大步?？梢苑譃閱紊珯C(jī)畫線機(jī)和多色畫線機(jī)。本次設(shè)計(jì)主要是研究設(shè)計(jì)單色畫線機(jī)，即單線畫線機(jī)。
在本次設(shè)計(jì)中，陶瓷器件是通過吸氣式吸盤固定工位的，并于主軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)。這種吸氣式吸盤實(shí)屬工業(yè)機(jī)械手的范疇。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)中一種比較新的技術(shù)裝備。它是一種模仿人體上肢的部分功能安裝預(yù)定要求輸出工件或者握持工件進(jìn)行操作的自動化技術(shù)裝備。這種新穎工具的出現(xiàn)和應(yīng)用，對實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化起重要作用，因而有著強(qiáng)大的生命力，受到人們的廣泛重視和歡迎。工業(yè)機(jī)械手可以代替人手的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強(qiáng)度，提高勞動效率和生產(chǎn)的自動化水平。
1.1產(chǎn)品的用途及使用范圍
單線自動畫線機(jī)的用途是在陶瓷制品上畫出裝飾線條或圖案，以達(dá)到美化陶瓷質(zhì)樸那的目的。這種機(jī)械代替了手工畫線工作，提高了勞動生產(chǎn)率以及精度，可以畫出粗細(xì)均勻的線條，克服了手工作業(yè)的缺點(diǎn)與不足，滿足了廣大消費(fèi)者的審美要求并提高了勞動生產(chǎn)率。我國地域遼闊，該機(jī)不受地形氣候等外界因素影響和限制，并且易于維修，工作可靠，適用于相關(guān)陶瓷生產(chǎn)部門。
1.2單線自動畫線機(jī)的功能設(shè)置及系統(tǒng)組成
單線自動畫線機(jī)主要由主機(jī)架、工作臺、施彩器組件、真空泵、氣動系統(tǒng)、電器部分組成.其主要功能包括：驅(qū)動功能、畫線功能、自動裝卸功能、輔助功能、測控功能、安全保護(hù)功能。功能分解如圖1：
圖1.1 單線畫線機(jī)功能分解圖
依據(jù)這些功能，系統(tǒng)組成為：動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)。各主要系統(tǒng)概述如下：
①動力系統(tǒng)：為操作部件提供動力，如機(jī)械手的仰俯、旋轉(zhuǎn)、單線機(jī)的移動畫線。本設(shè)計(jì)中動力裝置為電動機(jī)和氣壓系統(tǒng)。
②傳動系統(tǒng)：是將動力機(jī)的運(yùn)動和動力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)或執(zhí)行構(gòu)件的中間裝置。主要有帶傳動、齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動等。在本設(shè)計(jì)中，由電動機(jī)到施釉輪之間的傳動是通過帶傳動來完成的。
③執(zhí)行機(jī)構(gòu)：能直接完成預(yù)期工作任務(wù)的機(jī)構(gòu)和部件，為完成對陶瓷制品的畫線功能所需的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的部件主要是機(jī)械手、施釉輪及帶釉輪。
④測控系統(tǒng)：是控制畫線機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定程序和要求，以一定順序和規(guī)律運(yùn)動完成畫線機(jī)，具體測控有機(jī)械手旋轉(zhuǎn)角度、升降角度、單線機(jī)的位移量、放氣時(shí)間等。
⑤輔助系統(tǒng)：為完成畫線功能，以上各功能還需要一些輔助系統(tǒng)支持，如支承、下料、送料等輔助系統(tǒng)。
1.3主要工作原理
通過帶傳動的裝置，電動機(jī)將動力傳遞給了施釉輪與帶釉輪，兩輪開始旋轉(zhuǎn)，此時(shí)主從摩擦輪接觸，帶動陶瓷旋轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)合理的技術(shù)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)上述的畫線速度要求，施釉輪開始在瓷器上畫線。在每個(gè)陶瓷畫線的開始與結(jié)束，為了便于裝卸陶瓷，支承施釉頭組件的桿件必須能夠?qū)崿F(xiàn)擺動，以使施釉頭組件準(zhǔn)確靠近、離開瓷器。經(jīng)多方面的比較，我們最終選擇氣動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這一環(huán)節(jié)。另外，在被加工定位的這一環(huán)節(jié)也有講究。由于陶瓷制品易碎這一特點(diǎn)，使得我們必須摒棄普通機(jī)床夾具而選擇其它的定位夾緊方法?；诒P狀陶瓷表面光潔的特點(diǎn)，我們想到了可以利用真空吸附夾緊方式定位，及手部為真空吸盤
經(jīng)各種常用系統(tǒng)的計(jì)算比較得出，當(dāng)施釉輪與被加工陶瓷盤間實(shí)現(xiàn)純滾動，且滾動畫線速度在0.4m/s時(shí),畫線效果最佳，故單線畫線機(jī)的一切設(shè)計(jì)要以此為宗旨。
1.4總體布局
為了保證準(zhǔn)確可靠地實(shí)現(xiàn)單線畫線機(jī)的畫線功能，在總體布局方面我們要注意以下幾點(diǎn)：
①. 機(jī)構(gòu)的布局應(yīng)合理，相互之間保證不干涉、不阻擋。
②. 總體布局應(yīng)使工人操作方便、節(jié)省空間。
③. 吸盤吸、放氣時(shí)要考慮工人操作時(shí)間地合理性。
④. 機(jī)器的電動，氣動部分都需外殼罩住，已加工與未加工的工件放置要整齊，物料配送線路要清晰、合理。
⑤. 本機(jī)分四部分安裝，各部分安裝好后再連接在一起構(gòu)成一個(gè)整體，這樣能夠提高效率，保證質(zhì)量且運(yùn)輸時(shí)也方便。
1.5關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)
對于單線自動畫線機(jī)，最重要的是能夠畫出均勻清晰的線條，以滿足廣大消費(fèi)者的審美要求，因此對各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動精度和定位精度要求較高。畫線機(jī)的運(yùn)動 精度和定位精度主要包括以下幾個(gè)方面：
①. 施彩頭組件擺動的運(yùn)動與機(jī)械手的運(yùn)動需協(xié)調(diào)一致，即與裝、卸料工作要配合。
②. 為了保證施釉輪與制品之間的接觸精度，單線機(jī)的前進(jìn)與后退要有較高的定位精度
③. 機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)角度是否精確，關(guān)系到安放工件時(shí)的中心線能否與吸盤中心重合。
由于這些精度將直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量，建議采取開環(huán)伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制。
1.6設(shè)計(jì)計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)化要求
考慮到標(biāo)準(zhǔn)化和互換性，建議滿足以下要求：
①. 電動機(jī)、聯(lián)軸器、各連接件、緊固件等使用標(biāo)準(zhǔn)件和通用件
②. 真空吸盤機(jī)械手的設(shè)計(jì)在具體尺寸及運(yùn)動形式上應(yīng)該貫徹國際標(biāo)準(zhǔn)：
GB/T 12643-90 工業(yè)機(jī)器人術(shù)語和圖形符號
GB/T 12644-90 工業(yè)機(jī)器人特性表示
GB/T 12645-90 工業(yè)機(jī)器人性能測試方法
GB/T 12649-90 工業(yè)機(jī)器人性能規(guī)范
1.7國內(nèi)外同類產(chǎn)品的對比
國外很多國家重視裝飾機(jī)械的研制與開發(fā)，特別時(shí)在畫線機(jī)、印花機(jī)方面的發(fā)展時(shí)十分迅速的，與國外產(chǎn)品比起來，該產(chǎn)品的生產(chǎn)效率低且柔性化程度不高；但在國內(nèi)，由于這一方面起步較晚，發(fā)展較慢，所以該產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)新的水平。
1.8與外部協(xié)調(diào)所需的約束條件
①. 能源動力條件：采用電動與其壓傳動。
②. 安裝：本機(jī)分三個(gè)部分安裝，分別為主機(jī)部分、電機(jī)部分、真空吸盤機(jī)械手部分，再連接到一起構(gòu)成整體，這樣可以方便運(yùn)輸及安裝，且效率高。
③. 色彩條件：由于陶瓷制品是人們使用或珍藏的，建議使用較淡的顏色。
第二章 單線畫線機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，是機(jī)械設(shè)計(jì)中極其重要的一環(huán)。正確、合理的機(jī)械系統(tǒng)的方案，對于提高機(jī)械的性能、質(zhì)量、市場競爭力和經(jīng)濟(jì)效益等都是至關(guān)重要的。
單線畫線機(jī)
制成品M’
陶瓷器件M
指令S
信息顯示S’
能量E
輸出E’
圖2 單線畫線機(jī)黑箱圖
2.1執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
包括執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)，執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)，執(zhí)行系統(tǒng)的形式設(shè)計(jì)，執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)以及執(zhí)行系統(tǒng)的方案評價(jià)。
2.1.1 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
包括執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)，執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)，執(zhí)行系統(tǒng)的形式設(shè)計(jì)，執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)以及執(zhí)行系統(tǒng)的方案評價(jià)。
2.1.2 傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
包括選擇合理的傳動裝置的類型、確定傳動路線的方案以及合理分配傳動系統(tǒng)。
2.1.3 原動機(jī)類型的選擇
包括原動機(jī)的類型、轉(zhuǎn)速、以及原動機(jī)容量的選擇。
2.1.4 操縱控制系統(tǒng)的選擇
包括機(jī)電控制系統(tǒng)、機(jī)液控制系統(tǒng)、電業(yè)控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)以及微機(jī)控制系統(tǒng)。
2.2由設(shè)定功能選擇恰當(dāng)?shù)牧悴考?
單線畫線機(jī)主要有施彩器傳動系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、電器系統(tǒng)四部分。其中零件要首先選擇標(biāo)準(zhǔn)件,若標(biāo)準(zhǔn)件中沒有合適的零件可自行進(jìn)行設(shè)計(jì)。在本機(jī)的設(shè)計(jì)中,我們需要設(shè)計(jì)選擇電機(jī)、傳動系統(tǒng)、減速器、阻尼裝置等。
表1 形態(tài)學(xué)矩陣
分功能
解 法
1
2
3
4
5
6
A動力源
B位移傳動
C位移
D取物傳動
E取物
電動機(jī)
齒輪傳動
軌道及車輪
拉桿
挖斗
汽油機(jī)
蝸輪蝸桿
傳動
輪胎
繩傳動
抓斗
柴油機(jī)
帶傳動
履帶
汽缸傳動
鉗式斗
蒸氣透平
鏈傳動
氣墊
液壓缸傳動
機(jī)械手
液動機(jī)
液力耦合器
氣動馬達(dá)
2.2.1 氣動系統(tǒng)的選擇
2.2.1.1特點(diǎn):
① 元件結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、易于制造,且不污染環(huán)境.可集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送,便于管理.
② 易于實(shí)現(xiàn)快速的直線往復(fù)運(yùn)動,擺動的高速轉(zhuǎn)動.輸出力和運(yùn)動速度調(diào)節(jié)很方便,且能實(shí)現(xiàn)過載自動保護(hù).
③ 工作環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng).
④ 由于壓縮空氣的工作壓力不高,一般在0.4-0.6MPa,故輸出力和力矩不高,且傳動效率也較低,一般用于輸出力不大的傳動裝置.采用擴(kuò)力機(jī)械或氣液增壓裝置,可提高輸出力.
⑤ 由于空氣有壓縮性,故運(yùn)動速度的穩(wěn)定性較差,較難實(shí)現(xiàn)精密控制.采用氣液聯(lián)動方式,可提高運(yùn)動速度的穩(wěn)定性.
⑥ 由于氣信號的傳遞速度比電信號慢得多,故不宜用于遙控及復(fù)雜得控制系統(tǒng).
2.2.1.2組成
起源部分、執(zhí)行部分、控制部分、輔助部分.
2.2.2減速器的選擇
本機(jī)可選擇常用的阿基米德圓柱蝸桿減速器,這種減速器適用于蝸桿轉(zhuǎn)速不超過1500r/min,環(huán)境溫度為-40-+40°C的場合,可以正反兩向運(yùn)轉(zhuǎn).在選用減速器時(shí),首先根據(jù)工作要求確定傳動比i,再按蝸輪軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩查蝸輪軸額定轉(zhuǎn)矩表,確定減速器的中心距.然后按機(jī)器布置,潤滑等要求選擇減速器的裝配形式.必要時(shí)要進(jìn)行散熱計(jì)算.
2.2.3 電動機(jī)的選擇
電動機(jī)施機(jī)械系統(tǒng)中最常用的動力機(jī),與其他動力機(jī)相比,它具有較高的驅(qū)動效率,且其種類和型號較多,與工作機(jī)械連接方便,具有良好的調(diào)速、啟動、制動和反向控制性能.易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動控制,工作時(shí)無環(huán)境污染,可滿足大多數(shù)機(jī)械的工作要求.
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
開題報(bào)告
學(xué)生姓名：邊旭
學(xué) 號：14020931
班 級：140209班
專 業(yè)：機(jī)械工程及自動化
指導(dǎo)教師：李風(fēng)
開 題 報(bào) 告
1 課題介紹
1.1課題名稱：
單線畫線機(jī)
1.2課題背景
畫線機(jī)是用滾輪等再日用陶瓷、玻璃制品的圓形或橢圓形器皿上，畫一條或多條彩色、彩帶的機(jī)械?？梢苑譃閱紊珯C(jī)畫線機(jī)和多色畫線機(jī)。本次設(shè)計(jì)主要是研究設(shè)計(jì)單色畫線機(jī)，即單線畫線機(jī)。
陶瓷是無機(jī)材料之母，從家庭至宇宙對陶瓷的渴求量愈來愈大，其許多優(yōu)越、潛在特性不斷被發(fā)現(xiàn)，近20年來各國非常重視陶瓷的研究、開發(fā)與應(yīng)用，各國將先后進(jìn)入陶瓷世界。
陶瓷一般指陶器和瓷器的合稱，“陶”為燒成之意，“瓷”是指硬而之謎的器物。陶瓷是我國歷史悠久的古老文化之一，也是文明的象征。我國陶瓷的出現(xiàn)可上溯到距今一萬年左右，距今3000年前的殷周時(shí)代，有了以高嶺土為原料的白陶，已懂得用釉的方法。原始瓷器是以鐵為著色劑的青釉器，是青瓷的前身。晉朝出現(xiàn)“瓷”字，說明當(dāng)時(shí)人們已認(rèn)識到陶和瓷的區(qū)別。
陶瓷是一種與我們?nèi)粘Ｉ钜约霸诟鞣N工程項(xiàng)目能夠經(jīng)常接觸到的材料。隨著技術(shù)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在某些科學(xué)領(lǐng)域陶瓷已形成其他材料無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。例如，工程陶瓷，由工程陶瓷的制成的零件具有耐磨、耐熱、耐摩擦、熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今世界高技術(shù)含量的產(chǎn)品。在國外已越來越多地應(yīng)用工程陶瓷取代金屬零件，使產(chǎn)品地壽命、穩(wěn)定性等大大提高。在如，低溫?zé)Y(jié)陶瓷（LTCC）大家一定還都記得在手機(jī)行業(yè)剛剛起步時(shí)的代表作——大哥大，它又笨又重，攜帶不方便，而現(xiàn)在的手機(jī)就越來越袖珍了，這里的關(guān)鍵就是LTCC技術(shù)的發(fā)展。;LTCC技術(shù)是把很多東西整合在一起，其全稱為“低溫共燒陶瓷”技術(shù)，，簡單地說，就是一種整合、小型化地技術(shù)將各種被動組件整合在一起，縮小到陶瓷式電路板上，如果沒有它，手機(jī)是無法達(dá)到輕薄短小地效果地?？傊沾梢呀?jīng)成為與我們密不可分地伙伴了。
我國陶瓷生產(chǎn)歷史悠久，日用陶瓷一直暢銷國內(nèi)外。在我們的生活中，能夠給人們留下直觀印象的是日用陶瓷。這里不乏一些工藝美術(shù)品。因此，對于陶瓷制品，我們不僅要求其本身質(zhì)量要好、使用方便，同時(shí)還要對其表面進(jìn)行一定程度的美化處理，繪制出各種線條精美的圖案，增加美感及藝術(shù)感。然而，傳統(tǒng)的陶瓷畫線主要是由手工完成的，畫出的線條寬窄不一，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量，與其是在畫寬度3mm以上的線條時(shí)，用手工的方法根本無法實(shí)現(xiàn)，因此生產(chǎn)陶瓷的廠家不得不將線條印成畫紙，將畫紙貼在陶瓷制品上進(jìn)行彩烤，而這又大大提高了成本。陶瓷生產(chǎn)廠家一直都無法解決這一問題。隨著機(jī)械化、自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，研制新型高效的畫線機(jī)以代替手工作業(yè)已成為迫切需要。目前，世界各國對裝飾機(jī)械的研制十分迅速，不斷推陳出新。其中以畫線機(jī)和印花機(jī)發(fā)展最為迅速。我國在這方面發(fā)展比較晚，目前用于生產(chǎn)陶瓷機(jī)械數(shù)量較小，品種較單一，因此有必要投入人力物力財(cái)力設(shè)計(jì)新產(chǎn)品，引進(jìn)設(shè)備，消化技術(shù)。
1.3 工作內(nèi)容和要求
1.3.1 畫線機(jī)總體參數(shù)的確定
主要技術(shù)指標(biāo)及重要技術(shù)參數(shù)
①主要技術(shù)指標(biāo)
畫線色種: 單色
公稱生產(chǎn)能力：6-12件/分
彩色寬度： 0.25-6mm
制品最大直徑：406mm
制品最大高度：230mm
總功率消耗： 3kw
整機(jī)重要： 約100kg
外型尺寸： 約1.4m×0.8m×1.6m
②重要技術(shù)參數(shù)
電動機(jī)的變速范圍：1000-3000rpm
最短畫線時(shí)間： ＝1.22s
最長畫線時(shí)間： ＝4.14s
畫線輔助時(shí)間： t＝3s
1.3.2 單線畫線機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
單線自動畫線機(jī)主要由主機(jī)架、工作臺、施彩器組件、真空泵、氣動系統(tǒng)、電器部分組成.其主要功能包括：驅(qū)動功能、畫線功能、自動裝卸功能、輔助功能、測控功能、安全保護(hù)功能。功能分解如下圖：
單
線
畫
線
機(jī)
驅(qū)動
施彩頭電機(jī)驅(qū)動
吸盤主電機(jī)驅(qū)動
單線畫線機(jī)
前伸
后仰
吸 盤
吸氣
放氣
輔 助
支撐
導(dǎo)向
測控—單線畫線機(jī)畫線
安全保護(hù)
漏電保護(hù)
過載保護(hù)
圖1 單線畫線機(jī)的功能結(jié)構(gòu)圖
依據(jù)這些功能，系統(tǒng)組成為：動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、測控系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)。各主要系統(tǒng)概述如下：
動力系統(tǒng)：為操作部件提供動力，如機(jī)械手的仰俯、旋轉(zhuǎn)、單線機(jī)的移動畫線。本設(shè)計(jì)中動力裝置為電動機(jī)和氣壓系統(tǒng)。
傳動系統(tǒng)：是將動力機(jī)的運(yùn)動和動力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)或執(zhí)行構(gòu)件的中間裝置。主要有帶傳動、齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動等。在本設(shè)計(jì)中，由電動機(jī)到施釉輪之間的傳動是通過帶傳動來完成的。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)：能直接完成預(yù)期工作任務(wù)的機(jī)構(gòu)和部件，為完成對陶瓷制品的畫線功能所需的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的部件主要是機(jī)械手、施釉輪及帶釉輪。
測控系統(tǒng)：是控制畫線機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)按規(guī)定程序和要求，以一定順序和規(guī)律運(yùn)動完成畫線機(jī)，具體測控有機(jī)械手旋轉(zhuǎn)角度、升降角度、單線機(jī)的位移量、放氣時(shí)間等。
輔助系統(tǒng)：為完成畫線功能，以上各功能還需要一些輔助系統(tǒng)支持，如支承、下料、送料等輔助系統(tǒng)。
為了保證準(zhǔn)確可靠地實(shí)現(xiàn)畫線機(jī)地畫線功能，實(shí)現(xiàn)畫線自動化，需滿足以下條件：
① 機(jī)構(gòu)地布局應(yīng)合理，相互之間保證不干涉，不阻擋。
② 總體布局應(yīng)使工人操作安全方便，節(jié)省空間。
③ 吸盤吸、放氣時(shí)要考慮工人操作時(shí)間地合理性。
④ 機(jī)器的電動、氣動部分都需外殼罩住，已加工與未加工的工件放置要整齊，物料陪送線路要清晰、合理。
⑤ 本機(jī)分四部分安裝，各部分安裝好后再連接在一起構(gòu)成一個(gè)整體，這樣能夠提高效率，保證質(zhì)量且運(yùn)輸時(shí)也方便。
1.3.3 相關(guān)部件、零件設(shè)計(jì)
單線畫線機(jī)主要有施彩器傳動系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、電器系統(tǒng)四部分.其中零件要首先選擇標(biāo)準(zhǔn)件,若標(biāo)準(zhǔn)件中沒有合適的零件可自行進(jìn)行設(shè)計(jì).在本機(jī)的設(shè)計(jì)中,我們需要設(shè)計(jì)選擇電機(jī)、傳動系統(tǒng)、減速器、阻尼裝置等.
表1 形態(tài)學(xué)矩陣
分功能
解 法
1
2
3
4
5
6
A動力源
B位移傳動
C位移
D取物傳動
E取物
電動機(jī)
齒輪傳動
軌道及車
輪
拉桿
挖斗
汽油機(jī)
蝸輪蝸桿
傳動
輪胎
繩傳動
抓斗
柴油機(jī)
帶傳動
履帶
汽缸傳動
鉗式斗
蒸氣透平
鏈傳動
氣墊
液壓缸傳
動
機(jī)械手
液動機(jī)
液力耦合器
氣動馬達(dá)
1.3.3.1 電動機(jī)的選擇
電動機(jī)施機(jī)械系統(tǒng)中最常用的動力機(jī),與其他動力機(jī)相比,它具有較高的驅(qū)動效率,且其種類和型號較多,與工作機(jī)械連接方便,具有良好的調(diào)速、啟動、制動和反向控制性能.易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、自動控制,工作時(shí)無環(huán)境污染,可滿足大多數(shù)機(jī)械的工作要求.
1.3.3.2 氣動系統(tǒng)的選擇
特點(diǎn):
① 元件結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、易于制造,且不污染環(huán)境.可集中供氣和遠(yuǎn)距離輸送,便于管理.
② 易于實(shí)現(xiàn)快速的直線往復(fù)運(yùn)動,擺動的高速轉(zhuǎn)動.輸出力和運(yùn)動速度調(diào)節(jié)很方便,且能實(shí)現(xiàn)過載自動保護(hù).
③ 工作環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng).
④ 由于壓縮空氣的工作壓力不高,一般在0.4-0.6MPa,故輸出力和力矩不高,且傳動效率也較低,一般用于輸出力不大的傳動裝置.采用擴(kuò)力機(jī)械或氣液增壓裝置,可提高輸出力.
⑤ 由于空氣有壓縮性,故運(yùn)動速度的穩(wěn)定性較差,較難實(shí)現(xiàn)精密控制.采用氣液聯(lián)動方式,可提高運(yùn)動速度的穩(wěn)定性.
⑥ 由于氣信號的傳遞速度比電信號慢得多,故不宜用于遙控及復(fù)雜得控制系統(tǒng).
組成:
起源部分、執(zhí)行部分、控制部分、輔助部分.
1.3.3.3減速器的選用
本機(jī)可選擇常用的阿基米德圓柱蝸桿減速器,這種減速器適用于蝸桿轉(zhuǎn)速不超過1500r/min,環(huán)境溫度為-40-+40°C的場合,可以正反兩向運(yùn)轉(zhuǎn).在選用減速器時(shí),首先根據(jù)工作要求確定傳動比i,再按蝸輪軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩查蝸輪軸額定轉(zhuǎn)矩表,確定減速器的中心距.然后按機(jī)器布置,潤滑等要求選擇減速器的裝配形式.必要時(shí)要進(jìn)行散熱計(jì)算.
1.4 課題的重點(diǎn)和難點(diǎn)
1.4.1 單線畫線機(jī)設(shè)計(jì)重點(diǎn)
單線自動畫線機(jī)的用途是在陶瓷制品上畫出裝飾線條或圖案，以達(dá)到美化陶瓷質(zhì)樸那的目的。這種機(jī)械代替了手工畫線工作，提高了勞動生產(chǎn)率以及精度，可以畫出粗細(xì)均勻的線條，克服了手工作業(yè)的缺點(diǎn)與不足，滿足了廣大消費(fèi)者的審美要求并提高了勞動生產(chǎn)率。我國地域遼闊，該機(jī)不受地形氣候等外界因素影響和限制，并且易于維修，工作可靠，適用于相關(guān)陶瓷生產(chǎn)部門。
經(jīng)各種常用系統(tǒng)的計(jì)算比較得出，當(dāng)施釉輪與被加工陶瓷盤間實(shí)現(xiàn)純滾動，且滾動畫線速度在0.4m/s時(shí),畫線效果最佳，故單線畫線機(jī)的一切設(shè)計(jì)要以此為宗旨。
通過帶傳動的裝置，電動機(jī)將動力傳遞給了施釉輪與帶釉輪，兩輪開始旋轉(zhuǎn)，此時(shí)主從摩擦輪接觸，帶動陶瓷旋轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)合理的技術(shù)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)上述的畫線速度要求，畫線機(jī)開始畫線。在每個(gè)陶瓷畫線的開始與結(jié)束，為了便與裝卸陶瓷，支承施釉頭組件的桿件必須能夠?qū)崿F(xiàn)擺動，以使施釉頭組件準(zhǔn)確靠近、離開瓷器。經(jīng)多方面的比較，我們最終選擇氣動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這一環(huán)節(jié)。另外，在被加工定位的這一環(huán)節(jié)也有講究。由于陶瓷制品易碎這一特點(diǎn)，使得我們必須摒棄普通機(jī)床夾具而選擇其它的定位夾緊方法?；诒P狀陶瓷表面光潔的特點(diǎn)，我們想到了可以利用真空吸附夾緊方式定位，及手部為真空吸盤。
1.4.2單線畫線機(jī)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)
對于單線自動畫線機(jī)，最重要的是能夠畫出均勻清晰的線條，以滿足廣大消費(fèi)者的審美要求，因此對各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動精度和定位精度要求較高。畫線機(jī)的運(yùn)動精度和定位精度主要包括以下幾個(gè)方面：
①施彩頭組件擺動的運(yùn)動與機(jī)械手的運(yùn)動需協(xié)調(diào)一致，即與裝、卸料工作要配合。
②為了保證施釉輪與制品之間的接觸精度，單線機(jī)的前進(jìn)與后退要有較高的定位精度。
③機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)角度是否精確，關(guān)系到安放工件時(shí)的中心線能否與吸盤中心重合。
由于這些精度將直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量，建議采取開環(huán)伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制。
1.5 單線畫線機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，是機(jī)械設(shè)計(jì)中極其重要的一環(huán)。正確、合理的機(jī)械系統(tǒng)的方案，對于提高機(jī)械的性能、質(zhì)量、市場競爭力和經(jīng)濟(jì)效益等都是至關(guān)重要的。
單線畫線機(jī)
制成品M’
瓷器M
指令S
信息顯示S’
能量E
輸出E’
圖2 單線畫線機(jī)黑箱圖
1.5.1 執(zhí)行系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
包括執(zhí)行系統(tǒng)的功能原理設(shè)計(jì)，執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)，執(zhí)行系統(tǒng)的形式設(shè)計(jì)，執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)以及執(zhí)行系統(tǒng)的方案評價(jià)。
1.5.2 傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
包括選擇合理的傳動裝置的類型、確定傳動路線的方案以及合理分配傳動系統(tǒng)。
1.5.3 原動機(jī)類型的選擇
包括原動機(jī)的類型、轉(zhuǎn)速、以及原動機(jī)容量的選擇。
1.5.4 操縱控制系統(tǒng)的選擇
包括機(jī)電控制系統(tǒng)、機(jī)液控制系統(tǒng)、電業(yè)控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)以及微機(jī)控制系統(tǒng)。
1.6 國內(nèi)外同類產(chǎn)品的對比
國外很多國家重視裝飾機(jī)械的研制與開發(fā)，特別時(shí)在畫線機(jī)、印花機(jī)方面的發(fā)展時(shí)十分迅速的，與國外產(chǎn)品比起來，該產(chǎn)品的生產(chǎn)效率低且柔性化程度不高；但在國內(nèi)，由于這一方面起步較晚，發(fā)展較慢，所以該產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)新的水平。
1.7關(guān)于用戶的需求和企業(yè)發(fā)展計(jì)劃的介紹
對于用戶來說，他們希望用更好的陶瓷制品，外表美觀大方，且物美價(jià)廉，這就是用戶所追求的方向。因此，企業(yè)的發(fā)展應(yīng)以此為導(dǎo)向，來滿足用戶的需求。這樣的企業(yè)才能有所創(chuàng)造，有所發(fā)展。
1.8 可能用到的知識和技能
理論知識：機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、機(jī)械制造技術(shù)等
應(yīng)用軟件：AutoCAD、CATIA、ADAMS、Office word等。
1.9 需要自學(xué)的知識和技能
由于在本科的學(xué)習(xí)階段，我們主要學(xué)習(xí)了一些專業(yè)理論知識而過少解除各科知識在實(shí)際當(dāng)中的應(yīng)用。因此，在設(shè)計(jì)過程中，我們應(yīng)注重在實(shí)際應(yīng)用方面豐富自己的頭腦。針對這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我應(yīng)多多學(xué)習(xí)關(guān)于陶瓷加工機(jī)械方面的知識，爭取創(chuàng)造條件實(shí)際觀察陶瓷的單線畫線機(jī)的工作過程，了解其原理。另外，在三維造型方面，目前市面流行的工程軟件很多，除了CATIA，我們還可以考慮用其他的軟件。若有條件，我會考慮學(xué)習(xí)另外的軟件來進(jìn)行三維造型。
2 工作計(jì)劃
表2 進(jìn)度計(jì)劃表
2006.2-2006.3
調(diào)研、譯文、參考文獻(xiàn)
2006.4.1-2006.4.15
總體布置、草圖、開題報(bào)告
2006.4.15-2006.5.1
總體設(shè)計(jì)、總裝圖
2006.5.1-2006.5.15
部件設(shè)計(jì)、相關(guān)計(jì)算
2006.5.15-2006.6.1
零件、部件、設(shè)計(jì)、論文
2006.6.1-2006.6.20
修改、完善、圖紙論文、答辯
參考文獻(xiàn)
［1］瓷器、精瓷與彩瓷 劉達(dá)權(quán) 北京：輕工業(yè)出版社，1984
［2］新型陶瓷 邱關(guān)明 北京：兵器工業(yè)出版社，1993.3
［3］設(shè)計(jì)材料與加工工藝 張錫 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.8
［4］陶瓷造型基礎(chǔ) 楊永善 北京：輕工業(yè)出版社，1985
［5］日用陶瓷工業(yè)學(xué) 李家駒 武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1992
［6］高性能陶瓷論文集 郭景坤 北京：人民交通出版社，1998.5
［7］機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 朱龍根 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.8
［8］非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備機(jī)械手冊 張展 北京：兵器工業(yè)出版社
［9］中國機(jī)電產(chǎn)品大辭典 北京：機(jī)械工業(yè)出版社
［10］現(xiàn)代綜合機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（下） 北京出版社
［11］機(jī)械設(shè)計(jì) 譚慶昌，趙洪志 吉林科學(xué)技術(shù)出版社
［12］材料力學(xué) 聶毓琴，孟廣偉 吉林科學(xué)技術(shù)出版社
［13］機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 于駿一，張福潤 機(jī)械工業(yè)出版社
［14］機(jī)械原理 秦榮榮，崔可維 吉林科學(xué)技術(shù)出版社
翻譯資料
中文題目：發(fā)展中的新一代輪軸流動性：第一部分—測量輪軸齒輪潤滑油耐久力和溫度減少量裝置的試驗(yàn)方法
英文題目：Developing Next Generation Axle Fluids :Part 1—Text Methodology to Measure Durability and Temperature Reduction Properties of Axle Gear Oils
發(fā)展中的新一代輪軸流動性：第一部分—測量輪軸齒輪潤滑油耐久力和溫度減少量裝置的試驗(yàn)方法
摘要：
近幾年來，輕型卡車和運(yùn)動實(shí)用車輛（SUV`s）美國是異常地流行，但是這種轉(zhuǎn)變給大型客車的齒輪潤滑油提出了新的要求。在美國北部，汽車制造商所面對的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是在保證汽車一定耐久力的前提下，滿足政府的燃料節(jié)約要求。齒輪潤滑油必須能夠提供長時(shí)間的耐久力，并且能夠?qū)囟冗M(jìn)行操控，以便在惡劣的條件下，既能保持燃料效率又能增加設(shè)備的使用壽命。
這篇論文描述了在整個(gè)范圍內(nèi)輕型承載輪軸的發(fā)展。它模擬了多種不同的駕駛條件，以便根據(jù)齒輪潤滑油公式來測量溫度的減少。這里介紹的工作略述了一種試驗(yàn)方法論，既在考慮由于磨損和試驗(yàn)條件不同的情況下，對幾種齒輪潤滑油公式進(jìn)行了對比。試驗(yàn)結(jié)果是從多種不同的輪軸結(jié)構(gòu)和裝載條件下獲得的。這種試驗(yàn)方法論表明：當(dāng)對比試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，如果遇到惡劣的條件，考慮輪軸變化的重要性。
介紹：
過去的幾年里，在北美的社會生活中，再次興起了提高輕型卡車和使用運(yùn)動車（SUV`s）燃油節(jié)約效率的要求。汽車制造商們也把提高燃油效率作為他們改革汽車的一個(gè)戰(zhàn)略性目標(biāo)。基于這一點(diǎn)，廠家們生產(chǎn)齒輪潤滑油時(shí)的目的就是希望能夠幫助應(yīng)用其潤滑油的設(shè)備改善燃油節(jié)約的狀況。
這項(xiàng)任務(wù)看似簡單，實(shí)際并不是這樣。除了節(jié)約燃油外，人們還需要齒輪潤滑油能夠在不同的壓力條件下保護(hù)輪軸構(gòu)件。這些不同條件包括高速磨傷、低速重載磨損、腐蝕和氧化。在輕型卡車和賽車中，齒輪潤滑油必須能夠提供常時(shí)間的耐久力，并能夠在極端的條件下實(shí)現(xiàn)對溫度的控制，例如拖車的牽引支架或超高速的行駛。但是為了延長周期而使溫度升高，相反也會影響裝置材料并且減少了薄膜厚度的流動性。這些都會導(dǎo)致設(shè)備過早失效。以我們的觀點(diǎn)，溫度的控制是耐久力的一個(gè)重要的指標(biāo)。
然而，現(xiàn)在節(jié)約燃料已經(jīng)成為了新一代潤滑油的一個(gè)新的驅(qū)動力。任何燃料節(jié)約方面的改善都不可以犧牲輪軸耐久力或性能，這一點(diǎn)已經(jīng)越來越明顯。
提高燃料節(jié)約率可以通過U.S. EPA 55/45操縱循環(huán)來測量。汽車制造商通過這種試驗(yàn)來保證汽車的節(jié)能性能。這種試驗(yàn)同樣也可以用于檢驗(yàn)齒輪潤滑油的節(jié)能效果。
許多制造商都感覺到在合適的可控的條件下，穩(wěn)定工作溫度在是不同的條件下潤滑油耐久力性能的一個(gè)重要指標(biāo)。在估計(jì)工作溫度的條件下，是沒有試驗(yàn)方法或方法論的。當(dāng)在實(shí)驗(yàn)室里應(yīng)用時(shí)，可以通過反復(fù)試驗(yàn)同規(guī)格的輪軸的強(qiáng)度來評估許多種潤滑油，這是一個(gè)典型的試驗(yàn)。
在惡劣的條件下，每次用在輪軸上的給定參考潤滑油的穩(wěn)定工作溫度都會降低。隨著輪軸運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù)的增加，給定潤滑油的穩(wěn)定工作溫度都會有所降低。這在評估候選潤滑油時(shí)又造成了新的問題。伴隨著這個(gè)變化的目標(biāo)，怎樣才能精確地評估潤滑油的指標(biāo)呢？
這篇論文描述了一種實(shí)驗(yàn)室的測試方法。這種方法考慮了各種試驗(yàn)間相互影響對輪軸造成的改變，并且給出了精確的比較試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的潤滑油公式。另外，論文也對這種方法的一些共同的缺陷和操作指導(dǎo)方針做出了解釋。
這篇論文被分為四部分。第一部分，描述了這種試驗(yàn)臺的發(fā)展及應(yīng)用的程序；第二部分，詳細(xì)討論了試驗(yàn)方法論；第三部分，通過運(yùn)用這種試驗(yàn)方法得出結(jié)論；最后，第四部分總結(jié)了論文的發(fā)現(xiàn)并且給出了一些結(jié)論。
第一部分—輪軸實(shí)驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)
研究人員設(shè)計(jì)了能夠測量整體范圍的輪軸功率計(jì)實(shí)驗(yàn)臺，并且建立了用于模擬多種操縱的條件。圖1是這種實(shí)驗(yàn)臺的示意圖。這個(gè)圖表闡明了輪軸的索具設(shè)備和它的主要組成部分。實(shí)驗(yàn)臺示意圖見圖2。
圖1 輪軸實(shí)驗(yàn)臺示意圖
圖2 實(shí)驗(yàn)臺照片
實(shí)驗(yàn)臺配置—動力是通過以汽油為燃料的7.4升V8引擎提供給輪軸的。引擎能夠承受重載，有4種速度的自動變速傳動。這就可以通過獲得的數(shù)據(jù)來進(jìn)行速度的自動轉(zhuǎn)換并且來控制（DAC）系統(tǒng)。用于評估潤滑油性能的輪軸是嚴(yán)格地被固定在實(shí)驗(yàn)臺上的。驅(qū)動輪軸的能量是被兩個(gè)空氣旋渦流功率計(jì)吸收的。在輪軸的末端和功率計(jì)之間放置了一個(gè)加速器，這樣可以獲得較高的輸出速度，來代替輸入功率計(jì)的較低速度。目前，習(xí)慣上用的實(shí)驗(yàn)臺是柔性的，并且配有一個(gè)能夠迅速變化的扭矩測量儀?；蛘哒f從小型客車輪軸到大型高速公路運(yùn)貨車輪軸，輪軸工具夾可以適應(yīng)很大范圍的輪軸型號。
扭矩測量儀—連在驅(qū)動軸上的單線整體式扭矩測量儀能夠測量由小齒輪輸入輪軸的扭矩。利用兩個(gè)扭矩測量儀可以測量由輪軸輸出到功率計(jì)的扭矩。在輪軸軸端和速度加速器之間也放置了一個(gè)輸出扭矩測量儀。
另外，常用的扭矩測量儀是提高了精確度的直流操縱模型。這樣可以提高并保持一個(gè)高的精度等級，還可重復(fù)精度性。為了保證測量的精準(zhǔn)程度，這些扭矩測量儀是需要周期性校準(zhǔn)的。
輪軸冷卻及溫度監(jiān)測系統(tǒng)—我們在輪軸的后面放置了一個(gè)風(fēng)扇，并向輪軸吹進(jìn)空氣流，用以模擬在實(shí)際曠地工作臺上從輪軸測得數(shù)據(jù)相匹配。
另外，在輪軸的周圍還放置兩個(gè)噴霧水管，他們可起到兩個(gè)作用。第一，當(dāng)輪軸停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，噴霧水管可以控制潤滑油的溫度。第二，它們對輪軸潤滑油的高溫可起到保護(hù)作用。根據(jù)潤滑油的評估結(jié)果，這個(gè)試驗(yàn)程序具有承受較高輪軸潤滑油的溫度的能力。為了保護(hù)輪軸，在每個(gè)實(shí)驗(yàn)臺邊都標(biāo)有最高溫度的極限。
另一個(gè)主要問題是對周圍空氣以及輪軸潤滑油溫度的測量。因此，我們必須注意熱電偶的放置位置。輪軸潤滑油溫度是通過直接放置在輪軸環(huán)狀齒輪邊的一個(gè)熱電偶來測量的。熱電偶是通過臨時(shí)改造的輪軸蓋子放在那里。在由風(fēng)扇產(chǎn)生的空氣流中，周圍溫度是通過放置在那里的熱電偶測得的，為了保證精確的溫度測量結(jié)果，兩個(gè)熱電偶都需要進(jìn)行周期性的校準(zhǔn)。
獲得數(shù)據(jù)及控制系統(tǒng)—ADAPT/MRTP數(shù)字信號系統(tǒng)用于操控實(shí)驗(yàn)臺并且通過試驗(yàn)獲得結(jié)果。除了周圍環(huán)境和潤滑油的溫度，這套系統(tǒng)還可以監(jiān)控并記錄其它試驗(yàn)結(jié)果，如溫度（發(fā)動機(jī)油、傳動機(jī)油、齒輪箱、燃料及冷卻劑溫度等），扭矩（一個(gè)輸入及兩個(gè)輸出扭矩），速度（發(fā)動機(jī)、小齒輪、輪軸桿）以及輪軸效率（輸出扭矩與輸入扭矩比）。這些數(shù)據(jù)都是需要研究人員周期性記錄的。
這個(gè)系統(tǒng)是通過5個(gè)控制回路來控制實(shí)驗(yàn)臺的。
用兩個(gè)控制回路來維持小齒輪所需要的速度。通過調(diào)整功率計(jì)的電流來達(dá)到每個(gè)小齒輪所需轉(zhuǎn)速。
通過調(diào)整發(fā)動機(jī)來維持加在小齒輪上的負(fù)載。
第四個(gè)控制回路用來控制輪軸在停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的輪軸潤滑油溫度。在評估潤滑油時(shí)，還可以用這個(gè)回路防止高溫?fù)p壞輪軸。
最后，第五個(gè)控制回路可以保證自動傳輸裝置通過實(shí)驗(yàn)臺上每一個(gè)合適的齒輪。
自動傳動裝置要能恰當(dāng)能夠地控制的小齒輪，這一點(diǎn)是非常重要的。在此試驗(yàn)的某些階段，運(yùn)行處于重載狀態(tài)。在給定的試驗(yàn)階段中，如果傳動沒有控制在合適的小齒輪上，就會產(chǎn)生早期失效。
第二部分—試驗(yàn)方法
一般說來，對于潤滑油耐久力的評估是通過對確定其穩(wěn)定工作溫度和輪軸效率來評定的。這些評定是在一些不連續(xù)的速度扭矩條件下進(jìn)行的。參考機(jī)油----相關(guān)機(jī)油是這個(gè)試驗(yàn)方法論的關(guān)鍵。在這個(gè)試驗(yàn)程序的編制以及對潤滑油的評估中，應(yīng)用了兩種相關(guān)機(jī)油。其參數(shù)如下：
優(yōu)質(zhì)潤滑油：人造SAE75W-140
劣質(zhì)潤滑油：人造SAE75W-90
這種優(yōu)良的參考機(jī)油在多種惡劣的使用條件下已經(jīng)顯示出了顯著的工作性能。在惡劣環(huán)境條件的試驗(yàn)中，這種機(jī)油在降低溫度方面的功能十分突出，它用于輪軸的暫停運(yùn)轉(zhuǎn)條下，并且在一給定的輪軸上進(jìn)行周期性地試驗(yàn)，以次來追蹤在穩(wěn)定工作溫度方面發(fā)生的任何改變。
低質(zhì)潤滑油同樣可以用于野外試驗(yàn)，但與優(yōu)質(zhì)潤滑油相比，它不能提供相同水平的耐久力，在惡劣條件下減少溫度升高的能力也不如優(yōu)質(zhì)潤滑油。然而，試驗(yàn)表明，這種潤滑油在節(jié)約燃料方面的貢獻(xiàn)卻更突出。這種參考機(jī)油用于核實(shí)區(qū)分在野外提供不同性能的機(jī)油的試驗(yàn)程序。
輪軸斷裂—輪軸在用于評估潤滑油之前要進(jìn)行一個(gè)斷裂試驗(yàn)。這個(gè)試驗(yàn)在一系列被控制的負(fù)載和速度條件下進(jìn)行的。通過斷裂試驗(yàn)程序（這里敘用溫度不得超過250°F，即121°C），可以確定輪軸潤滑油溫度。優(yōu)質(zhì)參考機(jī)油可以用于斷裂試驗(yàn)。
試驗(yàn)階段—在斷裂試驗(yàn)之后，可以通過確定穩(wěn)定工作溫度及在五種不同速度和負(fù)載的組合下來評估備選潤滑油的性能。
表1五種試驗(yàn)條件
試驗(yàn)階段
通常條件
相關(guān)條件
1
高轉(zhuǎn)矩/低轉(zhuǎn)速
重載-加速
2
中等轉(zhuǎn)矩/高轉(zhuǎn)速
高速-平整路面
3
中等轉(zhuǎn)矩/中等偏高轉(zhuǎn)速
重載-平整路面
4
中等偏高轉(zhuǎn)矩/中等轉(zhuǎn)速
重載-中級
5
高轉(zhuǎn)矩/中等偏下轉(zhuǎn)速
重載-高級
每一負(fù)載試驗(yàn)階段都要進(jìn)行潤滑油的穩(wěn)定工作溫度點(diǎn)為止。這一般喲啊進(jìn)行1.5到2.5個(gè)小時(shí)。一旦達(dá)到了穩(wěn)定工作溫度，下一階段試驗(yàn)便開始了。直到評估了所有試驗(yàn)階段，這個(gè)循環(huán)才能停止。在每個(gè)試驗(yàn)階段結(jié)束時(shí)，記錄周圍空氣溫度，穩(wěn)定的潤滑油溫度以及穩(wěn)定的輪軸效率。
周圍空氣溫度調(diào)整裝置----周圍空氣溫度的變化會影響輪軸潤滑油的穩(wěn)定工作溫度，這一點(diǎn)已經(jīng)可以觀察到。由于這種試驗(yàn)方法是在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行的，這里周圍空氣溫度可能會發(fā)生變化，所以必須考慮周圍空氣溫度的變化。將輪軸潤滑油的溫度作適當(dāng)調(diào)整以適應(yīng)周圍空氣的變化是按下述等式進(jìn)行的：
這里，----由于周圍空氣而修正的潤滑油溫度（°F）
----測得的潤滑油溫度（°F）
----測得周圍空氣的溫度（°F）
在應(yīng)用下述方法論之前，要根據(jù)周圍空氣溫度的不同來調(diào)整輪軸潤滑油的溫度。
相關(guān)溫度變化—隨著在輪軸上的試驗(yàn)數(shù)目的增加，對于給定的任意單一油源的負(fù)載條件下，穩(wěn)定工作溫度會有所降低。這一實(shí)際情況給備選潤滑油有提出了新的難題。
過去為了解決這個(gè)問題，可以周期性地測試參考機(jī)油，并將備選機(jī)油的試驗(yàn)結(jié)果與參考機(jī)油的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比。然而，如果每次試驗(yàn)后，和上次參考結(jié)果相比都有所降低，那么實(shí)際上，備選機(jī)油比參考機(jī)油更好。
圖3表明了在輪軸上測試優(yōu)質(zhì)機(jī)油時(shí)，在五種不同階段條件下穩(wěn)定工作溫度的變化。對于這個(gè)試驗(yàn)程序，這種趨勢會發(fā)生在所有五種試驗(yàn)階段。
圖3試驗(yàn)輪軸的優(yōu)質(zhì)參考既有在五種不同試驗(yàn)階段條件下的穩(wěn)定工作溫度
參考目標(biāo)溫度—為了能夠在參考機(jī)油與備選集中有之間做出較正確的比較，用于比較的參考機(jī)油的穩(wěn)定工作溫度需要按照輪軸運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的參考機(jī)油溫度或稱為“參考目標(biāo)溫度”可以與備選機(jī)油穩(wěn)定工作溫度進(jìn)行比較。
基于參考試驗(yàn)數(shù)據(jù)，考慮隨著在輪軸上的測試轉(zhuǎn)速的增加而使參考穩(wěn)定工作溫度的減少量，可獲得每一試驗(yàn)階段的等式。對于每一根被測試的輪軸都需要做這樣的工作。一旦生成恰當(dāng)?shù)墓剑瑐溥x機(jī)油結(jié)果能夠與參考機(jī)油性能進(jìn)行精確的比較。圖4是優(yōu)質(zhì)參考機(jī)油的穩(wěn)定工作溫度在五種不同試驗(yàn)條件階段的曲線。
圖4 優(yōu)質(zhì)參考機(jī)油在第5種試驗(yàn)條件下的穩(wěn)定工作溫度曲線
從圖4中的等式可以看出，在每一試驗(yàn)階段中，輪軸每次運(yùn)轉(zhuǎn)后，參考目標(biāo)溫度都可以計(jì)算出來?，F(xiàn)在，備選試驗(yàn)結(jié)果就可以參考試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行精確的比較了。
另外，既然我們的比較與參考機(jī)油有關(guān)，可以通過這個(gè)方法中的公式與更多不同輪軸上的試驗(yàn)獲得的結(jié)果進(jìn)行精確的比較。
輪軸效率變化—隨著穩(wěn)定工作溫度的變化，在試驗(yàn)輪軸上同樣的作喲功能也會產(chǎn)生在輪軸功率的測量上。輪軸效率會隨著在輪軸上進(jìn)行試驗(yàn)次數(shù)的增加而逐漸增加的。圖5試驗(yàn)結(jié)果表明了輪軸效率的變化以及參考目標(biāo)效率等式。
圖5在第二階段條件時(shí)試驗(yàn)輪軸的壽命條件下對優(yōu)質(zhì)參考機(jī)油穩(wěn)定輪軸效率的評估
在試驗(yàn)的每一階段，穩(wěn)定輪軸效率與穩(wěn)定工作溫度都是成反比的。這一點(diǎn)在我們的試驗(yàn)程序中已經(jīng)得到了證明。效率越高，工作溫度就越低。因此，這篇論文中闡述的方法論是可以應(yīng)用與兩者的。
重復(fù)試驗(yàn)的估計(jì)—我們可以從在每個(gè)輪軸上的參考試驗(yàn)結(jié)果來估計(jì)試驗(yàn)的重復(fù)性。這是通過比較給定試驗(yàn)階段的輪軸的每個(gè)參考試驗(yàn)中實(shí)際穩(wěn)定工作溫度與計(jì)算參考目標(biāo)溫度的不同來完成的。例如，在圖4中，第五階段條件計(jì)算出的試驗(yàn)重復(fù)性是5.9°F。而根據(jù)在實(shí)驗(yàn)階段運(yùn)行中，對輪軸和潤滑油的測試中，我們估計(jì)這個(gè)重復(fù)性是在0.5到8.0°F范圍內(nèi)。
任何給定輪軸的試驗(yàn)重復(fù)性都受到試驗(yàn)備選機(jī)油質(zhì)量很大影響。若在試驗(yàn)中采用質(zhì)量差的機(jī)油，將對試驗(yàn)輪軸的結(jié)果產(chǎn)生影響。這里額外介紹了實(shí)驗(yàn)臺之中的可變性。因此，為了達(dá)到最小的變化程度，在運(yùn)行中采用高質(zhì)量的機(jī)油是十分重要的。
第三部分—試驗(yàn)結(jié)果
這篇論文所呈現(xiàn)的試驗(yàn)結(jié)果主要論證了這種試驗(yàn)程序的有效性。這個(gè)試驗(yàn)程序是作為惡劣的工作條件下，檢驗(yàn)潤滑油減少溫度升高的能力。這部分主要分成三個(gè)小部分來闡述。
野外試驗(yàn)相關(guān)性—試驗(yàn)階段的數(shù)據(jù)是要比野外試驗(yàn)數(shù)據(jù)早些得到。為了模擬車輛實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境我們設(shè)計(jì)了這個(gè)實(shí)驗(yàn)臺。我們將實(shí)驗(yàn)臺上獲得的結(jié)果與野外工作獲得結(jié)果進(jìn)行比較，然后對實(shí)驗(yàn)臺上輪軸氣流系統(tǒng)進(jìn)行修改直到輸出結(jié)果與野外試驗(yàn)結(jié)果一致。對在野外試驗(yàn)車輛和實(shí)驗(yàn)臺上的已知機(jī)油進(jìn)行比較。在這個(gè)試驗(yàn)里，我們將優(yōu)質(zhì)機(jī)油和劣質(zhì)機(jī)油都進(jìn)行了這方面的比較測試。
比較方法差異—從上述等式看出，每次試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果的參考目標(biāo)溫度都可以計(jì)算出來。圖6表明了參考目標(biāo)方法在機(jī)油評估方面的改進(jìn)，以及兩種等式方法之間的比較。
兩種方法比較了在單次試驗(yàn)階段中優(yōu)質(zhì)機(jī)油的備選試驗(yàn)結(jié)果。
方法1是將備選的機(jī)油的穩(wěn)定潤滑溫度與上一個(gè)參考機(jī)油穩(wěn)定溫度結(jié)果進(jìn)行比較。
方法2是將備選機(jī)油穩(wěn)定潤滑溫度與經(jīng)備選輪軸運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù)所得的目標(biāo)溫度進(jìn)行比較。
圖6兩種數(shù)據(jù)等式方法的比較
第四部分—概要
關(guān)于這篇論文中描述的試驗(yàn)方法論的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了在惡劣條件下，對齒輪潤滑油更多精確的評估。當(dāng)遇到惡劣的工作狀況時(shí)，應(yīng)用這些技術(shù)需要首先介紹能夠提供一定耐久力性能的高質(zhì)量潤滑油。
試驗(yàn)結(jié)果表明在評估潤滑油質(zhì)量時(shí)這種試驗(yàn)方法的可行性。就像由U.S. EPA 55/45所測得的駕駛循環(huán)在惡劣的工作環(huán)境也提供一定的耐久力一樣，我們希望這種試驗(yàn)程序在發(fā)展燃料推進(jìn)潤滑方面也可以發(fā)揮作用。
收藏