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王曉峰 童車滾輪疲勞試驗機設計
目錄
中文摘要
第一章 概述............................................................................1
1.1童車起源...........................................................................1
1.2童車的發(fā)展現(xiàn)狀................................................................1
1.3童車行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?...................................................3
1.4童車的發(fā)展趨勢................................................................4
1.5意義....................................................................................5
第二章 總體設計方案比較....................................................6
2.1 總體設計方案一..............................................................6
2.2 總體設計方案二..............................................................7
2.3 總體設計方案三..............................................................8
2.4 設計方案比較..................................................................9
第三章 零件結(jié)構(gòu)設計...........................................................10
3.1 夾持機構(gòu)設計.................................................................11
3.2 張緊機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設計.....................................................14
3.3 滾動軸承的選擇.............................................................17
3.4 電機的選擇.....................................................................18
第四章 強度校核計算...........................................................19
4.1 夾持桿受力圖及分析.....................................................19
結(jié)論
致謝
參考文獻
附錄
中文摘要
內(nèi)容：改革開放以來,隨著人民生活水平的提高,人們對生活中的生活用品的質(zhì)量要求也提出了更高的要求。童車是現(xiàn)在人們生活中必不可少的用品之一，兒童推車在帶來方便的同時，也會給嬰幼兒帶來傷害，為此世界各國和地區(qū)均制訂了嚴格的安全性能標準，以最大限度地為嬰幼兒提供安全的兒童推車產(chǎn)品。其質(zhì)量的合格與否直接影響到兒童的安全。所以本課題主要針對現(xiàn)實生活中人們對童車的安全性的考慮設計了用于試驗童車滾輪疲勞強度的試驗機。本課題主要根據(jù)檢測標準，設計一個童車滾輪強度疲勞試驗機，該試驗機以童車滾輪為試驗對象，夾持童車手把，模擬道路環(huán)境滾動，直到童車滾輪破壞或達到規(guī)定試驗時間為止。設計要求設計的試驗機能按照試驗標準要求進行連續(xù)運行，運動動力源采用電動機，其運動的時間可以設定。
關(guān)鍵詞：改革開放，生活水平，疲勞，試驗機，安全。
第一章 概述
1.1童車起源
兒童推車起源于歐洲，至今已有超過三百年的歷史，在中國，兒童推車的出現(xiàn)也已有幾十年的時間。兒童推車是嬰幼兒戶外活動的重要工具，擴大了嬰幼兒的活動范圍，減輕了年輕父母的負擔，是尋常百姓家庭必備的用品，在全世界范圍受到了廣泛的歡迎。兒童推車在帶來方便的同時，也會給嬰幼兒帶來傷害，為此世界各國和地區(qū)均制訂了嚴格的安全性能標準，以最大限度地為嬰幼兒提供安全的兒童推車產(chǎn)品。我國是兒童推車等各類玩具和兒童用品的生產(chǎn)大國，全球約75%的這類產(chǎn)品在中國生產(chǎn)。然而目前我國還不是兒童推車產(chǎn)品的生產(chǎn)強國，兒童推車生產(chǎn)企業(yè)普遍規(guī)模小，技術(shù)落后，產(chǎn)品以仿制為主，企業(yè)對產(chǎn)品安全性能檢測設備的開發(fā)投入缺乏熱情，已嚴重影響到兒童推車產(chǎn)品的安全質(zhì)量。
1.2童車的發(fā)展現(xiàn)狀
2008，童車行業(yè)將陷入四大困境，并在這四大困境中淘汰一部分競爭力低下，處于邊緣掙扎的企業(yè)。
其一，出口難度加大。同另外的嬰童產(chǎn)品一樣，童車也面對著出口難度加大，外銷越來越難做的問題。
一方面是人民幣升值，外銷價格優(yōu)勢下降。中國外銷的競爭優(yōu)勢，大部分屬于成本優(yōu)勢，人民幣對美元的低比率使得中國的外銷產(chǎn)品的價格在國際市場上顯得特別有競爭力。中國出口產(chǎn)品的低價位迎合了歐美國家中低收入人群的消費需求，中國童車的出口額才得以高速遞增。但是，在來自于美國的壓力下，人民幣近半年來開始升值，從起初的1美元兌換8.28元，到突破8元大關(guān)，接著又跌至7.9元。權(quán)威機構(gòu)預期，未來的人民幣升值空間依然巨大。人民幣的升值，童車企業(yè)將面臨兩種局面，一是價格失去競爭力，二是如果要維持外銷產(chǎn)品的價格優(yōu)勢，就只能降低利潤。人民幣繼續(xù)升值，意味著童車企業(yè)的外銷價格優(yōu)勢和利潤在進一步下降。
另一方面，嬰童產(chǎn)品的反傾銷愈演愈烈，一定程度上也影響了童車行業(yè)。如就墨西哥來說，1997年9月8日，墨西哥經(jīng)濟部在《官方日報》上發(fā)表公告，決定對從中國進口的部分嬰兒床和學步車(稅號為8715.00.01和9501.00.99)免征反傾銷稅，而對其中由Evenflo?Company，Inc公司進口的Evenflo牌嬰兒床征收21.72％的反傾銷稅，對其他中國產(chǎn)嬰兒床征收105.84％的反傾銷稅，其他中國臺灣地區(qū)產(chǎn)嬰兒床征收31.53％的反傾銷稅。2004年5月21日，墨西哥經(jīng)濟部在《官方日報》上發(fā)表公告，表示將自2002年9月9日起繼續(xù)對上述產(chǎn)品征收五年的反傾銷稅。2007年8月21日，墨西哥經(jīng)濟部決定開始對中國童車進行反傾銷行政復審，調(diào)查期為2006年7月1日至2007年6月30日。童車反傾銷事件已不在少數(shù)，而中國企業(yè)反傾銷應訴能力還沒有與國際接軌，很多對中國企業(yè)的反傾銷案件，往往都以中國企業(yè)敗訴告終。這樣一來，歐盟、美國等大型經(jīng)濟體的裁決，對國內(nèi)童車企業(yè)帶來很大的影響，往往一旦反傾銷敗訴，很多中小企業(yè)毫無退路，只能以破產(chǎn)告終。因此，遠卓品牌機構(gòu)預言，外銷模式的外向型企業(yè)，如果遇到反傾銷，銷售量有可能從上億下降到零，甚至面臨破產(chǎn)的絕境。
其二，品牌格局動蕩。童車品牌雖然在這些年來大量涌現(xiàn)，不少企業(yè)也重視到了塑造品牌的重要性，但有影響力的品牌卻并不多，童車品牌格局也顯得不穩(wěn)定。因童車業(yè)的競爭度急劇上升，童車品牌起伏也便大增，可能你今天很輝煌，明天也會有破產(chǎn)的危險。童車企業(yè)變化大、創(chuàng)意多，品牌更是不定，要做到“好孩子”企業(yè)品牌和“平湖”童車區(qū)域品牌這么穩(wěn)定已是有相當難度。
其三，消費者品牌意識覺醒。這對一大批中小型童車企業(yè)來說可能就是一個噩耗。消費者品牌意識的覺醒，就意味者未來童車行業(yè)品牌將有著生殺大權(quán)，它能給企業(yè)判生死。而童車企業(yè)一大半企業(yè)還都未建立自己的品牌，或不知道如何建設品牌。消費者的選擇是對產(chǎn)品的選擇，同時也是對童車品牌信任度的體現(xiàn)。沒有能力做品牌的企業(yè)，將在品牌年代承受很大的壓力。
其四，設計抄襲，原創(chuàng)不足。中國的童車制造業(yè)在工藝水平上已經(jīng)沒有什么問題，現(xiàn)代化的廠房、現(xiàn)代化的設備越來越多，童車設計水平也在不斷提高，但目前童車設計中抄襲現(xiàn)象嚴重。因此，童車產(chǎn)品的同質(zhì)化程度逐漸增強，比如學步車、嬰兒搖籃車、兒童單車等，不同的童車，制造采用的工藝不同，但同類童車的生產(chǎn)工藝、技術(shù)、設備相差無幾。任何行業(yè)的發(fā)展遵循同樣的規(guī)律：在產(chǎn)品同質(zhì)化、品牌沒有明顯區(qū)隔時，市場競爭通常表現(xiàn)為激烈的價格戰(zhàn)。
1.3童車行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?
童車行業(yè)是個大有可為的行業(yè)，發(fā)展?jié)摿薮?。從市場發(fā)展及國內(nèi)環(huán)境來看，遠卓品牌機構(gòu)認為，未來幾年童車行業(yè)呈現(xiàn)以下四大發(fā)展趨勢。
其一，市場容量與日俱增。隨著中國經(jīng)濟發(fā)展迅猛，人們的生活水平逐年提高。假設一個家庭中誕生了一個小寶寶，在經(jīng)濟條件允許的話，這個家庭會盡最大的努力為寶寶提供最好的物質(zhì)條件。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，中國0至6歲的嬰幼兒數(shù)量為1.08億，以平均每個孩子花銷5000元進行概算，這個市場的遠景容量將是5000億元。童車是嬰童產(chǎn)品中最為典型和普遍的產(chǎn)品，因此童車有非常大的市場。童車產(chǎn)業(yè)是當前最具投資前景的朝陽產(chǎn)業(yè)，未來三至五年該產(chǎn)業(yè)將會成為中國最耀眼的產(chǎn)業(yè)。
其二，品牌化生存勢不可擋。從幾年前開始，童車業(yè)價格戰(zhàn)如火如荼，一些小企業(yè)終于無力招架，在殘酷的價格戰(zhàn)中倒下，關(guān)門、倒閉，或者被兼并而在市場上消失了，優(yōu)勝劣汰速度在加快。但由于消費需求的偏移和童車在設計和做工上的大同，原先的“價格戰(zhàn)”已慢慢向“價值戰(zhàn)”傾斜，“品牌營銷”逐漸取代“價格營銷”成為商家打開市場的新策略。未來的童車市場，品牌就是效益。消費者對品牌的認知度、滿意度及忠誠度都會決定企業(yè)在市場上的競爭力。品牌越來越受到童車企業(yè)的重視，那么童車企業(yè)如何才能使消費者從眾多童車品牌中選中自己，這就成了童車企業(yè)首要考慮的問題。換句話說，品牌化生存成了童車企業(yè)勢不可擋的發(fā)展趨勢。
其三，專業(yè)化品牌運作首當其沖。中國童車業(yè)不少企業(yè)也慢慢成長為具有雄厚實力的大型企業(yè)，他們也認識到了品牌塑造的重要性，但他們有想法沒辦法，不知道怎么做品牌，所以童車業(yè)的領(lǐng)袖品牌始終沒有建立。發(fā)育成熟的行業(yè)往往已經(jīng)形成了一個領(lǐng)袖品牌群落，而發(fā)育不太成熟的行業(yè)，往往只有一兩個領(lǐng)袖品牌在默默耕耘，甚至還沒有出現(xiàn)領(lǐng)袖品牌。如發(fā)育已經(jīng)相當成熟的家電行業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)了海爾、美的、長虹、TCL等領(lǐng)袖品牌，而童車業(yè)除了好孩子這個極具實力的品牌外，至今仍找不到第二個可以遍布全國、叱詫風云的領(lǐng)導品牌。這顯然是不夠穩(wěn)定的。
童車業(yè)在品牌塑造上處于弱勢地位，十分缺乏品牌系統(tǒng)推廣和操作的經(jīng)驗，他們認為品牌策略就是VI設計，把巨資投到了企業(yè)形象、宣傳廣告、包裝、店堂等方面的設計上，但他們殊不知這只是品牌塑造的很小以部分。VI視覺識別，在一定意義上說是傳播企業(yè)經(jīng)營理念、建立企業(yè)知名度、塑造企業(yè)形象的快速便捷之途，但是其影響力卻不是很大。?
童車企業(yè)要塑造強勢品牌，只是花巨資做VI或招聘人才進駐公司服務都很難真正產(chǎn)生實效。童車企業(yè)可以與品牌咨詢公司合作，借助品牌咨詢公司強大的智囊團有系統(tǒng)、有規(guī)劃地實施品牌戰(zhàn)略。專業(yè)化品牌運作是未來童車業(yè)必然的選擇。
其四，重視原創(chuàng)設計和產(chǎn)品創(chuàng)新。當前真正考慮到兒童需求的童車還很少，在童車產(chǎn)品雷同的大形勢下，品牌就急需創(chuàng)新設計。9月24日下午，浙江平湖舉辦了以“創(chuàng)新——引領(lǐng)童車行業(yè)新飛躍”為主題的中國——平湖童車產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇。來自廣東、上海、江蘇、浙江、寧波、義烏等玩具行業(yè)、童車產(chǎn)業(yè)界的專家、學者和平湖童車行業(yè)協(xié)會會員單位的代表共200多人參加了論壇。浙江經(jīng)營管理研究會副秘書長、浙江大學、浙江師范大學客座教授連云堯則緊緊圍繞“創(chuàng)新”主題，從創(chuàng)新能力、動力、實質(zhì)、思維、方法等各方面向與會人員作了題為《創(chuàng)新引領(lǐng)童車行業(yè)再上新臺階》的報告。寧波媽咪寶嬰童用品制造有限公司總經(jīng)理葉偉德與現(xiàn)場企業(yè)家們共同分享了產(chǎn)品創(chuàng)新、創(chuàng)牌，以及打造一流企業(yè)的經(jīng)驗與收獲。在隨后舉行的論壇對話板塊，企業(yè)家們與專家、學者面對面，圍繞“——品牌——品牌管理競爭”、“創(chuàng)新與保護知識產(chǎn)權(quán)”兩大主題，就如何應對國際玩具市場對中國一玩具的召回措施，加強內(nèi)部管理提高童車質(zhì)量，加強知識產(chǎn)權(quán)保護等問題進行了互相討論。此會議的召開也說明了童車企業(yè)品牌塑造及創(chuàng)新設計的重要性。遠卓品牌機構(gòu)認為，童車企業(yè)應不斷尋找市場空白點，進行產(chǎn)品豐滿、細化、創(chuàng)新，將創(chuàng)新設計作為品牌的靈魂。如國內(nèi)第一卡通童車——螞蟻兄弟用其大智慧設計出的“螞蟻前籃”獲得了“中國杰出專利與發(fā)明獎”，擁有3項專利的螞蟻童車前籃于2007年9月30日正式進駐中國科技館。螞蟻兄弟以其創(chuàng)新設計，品牌擴張速度很快。
隨著兒童車需求的不斷增大，兒童車的特殊性對童車企業(yè)提出了更高的要求。中國童車行業(yè)應加快創(chuàng)新步伐，盡快出現(xiàn)更多引領(lǐng)行業(yè)潮流的強勢品牌，以帶動童車行業(yè)的整體發(fā)展。知名品牌的崛起將會使消費者在選購童車時更方便、放心，也會給“中國造”的名牌與國際品牌相抗衡提供支持。
1.4童車的發(fā)展趨勢
隨著城市化帶來的人口密集、生活節(jié)奏加快等變化，童車正在朝更安全、更方便、更牢固的方向發(fā)展。
首先，安全性的規(guī)定將越來越嚴格。例如，兒童推車的上圍高于坐墊180毫米，肩帶最小寬度為15毫米，叉帶最小寬度為20毫米，跨帶最小寬度為50毫米，安全帶（即跨帶）應能承受300牛頓拉力。具有折疊功能的兒童推車應設置鎖緊保險裝置，以避免在使用中推車意外折疊傷及兒童。再比如，在幼兒手可觸及的范圍內(nèi)，不得出現(xiàn)5毫米－13毫米的夾縫。這些國家強制性標準越來越細化和嚴格了。
其次，方便性的需求更突出。城市化的加快帶來人流的增多和生活節(jié)奏的加快，新一代的父母親要求童車的使用更方便和快捷。這種需求在東部大城市特別突出。童車生產(chǎn)廠家也在盡可能地為消費者提供“省事”的童車，比如，目前就有一種單手折疊童車，一只手就能將童車疊起來，立在地上也不會倒。
第三，在方便攜帶的同時，還要求童車牢固。城市生活空間擁擠，出門難免會發(fā)生磕碰，牢固不易變形的童車自然受到歡迎。目前，鋁合金車架的童車正成為潮流，這種車架輕便牢固，折疊之后體積小，在東部城市需求明顯。而顏色漂亮、造型獨特的童車在生活節(jié)奏比較慢的小城市依然受到歡迎。
1.5意義
隨著人民生活水平的提高，人們越來越注重自己所使用的產(chǎn)品的安全性。本課題提出了針對兒童童車滾輪強度安全性能的疲勞性試驗方法，并據(jù)此研制了兒童童車滾輪強度疲勞性試驗機。模擬童車在現(xiàn)實路面上滾輪的滾動情況，來檢測童車滾輪的安全性及與其連接結(jié)構(gòu)的安全性，避免由于結(jié)構(gòu)強度缺陷而導致的對嬰幼兒的傷害。
第二章 總體設計方案比較
2．1 總體設計方案一
總體結(jié)構(gòu)研制的兒童推車滾輪強度疲勞性試驗機主要由三個部分組成：主體結(jié)構(gòu)部分，控制部分，運動部分。底座采用鋁合金工業(yè)鋁型材，表面噴塑處理。支架采用鋁合金工業(yè)鋁型材，為兒童推車樣品提供穩(wěn)固的測試平臺，運動部分主要由電機，減速器，輸送帶，滾軸組成。頂梁與支柱之間采用套筒連接，電機與主體采用電機安裝在總體內(nèi)部。將電機放在兩滾輪之間如圖1。
圖1
這樣安裝可以讓電機和主體成為一體，但由于電機在主體內(nèi)部如果要維修要通過拆下底座和滾輪來進行維修那樣不方便！而且電機和底座成為一體電機轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的震動有可能會影響試驗機的結(jié)構(gòu)從而使試驗機的使用周期變短。而且把電機放在底座內(nèi)部使該方案增加了機構(gòu)，這樣無形中也增加了該試驗機的制造成本。但把電機放在底內(nèi)部也有好處，可以節(jié)省空間！
2．2 總體設計方案二
主體結(jié)構(gòu)部分，控制部分，運動部分。底座采用鋁合金工業(yè)鋁型材，表面噴塑處理。支架采用鋁合金工業(yè)鋁型材，為兒童推車樣品提供穩(wěn)固的測試平臺，運動部分主要由電機，減速器，輸送帶，滾軸組成。
夾持機構(gòu)采用滑動導軌如圖2
圖2
張緊機構(gòu)軸承端蓋采用一體的結(jié)構(gòu)如圖3
圖3
采用滑動導軌來進行對夾持裝置的升降可以方便而簡單的調(diào)整該裝置的高度來適應童車的高度。但由于采用滑動導軌來調(diào)節(jié)夾持裝置的升降不能很好的進行定位和緊固。因為在夾持裝置夾住童車把手時，要求升降機構(gòu)不能產(chǎn)生上下運動。張緊機構(gòu)軸承端蓋采用上下端蓋一體的話要求軸承---滾軸---軸承之間有一定的緊度，滾軸能夠很好的把軸承壓在端蓋上，要不然軸承不能起到他的作用！而且如果采用上下端蓋一體的話要求軸承的外圓大小與端蓋之間的配合要是正好的或都稍緊一點那樣軸承才能很好得轉(zhuǎn)起來。
2．3 總體設計方案三
主體結(jié)構(gòu)頂梁和支柱采用螺釘連接，電機采用外設式，張緊機構(gòu)軸承蓋采用上下端蓋分離的方法，運動機構(gòu)采用跑步機的原理傳輸帶上加一些凹凸物件用來模仿現(xiàn)實在的路況，為了能夠讓童車平穩(wěn)地放在試驗機的運動機構(gòu)上在傳輸帶的下方安裝五個獨力的小滾動軸，這樣可以對童車的放置起支撐作用如圖4
圖4
夾持機構(gòu)的升降采用外置緊固螺釘來實現(xiàn)，升到要求的高度后直接將緊固螺釘擰死，這樣升降機構(gòu)在童車測試期間就不會產(chǎn)生運動，如果要調(diào)整高度就松開緊固螺釘來進行調(diào)整，機構(gòu)如圖5
圖5
2．4設計方案比較
以上三個方案各有優(yōu)缺點，結(jié)合起來看最后選定第三個方案，固為第三個方案能夠很好的滿足該課題的要求。
首先，第三個方案的夾緊升降機構(gòu)能夠達到升降，緊固和定位的要求。
其次，第三個方案采用電機外置的方法可以對電機進行很好的維護和監(jiān)測。這樣電機所產(chǎn)生的震動可以幾乎不影響到試驗機的使用周期和運行狀況
第三，運動裝置的傳輸帶上加凹凸塊能很好的模擬現(xiàn)實中的路況，這樣就能更準確地測出童車的真正的使用周期。
第四，主體中的頂梁和支柱采用螺釘連接而不采用套筒連接這樣方便而且也不用另外增加生產(chǎn)配件的成本。
最后，在試驗機底座安裝五根獨立的滾動軸能夠?qū)ν嚻鸬胶芎玫闹巫饔谩?
總結(jié)以上幾點，所以決定采用第三種方案來進行設計。
第三章 零件結(jié)構(gòu)設計
3．1夾持機構(gòu)設計
通過調(diào)查目前市場上比較流行的童車把手有以下二種如圖6，所以針對這種情況設計
圖6（左圖為直把式，右圖為橫把式）
的夾持裝置也主要是針對這兩種把手！由于這兩種把手的夾持方式不一樣所以設計了兩種夾持裝置直把式的童年車的夾持裝置如圖7-1與圖7-2
圖7-1 夾持裝備
圖7-2 直把式童車夾持裝置設計圖
該夾持裝置通過緊固螺釘（圖7-1中的1）來對升降桿與夾持裝置進行固定的，通過三個階梯孔上的螺釘（圖7-1中的2，3，4）來對把手進行夾緊。這三個階梯孔是為了滿足不同直徑的把手而設計的，基本上能滿足市面上所有童車把手的直徑。而且為了保證能夠在夾緊的過程中能夠很好的夾緊不至于在測試童車的過程中出現(xiàn)脫離狀況，在每個階梯孔都設置了兩個緊固螺釘孔（如圖7-2），這樣就能夠很好的對把直把手進行夾緊。
另一種童車就是橫把式的童車，針對這種把手設計了如圖8的機構(gòu)進行夾持。其主要組成分為四部分，如圖8-1，圖8-2，圖8-3
圖8-2和圖8-3是該夾持裝置上下夾持部分通過圖8-1中的銷2來連接，夾持裝置與升降桿的夾緊和松開通過螺釘1來實現(xiàn)，圖8-1中的3是用來夾緊橫向把手用的。將橫向把手放入圖8-1中后通過擰緊3來緊固夾持裝置和童車。
圖8-1
圖8-2
圖8-3
3．2張緊機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設計
由于該試驗機的運動部分采用傳輸帶實現(xiàn)，因此傳輸帶的松緊度也影響到試驗機的結(jié)構(gòu)性能。所以設計了一個能過螺紋桿和螺帽來實現(xiàn)傳輸帶的張緊其結(jié)構(gòu)如圖9-1
通過滑塊(圖9-1中的2,3,6)沿導軌1前后運動來調(diào)整傳輸帶的松緊度。通過圖9-1中的螺母來實現(xiàn)對滑塊以及滾軸的定位和固定。其中2和3采取分離式是為了讓軸承能夠更好的配合，不至于軸承安裝后產(chǎn)生松動。6與2，3通過凹槽和螺釘?shù)呐浜鲜谷叱蔀橐粋€整體，在6運動時帶動整體運動從而實現(xiàn)在對傳輸帶的張緊。
圖9-1
圖9-2 滾軸臺
3.3 滾動軸承的選擇
滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動接觸來支承轉(zhuǎn)動零件的。如果按軸承用于承受的外載荷不同來分類時，滾動軸承可以概括分為向心軸承、推力軸承和向心推力軸承三大類，圖10為軸承簡圖
圖10
向心力軸承：適用于極限轉(zhuǎn)速比高，軸向承載能力少量的機構(gòu)。其性能和特點是主要承受徑向載荷，也可以同時承受小的軸向截荷。當量摩擦系數(shù)最小。在高轉(zhuǎn)速時，可用來承受純軸向載荷。工作中允許內(nèi)、外圈軸線偏斜量小于等于8到16分，大量生產(chǎn)，價格最低。
推力球軸承：適用于極限速比低，軸向承載只能承受單向的軸向載荷。其性能和特點是為了防止鋼球與滾道之間的滑動，工作時必須加有一定的軸向載荷。高速時離心力大，鋼球與保持架磨損，發(fā)熱嚴重，壽命降低，故極限轉(zhuǎn)速很低。軸線必與軸線重合，以保證鋼球載荷的均勻分配。
向心推力軸承：主要適用于軸向力和徑向力都比較大的機構(gòu)。
綜上所述，本機構(gòu)采用向心力軸承比較好。因為本機構(gòu)主要要承受的是徑向力為主，而且向心力軸承可以大量生產(chǎn)價格最低，比較適合。查《新編機械設計手冊》得選用61808型深溝球軸承，主要性能參數(shù)d=40mm,D=52mm,B=7mm,脂潤滑極限轉(zhuǎn)速9500r/min,油潤滑極限轉(zhuǎn)速13000r/min?；灸軡M足本機構(gòu)的要求。
對底座起支撐作用的滾動軸承選用61806型深溝球軸承，主要參數(shù)d=30mm,D=42mm,B=7mm, 脂潤滑極限轉(zhuǎn)速12000r/min, 油潤滑極限轉(zhuǎn)速16000r/min。
3.4 電機的選擇
本機構(gòu)采用三相防護式鼠籠型異步電動機，該電機的結(jié)構(gòu)特點是為一般防滴式。防止直徑大于12mm的小固體異物進入并防止沿垂地線成60度角或小于60度角的淋水對電機的影響。
用途及使用范圍：適用于驅(qū)動無特殊要求的各種機械設備，如金屬切削機床，鼓風機，水泵，運輸機等。主要性能及特點效率高、耗電少，性能好，噪音低，振動小，體積小，重量輕，運行可靠，維護方便，Y系列絕緣為B級。
使用條件及工作方式：海拔不超過1000m；環(huán)境溫度不超過+40℃；額定電壓為380V，額定頻率為40Hz；3KW以下為Y接法，4KW及以上為Δ接法；工作方式為連續(xù)使用。
選用Y160M-6型三相防護式鼠籠型異步電動機，其技術(shù)參數(shù)有功率7.5KW,轉(zhuǎn)速971r/min，在380V時電流為16.7A。
第四章 強度校核計算
4．1夾持桿受力圖用分析
夾持機構(gòu)的桿在試驗機運行時的受力如圖11
圖11
桿主要受到童車的重量和兒童的重量相對于傳送帶所產(chǎn)生的摩擦，由于目前市場上出現(xiàn)有雙座位的童車所以考慮兒童重量時對兒童體重取標準體重的2倍。童車的重量就取用雙兒童座位的重量為13KG，兒童的重量取30KG。童車滾輪滾軸的滾動摩擦系數(shù)為
結(jié)論
畢業(yè)設計是本科學習階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次比較完整的給排水系統(tǒng)設計，我擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài)，和實際設計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設計的目的所在。
雖然畢業(yè)設計內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設備的選用標準，各種機構(gòu)的安裝方式，我都是隨著設計的不斷深入而不斷熟悉并學會應用的。和老師的溝通交流更使我從新的角度對設計有了新的認識也對自己提出了新的要求。
在設計過程中夾持裝置設計讓我很頭痛，原因是由于本身設計受到結(jié)構(gòu)設計的框定，而又必須考慮本專業(yè)的一些要求規(guī)范，從而形成了一些矛盾點，這些矛盾在處理上讓人很難斟酌，正是基于這種考慮我意識到：要向更完美的進行一次設計，與其他專業(yè)人才的交流溝通是很有必要的。
提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設計讓我積累了無數(shù)實際經(jīng)驗，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學習中表現(xiàn)出更高的應變能力，更強的溝通力和理解力。
順利如期的完成本次畢業(yè)設計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心，無論夾持裝備或張緊機構(gòu)，我都采用了一些新的技術(shù)和方法他們有著很多的優(yōu)越性但也存在一定的不足，這些不足在一定程度上限制了我們的創(chuàng)造力。比如我的設計軸承端蓋方面，應該設計帶有封閉蓋的端蓋，這無疑是很讓我自身感到遺憾的，可這些不足正是我們?nèi)ジ玫难芯扛玫膭?chuàng)造的最大動力，只有發(fā)現(xiàn)問題面對問題才有可能解決問題，不足和遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行，今后我更會關(guān)注新技術(shù)新設備新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進的知識，更好的為祖國的四化服務。
致謝
從三月份接受課題到現(xiàn)在完成畢業(yè)設計論文,衷心的感謝我的指導周建華老師給予了精心的指導和熱情的幫助,尤其在課題設計的前期準備階段和本人的結(jié)構(gòu)設計階段,導師提出許多寶貴的設計意見,在最后的修改階段老師在百忙之中抽出時間為我們提供了必要的幫助,這樣使得我們得以順利的完成畢業(yè)設計開發(fā)工作,在短暫的幾個月的相處時間里,老師淵博的知識,敏銳的思路和實事求是的工作作風給我留下了深刻的印象,這將使得我終身受益,謹此向老師表示衷心的感謝和崇高的敬意。
參考文獻
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陸少華 新型蝴蝶式壓電懸臂梁的發(fā)電性能研究
揚州大學廣陵學院
畢業(yè)設計（論文）前期工作材料
學 生 姓 名： 陸少華 學號： 090007118
教 科 部： 機 械 力 學
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
設計（論文）題目：新型蝴蝶式壓電懸臂梁的發(fā)電性能研究
指 導 老 師： 龔 俊 杰
材 料 目 錄
序號
名 稱
數(shù)量
備注
1
畢業(yè)設計（論文）選題、審題表
1
2
畢業(yè)設計（論文）任務書
1
3
畢業(yè)設計（論文）實習調(diào)研報告
1
4
畢業(yè)設計（論文）開題報告（含文獻綜述）
1
5
畢業(yè)設計（論文）外文資料翻譯（含原文）
1
6
畢業(yè)設計（論文）中期檢查表
1
2014 年 3月 12日
揚州大學廣陵學院本科生畢業(yè)設計（論文）題目申報表
設計（論文）題 目
新型蝴蝶式壓電懸臂梁的發(fā)電性能研究
題目類型
1
題目來源
A
面向?qū)I(yè)
機械設計制造
及其自動化
指導教師
龔俊杰
職稱
副教授
學位
博士
從事專業(yè)
工程力學
題目簡介：
本課題首先搭建新型蝴蝶式壓電懸臂梁的振動與發(fā)電實驗裝置，研究裝置的固有頻率和在外界激振條件下的輸出發(fā)電電壓情況。運用ANSYS有限元軟件，建立發(fā)電裝置的機電耦合有限元模型，對新型蝴蝶式壓電懸臂梁在給定激勵下的模態(tài)、振型，包括應力、應變等進行有限元計算。在有限元分析的基礎上，對蝴蝶式懸臂梁的結(jié)構(gòu)形式、壓電片的分布等進行參數(shù)化研究，分析支撐結(jié)構(gòu)的組成形式、壓電陶瓷的數(shù)量、厚度、排列方式等參數(shù)對輸出應變大小的影響，最終確定最合理的設計方案。
審核意見：
審核人簽名：
年 月 日
題目類型－－1、為結(jié)合科研；2、為結(jié)合生產(chǎn)實際；3、為結(jié)合大學生科研訓練計劃；
4、為結(jié)合學科競賽；5、模擬仿真；6、其它
題目來源－－A.指導教師出題 ； B.學生自定、自擬
揚州大學廣陵學院畢業(yè)設計（論文）任務書
教 科 部： 機 械 力 學
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
學生姓名: 陸 少 華 學號: 090007118
畢業(yè)（論文）題目：新型蝴蝶式壓電懸臂梁的發(fā)電性能研究
起 迄 日 期： 2014.2.22-2014.6.7
設計（論文）地點： 學院機房、結(jié)構(gòu)測試與分析研究室
指 導 老 師： 龔 俊 杰
專 業(yè) 負 責 人：
發(fā)任務書日期： 2014年 2月22日
揚州大學廣陵學院本科生畢業(yè)論文任務書
論文題目
新型蝴蝶式壓電懸臂梁的發(fā)電性能研究
年級
大四
專業(yè)
機械設計制造
及其自動化
學生姓名
陸少華
學號
090007118
主要內(nèi)容：
1.能夠運用現(xiàn)代的測試設備與儀器進行機械結(jié)構(gòu)的振動、應力、應變等數(shù)據(jù)的測試與處理，能夠熟練運用大型有限元軟件進行數(shù)值分析并能夠簡單的改進或優(yōu)化設計；
2.搭建新型蝴蝶式壓電懸臂梁的振動與發(fā)電實驗裝置，研究裝置的固有頻率和在外界激振條件下的輸出發(fā)電電壓情況。運用ANSYS有限元軟件，建立發(fā)電裝置的機電耦合有限元模型，對新型蝴蝶式壓電懸臂梁在給定激勵下的模態(tài)、振型，包括應力、應變等進行有限元計算；
3. 在有限元分析的基礎上，對蝴蝶式懸臂梁的結(jié)構(gòu)形式、壓電片的分布等進行參數(shù)化研究，分析支撐結(jié)構(gòu)的組成形式、壓電陶瓷的數(shù)量、厚度、排列方式等參數(shù)對輸出應變大小的影響，最終確定最合理的設計方案；
4.查閱文獻15篇以上，翻譯不少于5000印刷符的英文資料；
5.撰寫開題報告：包括工作任務分析、調(diào)研報告或文獻綜述、方案擬定與分析以及實施計劃等；
6.撰寫畢業(yè)論文，篇幅不少于1萬字。
主要任務及基本要求（包括指定的參考資料）：
主要任務及基本要求：
1、撰寫開題報告：包括工作任務分析、調(diào)研報告或文獻綜述、方案擬定與分析以及實施計劃等；
2、查閱文獻14篇以上，翻譯不少于5000印刷符的英文資料；
3、熟練運有限元分析軟件；
4、能夠運用MSC/DYTRAN或ANSYS有限元軟件建立簡單結(jié)構(gòu)的有限元模型，通過計算獲得結(jié)構(gòu)的應力應變場分布規(guī)律；
5、撰寫畢業(yè)論文，篇幅不少于1萬字。
主要參考文獻：
[1]溫志渝，溫中泉等，振動式壓電發(fā)電機及其在無線傳感器網(wǎng)絡中的應用[Z],國家“863”資助項目.
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[15]Lenk,A. Elektromechanische Systrme. Band 2:Systeme mit verteilten Parametern［M］Berlin：VEB verlag Technik,1977．
發(fā)出任務書日期： 2014年2月22日 完成期限：2014年6月4日
指導教師簽名： 專業(yè)主任簽名：
年 月 日
揚州大學廣陵學院
畢業(yè)設計（論文）實習調(diào)研報告
學 生 姓 名： 陸少華 學號： 090007118
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
指 導 老 師： 龔 俊 杰
參觀實習報告
2014年3月26日，在老師的帶領(lǐng)下我們來到了揚州保來得科技實業(yè)有限公司，這也是我們畢業(yè)前的最后一次參觀實習。這次實習也讓我在進入社會之前積累了不少的經(jīng)驗。大學是一個教育我、培養(yǎng)我、磨練我的圣地，我為我能在此生活而倍感榮幸。而社會是一個很好的鍛煉人的基地，能將學校學的知識聯(lián)系于社會。實習是學生接觸社會，了解社會，服務社會，運用所學知識實習自我的最好途徑。親身實習，而不是閉門造車。實現(xiàn)了從理論到實習再到理論的飛躍。增強了認識問題，分析問題，解決問題的能力。為認識社會，了解社會，步入社會打下了良好的基礎。
一 、實習目的：
對于一名大學生來說畢業(yè)實習是一個很關(guān)鍵的學習內(nèi)容，也是一個很好的鍛煉機會。對于我們來說，平常學到的都是書面上的理論知識，而畢業(yè)實習正好就給了我們一個在投身社會工作之前把理論知識與實際設計聯(lián)系起來的機會，畢業(yè)實習作為學校老師為我們安排的在校期間最后一次全面性、總結(jié)性的教學實踐環(huán)節(jié)，它既讓我們看到實際生活中設計生產(chǎn)狀況，也是我們在就業(yè)之前的“實戰(zhàn)預演”，我們可以從中看到的不僅僅是一個車間的生產(chǎn)運作過程，還有大量實際設計方面的知識，以及我們還十分缺乏的實際經(jīng)驗都包含在每個生產(chǎn)設計過程中，通過實習能夠使我們更好的完善自己。畢業(yè)實習很短，但無論是對我的畢業(yè)設計還是今后的工作，都帶來了很大的幫助。
二、企業(yè)簡介：
揚州保來得科技實業(yè)有限公司是由保來得（香港）工業(yè)股份有限公司與揚州盛得機械有限公司于1992年合資成立，總投資額為6168萬美元,注冊資本2221.05萬美元。產(chǎn)品70%以上外銷,現(xiàn)年銷售額達6億RMB。公司專業(yè)生產(chǎn)高精度、高品質(zhì)的粉末冶金專業(yè)制品，產(chǎn)品涵蓋汽車零部件、電動工具零件、家電零件、OA零件和電機含油軸承等，主要應用于微電機、家用電器、電動工具、減震器、汽車發(fā)動機零件等領(lǐng)域。
三、實習內(nèi)容：
來到車間首先看到的是一臺臺機床在工人師傅的操作下生產(chǎn)在一件件產(chǎn)品。對于未入社會的我們來說很少有機會能夠自己親眼看見一件產(chǎn)品的誕生，而這次實習最主要的內(nèi)容就是讓我們了解產(chǎn)品從加工到銷售的一系列過程。在參觀實習的過程中遇到了很多在書本上學到的理論知識的應用，而通過這些實際現(xiàn)場的參觀，讓我對理論知識的理解得到了進一步的升華?？粗と藥煾凳炀毜牟僮骷记啥鳛橐幻麤]有什么操作經(jīng)驗的大學生來說，這些都是我們要學習的?？粗粡垙埡唵味謴碗s的設計圖紙，我知道我們要走的路還有很長。
四、實習總結(jié)：
短短的實習參觀，雖然說沒有深入的了解其中的原理，但是也讓我認識到光有理論知識沒有實際經(jīng)驗對于機械行業(yè)來說是不行的。想要在機械行業(yè)做得好不僅需要扎實的理論基礎，也需要不怕苦的精神，吃的苦中苦，方位人上人。也是通過這次實習讓我明白眼高手低在機械行業(yè)是行不通的，除非你永遠只想在底層工作。作為即將畢業(yè)的大學生來說，缺少實際操作經(jīng)驗是我們最大的短處，如何避免短處就需要我們自己刻苦的努力來彌補這一短處。?
揚州大學廣陵學院
畢業(yè)設計(論文)開題報告
學 生 姓 名： 陸少華 學 號：090007118
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
設計(論文)題目： 新型蝴蝶式壓電懸臂梁的發(fā)電性能研究
指 導 老 師： 龔 俊 杰
2014年 3 月 12 日
揚州大學廣陵學院本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告
設計（論文）題 目
新型蝴蝶式壓電懸臂梁的發(fā)電性能研究
題目來源
指導老師出題
題目類型
為結(jié)合科研
指導教師
龔俊杰
學生姓名
陸少華
學 號
090007118
專 業(yè)
機械設計制造及其自動化
開題報告內(nèi)容：（調(diào)研資料的準備與總結(jié)，研究目的、要求、思路與預期成果；任務完成的階段、 內(nèi)容及時間安排；完成畢業(yè)設計（論文）所具備的條件因素等。）
本畢業(yè)設計（論文）課題應達到的目的：
（1）培養(yǎng)學生的調(diào)查研究以及資料、信息的獲取、分析等綜合能力；
（2）培養(yǎng)學生的工程設計能力，主要包括設計、計算及繪圖能力；
（3）培養(yǎng)學生的綜合運用專業(yè)理論知識，分析解決實際問題的能力；
（4）培養(yǎng)學生的在設計過程中使用計算機的能力；
（5）培養(yǎng)學生的撰寫設計說明書、論文的能力；
（6）培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。
本畢業(yè)設計（論文）課題工作進度計劃：
起止日期
工 作 內(nèi) 容
2014-02-22~2014-03-31
2014-04-1～2014-05-30
2014-06-01～2014-06-07
畢業(yè)設計開始，查閱中外文資料，完成外文翻譯，完成實習調(diào)研和實習報告，完成開題報告；
進行畢業(yè)設計，學習有限元軟件的使用方法、進行理論計算與有限元模擬、分析模擬結(jié)果，接收畢業(yè)設計中期檢查，撰寫畢業(yè)設計論文；
修改完善畢業(yè)論文、準備畢業(yè)答辯、整理畢業(yè)設計期間的所有資料、成果并歸檔。
文 獻 綜 述
1、引 言
能源問題是當今最為關(guān)注的問題之一，各國科技工作者一直在努力尋找和開發(fā)新能源來解決缺乏和使用傳統(tǒng)能源時存在的問題。利用環(huán)境中的能量及人力發(fā)電為便攜式微功率電器及無線傳感器等提供實時的電能供給已成為國際上的一個研究熱點 。獲得電能的有效方法之一是利用壓電 、電磁及靜電原理捕獲環(huán)境中的機械能。與其它發(fā)電原理相比,壓電發(fā)電的最大優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)簡單,易于制作成各種所需尺寸和形狀,便于與微系統(tǒng)集成或置于微機電系統(tǒng)的內(nèi)部。然而,目前壓電發(fā)電的輸出功率依然很有限,嚴重地阻礙了這一技術(shù)的更廣泛應用,如何有效地提高壓電發(fā)電裝置的發(fā)電能力是未來幾年需要解決的關(guān)鍵問題。
利用每一種發(fā)電原理構(gòu)造的發(fā)電裝置都有其自身的特點和適用領(lǐng)域。壓電發(fā)電裝置的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、不發(fā)熱、無電磁干擾、易于加工制作和實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的微小化、集成化等,尤其適用于各類傳感及監(jiān)測系統(tǒng)。本課題提出利用新型蝴蝶式壓電懸臂梁型振子將機械能轉(zhuǎn)換成電能。通過參考一定的文獻了解壓電發(fā)電的可行性，這將涉及到材料力學、理論力學、機械設計等各方面學科的結(jié)合應用。
2、壓電發(fā)電的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀
傳統(tǒng)的發(fā)電裝置有兩種：電磁感應發(fā)電與化學反應發(fā)電，電磁感應發(fā)電主要有風力發(fā)電、水力發(fā)電、火力發(fā)電等?；瘜W反應發(fā)電有燃料電池發(fā)電、太陽能發(fā)電等。而隨著人們環(huán)保意識的增強，人們對綠色能源的需求日益增長，而壓電發(fā)電就是這種新型的能源發(fā)電裝置。對于壓電發(fā)電的發(fā)展趨勢將向微能源器件、與其他技術(shù)集成,實現(xiàn)設備的自供電、與旋轉(zhuǎn)機械結(jié)合這些方面發(fā)展。
而對于壓電裝置的應用不僅僅只能用來發(fā)電，可以結(jié)合其他的設備和科技成果進行新的應用，如壓電發(fā)電技術(shù)與旋轉(zhuǎn)機械結(jié)合、壓電式袖珍風車、壓電發(fā)電鞋等等，都是對于壓電裝置的巧妙結(jié)合與應用。而對于本次討論的主要為壓電裝置在發(fā)電方面的研究，新型蝴蝶式壓電懸臂梁是這方面典型的例子，對于壓電裝置首要的注意是壓電材料的選擇。
3、壓電材料的選擇
壓電材料對振動能量捕獲能力起著至關(guān)重要的作用。當前,壓電材料分為以下幾類:非鐵電性壓電晶體、鐵電性壓電晶體、壓電陶瓷、無機壓電鐵電薄膜、壓電聚合物、壓電復合材料。其中最常用的壓電材料是鋯鈦酸鉛，又稱PZT，另一種常用壓電材料為聚偏氟乙烯（PVDF）.PZT薄膜和MEMS體硅工藝結(jié)合可以研制出壓電振動能量收集器?？捎糜谀芰渴占c轉(zhuǎn)化的環(huán)境能量有太陽能、振動機械能、溫度梯度等等。其中太陽能的利用已經(jīng)商業(yè)化,其他能源的收集技術(shù)仍在研究中。振動機械能是一種存在范圍很廣的能量形式,尤其在許多人們比較難以進入的地方都有振動源存在,研究振動能量收集技術(shù)具有更普遍的意義。
4、國內(nèi)外壓電發(fā)電研究的發(fā)展趨勢
針對壓電式能量獲取裝置的特殊優(yōu)點,國外已有很多研究機構(gòu)和著名大學在這方面展開了研究,如賓夕法尼亞州立大學的鐃鈸換能器、華盛頓大學的P3 微熱力發(fā)動機、麻省理工學院的微水動力傳感器、法國TIMA實驗室的懸臂量式壓電發(fā)電機等。維基尼亞科學家利用壓電材料制作的發(fā)電系統(tǒng)給電池充電，壓電振子在諧振工作條件下給一個40mAh電池充電時間不到1小時，利用隨機頻率充電需要個半小時的結(jié)果。
在國內(nèi)很多研究機構(gòu)也已經(jīng)開始研究壓電發(fā)電的開發(fā)與應用，壓電發(fā)電應用的領(lǐng)域廣泛，可以在無線傳感器，微型電子器械以及遙控器等方面得到很好的應用。重慶大學的溫志渝，溫中泉等教授學者已對壓電發(fā)電在無線傳感器中的應用進行了比較全面的論述。吉林大學的唐可洪,闞君武等教授學者也對壓電發(fā)電應用與遙控器中提出了相應的模型與理論分析。目前，國內(nèi)對于壓電發(fā)電的研究已經(jīng)比較成熟，很多機構(gòu)與科研人員也在這基礎上對壓電發(fā)電進一步的進行改進。
5、壓電發(fā)電的理論分析與研究
而對于壓電發(fā)電裝置在現(xiàn)實中能否，最主要的是首先進行建模與仿真分析，一般采用ANSYS軟件?；谇叭说难芯?，新型蝴蝶式壓電懸臂梁發(fā)電是對已有壓電發(fā)電裝置的應用與改進。吉林大學闞君武等教授學者建立了單、雙晶壓電梁發(fā)電能力的仿真分析模型,研究了結(jié)構(gòu)尺寸、激勵方式及材料性能等對其發(fā)電能力的影響規(guī)律。研究表明,在基板材料及激勵條件相同時,存在不同的最佳厚度比使單、雙晶壓電梁發(fā)電能力最大,雙晶梁的最大發(fā)電量約為單晶梁的2倍?；宀牧喜煌瑫r,最佳厚度比隨著楊氏模量比增加而減小,鋁、鉬基板構(gòu)成的單、雙晶壓電梁的最佳厚度比分別為(0. 7 ,0. 35) 和(0. 45 ,0. 2) 。在相同的厚度比及外界激勵條件下,楊氏模量比對兩種壓電梁發(fā)電能力的影響不同,楊氏模量比低于3. 3 時,雙晶梁的發(fā)電量均大于單晶梁。
每種現(xiàn)實的科學成果都有相應理論的支持。當壓電晶體在外力作用下發(fā)生形變時,在它的某些表面上出現(xiàn)異號極化電荷,這種沒有電場作用,只是由于應變或應力,在晶體內(nèi)產(chǎn)生電極化的現(xiàn)象稱為正壓電效應。當在壓電晶體上加一電場時,晶體不僅要產(chǎn)生極化,還要產(chǎn)生應變和應力,這種由電場產(chǎn)生應變和應力的現(xiàn)象稱為逆壓電效應。壓電效應是壓電發(fā)電的基本原理，而對于壓電效應的研究國內(nèi)外都已經(jīng)有了比較成熟的研究成果。
很多科研機構(gòu)與研究人員對于壓電發(fā)電的研究已經(jīng)不僅僅局限與理論的研究，而是已經(jīng)應用于實際當中，理論的研究是對于實踐應用的一部分，壓電效應就是一個很好的例子，人們通過對于壓電效應的分析與研究提出了壓電發(fā)電的設想，并且成功的應用于實踐。
6、結(jié) 論
壓電發(fā)電裝置未來將成為一種主流的發(fā)電形式，而現(xiàn)在由于一些條件的限制，壓電發(fā)電能的應用還局限于一定的范圍，然而隨著科技的發(fā)展與各國科技人員的努力，壓電發(fā)電這種新型的環(huán)保的發(fā)電方式必將得到更廣的應用。人們對與壓電發(fā)電的研究也在進一步的深入，例如哈爾濱大學的袁江波等教授學者將對高性能的壓電材料的選擇進一步的討論研究。新型蝴蝶式壓電懸臂梁發(fā)電是基于壓電發(fā)電理論的一種深入研究應用，也是對于壓電發(fā)電的綜合應用。
相對于傳統(tǒng)能源，壓電發(fā)電的發(fā)展將成為一種新型能源的存在，它將解決傳統(tǒng)能源污染嚴重，填補現(xiàn)階段能源不足的問題。
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本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）
一 、本課題要研究或解決的問題：
目前，利用外界振動通過壓電發(fā)電裝置產(chǎn)生的電流為交流電，其缺點是不連續(xù)、不規(guī)則。在工程應用中，必須設計相應的匹配電路，采用橋式整流電路，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，將產(chǎn)生的電能儲存起來，經(jīng)一定時間的充電，達到足夠的量時方可供應外部負載使用。
能量回收系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括選擇壓電材料、設計和外部振動頻率接近的壓電振子及支撐方式、設計高效的電能收集和儲存電路系統(tǒng)等。
目前的驗證性演示主要是驅(qū)動一些照明或顯示器。要有大的發(fā)電量，在技術(shù)上應該沒有太大的障礙，主要還是成本和效益問題。如何進一步提高發(fā)電效率，大幅度降低成本，提高系統(tǒng)的可靠性和耐用性，這些都是十分重要的難題。
將壓電發(fā)電技術(shù)真正應用于生活，這些都是需要我們進一步努力研究的。
二 、采用的研究手段
（1） 通過參考一定的相關(guān)文獻對壓電發(fā)電現(xiàn)狀有一定的了解，從而確定壓電發(fā)電是否可行。
（2） 通過ANSYS、Solidworks軟件進行理論分析與建模，記錄理論分析數(shù)據(jù)。
（3） 通過對實踐活動中的具體情況，進行歸納與分析。
（4） 對已有產(chǎn)品進行分析研究從而來完善自己的課題。
（5） 結(jié)合老師的指導與幫助，對實驗數(shù)據(jù)與研究進行一定的修正與完善，最后達到研究的目的
揚州大學廣陵學院畢業(yè)設計（論文）外文資料翻譯
教 科 部： 機 械 制 造
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
姓 名： 陸 少 華
學 號： 090007118
外 文 出 處：
附 件：
指導老師評語
簽名：
年 月 日
原文：
Mechanical Testing : tension Test and Other Basic Tests
4.1 INTRODUCTION
4.2 INTRODUCTION TO TENSION TEST
4.3 ENGINEERING STRESS –STRAIN PROPERTILES
4.4 TRENDS IN TENSILE BEHAVIOR
4.5 TRUE STRESS –STRAIN INTERPRETATION OF TENSION TEST
4.6 CMPRESSION TEST
4.7 HARDNESS TESTS
4.8 NOTCH-IMPACT TESTS
4.9 BENDING AND TORSION TESTS
4.10 SUMMARY
OBJECTIVES
? Become familiar with the basic types of mechanical tests, including tests in tension compression, indentation hardness , notch impact, bending ,and torsion .
? Analyze date from tension tests to determine materials properties, including both engineering properties and true stress-strain properties .
? Understand the significance of the properties obtained from basic mechanical tests, and explore some of the major trends in behavior that are seen in these tests.
4.1 INTRODUCTION
Samples of engineering materials are subjected to a wide variety of mechanical tests to measure their strength or other properties of interest .Such samples, called specimens, are often broken or grossly deformed in testing. Some of the common forms of test specimen and loading situation are (a). Compression tests (b) are also common. In engineering, hardness is usually defined in terms of resistance of the material to penetration by a hard ball or point, as in (c). Various forms of bending test are also often used ,as is torsion of cylindrical rods or tubes.
The simplest test specimens are smooth (unnotched) ones, as illustrated in Fig.4.2(a). More complex geometries can be used to produce conditions resembling those in actual engineering Components, Notches that have a definite radius at the end may be machined into test specimens, as in (b). The term notch is used here in a generic manner to indicate any notch , hole , groove , slot ,etc., that has the effect of a stress raiser . Sharp notches that behave similar to cracks are also used, as well as actual cracks that are introduced into the specimen prior to testing ,as in (c) .
Figure 4.1 Geometry and loading situations commonly employed in mechanical testing of materials (a) tension,(b) compression, (c) indentation hardness,(d)cantilever bending,(e) three-point bending,(f) four-point bending, and (g) torsion
Figure 4.2 Three classes of test specimen : (a) smooth or unnotched, (b) notched ,and (c) precracked .
To understand mechanical testing, it is first necessary to briefly consider materials testing equipment and standard test methods. We will then discuss tests involving tension , compression, indentation, notch impact ,bending, and torsion .Various more specialized tests are discussed in later chapters in connection with such topics as brittle fracture ,fatigue, and creep.
4.2 INERODUCTION TO TENSION TEST
A tension test consists of slowly pulling a sample of material with an axial force, as in Fig 4.1(a), until it breaks. This section of the chapter provides an introduction to the methodology for tension tests, as well as some additional comments. Sections that follow discuss tension testing in more detail, after which other types of test are considered.
Figure4.5 ensile specimens of metals(left to right): untested specimen with 9 mm diameter test section, and broken specimens of gray cast iron ,aluminum alloy 70575-T651,and hot-rolled AISI 1020 steel.(Photo by R.A simonds.)
4.2.1 Test Methodology
The test specimen used may have either a circular or a rectangular cross section, and its ends are usually enlarged to provide extra area for gripping and to avoid having the sample break where it is being gripped. Specimens both before and after testing are shown for several metals and polymers in Fig.4.5 and 4.6.
Methods of gripping the ends vary with specimen geometry. A typical arrangement for threaded-end specimens id shown in Fig.4.7.Note that spherical bearings are used at each end to provide a pure tensile force, with no undesirable bending. The usual manner of conducting the test is to deform the specimen at a constant speed. For example, in the universal testing machines of Fig.4.3, the motion between the fixed and moving crossheads can be controlled at a constant speed. Hence, distance h in Fig.4.7 is varied so that
The axial force that must be applied to achieve this displacement rate varies as the test proceeds.
This force P may be divided by the cross-sectional area Ai to obtain the stress in the specimen at
Any time during the test:
Figure4.6 Tensile specimens of polymers (left to right): Untested specimen with a 7.6 mm diameter test section, a partially tested specimen of high-density polyethylene (HDPE), and broken specimens of nylon 101 and Teflon (PTFE). (photo by R.A.Simonds.)
Displacements in the specimen are measured within a straight central portion of constant cross section over a gage length li, as indicated in Fig.4.7.Strain ε be computed from the change in this length ,ΔL;
4.2
Stress and strain, based on the initial (undeformed) dimensions, Ai and Li, as just presented, are called engineering stress and strain.
Figure 4.7 typical grips for a tension test in a universal testing machine.( adapted from [AMST 97] Std.E8;copyright C ASTM; reprinted with permission.)
It is sometimes reasonable to assume that all of the grip parts and the specimen ends are nearly rigid .In this case ,virtually all of the change in crosshead motion is due to deformation within the straight section of the test specimen, so that ΔL is approximately the same as Δh, the change In h ,strain may therefore be estimated as ε=Δh/li, However, actual measurement of ΔL is preferable.
Strain ε as calculate from Eq.4.2 is dimensionless. As a convenience, strains are sometimes given as percentages, where ε%=100ε.Strain may also be expressed in millionths, called microstrain, where εu=100ε. If strains are given as percentages or as percentages or as microstrain , then, prior to using the value for most calculations, it is necessary to convert to the dimensionless from ε.
The principal result obtained from a tension test is a graph of engineering stress versus engineering strain for the entire test, called a stress-strain curve. With the use of digital computers in the laboratory ,the form of date is a list of numerical values of stress and strain, as sampled at short time intervals during the test. Stress-strain curves vary widely for different materials. Brittle behavior in a tension test is failure without extensive deformation. Gray cast iron, glass, and some polymers, such as PMMA (acrylic), are examples of materials with such behavior. A stress-strain curve for gray iron is shown in Fig.4.8.Othermaterials exhibit ductile behavior, failing in tension only after extensive deformation. Stress-strain curves for ductile behavior in engineering metals and some polymers are similar to Figs. 4.9 and 4.10,respectively.
Figure4.8 Stress-strain curve for gray cast iron in tension, showing brittle behavior.
Figure4.9 schematic of the engineering stress-strain curve of a typical ductile metal that exhibits necking behavior. Necking begins at the ultimate stress point.
譯文：
機械性能試驗：拉伸試驗和其他基本測試
4.1 引言
4.2 拉伸試驗介紹
4.3 工程應力應變特性
4.4 拉伸行為趨勢
4.5拉伸試驗的真實應力應變解釋
4.6壓縮試驗
4.7硬度試驗
4.8抗缺口沖擊試驗
4.9點彎曲和扭轉(zhuǎn)試驗
4.10概要
目 標：
l 熟悉機械試驗的基本類型，包括拉壓、壓痕硬度、抗缺口沖擊、彎曲和扭轉(zhuǎn)試驗。
l 分析拉伸試驗的數(shù)據(jù)來確定材料的性能，包括工程特性與真實應力-應變特性。
l 從基本力學試驗中了解性能實驗的意義，以及從這些試驗中探索一些行為中的主要趨勢。
4.1 引言
材料的樣品往往要進行各種各樣的機械試驗，以衡量他們的強度、性能之間的厲害關(guān)系。這樣的樣品，稱為標本，這些樣本在試驗中經(jīng)常被破壞或者嚴重變形。一些常見形式的試驗樣品和載荷情況如（a）所示。（b）情況在壓縮試驗中也很常見。在工程中，硬度通常被定義為材料的抗?jié)B透硬質(zhì)球或點，如（c）所示。扭轉(zhuǎn)圓柱棒或管在各種形式的彎曲試驗也經(jīng)常使用。
最簡單的試樣是光滑的（無缺口），如圖4.2（a）所示。更復雜的幾何形狀可以用來生產(chǎn)類似那些在實際工程元件軸凹口具有一定半徑的端部的情況，可被加工成如（b）所示的試樣。凹口這個術(shù)語在這里是對所有切口，孔，槽，縫隙等籠統(tǒng)的表示，這些都是由于應力集中所帶來的影響。鋒利的凹口表現(xiàn)為類似于裂紋的被使用，實際的裂紋被引入到測試前的樣品中，如（c）所示。
圖4.1
圖4.1中的幾何和載荷情況是在材料力學性能測試中普遍采用，有（a）拉伸，（b）壓縮，（c）壓痕硬度，（d）懸臂彎曲，（e）三點彎曲，(f)四點彎曲以及（g）扭轉(zhuǎn)
圖4.2 試驗樣品
圖4.2中的三類試驗樣品為（a）光滑或無缺口樣品，（b）有缺口樣品以及（c）預制裂紋樣品。
要了解機械測試，首先有必要簡要地研究材料試驗設備和標準試驗方法。然后，我們將討論包括拉伸，壓縮，壓痕，缺口沖擊，彎曲和扭轉(zhuǎn)測試。各種更專業(yè)的測試將在后面的章節(jié)中有討論，這樣的課題有脆斷裂，疲勞和蠕變。
4.2 拉伸試驗介紹
拉伸試驗包括在一個軸向力方向慢慢提拉材料試樣直到其斷裂，如圖4.1（a）所示。本章節(jié)將介紹進行拉伸試驗的方法，以及一些附加注解。跟隨討論更詳細的拉力試驗，之后在考慮其他的測試。
圖4.5拉伸試樣金屬
圖4.5 所示為拉伸試樣的金屬（左到右）：未經(jīng)測試的9毫米直徑的測試段試樣，破壞的灰鑄鐵標本，70575-T651鋁合金和AISI1020熱軋鋼（圖片由R.A.Simonds.提供。）
4.2.1測試方法
所使用的試樣可以是圓形或矩形的橫截面，其兩端通常需要加粗來為夾持提供額外的面積，以避免樣本在被夾持處斷裂。圖.4.5和4.6中的多種金屬和聚合物所示為測試之前和之后的兩個樣品。
試樣的幾何形狀不同抓住兩端的方式也有所不同。螺紋端的典型布置id標本試樣如圖4.7所示。需要注意的是球軸承主要用在每個末端，以提供純粹拉伸力，沒有不需要的彎曲。通常進行的測試方式是在一個恒定的速度下變形試樣。例如圖4.3中的萬能試驗機固定和移動十字頭之間的運動可以以恒定的速度控制。因此，在圖4.7的距離h的變化，滿足
必須施加以達到這個位移速率變化的軸向力作為測試所得。這個力P可以表示為截面積ai被劃分在測試過程中的任何時間段所獲得的應力：
圖4.6 拉伸式樣的聚合物
圖4.6 所示為拉伸式樣的聚合物（左至右）：未經(jīng)測試的7.6毫米直徑的試驗段樣品，高密度聚乙烯的局部測試樣品(HDPE)，以及斷裂的101尼龍和聚四氟乙烯樣品。（圖片由R.A.Simonds.提供）
試件原長Li是通過量具沿著等截面的圓柱部分測量得到的,如圖4.2所示。應變ε可以通過計算長度ΔL的變化來表示：
4.2
應力和應變，根據(jù)初始（未變形）的尺寸，正如剛才提出的Ai和Li，被稱為工程應力應變。
圖4.7
圖4.7所示為典型的夾在萬能試驗機的拉伸試驗。（改編自[AMST97] Std.E8;版權(quán)：?ASTM;許可轉(zhuǎn)載）
有時合理假設所有的控制部件和樣品幾乎都是剛性的，在這種情況下,幾乎所有的十字頭運動是由于試樣的直線部分內(nèi)的變形而變化，使ΔL和Δh大體相同，在計算h的變化時，應變可估算為ε=Δh/li，但是，在實際中ΔL是可以直接測得的。應變ε的計算來自Eq.4.2是無量綱。為方便起見，應變有時給定為百分之一，其中ε（％）=100ε。應變也可能表現(xiàn)以百萬分之一，被稱為微應變，其中εu=100ε。如果應變以百分數(shù)形式，或以百分比或作為微應變給出，那么，對于大多數(shù)的計算在使用前的值，有必要轉(zhuǎn)換為來自