本文是一篇机械工程论文，机械工程是以有关的自然科学和技术科学为理论基础，结合生产实践中的技术经验，研究和解决在开发、设计、制造、安装、运用和维修各种机械中的全部理论和实际问题的应用学科。机械工程是工学研究生教育一级学科，工程研究生教育一个领域。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇机械工程论文，供大家参考。
机械工程论文范文篇一
第一章 绪论
1.1 微型纯电动汽车的研究背景
就在中美两国政府投巨资搞电动汽车项目的同时，中国的微型纯电动汽车却在没有任何政府资助，甚至在各地方限制政策压力下，顽强地发展起来。微型纯电动汽车发展速度远快于其它类型的电动汽车，已成为一个成长和发展中的产业，这与社会的需求和其自身的特点是密切相关的。城市的公共交通系统需要微型纯电动汽车。未来的大都市普遍以快速公共交通系统为主，如公共汽车系统、轨道交通系统等。从人们的住所到公共汽车站或者是地铁站或者是轻轨车站的短距离出行通常是步行，或是以自行车、两轮或三轮摩托车等作为交通代步工具。然而，随着生活节奏的加快和人们生活水平的提高，时间观念更加深入人心，使用自行车已经不能满足通勤者时间上的需求，需要寻找一种新型的交通工具。微型纯电动汽车是最好的选择。微型纯电动汽车具有无污染、低噪声、小体积、低速度和易驾驶等优点，使得它可以穿梭于城市的各种道路，能够直接到达出租车都不能到达的深居小巷，这更是其它大型交通工具所不能企及的。微型纯电动汽车的最高时速一般为 60km/h，虽然比一般小汽车的速度慢，但比步行或骑自行车要快得多，完全能够满足通勤者上下班时节约时间的要求。因此纯微型电动汽车作为代步工具是相当合适的。另外，微型纯电动汽车的低速度也提高了它在居住区行驶时的安全性。驾驶微型纯电动汽车，比驾驶小汽车简单得多，即使老人或者下肢残疾的人，也能操纵自如。因此，微型纯电动汽车不仅适合于通勤者的快速交通需要，也能为非通勤者的短距离慢速交通提供方便。
具有低碳环保无污染的微型纯电动汽车仅有市场潜力还不够，还必须还必须通过国家质检中心的型式认证试验，各项指标要满足有关国家标准，还必须有可靠的质量保证和充电、电池保养等服务保障。时下，北方诸多省市（河北、河南、山东）的县城、乡镇风行的微型纯电动汽车，购买使用者不少。经过几年来的实际运作，这类微型纯电动汽车的制造和使用暴露出其固有的缺陷，其主要特征是：简易，在三轮车上安个电机加个车牌；仿制，用游览车、场地车加个车壳成为道路用车；拼装，将市购前桥、后桥拼装成一个底盘，且无设计图纸、工程计算书，零部件没有采用标准化，不通用，维修时无法互换；底盘不耐用、不结实、不牢固；电池容量下降快，使用寿命短；续行里程短，充电时间长等。这类微型纯电动汽车整车结构、控制器、零部件等没有任何标准，安全性能得不到保证，导致部分消费者持观望状态，也阻碍了微型纯电动汽车的发展。微型纯电动汽车其宽度不大于 1.4 米，长度小于 3米，座位有 4 座、2 座或单座，微型纯电动汽车的关键是底盘必须保证机械性能、安全性能，其后桥、变速箱、制动机构等结构件的质量得到保证，其机械、安全性能才有保证。从电动的合理需求，尽可能采取各种技术手段，促进微型纯电动汽车的产业发展。
1.2 微型纯电动汽车的发展现状
20 世纪 80 年代，人们日益关注空气质量和温室效应所产生的影响。到了上个世纪 90年代，一些国家开始实行严格的排放法规，电动汽车被认为是符合“零排放”标准的唯一可用的技术，世界范围内又掀起了电动汽车研究和开发的热潮。至 90 年代末期，国外大汽车公司已开发生产了 100 多种型号的纯电动汽车、燃料电动汽车和混合动力汽车。
1.2.1 目前的纯电动汽车主要面临的问题
（1）车辆的续驶里程有限目前在市场上比较广泛使用的纯电动汽车一次性充电后的车辆续驶里程一般为100-150km，而且这个数字一般都还需要保持适当的车辆行驶速度及具有可靠良好的电池管理系统才能得到实现，而绝大多数电动汽车在一般正常的行驶环境下的车辆续驶里程只有50-100km[19]。与传统的燃油汽车相比较起来，纯电动汽车的有限较短的车辆续驶里程已成为其致命的缺点。
（2）成本过高目前市场上能在示范运行中的各式电动汽车，都是在原有的传统燃油汽车整车底盘，车厢基础上改装而制造成的，即将发动机、油箱等原有动力系统部件悉数拆下，然后再装上驱动电机、动力电池等相关配套部件设备就形成纯电动汽车。电池、电机及其控制器技术复杂，且其成本很高，另外由于电动汽车采用了一系列的新材料、新技术，根本没有批量化生产，也导致了电动汽车的造价居高不下。
（3）蓄电池性能难以满足要求电动汽车的动力蓄电池的使用寿命最多为 4 年，与传统燃油汽车的寿命相比较时间太短。若采用能量足、寿命较长的电池，其成本较高。普通燃油汽车填充燃料，方便快捷，而当今市场上的电动汽车充电时间一般在 6-8 小时，给电动汽车的使用带来极大不便。现有电动汽车所使用的电池都不能在储存足够能量的前提下保持合理的尺寸和质量。如果电动汽车自身整备质量大，就会影响其加速性能和最大车速的提高。
第二章 微型纯电动汽车动力系统总体设计
2.1 微型纯电动汽车动力系统的基本组成
动力系统是微型纯电动汽车中的关键系统，图 2.1 为微型纯电动汽车的基本构成，从图中可以看出，微型纯电动汽车的动力系统主要由电气系统和机械传动系统组成，电气系统主要由蓄电池组、电动机及其控制器组成；机械传动系统主要是由变速传动装置以及驱动车轮构成。动力系统的控制器可以根据制动踏板和加速踏板输入的信号，发出相应的控制指令来控制功率转换器。功率转换器的功能是调节电动机和电源之间的功率流，控制功率电路的功率输出，实时控制驱动电机的转速和转矩，然后电机输出的动力再通过变速器传动装置，驱动车轮按驾驶员要求行驶[3]。由于这种布置方式仍然有和传统的燃油汽车很多相似之处，如变速器、传动轴、后桥及半轴等机械传动零部件，它只是把传统的燃油汽车的内燃机置换为驱动电机及电机控制器后，就得到了一辆新型的纯电动汽车，所以这种设计处理工作比较简单，方便将传统燃油汽车改装成纯电动汽车。但是，由于其传动过程相对比较长，因而它的传动效率也会相对比较低，但有利于集中精力进行驱动电机及其控制器的研究开发。早期的纯电动汽车研发时常采用这种布置方式。
第三章 微型纯电动汽车动力性............32-44
3.1 微型纯电动汽车动力性分析......... 32-36
3.1.1 最高车速分析.........32-34
3.1.2 爬坡性能分析......... 34-35
3.1.3 加速性能分析......... 35-36
3.2 微型纯电动汽车续驶里程分析......... 36-39
3.3 等速续驶里程影响因素分析......... 39-42
3.4 本章小结......... 42-44
第四章 微型纯电动汽车动力系统参数......... 44-56
4.1 多目标的最优化问题 .........44-47
4.1.1 一般多目标的最优化数学模型......... 44-45
4.1.2 分层的多目标最优化问题......... 45-46
4.1.3 目标规划问题的数学模型......... 46-47
4.2 微型纯电动汽车动力系统参数优化问题......... 47-50
4.3 基于 AUTO-SIZE 的微型纯电动汽车......... 50-53
4.4 微型纯电动汽车动力系统参数优化......... 53-55
4.5 本章小结......... 55-56
第五章 微型纯电动汽车动力性能仿真分析.........56-66
5.1 新能源汽车仿真软件介绍 .........56-57
5.2 微型纯电动汽车动力系统主要部件......... 57-62
5.3 微型纯电动汽车整车性能仿真分析......... 62-65
5.4 本章小结 .........65-66
结论
本文对微型纯电动汽车动力系统进行了研究与设计，本文主要对微型纯电动汽车动力系统中电机电池参数以及传动比进行了理论计算和设计，本文主要完成以下工作：
（1）在分析了微型纯电动汽车现有的动力系统布置形式的基础上，鉴于客观条件，确定了本文的微型纯电动汽车采用机电集成驱动的形式对动力系统进行设计布置，这样的布置形式比较适合微型纯电动汽车低成本的要求。
（2）在确定整车基本参数的基础上，运用汽车理论、电机和电池的相关知识，对传动比、驱动电机、电池等参数进行了理论计算、匹配与设计，并以此为依据，选择永磁无刷直流驱动电机为动力系统的驱动电机，选择铅阀控密闭式铅酸蓄电池为动力系统的动力电池。
（3）本文根据建立的微型纯电动汽车的续驶里程计算数学模型，从整车、电机、电池三个不同方面对微型纯电动汽车续驶里程影响进行了计算和数据分析，以此为基础，再采用两种不同的方式对微型纯点汽车动力系统的参数进行了优化设计，提高了微型纯电动汽车的整车动力性能，增大了续驶里程。
（4）以 ADVISOR2002 为平台，本文对所设计的微型纯电动汽车动力系统进行了仿真分析验证，通过仿真分析验证了本文设计的动力系统符合微型纯电动汽车的动力性能要求，并且本文进行了整车性能试验，进一步验证了动力系统参数匹配的合理性，同时也证实了整车性能已经达到基本要求。
参考文献
[1] 王贵明,王金懿.电动汽车及其性能优化[M].北京:机械工业出版社,2010
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机械工程论文范文篇二
第1章绪论
1.1课题的背景、目的和意义
轮边减速器作为驱动桥的第二级减速装置，在水利、油田、矿山、建筑工地等车辆上应用广泛。对于大多数的重型汽车，它们常在土壤松软的河滩、沙漠、山地、荒原等恶劣环境中运行作业，车速一般要求较低，但对车辆的动力性要求相对较高，所以传动系的低档总传动比一般要求较大。对于汽车的整个驱动系统，当采用较大的低档总传动比时，分动器、变速器、传动轴等结构的转矩随之增大，为了保证传动的正常进行，它们的结构尺寸也会相应增大。为了避免这种情况，则要尽量使分配到驱动桥上的传动比的比率最大。此时，这部分较大的传动比将主要由中央主减速器承受，同样的会产生较大的转矩，从而导致驱动桥系统的质量和尺寸较大，便无法满足非公路用车、军用重型车、越野车及大型汽车在各种路况下保持良好的通过性，即当汽车在满载且车速平稳的情况下具有足够的离地间隙，以便通过各种环境的路面。在设计重型车辆时，若要求传动系的传动比值和离地间隙都较大，往往将驱动桥设计成具有二级减速的传动系统，即维持中央为单级减速的情况下在轮毂中间或附近处增加一套轮边减速器，这样不但降低了分动器、差速器、半轴以及主减速器的负荷，还减小了各传动零件的质量、尺寸，使整个驱动系统更加紧凑，提高了汽车的通过性由此可知，在汽车驱动桥上增加一套轮边减速器，不但满足了整个系统传动比的匹配，还起到了减速、增扭的作用，提高了汽车的驱动力。
1.2研究现状
由于在行星齿轮传动机构中传递的功率可以实现分流，并且该机构因输入轴和输出轴在同一轴线上而合理的应用了内喷合，所以该机构具有体积小、承载能力高、传动比大和传动效率高等诸多的优点，常用在大转矩的传动系统上。因此，对行星齿轮传动系统的研究有利于重型汽车轮边减速器的发展。
1.2.1动力学问题的研究现状
世界工业发达国家十分重视对行星齿轮传动机构的研究，在该系统的传动性能、传递功率、结构优化、速度和转矩等方面的研究领先于其他国家，开发了一些新的行星齿轮传动技术，如行星齿轮变速传动、封闭行星齿轮传动等。从动力学角度对行星齿轮传动系统的研究开始于上世纪七十年代，其中以美国军事研究中心和国家航空航天局为主导的科研机构在自由振动、均载、动态稳定性、振动抑制和动态相应等动力学方面开展了深入研究。Botman建立了行星齿轮传动机构的自由振动模型，分析得到了该机构的固有频率[4]。Bahgat基于刚体动力学研究轴承间隙对轮齿承载能力的影响情况，发现行星齿轮传动是一个过约束的系统[5]。August等人研究了简单行星齿轮传动系统的扭转振动和动态载荷后，幵启了对行星齿轮传动弹性动力学方面的研究[6]。Velex等人利用实例对行星齿轮传动系统的固有频率进行了测量，并通过限元法对此系统进行固有频率计算与比较[7]。LinJ.等分析了多个行星齿轮均布的行星齿轮传动振动特性，发现了具有一定规律的三种振动模态[8]。同时与Parker合作，建立了多个行星齿轮分布不均的传动模型，并分析了在自由振动时的固有频率以及振动模态[9]。Comparin建立了一个多间隙的非线性振动模型，并用解析谐波平衡法推导了简谐稳态解的表达式[1"]。后来先后有学者对行星齿轮传动系统动在不同的振动模型下进行了振动特性研究有学者对行星齿轮传动用数值方法进行了动力学研究[20’21]。部分研究者在考虑齿圈的弹性[22’ 23]的情况下对螺旋齿轮行星传动进行了动力学研究。Hidaka给出了一系列关于行星齿轮系统动力学的实验报告[24’ 25]，这些报告结果即使对现今的研究都还是很重要的。
第2章驱动桥轮边减速器失效分析
2.1轮边减速器工作原理
如图2-1所示，轮边减速器结构中太阳轮3与半轴（扭矩输入轴1)用花键相连接，使太阳轮随输入轴1转动。在中心太阳轮3和齿圈7之间装有四个行星轮5，四个行星轮同时与太阳轮和齿圈相n齿合，行星轮5与支承它的行星轮轴6之间装有圆锥滚子轴承，以减少行星轮轴孔与轮轴间的摩擦，行星轮轴6则装配到行星架4上。齿圈支架10嵌入齿圈7而相连接，对于齿圈支架10则由锁紧螺母9紧固在半轴套管11上，从而齿圈固定不转动。由于行星架4与轮毂间用螺栓相连接，所以由主减速器传递过来的动力经过输入轴1传递给中心太阳轮3，再由哨合原理将动力经四个行星轮5分流，然后再经行星架4传递给轮毂，从而驱使汽车车轮旋转。轮边减速器的工作原理就是将发动机所输出的动力传递给主减速器，再经轮边减速器把传递的扭矩与转速进行降速增扭之后传到车轮上，这样车轮能够在地面附着力的反作用之下产生大的驱动力，从而使轮边减速器之前的各构件所受的力减小，增加了汽车驱动桥的承载能力，提高了各构件的使用寿命。
2.2轮边减速器的使用要求
汽车驱动桥是否需要使用轮边减速器，要根据实际的工况来确定，可以从以下几方面来分析：(1)对于大多数工程用重型汽车，其工况比较复杂多变，比如，重型汽车的实际载重常大于规定的汽车载重；重型汽车常在无路的环境下行驶，道路的坡度和路面情况变化很大。所以重型汽车的牵引力要求有较大的变化范围，一般在4?5倍左右，甚至达到数十倍，一般要采用轮边减速器。(2)在汽车驱动桥上安装轮边减速器时，要保证它不会妨碍车辆的整体结构。轮边减速器通常安装在车轮附近或轮毂内，如果其结构过大，会使轮毂的结构也跟着增大，会给传动轴带来大的扭矩，增加了传动轴的负担。
第3章 轮边减速器的Pro/E建模......... 35-51
3.1 Pro/ENGINEER系统软件介绍......... 35-36
3.2 关于Pro/ENGINEER的关系式......... 36-38
3.3 齿轮渐开线的几何分析 .........38-40
3.4 直齿轮的建模分析 .........40-41
3.5 直齿圆柱齿轮的建模过程......... 41-48
3.6 齿轮的装配......... 48
3.7 本章小结......... 48-51
第4章 基于ANSYS有限元法的分析......... 51-67
4.1 ANSYS软件概述......... 51-54
4.2 接触分析.........54-58
4.2.1 接触问题的基本理论......... 54-57
4.2.2 接触单元的分......... 57
4.2.3 面-面接触分析的特点......... 57-58
4.3 轮边减速器的有限元分析......... 58-63
4.4 行星架的有限元分析......... 63-65
4.5 本章小结......... 65-67
第5章 行星齿轮传动机构的均载分析 .........67-83
5.1 引言......... 67
5.2 行星齿轮间载荷分布不均性......... 67-68
5.3 均载措施 .........68-70
5.4 均载机构的结构类型.........70-72
5.5 行星齿轮传动的均载机理......... 72-73
5.6 动力学均载计算公式的建立......... 73-78
5.7 行星齿轮传动的综合误差......... 78-80
5.8 本章小结......... 80-83
结论
本文以山东鹏翔汽车有限公司的某型矿用汽车驱动桥为例，开展了针对汽车轮边减速器的分析研究。全文围绕着轮边减速器的失效进行分析研究，从设计、制造到使用维护方面给出了失效预防措施。主要的工作与结论
(1)分析了重型汽车轮边减速器工作机理，并提出了轮边减速器的使用要求，即在不改变整车结构的前提下使机构拥有足够大的牵引力变化范围，并保证车辆正常转向，同时还要具有最佳的动力性和燃料经济性。
(2)通过对某型号驱动桥轮边减速器的失效分析，并分别从设计、制造和使用维护等几方面给出了相应的预防措施，对今后轮边减速器的使用和维护具有实用价值。
(3)建立了齿轮渐开线的计算公式，并利用Pro/E软件的单一数据库、参数化以及关系式创建了行星轮系统的三维模型。这种建模方法不但防止了因人为计算失误而引起的模型错误，同时使模型更接近于实际，有助于提高结构分析的精确度。另外，通过对参数和关系式的修改可以生成相同结构的模型，节约了大量的建模时间。
(4)用ANSYS软件对单组外啮合齿轮接触问题进行元分析。由应力云图发现，在行星轮啮合接触处应力集中且最大，此处在作用力的反复作用下已产生疲劳破坏。另外还发现从接触处到啮合轮齿的齿根处应力一直较大，且齿根处应力也较为集中，同时由变形图可知轮齿挠曲变形较大，因此在应力和变形的双重作用下，使轮齿发生折断的几率较大。
(5)通过对行星架的有限元分析发现，行星轮轴、行星架装配处以及行星架螺栓孔处应力集中。在行星架结构的应力集中处则会因强度不够而发生变形或行星轮轴折断。当行星架发生变形时，作用在行星轮上的载荷便出现严重偏载或严重过载，此时极易造成轮齿发生破坏而失效。这与实际失效情况相符，因此提出通过提高系统的均载性能来延长系统的实际使用寿命和增加承载能力。
参考文献
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机械工程论文范文篇三
第 1 章 绪论
1.1 课题背景
电动汽车是一种以车载电源替代传统内燃机作为动力输出的一种新型车辆。随着环境污染、能源危机及温室效应日趋严重，人们对于环境保护的热情愈发高涨。据统计，我国每年新增石油需求中的三分之二被用于交通运输业。与此同时，汽车的销量还在不断的节节攀升，而且按照现在的增长速度，三年后我国将达到1.5 亿量汽车，届时污染问题、温室效应问题、能源问题都将愈发尖锐。在此背景下，电动汽车以其环保、低碳等突出优点，越来越被人们所青睐。我国电动汽车的发展也在如火如荼的进行着，电动汽车重大科技专项立项 4年来，在广大汽车业界优秀人才的的不懈努力下，取得了令人可喜的进展：新型电动汽车的研发、众多电动汽车技术瓶颈的突破、混合动力汽车在部分城市公交系统中的试驾成功、部分新型电动车成品通过了国家电动汽车相关法律法规的检测等。电动汽车强大的市场潜力和节能效果，“八五”期间就引起了政府的高度重视；及至第九个五年计划，国家重大科技产业工程项目中，电动汽车已经占据了一席之地；五年过后，电动汽车成立了重大专项，并被列入国家“863”计划，是十五期间的十二个重大专项之一[1]。经过四年的工作，形成了三纵三横的战略发展布局，三纵是指燃料电池汽车、混合动力以及纯电动汽车；三横是指多能源动力总成控制系统、驱动电机及其控制系统、动力蓄电池及其管理系统[2]，经过多年的努力，电动汽车研制的成果喜人，使得我国电动汽车事业有了长租的进展。[3]。电动汽车主要分为：纯电动汽车 Battery Electronic Vehicle(BEV)、混合动力汽车 Hybrid Electronic Vehicle (HEV)、燃料电池汽车 Fuel Cell Electronic Vehicle(FCEV)三类。三种汽车的特点如下：
（1） 纯电动汽车
纯电动汽车（BEV）：即由电动机驱动的汽车。纯电动汽车以车载电池作为动力储备，以电机作为动力源，驱动汽车行进。电机的安装方式也较为灵活，可以作为传统内燃机的替代品，代替内燃机作为动力输出，电动机装在机舱内；也可以不使用中心电机，使用四个轮毂电机作为动力输出。由于电机的动力输出要靠电池的电力供应作保障，所以对电池的性能要求比较高，目前蓄电池存在技术瓶颈，储能较少且成本较高，而且电池的产业链不是非常健全，使得电池的价格和数量都良莠不齐，制约了电动汽车的发展。同时如果采用轮毂电机，无疑会给驱动控制算法带来很高的要求。虽然电动汽车是无污染的，但是其电能却来自发电厂饿电力，无法从根本上杜绝污染，但是与集中供热的好处一样，电动汽车的使用在很大程度上减少了对固体微粒污染物、碳硫污染物的排放，，同时，随着更多清洁能源的发现，如风能、水能、太阳能等，电动汽车的综合排放将会越来越少，并减少了人们对于化石燃料枯竭对汽车影响的担忧。除此之外，电动汽车利用晚间非用电高峰时充电，充分增加了电能的利用率。有学者统计，如果将化石燃料直接送至电厂，产生电力送至电动车驱动时的能量利用率要远远高于汽油机直接燃烧化石燃料精炼出汽油的能量利用率。但是电动汽车的发展仍然有很长的一段路要走，是因为与混合动力车相比，电动汽车的充电基础设施建设需要跟多的规模，不仅需要整个汽车行业的努力，同时需要政府的大力配合。
（2）混合动力汽车
混合动力汽车(HEV)综合了传统内燃机汽车和纯电动汽车两者的优点，不仅能使用传统的化石燃料作为能量来源，同时能够从化石燃料提供的能量中提取出电能作为储备，必要时切换至电动驱动。混合动力汽车大致分为一下几种类型：串联式混合动力汽车 Series Hybrid Electronic Vehicle（SHEV）：这种混合动力汽车内燃机不对整车提供动力输出，仅仅作为动力源向发电机供电，发电机想电动机供电，由电动机作为动力输出来驱动汽车行驶。并联式混合动力汽车 Parallel Hybrid Electronic Vehicle（PHEV）：这种类型的混合动力汽车可以实现内燃机与电动机对整驱动的自由转换，既能单独通过内燃机做动力输出，也能通过电动机做动力输出，也能两个同时输出。混联式混合动力汽车 Creole Hybrid Electronic Vehicle（CHEV）：这种类型的混合动力汽车工作方式较为灵活，既能像串联式混动汽车那样内燃机动力源向发电机供电，发电机向电动机供电作为动力输出，也能像并联式混动汽车那样，进行自由的切换。
混合动力汽车目前占据了电动汽车解决大多数的市场份额，而且绝大多数的混合动力汽车东师汽油作为动力的混合动力汽车，不过，柴油型的混合动力汽车随着技术的发展也慢慢崭露头角。混合动力汽车对于动力性的控制更加接近与理想功率曲线，也就是说其动力性、经济型的配比更好，对于大功率输出要求时，发动机不能提供足够的功率，此时电动机可以作为辅助动力输出，采用电池作为能量来源对缺少的功率进行补偿；当需求功率很小时，发动机多余的功率将被发电机以电能的形式储存到电池中去备用。同时由于电池对电能的储存作用，混合动力汽车可以更好的储存下坡、制动时多余的能量，能量利用率高；同时在市区频繁启停的工况下，可以采用电池带动发电机工作，这样不仅提高了汽车的动力性，也同时提高了汽车的经济型。由于两种形式的能量源，保证了混动汽车充足的能量供应，所以不用担心纯电动汽车对于空调等大功率车载用电器电力需求的问题，而且混合动力汽车还能解决纯电动汽车基础设施建设不足的问题，因为互动汽车可以利用传统的加油站进行能量补充，不像纯电动汽车那样，需要建立起新的充电站。
第 2 章 车控系统开发环境的建立
作为某公司小型电动汽车电控系统开发的一部分，车控系统开发环境的建立无论对于硬件在环仿真以及快速原型实验都有着非常重要的意义和作用，本文原定是要将建立的整车控制系统放在该开发环境中进行硬件在环仿真，并应用系统中的 dSPACE 产品 MicroAutoBox 进行快速原型的实验，但是由于本文行文时间过早，比相应的项目进度超前，所以相关的工作将在未来的一段时间内完成。但是作为整车控制系统开发工作的一个整体，是很有必要进行一定说明。随着近年来汽车电控系统越来越多的被应用到整车上，电控系统的设计开发也如火如荼的展开了。“工欲善其事，必先利其器”，电控系统的广泛应用必将引导车控系统开发环境的产生，而同时，一个科学、高效的开发环境对于汽车电控系统的开发，能够提供有力的硬件支持，并且能够缩短汽车电控系统的开发周期，提高汽车电控系统的控制性能。针对某公司汽车控制系统的开发特点，我们设计了相应的车控系统开发环境，该开发环境基于国际上汽车控制系统设计最常采用的“V”型开发流程所设计。针对“V”型开发流程的各个阶段，提出了相应的技术方案。虽然该小型电动汽车驱动控制系统是按照“V”型开发流程在该开发平台上进行的，但是，由于时间很紧，所以一个“V”型开发流程并没有走完，缺少了硬件在环这一块内容。但在之后的时间内，这一内容会予以完成。
第3章 整车控制系统的网络结构............ 27-38
3.1 功能需求分析......... 27-28
3.2 系统设计 .........28-29
3.3 系统分析 .........29-35
3.3.1 离线仿真配置 .........30-33
3.3.2 仿真结果 .........33-35
3.3.3 初步结论......... 35
3.4 下一步工作计划......... 35-38
3.4.1 半实物仿真......... 36
3.4.2 实物测试 .........36
3.4.3 多总线通信网络......... 36-38
第4章 整车驱动控制策略......... 38-65
4.1 综述 .........38-39
4.2 整车驱动控制策略分析......... 39-44
4.2.1 理想的汽车动力性特性 .........40-41
4.2.2 电动汽车的驱动模式分析......... 41-42
4.2.3 整车控制系统的总体结构......... 42-44
4.3 整车控制系统的设计及建模......... 44-64
4.3.1 整车模型的建立 .........44-47
4.3.2 电机模型的建立 .........47-64
4.4 小结......... 64-65
第五章 ：整车驱动控制系统的仿真......... 65-74
5.1 Simulink 简介 .........66-67
5.2 仿真环境的设置 .........67-68
5.3 离线仿真结果及分析......... 68-72
5.3.1 匀速工况实验......... 68-70
5.3.2 加速工况实验 .........70-72
5.4 结论......... 72-74
结论
本文主要立足于某公司小型电动汽车整车控制系统开发的课题，对课题的相关工作进行进行一个梳理和总结。作为一个整车控制系统，本文所设计的系统是一个非常简单的雏形，功能也较为单一。但是作为课题第一个阶段的一个成果，其意义并不在于系统本身解决了什么问题，而在于他所建立的整体的框架，能够给予未来的设计一个思路。使得整车系统的设计不再繁琐，而是可以在此框架的基础上，不断对模型进行完善，并按照功能需求的不同不断地更新控制策略，增添各种新的系统和模块。随着去年十月份项目开始至今，实验室克服了人力不足的严重困难，在老师的指导下，仅仅几名硕士搭建了这个简单的系统，实属不易。本文从整车控制系统设计的宏观角度出发，首先建立了小型电动汽车整车控制系统设计开发平台，并在该平台的基础上进行整车驱动控制系统的设计。于此同时，也在进行车载网络系统的设计，原计划，在该驱动系统设计结束后，通过所建立的车控系统开发环境进行硬件在环仿真，并在硬件在环仿真结束后赶往浙江嘉兴进行驱动控制系统的实车道路试验。但是因为时间紧、工作量大、人手不足等困难的限制，导致很难再论文成文前完成最后两个步骤。
本文所设计的从总体上来讲该系统经历了一个从无到有的过程，为将来的整车系统的设计提供了蓝本和框架。通过虚拟仿真，验证了整车驱动系统在匀速工况和加速工况下对车速的控制功能，将理想速度和实际速度的差值控制在 1m/s的范围内，控制效果还是比较好的，虽然实现的功能较为单一，但是还是为未来的工作奠定了基础。本文所建立的系统过于简单，在未来的工作中，首先，将丰富点击模型，继续完成开关磁阻电机及控制器的设计，并且将其放到整车控制系统中进行联立仿真；其次，将网络协议完善，将设计好的驱动控制系统中整车控制器与电机控制器之间的报文生成“.dbc”文件用于与 Dspace 的联立仿真；再次，完成硬件在环的实验和快速原型的实验，通过这个简单的系统走一个完整的“V”型开发方法的过程，一来是熟悉控制器的新型开发流程，二来积累经验、发现问题，用以完善当前的设计。在这些步骤完成之后，即可将制动控制、制动能量回馈、能量管理、车载网络通讯等模块加入整车控制系统，使之更加完善丰富，最终建立一个高效率、高性能、低成本的小型电动汽车整车控制系统。
参考文献
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机械工程论文范文篇四
第 1 章 绪论
1.1 选题背景和意义
拖拉机在农业机械中占据着举足轻重的地位，近些年国产拖拉机从造型到整车性能都有了很大的改进，但其传动系统的设计和控制方面与国外发达国家还有一定的差距[1]。变速器在拖拉机的传动系统中扮演着重要角色，国产拖拉机大部分采用的是传统手动机械式变速器，这种变速器换挡困难，换挡最佳时机不易把握，并且频繁换挡，容易造成驾驶员疲劳，进而影响行驶安全[2]。随着自动变速器在汽车等车辆上的广泛使用，其操纵可控性和方便实用性满足了不同类型驾驶员的需求，给汽车行业带来了巨大效益。为此，人们开始尝试把自动变速技术用于拖拉机，寻求适合拖拉机使用的自动变速器，从而提高拖拉机的技术含量，改善其使用性能。目前，自动变速器主要有三种类型[3]：液力自动变速器（Automatic Transmission,简称 AT ）、电控机械式自动变速器（ Automatic Mechanical Transmission,简称 AMT）和无级自动变速器（Continuously Variable Transmission,简称 CVT）。AT 是最早在汽车上使用的自动变速器[4]，也是目前汽车上使用最广泛的自动变速器。AT 通过机械手段将油门开度和行驶车速等参数转化为液压控制信号，使相应的液压控制阀按照设定好的换挡规律控制换挡执行机构动作，完成自动换挡。AMT 是利用电子控制系统完成离合器接合、分离和变速器挡位变换，实现车辆变速器换挡过程自动化，其优点主要如下[5-7]：
(1) 在原有机械传动结构上进行改装，保留齿轮变速机构，传动效率高。
(2) 耗油量低。经实践证实，比起传统手动变速器和液力自动变速器来AMT 分别省油 5%和 20%。
(3) 研制和开发成本低。
(4) 易于实现技术与零部件生产的国产化。
CVT 长期以来一直是人们心中理想的车辆自动变速方式[8]，采用传动带和工作直径可变的主、从动轮相配合来传递动力，可以实现传动比的连续改变[9]。但是，CVT 目前在市场中所占比例很小，仅有 1%，由于其设备更换量大、制造困难、市场价格高，因而其产业化的时机还不成熟[10]。可见，AMT 兼有 MT 和 AT 的优点，结构紧凑，工作可靠，能够正确的模拟优秀驾驶员的驾驶水平，可以适时地根据行车工况并按照驾驶员的意愿实现换挡操纵自动化。为了进一步提升拖拉机整机性能，更好地满足拖拉机复杂作业工况和人们的需求，性能优越的 AMT 成为了我国拖拉机行业发展的重点。换挡规律是拖拉机自动变速系统的核心内容，合理的换挡规律可以改善拖拉机换挡品质，满足驾驶员意图，更好地发挥拖拉机的动力性和经济性，提高作业效率，同时增加了拖拉机整体技术含量，对我国农业机械现代化的发展有着重要意义。
1.2 AMT 的基本结构和控制原理
1.2.1 AMT 的基本结构
AMT 是在传统手动机械式变速器的基础上，运用现代控制理论、传感技术、微控技术和信息处理技术，以电子控制单元（ECU）为核心，采用气动或液压控制方式实现车辆变速器按照实际需求自动换挡[11]。如图 1-1 所示，AMT 控制系统主要有 3 大部分组成：ECU、传感器和执行机构。
1.3AMT 的研究现状及其关键技术
离合器接合规律和变速器换挡规律是 AMT 自动控制系统开发的的核心内容[15]，也是现阶段车辆传动领域研究的重点。
1.3.1 离合器接合规律
要得到离合器的接合规律关键在于如何更好地解决车辆起步时离合器的控制问题[16]。搭载 AMT 的车辆上没有了离合器脚踏板，驾驶员只能通过油门踏板来完成自己的操纵意图。对于不同的驾驶员来说，在不同的作业工况、不同的外界环境条件下所采用的控制策略也不尽相同。车辆起步时，要求起步平稳、离合器和发动机要能够协调配合，同时离合器的使用寿命要长，这些都给实现离合器的起步控制增加了难度。在研究离合器控制性能前期阶段，从研究车辆动力学模型入手通过分析影响车辆起步品质的因素得到离合器的接合控制规律[17],由于运用这种方法往往会使得到的车辆系统动力学模型难以真正满足驾驶员的意图和复杂多变的外界环境条件，最终会导致控制效果不理想。后来，一些学者采用现代智能控制理论改善离合器的控制性能[18]，使离合器控制规律得到提高。
第 2 章 拖拉机 AMT 换挡规律理论研究
换挡规律的确定是拖拉机 AMT 设计的核心，是实现拖拉机传动系统与发动机的合理匹配、控制车辆及时换入最佳挡位关键。通过分析影响拖拉机动力性和燃油经济性的主要因素以及它们之间的内在关系，结合车辆换挡规律的类型和各自的优缺点，确定出拖拉机自动变速器的换挡规律类型及其相应的控制参数，为制定换挡规律奠定基础
2.1 车辆自动变速器换挡规律类型
自动变速器的换挡规律主要是针对汽车进行研究的，对于拖拉机自动换挡的研究并不深入。换挡规律的合理与否直接影响拖拉机的动力性、燃油经济性、换挡平顺性以及对环境适应性等各种性能的优劣[38]。要确定以牵引作业为主要任务的拖拉机自动变速器换挡规律，应从车辆自动变速器换挡规律的类型出发进行分析。车辆自动变速器换挡规律按照其控制参数的数量主要可分为三种形式：单参数换挡规律、两参数换挡规律和多参数换挡规律。组合型两参数换挡规律是以上几种换挡规律的组合，拥有各种换挡规律的优点，可以在不同油门开度下很好地满足车辆的使用性能。当油门开度较小时，通常以车辆的行驶稳定性、乘坐舒适性为主，采用单参数换挡规律；当油门开度处于中等大小时，以保证车辆最佳经济性为主，且兼顾动力性，通常采用收敛型两参数换挡规律；当油门开度很大时，则以车辆最佳动力性为主，此时采用等延迟型换挡规律。在行驶环境良好的情况下，车辆大都采用组合型换挡规律。
第3章 拖拉机 AMT 三参数换挡规律制定.......... 30-48
3.1 拖拉机 AMT 动力性三参数换挡规律制定.......... 30-40
3.2 拖拉机 AMT 经济性三参数换挡规律制定.......... 40-47
3.3 本章小结.......... 47-48
第4章 拖拉机 AMT 自动换挡模糊控制策略..........48-62
4.1 模糊换挡策略 ..........48-50
4.2 模糊控制理论基础 ..........50-52
4.2.1 模糊集合与隶属度.......... 50
4.2.2 隶属函数.......... 50-51
4.2.3 模糊推理..........51-52
4.3 拖拉机 AMT 模糊换挡控制基本原理.......... 52-53
4.4 模糊控制器设计.......... 53-61
4.5 本章小结 ..........61-62
第5章 拖拉机 AMT 换挡规律仿真分析.......... 62-75
5.1 拖拉机动力传动系统仿真模型.......... 62-66
5.2 换挡规律仿真模型 ..........66-68
5.3 换挡过程联合仿真模型.......... 68-69
5.4 换挡规律仿真分析.......... 69-74
5.4.1 拖拉机机组整体仿真模型.......... 69-71
5.4.2 仿真工况参数设置.......... 71
5.4.3 仿真结果分析.......... 71-74
5.5 本章小结.......... 74-75
结论
拖拉机实现自动变速的关键在于最佳换挡规律的制定，即应根据不同的作业工况选择最佳的挡位。本文以东方红—MG 系列轮式拖拉机的机械变速器为基础，借助拖拉机的传动系、整车参数以及发动机试验数据，对其换挡规律进行研究。研究所取得的主要成果可归纳如下:
(1) 研究了影响拖拉机 AMT 换挡规律的动力性和经济性因素，在分析了汽车等车辆自动变速器换挡规律的分类、各自的适用范围和特点的基础上，确定了拖拉机 AMT 换挡规律的参数类型；分析了拖拉机机组自动换挡控制系统的组成、工作原理以及换挡智能控制策略。
(2) 研究了拖拉机机组动力学和发动机燃油经济性，根据发动机的试验数据，采用曲线拟合的方法构造出发动机的动态转矩模型和发动机耗油量数学模型；通过这些模型得出了能够反映拖拉机机组动力性的驱动力、经济性的小时耗油量与换挡规律控制参数之间关系的数学模型。
(3) 利用得到的拖拉机动力学模型和发动机模型推导出拖拉机 AMT 动力性和经济性换挡规律数学模型，采用图解法与解析法制定了拖拉机 AMT 动力性和经济性三参数换挡规律，并借助计算机编程拟合求出换挡规律曲面。
(4) 根据模糊控制的原理，设计了相应的模糊控制器，利用该控制器对基于传统理论求解得到的降挡规律进行改进，得出了拖拉机 AMT 最佳换挡规律，为进一步提高拖拉机机组作业质量提供了保证。
(5) 利用 Matlab/Simulink 软件构建拖拉机系统仿真模型，介绍了仿真模型各组成模块的工作原理；从而得出了拖拉机 AMT 换挡规律仿真模型，通过该仿真模型对经过模糊改进前后的拖拉机 AMT 动力性和经济性三参数换挡规律进行仿真分析，分析比较了二者对拖拉机机组动力性和经济性的影响。
参考文献
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机械工程论文范文篇五
第一章 绪论
1.1 课题来源及背景
课题来源于某热电厂改扩建工程。该热电厂始建于 1995 年，主营业务为热电联产，是所在开发区为改善招商引资环境的重点配套工程之一，也是市重点建设项目之一。 根据开发区的总体发展规模和现有用热负荷增长的实际情况，按照热电联产、集中联片供热的产业政策，经分析论证，该热电厂作为该地区大型的公用热电企业，需要进行改造和扩建。 本次扩建工程规模为二炉二机，其中建设 130t/h 循环流化床锅炉 2 台、12WM抽汽凝汽式汽轮发电机组 1 台、12MW 背压式汽轮发电机组 1 台及相应规模的热网等配套设施。 热电厂早期建设工程由于建设时间早，普遍采用继电器保护。随着继电保护技术的成熟与发展，本次扩建工程采用日益成熟的先进的继电保护装置、测控装置、自动装置等构建全厂电气控制系统，以满足生产日益提高的对系统安全性、稳定性和可靠性的要求。
1.2 课题研究的意义
热电厂早期电气系统使用常规继电保护。常规继电保护是采用继电器组合而成的，通过各种继电器的复杂组合，来实现保护功能，因此存在很多缺点。比如占的空间大,安装不便，调试和检修复杂,一般要停电才能进行,影响正常生产；采用的继电器触点多，大大降低了保护的灵敏度和可靠性；继电器保护功能单一，要安装各种表计才能观察实时负荷，且数据不能远方监控，无法实现远程控制；维护复杂，故障后很难找到问题，运行维护工作量大，运行成本高。 总的来说，常规保护使用的电缆数量多、屏柜多、特别是装置寿命短、运行费用高，因此工程中对其进行改造。 随着电子技术和信息技术的发展，电厂的自动化技术也取得了长足的进步，集散控制系统、厂级监控信息系统、厂级管理信息系统、输煤化水辅助控制系统等在电厂中的到普遍的应用，使电厂运行管理水平不断提高。 厂用电气控制系统简称 EFCS 或 ECS，该系统将电厂原先各自独立运行的各种电压等级配电系统的保护、测控装置通过总线的方式联结起来，构成一个系统，实现了与 DCS 系统的通信，同时通过网络和后台软件，实现了电气系统的协调控制、故障分析和运行管理，提高了整个发电厂的自动控制水平和运行管理水平。 综上，将建厂早期使用的常规保护装置改造为先进的微机保护装置，构建 ECS系统以加强电气系统的协调控制、故障分析和运行管理，提高整个发电厂的自动控制水平和运行管理水平。热电厂扩建工程构建全厂电气控制系统势在必行。
1.3 论文的主要工作
论文分析了热电厂电气控制系统设计与实现的过程，并运用项目管理先进的理论和方法，结合软件平台，对项目每个阶段的进度、质量和成本等进行约束和协调。 本人所做的主要工作：
1、从工程项目的可行性研究和设计阶段，组织和参与针对设备选型的反复讨论和论证，根据系统的容量要求，选择先进的继电保护装置、测控装置、自动装置等配置扩建机组及其辅机，并比选先进的电网监控系统软硬件，为电气控制系统的实现打下基础。
2、对外与系统软件、硬件厂方技术人员沟通，并提出对软硬件功能和性能方面的要求，督促其定制或改进；对内与开发小组成员之间的沟通，组织和参与系统组态的实施过程，并负责检查完善度。
3、组织系统调试和消缺，完成机组试运行并投入商业运营。
4、负责项目总体资金的调配和控制工作。
第二章 项目分析
2.1 ECS 系统综述
电气控制系统简称ECS，开发ECS的目的是为了对电站电气设备进行实时监控，监控的对象主要有分为两大部分：发电机——变压器组、厂用电系统。 发电机——变压器组部分包括发电机——变压器组和发电机励磁系统。厂用电系统监控对象包括电气和工艺两部分。电气部分包括主厂房系统和辅助电源系统。工艺部分主要指高压电动、低压电动和成套设备。
2.1.1 ECS 的结构
ECS 为分布式数据处理系统，分三层设置，即通常所说的间隔层、通信层和站控层，分别对应现场数据采集和 I/O 接口、前置服务器以及后台工作站。
（1） 间隔层
间隔层完成对现场一次设备信号的采集、保护及测控功能，其功能的实现不依赖于通讯层及变电站层。 间隔层的设备具有保护和测控功能，简称 RTU，即 Remote Terminal Unit，是一种远端测控单元装置，负责对现场信号、工业设备的监测和控制。与常用的可编程控制器 PLC 相比，RTU 通常要具有优良的通讯能力和更大的存储容量，适用于更恶劣的温度和湿度环境，提供更多的计算功能。
（2） 通信层
通信层实现多种远动标准规约的在线转换，完成对全系统不同厂家一次设备和总控单元的互联；采用独立 CANBUS 和 485 双网络结构设计，无瓶颈，抗干扰能力强，保证系统通信可靠性；多管理机配置方式，多机互为热备，解决了管理机的瓶颈问题。 通信层的设备即前置系统，实现数据通信与数据处理。
第三章 项目设计........... 16-29
3.1 电气系统方案设计......... 16-25
3.2 电气控制系统设计.........25-27
3.2.1 保护测控装置......... 25
3.2.2 前置系统 .........25-26
3.2.3 后台监控调度系统......... 26-27
3.3 系统组态......... 27-28
3.4 本章小结 .........28-29
第四章 前台系统配置实现 .........29-61
4.1 配置保护测控装置......... 29-46
4.1.1 设定网络接线方式......... 29-30
4.1.2 配置硬件......... 30-32
4.1.3 实现保护功能......... 32-46
4.2 配置前置系统......... 46-60
4.3 本章小结......... 60-61
第五章 后台系统软件组态......... 61-77
5.1 后台数据库设计......... 61-62
5.2 数据库生成 .........62-66
5.3 绘制电气接线图......... 66-68
5.4 编制报表......... 68-69
5.5 配置系统 .........69-70
5.6 系统安装和运行调试......... 70-73
5.7 系统投运......... 73-76
5.8 本章小结......... 76-77
结论
本文运用项目管理的理论，结合热电厂三期改造扩建工程，探讨了全厂电气控制系统的设计与实现过程。 在项目前期中，重点把握系统硬件、软件的合理选型。通过对项目分析，明确项目需求、任务和要求，并应用 WBS 方法对项目任务进行合理分解。 在项目实施过程中，重点把握系统硬件、软件的组态进度和质量。通过结合先进的 project 项目管理软件，建立工程进度计算机管理平台，对工程进度跟踪检查、对比、评价和控制，及时进行优化调整，确保电气控制系统构建项目满足扩建工程总体计划要求，圆满完成工程项目任务。
随着电气设备综合自动化水平的提高，以及现场总线技术的发展和可靠性的增强，有望建立新型的 ECS 系统，通过 ECS 现场自动化设备的模块完成对电气模拟量、开关量的采集，再通过网络与 DCS 通信，可以省去大量的 DCS 数据采集设备和电缆投入，从而减少 DCS 系统的成本，通过联网更好地实现多系统的无缝联接。
参考文献
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机械工程论文范文篇六
第 1 章 引言
1.1 课题研究背景和意义
水力发电应用广泛，水轮机运行中由于不同程度地汽蚀、磨蚀，严重影响发电效率，经过一定运行周期都要停机进行检修[1]。我国水力资源可开发容量在4.48 亿千瓦以上，全国有大中型水电站 300 多座，每个水电站一般有机组 4～20台。我国河流泥沙含量较大，年平均输沙量在 1000 万吨以上的河流有 115 条，建在这些河流上的水电站水轮机过流部件（主要是转轮叶片）受泥沙损害严重[2]。由于汽蚀和磨蚀使水轮机工作效率降低，直接影响电站的发电能力和经济效益，因此对水轮机叶片进行高效率修复是急需解决的现实问题[3]。转轮是水轮机发电机组的重要部件，如图 1.1 所示，由上冠、下环、叶片、泄水锥等部分组成；其结构和性能直接影响发电机组的运行、稳定、效率和安全[4]。由于河流中含有泥沙、码冰等物质的长期作用，导致水轮机过流部件特别是转轮叶片的气蚀和磨损，不仅降低了水轮机运行效率，而且危及部件的结构安全；同时叶片出水边应力集中造成的疲劳裂纹，也是影响国内外大型混流式水轮机可靠性的主要原因。
为了降低发电损失、保证运行安全，目前广泛采用补焊的方式对水轮机叶片进行修复，其中 4～5 年就要进行四个多月的停机维修，每年约有 200 多台水轮机需要大修，全国每年由于机组大修减少的发电量达到上万千瓦小时，造成了很大的经济损失。叶片修复通常采用停机后吊装到机坑外进行手工补焊、人工磨削等方法，工作量大、强度高、工期紧、劳动环境差、效率低[5][6]。另外，人工磨削后的叶片形状很难和原设计形状吻合，严重影响到水轮机的过流量，降低水轮机工作效率[7]。针对这些问题亟待开发和研制水轮机机坑内自动化修复设备。机器人是最典型的机电一体化装备，技术附加值高，应用范围广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，对未来生产和社会发展起到重要的作用。采用叶片修复机器人，不仅能保证修复后的叶片形状，缩短检修周期，还能把工人从繁重、恶劣的工作条件中解放出来，这势必带来较好的经济效益和社会效益。
1.2 国内外发展现状与应用实例
当前国内外水力应用技术比较成熟，水力发电站的建设和运行维护技术也趋于完善，对于水轮机叶片的修复工艺和技术基本上以手工作业为主，为克服人工修复带来的种种弊端，修复机器人的研制已成为研究的重点。
1.2.1 国内发展现状
我国水利水电站很多，水轮机叶片受泥沙汽蚀严重，部分高校和科研机构对水轮机叶片修复机器人进行了深入的研究，兰州理工大学、哈尔滨理工大学、中南大学等院校做了大量的工作，取得了一定的成果。1.兰州理工大学的杨萍、仲大伟、赵丹、李鹤岐、张淑珍等人研究的水轮机修复专用机器人[12]，其结构如图 1.4 所示。虽然国内外一些科研机构对水轮机叶片修复机械臂有一定的研究，并且也有一些产品问世，但适合我国具体情况的修复机械臂还没有成功的产品。通过分析国内外水轮机叶片修复机械臂的研究现状，水轮机叶片修复机械臂存在的主要问题是刚度不足、难以承受较大的切削力、加工效率不高。根据机械臂存在的主要问题，应该采取的对策为：机械臂应具有多个关节，满足灵活性和一定的工作空间要求；在机械臂结构设计中，尽量提高机械臂刚度；调整机械臂结构尺寸，使其体积小、自重轻；与移动平台相结合构成水轮机叶片修复机器人，实现大范围的移动和修复。针对以上要求，设计出的机械臂结构形式应克服以往机械臂刚度不足的问题，通过设计机械臂合理的关节形式及数目和计算机械臂各结构尺寸参数，使机械臂能够很好地完成水轮机叶片的修焊工作。本论文机械臂设计的特征如下：1.机械臂安装在移动平台上，其末端可安装不同的检测及加工工具，机械臂能够满足检测及加工作业对运动自由度的要求；2.机械臂需要进入水轮机狭小的机坑内作业，设计的机械臂安装到移动平台上后要考虑满足工作空间的尺寸要求；3.机械臂需要在末端抓持磨削工具，机械臂必须具有较好的强度和刚度，保证作业正常开展。
第 2 章 磨削机械臂设计方法
2.1 机械臂工作要求
水轮机叶片的 80%属于马鞍面，15%属于碗面，其余部分属于三维复杂曲面[26][27]，如图 2.1 所示。机械臂要完成在叶片不同部位对焊缝的磨削工作，能够适应复杂曲面的形状要求，并且磨削作业面积要达到叶片的 70%，这就要求机械臂应具有相对较多的关节，但关节数目过多，会使机械臂结构的刚度降低[28]。基于以上分析，复杂曲面磨削用机器人，由移动平台、机械臂和磨削加工单元组成。移动平台底部安装磁吸附装置，使机器人较好的吸附于移动平台上。同时移动平台的前后移动以及磨削加工单元的左右摆动既可以降低机械臂自由度数目，又可使机构很好的完成复杂曲面上焊缝的磨削工作。
2.2 机械臂的设计思路和方法
2.2.1 机械设计方法
机械设计主要包括产品设计过程、原理方案设计、结构设计、总体设计等内容[29]。设计的目的是将预定的目标，经过一系列规划与分析决策，产生一定的信息（文字、数据、图形），形成设计，并通过制造加工使设计成为产品。机械设计方法对机械产品的性能有决定作用。机械设计方法分为：常规设计方法（传统设计方法），创新设计方法，现代综合设计方法。它们之间有区别，也有共同性。传统的机械设计方法，是以实践经验为基础，依据力学和数学建立的理论公式和经验公式，运用图表和手册等技术资料，进行设计计算、绘图和编写设计说明[30]。创新设计是指设计人员采用新的技术手段和技术原理、发挥创造性，提出新方案，探索新的设计思路，提供具有社会价值的、新颖的而且成果独特的设计，其特点是运用创造性思维，强调产品的创新性和新颖性。现代机械综合设计法是一种面向产品广义质量，以顾客需求为驱动，以获得优良功能与性能为目标，以现代机械设计等多学科为基础，以产品功能优化设计、动态优化设计、智能优化设计、可视优化设计为手段的一种多学科融合交叉的多功能和多性能优化的设计理论与方法[31][32]。
第3章 磨削机器人机械臂的机构设计......... 22-43
3.1 水轮机叶片修复机器人的组成 ........22-23
3.1.1 操作机........ 22
3.1.2 驱动装置........ 22-23
3.1.3 控制系统........ 23
3.2 磨削机器人机械臂的组成 ........23-24
3.3 机械臂的结构设计 ........24-26
3.4 机械臂大臂的结构设计........ 26-32
3.5 机械臂小臂结构设计........ 32-35
3.6 机械臂小臂抗倾覆吸附装置........ 35-38
3.7 末端（磨削轮）设计........ 38-42
3.8 支撑架的设计........ 42
3.9 本章小结........ 42-43
第4章 机械臂的尺寸设计、受力分析........ 43-61
4.1 机械臂尺寸设计 ........43-45
4.2 机械臂关节受力计算........ 45-48
4.3 机械臂各关节驱动方式选择........ 48-55
4.4 机械臂关键部位强度校核........ 55-58
4.5 机械臂部分构件的材质选择........ 58-60
4.6 本章小结........ 60-61
第5章 三维建模与样机试验........ 61-69
5.1 CATIA 概述 ........61-62
5.2 机械臂三维模型与样机........ 62-63
5.3 机械臂样机试验........ 63-67
5.4 机械臂主要外形尺寸和各关节运动范围........ 67-68
5.5 本章小结........68-69
结论
设计主要研究成果和结论：
1.根据水轮机叶片坑内修复作业对机器人机械臂的要求，克服传统机械臂刚度不足等问题，设计了一种四个主动关节加一个被动关节的机械臂结构。该机械臂的大范围移动由移动平台和大臂的 2 个主动关节实现，加工区域内小范围移动由小臂 2 个主动关节和 1 个被动关节实现。机械臂的总高度 240 mm，总臂长 560+100 mm，大臂长 350+100 mm，小臂长 210 mm。在移动平台固定后，主要利用大臂运动，有效保证了较大的加工范围；在磨削加工时大臂锁紧形成桁架结构，此时机械臂刚度好，有效保证了加工时机械臂整体的刚度。
2.为了提高机器人作业时机械臂末端承载性能，在机械臂前端设计了抗倾覆吸附装置；为了调整小臂姿态以适应复杂的叶片曲面，在机械臂的小臂上利用弹簧原理设计了一个自适应被动关节。
3.根据理论计算及三维仿真，优化设计了满足水轮机叶片修复要求的机械臂关键零部件具体结构，对关节电机、减速器选型和抗倾覆吸附装置、自适应弹簧装置等进行了分析计算，对机械臂的重要传动部件蜗轮蜗杆机构进行了详细的强度校核，校核结果证明，蜗轮蜗杆强度满足实验要求。
4.对所设计的机械臂进行了关节运动实验，分别验证了五个关节的动作，实验结果证明关节结构设计合理，同时间接证明电机、减速器、传动机构等重要器件选型合理。
参考文献
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机械工程论文范文篇七
第1章绪
1.1本课题研究目的和意义
轮式装载机被广泛地使用在土、石方装、卸方面，是一种应用最广泛的土方机械，在矿石场、建筑工地、道路建设、工厂内搬运、货场散料装配、港口装卸、, 水利工程设施施工等方面被广泛的应用，进行的装卸、伊运、起重、牵引等作业中，是一种多用途、高效率的工程机械。2004年之后，由于我国国民经济的持续高速稳健增长、在基础设施建设方面大量的固定资产投入和中西部开发战略的强力推进，轮式装载机行业的发展出现了多年持续的“高速增长”局面。我公司作为装载机行业的主要生产企业之一，身居行业前三位，如何根据行业特点，做好生产计划，为销售需求把好脉，提高市场占有率，突出了生产计划安排的重要性。根据工程机械行业的统计信息，国内16家装载机主机厂2010年实现销售量约106749台，比2009年增长约33. 70%，2011年增长也达到了约149837台，销售量在135023台左右。从世界各国情况看，“世界交通、能源和其它基础设施建设这几年发展迅速，各国每年投资额大约都在数千亿美元以上，俄罗斯、巴西、美国和中东、东南亚等是近几年的装载机主要销售国家和地区，年销售量均在万台以上”2011年上半年，国内装载机、挖掘机为代表的工程机械需求量自2010年底到2011年6月份持续旺盛，演绎了工程机械生产、销售史上的神话。市场需求量持续稳定地保持在较高的水平，国内前四家主要装载机生产厂家，产销基本都在4?5万台，装载机有广阔的市场空间。虽然国外的装载机生产厂商如美国的卡特彼勒、日本的小松等进入了中国市场，装载机的市场竞争日趋激烈，对装载机各方面的性能要求也越来越高，但是只要努力创新，运用现有的技术手段，提高整机的性能的前提下，做好生产计划安排，产品源源不断的供应市场，通过质优价廉的产品满足用户需要，自主品牌的装载机、挖掘界在市场竞争中就会占领制高点，获得巨大经济效益。装载机技术水平的提高将为我国整个工程机械行业的技术进步做出重大的贡献，直接影响到国家交通运输业、能源工业、原材料工业、农田水利建设、工业与民用建筑及国防建设等领域的发展。
全球化的经济格局对我国企业发展来说是一个机遇，但也对国内外的企业之间的竞争带来了压力，这也是对工程机械配套资源的全球竞争。谁能准确的向市场供货，并且最大限度的控制好库存，就能获得最大的收益，企业就是行业的领导者，实现信息化管理不仅在物料管理方面大有作为，在产销信息共享，面对市场需求快速反应，及时满足市场需要，已是大势所趋，所以，研究工程机械的生产排产方法，形成可操作的排产模式，是公司在上SAP系统过程中很有帮助的一个助手，助推SAP能更稳定的运行，提高人力资源、时间资源和信息资源的使用效率，提高决策的速度和准确率。
1.1.2课题来源及研究目的
众所周知，生产的过程就是通过工艺流程和ERP中构建的B0M['n2]，将人、机、物、料和成本、信息、技术等生产关键要素（投入）转化为有形产品/或服务（无形产品）的变化过程。生产排产数学建模的意义就在于生产能力一定的前提下，通过MRP算法和计划排单模型[6],将生产节奏和销售节奏同步，不浪费生产资源、不造成库存积压^，解决生产的不是销售的矛盾，以实现零库存生产为最高目标，实现制造速率与客户需求速率一致，专注于客户需求，设置一个标准，使所有的市场订单都能快速的相应到流水线上，实现生产周期最短化，减少部门领导决策时间，既满足销售需要又能使生产更为均衡，减少因产品品种突发性切换引起的生产时间浪费，将在制品库存超市前移至流水线上来。山东临工工程机械有限公司作为全国大型工程机械研发、生产、销售的企业，如何将产品快速投入市场，在每年的生产旺季（上半年）凸显重要性，如何在生产淡季（下半年），做好库存控制，保证订单及时交货，挑战行业交货期，保持行业领先地位，都是与产品能源源不断的供应市场分不开的，这就需要有一个强大的生产“指挥棒”，计算机集成制造系统^分解信息数据，迅速的将市场需求信息导入到生产系统。基于以上问题,提出了本课题的研究，以指数平滑法构建销售需求模型，服务于公司的发展目标。生产过程实现产销一体化下的生产排产科学方法的优点：柔性大、反应快、效率高、无库存积压、融合了备货型生产和订货型生产的优势，消除需求变异的“牛鞭效应”，使用PDCA工具优化产销均衡下的整体绩效目标，同传统的产销排产方式相比，使生产链上的各目标客户均能提前了解订货点，不需要增加赶工成本，改善服务水平，降低生产成本，提高企业运营绩效。对比传统的库存代销生产排产方法模式和本课题研究的工程机械生产排产方法和应用将销售需求预测科学化是与传统预测的不同之处，图示如图1-1和图1~2所不：
第2章销售需求预測模型及应用
2.1销售需求现状
需求管理的目的是协调和控制所有的需求来源，从而有效的利用生产系统并能按时发送货物。目前我公司生产的需求有2个基本的来源：非独立需求（国内外销售订单引起的需求）和独立需求（国内市场标准机待销车库存的需要）。非独立需求是指由对其他产品或服务的需求所引发的对此种产品或服务的需求。例如，如果公司生产1000台整机，那么相应就需要2000个前轮总成和2000个后轮总成，像这样的内部需求没有必要去预测，只需简单计算即可得到。独立需求是指非相关产品或订单引发，不直接从其他产品的需求中派生出来的需求。例如，库存式生产15台5302114G2908这样的产品。需求的构成，可以分解为6个部分：一段时间内平均需求、趋势性需求、季节性需求因素、周期性因素、随机变量及自相关因素。图2-1描述了从2009年1月到2011年7月份的历史销售数据和趋势记录。
定性预测法是一种较为主管的判断，基于专家的估计和评价，需要经验的支撑，有一定的主管性，准确性因获得的信息而异，有一定的风险性。它共有具体可操作的方法5种：基层预测、市场调研、小组共识、历史类比和德尔菲法。时间序列分析法主要是依据过去相关的历史数据可以用来预测将来的需求，这是基于以往事件随时间的出现而形成的历史记录可以用来预测未来需求。它主要有4种理论的预测方法：简单移动平均法、加权移动平均法、指数平滑法^]、]、鲍克斯?詹金斯法。因果关系法主要是根据经验，需求会随着某些因素影响导致的结果，例如趋势因素、季节因素、周期变化规律因素、国家政策因素等，这些行业内在波动规律和外部经济环境，都是专家对销售进行因果预测的依据。模拟法主要是以计算机为基础的动态模拟模型，预测人员可以对模型中的恶内部变量和外部环境进行假设，根据模型中的变量，预测人员可以获取诸如：如果销售价格上涨3%，预测结果将会如何变化。这个可以用来弄清楚预测对象的基础和环境系统情况，提前观察行业动态，一般用在战略规划方面的预测，在具体操作层次上一般不适用，不具备操作性。
第3章 排产方法和SAP系统批量研究........... 25-39
3.1 生产排产分析方法 ..........25-26
3.2 产品排产品种数量的优化.......... 26-30
3.3 排产平衡原则和SAP实现.......... 30-32
3.4 SAP系统排产批量的研究.......... 32-37
3.5 本章小结.......... 37-39
第4章 构建订单优先的主生产计划均.......... 39-57
4.1 特殊订单.......... 39-42
4.2 订单到达数学分析.......... 42-44
4.3 订单优先应用排队理论..........44-47
4.4 订单优先的生产策略.......... 47-49
4.5 主生产计划的均衡模式.......... 49-52
4.6 主生产计划排产实例.......... 52-55
4.7 本章小结 ..........55-57
第5章 结论和展望 ..........57-59
5.1 结论.......... 57
5.2 展望.......... 57-59
结论
本文根据当前工程机械行业的销售和生产特点，结合前人研究的结果，主要是对现有理论和方法的应用，来满足企业产销实际的需要。通过分析销售模型，提出了最适合我们公司对销售预测的方法，并对这种方法进行了应用研究和实际试验分析。确立的销售预测模型和进行科学排产方法的研究，是完全结合了公司的生产排产的实际。当前，我们公司就是这样在获得了相对准确的销售预测后对生产排产首先进行分析，分析库存，再形成后续的周度准时生产计划的排产和周度预测计划的排产。本文还有一个优点就是结合了实际的公司信息化管理系统SAP系统的应用，研究了各种方法和SAP系统的结合，实现订单优先的主生产计划排产均衡模式。主要在以下几个方面的应用研究中有突破：
1、构建了科学的排产方法，通过公式系统分析，借助SAP系统平台，将销售信息快速导入到生产系统，形成物料计划，实现生产制造的快速反应，柔性制造。
2、实现了库存控制方面的积极影响，厂内外库存保持平稳，库存增加幅度远低于市场销售份额增加的速度。
3、对差异化订单快速生产的提升，再订货点的相应时间短了，来了客户的特殊订单，根据订单优先原则和SAP系统对这种模式的支持，可以实现快速的插单生产，实现订单最短交货日期1天交货。
4、增加了整机装配流水线的产能柔性，这主要得益于对订单优先的研究和对SAP系统匹配了将MTO相融到MTS模式中的程序，系统流程的柔性奠定了生产物料信息的及时传递，保证生产物料按订单需求配送。
参考文献
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机械工程论文范文篇八
第1章 绪 论
1.1 内窥技术的发展水平与现状
内窥镜的出现源自于人类与生俱来的一种想要“窥探人体内部器官”的好奇心和愿望。古代内窥镜的发展进程中，一共经历了四个重要阶段，即克服了四大技术难题：（1）建立或开拓一条通向人体内部的通道；（2）安全的向人体内部空间传输足够的光线进行照明；（3）将清晰和放大的图像回传至人眼；（4）获得更宽的视野[1]。促使内窥镜发展的相关医学实践在古埃及，古印度，古代中国以及古希腊古罗马的早期文献中均有记载。内窥镜最早的雏形一直可以追溯到公元前3000 多年的古希腊时期。当时的古希腊名医希波克拉底（Hippocrates，公元前460?-377 年）曾描述过一种直肠诊视器，与我们今天所用的内窥镜十分相似。在公元一世纪的庞贝（Pompeii）遗址中，人们发现了可被视为内窥镜原型的医疗器具。与今天不同，这些原型利用的只是自然光线。当代内窥镜的起源于 19 世纪初[2]，目前正经历其第五个发展阶段，即：开放式硬管内窥镜，含有光学系统的硬管内窥镜，（光）纤维内窥镜，超声与电子内窥镜以及胶囊式内窥镜
出生于德国法兰克福的勃席尼（Philip Bozzini，1773-1809）于 1796 年在维也纳设计了一种硬管开放式内窥镜，他称其为“Lichtleiter”，意为“导光的仪器”（lightguiding instrument）。这台器械由一个花瓶状的蜡烛光源和一些列镜片组成，在其发明之初是为了能够观察膀胱、直肠和咽喉的等内部的情况，如图 1-1 所示。但由于当时的人们无法接受这种检查方法，勃席尼还因此受到了维也纳医学院的处罚。尽管未将“Lichtleiter”用于人体检查，但勃席尼仍被公认为是当代内窥镜的发明人。被誉为“内窥镜之父”的是第一个将“Lichtleiter”应用于人体并于 1853年率先使用“内窥镜”（endoscope）一词的法国外科医生德索尔莫（Antonin Jean Desormeaux, 1844-1894)。他改进了“Lichtleiter”的结构，使用烧煤油或松节油的灯作为光源，灯的上方带有一个烟囱，并且利用透镜将光线聚集起来以增强亮度，如图 1-2 所示。虽然这种内窥镜可以到达胃部，但它所发出的光线还是太暗。而且由于采用了热光源，在检查过程中光源产生的热量常常会灼伤人体，因此这种内窥镜技术并不安全。在经过了人们的各种努力与尝试后，德国医生库斯莫尔（Kussmaul）于 1868年发明了第一只能够观察活人胃部情况的内窥镜。他将一只长 47 厘米，直径为 13毫米的笔直金属管插入一位吞剑表演的艺人胃来观察胃腔。1879 年柏林的两位外科医生尼采（Nitze）和雷特（Leiter）发明了尿道膀胱镜，该镜的前端含有一个棱镜并以电流加热的铂丝作为发光源，检查时需要在人的膀胱内循环冷水以避免热灼伤。这是第一台含有光学系统的内窥镜。1881 年米库利兹（Mikulicz）等人采用尼采（Nitze）的硬管光学系统成功的制作了第一个适用于临床的胃镜。但与所有早期的胃镜一样，这种硬质的胃镜在检查时是完全无法弯曲的[3]。
二十世纪五十年代以前的内窥镜照明采用内光源技术，照明效果较差，获得的图像色彩严重失真，并且还有灼伤人体组织的危险。因此人们一直在寻求一种将外部光源导入人体内部的新材料。在此过程中，人们尝试了玻璃棒，石英棒和细玻璃纤维，但效果均不够理想。科学技术的发展总是相辅相成的，直到二十世纪五十年代后期光学纤维的实用化才为纤维内窥镜的发展奠定了基础。1957 年Hirschowitz 和他的研究组织制成并在美国胃镜学会上展示世界上首个可用于胃、十二指肠检查的光导纤维内窥镜原型。1960 年美国膀胱镜制造公司 ACMI 制造了第一支商业纤维内窥镜。日本奥林巴斯公司紧随其后在光纤镜的基础上加装了照相机和活检装置并于 1966 年首创了前端弯角机构，如图 1-4、图 1-5 所示，使得胃照相机技术得到迅速发展。1967 年日本厂商町田（Machida）便推出了采用外置式高亮度冷光源照明的内窥镜，使得光照范围和亮度大增，有助于发现小病灶。它们为早期发现胃癌做出了巨大贡献。1977 年日本学者九永光到等人将内窥镜与超声波探头相结合，研制出了超声波内窥镜。超声波内窥镜能够对粘膜表层以下的病变进行有效探测和准确诊断。1983 年美国雅伦（Welch Allyn）公司研制并应用 CCD 传感器以取代了内窥镜中所使用的光导纤维集束，同时也宣告了电子内窥镜的诞生。电子内窥镜主要由内窥镜、视频信息系统中心和视频监视器三个主要部分组成，同时还赔了一些辅助设备如录像机、吸引器、供水/气装置等，如图 1-6 所示。由于 CCD 传感器具有比光线集束高得多的二维分辨率，因此其成像清晰且色彩逼真，而且可以输出到监视器上供多人同时观看。
第2章 基于机器视觉的运动姿态测量系统
2.1 引言
本章的研究重点是如何实时的且尽可能精确地测量内窥式工具的工作镜管的运动姿态。本章的试验验结果将作为下一章研究内窥式工具运动学特性的依据和验证标准。由于工作镜管在结构上具有轴对称性，因此本文中我们只研究其水平工作空间内的平面（即二维）工作姿态。工作姿态包含了三个变量，分别为水平位置(x, y)和水平方位角 θ。本文中所使用的柔性内窥镜的的工作镜管，从机器人学的角度上看，它本质上是一个由柔索驱动的含有多个被动旋转关节的高自由度单铰连微型机械臂。若要获得这类机械臂的运动姿态，最常用的方法是为其每一个活动关节安装上一个位移或角度传感器，先测得每一个关节相对于前一个毗邻关节的转角（或位移），再通过 Denavit-Hartenberg 变换计算出任意一个关节相对于基端的位置和角度[25]。但由于内窥镜纤细的外形以及中空的内部结构，使得很难找到与之匹配的传感器。另外，由于工作镜管具有多达 20 个转动自由度，且单个链接的体积小于 1cm3。若要在不破坏其原有机械结构，且不对其运动造成干涉的前提下进行直接的接触式测量，目前已知的任何一款角度或位移传感器均无法满足其体积约束。因此可以考虑采用非接触式测量的方法来获取内窥式工具的运动姿态。光学测量是一类常用的高精度非接触式测量方法。当它与图像传感技术以及计算机技术相结合后，就产生了计算机视觉（Computer Vision）这门新兴学科，在某些领域又被称为机器视觉（Machine Vision）。机器视觉是一个利用静态或动态影像数据做出决断或将其以另一种方式呈现的过程[26]。当前，机器视觉被广泛应用于机器人自动控制[27, 28]，载具自动导航[29, 30]，智能交通[31]，安防[32]，工业过程自动化[33-35]，科教[36]与医疗[37]，影视[38]及娱乐[39]等诸多方面。作为一种光学测量手段，机器视觉具有无损性和高精度等优点。借助于计算机强劲的运算能力、灵活高效的图像处理算法[40]和性能愈发优异的图像传感器，机器视觉技术能够即时地处理连续影像信息，对被测对象进行智能识别[41]、过滤和增强[42]，进一步提高测量系统的实时性与抗干扰能力。这些特点使得机器视觉理论在传统测量方式无法有效涉及的领域获得了迅速发展。
第三章 内窥式工具的运动姿态估计............ 63-87
3.1 引言............ 63-67
3.2 研究现状 ...........67-68
3.3 测量原理及流程............ 68-70
3.4 几何模型：自由状态下的运动姿态........... 70-71
3.5 静力平衡模型：受力状态........... 71-76
3.6 实验装置 ...........76-80
3.7 实验结果及模型评估........... 80-85
3.8 结论 ...........85-87
第四章 内窥式工具在加工过程中的振动...........87-113
4.1 引言........... 87-88
4.2 研究现状........... 88-91
4.3 动力学模型与受迫振动分析 ...........91-95
4.4 基于再生振动理论和稳定性叶瓣图...........95-98
4.5 实时振动检测........... 98-101
4.6 实验装置........... 101-105
4.7 实验结果与分析........... 105-111
4.8 结论 ...........111-113
第五章 内窥式工具的材料去除能力研究........... 113-129
5.1 引言 ...........113-114
5.2 研究现状........... 114-117
5.3 基于加工比能耗的材料去除量........... 117-122
5.4 实验装置...........122-124
5.5 实验结果及模型评估........... 124-127
5.6 结论 ...........127-129
结论
由于大多数内部具有三维腔穴结构的金属工件，如涡轮引擎，都无法通过 X光或 CT 扫描检测其内部情况，因此当使用内窥式工具深入这些腔穴结构执行表面加工作业时，如何获取终端执行器的三维位置和工作角度以及它们之间的耦合关系是一个非常重要的问题。一个可能的办法是利用机器人理论测量每个转动关节的角度。但由于工作镜管的体积非常有限，因而无法同时容纳十多个角度传感器。由于内窥镜工作镜管的结构的水平和垂直自由度之间存在耦合关系[98]，因此要通过安装两个 LVDT 传感器和两只载荷传感器来预测其三维工作姿态是比较困难的。另一个方法是设计一种具有非耦合自由度的新的工作镜管结构，使得能够更加方便地预测其工作姿态。高速研磨技术对提高材料去除率和同时减小颤振都大有帮助。如果使用更小的研磨砂轮，并将研磨转速提高到 300K rpm 左右，那么内窥式工具的材料去除能力将相当可观。诚然，在如此高的转速下，动力传输钢缆的工作寿命将因为机械疲劳现象而大大缩短。针对这个问题，可以采用像牙医钻那样的气动系统来驱动研磨砂轮，或者使用紧凑型前置式直驱电机来取代现行的外置式电机加传动钢缆的组合，以将驱动电机和研磨砂轮直接安装在工作镜管的末端。
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机械工程论文范文篇九
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
随着全球论文范文能源日趋紧张，生态环境日益恶化，节能与环保问题已经引起各国政府的充分重视，一方面颁布严格的法规限制汽车排放污染，另一方面出台政策鼓励和资助新能源汽车的研发、推广和应用，关于新能源汽车的开发与应用问题也成为各国汽车工业积极探索的焦点。“新能源汽车”概念也随之成为业界关注重点，成了各国竞相研发的目标和追求。从环境及资源的角度来考虑，发展新能源汽车产业，实际上就是节能减排，是低碳经济发展模式中的重要组成，新能源汽车产业的发展无论是对汽车行业还是对国家的节能政策都是非常有利的。我国早在“八五”期间就将电动汽车列入重点研发攻关项目，“九五”将电动汽车列为重大科技产业工程，“十五”设立“863 计划”电动汽车重大科技专项，确立并坚持了“三纵三横”的研发布局[1]， “十一五”又设立“863 计划”节能与新能源汽车重大项目和电动汽车科技发展“十二五”专项规划继续资助新能源汽车的研发、应用和推广。在诸多新能源汽车中，纯电动汽车（Electric Vehicle, EV）由于其电池技术没有取得突破性进展，电动汽车具有续驶里程短、成本高等缺点，因而其发展受到限制。燃料电池汽车虽然发展十分迅速，但在成本和氢的制备与存储等方面仍存在需要解决的问题，无法在短期内替代传统动力。混合动力电动汽车（Hybrid Electric Vehicle, HEV）则能够适应当前的技术水平有效地减少了燃油消耗和尾气排放，获得了快速的发展和推广。
混合动力电动汽车较纯电动汽车和燃料电池电动汽车具有以下优点：
（1）电池的数量减少，因此混合动力电动汽车自身质量可减轻；
（2）内燃机动力的选用使行驶里程与动力性能可以达到内燃机汽车的水平；
（3）借助内燃机动力直接带动车内空调、真空助力器、动力转向等汽车电器附件，无需消耗电池组内有限的电能；
（4）动力电池可保持在良好的工作状态，不发生过充、过放，延长其使用寿命，降低成本。
但是传统混合动力汽车也存在节能减排效果有限，因此，插电式混合动力电动汽车（Plug-in Hybrid Electric Vehicle: PHEV）被国内外汽车制造业者普遍认为是目前最具有开发和推广前景的新型交通工具之一。PHEV 兼具传统混合动力汽车和纯电动汽车的基本功能特性，具有以下特点：
（1）具有纯电动汽车低噪音、零排放及高能量效率等全部优点，同时行驶里程不受电池容量的限制。
（2）将混合动力驱动系统和纯电动驱动系统相结合，一定距离内可采用纯电动模式，长距离行驶时时采用以内燃机为主的混合动力模式。
（3）可利用家庭电源或外部公用电网（主要是晚间低谷电力）对车载动力电池进行均衡充电，可消峰填谷缓解电网供电压力。
（4）通过纯电动行驶，可大大降低燃油消耗，对转变交通能源，减少和消除对石油的依赖具有重要作用。
插电式混合动力电动汽车将原动机、电动机、能量储存装置(蓄电池)组合在一起，它们之间的良好匹配和优化控制，可充分发挥内燃机汽车和电动汽车的优点，避免各自的不足，是当今最具实际开发意义的低排放和低油耗汽车，所以开展插电式混合动力电动汽车的研究具有非常重要的现实意义[2]。
1.2 插电式混合动力汽车发展现状
传统燃油汽车具备良好的行驶性能，并可利用高能量密度的化石燃料实现远距离的行驶，但同时又存在高能耗和高污染的不足。分析其原因，主要在于：发动机燃油效率特性与发动机的实际运行不相匹配，如图 1-1 所示；车辆制动时的能量消耗，尤其是城市工况下；停车-启动时效率低下[3]。另一方面，EV 有高能效和零污染的优点，但由于电池能量密度较低导致续驶里程有限。而 PHEV 正是基于前两者的优点，同时有能克服其缺点开发出来的。PHEV 拥有两个动力源——发动机和动力电池，通过动力驱动系统特有的结构和控制，可以提供多种运行模式。根据驱动系统的实际结构、载荷特性、运行工况等因素，通过整车控制系统选择合理的运行模式，从而优化车辆的性能、效率和排放，使发动机运行于最佳的效率区。
第二章 PHEV 动力驱动系统动力耦合装置设计分析
2.1 PHEV 动力驱动系统结构分析
如图 2-1 所示，由于车辆频繁的加速、减速、上坡、下坡，其功率输出在行驶过程中是不断变化的，可将其分为两部分组成：一是稳定的（平均的）功率输出，可认为是一定值；另一部分是平均值为零的动态功率输出[3]。HEV 控制策略的设计就是尽量达到由内燃机提供稳定功率，由电动机提供动态功率的目标，使发动机运行在最佳功率区，从而达到降低油耗和污染的目的。另外，在整个行驶循环中，提供动态功率的动力源的总能量输出是零，即电池的净能量消耗为零，循环前后的电池容量应该相等，所有的驱动能量均来自发动机。混合动力电动汽车的能量储存装置（电池）主要体现其能量缓冲的作用。
PHEV 是在 HEV 的基础增大能量储存装置的容量，增加车载充电机从外部电网获取电能，以替代燃油作为汽车动力，与 HEV 相比，具备较长的纯电动续驶里程（All-electric Range, AER），同时也可以工作在混合驱动模式下。对一个完整的驾驶循环而言，PHEV 的能量储存装置的能量是一个净消耗的过程，即荷电状态（State-of-charge,SOC）是下降的。在 AER 范围内行使可实现纯电动行驶，超出范围时又可运行在混合动力模式下，从多方面降低车辆的燃油消耗和污染排放，同时也需要较 HEV 更为复杂的控制策略[19]。
第三章 PHEV 动力系统选型及参数设计............ 40-53
3.1 动力驱动系统设计约束........... 40-41
3.2 纯电动续驶里程........... 41-43
3.2.1 纯电动续驶里程设计方法........... 41-42
3.2.2 纯电动续驶里程设计........... 42-43
3.3 电动机选型及参数设计...........43-47
3.3.1 驱动电机特性........... 43-44
3.3.2 电动机选型........... 44-45
3.3.3 电动机功率及转矩设计........... 45-47
3.4 发动机功率设计 ...........47-49
3.5 能量储存装置参数设计........... 49-52
3.6 本章小结........... 52-53
第四章 PHEV 动力驱动系统控制策略........... 53-65
4.1 PHEV 驱动控制策略 ...........53-57
4.1.1 控制方法概述........... 53-54
4.1.2 基于 AER 的控制策略........... 54-55
4.1.3 混合驱动控制策略 ...........55-57
4.2 PHEV 发动机转速控制策略........... 57-60
4.2.1 发动机转速控制方法........... 57-59
4.2.2 发动机转速控制策略........... 59-60
4.3 PHEV 动力驱动控制策略 ...........60-64
4.4 本章小结........... 64-65
第五章 PHEV 整车建模及性能仿真分析 ...........65-82
5.1 仿真软件及模型的组成 ...........65-66
5.2 整车模型的建立 ...........66-68
5.3 控制策略模型的建立 ...........68-74
5.4 整车性能仿真结果与分析........... 74-81
5.5 本章小结........... 81-82
结论
本文基于 2011 年广东省新能源汽车产业项目：插电式混合动力汽车研发及产业化项目，进行插电式混合动力汽车动力耦合系统的创新设计和应用研究。通过对插电式混合动力系统与传统混合动力系统的比较分析，得到了传统混合动力汽车动力电池主要体现能量缓冲的作用，发动机提供全部能量；而插电式混合动力汽车动力电池有净消耗能量，发动机和动力电池共同提供能量。基于机械动力耦合系统的转矩耦合和转速耦合两种动力耦合方式的结构和运动特性的对比分析，最终确定了动力耦合系统为转速转矩耦合交替使用的动力耦合方式；通过对行星齿轮机构的结构和运动特性的分析，为降低主要驱动源电机的转矩容量，动力驱动系统确定为电机与行星齿轮机构相连、发动机与齿圈相连、行星架输出的单电机结构方案，还包括一对转矩耦合齿轮、两个制动器和三个离合器；并根据行星齿轮机构的转速特性计算得到了系统的结构参数。最后，对全新设计的动力耦合系统能实现的各种驱动模式进行了阐述和分析。通过设计插电式混合动力汽车动力系统，应用设计得到的插电式混合动力耦合系统，并确定了设计车型 PHEV 的设计约束。动力系统主要部件包括电机（同时用作驱动和发电）、发动机和动力电池等，对部件选型的同时详细地设计和匹配了动力系统参数，包括纯电动续驶里程、电机功率和转矩、发动机功率以及电池的容量、放电深度和功率，并引入动力电池功率/能量比（RP/E）对动力系统参数的设计进行分析。
对设计车型的控制策略进行了广泛的分析和研究，通过对插电式混合动力汽车常见的控制策略进行了分析，为充分实现电驱动为主要驱动源的设计思路，确定设计车型的控制策略为基于 AER 的控制策略。通过对发动机的转速控制进行了详细的分析，并建立了发动机转速控制策略。并基于发动机转速控制、车速以及动力电池 SOC 建立的整车牵引功率（转矩）控制策略和再生制动控制策略，搭建了整车驱动控制策略。最后，对耦合装置对应的控制需求进行了描述。在前文设计的基础上，本文以 AVL CRUISE 仿真软件和 MATLAB/Simulink 为平台搭建整车模型和控制策略模型，进行仿真分析。在 Cruise 软件中建立整车物理模型，而在 MATLAB/Simulink 平台上搭建整车控制策略，利用两者进行联合仿真，并得到了整车循环工况、加速性能和爬坡能力等仿真结果。其中，动力性能仿真结构基本满足设计要求，验证了动力系统结构和参数设计的合理；而燃油经济性与传统汽车相比有明显提高，但是与参考车型 Prius 以及 Prius Plug-in 相比，还存在一定差距。
参考文献
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机械工程论文范文篇十
第一章绪论
1.1选题背景
近年来，随着经济的持续快速发展，我国各大城市的汽车拥有量成倍增长，据统计2000年时我国汽车保有量仅为1608.91万辆，而2009年底就急增至6280.6万辆。其中，私人汽车拥有量的迅猛增长是我国汽车拥有量增长的主要原因⑴。伴随着城市化进程的加速，日益增多的汽车带来了城市停车场不足以及由此引发的一系列问题，已经成为困扰我们的一个社会问题，迫使我们在城市中紧凑的区域内对停车空间、停车方式进行新的探索和研究。幵发利用地下空间建设地下车库，是解决城市停车难的有效途径。国内外城市建设的经验也表明，大量建设地下车库能够有效的解决城市停车难的问题[2]。目前我国地下车库的发展非常迅速，且地下车库面积不断扩大，结构也曰趋复杂，但由于很多城市在初期建设过程中未充分考虑停车位、停车库的建设，目前我国停车库的数量还远远无法满足大中型城市的停车位需求。随着地下车库的发展，地下机械式（仓储式）立体车库在我国出现并得到一定发展[3]，但现行的相关消防设计规范中提供的可参考的设计依据较少或者比较笼统不能完全满足现有的大型地下车库消防设计的要求。
1.1.1我国地下机械式汽车库的建设现状
停车需求的增加催生出更多新型的配套停车设备设施。随着国家的重视，技术引进与自主研发、制造能力及产品质量的提高，停车设备得到快速发展。1988年，我国建成了采用机械停车设备的地下车库，该车库成为第一个应用到二层升降横移技术车库；两年后，第一座采用竖直循环技术的机械车库也建成。这两个机械车库的建成，促进了我国机械式停车设备行业的快速发展，并为解决城市停车难的问题幵辟了新的途径[7]。目前，我国机械停车库数量每年以30%?40%的速度增长，在数量上仅次于日本，截止2007年底，机械停车库已在我国112个城市存在，主要分布于北京、上海、广州和太原等城市，其停车泊位总量达到40万个[8]。中铁險道勘测设计院有限公司的严东等发明了一种利用城市轨道交通工程施工井设计地下机械式汽车库的方法将城市轨道交通工程施工井空间设计为若干个仅能存放汽车的空间，同时配置机械停车设备，并布置地下机械式汽车库消防、通风、监控、电力等设备配套，整个施工井空间则设计为可以大量停车的地下机械式汽车库，形成新的停车空间。地下机械式汽车库的内部结构如图1-1所示。
1.1.2地下车库火灾典型案例
随着车库向地下发展，车库的火灾风险明显增加，造成的火灾损失也更为严重，近年来国外发生的一些典型案例充分说明了这一点，国外地下车库火灾部分统计情况如表1-1所示。表1-2给出了我国近几年来的部分地下车库火灾统计情况，图1-1给出了几起地下车库火灾案例现场情况。地下机械式汽车库由机械化模块设计构成，其存、取停放车辆的整个操作过程全部由机械设施操作，故降低了人员在汽车库中活动的几率，但在土地需求曰益紧张的今天，地下车库上方一般都建有大型商场、酒店、居民住宅小区等高人流量场所，地下机械式汽车库火灾发生后，火灾产生烟气通过排烟风机、车库车辆出入口等部位迅速排出到地面空间，众多火灾案例表明火灾中大部分人员的死亡都是因为烟气的窒息作用而造成，故地下机械式汽车库火灾的发生会对车库上方建筑内的人员生命产生很大的威胁。另外在平常情况下，车库工作人员和维修人员会时常进入车库内部进行操作维修等工作，故地下机械式汽车库火灾会对工作人员的安全造成一定威胁。在经济方面，地下机械式汽车库中存放大量车辆，其总经济价值少则几百万，多则几千万，地下机械式汽车库火灾会造成大量车辆损坏，从而造成巨大的经济损失。
第二章地下机械式汽车库火灾模型试验方案
开展火灾研究工作的方法包括理论分析、试验研究和数值模拟，试验研究又包括全尺寸实体试验、全尺寸模型试验和缩尺寸模型试验。其中，幵展全尺寸实体试验或全尺寸模型试验被认为是最为可靠的研究手段。然而，对于一般的建筑采用全尺寸的实体模型进行火灾实验，存在一定困难，不经济。因而采用小比例的相似模型研究火灾的发展和烟气流动规律是一种必要、科学、经济而又切实可行的手段。
2.1缩尺寸试验模型设计
开展缩尺寸的模型试验时，为了获得可靠的试验结果，首先应根据模型试验的目的合理选取相似模型，从而确定试验模型与原型之间的相似比，方可进行试验模型的设计。
2.1.1相似模型的确定
用于火灾缩尺寸模型试验研究中的相似模型主要有三类[43]:经典的弗劳德模型（Froude Modeling)、由 Alpert[—建立的压力模型（Pressure Modeling)以及由 Stechler、Baum 和 Quintiere[4)]等提出的类比模型（Analogy Modeling)，三类模型的适用范围如图2-1所示。对于热驱动的流动问题，特别是火灾的流动问题相似模拟中，Froude模拟是所有的近似相似模型中一种较为有效的相似模拟方法，Heskestad[46]、Croce[47]、Quintiere、McCaffrey 和 Kashiwagi[48]以及 Emori 和Saito_等知名专家学者都成功地将该模型应用于火灾研究中。
第三章 地下机械式汽车库火灾温度场........... 30-51
3.1 火源功率对地下车库火灾温度场分布的..........30-42
3.2 通风排烟系统对地下车库火灾温度场.......... 42-48
3.3 着火汽车对其周围停车单元温度分布.......... 48-49
3.3.1 着火汽车相邻停车单元温度.......... 48
3.3.2 着火汽车相对停车单元温度.......... 48-49
3.3.3 着火汽车上方停车单元温度 ..........49
3.4 本章小结..........49-51
第四章 地下机械式汽车库火灾蔓延机理研究.......... 51-66
4.1 概述 ..........51-52
4.2 火灾在停车单元间蔓延的动力学贝..........52-58
4.3 火灾在停车单元间蔓延的机理分析..........58-63
4.4 预防火灾在地下机械式汽车库内蔓延.......... 63-64
4.5 本章小结.......... 64-66
第五章 结论与展望.......... 66-68
5.1 结论.......... 66-67
5.2 存在问题及展望.......... 67-68
结论
本文以广州市某地下机械式汽车库为工程背景，通过缩尺寸火灾模型试验，研究了火灾下地下机械式汽车库温度场分布规律，并进一步对火灾在地下机械式汽车库内停车单元间的蔓延机理进行研究。为预防地下机械式汽车库火灾及相关防火设计规范的制订提供科学依据和技术参考。本文主要取得的研究成果如下：
(1)建立了地下机械式汽车库火灾模型试验系统以广州市某地下机械式汽车库为工程背景，基于Froude相似原理，搭建了地下机械式汽车库1: 5缩尺寸试验模型，设计了通风排烟系统及火源方案，并建立了一套完整的温度采集系统。
(2)获得了火灾下地下机械式汽车库温度场分布规律综合考虑不同火源位置、不同着火车型情况，以及火源功率和通风排烟系统等因素的影响，开展了 8组模型试验，通过对试验数据的分析研究，获得了不同火灾场景下地下机械式汽车库内温度场分布规律；分析探讨了火源功率及通风排烟系统的有效和无效情况下对车库内温度场分布的影响；获得了某一停车单元着火后对相邻、相对及上层停车单元的温度影响。
(3)建立了火灾在停车单元间蔓延的动力学贝叶斯网络概率模型通过分析火灾在地下机械式汽车库内停车单元间蔓延的原因、途径及其蔓延机理，将火灾动力学基本原理与贝叶斯网络结合在一起，建立了地下机械式汽车库火灾在停车单元间蔓延的火灾动力学贝叶斯网络概率模型。
(4)获得了地下机械式汽车库火灾在停车单元间的蔓延的规律通过本文建立的地下机械式汽车库火灾在停车单元间蔓延的火灾动力学贝叶斯网络概率模型的分析结果，以及火灾模型试验的分析结果，获得了地下机械式汽车库火灾在停车单元间的蔓延的规律。分析结果表明，在最不利火灾工况下，火灾极易蔓延至上层停车单元，若不采取合理防御措施，将形成“火烧连营”或汽车连环爆炸的局面，需重点防范此类灾害的发生。
(5)提出了预防地下机械式汽车库火灾在停车单元间蔓延的合理措施建议为预防地下机械式汽车库火灾蔓延，结合本文的相关研究成果，在尽量不改变地下机械式汽车库整体构造的前提下，从防火分隔、设施配置、消防管理等方面，提出预防地下机械式汽车库火灾在停车单元间蔓延的合理有效的措施及建议，为地下机械式汽车库的防火设计提供参考。
参考文献
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