机械设计与制造论文范文一：基于减速伞的炮弹引信软回收技术
1 绪论
1.1 本文的研究目的和意义
社会的不断进步和科学技术的迅猛发展，我们经常能够接触“回收”这一词。在生活中，垃圾的分类处理，回收有用的垃圾为再生产提供原料，其目的是降低生产成本，提高经济效益；在科学技术上，火箭回收技术[1]是指火箭发射后回收，并且重复使用的技术，能够极大地降低火箭的发射成本；本文中炮弹引信软回收技术主要是研究炮弹发射后如何更加有效的回收，提供一种低成本炮弹试验的方法。为了考核引信性能是否能够满足战斗技术的指标要求，引信在生产、研制以及长时间的存储过程中，都需要进行特定的测试试验。一般情况，测试引信的试验根据不同的测试场地条件分为外场试验和实验室试验[2]。通过对于两种引信试验方法的认识了解，可知这两种方法都存在一定的局限性。实验室试验可以降低试验的成本，可以模拟单一因素对于引信性能的影响，也便于控制和观察，但是检验炮弹引信的性能还是需要最终在实战的复杂环境中进行，这个问题是实验室试验的局限性；相比较而言，外场试验的环境更加接近实战的复杂环境，可以衡量引信在综合环境中的性能，但是炮弹的场外试验成本高，回收难度大，这是场外试验的局限性。基于以上引信试验方法存在的局限性，本文提出采用试验弹代替真实炮弹的方法，应用真实的发射环境发射试验弹；为了克服回收困难的问题，本文利用减速伞使得试验弹减速，其目的是缩短试验弹的行程，避免试验弹由于碰撞而影响测试装置。
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1.2 国内外研究现状
为了获取引信在发射过程中的参数变化，通常需要对引信进行回收，主要的方法有三种：硬回收、遥测和存储。硬回收：在发射条件下，炮弹射击土堆或者沙箱，然后将发射后的炮弹和引信一起回收；硬回收的优点是回收原理和操作简单，缺点是回收难度大，并且发射后炮弹发生碰撞会对引信的结构和参数产生影响。遥测：遥测是多门复杂技术的综合应用，包括数据处理、通信和传感；近距离测量，然后将数据传送至远距离的技术，因此，炮弹在发射过程中可以利用遥测的手段将引信变化的信息数据实时的传输回来。遥测技术的优点是可以实现实时的数据信息传输，缺点是复杂、成本高。存储：在发射过程中，将引信的参数变化数据存储在存储设备里，将炮弹和引信一起回收。类似于硬回收的特点，操作简单，回收难度大。
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2 试验弹软回收的总体方案设计
2.1试验弹软回收的工作原理
试验弹软回收总体方案设计的主要思路如下：首先将试验弹设计为扣合式的机械结构，以实现减速伞的抛伞；其次选取试验弹的扣合位置时，考虑利用弹带对火药气体的密闭作用[6-7]，以降低对试验弹扣合式机械结构的密封难度要求；通过电子电路信号、拔销器以及弹簧控制试验弹扣合式机械结构的联接与分离状态；为了避免试验弹扣合式机械结构之间的转矩施加在拔销器的销子上，试验弹扣合式机械结构之间通过花键连接；为了避免在发射过程中高温高压的火药气体对试验弹舱内的电子电路、减速伞等等的影响，实验弹扣合式机械结构之间采用密封器件密封。试验弹软回收的工作原理如图 2.2 所示，试验弹发射后，拔销器在某时刻接收到拔销电信号，产生拔销动作，中间弹体和弹尾弹体在弹簧的作用下实现分离，减速伞从试验弹内部被抛出。
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2.3 本文的设计重点
实现试验弹的软回收是一个复杂的系统，完成全部的设计工作量很大，因此，本文的设计重点是试验弹的结构和减速伞。试验弹的结构：试验弹扣合式机械结构之间的花键设计及其强度校核；试验弹扣合式机械结构的密封设计；试验弹扣合式机械结构之间的弹簧选取；拔销孔的机械结构设计及其销子的强度校核；扣合式机械结构的设计；利用 ADAMS 软件对试验弹的扣合式机械结构进行仿真试验。减速伞的研究内容：减速伞的设计；利用 ANSYS/LS-DYNA 软件对减速伞的作用过程进行仿真分析。
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3 试验弹结构的设计及其仿真
3.1 试验弹扣合式机构设计....9
3.1.1 试验弹的受力分析...........9
3.1.2 扣合式机械结构的联接设计.............14
3.2 试验弹密封设计....17
3.2.1 弹头连接密封设计.........17
3.2.2 弹底联接密封设计.........18
3.3 释放弹簧设计........25
3.4 拔销孔的结构与销的设计........32
3.5 试验弹机械结构的运动仿真....37
3.6 本章小结......44
4 减速伞的设计
4.1 背景介绍......45
4.2 减速伞的气动力特性和工作特性......45
4.3 减速伞几何模型设计......52
4.4 本章小结......55
5 减速伞作用过程分析
5.1 仿真内容......56
5.2 仿真流程......56
5.3 折叠方式仿真........59
5.4 减速伞运动仿真....60
5 减速伞作用过程分析
5.1 仿真内容
本章的仿真内容主要包括两部分：对减速伞不同折叠方式的仿真研究；对有、无减速伞的试验弹的运动过程，利用软件模拟的方法仿真分析。本文利用 ANSYS/LS-DYNA 软件对上述两部分的内容进行仿真。ANSYS 是由美国ANSYS 公司开发的有限元分析（FEA）软件，可以进行流体、结构、电场、声场、磁场分析的大型有限元分析软件，与其它计算机辅助设计（CAD）软件可以通过接口实现数据共享，广泛应用于工业、铁道、石油化工、机械制造、航空航天、能源、汽车交通等各个领用。LS-DYNA 是分析几何非线性、材料非线性和接触非线性的程序，以非线性动力学分析为主，提供大量单元、接触公式、材料模型和其它控制功能，可以实现仿真复杂模型的各种细节。有限元分析（FEA）的基本思想是结构离散，用有限个简单的单元来描述复杂的对象，单元之间通过有限个节点连接，根据变形协调条件综合求解；有限个单元的模型可以近似的反应实际模型的响应，因此这种分析方法广泛的使用于工程分析中。[21]建模过程中对实际的模型做简化处理，简化的结果依赖于模拟的对象和采用的方式，图 5.1 中（a）所示的梯子实物模型可以近似的简化为图 5.1 中（b）所示梯子简化模型[21]，通过梯子的简化模型进行梯子有限元模型的建立。
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总结
本文主要针对试验弹软回收的设计研究工作，根据试验弹的工作情况，使用气动力减速器的方案，利用减速伞实现对发射后的试验弹回收的目标。具体的工作总结如下：
（1）提出了一种试验弹结构方案，将试验弹设计为扣合式机械结构；这种机械机构的设计方案理论上可以实现减速伞的存储、释放的功能。对试验弹的扣合式机械结构进行了理论的设计；借助 ADAMS 软件对设计的机械结构进行了旋转仿真和拔销仿真，仿真结果分析表明设计方案的可行性。
（2）对减速伞的结构进行了设计，利用 ANSYS/LS-DYNA 软件对试验弹无伞和有伞条件下的运动过程就行了仿真分析。结果表明，试验弹产生同一个数量级的速度变化，在平面圆心伞的作用下，需要的减速时间明显缩短，即速度的变化趋势更加显著，可以达到减速回收的目的。
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参考文献（略）
机械设计与制造论文范文二:真三轴煤矿石耦合测试系统技术研究与应用
第 1 章 绪论
1.1 研究的背景及意义
煤炭在我国的一次性能源结构中长期处于非常重要的地位。自从新中国成立以来，煤炭在我国的一次能源消费构成中能够占到 70%以上[1]。位于我国的煤矿条件复杂，并且含有瓦斯的煤矿比较常见，因此煤矿事故灾害比较严重，这不但造成了大量人员的伤亡也带来了巨大的经济损失，这些都制约中国煤矿的安全高效生产。由于国家快速发展因此对能源的需求量一直来说比较大，特别是在近些年来随着我们不断加强对煤矿的采掘，这导致位于浅层的煤炭资源被大量采掘。据统计表明我国煤矿每年的开采得深度能增加十多米，增加开采深度导致相应的应力、瓦斯气体压力和温度也越来越高，所面临的煤炭开采威胁逐步加重，这些都增加了我国煤矿治理的难度[2]。处于岩层深处的煤矿石仅由于重力所引起的垂直方向的应力就能够大于 20MPa，而由于工程开挖所导致的应力集中大小会远大于 40 MPa。同时，根据目前的有关地应力资料表明，位于深部的岩体形成的时间很久远，有很早时期产生构造运动的痕迹，这其中不但有构造应力场也会有残余构造应力场，这二者会叠合累积为高应力。根据有关的资料测定南非在 3 500～5 000 m 深度范围之内的地应力，其测定的地应力值可达 95～135 MPa，由此可见位于岩体深层所受的应力值很大。随着采掘深度加深，岩层温度越来越高，会达到摄氏几十度的高温，地温会使岩体热胀冷缩破碎，温度的升高也会使应力发生相应的变化。俄罗斯千米平均地温为 30℃～40℃，个别会达到 52℃。因此当随着煤矿开采深度的增加，相应的应力和温度都会相应随着增大，瓦斯气体的含量也会迅速的增加，这些都将会造成一系列的瓦斯灾害等事故[3]。
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1.2 真三轴试验装置
世界上第一台真三轴试验设备是由 W.Kjellman 在 1936 年设计完成，立方体试件被夹在六块刚性板之间，采用三向刚性板加载，主要用于沙土试验[9]。在六十年代后期到七十年代初，日本东京大学的茂木清夫教授研制了世界上的第一台真三轴岩石试验机，在3? 方向采用柔性加载方式，在另外的两个方向都采用刚性加载。茂木清夫在经过多年研究后证明了中等主应力效应的存在[10-11]。1989 年中国科学院武汉岩土力学所的许东俊等人研制了 RT3 型岩石高压真三轴仪，采用可动性框架结构，可以实现独立的控制和改变三个主应力[12]。长江水利委员会长江科学院李维树等研制了 LWZ-10000 型岩石真三轴试验系统，该系统的特点是测试中尺寸试样，三个方向采用伺服加卸载系统，并且可以独立控制，能够准确获得加、卸载全过程数据，并可同步进行超声波和声发射跟踪测试[13]。重庆大学尹光志等研制了真三轴流固耦合试验系统，采用三向刚性或两向刚性一向柔性加载方式，采用新的加卸载控制方式，能够实现相向运动方向力和位移的同步加载。系统通过油缸活塞杆内固定的六个荷重传感器测量各个力的大小，六个油缸活塞内共设置六个油缸位移传感器，通过六个位移传感器能够精确的测量试件的总变形量。该真三轴试验系统可以做水压致裂试验，试验系统也安装有声发射监测系统，用来研究煤岩压剪破裂过程中声发射信号传播规律和衰减的特征[14]。
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第 2 章 真三轴试验装置工作原理
2.1 真三轴试验装置
真三轴试验装置能对立方体试件同时进行三向加载，真三轴试验机与常规三轴试验机的主要差别是侧向压力的施加，真三轴试验装置可在两个侧向施加不相等应力即 ，而常规三轴试验装置通常只能在轴对称条件下加荷 ，相比而言真三轴试验装置的结构和控制更加复杂，本装置主要用来测试煤矿石试件，如下为本文研究的技术路线。
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2.2 本装置需要满足以下技术要求
1、试验装置测试试件为脆性材料，并且试件刚度比较大，为得到完整的应力应变曲线装置整体要有较大的刚度，通过采用合理结构提高试验机的刚度。试验装置最高压缩力值大，除了满足刚度要求也需要满足强度要求。
2、三个方向上的任意一个方向都要实现力和位移的同步加载，并且要实现较高的同步精度和较好的加载稳定性。3、设计合理的压缩方式，尽量减轻空白角效应和端面摩擦效应，真实模拟试件六个表面应力均匀分布的条件。
4、实现对试件试验过程测试数据的实时准确获取，所需获取的有力、位移、温度、气体压力、声发射信号等数据信息。
5、在功能上既可进行真三轴岩石力学试验也可以进行煤与瓦斯突出试验。
6、尽量实现测试过程的自动化，实现友好的人机交互，并且在试验结束能够得到整个试验过程的详细报告。
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第 3 章 装置的结构研究和设计.......21
3.1 装置刚度研究............21
3.2 箱体结构设计以及对其进行有限元分析............ 23
3.3 执行液压缸结构设计.........26
3.4 静压微摩擦压头........29
3.5 装置最终结构图........33
3.6 本章小结...........34
第 4 章 同步系统和声发射测试技术研究.........35
4.1 同步系统的研究........35
4.2 声发射测试技术研究.........42
4.3 本章小结...........46
第 5 章 测量结果的不确定度分析..........47
5.1 测量不确定度............47
5.2 压缩量不确定度........49
5.3 压缩力不确定度........53
5.4 本章小结...........56
第 5 章 压缩量和压缩力的不确定度分析
5.1 测量不确定度
在真三轴试验机设计完成以后，为评定测试结果的好坏，在此引入不确定度这一概念。不确定度是对测量结果可能误差的一种度量。不确定度较小，则表明测试结果的质量越高。在测试当中，考虑到经济等因素要使不确定度要控制在一个合理范围之内。测量不确定度和测量误差都可以用来评价测试结果质量的好坏，测量误差是一个确定的值，是测试值与真值之差，真值是确定的，但是在严格意义上讲是无法求得的，因此测量误差的值也无法确切求得。测量不确定度是指由于误差的存在使测量不能确定的程度，表明被测值的分散特性，是一个区间[53]。在误差评定中，通常根据误差的来源分为随机误差和系统误差两类，但是长期以来没有统一随机误差和系统误差的合成方法[54]。测量不确定度能够对测量结果统一评价，能评价测量结果质量的好坏，因此目前国际上普遍用测量不确定度来表示测量结果的质量[55]。
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结论
本课题是研发一套真三轴煤矿石耦合试验装置，该装置目的是用来模拟煤矿石在三向不等高压力、高瓦斯压力、高温条件下对煤炭试样的测试，用来研究煤矿动力灾害机理，也可以进行煤与瓦斯的突出测试。本论文研究的主要内容包括：
1、装置的原理设计根据设计要求，需要设计一套液压系统，使其在原理上能够实现在三个方向实现同步稳定加载。根据功能参数要求使执行液压缸加载力能够达到 4MN，对
液压系统参数进行计算，选用各液压元件。为了模拟煤矿石所处的实际情况，需要提供试验所需的温度和气压力，设计加热系统和气压系统。
2、整机的具体结构设计设计一个满足测试要求的真三轴试验机，由于普通的试验机测试脆性材料会有失真问题，因此测试煤矿石试件必须设计大刚度试验装置。对箱体等主要部件进行有限元分析，结果符合强度和刚度要求。利用静压卸荷技术设计压缩方式，该结构设计能够有效的减轻空白角效应。
3、增压同步系统和声发射测试系统的研究增压同步系统主要从增压比、同步精度和稳定性进行研究。根据增压比选定具体的结构尺寸，采用比例电磁阀和溢流节流阀并联提高系统加载的稳定性，分析影响同步精度的各影响因素。本装置应用声发射系统，利用声发射定位原理定位试件中声发射源的空间位置。
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参考文献（略）
机械设计与制造论文范文三：全极化微波辐射计定标源装置伺服系统设计与研究
第一章 绪论
1.1 论文的选题背景及研究意义
本课题来源于中科院空间中心委托吉林大学研制的“全极化微波辐射计定标源装置”的项目。全极化微波辐射计定标源装置系统是用来为海上定标场建设项目中 7 个辐射计频段，其中有 3 个全极化频段，其余的 4 个频段为双极化辐射计频段进行定标。此次研制的全极化定标源系统是用来为海上定标场建设项目中10.7GHz、18.7GHz 与 37GHz 三种频段的全极化辐射计进行全极化定标。要求全极化定标源系统在海洋环境下，自动化连续无故障工作三年以上，为全极化辐射计提供精确可靠的全极化辐射测量基准。陆地面积只占地球表面积的百分之二十九，海洋面积广大，对调节全球气候有重要作用。海洋风场是海洋与大气环境互相作用的重要参数，海面辐射亮温随海面与风向夹角的改变而周期变化[1-3]。 为了深入研究大面积海洋现象、发展海运事业、开发海洋资源、治理海洋污染及降低海洋水温气象预报的误差率等问题，应加大对海洋风场的监测研究。对于海洋风场的监控研究也具有较大的战略意义，包括军事航行过程中船只的补给、武器的高效使用、军事船只的航线选择等重要问题。海洋风场还会影响全球气候、大洋洋流变化、渔场的分布、海洋表面及内部温度等[4-5]。 全极化微波辐射计常用于海面风场信息的观测[6]，通过从两个方向取得的海面散射系数，分析研究得到海面的风速及风向信息。海面的微波发射和散射特性主要受到海水介电常数及海面的粗糙度影响。海洋风场是研究海洋环境的重要基础[7-8]。
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1.2 概况及国内外研究现状
微波辐射计定标源装置在发展的过程中，根据定标方式的区分，主要分为外定标式、内定标式及内外结合式定标装置。 外定标的定标方式主要分为被动式外定标及主动式外定标，被动式极化定标源外定标方式其定标标准有两个：一是 HUT 的全极化定标标准（FPCS）[13]，二
是 NOAA/ETL 的全极化定标标准[14]。两个定标标准都是通过高低温黑体产生非极化信号，再利用极化分离网格将非极化信号分离生成相关极化信号，随后通过相位延迟反射板使部分线极化信号转变为圆极化信号，最终产生出四个 Stokes参数，实现全极化微波辐射计的完全定标[12][15][16]。被动式的定标过程需要注意黑体需要体积较大且两黑体温度差较大，两黑体的物理温度已知并且足够稳定。主动式的极化定标源外定标方法是采用微波发射机产生电磁信号作为定标信号，其可以通过微波发射机的可变衰减器及移相器的调节实现四个不同的 Stokes 参数输出。主动定标由于有信号发射机的部分，使辐射计体积、质量及功耗过大，成本过高。内定标方式主要依靠的是双通道的任意波形发生器，可以产生两个具有相关性正交信号，在相关增益测量方面具有更高的重复性和准确性。内外结合定标方式主要使用的是外部参考标准及内部噪声来定标的双通道微波辐射计[12]。其是在切换接收机的输入信号使其在噪声二极管的开关状态下周期性变化。刘璟怡[8]依据被动式极化定标源外定标构想出星上全极化定标，但这种构想还有部分问题有待解决，如定标天线与定标源间配准极化基准问题，冷空信号分布不均等问题。
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第二章 全极化微波辐射计定标源装置的机械结构
2.1 定标源工作原理及定标过程的介绍
两点定标思想常被辐射计定标所采用，其主要使用“两点确定一条直线”的原则，使辐射计分别接收两个亮温精确已知的冷热定标源的输入信号，然后确定接收机的增益和偏移量[9]，如图 2.1 所示。两点定标思想常被辐射计定标所采用，其主要使用“两点确定一条直线”的原则，使辐射计分别接收两个亮温精确已知的冷热定标源的输入信号，然后确定接收机的增益和偏移量[9]，如图 2.1 所示。
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2.2 旋转部分
全极化微波辐射计定标源装置的旋转部分机械结构如图 2.3 所示，主要是由特定的推力轴承、小齿轮、极化线栅、上下夹板、其他连接件、电机及角编码器组成。推力轴承为滚珠式，如图 2.4 所示，包括轴齿圈、座圈和钢球，轴齿圈为双滚道结构；在定标装置中，极化线栅安装在轴齿圈上，通过外接的电机和减速器驱动轴齿圈上的轮齿转动，从而使运动传递给极化线栅，使极化线栅按照相应模式进行转动。轴承成品采用 40Cr 材料，硬化层深度大，增大了轴承的使用寿命。小齿轮为电机轴上用于传动的部件，由于小齿轮便于更换，故其使用强度较轴承小的 45 钢材料，减小轴承磨损。极化线栅通过销定位，主要将定标热源和定标冷源产生的非极化亮温信号进行极化分离，生成水平极化和垂直极化的高、低亮温信号；由定标热源和定标冷源产生的无极化信号经过极化分离器后产生前 3 个stokes 参数vT 、hT 、3T ，上下夹板主要作为密封罩来密封旋转部分部件，确保旋转部分工作过程不会受到环境杂质影响。
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第三章 全极化微波辐射计定标源装置伺服系统硬件设计 ....17
3.1 电控单元回路的设计与实现 .......17
3.2 人机界面及主控单元的设计 .......31
3.3 电控柜的设计............37
3.4 本章小结 ..........42
第四章 全极化微波辐射计定标源装置伺服系统软件设计 ....43
4.1 各个部分的控制要求 .........43
4.2 PLC 的 I/O 端口与通道分配及设置 ....44
4.3 PLC 应用指令及参数计算...........47
4.4 控制程序的编写 ........50
4.5 仿真.........58
第五章 全极化微波辐射计定标源装置的调试与试验
5.1 温度传输部分的标定与试验
全极化微波辐射计定标源装置为了保证温度控制部分能够按照所提出的要求工作，此部分需要进行两部分的校核，分别是传感器部分的校核和传感器与PLC 共同的校核。全极化微波辐射计定标源装置，在温度控制部分需要温度传感器采集温度信息。本文中采用 PT100 测温电阻，其采用的是不锈钢管封装内部铂电阻元件，引出导线达到保护铂电阻元件的目的，选用的测温电阻能够在要求的海洋环境下的温度范围内正常工作。 由于需要保证温度监测的精确性，因此需要对测温电阻进行校核。此次校核主要使用电热炉、PLC 及万用表等设备完成，首先将测温电阻固定在绝热的木板上，分别进行标号，如图 5.1 所示。将加热炉设置为 33°C、38°C、43°C、48°C、53°C，放入固定好的 PT100 测温电阻。如图 5.2，等温度稳定后用万用表测量拨至电阻档测量测温电阻的阻值，并作好记录与标准值对比，如图 5.3所示。部分记录数据如表 5.1 所示。
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结论
本文通过对 PT100 测温电阻传感器进行调试校核，选择温度一致性较好的测温电阻，使用 PLC 端口的温度值修正方式进行温度值修正，使温度精度满足要求。随后对电机进行调试，在不同工作模式下进行电机旋转精度测试，测试结果符合要求。最后进行整机的运行调试，并用 EXCEL 进行记录，对结果进行分析发现满足样机要求。 本文对全极化微波辐射计定标源装置的部分结构及控制部分进行设计，通过运行过程的检测及运行结果的分析，证明本装置样机满足设计要求。由于装置还处在样机阶段，时间有限，有以下问题需要进一步解决。 1）本装置的旋转控制部分使用的是软件零点，使用软件进行角度圈数位置的记录，硬件部分未进行绝对零点的设计，下一步还需要增加硬件零点，提高装置的可靠性。 2）本装置的温控部分需要冷热源精密控制，未来需要增加制冷部分，以此来增加冷热源的温差，使实验效果更佳显著。 3）本装置还需要对电控柜规格及器件部分进行优化。
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参考文献（略）