機械設計方面畢業論文例文參考
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篇1
淺析大型機械駕駛室減振設計
摘要：本文概述了工程機械減振技術的發展概況，並以大型機械的駕駛室減振設計為背景，探討了發動機懸置設計的基本原則，並對發動機減振的佈置的力學特性進行分析，最後提出了以駕駛室模態試驗為基礎來檢驗現有型別的駕駛室的結構弱點檢驗和構件加強的方法。
關鍵詞：機械 駕駛室 減振設計
1、概述
工程機械在水利工程、道路施工、礦山等場合得到大量的使用，其效能的可靠性直接影響到工程建設的正常開展。這類機械的設計時通常採用靜態設計，設計理念上更多的是考慮機械的強度、耐久性等和機械的工作性質直接相關因素。但從實際使用情況來看，國產的大型工程機械普遍存在著施工過程中振動過大的問題，這將間接影響裝置的抗疲勞特性和操作人員的舒適性和操作的穩定性。
由於工程機械的工作環境惡劣，車體結構的振動問題更加明顯，直接影響到駕駛員的舒適性和駕駛的安全性。因此對於大型工程機械而言，控制車體振動尤其是駕駛室的振動，尋求有效的減震設計方法，對於提高駕駛員的舒適度和車體駕駛室構件的疲勞壽命都是有重要意義的。大型工程機械的振動控制問題是個非常複雜的問題，本文將這一問題縮小到駕駛室的減振設計上，主要通過發動機懸置位置的優化設計，以及基於模態分析和被動隔振理論來降低駕駛室的振動效應。
早期的汽車發動機減振方法是利用硫化橡膠，但硫化橡膠在耐油和耐高溫方面表現不夠理想。20世紀40年代設計出了液壓懸置裝置來降低發動機的振幅，並取得了較好的使用效果。但液壓懸置減振裝置在高頻激勵下會出現動態硬化的問題，已經逐漸不適應汽車發動機減振的要求。
上述幾類減振方式都屬於被動減振技術，在此基礎上，隨著發動機減振技術的進步，半主動減振技術開始應用到發動機減振中，這類減振技術的代表作是半主動控制式液壓懸置裝置，這類減振技術的應用最為廣泛。儘管後來又出現了由被動減振器、激振器等所構成的主動減振技術，這一技術能夠較好的實現降噪效能，但結構非常複雜，在惡劣工作環境下的工程車輛較少使用。
在工程車輛駕駛室的舒適度設計方面，主要所依據的是動態舒適性理論，用以評價駕駛人員在駕駛室振動的條件下對主觀舒適程度。從駕駛員所承受的振動來源來看，主要是受發動機的週期性振動和來自於路面的隨機激勵。其傳遞機理較為複雜，跟發動機、駕駛室、座椅等的減振都有關係。因此為便於分析，本文中只針對駕駛室的減振問題展開研究。
2、大型工程機械駕駛室的減振設計
如前文所述，駕駛室的振源激勵主要來自於路面和發動機及其傳動機構。來自於路面的振源激勵具有很大的隨機性，要進行理論分析非常困難。加之在需要使用大型工程機械的場合機械的運動速度一般都較慢，隨之產生的路面激振頻率較低。因此相比之下，大型機械的發動機在執行時一直都處在高速運轉狀態，由此產生的激振頻率很高，也更容易導致構件的疲勞損壞，實踐證明發動機及其附件的疲勞損壞主要是由發動機週期激振力產生的交變應力引起的。從物理背景來看，工程機械的駕駛室所受到的振動激勵主要來從車架傳遞到臺架，駕駛室的振動行為屬於被動響應。為了便於分析，將駕駛室的隔振系統進行簡化，以單自由度彈簧阻尼系統來對駕駛室受到振動激勵過程進行分析。
2.1發動機的懸置設計
發動機在工作過程中的振動原因主要是不平衡力和力矩，這類振動不僅會引起車架的的振動，也會形成較強烈的噪聲，不僅會影響到構件的使用壽命也會影響駕駛員的舒適度。要緩解發動機振動所造成的負面影響，採用懸置的設計方式是比較有效的途徑，其實現方式是在動力總成和車架之間加入彈性支承元件。懸置設計方式的理論基礎是發動機解耦理論，通過解除發動機六個自由度解耦，改變發動機的支撐位置，從而實現發動機自由度間振動耦合的解除。
此外，需要配合使用解除耦合後的各自由度方向的剛度與相應的阻尼係數，但應注意在解耦之後振動最強的自由度方向的共振控制，可應用主動隔振理論來確定減震器的剛度和阻尼係數。採用合適的剛度和阻尼係數的目的在於控制發動機懸置系統的減振區域。
具體到懸置設計的細節方面，主要是確定發動機支撐的數目和相應的佈置位置。在考慮發動機動力總成懸置系統的支撐數目時，考慮的因素包括承重量和激振力兩大類。在設計時通常都會依據車輛型別的不同選擇三點或者四點支撐方式。對於大型機械而言，在實踐中一般都會採用四點支撐的方式，本文中作為算例的發動機屬於某型重型挖掘機的發動機。因此採用經典的四點支撐。其支撐位置選擇在飛輪端和風扇端，上述兩個位置分別設定兩個對稱的支撐點，採用支撐對稱的目的在於後期解耦方便。從佈置的方式上看，主要有平置、匯聚和斜置三種典型佈置方式，具體採用哪種方式取決於發動機周圍附屬配件的佈局方式以及車架所能提供的空間有關。本文中不重點討論減振支撐的佈置方式，因此仍然採用平置式的減振佈置方式。
2.2懸置系統的動力學分析
為減少研究成本，在支撐的材料上選用橡膠減振器。由前節所述，由於採用的是四個平置式的橡膠減震器，因此可以在進行力學分析時將其簡化為三個互相垂直的彈簧阻尼系統，從而可以構建一個發動機主動隔振的力學模型。
2.3駕駛室模態試驗
在上述基本力學分析的基礎上，進一步採用駕駛室模態試驗的方法來檢驗整個駕駛室的減振效果，其目的在於掌握駕駛室的動態特性和找出駕駛室結構上的薄弱部位，同時以試驗為基礎還可以調整駕駛室減震器的係數匹配，減小駕駛室的整體振動響應。在試驗時以快速傅立葉變換為以及，測量激振力和振動響應之間的關係，從而得到二者之間的傳遞函式，而模態分析的目的是通過實現來實現傳遞函式的曲線擬合和確定結構的模態引數。本試驗中採用LMS模態測試分析軟體，駕駛室所受的激振用力錘激振器來模擬。
在試驗時用力錘敲擊駕駛室從而製造出1-200HZ脈衝訊號。通過記錄下在不同激振頻率下駕駛室結構的反應來確定駕駛室各個構件的強度，以及應該避免的激振頻率。在得到這些基礎資料後可為後續的駕駛室減振設計的選擇懸置系統的減振區域的臨界值，使得駕駛室所有構件的固有頻率都能夠位於減振器的減振區域內，從而起到抑制駕駛室結構的振動響應。
參考文獻
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篇2
淺談機械的可靠性設計
【摘要】本文主要敘述機械可靠性設計的一些基本內容，在此基礎上進一步的分析了機械可靠性的優化設計，以及重點的分析了機械可靠性設計的穩健設計，希望能夠對我國的機械可靠性設計發展有所幫助。
【關鍵詞】機械可靠性設計;發展沿革;優化設計;穩健設計
引言：20世紀40年代的時候出現了可靠性設計思想，這種思想主要是將安全度作為主題所研究的可靠性理論，這項技術出現後在理論學術界以及實際工程界都有了很大的關注度，相關的理論以及方式也是不斷的出現。比如：M onte C arlo 模擬法 、矩方法和以矩方法為基礎的可靠性理論、響應面法、支援向量機法 、最大熵方法、隨機有限元法和非概率分析方法等這些理論設計到了靜強設計、疲勞強度設計、有限壽命設計的各個方面，對於結構系統、機構系統、震動系統等有這可靠性的研究。
1.機械可靠性設計的概述
在產品質量中可靠性是其最為主要的指標以及最重要的技術指標，工程界對於這一點也是越來越重視。在產品的設計、研製、裝配、除錯等各個環節中可靠性都有著一定的關聯性，所以說在概率統計理論的基礎上要加大其的推廣認識，這樣對於原本傳統的相關問題能夠很好的解決點，同時將產品質量提升上去而且使得產品成本有所降低。經過多年的發展，可靠性技術的不斷髮展，使得機械可靠性以及設計方式出現了很好的種類，但是就具體的實質來說，大致的分為數學模型法以及物流原因方式兩種。
數學模型法就是通過某種實驗資料所得概率統計為基礎，逐漸的劃分為兩點，第一點為時間範疇中所涉及的量是可靠性質的，也是就是說因為依據某種規律在時間變動下，疲勞壽命以及耗損失都是在一定的範圍之內的;第二種為，將某種偶然因素所發生結果所表現的可靠性，主要是因為不定期所出現的偶然因素所波動的，都是通過概率可靠性對於隨機事件計算的，也會發展為兩個方面：第一種是對模型法或者相關擴充套件方式，這樣的方式主要是對於產品實效原因產生與產品上應力大於產品本身的強度，所以說應力概率是低於可靠度強度的，第二種為隨即過程中或者是隨機場不超出規定水準的概率。
2.可靠性優化設計
2.1可靠性優化設計的基本理論
無論是什麼樣的機械產品，在最開始的方案構建到後期的生產製造實施，都是需要經過一個設計過程的，但是現在計算不斷髮展，新的知識、新的材料、新的手工藝、新的會計不斷的出現，使得機械產品日益在完善，這就是所謂的知識成就了技術、技術成就了產品時間。使得研究的時間越來越短，但是結構確實越來越複雜，這樣的情況下顧客對於產品功能、效能、質量、或者是相關服務都有著很大的要求。
這樣的趨勢下，對於設計整個過程要加大進度，設計週期要縮短。同時需要注意的是，對於設計是不是能夠完善來說，產品的力學效能或者是使用價值、製造成本都是有著一定行的影響的，但是對於產品企業的工作質量或者是僅僅效果也是有著相對影響的，所以說，如何將設計質量提升上去，設計理論怎麼發展下去，設計技術怎麼做到更好，設計過程怎麼才能加快嫉妒，都是現在機械設計中所研究的重要問題。
60年代的時候是機械優化設計發展最為迅速的時候，將數學規劃以及計算機技術這兩種結合在一起。所謂的數學規劃理念在現在已經是不斷的成熟起來，計算機技術也是高速的發展和廣泛的使用中，在工程設計中為最普遍使用優化設計提供相關理論以及方式。
國家能源以及相關資源的是否被合理使用都受到了產品最佳、最可靠性的問題影響，通過使用最佳或者是最可靠性設計能夠得到小體積、輕質量、節能材料的產品，同時這樣產品有著一定的可靠性，機械產品所進行優化設計的主要目標就是根據一定的預期點或者是安全需要，通過一種最優化的形式將產品展示處理，在進行設計的同時需要將各種載荷隨機性考慮到位，同時不能忽略的是結構引數的隨機性，這兩點對於產品都有著一定效能的影響。
所謂的可靠性優化設計是指質量、成本、可靠度這三方面的，將產品的總體可靠度進行一定的效能約束優化，將所出現的問題合理安全性的相結合，這樣也是在結構佈局或者是產品質量有保證情況，使得產品有了最大化的可靠度。
2.2近年來可靠性優化設計發展
最近的30年內，機械設計領域中，因為科技的融入使得現代化設計方式以及相關的科學方式不斷的出現，在可靠性設計或者是優化設計方面一定有著很高的水準，但是就單方面來說，無論是可靠性設計或者是優化設計，都不能很好的將其所具備的巨大潛力展示出來。一點是因為可靠性設計和優化設計是不相同的，在機械產品經過可靠性設計之後，不能將其工作效能或者是引數達到最為優秀的一點，還有一點是因為優化設計所包含的不是可靠性設計，機械產品要是在不可靠性情況下所進行的優化設計，不能保證產品在一定的條件下或者是時間內，能夠將所規定的功能很好的完成，有的時候也許會出現一定的事故，這樣直接都有著經濟損失。
除此之外，因為機械產品有著很多的設計引數，要是對於多個設計引數進行確定的時候，單純的可靠性設計就不是這樣有地位了，所以在進行可靠性優化設計研究的前提下，要將機械產品可靠性要求先保證，同時保證所執行的環境是最佳的工作效能以及引數，將可靠性或者是優化性設計很好的結合在一起，然後在發展研究設計，才能得出最為優秀的設計方式。
2.2關於可靠性的穩健設計
產品質量是企業贏得使用者的關鍵因素 。任何一種產品，它的總體質量一般可分為使用者質量if't-部質量和技術質量內部質量。前者是指使用者所能感受到、見到、觸到或聽到的體現產品優劣的一些質量特性 ;後者是指產品在優良的設計和製造質量下達到理想功能 的穩健性。穩健設計作為一種低成本和高質量的設計思想和方法，對產 品效能、質量和成本綜合考慮，選擇出最佳設計，不僅可以提高產品的質量，而且可以降低成本。在機械產 品設計中，正確地應用穩健設計的理論與方法可以使產品在製造和使用中，或是在規定的壽命期 問內當設計因素髮生微小變化時都能保證產品質量的穩定 。
結束語：總而言之，對於機械的可靠性設計而言，設計人員應該根據實際，做出最優的設計，只有這樣的設計才能將可靠性或者是優化設計巨大潛力發揮出來，將兩點所具有的優勢已近特長全部發揮出來，才能達到產品最佳以及最可靠點，這樣的設計有著最為先進和最實用的設計特點，才能最好的達到預定的目標，和保證在設計中的機械產品的質量以及經濟效益。
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