畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
文獻(xiàn)綜述
（2016屆）
題 目
低噪聲持久型云石機(jī)設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師
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姓 名
年一月十日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述
隨著科技的發(fā)展，社會的一切都在進(jìn)步，都朝著機(jī)械自動(dòng)化的方向發(fā)展，而機(jī)械的改進(jìn)與發(fā)明成為了現(xiàn)在的首要任務(wù)?，F(xiàn)階段較大型的突破就是無刷電機(jī)的出世，碳刷電機(jī)在很多器械中被無刷電機(jī)取代。云石機(jī)工作于建筑工程,裝飾作業(yè),石材加工等對水磨石,大理石,花崗巖,陶瓷磚,石棉水泥板以及玻璃鋼等非金屬硬脆性材料的切割加工。它具有切割效率高, 加工質(zhì)量好等明顯特點(diǎn), 切割時(shí)需要適當(dāng)加水冷卻云石片。[1]但是老式的云石機(jī)在設(shè)計(jì)制造方面還存在一定缺陷，因此在這方面的改進(jìn)也不能落后。
一．關(guān)于云石機(jī)的現(xiàn)狀
市場上現(xiàn)有的云石機(jī)主要使用串激電機(jī), 而串激電機(jī)在使用時(shí)噪音較大, 而且受本身結(jié)構(gòu)限制, 串激電機(jī)需要使用碳刷, 碳刷和滑環(huán)表面相接觸, 由于彈簧壓力作用和材料彈性變形的緣故, 使直接接觸部分互相嵌入。當(dāng)相對滑動(dòng)時(shí), 因摩擦作用而形成磨損。[1]還有就是這些云石機(jī)都是利用齒輪傳動(dòng)的，傳動(dòng)方式為，電機(jī)帶動(dòng)齒輪，齒輪帶動(dòng)齒輪軸再帶動(dòng)云石片切割。這樣的設(shè)計(jì)存在以下缺點(diǎn)：噪聲大，磨損快、壽命短，效率低等。當(dāng)然也有比較先進(jìn)的設(shè)計(jì)已經(jīng)將碳刷電機(jī)改成無刷電機(jī)解決了其中一部分問題。
有關(guān)于噪聲的問題需要從根本上解決，產(chǎn)生的原因主要有以下幾方面： 機(jī)械零部件運(yùn)動(dòng) 、機(jī)械零件之間直接接觸 、機(jī)械零件之間力的傳遞 、機(jī)械零件與外圍或內(nèi)包介質(zhì)的相互作用。而云石機(jī)產(chǎn)生噪聲的主要原因是，機(jī)械零件之間直接接觸 如相互嚙合的齒輪對齒面之間的接觸。[2]在齒輪輪齒嚙合時(shí)，由于沖擊而使齒輪產(chǎn)生很大的加速度，并會引起周圍介質(zhì)擾動(dòng)，由這種擾動(dòng)產(chǎn)生的聲輻射，稱為齒輪的加速度噪聲；另一方面，在齒輪動(dòng)態(tài)嚙合力作用下，系統(tǒng)的各零部件會產(chǎn)生振動(dòng)[3]，這主要是兩相互作用的零件有著不可避免的一些缺陷，再加上機(jī)構(gòu)本身的固有振動(dòng)的激勵(lì)， 使零件產(chǎn)生噪聲。[2] 當(dāng)然噪聲還有其他來源另一方面，碳刷電機(jī)的噪聲也不可忽略。
其次關(guān)于壽命問題，依靠碳刷工作的各種電機(jī)，由于碳刷顆粒粗硬, 或含有如金剛砂之類的硬質(zhì)顆粒, 則會使機(jī)械磨損大大增加。同時(shí)由于碳刷中含有少量的碳化鐵、 碳化硅即金剛沙灰粉, 以提高電刷的耐磨性能, 但也會使集電環(huán)表面拉成溝槽, 一旦形成溝糟對電機(jī)的危害極大。[1]而且碳刷要依靠彈力與滑環(huán)表面接觸,如果壓力過小碳刷和滑環(huán)表面接觸不穩(wěn)定, 容易引起電弧, 使電器磨損增大 。因此當(dāng)碳刷磨損到一定程度就應(yīng)更換碳刷，否則將會使碳刷接觸不良危及電機(jī)安全。[4]由于碳刷磨損的存在致使云石機(jī)的壽命縮減。還有就是用來傳動(dòng)的齒輪長期使用也會發(fā)生磨損，當(dāng)磨損到一定程度齒輪發(fā)生打滑那就很危險(xiǎn)了。在這兩方面的影響之下云石機(jī)一般使用不了多久。
最后便是效率問題，這個(gè)問題是綜合前兩方面的導(dǎo)致的，首先如果碳刷是非金屬導(dǎo)電材料,電阻系數(shù)大,是銅的400倍。電阻產(chǎn)生的能耗高; 持續(xù)的滑動(dòng)摩擦導(dǎo)電產(chǎn)生的接觸電阻、 機(jī)械摩擦熱耗, 加上電刷的電阻能耗轉(zhuǎn)化為高熱易使彈簧失壓及導(dǎo)線老化, 引起接觸不良、 產(chǎn)生火花,嚴(yán)重影響電機(jī)正常運(yùn)行。[1]然后就是齒輪傳動(dòng)以及齒輪之間摩擦需要消耗一部分能量,就這兩方面造成的效率損失將近30%。
二．新型云石機(jī)的研究方向及發(fā)展趨勢
新型的云石機(jī)針對以下幾點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)
1、用無刷電機(jī)取代碳刷電機(jī)。無刷電機(jī)運(yùn)用到云石機(jī)中可以有以下優(yōu)點(diǎn)：噪音小，無碳刷磨損，效率提高30％，機(jī)器壽命高，無刷電機(jī)工作電壓為30V，特別適應(yīng)潮濕環(huán)境中使用以及能使用濕片操作。[1]
2、無刷電機(jī)的直驅(qū)。傳統(tǒng)的云石機(jī)使用的碳刷電機(jī)由于扭矩的不足無法直接驅(qū)動(dòng)刀片進(jìn)行切割。因此只能利用齒輪傳動(dòng)，這樣做缺點(diǎn)是： 傳動(dòng)鏈長， 可控性差， 系統(tǒng)效率低、 功率因數(shù)低、 維護(hù)費(fèi)用高、 噪聲大等 [5] 。而無刷電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)刀片， 去掉了齒輪傳動(dòng)的機(jī)械裝置， 簡化整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)， 縮短了傳動(dòng)鏈，大大提高了云石機(jī)的機(jī)械效率、 機(jī)械傳動(dòng)裝置的可靠性及運(yùn)行效率， 同時(shí)降低了制造成本， 節(jié)約了資源。
三．新型云石機(jī)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生的新問題與解決問題的大致方案
設(shè)計(jì)主要問題與難點(diǎn)在于新型云石機(jī)外殼的設(shè)計(jì)。由于它結(jié)構(gòu)的簡化去除了齒輪的傳動(dòng)用無刷電機(jī)直驅(qū)。但是電機(jī)的軸若是在中間云石片將無法深出切割部分或是伸出太少，另外無刷電機(jī)含有電路板，電路板的擺放也是需要考慮。此外還要考慮電機(jī)散熱的問題。這些問題在接下來的外殼設(shè)計(jì)過程中都要考慮進(jìn)去。
針對上述問題，大致的應(yīng)對方案是將電機(jī)的定子外殼上半部分設(shè)計(jì)為平面將電路板放置在它上面，然后下半部分放置于最低端。機(jī)器的最后加一個(gè)風(fēng)扇往里吹空氣，云石機(jī)前端設(shè)有出風(fēng)口有。
四．結(jié)論
此產(chǎn)品的外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題，必須從設(shè)計(jì)開始就加以注意，全面考慮，統(tǒng)籌解決。設(shè)計(jì)的結(jié)果可能不是一個(gè)實(shí)際問題的具體最終解,而是某種從初始問題狀態(tài)到最終解的一個(gè)“中間”解。隨著問題情景的變化,解也相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整和改變。[7]
參考文獻(xiàn)
[1]姜衛(wèi)亮，應(yīng)時(shí)立,一種云石機(jī)[P]，CN,2009.
[2]仝志永，牟偉，王思偉,機(jī)械噪聲的產(chǎn)生及其控制方法[J] 中國船舶重工集團(tuán)公司 2008.
[3]白洪金,張金美,姚劍浩 齒輪傳動(dòng)的噪音分析及減噪設(shè)計(jì)[M],嘉興市機(jī)械研究所,2010
[4]維亞.電機(jī)碳刷磨損的一種報(bào)警方法電氣時(shí)代[J] , Electric Age，1994
[5]許德寶,無刷直流電機(jī)直驅(qū)抽油機(jī)系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)山[ J],東理工大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院,2012.
[6]任先進(jìn).鐵路轉(zhuǎn)轍機(jī)用無刷直流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)研究[D].中國優(yōu)秀博碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(碩士),2007.
[7]譚浩,趙江洪,王巍,張軍產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)思維模型與應(yīng)用[D], 湖南大學(xué)現(xiàn)代車身技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,2006