自動(dòng)墻壁清洗機(jī)設(shè)計(jì)概訴

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1、湘潭大學(xué)興湘學(xué)院目錄1引言11.1 清洗建筑表面的意義 1.1.2 目的和現(xiàn)實(shí)意義 11.3 研究現(xiàn)狀2.2方案評(píng)價(jià)與選擇32.1 高樓外墻清潔機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作 32.1.1 設(shè)置于頂樓的支撐突梁 32.1.2 支撐纜繩42.1.3 乘載用掛籠 42.1.4 動(dòng)作馬達(dá) 42.1.5 升降結(jié)構(gòu)52.1.6 清洗刷52.2 方案評(píng)價(jià)與選擇53運(yùn)動(dòng)學(xué)及結(jié)構(gòu)方案的確定63.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)選定 63.2 計(jì)算總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比 83.3 計(jì)算傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 84傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 104.1 第一級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 104.1.1 .初步計(jì)算104.1.2 校核計(jì)算104.2 第二級(jí)齒輪傳動(dòng)

2、設(shè)計(jì)計(jì)算 144.2.1 .初步計(jì)算144.2.2 校核計(jì)算144.2.3 確定傳動(dòng)主要尺寸164.3 畫簡(jiǎn)圖184.3.1 初估軸徑 184.3.2 初選聯(lián)軸器 194.3.3 初選軸承 195軸的校核計(jì)算 205.1 高速軸受力分析205.2 中間軸校核計(jì)算 錯(cuò)誤！未定義書簽。6高速軸軸承驗(yàn)算28致謝30參考文獻(xiàn)31附錄31附錄1外文文獻(xiàn)翻譯附錄2外文文獻(xiàn)原文附錄3自動(dòng)墻臂清洗機(jī)裝配圖A0附錄4自動(dòng)墻臂清洗機(jī)零件圖1 A1附錄5自動(dòng)墻臂清洗機(jī)零件圖2 A1附錄6自動(dòng)墻臂清洗機(jī)零件圖3 A32湘潭大學(xué)興湘學(xué)院1引言1.1 清洗建筑表面的意義隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市建

3、筑更加規(guī)范，完美。千 姿百態(tài)的各式建筑，尤其是高層建筑外墻都用各種建筑材料進(jìn)行裝飾，如粘帖各色墻 磚，瓷磚，馬賽克，或涂上涂料，但是，自然界的風(fēng)吹雨打，日光輻射，塵埃污染，以 及一些人為或偶然事故等原因，一段時(shí)間過后，建筑表面都將不同程度地變得污濁灰 暗，破舊不堪，在環(huán)境差的地區(qū)，污染或損壞還相當(dāng)嚴(yán)重。 建筑表面就像人身上的外衣, 要保持清潔，就需要經(jīng)常清洗，整理。為此，世界發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，對(duì)保持建筑表面的 清潔非常重視，并以法律的形式明確規(guī)定，每年必須定期清洗，否則將受到處罰。近年 來，我國(guó)各級(jí)政府部門的環(huán)境保護(hù)意識(shí)已發(fā)生了很大改變，國(guó)內(nèi)一些大，中城市，特別 是旅游，開放城市，旅游景點(diǎn)，為保

4、持建筑表面清潔，也制定出臺(tái)了相應(yīng)的法規(guī)，全國(guó) 范圍的衛(wèi)生評(píng)比活動(dòng)，把保持建筑表面清潔列為考核的重要指標(biāo)之一，其中高層建筑的 外墻，醒目，突出，自然也就成為檢查的重中之重。有信息表明，十五期間國(guó)家用于環(huán)境保護(hù)的投資將由九五期間國(guó)民生產(chǎn)總值的 1.5%羽倍增力口至4%,同時(shí)還伴隨以產(chǎn)業(yè)政策的優(yōu)惠。所以，隨著我國(guó)改革開放的不斷 深入，政府，公民的環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，建筑表面清潔問題必將引起各方面的高度重 視，建筑清洗行業(yè)必然具有廣泛的發(fā)展前景，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益.建筑表面清洗主要包括外墻清洗和中央空調(diào)風(fēng)管的清洗，目前外墻清洗是采用傳統(tǒng)的 “蜘蛛人”清洗，這是以犧牲生命為代價(jià)的非人工作，部

5、分城市頒布了建筑表面清洗條 例；由于非典事件，公共衛(wèi)生得到了高度的重視，特別是中央空調(diào)風(fēng)管的清洗，最近 有關(guān)中央空調(diào)的清洗條例很快出臺(tái)；因此對(duì)于建筑表面清洗提供一個(gè)完備的解決方案， 必然打破一個(gè)傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)格局，改變了人們的工作方式，用機(jī)器人清洗代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人 清洗或無法清洗，是必然的發(fā)展趨勢(shì)。1.2 目的和現(xiàn)實(shí)意義洗墻機(jī)的功能主要在于清洗大樓窗戶、外墻等外部結(jié)構(gòu)，然而礙于在清洗大樓時(shí)清 洗后廢水的處理，清洗的效果、效率等等，目前市面上尚無自動(dòng)的大樓洗墻機(jī)。改革開放以來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高層式建筑如雨后春筍般的拔地而起。 高樓外墻的外觀保養(yǎng)和清潔成為樓宇管理不可缺少的一部份。有需求就由市場(chǎng)

6、，高樓外 墻的清潔必將成為一種經(jīng)濟(jì)效益高，前景廣闊的行業(yè)。在中國(guó)，這種行業(yè)正在逐漸興趣。 我國(guó)高墻清潔主要采取兩種形式。1.3 研究現(xiàn)狀綜觀目前市面上可見的洗墻機(jī)，清洗方式主要還是以人工清洗為主，所以都是以掛 籠垂降，再以人工方式清洗墻面；然而垂掛以及掛籠的升降方式便較具變化。傳統(tǒng)的是 人手清潔，用繩把人系住和定位，逐層清潔。這種方式人在半空吊來吊去的（好象攀崖 運(yùn)動(dòng)員下山時(shí)那樣），勞動(dòng)強(qiáng)度高，效率低，因?yàn)橹黧w是人，所以帶有一定的危險(xiǎn)性。現(xiàn)代的機(jī)器人清潔，現(xiàn)代科技的發(fā)展，機(jī)器人代替人手工作是必然的趨勢(shì)，在國(guó)外 和我國(guó)的一些清潔公司已經(jīng)采用了機(jī)器人來進(jìn)行高樓外墻的清潔工作，但是這些機(jī)器人 構(gòu)造復(fù)

7、雜，操作復(fù)雜，功能繁多（有些功能是很少用到或在某些場(chǎng)合不會(huì)用到），造成成本高（如果是一些由人工智能的機(jī)器人就更加不用說了）和資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。針對(duì)這個(gè) 問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的高樓外墻清潔機(jī)器。2湘潭大學(xué)興湘學(xué)院2方案評(píng)價(jià)與選擇2.1 高樓外墻清潔機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作現(xiàn)代高樓外墻自動(dòng)清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)主要分為下面幾種：2.1.1 設(shè)置于頂樓的支撐突梁以下為一些常見的支撐突梁：(1)固定式如圖2.1所示：(A) F型突梁(B) L型突梁圖2.1固定式突梁(2)活動(dòng)式：設(shè)有活動(dòng)滑軌，如圖2.2為一種滑軌：圖2.2滑軌滑軌式的作動(dòng)情形如圖2.3所示:Type 70圖2.3滑軌式的作動(dòng)情形滑軌有多種

8、形式如圖2.4所示:B.自走平臺(tái)C.垂直式滑軌A.水平式滑軌B 圖2.4多種形式的滑軌直接將大型起降車設(shè)置于頂樓，方便隨時(shí)清洗，亦有助施工維修，但成本高昂且占 空間。2.1.2 支撐纜繩纜繩能承受高度張力，目前專用纜繩就可達(dá)到需求。2.1.3 乘載用掛籠小型掛籠如圖2.5所示:圖2.5小型掛籠中型掛籠如圖2.6所示:圖2.6中型掛籠2.1.4 動(dòng)作馬達(dá)對(duì)于馬達(dá)，一般來說有以下要求:A.高扭力、低轉(zhuǎn)速。1.1.1 動(dòng)煞車。C.機(jī)械煞車裝置。D.靜定功能。2.1.5 升降結(jié)構(gòu)對(duì)于升降的結(jié)構(gòu)，目前計(jì)劃主要依現(xiàn)有一般市面上可見的機(jī)構(gòu)加以改良，作為自動(dòng) 洗墻機(jī)的作動(dòng)裝置，裝在樓頂?shù)牟竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)卷桶控制

9、鋼絲繩的收放，使的刷子部分 的執(zhí)行機(jī)構(gòu)能在高墻上縱向移動(dòng)。在這里，選擇卷?yè)P(yáng)機(jī)類似的機(jī)構(gòu)，加以改進(jìn)。2.1.6 清洗刷考慮到刷子受到的摩擦力很小 ，刷子的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力由小電機(jī)提供，如圖所示 刷子部分采用紅外線測(cè)距。當(dāng)墻上的玻璃窗等與墻的豎直距離不等時(shí)，刷子不能很好的 清洗玻璃等凹或凸出來的部分。所以從機(jī)器采用紅外線測(cè)距，使刷子能更好的工作,即使有突出的墻沿，也可以通過機(jī)器自己調(diào)節(jié) （線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)和彈簧力來調(diào)節(jié)） 刷子由一個(gè)獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。為了使機(jī)器在刷子往返運(yùn)動(dòng)中，不會(huì)使機(jī)構(gòu)左右搖擺，所以采用一些輔助機(jī)構(gòu)來減 少左右搖擺，如圖所示，采用末端加有一個(gè)輪，此輪與墻接觸。當(dāng)機(jī)器向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，輪 與墻之間

10、是滾動(dòng)摩擦，使機(jī)器向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以使機(jī)器與墻之間保持一定的距離，從而 不會(huì)撞到墻或者玻璃，當(dāng)墻左右搖晃時(shí)，這時(shí)，輪與墻之間產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，對(duì)機(jī)器左右 搖擺有一定的抑制作用。還有一些輔助機(jī)構(gòu)使得清潔機(jī)在墻上工作更加平穩(wěn)。2.2方案評(píng)價(jià)與選擇根據(jù)任務(wù)書的要求，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，投資小，成本低，安全可靠，工作效率 高，故選用，水平式滑軌，支撐纜繩，小型掛籠，升降機(jī)構(gòu)采用類似卷?yè)P(yáng)機(jī)機(jī)構(gòu)，工作 部，利用工作電動(dòng)，經(jīng)減速器減速，帶動(dòng)清洗刷轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)清洗功能。203運(yùn)動(dòng)學(xué)及結(jié)構(gòu)方案的確定根據(jù)任務(wù)書要求，一小時(shí)可以清洗墻面 600-800平方米，考慮到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直接單 向進(jìn)給，故只考慮升降，而且要達(dá)到 600

11、-800平方米，所以要選用大型號(hào)的清洗刷。其 結(jié)構(gòu)如圖3.1所示：!1 IIJ K：BllL_1_jL_tJ圖3.1清洗刷結(jié)構(gòu)圖3.1運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)選定初選卷?yè)P(yáng)機(jī)，根據(jù)GB/T 1995-2002,選用雙卷快速快溜放卷?yè)P(yáng)機(jī)，額定速度為 20m/min-25min,額定載荷為 25KN根據(jù)初選的卷?yè)P(yáng)機(jī)，則定清洗刷直徑應(yīng) 500mm清洗刷與墻面的摩擦力查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得工程塑料的動(dòng)摩擦因數(shù)在 1 =0.1。0.5之間，因?yàn)?，清洗刷基?上靠自動(dòng)壓在墻面上，又要考慮到清洗干凈，故選用動(dòng)摩擦因數(shù)較大的工程塑料，選定 其動(dòng)摩擦因數(shù)為uk =0.5,估算清洗裝置200LI 300kg ,故F=NUk=2000N

12、 0.5 = 1000N工作機(jī)所需輸入功率：= 2.30KWF 1000 2.3Pw 二二1000 w 1000 1各部件的傳動(dòng)效率:工作機(jī)的效率：w=1傳動(dòng)裝置中各部分的效率，查機(jī)械手冊(cè)得8級(jí)精度的一般齒輪傳動(dòng)效率：州齒=0.97彈性聯(lián)軸器傳動(dòng)效率：i = 0.992齒式聯(lián)軸器傳動(dòng)效率：=0.99球軸承傳動(dòng)效率：“球=0.99(一對(duì))滾子軸承：”滾=0.99(一對(duì))電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)之間傳動(dòng)裝置的總效率：n - n n n n n n ni球齒滾齒滾=0.992 0.990.9 7 0.9 8 0.9 7 0 .=9 82. 3 02 6 1K W0. 8 79所需電動(dòng)機(jī)功率PwPd = n由二

13、 Dnw /日 60 1000、60 1000 2.30v =得 nw = 87.5 r min6 0 1 0 0 0二 D二 500查表13-2,得圓柱齒輪傳動(dòng)單級(jí)傳動(dòng)比常值為 35,故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍：n =(i1i2)nw =(3252) 87.535 = 787.8172188.38r. min對(duì)Y系列電動(dòng)機(jī)通常多選用同步轉(zhuǎn)速為1000r/min或1500r/min的電動(dòng)機(jī)，故選用同步轉(zhuǎn)速為1500r/min。選用Y100L2-4，額定功率3KW,滿載轉(zhuǎn)速1430r/min,電動(dòng)機(jī)極數(shù)為4,軸伸尺寸281.004 *60。其具體參數(shù)如下：型號(hào)：Y100L2-4額定功率/kW:3.0

14、鐵心長(zhǎng)度/mm:135氣隙長(zhǎng)度/mm:0.3定子外徑/mm:155定子內(nèi)徑/mm:98定子線規(guī)nc-dc:1-1.18每槽線數(shù)：31并聯(lián)支路數(shù)：1繞組型式：?jiǎn)螌咏徊婀?jié)距：19/210/1811槽數(shù) Z1/Z2:36/32轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 /(kg mA2): 0.0067質(zhì)量/kg:383.2 計(jì)算總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比要求為= 16.336nm 1430i =-=nw 87.535式中：nm電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速，r/min.一般推薦展開式二級(jí)圓柱齒輪減速器高速級(jí)傳動(dòng)比i1 = (1.31.5)i2,取i1 =4.782,i2 =3.416 。3.3 計(jì)算傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)該傳動(dòng)裝置

15、從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)有三軸，依次為I、n、田軸，則：3.3.1 各軸轉(zhuǎn)速m = nm =1430r； minn -= 1430 = 299.038 r min11 4.782n - nm 1430n =87.537 r. min12 i1i216.336式中：nm一為電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速,r/min ；n1 n)p n皿一分別為I、H、in軸轉(zhuǎn)速，r/min;I為高速軸，in為低速軸.3.3.2 各軸功率P =Pd i =2.753 0.992 = 2.731KWPjl = P齒球=Pdnin 齒”球=2.753父 0.992父0.97父 0.99 = 2.623KWP BI = P 非齒”滾=Pdn齒

16、求齒滾=2.753父 0.992 父 0.97 父 0.99父 0.970.98 = 2.493KW 式中：P d 一為電動(dòng)機(jī)輸出功率，KW；P 、Pn、P小一分別為I、H、m軸輸入功率，KW?3.3.3 各軸轉(zhuǎn)矩T -9.55 106 P：n =9.55 106 2.73T1430 = 18238.50N mmT =9.55 106 P n =9.55 10 2.623 299.038 = 83767.45N mmT ill 9.55 106 P .iii, n =9.55 106 2.493 87.537 = 271978.14N mm4傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 第一級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算因傳

17、動(dòng)無嚴(yán)格限制,生產(chǎn)批量小,故小齒輪用40Cr,調(diào)質(zhì)處理,硬度241HEB- 286HB, 平均取為260HB;大齒輪用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為229HB- 286HB，平均取為240HB.齒輪 采用非對(duì)稱支承結(jié)構(gòu)安裝。計(jì)算步驟如下： 齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算4.1.1 初步計(jì)算轉(zhuǎn)矩 T1 , T1 =18238.50 N mm齒寬系數(shù)翼d ,由表12.13,取手d =1.0A值,由表12.16,估計(jì)P定13)取Ad =88接觸疲勞極限仃Hlim,由圖12.17C,得二h im1 =710MPa,；Him2 =580MPa初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力l-H 1：Lh1 ： 0.9；Hiim1 =0.9 710

18、=639MPa k H2 ： 0.9。h lm 2 = 0.9 580 = 522MPa傳動(dòng)比i, i (=u) =4.782初步計(jì)算小齒輪直徑d1 ,d1之Ad3 /L2U =38.1mm,取d1 = 45 j 巾d |(THj U初步齒寬 b , b = d .d = 1.0 45 = 45mm4.1.2 校核計(jì)算d1n1二 45 1430 0圓周速度 v, v = = = 3.37 m. s60 100060 1000精度等級(jí)由表12.6,選用8級(jí)齒數(shù)Zi、模數(shù)m和螺旋角P :Zi =22,Z2 =iZ1 =105.24 ,取 Z2=105d145mt = = 一=2.045455,由表

19、 12.3,取 mn = 2mm Zi 22mta =arccosm- =arccos=12065(和估計(jì)值接近)2.045455使用系數(shù)Kx由表12.9, Ka =1.25動(dòng)載系數(shù)Kz,由圖12.9, Kv=1.18齒間載荷分配系數(shù)Kh ：l 2T12 18238.50Ft = = = 810.6 Nd145KAFt 1.25 810.645=22.52 ： 100N / mm1 二=1.88-3.2 zcosP1.88-3.2 -22 105/cos12 65 =1.67一 bsin I d Z11.0 22;=tan - =tan12 65 = 1.50二 mntan - intan 2

20、0二 t = arctan- = arctan20 252cos :cos12 65cos :b = cos : cos： n cos=0.98由此得 Kh 二=Kf 二-cos b = 1.67 0.982 = 1.74齒向載荷分布系數(shù)KhP,由表12.11, bo booKh ： = A B 1 0.6( )2()2 C 10 b_ d1 d1=1.17 0.16 1 0.6 1212 0.61 10, 45 =1.453載荷系數(shù) K , K =KaKvKh 二 Kh B = 1.25 1.18 1.74 1.453 =3.73彈性系數(shù) Ze，由表 12.12, Ze =189.8jMPa

21、節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)Zh ,由圖12.16,Zh =2.45重合度系數(shù)Z名,由式12.31,因呻1,取期=1故Z ；-1.67= 0.77螺旋角系數(shù) Z 一：，Z B二.JcosYPmin ,故Yp=0.9120120齒間載荷分配系數(shù)Kf : , 3.17=2.7二Y ； 1.67 0.70前已求得Kfo(=1.74 -,故 U74二Y二b 45齒向載荷分配系數(shù) 仆0 ,由圖12.14, =5=10, KfB = 1.41h 2.25 2載荷系數(shù) K , K = KaKvKf：KfB = 1.25 1.18 1.74 1.41 =3.62彎曲疲勞極限 Fs1 ,故左邊軸承被壓緊軸承軸向力 Fa1 =

22、Fs2 Fa =413.14 173.80 =586.94NFa2 =Fs2 =413.14NX,Y 值Fa i = 586.94Ca on = 2.27 e,故 X1 = 0.41,Y1 = 0.87Fr1258.30F%r2 =413.1%07.56 =0.68 =e ,故 X2 = 1,Y2 = 0沖擊載荷系數(shù)考慮中等沖擊查表18.8得fd=1.2當(dāng)量動(dòng)載荷P1 = fd(X1Fr1 Y1Fa1) =1.2 (0.41 258.30 0.87 586.94) =739.85NP2 = fd(X2Fr 2+Y2Fa2) =1.2 父(1607.56 +0) =729.07N軸承壽命因P1

23、P2 ,只計(jì)算軸承1的壽命 卜 16670 /Cr、3 16670 / 32800、36k 。命L10h =(一)=黑() =1.02黑10 h 8年nP11430739.85故高速級(jí)軸承滿足壽命要求。靜載荷計(jì)算Xo、Y0查表 18.12,得 X0=0.5, 丫0=0.38當(dāng)量靜載荷P0r1 -X0Fr1 Y0Fa1= 0.5258.30 +0.38父586.94 =352.19N 取大者P0r1 = F.1 =258.30NP0r2 = X0Fr2 Y0Fa2= 0.5x607.56 +0.38x413.14 = 460.77 N取大者P0r2 =Fr2 =607.56N= 1.5安全系數(shù)S

24、c正常使用角接觸球軸承，查表18.14,得S0計(jì)算額定靜載荷C 0r2 =S0P0r2 =1.5 607.56 = 911.34N（因P0r1 P0r2,故只計(jì)算軸承2）載荷系數(shù)f1P1Cr 1許用轉(zhuǎn)速驗(yàn)算739.85/日= 0.023,查圖 18.19，得 f 11 =132800P2Cr2729.0732800= 0.022，查圖18.19，得 f12=123載荷分布系數(shù)f2Fa1Fr1586.94258.30= 2.27，查圖 18.20，得f 21 =0.96Fa2 413.14F2607.56= 0.68，查圖 18.20，得 f 22 = 0.99許用轉(zhuǎn)速 N N1 = fnf 2

25、1N0 =1 0.96 7500 = 7200r minN2 = f 12f 22N0 =1 0.99 7500 = 7425r, min均大于工作轉(zhuǎn)速1430r/min。經(jīng)檢驗(yàn)該軸承合格。致謝本論文是在楊世平老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，不僅 在學(xué)業(yè)上得到了老師細(xì)致、耐心的教導(dǎo)和講解，使自己鞏固、完善了所學(xué)知識(shí)，并且治 學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、塌實(shí)沉穩(wěn)的學(xué)風(fēng)給人以深厚影響，在我的學(xué)習(xí)、待物中產(chǎn)生了積極作用，也使 得本次設(shè)計(jì)能夠順利完成。再此衷心感謝在這過程中幫助及指導(dǎo)過我的老師和同學(xué)，讓我開闊了眼界，增加了 學(xué)識(shí)。參考文獻(xiàn)1吳彥農(nóng).康志軍.Solidworks2003實(shí)踐教程.淮陰：淮

26、陰工學(xué)院，20032葉偉昌.機(jī)械工程及自動(dòng)化簡(jiǎn)明手冊(cè)（上冊(cè)）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20013徐錦康.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20014成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版 第4卷）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20025葛常清.機(jī)械制圖（第二版）.北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，20006朱 敬.孫明，邵謙謙.AutoCAD2005.電子工業(yè)出版社，2004口 董玉平.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).機(jī)械工業(yè)出版社，20018曾正明.機(jī)械工程材料手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20039周昌治.楊忠鑒，趙之淵，陳廣凌.機(jī)械制造工藝學(xué).重慶：重慶大學(xué)出版社，199910 曲寶章.黃光煒.機(jī)械加工工藝基礎(chǔ).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)

27、出版社，200211張福潤(rùn).徐鴻本，劉延林.機(jī)械制造基礎(chǔ)（第二版）.武漢：華中科技大學(xué)出版社，200212徐錦康.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，200413寧汝新.趙汝嘉.CAD/CAM技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200314司徒忠.李璨.機(jī)械工程專業(yè)英語(yǔ).武漢：武漢理工大學(xué)出版社，200115牛又奇.孫建國(guó).新編Visual Basic程序設(shè)計(jì)教程.蘇州：蘇州大學(xué)出版社，200116甘登岱.AutoCAD2000.航空工業(yè)出版社，200017夸克工作室.SolidWorks2001.科學(xué)出版社，200318吳權(quán)威.SolidWorks2003科學(xué)出版社，200419甘永立.幾何量公差與檢測(cè)

28、.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2004附錄1外文文獻(xiàn)翻譯工藝規(guī)程制訂與并行工程T. Ramayah and Noraini Ismail摘要：產(chǎn)品設(shè)計(jì)是用于產(chǎn)品，及它的部件裝配的計(jì)劃。為了把產(chǎn)品設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成一個(gè)實(shí)際 物體，這需要一個(gè)制造計(jì)劃。而制訂一個(gè)這樣的計(jì)劃的行動(dòng)就叫做工藝規(guī)程制訂。它是 產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造之間的連接，工藝規(guī)程制訂包括決定加工順序和制造產(chǎn)品所必須完成的 裝配步驟。在以下文章中，我們將解釋工藝規(guī)程制訂和他的一些相關(guān)主題文章開始，我們應(yīng)該區(qū)別在下列文章中被反復(fù)提到的工藝規(guī)程制訂和生產(chǎn)計(jì)劃。工 藝規(guī)程制訂與如何制造產(chǎn)品和它的零件等工程技術(shù)問題有關(guān)，制造零件和裝配產(chǎn)品需要 什么樣的設(shè)備和工具？工

29、藝規(guī)程制訂與產(chǎn)品制造物流管理有關(guān)系。它在工藝規(guī)程制訂后 面與原料分類及獲得滿足制造充分?jǐn)?shù)量產(chǎn)品要求的資源有關(guān)。工藝規(guī)程制訂工藝規(guī)程制訂包括決定最適當(dāng)?shù)闹圃旒把b配步驟和順序，在這些順序和步驟中他們 必須根據(jù)所提出的詳細(xì)的設(shè)計(jì)說明書規(guī)范完成給定零件或產(chǎn)品制造。能夠被計(jì)劃的工藝范圍和多樣性通常由于公司車間可用設(shè)備和技術(shù)能力而受到限制。在公司內(nèi)部不能夠 制造的零件必須到外部市場(chǎng)購(gòu)買，工藝規(guī)程制訂所提及的工藝選擇同樣也受到詳細(xì)設(shè)計(jì) 資料的限制，我們稍后將會(huì)回到這一點(diǎn)。工藝規(guī)程制訂通常是由制造工程師完成的，工藝制訂者必須熟悉工廠中詳細(xì)可用的 制造流程并且能夠說明工程圖?；谥朴喺叩闹R(shí)、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，用于制

30、造每個(gè)零件的 工藝步驟以最合乎邏輯的順序被發(fā)展制訂。下列各項(xiàng)是在工藝規(guī)程制訂范圍里的許多決 定和詳細(xì)資料：.設(shè)計(jì)圖的說明.在工藝規(guī)程制訂的開始，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的這一部分 （材料、尺寸、公差、表面處理等等）必須進(jìn)行分析。.工藝和順序.工藝制訂者必須選擇哪一個(gè)工藝是必需的及必需工藝的序 列。此外還必須準(zhǔn)備好一個(gè)簡(jiǎn)短的工藝步驟描述。.設(shè)備選擇. 大體上，工藝制訂者必須逐步展開利用工廠現(xiàn)有機(jī)器的計(jì)劃。另 外，組件必須被購(gòu)買或在新設(shè)備上的投資必須被制定。.工具、沖模、鑄模、夾具、量具. 工藝必須決定每個(gè)工序需要什么工具，這 些工具的實(shí)際設(shè)計(jì)和制造通常通過委派工具設(shè)計(jì)部門和工具庫(kù)或者聯(lián)系專攻那種工具 制造的外面

31、廠商來完成。.方法分析.車間規(guī)劃，小工具，提升重物的提升問。甚至在一些人工操作情景中的肢體動(dòng)作也被指定。.操作步驟.工作測(cè)量技術(shù)被用來為每個(gè)操作設(shè)定時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。.切削工具和切削條件.這些必須對(duì)加工操作通過推薦標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)來進(jìn)行詳細(xì) 說明。零件工藝規(guī)程制訂對(duì)于單個(gè)零件，加工順序通過一種被稱為進(jìn)路表的表格來進(jìn)行文件證明備份。就如 工程圖被用于詳細(xì)說明設(shè)計(jì)產(chǎn)品一樣，進(jìn)路表被用于詳細(xì)說明工藝計(jì)劃。他們是類似 的，一個(gè)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，另一個(gè)用于制造。制造單個(gè)零件的典型加工順序包括：（1） 一個(gè)基本工序（2）二級(jí)工序（3）提高物 質(zhì)特性工序和（4）最后工序。一個(gè)基本工序決定了工件的起始造型。金屬鑄件、塑料成 型、

32、金屬精煉是基本工序中的實(shí)例。起始造型常常必須通過改變起始造型操作（或者接近于最終造型）的二級(jí)工序來精制。二級(jí)工序習(xí)慣于和基本工序一起提供起始造型，當(dāng) 砂型鑄造是基本工序，車加工通常是二級(jí)工序。當(dāng)軋鋼廠制造金屬片是基本工序，沖壓 操作像沖裁和彎曲通常是二級(jí)工序。當(dāng)塑料注入成型是基本工序時(shí)，二級(jí)工序通常是不 必要的，因?yàn)樗拇蠖鄶?shù)幾何特征制造通過別的方式如成型制造來完成。塑料成型和其 他操作的二級(jí)工序被稱為凈成型工序的并發(fā)二級(jí)工序，需要一些但并不多的二級(jí)工序的 操作就是所提到的近似成型工序。許多有印象的摸鍛件就是這一類，這類零件能夠經(jīng)常 在鍛造（初級(jí)工序）階段被成型，因此減少了必要的加工（二級(jí)工序

33、）。一旦模型被建立，許多零件的下一步是改良它們的機(jī)械物理性能。提高特性工序并 不改變零件模型，然而，它卻能改變零件的物理特性。金屬零件的熱處理操作就是最普 通的實(shí)例。類似的如玻璃通過熱處理來制造鋼化玻璃，對(duì)于大多數(shù)零件的制造來說，這 些特性加強(qiáng)工序在加工工序中并不需要。最后工序通常對(duì)零件（或裝配體）的表面提供一個(gè)涂層。例如電鍍、薄膜沉積技術(shù)、 涂漆。表面處理的目的是改善外觀，改變顏色型1如電直J&J或者表面保護(hù)防止腐蝕和磨損等等。在很多零件中最后工序是并不需 要的。例如：塑料成型就很少需要最后程序。當(dāng)必須需要最后程序，他通常是加工順序 的最后一步0裝配工藝規(guī)程制訂一個(gè)既定產(chǎn)品的典型裝配方法由以

34、下因素決定的：（1）預(yù)期產(chǎn)品數(shù)量 裝配產(chǎn)品的 復(fù)雜性。例如：不同組件的數(shù)量和（3）常用裝配工藝。例如：機(jī)械定位焊接、對(duì)于小數(shù) 量產(chǎn)品，通常在人工裝配線上進(jìn)行裝配。對(duì)于大量制造的一打或這樣組件的簡(jiǎn)單零件， 要采用適當(dāng)?shù)淖詣?dòng)化裝配線。無論如何這里有一個(gè)工作必須被完成的優(yōu)先順序，這個(gè)優(yōu) 先需求經(jīng)常用一個(gè)優(yōu)先表來進(jìn)行圖表描繪。裝配工藝規(guī)程制訂包括裝配指令的發(fā)展，但是更詳細(xì)地對(duì)于小批量生產(chǎn)。在一個(gè)崗 位完成整個(gè)裝配，對(duì)于一個(gè)裝配線上的大批量生產(chǎn)，工藝規(guī)程制訂由一種分配工作條件 到裝配線個(gè)別工位并被叫做人工投入線性平衡法的程序組成。這種裝配線按照裝配線平 衡解決方案決定的順序發(fā)送工作單元到個(gè)別工位，在個(gè)別

35、組成，任意工具或夾具的工藝 規(guī)程制訂時(shí)，一條裝配線的決定、設(shè)計(jì)和制造必須被完成，并且工作站的必須被列出來。制造或購(gòu)買決定在工藝制定過程中出現(xiàn)的一個(gè)重大問題是一個(gè)特定零件應(yīng)該在公司內(nèi)部的工廠內(nèi) 生產(chǎn)還是從外部銷售商處購(gòu)買，并且這個(gè)問題的答案被認(rèn)為是制造或購(gòu)買決定。如果公 司沒有技術(shù)設(shè)備或制造零件所必須的詳細(xì)制造工藝中的專門技術(shù)，那么答案就很明顯 了。因?yàn)闆]有其他選擇零件必須購(gòu)買。然而，在很多例子中零件既可以在利用現(xiàn)有設(shè)備 在內(nèi)部制造或者可以從外部擁有相似制造能力的生產(chǎn)銷售商處購(gòu)買。在我們的關(guān)于制造或購(gòu)買的決定的討論中，他應(yīng)該認(rèn)識(shí)到在開始幾乎所有的制造者 從供應(yīng)商那里購(gòu)買原料。一個(gè)機(jī)械加工廠從一個(gè)

36、金屬經(jīng)銷商購(gòu)買他的起動(dòng)柄原料或從一 個(gè)鑄造廠購(gòu)買他的砂型鑄件。一個(gè)塑料成型廠從一個(gè)化工廠購(gòu)買他的模塑料。一個(gè)沖壓 廠可以去經(jīng)銷商或直接從軋鋼廠購(gòu)買金屬片。很少的公司能夠在操作中從原料一直進(jìn)行 垂直整合，這看來至少購(gòu)買一些也許在他的工廠可以另外制造的零件是合理的。也有可 能為公司使用的每一個(gè)組成要求制造或購(gòu)買決定。這里有許多影響制造或購(gòu)買決定的因素，一個(gè)人可能認(rèn)為成本是決定是購(gòu)買還是制 造零件的最重要的因素。如果一個(gè)外部經(jīng)銷商比公司工廠更精通于制造零件的工藝，因 而公司內(nèi)部生產(chǎn)成本可能比經(jīng)銷商賺取成本后的價(jià)格還要高?？墒牵绻?gòu)買決定導(dǎo)致公司工廠設(shè)備和勞動(dòng)的閑置，購(gòu)買零件的表面優(yōu)勢(shì)就會(huì)喪失?？紤]

37、以下例子制造或購(gòu)買 決定。為一個(gè)特定零件被引述的價(jià)格是100個(gè)單位的每單位$20.00。制造零件的成分如下 所示：?jiǎn)挝辉铣杀?每單位$8.00直接勞動(dòng)成本=每單位$6.00勞動(dòng)加班150%每單位$9.00設(shè)備修理成本=每單位$5.00總計(jì)二每單位$28.00這個(gè)組成應(yīng)該被購(gòu)買還是在內(nèi)部制造？解決方案：盡管經(jīng)銷商的引證似乎支持購(gòu)買決定，讓我們來考慮如果引證被接受可 能在生產(chǎn)操作中的沖突。$5.00設(shè)備維修成本是已經(jīng)被制定的投資成本，如果設(shè)備設(shè)計(jì) 因?yàn)橘?gòu)買零件的決定而變的沒有利用價(jià)值，那么這個(gè)固定成本仍然繼續(xù)盡管設(shè)備閑置 著。同樣，如果零件被購(gòu)買由工廠空間，效用和勞動(dòng)成本組成的$9.00的勞動(dòng)間

38、接成本仍然繼續(xù)。通過這種推理，如果應(yīng)該已用于生產(chǎn)零件的設(shè)備閑置的購(gòu)買決定并不是一個(gè) 好決定因?yàn)樗赡芑ㄙM(fèi)公司將近$20.00+$5.0+$9.00=$34.0每單元。另一方面，如果正 在討論的設(shè)備可以被用于生產(chǎn)其他零件并且內(nèi)部生產(chǎn)成本低于外部聯(lián)系報(bào)價(jià)，那么一個(gè) 購(gòu)買決定就是一個(gè)好決定。制造或購(gòu)買決定并不像這個(gè)例子中的那樣直接。這幾年的一個(gè)趨勢(shì)，尤其在汽車工 業(yè)，公司和零件供應(yīng)者建立緊密關(guān)系。由此我們將引出并行工程。在計(jì)劃操作方面制造公司有很大興趣利用計(jì)算機(jī)輔助工藝（CAPP系統(tǒng)來完成。奪虜國(guó)甲咫于那些熟悉加工詳細(xì)資料和其他工藝的工廠培訓(xùn)的工人逐漸退休，并且 這些人在將來工藝制訂的過程中是非常有

39、用的。一種可選擇的用于完成這種功能的方式 是必需的，CAPP提供了這種選擇。CAP陳常被看作是計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM的一部分。 然而這種趨向意味著CAM1一系列系統(tǒng)。事實(shí)上，當(dāng)CADW計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)協(xié)同作用創(chuàng)造了一個(gè)CAD/CA陳統(tǒng)。在這樣一個(gè)系統(tǒng)中，CAP誠(chéng)為設(shè)計(jì)和制造之間的直接聯(lián)結(jié)。來 自計(jì)算機(jī)輔助工藝的優(yōu)點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)：.工藝合理化和標(biāo)準(zhǔn)化.自動(dòng)工藝規(guī)程制訂比完全用手工編制工藝產(chǎn)生的更 合理化和一致化。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)趨向產(chǎn)生低成本和高生產(chǎn)質(zhì)量。.增強(qiáng)工藝制訂者的生產(chǎn)力.在數(shù)據(jù)文件中的系統(tǒng)方法和標(biāo)準(zhǔn)加工設(shè)計(jì)的實(shí) 用性使工藝制訂者可完成更多的工作。.減少工藝規(guī)程的制訂時(shí)間.與手工準(zhǔn)備相比，利用CA

40、PP（統(tǒng)的工藝制訂者 可以在較短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)備好進(jìn)路表。.改良異讀性.計(jì)算機(jī)準(zhǔn)備的進(jìn)路表比手工準(zhǔn)備的進(jìn)路表更容易簡(jiǎn)潔。.結(jié)合其他應(yīng)用軟件.CAPP系統(tǒng)可以在界面上與其它應(yīng)用軟件結(jié)合，象成本 估計(jì)和工作標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算機(jī)輔助工藝圍繞著兩個(gè)路徑來設(shè)計(jì)，這兩個(gè)路徑被叫做：（1） CAPP僉索系統(tǒng)和（2） CAPPt成系統(tǒng)。許多CAPPS統(tǒng)結(jié)合這兩種路徑而被稱為生成檢索 CAPPS統(tǒng)。制造業(yè)的并行工程和設(shè)計(jì)并行工程引用一種常用于產(chǎn)品發(fā)展的路徑，通過它使工程設(shè)計(jì)功能、工程制造功能 和其他功能綜合起來以減少一種新產(chǎn)品投放市場(chǎng)所需要的共用時(shí)間，也被稱為并發(fā)工 程，他可能被認(rèn)為是CAD/CAMfc術(shù)的類似組織版本，按

41、照傳統(tǒng)路徑來使一件產(chǎn)品投放市 場(chǎng)。如圖（1）a所示，工程設(shè)計(jì)功能和工程制造功能這兩種功能是分開并且連續(xù)的，產(chǎn)品 設(shè)計(jì)部門開展一項(xiàng)新的設(shè)計(jì)有時(shí)很少考慮到公司的制造能力，也很少有機(jī)會(huì)能夠讓制造 工程師來提供如何使設(shè)計(jì)更容易制造的一些建議。他好像消除了在設(shè)計(jì)和制造之間的一 堵墻，當(dāng)設(shè)計(jì)部門完成設(shè)計(jì)，他投擲工程圖和說明書越過這面墻，并且那時(shí)工藝規(guī)程制 訂也開始了。圖（1）比較：（a） 傳統(tǒng)產(chǎn)品發(fā)展周期和（b）并行產(chǎn)品的發(fā)展周期通過比較，實(shí)行并行工程的公司，工程制造部門在早期就參與到產(chǎn)品發(fā)展周期。為 如何使產(chǎn)品和他的組成能夠被設(shè)計(jì)的更適于制造提供建議。他同樣為產(chǎn)品提供制造計(jì)劃繼續(xù)進(jìn)行的早期準(zhǔn)備，這種并行

42、工程的路徑在圖（1）b中被描繪出。除了工程制造以外其 他功能同樣被包括在產(chǎn)品發(fā)展周期中，如質(zhì)量工程、制造部門、后勤服務(wù)、市場(chǎng)供應(yīng)評(píng) 定組成和一些情況下將使用這些產(chǎn)品的消費(fèi)者。在產(chǎn)品發(fā)展階段的所有這些功能不僅能 改善新產(chǎn)品的功能和性能，同時(shí)也能改善他的可造性、自檢性、易測(cè)性、服務(wù)能力和可 維護(hù)性。通過早期功能改善，因?yàn)樵谧罱K產(chǎn)品設(shè)計(jì)之后的回顧太晚以至于不能對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn) 行便利的修改的不利因素的消除，使產(chǎn)品發(fā)展周期的持續(xù)期大大減少。并行設(shè)計(jì)包含以下因素：（1） 一些制造和裝配設(shè)計(jì)（2）質(zhì)量設(shè)計(jì)（3）成本設(shè)計(jì)和（4）生 命周期設(shè)計(jì)。另外，像快速成型、虛擬制造、和組織轉(zhuǎn)變等輔助技術(shù)需要被用來促進(jìn)公 司的并

43、行工程。制造和裝配設(shè)計(jì)據(jù)估計(jì)一件產(chǎn)品的70%勺生命周期成本是由在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)所做的基本決定所決定 的，這些設(shè)計(jì)決定包括每個(gè)零件的材料、零件模型、公差、表面處理、零件是如何被組 織裝配的和常用裝配方法。一旦這些決定被指定，減少產(chǎn)品制造成本的能力就會(huì)被限 制。例如，如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)者決定用鋁砂型鑄造法制造一個(gè)分開零件，但是這個(gè)零件的工 藝特性只能通過加工來完成（如螺紋孔和配合公差），制造工程師沒有選擇的余地，只能 按照先砂型鑄造在加工的方法來達(dá)到既定要求。在這個(gè)例子中，用一個(gè)在單獨(dú)步驟所需 要的塑料模制品也許是一個(gè)較好的決定。因此，當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)展開時(shí)給制造工程師:S反I受:固臣囹一個(gè)忠告設(shè)計(jì)者的機(jī)會(huì)對(duì)產(chǎn)品

44、的順利可造性是非常重要的。這種被用于嘗試描述順利改變一件新產(chǎn)品的可造性的條件是制造設(shè)計(jì)（DFM劑裝配設(shè)計(jì)（DFA）。當(dāng)然,DFMf口 DFA是緊密相連的，因此讓我們用制造和裝配設(shè)計(jì) （DFM/A）的 形式來表達(dá)。制造和裝配設(shè)計(jì)包括在一件新產(chǎn)品中的可造性和可裝配性的綜合考慮，這 包括：（1）組織變化和 設(shè)計(jì)原理和指導(dǎo)方針。.在DFM/A中的組織變化.DFM/A的有效執(zhí)行包括公司組織機(jī)構(gòu)的正式或非正式 的變化，因此設(shè)計(jì)職工和制造職工之間有很好的交流和交互作用。這可以通過以下方法 來完成：（1）通過成立由產(chǎn)品設(shè)計(jì)者制造工程師和其他員工 （例如：質(zhì)量工程師、材料專 家）組成的攻關(guān)小組來進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)；（

45、2）通過要求設(shè)計(jì)工程師用一些事業(yè)時(shí)間在制造 上，以能夠掌握第一手可造性和可裝配性是如何通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)聯(lián)系在一起的；（3）通過指派制造工程師到產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門在一個(gè)臨時(shí)的或?qū)Ｈ蔚幕A(chǔ)上做一個(gè)還原性顧問。.設(shè)計(jì)說明和指導(dǎo)方針.DFM/A為了理解如何設(shè)計(jì)一個(gè)既定產(chǎn)品來使可造性和可 裝配性最大化也依賴于設(shè)計(jì)說明和指導(dǎo)方針的使用，這些通用設(shè)計(jì)指導(dǎo)方針中的一些幾 乎適用于任何產(chǎn)品設(shè)計(jì)。在其他方面，一些設(shè)計(jì)原理只適用于特定工序，例如：軸或錐 度在階梯中的使用和利用模制品來切除模內(nèi)零件，在制造過程中我們只把這些具體過程 指導(dǎo)方針放在書本上。指導(dǎo)方針有時(shí)互相矛盾，一條指導(dǎo)方針是“簡(jiǎn)化零件模型，避免不必要的特征”。 但

46、是在同一表格里的另一指導(dǎo)方針為了裝配安全而規(guī)定在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)“特殊幾何特征 必須不時(shí)加上他的組成”。而且他也許值得來結(jié)合個(gè)別裝配件的特征來減少產(chǎn)品中零件 的數(shù)量。在這些示例中零件制造設(shè)計(jì)與裝配設(shè)計(jì)相沖突，在這個(gè)矛盾沖突的兩邊，一個(gè) 適當(dāng)解決方法必須被發(fā)現(xiàn)。附錄2外文文獻(xiàn)原文Process Planning and Concurrent EngineeringT. Ramayah and Noraini IsmailAbstract:The product design is the plan for the product and its components and subassemblies

47、. To convert the product design into a physical entity, a manufacturing plan is needed. The activity of developing such a plan is called process planning. It is the link between product design and manufacturing. Process planning involves determining the sequence of processing and assembly steps that

48、 must be accomplished to make the product. In the present chapter, we examine processing planning and several related topics.Process PlanningProcess planning involves determining the most appropriate manufacturing and assembly processes and the sequence in which they should be accomplished to produc

49、e a given part or product according to specifications set forth in the product design documentation. The scope and variety of processes that can be planned are generally limited by the available processing equipment and technological capabilities of the company of plant. Parts that cannot be made internally must be purchased from outside vendors. It should be mentioned th