便攜式太陽能光伏供電系統(tǒng)外觀與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+三維SW+文檔】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請(qǐng)放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 任務(wù)書 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容 新能源是二十一世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最具決定力的五大技術(shù)領(lǐng)域之一。太陽能是一種清潔、高效和永不衰竭的新能源，“取之不竭、用之不盡”。在各國(guó)政府都將太陽能資源利用作為國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。而太陽能發(fā)電具有安全可靠、無噪聲、無污染、制約少、故障率低、維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，地形多樣和居住分散的現(xiàn)實(shí)條件下，有著非常獨(dú)特的作用。本設(shè)計(jì)以便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)為載體，完成便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程。進(jìn)一步提升專業(yè)技能，為踏上工作崗位做好準(zhǔn)備。本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)有一下幾點(diǎn)： 1、收集關(guān)于便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)產(chǎn)品的相關(guān)知識(shí)，了解現(xiàn)有便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)； 2、熟悉便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)的工作原理及過程； 3、查閱相關(guān)資料，熟悉機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械零件的加工工藝、工程力學(xué)、工程制圖等與本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題相關(guān)的知識(shí)； 4、熟練掌握計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件； 5、對(duì)便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃及分析，反復(fù)對(duì)方案進(jìn)行論證，逐步進(jìn)行修改及優(yōu)化； 6、完成便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 7、完成便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)相關(guān)機(jī)構(gòu)的各種參數(shù)計(jì)算和分析； 8、完成便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)相關(guān)零件材料的選用及其工藝分析； 9、完成便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)產(chǎn)品零件及裝配部件的3D和2D工程圖的繪制； 10、完成零件拆、裝過程及運(yùn)動(dòng)仿真視頻動(dòng)畫的制作； 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的要求與數(shù)據(jù) 本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題需要掌握機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械零件加工工藝、工程力學(xué)、工程制圖等相關(guān)知識(shí)及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技能。本課題需要提交的數(shù)據(jù)及資料主要有以下方面： 1、在設(shè)計(jì)之前必須對(duì)方案進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃及分析； 2、便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理，提交合理、完整的3D模型； 3、便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)相關(guān)機(jī)構(gòu)的各種參數(shù)計(jì)算和分析，并提供結(jié)果； 4、零部件裝配正確合理，并提供干涉分析結(jié)果； 5、2D工程圖要整潔規(guī)范，必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并提交規(guī)范完整圖紙； 6、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真及零件拆、裝過程視頻動(dòng)畫畫面要清晰，并提交AVI視頻文件； 7、外文資料翻譯和畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）的內(nèi)容及字符要符合“畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書”的要求； 8、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書的格式必須符合 “20xx年畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書統(tǒng)一格式”的要求； 9、各個(gè)文件資料所需填寫的時(shí)間必須符合“20xx年畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)管理辦法”的要求； 10、答辯PPT課件能清晰體現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的設(shè)計(jì)思路，并且版面簡(jiǎn)介； 三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的工作 1、完成開題報(bào)告的撰寫； 2、完成中期檢查表的填寫； 3、完成二萬字左右的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）；在畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中必須包括詳細(xì)的300-500個(gè)單詞的英文摘要； 4、獨(dú)立完成與課題相關(guān)，不少于四萬字符的指定英文資料翻譯（附英文原文）； 5、對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃及分析，反復(fù)對(duì)方案進(jìn)行論證，逐步進(jìn)行修改及優(yōu)化； 6、完成便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 7、完成便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)相關(guān)機(jī)構(gòu)的各種參數(shù)計(jì)算和分析； 8、完成材料的選用及其工藝分析； 9、完成便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)產(chǎn)品零件及裝配部件的3D和2D工程圖的繪制； 10、完成工作量折合A0圖紙3張以上，其中必須包含兩張A3以上的計(jì)算機(jī)繪圖圖紙； 11、完成零件拆、裝過程及運(yùn)動(dòng)仿真視頻動(dòng)畫的制作； 12、完成答辯PPT課件的制作； 四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) 至少查閱以下所列出的參考文獻(xiàn)5篇以上。 [1] 申愛民. UG NX 6.0機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2011 [2] 段國(guó)忠. UG NX 6.0中文版產(chǎn)品設(shè)計(jì)教程[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2009 [3] 孫嵐、陳德俊. 設(shè)計(jì)啟蒙:工業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程[M]. 廣西:廣西美術(shù)出版社，2009 [4] 郁文娟. 塑料產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007 [5] 黃森彬. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]. 北京: 高等教育出版社，2007 [6] 小栗達(dá)男. 機(jī)械設(shè)計(jì)禁忌手冊(cè)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2007 [7] 吳宗澤. 簡(jiǎn)明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，1997 [8] 張阿維. 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)教程-產(chǎn)品設(shè)計(jì)[M]. 北京理工大學(xué)出版社，2006 [9] 中國(guó)工業(yè)設(shè)計(jì)在線 http://ind.dolcn.com/ [10] Joseph E. Shigley. standard handbook of machine design（2nd Edtion）. McGraw-Hill,2009 五、試驗(yàn)、測(cè)試、試制加工所需主要儀器設(shè)備及條件 所需主要儀器設(shè)備及條件如下： 1、 微型計(jì)算機(jī)一臺(tái); 2、 機(jī)械CAD軟件一套 任務(wù)下達(dá)時(shí)間： 20xx年12月17日 畢業(yè)設(shè)計(jì)開始與完成時(shí)間： 20xx年12月17日至 20xx年05 月26日 組織實(shí)施單位： 教研室主任意見： 簽字： 20xx年12月14日 院領(lǐng)導(dǎo)小組意見： 簽字： 20xx 年12月16日 進(jìn)度計(jì)劃表 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 序號(hào) 起止日期 計(jì)劃完成內(nèi)容 實(shí)際完成內(nèi)容 檢查日期 檢查人簽名 1 20xx.12.17-20xx.12.23 完成開題報(bào)告 2 20xx.12.24-20xx.12.30 收集關(guān)于便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)產(chǎn)品的相關(guān)知識(shí)，了解現(xiàn)有便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu) 3 20xx.12.31-20xx.1.6 完成專業(yè)相關(guān)的四萬字符左右英文翻譯 4 1.7-1.13 熟悉便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)的工作原理及過程 5 3.4-3.10 熟悉機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械零件的加工工藝、工程力學(xué)、工程制圖等與本畢業(yè)設(shè)計(jì)課題相關(guān)的知識(shí) 6 3.11-3.17 學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件 7 3.18-3.24 對(duì)便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃及分析，反復(fù)對(duì)方案進(jìn)行論證，逐步進(jìn)行修改及優(yōu)化 8 3.25-3.31 完成便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 9 4.01-4.07 完成相關(guān)機(jī)構(gòu)的各種參數(shù)計(jì)算和分析 10 4.08-4.14 完成便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)相關(guān)零件材料的選用 11 4.15-4.21 完成便攜式移動(dòng)太陽能光伏供電系統(tǒng)相關(guān)零件工藝分析 12 4.22-4.28 產(chǎn)品零件及裝配部件的3D 13 4.29-5.05 2D工程圖的繪制 14 5.06-5.12 零件拆、裝過程及運(yùn)動(dòng)仿真視頻動(dòng)畫的制作 15 5.13-5.19 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文撰寫 16 5.20-5.26 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，提交論文 任務(wù)下達(dá)時(shí)間：20xx年12月17日　　　 第 3 頁 共 3 頁 一種又輕又小的可調(diào)節(jié)硬件的新機(jī)械結(jié)構(gòu) 在本文中，我們提出了輕量化、小型剛度可調(diào)器件的新結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)利用滾珠絲杠機(jī)構(gòu)調(diào)整關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)無窮小位移和線性彈簧之間的關(guān)系。然后，在接頭剛度調(diào)整。不像許多其他的剛度可調(diào)的結(jié)構(gòu)，彈性元件的彈性能量最大可用的擬議結(jié)構(gòu)的剛度最大時(shí)。因此，這種結(jié)構(gòu)的彈性元件可比其它結(jié)構(gòu)更小、更輕。所提出的結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，需要較少和較小的機(jī)械部分，因?yàn)樵摍C(jī)制大多需要滾珠絲杠機(jī)構(gòu)和線性彈簧。我們開發(fā)了一個(gè)實(shí)際的硬件測(cè)試所提出的結(jié)構(gòu)。 指數(shù)條款可調(diào)剛度，新機(jī)制，重量輕，小 I 引言 A.剛度調(diào)整在科學(xué)和技術(shù)的領(lǐng)域 人類和動(dòng)物巧妙地產(chǎn)生著運(yùn)動(dòng)。很多因素似乎有助于靈巧的動(dòng)作。已經(jīng)有研究了人類和動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)，他們的肌肉和肌腱的剛度調(diào)整，其中一個(gè)因素可能是利用剛度調(diào)整。因此，調(diào)整機(jī)械剛度是從科學(xué)的角度來看一個(gè)有趣的問題。 在機(jī)器人領(lǐng)域，具有很高的齒輪減速電機(jī)是產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人的傳統(tǒng)。研究人員還提出了機(jī)器人的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方法。電機(jī)和控制方法的進(jìn)步，使得機(jī)器人的能力增強(qiáng)。然而，要讓電動(dòng)執(zhí)行器的能力似乎幾乎達(dá)到極限，以及執(zhí)行能力很快的進(jìn)步不可能短期實(shí)現(xiàn)。此外，最近的一些執(zhí)行任務(wù)的機(jī)器人，由于高減速齒輪的機(jī)器人的關(guān)節(jié)很僵硬似乎不適用于現(xiàn)有的機(jī)器人[ 1 ]。因此，研究人員最近試圖調(diào)查出替代方式來生成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。一個(gè)重要的途徑是利用機(jī)械彈性元件。 從能源效率的角度出發(fā)，利用彈性元件也有效，因?yàn)闄C(jī)械系統(tǒng)共振可以節(jié)省能源而產(chǎn)生的周期性運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人。 B.共振為基礎(chǔ)的控制方法 我們提出了共振為基礎(chǔ)的控制方法，利用機(jī)械彈性元件安裝在多關(guān)節(jié)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的剛度[ 2 ]在線調(diào)整，[ 3 ]，[ 4 ]，[ 5 ]，[ 6 ]。該控制器可以產(chǎn)生多關(guān)節(jié)機(jī)器人的周期性運(yùn)動(dòng)，而通過調(diào)整剛度減少執(zhí)行機(jī)構(gòu)的扭矩。我們?cè)噲D延長(zhǎng)共振的概念引入到多關(guān)節(jié)機(jī)器人[ 2 ]，[ 3 ]。所設(shè)計(jì)的控制器可以保證控制系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性[ 2 ]。此外，不僅剛度調(diào)整，而且運(yùn)動(dòng)模式調(diào)整減少執(zhí)行機(jī)構(gòu)的扭矩[ 3 ]，[ 4 ]。這種控制器能減少步行運(yùn)動(dòng)[ 5 ] 90 % 以上的致動(dòng)器轉(zhuǎn)矩。該控制方法的應(yīng)用是人類行走的支持系統(tǒng)[ 6 ]，用于節(jié)能的工業(yè)機(jī)器人和步行/跑步機(jī)器人?，F(xiàn)在，我們正在開發(fā)的硬件有腿機(jī)器人如圖1所示。機(jī)器人的目的是利用共振的運(yùn)行控制方法。因此，需要在機(jī)器人各關(guān)節(jié)的剛度設(shè)可調(diào)裝置的裝備。 然而，如果我們使用一些結(jié)構(gòu)剛度可調(diào)裝置，它就可以為機(jī)器人運(yùn)行引起剛度可調(diào)的設(shè)備重量大增。因此，我們需要?jiǎng)偠瓤烧{(diào)裝置具有重量輕，體積小，可安裝在多關(guān)節(jié)機(jī)器人的關(guān)節(jié)。 C.剛度調(diào)整工作 為了開發(fā)剛度可調(diào)裝置，有不少研究人員提出了機(jī)械結(jié)構(gòu)[ 7 ]，[ 8 ]，[ 9 ]，[ 10 ]，[ 11 ]，[ 12 ]，[ 13 ]，[ 14 ]。 對(duì)于剛度調(diào)整的一個(gè)簡(jiǎn)單的方法是用不同的彈性元件的有效長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)。例如，鋼板彈簧的有效長(zhǎng)度可以移動(dòng)滑塊調(diào)整線性[ 7 ]。 另一種方法是利用兩個(gè)非線性彈性元件[ 8 ]，[ 9 ]。兩個(gè)非線性彈性元件安裝在一個(gè)共同對(duì)抗性結(jié)構(gòu)處，然后，將兩個(gè)彈性元件裝在接頭進(jìn)行剛度調(diào)整。 圖1 開發(fā)步行機(jī)器人 這種結(jié)構(gòu)是相似于人類，但是人類可以通過拮抗肌有限收縮調(diào)整關(guān)節(jié)僵硬。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)，如何使彈性元件的非線性成為一個(gè)關(guān)鍵問題。K.小金澤發(fā)明出實(shí)現(xiàn)非線性的旋轉(zhuǎn)彈簧和錐度[ 8 ]。旋轉(zhuǎn)的彈簧，使彈簧纏繞圓錐。然后，彈簧的剛度取決于旋轉(zhuǎn)角的大小。H. noborisaka等人實(shí)現(xiàn)了利用線性彈簧控制非線性線[ 9 ]。 在另一種方法中，是用不同的預(yù)緊力和彈性元件的剛度調(diào)整預(yù)緊力來實(shí)現(xiàn)的。這種結(jié)構(gòu)不需要兩個(gè)彈性元件，所以關(guān)節(jié)只有一個(gè)彈性元件。B. vanderborght等人提出了一種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)稱為MACCEPA，就是基于這種機(jī)制[ 10 ]。美國(guó)Wolf等人還提出了這種結(jié)構(gòu)稱為與關(guān)節(jié)[ 11 ]。 然而，在上述結(jié)構(gòu)的情況下，當(dāng)剛度最大時(shí)，彈性元件的可用彈性能量最小。然后，我們需要較大和較重的彈性元件，因?yàn)榇鎯?chǔ)的彈性能量和重量與彈性元件的大小成正比，而彈性元件的變形位移和可存儲(chǔ)的彈性能量的平方成正比。因此，如果我們解決了這個(gè)問題，我們可以開發(fā)更小、更輕的剛度可調(diào)裝置。 用不同關(guān)系的聯(lián)合旋轉(zhuǎn)和彈性元件的無窮小位移之間可以解決這個(gè)問題，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的彈性能量甚至可以在最大剛度的情況下達(dá)到最大。例如，改變彈簧力矩臂長(zhǎng)度來調(diào)整無窮小與周圍關(guān)節(jié)僵硬的關(guān)系，。然后，無負(fù)載作用時(shí)達(dá)到彈簧剛度最大的要求。聯(lián)合國(guó)N. Takesue提出了一個(gè)可調(diào)剛度結(jié)構(gòu)，利用這種機(jī)制結(jié)構(gòu)變化的線性彈簧一側(cè)的位置的關(guān)系來調(diào)整無窮小。然后，線性彈簧的彈性能量就可以在最大剛度的情況下達(dá)到最大。然而，這種結(jié)構(gòu)是設(shè)為平移接頭，因此，我們不能直接使用這個(gè)結(jié)構(gòu)，我們的腿式機(jī)器人應(yīng)該用旋轉(zhuǎn)接頭。另外，不同的線性彈簧一側(cè)的位置似乎需要更大的工作空間。V. Duindam等人提出了一個(gè)理想的剛度可調(diào)的結(jié)構(gòu)，利用無窮小的關(guān)系來調(diào)整。這種結(jié)構(gòu)是由一個(gè)靈活的凸輪和線性彈簧組成。在這種情況下，無窮小的關(guān)系是通過改變凸輪的形狀來調(diào)整。然而，這種靈活的凸輪是很大的，所以要求工作空間較大。此外，這種結(jié)構(gòu)目前只是一個(gè)概念。因此，沒有詳細(xì)的討論和具體的分析，就還不能用于實(shí)際的硬件設(shè)備。 因此，如果我們能做出更小的設(shè)備，運(yùn)用不同的無窮小的關(guān)系，就可以開發(fā)出具有重量輕，體積小，剛度可調(diào)裝置。 D. 本次研究 在本文中，我們提出了一個(gè)新的機(jī)械結(jié)構(gòu)，運(yùn)用各關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的無窮小位移和采用滾珠絲杠機(jī)構(gòu)線性彈簧之間的關(guān)系。然后，當(dāng)剛度的聯(lián)合最大時(shí)彈簧的彈性能量最大可用。 因此，所提出的結(jié)構(gòu)的彈性元件可輕和而小。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，滾珠絲杠機(jī)構(gòu)不需要很多的機(jī)械部件和很大的工作空間。此外，所提出的結(jié)構(gòu)的剛度可以調(diào)整從0到最大的一個(gè)理論值。因此，剛度可調(diào)范圍很大。 本文分析了該結(jié)構(gòu)的一些特點(diǎn)。我們開發(fā)利用了所提出的實(shí)際硬件結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來測(cè)試開發(fā)的硬件。 II 提出的結(jié)構(gòu) 本節(jié)將介紹機(jī)械結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。 A.結(jié)構(gòu) 該結(jié)構(gòu)采用滾珠絲杠機(jī)構(gòu)和一個(gè)線性彈簧如圖2所示。滾珠絲杠機(jī)構(gòu)剛性地連接到旋轉(zhuǎn)軸，它固定在接頭的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。彈簧的一側(cè)連接到前面的鏈接。彈簧的另一端連接到滾珠絲杠螺母。從接頭的彈簧一側(cè)的長(zhǎng)度應(yīng)大于從接頭的長(zhǎng)度L > R.螺母的位置可以通過旋轉(zhuǎn)的滾珠螺桿機(jī)構(gòu)調(diào)整螺桿。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)螺絲。 B.剛度調(diào)節(jié)原理 剛度調(diào)整的原則如下。當(dāng)我們調(diào)整長(zhǎng)度從接頭螺母R通過移動(dòng)螺母的位置時(shí)，運(yùn)用關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)Q無窮小位移關(guān)系的方法，在節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度調(diào)整。 圖2 提出機(jī)制 C.數(shù)學(xué)分析 在這里，我們分析了關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的剛度以得出其剛度調(diào)節(jié)的定量特征，首先，我們計(jì)算了彈簧長(zhǎng)度 其中L是從接頭連接到前連接彈簧的一側(cè)的長(zhǎng)度。 彈性能量的線性彈簧是由 是線性彈簧的剛度，ls0是彈簧的自然長(zhǎng)度。 在接頭的彈簧扭矩通過對(duì)彈性能量U相對(duì)于關(guān)節(jié)角度計(jì)算： 關(guān)節(jié)周圍KQ剛度通過對(duì)轉(zhuǎn)矩的相對(duì)于關(guān)節(jié)角度計(jì)算： 因此，剛度可以通過不同長(zhǎng)度的R在方程（4）所示調(diào)整。剛度是一個(gè)非線性函數(shù)R。然而，如果在方程（4）右邊的式子通過不同長(zhǎng)度的R有很大程度上的變化，剛度是由不同長(zhǎng)度鋼筋剛度的線性來調(diào)整的，也是角剛度非線性的KQ，在第四節(jié)所示用一個(gè)具體的例子說明，一個(gè)非線性函數(shù)。 D.提出結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì) 所提出的結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)。 重量和線性彈簧尺寸：最重要的優(yōu)勢(shì)是，我們可以在該結(jié)構(gòu)使用更小、更輕的線性彈簧。首先，我們考慮的線性彈簧的彈性能量Uava 可儲(chǔ)存的彈性能，Umax的彈簧可以最大限度的設(shè)為沒有塑性變形。線性彈簧的最大長(zhǎng)度取決于存儲(chǔ)的彈性能量 在方程（2）所示，彈簧的彈簧變形勢(shì)能U的增加而增大。如果可用的彈性能量Uava較小，彈簧的塑性變形會(huì)附加較小的變形。因此，如何保證彈性能量Uava大而且有效是非常重要的。然而，增加儲(chǔ)存的彈性能量會(huì)線性影響體重和線性彈簧尺寸。另一方面，所提出的結(jié)構(gòu)的剛度在最大的長(zhǎng)度r時(shí)，這種情況下，平衡角q = 0的彈簧長(zhǎng)度Ls最小，在方程（1）所示，彈簧U最小時(shí)，在方程中所示的彈性能量最小。 所以，所提出結(jié)構(gòu)的有效彈性能量Uava最大時(shí)可用剛度最大，在許多其他結(jié)構(gòu)中，彈性元件的彈性能量最小時(shí)可用剛度最大。例如，在有效長(zhǎng)度調(diào)整[ 7 ]的情況下，增加的剛度可使彈性能量減小，因?yàn)閯偠仍黾恿藦椥栽挠行чL(zhǎng)度會(huì)縮短。在其他一些結(jié)構(gòu)[ 8 ]，[ 9 ]，[ 10 ]，[ 11 ]中，可用彈性能量也是最低時(shí)，剛度最大，因?yàn)閯偠忍岣撸黾幼饔迷趶椥栽系妮d荷。因此，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是線性彈簧可以更小、更輕，對(duì)于以上結(jié)構(gòu)來說。 我們不需要擔(dān)心低剛度的情況下會(huì)由于關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)Q的線性彈簧LS的變形剛度低的情況下變得更小。因此，即使可用的彈性能量Uava在低剛度的情況下，也減少了，我們不需要使用大彈簧。 2）機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：所提出的另一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。所提出的結(jié)構(gòu)是由幾乎只有球螺旋機(jī)構(gòu)和線性彈簧。滾珠絲杠機(jī)構(gòu)可以不那么大，不需要太多的機(jī)械零件。因此，擬議的結(jié)構(gòu)可以施工方便和更小。 3）可調(diào)剛度范圍：在方程（4）所示，所提出的結(jié)構(gòu)的剛度可以調(diào)整從0到最大的不同長(zhǎng)度的R。因此，對(duì)該結(jié)構(gòu)的剛度可調(diào)范圍很大。如果我們不同的長(zhǎng)度從實(shí)驗(yàn)，我們可以實(shí)現(xiàn)甚至負(fù)剛度。這種特征可能會(huì)得到一些有利的應(yīng)用。 4）低操縱靈活性：低操縱靈活性的滾珠絲杠機(jī)構(gòu)在某些情況下是有利的，因?yàn)楸３趾愣ǖ膭偠戎幌哪芰啃〉膭偠日{(diào)整裝置的致動(dòng)器。它是已知的，滾珠絲杠機(jī)構(gòu)可以具有低的操縱靈活性。 5）低摩擦：當(dāng)我們保持一個(gè)恒定的剛度，所提出的結(jié)構(gòu)幾乎沒有滑動(dòng)部分。因此，低摩擦也是所提出結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。 6）工作空間：該結(jié)構(gòu)不需要那么大的工作空間，因?yàn)闈L珠絲杠機(jī)構(gòu)和彈簧運(yùn)動(dòng)空間很小。這也是所提出的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。 III 開發(fā)的硬件 我們開發(fā)了一個(gè)硬件如圖3所示，來驗(yàn)證所提出的結(jié)構(gòu)的有效性。 圖3 開發(fā)硬件 A. 機(jī)械部分 所開發(fā)的硬件的機(jī)械部件，如圖4所示。我們采用航空鋁框架作為基礎(chǔ)環(huán)節(jié)和前鏈接。我們使用了一個(gè)數(shù)控機(jī)床工具切出的基部和螺母絲杠機(jī)構(gòu)，和軸承保持器和從鋁塊的關(guān)節(jié)軸架。旋轉(zhuǎn)軸，線性彈簧，螺釘，軸承，絲和彈簧后的商品化的產(chǎn)品。滾珠絲杠機(jī)構(gòu)連接到旋轉(zhuǎn)軸剛性。旋轉(zhuǎn)軸連接到剛性基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。 B.的尺寸和重量 機(jī)械零件的尺寸如下。鋁框架的高度和寬度分別為2 [厘米]，底座的鏈路長(zhǎng)度為15 [厘米]，前面的鏈路長(zhǎng)度為18 [厘米]。彈簧的鋼絲直徑為2.5 [毫米]，彈簧的線圈的總數(shù)是23，線圈的平均粒徑為16 [毫米]，和彈簧包括鉤長(zhǎng)度為9 [厘米]。滾珠絲杠副的基部的寬度和長(zhǎng)度是14 [毫米]，51 [毫米]。 機(jī)械部分的重量如下。與接頭的連接重量為223 [克]。彈簧的重量為51 [克]。對(duì)滾珠絲杠機(jī)構(gòu)包括螺釘和螺母重量為37 [克]。所有部件的總重量是311 [克]。 開發(fā)的剛度可調(diào)裝置比用接頭的連接更小、更輕。因此，該裝置可安裝在多關(guān)節(jié)機(jī)器人或步行機(jī)器人各關(guān)節(jié)。 C.規(guī)格彈簧 彈簧可延長(zhǎng)52 [毫米]沒有塑性變形。因此，我們可在最大剛度的情況下旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)超過半徑。在較低的剛度的情況下，我們還可以旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)超過一圈。從接頭到彈簧的一側(cè)的長(zhǎng)度是19 [厘米]。線性彈簧的剛度為4.570 N KL / [毫米]。彈簧的ls0自然長(zhǎng)度為9 [厘米]。 圖4 機(jī)械零件 彈簧可以被動(dòng)地對(duì)接頭施加超過7 [N*m]的扭矩。 D.滾珠螺桿機(jī)構(gòu) 滾珠絲杠機(jī)構(gòu)可以通過旋轉(zhuǎn)螺桿調(diào)節(jié)螺母的位置。然后，長(zhǎng)度可以從34調(diào)整到0 mm。 我們可以計(jì)算出需要的扭矩 R，這是需要轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿，利用虛功原理。 螺絲的一個(gè)旋轉(zhuǎn)角，螺母移動(dòng)0.8 [毫米]通過旋轉(zhuǎn)螺旋2圈。然后Ls和Qr滿足。彈簧最大限度地能對(duì)螺母發(fā)揮234 [N]的力。因此，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)最大需要0.030 [nm]的力矩。 E.直流電動(dòng)機(jī)剛度調(diào)節(jié) 我們讓以下的變速箱直流電機(jī)的滾珠絲杠副螺桿旋轉(zhuǎn)。直流電機(jī)的產(chǎn)品名稱是“re16“麥克森公司開發(fā)。直流電動(dòng)機(jī)的規(guī)格如下。 額定功率為4.5 W，額定角速度是1466 [弧度/秒]，額定扭矩0.00442 [N*m]的，和最大扭矩0.035 [N*m]。變速箱的產(chǎn)品名稱為“GP 16“。變速箱的減速比為1。然后，我們可以通過與變速箱的直流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生0.13 [N*m]的額定轉(zhuǎn)矩和1 [N*m]最大轉(zhuǎn)矩的螺絲。因此，齒輪箱電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)螺釘滿足條件。 圖5 直流電機(jī)滾珠螺桿機(jī)構(gòu) 在直流電機(jī)的額定角速度的情況下，螺桿的角速度為8轉(zhuǎn)/秒。然后，螺母移動(dòng)的速度為6.4毫米/秒。因此，調(diào)整剛度從最小到最大要求在額定角速度的情況下，約5轉(zhuǎn)/秒。在電機(jī)中假設(shè)有一個(gè)光學(xué)編碼器作為角傳感器。變速器和編碼器的運(yùn)動(dòng)半徑為16 [毫米]，他們的總長(zhǎng)度是68 [毫米]，它們的重量是80 [克]。因此，我們可以將電機(jī)與變速箱的滾珠螺桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖5所示。 剛度可調(diào)裝置，重量包括電機(jī)一共是168 [克]。這個(gè)重量合適于圖1的步行/跑步機(jī)器人。 F.調(diào)整平衡角 這取決于應(yīng)用程序，我們需要調(diào)整聯(lián)合均衡角。在這種情況下，我們可以通過球關(guān)節(jié)周圍的旋轉(zhuǎn)來調(diào)整螺桿機(jī)構(gòu)平衡角。然后，平衡角的旋轉(zhuǎn)角度對(duì)滾珠絲杠機(jī)構(gòu)進(jìn)行線性調(diào)整，并且轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)需要一個(gè)執(zhí)行器。 四、實(shí)驗(yàn) 我們進(jìn)行了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來測(cè)試開發(fā)的硬件。 A.條件 我們測(cè)量了已生產(chǎn)產(chǎn)品的剛度可調(diào)裝置的扭矩。由于該結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，關(guān)節(jié)的一側(cè)旋轉(zhuǎn)扭矩和另一側(cè)相同。因此，我們只測(cè)量一側(cè)的旋轉(zhuǎn)扭矩（q＞0）。從接頭螺母調(diào)整的長(zhǎng)度為R = 34，23，17，11，8，4，0 [毫米]。我們測(cè)量扭矩角Q范圍是 到。比較測(cè)得的轉(zhuǎn)矩和理論，并帶入計(jì)算方程（4）。 圖6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 我們還測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)的滾珠絲杠副螺旋的扭矩，并檢查低操縱靈活性的滾珠絲杠機(jī)構(gòu)。 B.結(jié)果 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論比較如圖6顯示，可以通過改變螺母R來調(diào)節(jié)剛度.測(cè)量轉(zhuǎn)矩基本與理論位置調(diào)整一樣。我們可以通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)條件，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，因?yàn)槲覀兪鞘謩?dòng)測(cè)量扭矩。由剛度的非線性函數(shù)R在方程（4）所示，在R = 34 [毫米]時(shí)，一些區(qū)域的剛度比其他情況下小。然而，在R = 34 [毫米]時(shí)的剛度是大于其他情況下的。在其他情況下，剛度是由不同的R決定的。盡管剛度也是用非線性函數(shù)來線性調(diào)整，非線性的實(shí)驗(yàn)測(cè)量位置并沒有那么準(zhǔn)確。在R = 0時(shí)，我們測(cè)量的轉(zhuǎn)矩甚至理論值為0，原因可能是螺桿與螺母之間的物理干擾。 旋轉(zhuǎn)的滾珠絲杠機(jī)構(gòu)所需的最大扭矩wie0.15 [N*m]。由于在第iii-d處理論值為0.030 [N*m]，所以測(cè)得的轉(zhuǎn)矩比理論更大。產(chǎn)生這種差異的原因可能是滾珠絲杠副的摩擦。由于彈簧力對(duì)滾珠絲杠副螺母扭矩較大，使得螺母與螺桿之間的摩擦大大增加。所以，執(zhí)行器在III-E部分只可以最大限度地發(fā)揮1 [N*m]的扭矩。因此，我們可以通過旋轉(zhuǎn)，假定滾珠絲杠機(jī)構(gòu)制動(dòng)器在第iii-e部分。 螺母固定時(shí)，幾乎所有的彈簧轉(zhuǎn)矩和滾珠絲杠機(jī)構(gòu)都有很低的操縱靈活性。 因此，開發(fā)的硬件不需要消耗能量就能保持恒定的剛度。 五、結(jié)論 本文提出了一種新的更輕更小的機(jī)械結(jié)構(gòu)剛度可調(diào)裝置。所提出的結(jié)構(gòu)是由滾珠螺旋機(jī)構(gòu)和線性彈簧組成。然后，該結(jié)構(gòu)不需要很多的機(jī)械零件。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是彈簧的彈性能量最大時(shí)可用剛度最大。因此，所提出結(jié)構(gòu)的彈簧可以比許多其他結(jié)構(gòu)更小、更輕。 我們有效性的驗(yàn)證了所提出結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)際的硬件。 參考文獻(xiàn) [1] A. 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機(jī)械工程是為了滿足性能要求的積分，進(jìn)行初步設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)制造的過渡，再進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，并在該領(lǐng)域的硬件實(shí)現(xiàn)。在機(jī)械工程的基本定義中，協(xié)助建筑的發(fā)展，概念設(shè)計(jì)，并要求發(fā)展中排除許多項(xiàng)目有時(shí)被忽視的危害問題。這些設(shè)計(jì)問題，包括環(huán)境保護(hù)，結(jié)構(gòu)剛度滿足撓度要求，冷卻系統(tǒng)的散熱能力，可制造性來控制成本，可維護(hù)性確保可在現(xiàn)場(chǎng)修理，還有可移植性。認(rèn)識(shí)和權(quán)衡這些問題可以大大增加顧客滿意程度。本文討論的方法，從機(jī)械工程師的角度看以確保整體是多學(xué)科來解決我們的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。 圖7 復(fù)雜項(xiàng)目的執(zhí)行需要提供團(tuán)隊(duì)來增加客戶滿意度 背景簡(jiǎn)介 美國(guó)雷神公司和其他大型承包商的合作伙伴與我們的客戶生產(chǎn)出復(fù)雜的新系統(tǒng)，并升級(jí)現(xiàn)有系統(tǒng)，加上新的任務(wù)，需要執(zhí)行這些合約通常是相當(dāng)可觀的資源。 合同成功可靠的執(zhí)行是承包商和客戶的首要關(guān)注的問題。跨多個(gè)學(xué)科的設(shè)計(jì)要求需要團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)作，生產(chǎn)的產(chǎn)品符合或超過所有的要求和期望。本文探討機(jī)械工程師在協(xié)同過程的作用。滿足客戶的需求和期望是任務(wù)和作戰(zhàn)概念識(shí)別的開始。整個(gè)程序的基礎(chǔ)就是了解這些原理，缺乏程序會(huì)使這個(gè)基礎(chǔ)最終消耗大量成本和時(shí)間，并會(huì)導(dǎo)致客戶滿意度下降。 圖8 雷神公司的集成產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目的成功執(zhí)行 課題的使命和運(yùn)作理念要求包括兩大系統(tǒng)的性能參數(shù)，如雷達(dá)檢測(cè)概率和硬件實(shí)現(xiàn)的參數(shù)，以及可移植性要求或戰(zhàn)區(qū)。 主要系統(tǒng)，如圖7所示，高性能雷達(dá)要求的特征達(dá)到國(guó)家最先進(jìn)的搜索，跟蹤，識(shí)別和照明功能。 他們也在滿足這些要求之前，期間，經(jīng)歷暴露于惡劣的自然環(huán)境和誘導(dǎo)的問題。例如，戰(zhàn)區(qū)高空防御（THAAD）（在圖的右上面板顯示系統(tǒng)）是一個(gè)很寬的區(qū)域防空雷達(dá)。這是需要強(qiáng)調(diào)的雷達(dá)性能的要求，與其他傳感器和武器接口，并且成功操作之前，期間，也經(jīng)歷暴露于如很高的環(huán)境溫度和強(qiáng)風(fēng)充滿沙塵環(huán)境的問題。THAAD雷達(dá)的設(shè)計(jì)也具有高度可移植性，這限制了孔徑尺寸和重量。 另一個(gè)例子，驅(qū)逐艦（DDG 1000）在圖中的左上部面板顯示功能的高性能的傳感器和大量通信系統(tǒng)。每個(gè)這些成套設(shè)備的設(shè)計(jì)也會(huì)承受或沒有修復(fù)前，經(jīng)歷暴露于水下爆炸產(chǎn)生的沖擊環(huán)境的問題。 要求承包商產(chǎn)生一個(gè)系統(tǒng)確保我們的顧客成功的完成任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了性能與實(shí)現(xiàn)相結(jié)合。這表明設(shè)計(jì)學(xué)科必須密切合作，一起工作。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提供知識(shí)來滿足不同應(yīng)用需求從而提高客戶飛滿意程度。 本文從程序流程和組織討論了各種各樣的話題。應(yīng)用了幾個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的機(jī)械知識(shí)。 圖9 跨學(xué)科的組織結(jié)構(gòu)以及鼓勵(lì)相互作用 集成產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng) 所有的設(shè)計(jì)師，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)和組織，需要遵循一個(gè)強(qiáng)大的設(shè)計(jì)過程。在設(shè)計(jì)過程中有許多基本原理的形式，對(duì)每個(gè)人都是一樣的。大型組織，合同主要方案和數(shù)百個(gè)項(xiàng)目同時(shí)處理需要嚴(yán)格的執(zhí)行過程，美國(guó)雷神公司的集成產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)就需要這樣的過程。 圖10 硬件設(shè)計(jì)的理想化模型要滿足所有客戶的所有要求和識(shí)別任務(wù)需求 如圖14所示，該過程的開始與業(yè)務(wù)戰(zhàn)略以及規(guī)劃。企業(yè)必須建立一個(gè)業(yè)務(wù)戰(zhàn)略和追求相匹配的戰(zhàn)略機(jī)遇。項(xiàng)目規(guī)劃，領(lǐng)導(dǎo)，管理和跟蹤。程序資源絕大部分寫在隨后的步驟中。架構(gòu)的建立和文件的程序的需求要滿足頂層設(shè)計(jì)的需求。設(shè)計(jì)和開發(fā)定義了產(chǎn)品和系統(tǒng)詳細(xì)的樣子和如何將產(chǎn)品和系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)。最后，對(duì)構(gòu)建和測(cè)試的產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證和確認(rèn)。生產(chǎn)和部署應(yīng)遵循和過渡到長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)和支持的過程。 這個(gè)過程每一步的詳細(xì)描述來建立可重復(fù)執(zhí)行的路徑。這些描述可以了解所有的性能識(shí)別和實(shí)施要求。過程的執(zhí)行需要協(xié)同努力。 組織 項(xiàng)目組織是設(shè)計(jì)過程中一個(gè)重要的部分。圖10顯示了一個(gè)典型的跨學(xué)科項(xiàng)目組織。這個(gè)矩陣式結(jié)構(gòu)從一個(gè)單一的項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)客戶開始。該系統(tǒng)分為多個(gè)綜合產(chǎn)品小組（IPTS），每個(gè)集中在一個(gè)主要的子系統(tǒng)里。由兩個(gè)IP顯示，即雷達(dá)和平臺(tái)，這是典型的多程序系統(tǒng)。工程隊(duì)通過綜合產(chǎn)品小組共享，得到學(xué)科的許多專業(yè)知識(shí)。這結(jié)構(gòu)鼓勵(lì)子裝配團(tuán)隊(duì)之間的交流和互動(dòng)。 機(jī)械工程師的作用 一個(gè)復(fù)雜的雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有許多學(xué)科的參與，并具有獨(dú)特的技能集，其中需要每個(gè)總計(jì)劃的成功實(shí)施。協(xié)調(diào)小組的方法是對(duì)每一門學(xué)科需要理解的技能和其他學(xué)科的焦點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。在眾多的任務(wù)中，機(jī)械工程師的角色是開發(fā)性能并優(yōu)化實(shí)施方案，確保硬件能克服自然引起的環(huán)境條件而全套成功操作，并使設(shè)計(jì)過渡到制造的硬件。 當(dāng)任務(wù)和經(jīng)營(yíng)理念以及全套的要求和充分理解整個(gè)團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)發(fā)生沖突的情況下也可以時(shí)，就要應(yīng)用各專業(yè)的具體要求。其他團(tuán)隊(duì)成員就要考慮每一門學(xué)科來優(yōu)化他們的工作。機(jī)械工程師概述為一些駕駛要求對(duì)可能影響預(yù)測(cè)的系統(tǒng)和產(chǎn)品的性能。 這些因素包括設(shè)計(jì)的自然環(huán)境，熱負(fù)荷，溫度范圍，從所有來源的誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)載荷，設(shè)計(jì)，制造，以及材料的選擇。得到一個(gè)設(shè)計(jì)發(fā)展的理想化方法，同時(shí)，解決所有這些因素是跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)的最終目標(biāo)。 圖11的左邊顯示的天線系統(tǒng)理論為遠(yuǎn)場(chǎng)模式的一個(gè)例子。這種模式具有理想的行為。有一個(gè)尖銳的，有光滑的錐形遠(yuǎn)離主光束的能量峰。該圖的右側(cè)顯示后，設(shè)計(jì)以硬件實(shí)現(xiàn)的模式，完全符合非理想化對(duì)硬件的要求。請(qǐng)注意，峰峰值能量安全低于客戶的規(guī)格限制。 在這個(gè)例子中，交付給客戶的產(chǎn)品滿足所有任務(wù)和作戰(zhàn)概念的需要。解決方法是非理想化的，是成功的。但是，離軸的行為可能導(dǎo)致任意數(shù)量的來源，如尺寸公差，從成本效益的制造過程中產(chǎn)生的偏差，或天線風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生撓度。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的成功的設(shè)計(jì)了這個(gè)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)客戶的需求。 熱設(shè)計(jì) 熱環(huán)境和熱負(fù)荷在任何電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中都是重要的因素。環(huán)境既包括環(huán)境條件下的溫度，太陽輻射，還包括濕度在操作位置和設(shè)備的具體物品的地方環(huán)境。例如，一個(gè)庇護(hù)系統(tǒng)可以被放置在非常惡劣的室外條件下而為封閉的電子提供了一個(gè)相當(dāng)良性的環(huán)境。熱負(fù)荷產(chǎn)生的經(jīng)營(yíng)電子會(huì)耗散功率。 機(jī)械設(shè)計(jì)工程師的任務(wù)是解決這兩個(gè)問題。對(duì)于自然熱環(huán)境設(shè)計(jì)包括選擇能夠承受極端溫度的材料。熱軋和冷軋的極端溫度是設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。它對(duì)一些市售的部分為軍事硬件所需的典型冷溫度特別感興趣。 為了保護(hù)敏感的電子設(shè)備和實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的性能，環(huán)境控制系統(tǒng)和保溫系統(tǒng)是用來在保證溫度只能在一定范圍變化。天線罩用于覆蓋天線系統(tǒng)的輻射表面。環(huán)境控制系統(tǒng)操作需要的功率，必須在系統(tǒng)可靠性計(jì)算。天線罩提供保護(hù)，但它會(huì)降低保護(hù)天線的性能，而且會(huì)占相當(dāng)大的體積。防冰裝置是排除一些損傷積累的必要系統(tǒng)。防冰需要大量的電力，但其可以限制在特定的情況下有穩(wěn)定的性能。 圖11 熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求正在迅速增長(zhǎng)[ 1 ] 熱負(fù)荷要求熱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)主要目標(biāo)。熱控制在維護(hù)電子條件下提高可靠性最高溫度。設(shè)計(jì)工程師必須降低高可靠性和冷卻系統(tǒng)和備件的成本。如圖12所示，功率密度和功率消耗的處理器在過去的6年里穩(wěn)步增加，預(yù)計(jì)將在未來大幅增加，相應(yīng)的熱控系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷增加。 熱控制系統(tǒng)還可以在整個(gè)系統(tǒng)的最佳性能得到溫度的一致性。溫度的一致性的功能，所消耗的變化時(shí)間，保證系統(tǒng)溫度和環(huán)境溫度。 最后，熱膨脹和收縮問題的考慮適用于所有的散熱設(shè)計(jì)。幾乎所有的材料尺度都會(huì)隨著溫度的變化而變化。這個(gè)尺寸的變化可以導(dǎo)致在電子性能的變化，在原料上也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力從而導(dǎo)致在極端的情況下無法實(shí)施。 圖12 在設(shè)計(jì)中天然的和誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)環(huán)境影響[ 2 ] 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以設(shè)備的用途和暴露的環(huán)境的分析開始。這種分析始于客戶的任務(wù)和作戰(zhàn)概念，以對(duì)有負(fù)載的情況下得到一個(gè)詳細(xì)的了解。經(jīng)常有許多負(fù)荷的情況需要考慮，任何可以對(duì)系統(tǒng)性能的影響因素。 一種基于預(yù)期用途的負(fù)載情況下的例子是大型雷達(dá)孔徑的設(shè)計(jì)，在機(jī)械運(yùn)動(dòng)和重力作用下結(jié)構(gòu)變形必須限制。本設(shè)計(jì)能引導(dǎo)相對(duì)撓度影響的天性技能和限制偏差支持結(jié)構(gòu)支出的貿(mào)易。天線的設(shè)計(jì)必須包括孔徑變形分析中的誤差項(xiàng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師必須找到盡可能極限限制撓度的有效方式。一個(gè)非常類似的交易通常是暴露在風(fēng)荷載作用下的系統(tǒng)要求。 圖12顯示了幾個(gè)誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)的環(huán)境中，常見的地面戰(zhàn)術(shù)和艦載系統(tǒng)的例子。顯示設(shè)備的卡車行駛在道路課程測(cè)試，艦載系統(tǒng)暴露在水下爆炸試驗(yàn)，道路模擬試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)直升機(jī)吊。這些負(fù)載情況下的需求顯著的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)變形不能過多或負(fù)載下會(huì)失敗。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)經(jīng)常面臨著相互矛盾的系統(tǒng)性能的要求和結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)。 圖13 制造公差可以最小化較高的相對(duì)成本 [ 3 ] 在收集足夠的基本知識(shí)，一個(gè)（智能）個(gè)體能夠進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)，同時(shí)觀察他自己的行動(dòng)和實(shí)體之間的后續(xù)反應(yīng)的因果關(guān)系，從而增加另外他的知識(shí)。由于手電筒的基本知識(shí)的情況下是點(diǎn)亮它可以與電池一起工作，光亮可以通過開關(guān)打開和關(guān)閉。該行動(dòng)將轉(zhuǎn)向開關(guān)和反應(yīng)–改變光的狀態(tài)，從上到下或反之亦然。只要你能把每個(gè)開關(guān)的位置與狀態(tài)設(shè)計(jì)好–要么照明和非照明–你已經(jīng)學(xué)會(huì)使用開關(guān)（和手電筒）?，F(xiàn)在假設(shè)你的一個(gè)朋友已經(jīng)與你，注視你的行動(dòng)的所有時(shí)間。他也獲得了相同的知識(shí)，是嗎？是的，差不多：他知道哪位開關(guān)打開燈，但他不知道，例如，把開關(guān)需要多少的力量。重要的是你朋友的最新獲得的知識(shí)是通過實(shí)驗(yàn)獲得的被動(dòng)，而你通過積極的嘗試獲得了相同的知識(shí)。在一般情況下，更多的知識(shí)，可通過活性比通過被動(dòng)的嘗試。 經(jīng)過充分的試驗(yàn)出，獲得的知識(shí)達(dá)到一個(gè)點(diǎn)，個(gè)人是能夠控制的實(shí)體在一定程度上（參見圖8.8次，與域作為一個(gè)手電筒使用），使一些直接的目標(biāo)是可以達(dá)到的。例如，把燈打開或關(guān)閉，更換電池等。獲得的知識(shí)通常不會(huì)增加在控制中；相反，先驗(yàn)知識(shí)（例如，從舊的實(shí)驗(yàn)證實(shí)：增加）這樣的控制器，已知的命令可以把控制實(shí)體的某些狀態(tài)或防止它進(jìn)入不確定的狀態(tài)。只有一些未知的情況（如果我們繼續(xù)我們的心理實(shí)驗(yàn)與上面提到的手電筒），燈突然上不亮了，由于一個(gè)燒出來的燈泡–可以注冊(cè)為一個(gè)新的可能的狀態(tài)，從而增加輕微的領(lǐng)域知識(shí)。知識(shí)如何返回到一個(gè)已知的未知狀態(tài)的系統(tǒng)可以是失蹤或一般可–例如，壓制任何計(jì)算機(jī)復(fù)位按鈕，把它變成一個(gè)著名的狀態(tài)。因此，控制本身可以獲取新的知識(shí)只有通過間接–到未知的問題或情況，可解（只）通過試驗(yàn)。最后一個(gè)命題的提出了一個(gè)根本的問題：是否有可能通過心理實(shí)驗(yàn)獲得的知識(shí)？正面回答這個(gè)問題，將徹底改變了整個(gè)科學(xué)的許多實(shí)驗(yàn)中不必要的。什么是可能的確定是內(nèi)存搜索模式相似但已經(jīng)解決的問題，并嘗試從任何圖案，發(fā)現(xiàn)目前的問題/任務(wù)的解決方案。 因?yàn)樵谶@個(gè)階段的主要活動(dòng)是觀察和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，加上一些控制，這個(gè)階段的一個(gè)適當(dāng)?shù)拿Q是知識(shí)被動(dòng)的使用。 從另一個(gè)角度來看，當(dāng)一個(gè)人注意到兩者之間的因果關(guān)系（類型的）他可以預(yù)測(cè)一些已知的先行者之后會(huì)發(fā)生什么事件發(fā)生?；氐嚼优c手電筒：使用它足夠長(zhǎng)的人應(yīng)該知道，在光照強(qiáng)度明顯降低，意味著末日來臨的電池的充電后，即它是可能的預(yù)測(cè)在不久的將來需要更換，并注意有電池在手邊。預(yù)測(cè)本身并不增加知識(shí)，但是當(dāng)它成為明確的預(yù)測(cè)是否是真或假，知識(shí)往往會(huì)增加3。 該階段的被動(dòng)學(xué)習(xí)的最重要的成果，主動(dòng)學(xué)習(xí)和知識(shí)的被動(dòng)使用因果關(guān)系的確定在給定的域。獲取一個(gè)合理的因果聯(lián)系后（50–80%），就越能夠使用它們的額外知識(shí)更重要。我們稱這樣的知識(shí)活動(dòng)和名稱的使用后，在學(xué)習(xí)過程中的最后階段。推理和更具體的技術(shù)，如使用感應(yīng)，在現(xiàn)有知識(shí)和信息的基礎(chǔ)上獲取新的知識(shí)約簡(jiǎn)和演繹的是對(duì)知識(shí)的主動(dòng)使用的典型例子。 圖14 詳細(xì)的錯(cuò)誤預(yù)算是用來計(jì)算的設(shè)計(jì)裕量 圖15 一些常見典型性能的材料 電子柜暴露于沖擊載荷的大小。所要求的尺寸結(jié)構(gòu)成員加入剪切板可能會(huì)導(dǎo)致降低設(shè)備容量和較差的訪問。 制造和容忍所有的系統(tǒng)和產(chǎn)品，以最大限度地提高了仿真建模的性能最終必須生產(chǎn)和交付給客戶。因此，設(shè)計(jì)制造的一個(gè)關(guān)鍵問題是大多數(shù)硬件。 工程設(shè)計(jì)必須考慮的可制造性設(shè)計(jì)的開始。 有大量潛在的制造過程及零件的具體工藝的選擇必須早。成本，進(jìn)度，設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并且，最重要的是，這一決定鍵的公差。例如，鑄件提供許多零件的成本優(yōu)勢(shì)，但需要提前準(zhǔn)備的工具，需要拔模角度被設(shè)計(jì)成部分，并能降低性能較常用的鍛造合金。 所有的制造過程是主體性，這是從所需的尺寸為尺寸的變化。容忍的水平是一個(gè)函數(shù)的過程，設(shè)備的質(zhì)量，材料的選擇，以及人員管理技能。如圖7所示，制造成本增加迅速達(dá)到嚴(yán)格的公差。 絕對(duì)公差與制造工藝有很大的不同，但概念是一樣的。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)musttrade制造成本與公差和相關(guān)性能。 錯(cuò)誤進(jìn)入建筑結(jié)構(gòu)制造，在整個(gè)裝配，測(cè)試序列。制造公差以上討論的是在仔細(xì)考慮設(shè)計(jì)的誤差預(yù)算只有一行項(xiàng)目。圖14顯示了一個(gè)典型的裝配一個(gè)樣本的誤差預(yù)算。 不相關(guān)的錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤發(fā)生彼此獨(dú)立的。該表顯示了一些典型的錯(cuò)誤，包括制造公差，公差精度對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，運(yùn)營(yíng)商，和分析預(yù)測(cè)誤差。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)有多種統(tǒng)計(jì)分析的抉擇。在這個(gè)例子中，峰值和我差誤差的計(jì)算。由于誤差是不相關(guān)的，一個(gè)和的平方根的分析可以使用，產(chǎn)生一個(gè)更現(xiàn)實(shí)的最壞情況下的預(yù)測(cè)。 許多項(xiàng)目小組未能提供高水平的客戶滿意度，由于在制造過程中遇到的問題。對(duì)這些問題可以追溯到球隊(duì)缺乏制造問題的考慮在設(shè)計(jì)的最初的根源，這是很常見的。 材料的選擇 硬件設(shè)計(jì)工程師，特別是電子和電磁系統(tǒng)，有眾多的物理性質(zhì)時(shí)要考慮材料的選擇。圖9顯示了不同性質(zhì)的交易時(shí)，必須設(shè)計(jì)射頻器件，天線罩等項(xiàng)目，和其他的專業(yè)電子。電的最佳材料不一定是最好最全面的材料。例如，聚四氟乙烯是一個(gè)了不起的介電材料，但具有結(jié)構(gòu)性能差。凱夫拉纖維具有很好的剛度和介電性能，但吸收水分，使其無法使用中的一些應(yīng)用。各種特殊材料是導(dǎo)熱系數(shù)，結(jié)合電子封裝中使用的膨脹系數(shù)，彈性模量。在這些設(shè)計(jì)的情況下，材料的選擇必須成為一個(gè)多學(xué)科的努力。 作者希望感謝他們的系統(tǒng)，電氣，和軟件的同事，他們已經(jīng)在過去的幾年中，包括那些在雷神公司，供應(yīng)商，和客戶的社區(qū)。這些設(shè)計(jì)合作者協(xié)助作者在學(xué)習(xí)如何流下來的系統(tǒng)要求為優(yōu)化雷達(dá)的硬件解決方案。 參考文獻(xiàn) [1] 半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)，國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖，2002更新。公司：奧斯汀，德克薩斯州，2002。 半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)，國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)，2003版。公司：奧斯叮，TX 2003。 [2] 美國(guó)陸軍阿伯丁試驗(yàn)中心，設(shè)施/能力導(dǎo)向，鏈接網(wǎng)頁： http://wwwaticA~y~mil/fac guide/faci litieslmun son. html, h-ttp://www~atc~armyvmil/fac 2iuide/faciIi ties/undex.html, http://www~atc~armyvmil1/fac gtuide/facilities/tiednwn htmnl http://www~atc~arinymil/efauc ide/faci lities/roadwaysiinh tml. 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