小型卧式行星轮球磨机设计与运动分析

目 录摘 要 1第一章 绪 论 31.1 课题的来源、研究的意义及现状分析 31.2 课题研究的内容和要求 4第二章 球磨机的工作原理及分类 52.1 球磨机的工作原理 52.2 球磨机的分类 62.3 用途和使用范围 6第三章 球磨机的主要参数计算 731球磨机的临界转速73.2球磨机的理论适宜转速 n 73.3 转速比 83.4 磨机的实际工作转速 83.5 磨机的实际功率 8第四章 行星齿轮传动设计计算 10第五章 行星齿轮静强度校核 15第六章 行星齿轮轴计算 18第七章 中心轴强度计算 22第八章 轴承寿命分析 24第九章 运动分析 27结 语 29致 谢 30参考文献31附录 ：英文文献翻译 32小型卧式行星轮球磨机设计与运动分析摘要：随着现代科技的飞跃发展，新材料的开发与应用在各高校、研究所乃至各行各业正引起人们的日益重视。然而，无论是提高材料的性能还是分析材料的成分，均需要制备更细、更均匀的材料样本。常规的机械制取方法是采用球磨方式，通过球磨机的高速旋转，机内磨球与材料之间高能撞击，达到粉碎、研磨、混合材料的目的。本文主要论述了球磨机的发展现状、发展趋势及球磨机在工业中的作用。主要设计任务是球磨机传动方案的设计和运动的分析。主要设计内容包括：球磨机主要参数的计算，行星齿轮传动机构的设计，行星齿轮的计算等。设计的目标是使得机器能满足强度、刚度、寿命、工艺性和经济性等方面的要求，且运行平稳，工件可靠，结构合理，装拆方便，便与维修与整理，最后能满足加工要求，保证加工质量。关键词：球磨机；行星齿轮；主要参数；运动分析Small horizontal planet round ball mill designing and movement analysisAbstract: With the rapid development of modern science and technology, the development of new materials and application in various universities, research institutes and all walks of life are aroused peoples attention increasingly. However, no matter whether they improve the properties of materials or analysis the composition of the material, which requires preparation more fine, more uniform material samples. The conventional mechanical manufacturing method is to use ball mill way, through the ball mills high-speed, machines and materials of the grinding ball between high-energy collision, crushing, grinding, mixing to achieve the purpose of materials. This paper mainly discusses the ball mills development present situation, development trend and the role of ball mill in industry. The main task is to design and the design of ball mill transmission scheme analysis of the movement. The main design content includes: the ball mill main parameters, the design of the planetary gear transmission mechanism, the calculation of planetary gear, etc. Design goal is to make the machine can satisfy the intensity, stiffness, life, technology and economy, requirements, and smooth operation, process and reliable, the structure is reasonable, installation convenience, then and maintenance and arrange, finally can meet the requirements of the processing, processing quality guarantee. Key word: Ball mill ; Planetary gear ; The main parameters ; Motion analysis第一章 绪 论1.1 课题的来源、研究的意义及现状分析1.1.1 课题的来源球磨机（Ball Grinding Mill）是一种传统物料研磨装置，至今已有一百多年的发展历史。19 世纪初期出现了用途广泛的球磨机，1870 年在球磨机的基础上发展出排料粒度均匀的棒磨机，1908 年又创制出不用研磨介质的自磨机。20 世纪 3050 年代，美国和德国相继研制出辊碗磨煤机、辊盘磨煤机等立轴式中速磨煤机。球磨机作为将固体物料细化制粉的重要设备，广泛应用于冶金、化工、水泥、陶瓷、建筑、电力、医药以及国防工业等部门，对各种矿石和其他可磨性物料进行干式或湿式粉磨。尤其是冶金工业中的选矿部门，磨矿作业更是具有十分重要的地位。近年来我国的房地产业发展迅速，城市化建设进程的加快也带动了相关行业的快速发展，其中一个突出的体现就是水泥制造业。总部位于英国的International Cement Review（国际水泥评论） 刚刚发布其最新的Global Cement Report（全球水泥报告），该报告覆盖了160多个国家。报告指出，全球水泥消费量2008年为28.3亿t，2009年为29.98亿t，2010年更是增至32.94亿t，2012年全球水泥消费量预计将达到38.59亿t。中国目前在全球水泥数据统计中独占鳌头，2010年的消费量为18.51亿t，几乎是2004年水平的两倍，水泥消费的旺盛增长趋势促进了国内对球磨机的需求量的增加。由于球磨机的处理能力和球磨后的粒度对后续作业的效率和整体生产流程的技术经济指标影响显著，有关球磨机的研究在国内外一直受到广泛的关注和高度重视。近几年来，由于能源费用的增长和矿石品位的下降，降低建设投资和生产费用是世界各国矿山工业面临的一个严峻问题，采用高效大型设备是现代选矿厂建设的主要倾向，球磨机的大型化已成为技术发展的方向。1.1.2 课题研究的意义随着现代工业对超细物料需求量的日益增加，对品质要求的不断提高,新的超细粉磨设备及新型粉磨工艺不断出现。行星式球磨机在能耗、钢耗和效率等方面比常规圆筒形球磨机更有优势。90 年代以来, 机械合金化法已成为制备新型复合材料的热门课题。现已发现, MA 通过行星式高能球磨机的高能研磨作用, 可以引起材料原子尺度的结合与化学反应, 可以实现非晶质化, 可以将金属间化合物组元粉体固态下生成金属间化合物, 可以使某些液态下并不互溶的体系实现较宽成分范围的固溶; 另一方面,由于高能球磨机的强烈撞击与研磨作用, 还可以制备出各种单质元素的纳米级粉体材料和金属陶瓷纳米材料等。行星式高能球磨机之所以能成功地实现上述新型材料的制备, 主要取决于行星式高能球磨机的工作能力, 本文通过对行星式高能球磨机的运动学及动力学分析, 使人们能较深入地了解到行星式高能球磨机的工作原理, 这对于MA 的理论研究是有一定参考意义的。1.1.3现状的分析常规行星式球磨机中的球磨罐放置在水平的大盘上作行星运动,磨球和磨料受公转和自转两个水平方向离心力的作用,相互碰撞研磨产品。龚姚腾等研制的微型双筒行星式球磨机,磨筒自转和公转产生的离心力及磨筒与筒壁间的摩擦力使磨球与物料在筒内产生互相冲击、摩擦和上下翻滚等来磨碎物料；张克仁等研制的TCMJ一l型行星式超细球磨机,采用 以搓揉方式为主的平动式超细粉碎方法，实验表明,该机具有效率高、节能效果明显和超细磨矿的良好性能；陈世柱等研制的行星式高能球磨机由于磨球对粉体频繁强烈地撞击、碾压及搓揉等作用,具有较大的惯性力,因而对粉体能产生强烈的撞击,其撞击力随着转速的提高而成倍增加。南京大学仪器厂推出一种新型卧式行星球磨机。该机的特点是4只球磨罐被卧式安装在竖直放置的大盘上作行星运动,罐内的磨球和磨料在竖直平面内受到公转离心力、自转离心力、重力3个力的共同作用,导致磨球与磨料在高速运转中相互之间猛烈碰撞、挤压,提高了研磨效率和研磨效果,同时,避免了一部分材料的结底现象。1.2 课题研究的内容和要求在本次毕业设计之前，本人对球磨机进行了大概的了解，总结了以前在工厂中实习的经验，对球磨机的结构、造型有了总体的认识，对球磨机的工作原理也有了较深的了解。本人的主要设计内容为球磨机的总体设计和对运动的分析。针对自己设计的主要内容，在了解球磨机的总体构造之外查阅了有关结构部件方面的书。在设计过程中，先对球磨机进行总体设计，特别是对行星轮系的设计，确定传动方案，找出相关参数。要求设计部件结构总图及部分零件图。合计2张A0号图纸的设计工作量，8000字以上的设计说明书。设计主要技术指标：1) 可装球磨罐个数：4只，最大容积0.4升；2) 进料粒度：不大于4-10mm；出料程度：最小可达0.1um；3) 球磨机额定转速：公转50-400转/分，自转100-800转/分；4) 电动机额定功率0.75千瓦，220伏，50赫兹。第二章 球磨机的工作原理及分类2.1 球磨机的工作原理卧式行星球磨机是将四只球磨罐水平安装在一垂直平面的大盘上作行星运动。在这种运动过程中球磨罐没有固定的底面，罐内磨球和磨料在垂直平面内受到公转、自转两个离心力和重力的共同作用，相互之间猛力碰撞、挤压，将磨料快速粉碎、磨细。图1 卧式行星轮球磨机结构示意图本实用新型卧式行星球磨机涉及的是一种适用于同时球磨多种磨料的卧式行星球磨机。结构由机架1-13、传动机构、电机1-14、拉马桶1-4、球磨罐1-10构成，传动机构包括大盘1-5、主轴1-7、行星轴1-12、行星轮系、小带轮1-16、大带轮1-8、传动带1-15，其特征在于球磨罐卧式装置在大盘上得拉马桶内，传动机构中的大盘垂直安装在主轴上，主轴、行星轴水平安装在机架上。其特征在于拉马桶安置于平面或带斜面的托盘上。球磨罐通过夹持架由上夹圈、下夹圈、拉杆及蝶形螺母构成。行星轮系采用齿轮行星轮系或带轮行星轮系。齿轮行星轮系由过渡齿轮1-11、行星齿轮1-6及固定齿轮1-9构成，带轮行星轮系由固定带轮、行星带轮及三角皮带构成。行星球磨机球磨罐1-10卧式装置在行星球磨机传动机构中大盘1-5上的拉马桶1-4内，大盘1-5垂直安装在主轴1-7上，主轴1-7、行星轴1-12水平安装在机架1-13上。拉马桶1-4安置于平面或带斜面的托盘1-17上，大盘1-5上可设置有多个拉马桶1-4，球磨罐1-10装置在拉马桶1-4内，球磨罐1-10外端装有压紧盖1-3，通过压紧螺杆螺母1-2压紧，压紧螺母上装有压紧手把1-1。电机装置在机架下部，电机输出轴上装有带轮，通过传动带传动打带轮。大带轮装置在主轴上，通过主轴带动大盘旋转（公转），大盘的旋转经由行星轮系带动行星轴旋转(自转)，大盘上可同时安置多个拉马桶，拉马桶内装置有球磨罐，由于公转和自转的叠加使球磨罐告诉旋转，球磨罐内的磨球在离心力及重力的作用下与磨料相互碰撞吧磨料粉碎和磨细。卧式行星球磨机的优点：1、 由于球磨罐呈卧式装置，运转时没有固定底面，因而不存在磨料沉底的问题。2、 卧式行星球磨机球磨时，磨罐的上、下底面及罐壁都是研磨面，因而球磨效率必然高于立式行星球磨机。3、 由于装置球磨罐的拉马桶安置在带有5左右斜面的托盘上，球磨时，球磨罐除公转及自转外多了围绕中心轴的圆锥形摆动，使罐内球磨的运动轨迹更复杂，更无规律，因而磨球和磨料、罐壁碰撞的几率更高，大大改善了球磨效率。2.2 球磨机的分类 按冲击分：轻型，重型；按长度分：短磨机、中长磨机、长磨机；按磨介形状分：球磨机、棒磨机、棒球磨机、砾石磨；按卸料方式分：尾斜式磨机、中卸式磨机、尾卸式磨机；按传动方式分类：中心传动磨机、边缘传动磨机；其他分类：根据工艺操作又可分为干法磨机、湿法磨机、间歇磨机和连续磨机。 2.3 用途和使用范围 球磨机是物料粉碎的关键设备，广泛应用于水泥、硅酸盐制品、新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑色有色金属选矿以及玻璃陶瓷等生产行业，对各种矿石和其他可磨性物料进行干式或湿式粉磨。第三章 球磨机的主要参数计算31球磨机的临界转速当磨机简体的转速达到某一数值时，研磨体产生的离心力等于它本身的重力，因而使研磨体升至脱离角 ，即研磨体将紧贴附在简体上，随简体一起回转而不会降落下来，这个转速就称为临界转速。当研磨体处于极限位置时，脱离角，将此值代入研磨体运动基本方程式，可得临界转速： （1） 式中：临界转速，r/min； R 筒体有效半径，m； 磨机筒体有效直径，m。 根据文献1表51中，磨机直径2.4m，有效内径 为 2.3m，将其代入公式(1)以上公式是在几个假定的基础上推导出来的，事实上，研磨体与研磨体、研磨与筒体之间是存在相对滑动的，而且物料对研磨体也是有影响的。因此，实际的临界转速比计算的理论转速要高，且与磨机结构、衬板形状、研磨体填充率等因素有关。3.2球磨机的理论适宜转速 n理论上，当简体到达临界转速时，由于研磨体贴附在筒体内壁面上，不能起到粉磨作用，因此对物料的粉碎功为零，当筒体转速极低时，研磨体没有被筒壁带起，对物料的粉碎功亦为零，因此，使研磨体产生最大粉碎功时的简体转速称作球磨机的理论适宜转速n。当靠近筒壁的最外层研磨体的脱离角时，研磨体具有最大的降落高度，对物料产生粉碎功最大。将代入式，可得理论适宜转速： (2)代入式（2）：3.3 转速比球磨机的理论适宜转速与临界转速之比，简称为转速比，即： (3)式(3)说明理论适宜转速为临界转速的76。一般磨机的实际转速为临界转速的7080。3.4 磨机的实际工作转速磨机理论适宜转速是根据最外层研磨体能够产生最大粉碎功观点推导出来的。这个观点没有考虑到研磨体随筒体内壁上升过程中，部分研磨体有下滑和滚动现象。工作转速的选定，除了应考虑磨机的直径、生产方式、衬板形状、研磨体的填充系数、研磨体的种类外，还要考虑到粉磨物料的性质、人磨物料粒度和粉磨细度等。根据水泥生产中磨机运转 的经验及相关统计资料来确定磨机的实际工作转速。下面几个经验公式是对干法磨机的实际工作转速的确定方法：当时 （4）当时 （5）当时 （6）式中：磨机的实际工作转速，r/min； 磨机的有效内径，m； D 磨机规格直径，m。3.5 磨机的实际功率影响磨机需用功率的因素很多，如磨机的直径、长度、转速、装载量、填充率、内部装置、粉磨方式以及传动形式等。计算功率的方法也很多，常用的计算磨机需用功率的计算式有以下三种： (7) (8) (9)式中： 磨机需用功率，KW； V 磨机有效容积，； 磨机的有效内径，m； n 磨机的适宜转速，r/min； G 研磨体装载量，t； 磨机填充率（以小数表示）。根据文献151式中，；文献1525式中，其中，r研磨体的容量 ，钢铁为4.5； 填充率；由于，代入，V =39.8，G =51.3选用公式(7)计算 ：磨机配套电动机功率计算 ： (10)式中： 与磨机结构、传动效率有关的系数； 电动机储备系数，在1.01.1间选取。第四章 行星齿轮传动设计计算已知电机驱动装置的功率0.37KW，输出转速为1400r/min，负载当量值为2187.999Nm，由于是选取两个或四个同时运行，所以采取对称结构，故四个行星轮可选取同一类型的，因此，只需计算太阳轮和一个行星轮的传动。4.1 配齿计算 查1表1721选择行星轮数目，取n w=4，设输入转速为43.6rpm。确定各轮齿齿数，选=13， =51。因此实际传动比；4.2 按接触强度初算a-b传动的中心矩和模数输入转矩Nm设载荷不均匀系数=1.1在一对a-b传动中，太阳轮传动的转矩Nm按1表17.2-31查得接触强度使用的综合系数K=1.9齿数比u太阳轮的材料采用12CrNi3，行星轮的材料用20CrMnTi，齿面硬度5660HRC，查1图16. 2-18选取=1500MPa，内齿轮材料选用42CrMo，=1250MPa，表面氮化硬度55HRC以上。取齿宽系数则中心距amm模数mm取模数m=4未变位时中心距mm由于已经保证了安装条件，同心条件，将中心距设为64mm，采用高变位，具体计算如下表：表4-1 行星传动齿轮计算结果汇总序序号名 称代代号计算公式计算结果1模 数取标准值4mm2分度圆压力角取标准值3齿顶高系数取标准值4径向间隙系数取标准值5分度圆柱螺旋角6分度圆直径， 7未变位时中心距8实际中心距采用高变位，中心距不变9中心距变动系数10啮合角由于传动中心距未变，故啮合角为20度a-c：传动啮合角为20度c-b：传动啮合角为20度11总变位系数由于传动采用高变位，所以=0a-c：=0c-b：=012变位系数的分配由于只需要满足最小变位系数，依关系=0，得到根据最小变位系数算法得到：， =0.25，=-0.25，13齿顶高变动系数a-c：b-c：14齿根圆直径15齿顶圆直径16齿顶高17齿根高 4.3 校核齿面接触强度和齿根弯曲强度校核a-b传动的弯曲强度齿根弯曲强度校核计算公式计算弯曲应力齿向载荷分布系数，按1表16.2-41选取=1.184齿间载荷分配系数，按1表16.2-42选取=1.0复合齿形系数，按1图16.2-23选取=2.57搞弯强度计算的重合度与螺旋角系数，按1图16.2-25选取=0.87将各数值代入式中，得MPa许用弯曲应力齿轮材料的弯曲疲劳强度基本值，按1图16.2-26，取=420MPa相对齿根圆角敏感性系数，按1表16.2-48选取=0.95相对表面状况系数，按1式16.2-2123计算得=1.0抗弯强度计算的尺寸系数，按1图16.2-28选取=1弯曲强度最小安全系数，按1表16.2-46选取=1.6将各数值代入（3-5）中，得MPa因为Sp，故安全。 第八章 轴承寿命分析由轴承寿命公式，得 （8-1）式中：轴承寿命，（小时）； 基本额定动载荷（N）； 当量动载荷（N）； 对接触角时， ， （8-2） 对接触角时， （8-3）X、Y值可查3表39.3-3 寿命指数， 球轴承=3，滚子轴承； 轴承转速（r/min）. 同时，又有 （8-4） 式中：太阳轮转速，r/min; 行星轮转速， r/min; 、分别为太阳轮、内齿轮及行星轮齿数；经计算，太阳轮和行星轮转速依次为： ， ；8.1 中心轴承校核所选轴承型号为；FAG滚针轴承K151917 其相应的参数如下：，； 查3表36.2-12得NGW型行星齿轮传动受力分析： 行星轮圆周力为： （8-5） 单个行星轮作用在行星轮轴的力： （8-6） 这里，（转矩单位：，长度单位，力的单位：N）轴承受径向力代入数据计算：NN(N)将所有数值代入（8-1）式，的所以该轴承寿命约270.75年，满足要求。8.2 行星轴承校核所选轴承型号为；FAG滚针轴承K253530其相应的参数如下：，；查3表36.2-12得NGW型行星齿轮传动受力分析： 行星轮圆周力为： （8-7） 单个行星轮作用在行星轮轴的力： （8-8） 这里，（转矩单位：，长度单位，力的单位：N）轴承受径向力：代入数据计算：(N)(N)(N)将所有数值代入（8-1）式，的所以该轴承寿命约558.08年，满足要求。8.3电动机输入处深沟球轴承校核所选轴承型号为；FAG深沟球轴承 16012 其相应的参数如下：，=3，该轴承径向受力不大，可认为是0，由于变奖减速器运动为，当电动机成倒时，第一级太阳轮全部压在该轴承上，估算出该齿轮轴向上受第一级太阳轮几其相连套筒及轴承本身的重力，共计约40N，即轴承受轴向力 则得 查3表39.3-3，由线性插值法计算出e=0.031， X=0.56，Y=0.38将所有数值代入（8-1）式，得所以该轴承寿命满足要求。运动分析此小型行星式快速球磨机为立式行星式球磨机，与常规行星式球磨机不同，在这种运动过程中，球磨罐具有固定的底面。由图2-4所示，D、D分别为托盘和球磨筒的回转中心，磨筒内壁半径为，设一质量为m的磨球在磨筒内壁上M点处，M点到托盘中心D的距离为Z，则有速度关系式为：式中：-磨球的绝对速度； -托盘对磨球的牵连速度，其大小为l，方向垂直于OM -磨球对托盘的相对速度，其大小为，方向垂直于OM。 在平稳运转时，托盘作匀角速度转动。可得磨球在M点的加速度关系式为：式中：-球磨体的绝对加速度；-一托盘对球磨体在M处的牵连加速度的法向分量，大小为，方向为由M指向；-球磨体在M点相对于托盘的法向加速度，大小为，方向由OM指向；-一球磨体在M点处的哥氏加速度，其大小为，方向沿延长线所指方向。将两式两边乘以m，则为：式中：-球磨体所受的总惯性力，方向与反向；-牵连加速度引起的惯性力矢量，方向与反向；-相对加速度引起的惯性力矢量，方向与反向；-哥氏加速度引起的附加惯性力，方向与反向。从图210矢量分析图中可以基本了解小型行星式快速球磨机中球磨体的运动规律。为了使球磨体对筒内物料起到撞击研磨的作用，必须使球磨体在是适当位置与筒壁脱离，并能向另一侧撞击。由上述惯性力的矢量分析可以看出，和有利于球磨体的脱离，则为阻碍球磨体的脱离。设为转盘中心与点的连线及磨筒中心连线的延长线之间的夹角(如图2-4)，则球磨体与筒壁脱离的条件为：即化简整理可得：即得球磨体开始脱离筒壁的临界条件是：式(2-21)同于式(216)，即球磨体开始脱离磨筒壁的位置与、以及磨筒的回转半径r有关。其中、受磨机结构参数和带轮转速以及时间T的影响。从上面的分析可知，根据磨机转速分析得出的磨球脱离的临界方程与根据磨球受力分析得出的临界方程是一致的。上述分析都只是就假定单个球磨体的运动学和动力学进行分析，事实上磨筒内一定数量大小不同的球磨体以及待磨物料的运动规律要复杂得多，但我们仍然可以从上述单个球磨体的运动学和动力学分析中看出小型行星式快速球磨机的工作能力。结 语球磨机设计是一种创造性的劳动，它是球磨机设计者根据市场对需求，现有的制造条件和新工艺的发展，运用有关的科学技术知识进行的。现在回顾三个多月以来的毕业设计，感想很多。于是总结如下：本次毕业设计的是卧式行星轮球磨机，主要用干、湿两种方法磨细或混合粒度不同、材料各异的固体颗粒、悬浮液和糊膏。我的主要设计内容为球磨机传动方案的设计和运动的分析。在结构设计方面，根据球磨机的工艺要求，刚度及精度要求，对球磨机的行星轮布局进行优化设计，提高了机床的性能和技术经济指标，在强度、刚度、寿命等方面能满足要求。传动系统的设计参考了很多设计手册及设计指导书，从球磨机的性能结构、工作需要出发，对照传动方案和总体布局，确定了较优的传动系统。总的来说，这次毕业设计比较成功，取得了令人满意的结果。这是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业，他既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端，毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力；是我在校期间向学校所交的最后一份综和性作业，从老师的角度来说，指导做毕业设计是老师对学生所做的最后一次执手训练。其次，毕业设计的指导是老师检验其教学效果，改进教学方法，提高教学质量的绝好机会致 谢本论文是在指导老师周后明的精心指导下完成的。他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。从论文的选题、课题讲解、资料收集到最后的论文出稿、图纸完成，导师都给予了极大的帮助和支持，提出了很多宝贵意见，使论文得以完善。导师严谨认真的作风给我留下了深刻印象。在此对导师付出的辛勤劳动和提供的良好学习环境表示衷心地感谢。在本论文进行中，同学也给予了热情的帮助，在此表示诚挚的谢意。参考文献1机械设计手册编委会编著. 机械设计手册.第1、2、3、4、5、6卷.机械工业出版社.20062成大先主编机械设计手册第四版第1、2、3、4、5卷北京：化学工业出版社20023徐灏主编机械设计手册第二版第1、2、3、4、5卷北京：机械工业出版社20044齿轮手册编委会齿轮手册上下册北京：机械工业出版社20005吴宗泽主编机械零件设计手册北京：机械工业出版社20066舍弗勒公司INA-FAG轴承手册20077宫靖远主编风电场工程技术手册机械工业出版社20048武鑫等主编风能技术.科学出版社20079. 王君伟，李祖尚水泥生产计算手册M北京：中国建材工业出版 社 200l-1110.郭俊才水泥工厂实用技改新技术M北京：中国建材工业出版社 ，20000611.褚瑞卿建材通用机械与设备M武汉：武汉工业大学出版社，19951112.陈秀宁，施高义机械设计课程设计M浙江：浙江大学出版社，20O2-0713.徐锦康机械设计M北京：机械工业出版社，2001-09附录 ：英文文献翻译未来产品设计中计算机的使用巴哈尔谢内尔 保罗沃默尔德（英国拉夫堡大学设计与科技处）刘勇译摘要：本文讨论的是工业设计师使用计算机辅助设计工具作为正在进行的博士项目的一部分进行的研究。The early research has been based on literature searching and face-t早期的研究是基于文献检索和对设计专业的研究生与实践设计的专业人员进行的面对面访谈。该访谈的目的在于：调查围绕T创造力和计算机辅助设计方面的问题；探讨目前的计算机辅助设计系统对设计工作帮助的能力；(CAD); to explore the capability of current CAD systems for supporting design activity; and to identify并确定不久的将来，用户的期望。早期研究的一个重要成果是对工业设计师关于未来计算机辅助设计系统期望的认识，这将对计算机辅助工业设计领域给予相关的技术性和实用性指示。1引言The development of CAD systems has undergone rapid development in the last twenty years.计算机辅助设计系统的开发在过去的二十多年里得到快速发展。工业设计师在设计过程中使用的辅助媒介的一个重大变化是计算机的使用。A major The first use of computer drawing techniques, as 第一次使用电脑绘图技术，如一个简单的电脑辅助绘图板，是在1960年，然而直到1980年，许多企业的设计师的工作习惯才逐渐改变。自从Since the introduction of computers into the field of design, the CAD industry has also come a long自从 计算机引入到设计领域，用户界面的不断改善伴随着计算机辅助设计行业的发展走过了漫长的历程。当电脑首次用于工业设计时，设计人员倾向于将软件原版地用于工程。虽然在这些规律中有重叠，但是也有的与他们的期望存在显著差异。例如，为了他们工作的平衡，工程师更可能使用CAD系统来帮助他们快速地开发和记录对象非常精确的定义，而工业设计师依靠对对象的不同观点的试验，来生成及可视化自由形式和有机形状的系统。Until the late 1980s CAD, in the industrial design context, effectively meant the computerisation of直到80年代末的CAD，在工业设计方面，尤其是电脑化技术制图方面十分有效。同步于CAD系统的开发，为了满足工业设计师的特殊需要，计算机design, designers tended to use software originally intended for engineering.计算机计算机 辅助工业设计（CAID）软件被开发出来。就计算机硬件的利用、软件技术的运用和CAD对设计与制造机构的影响方面而言，CAD行业已经增长和变化。大约1980末出现的能够使整个设计过程实现计算机化计算机辅助工业设计软件包，例如Alias，被designers particular needs, Computer Aided Industrial Design (CAID) software was de如今，基于计算机技术进步的影响已经普及，电脑在设计工作室的设计工作中扮演越来越重要的角色。现在CAD应用于设计和制造过程的各个方面。工业设计公司和制造公司用几种CAD工具来设计和评估他们的产品。不过，那些能够被工业设计师在整个设计阶段所使用、从最初想法到最终产品的工具的数量仍然很有限。这是因为CAD工具套装相对较新，而且这些工具要么是为在市场上获得高额利润诸如电脑动画片的制作而设计的，要么是为了大型市场诸如机械工程而设计的。在调查计算机辅助工业设计工具的演变时，一个主要的问题是在将CAD融入设计过程前认清工艺设计师的需求和他们工作的性质。本次研究的目的是通过博士研究项目的发现来进行辩论。研究的主要目标是获得计算机辅助工业设计领域的相关技术与实用性指示。2先前的研究回顾本节介绍作为学习一部分的文献回顾的的成果。早期的学习研究着重于寻找该地区产品大规模生产设计过程中的电脑应用的有关文献。随着计算机技术快速变化，文献回顾仅限于过去的20年，以便找到艺术级的。最近信息的主要来源是互联网上的期刊文章与文件以及参加过的展览。文献回顾导致了许多重复的问题。这些问题可以分成如下更广泛的主题：1.电脑的创造力。2.数据与其它软件和硬件的兼容性。3.- communication and teamworking,沟通和团队协作。4.- co成本问题。2.1 电脑的创造力创造力经常被认为是设计方面最重要的。但是，设计人员不可能与他们的工具完全独立，并且CAD的使用与有关的产品有许多牵连。这项研究是着眼于在产品造型阶段创造性地使用CAD工具，而不是看创造力。在这种情况下，创造力是连接设计人员为了制造出最有趣和最令人满意的新产品所做的一系列工作。这些观点使得设计人员能够自由地利用这些特征，如颜色、表面光洁度、外形尺寸、产品图形，来快速地生成表格、保持记录等，而不用担心丢失原始概念。最近的CAD软件提供了设计人员以前无法处理复杂曲面的能力。因此，潜在地使得设计人员在设计过程中更有机会发挥创造性。CAD的潜力不能归因于单独的系统，它需要较高水平的用户技能以及在设计之前许多设计参数要到位。然而，如今，制造业已经知道旨在为设计的早期阶段提供支持的几个CAD系统，如AliasStudio工具。2.2 数据与其他软件和硬件的兼容性CAD在数据存储和使用方面有着大量的应用，如CAD模型在不同方面的几何物质属性。大部分公司使用一些CAD系统，如Autodesk公司的AutoCAD或IBM的CATIA，从个人电脑和苹果Macintosh到Silicon Graphics和惠普的UNIX工作站。然而，不同厂商的CAD软件包大多数不能相互沟通并且模型data cannot be shared direct数据不能直接共享。今天，为了支持新产开发过程中不同阶段的工作，各种各样的CAD软件已被开发并推向市场。但是，当前的数据交换格式不能够为所有这一切软件服务，数据交换问题仍然存在。 2.3 沟通和团队协作工业设计师越来越多地在科学工作队里工作，这些科学工作队通常由在他们的工作场所的人以及有时为外界项目工作的人组成。当团队的目标是提高产品质量和最大限度地减少开发时间和成本时，有效的高质量的交流变得至关重要。当设计团队的那些能够设立在不同地方的不同部分，需要工作在同一项目的不同部分时，有效的软件让适当的沟通变得至关重要。虽然互联网视频技术已经帮助不同大洲的设计人员沟通设计数据，但还是有改进的空间的。2.4 成本问题虽然CAD系统已经比以前变得越来越有效，但购买和升级仍然很昂贵，特别对于小公司的设计部来说。文献审查总结出一些初步结论，并给予了在设计中电脑集成的问题概述。但是，关于当前问题的更多数据需要通过与参与产品开发的CAD使用者交谈来收集。因此，安排了与这些人面对面访谈。3.3 与设计师的访谈和问卷调查经过对以前的文献的回顾，决定与当前的CAD使用者交谈，以便收集更多关于他们需求的最新的重点信息。一系列的研究问题被草拟出来，以便直入主题。这些问题主要集中在用户体验过的计算机硬件和软件的长处与短处、用户对功能与输入输出主题的选择以及未来5年用户的期望。问卷的目的是要回答这些问题。面对面采访了8位专业设计师和19位设计研究生。访谈的目的是：探讨创造力与CAD的使用；探索当前的CAD系统对设计工作帮助的能力以及确定不久的将来用户的期望。 采访共经历了4个月，分别对来自跨国设计公司的生物工程学家、工程师和设计师进行了采访。由于受访者选择了参与设计的来自不同专业人士，他们在各种不同设计阶段使用大量应用软件。然而，大多数设计研究生使用来自Alias公司的Wavefront 软件。由于没有足够的空间访谈问卷不包括在本文中。他的结构分为4个主要部分：（1）个人和公司的详细信息（2）设计过程（3）电脑（4）未来的期望，每个相关的主题反映了调查的主旨。由于问卷是为实习设计者设计的，试用后做了些修改，以便使问题更切合学生的受访者。否则，问卷对所有参与者都一样。在研究中选择了定性研究法以便产生细节丰富的数据嵌入在研究方面。定性数据通过对采访过程进行录音获得，然后再对他们进行评价。一些问题反复出现，他们被排序纳入更广泛的主题。4.讨论采访中的主要观点成为讨论的基础。从采访的结果来看，主要问题可归纳为：计算机与图形和可用性的问题、数据输入设备的问题、与其他软件和硬件数据兼容性以及成本。由于数据的兼容性和成本问题在文献回顾中很常见，这里只讨论计算机图形界面和可用性以及数据输入设备的问题。虽然面试结果大多反映研究生对未来工业设计中CAD工具的使用的态度，提供的有趣的问卷答案将有助于确定工业设计师对未来CAD系统的期望。研究结果表明，现行计算机系统建模的频谱并不能提供足够的创意支持。从问卷调查的结果被用来生成以下期望表：1.计算机图形界面和可用性的主要问题是如何学习和使用复杂的软件，软件应该是：1）容易找到什么目的使用什么工具2）容易找到工具3）轻松创建复杂的形状4）容易记住什么水平的模型正在被使用重要的是要考虑计算机软件与用户的互动层面。