输送带弯曲阻力测试试验台设计与分析

毕业设计(论文)题目：输送带弯曲阻力测试试验台设计与分析专业：机械工程及自动化（矿山机电）时间：二零一五年六月中文题目：输送带弯曲阻力测试试验台设计与分析外文题目：ANALYSISONBENDINGRESISTANCETEST-BEDDESIGNOFCONVEYORBELTSAND毕业设计(论文)共62页(其中：外文文献及译文14页)图纸共6张完成日期2015年6月答辩日期2015年6月摘要带式输送机是输送散状物料的重要设备之一，以输送带作牵引和承载构件，通过承载物料的输送带的运动作物料连续输送设备，它广泛应用于煤炭、冶金、矿山、港口等领域，随着科技技术的进步与发展，对设备的要求性能越来越高，而弯曲阻力是输送机的主要运行阻力之一，其在日常工作使用中带来不必要的浪费与损耗，为了详细研究输送带弯曲阻力，并为研发节能型输送带提供测试工具，本文设计一种橡胶输送带弯曲阻力测试试验台。本文首先根据给定的试验台参数对其主要零部件如张紧缸、压下缸等进行了设计和校核；然后根据已有的输送带弯曲阻力数学模型对弯曲阻力进行了估算，对电机、减速器等零部件的运行参数进行计算，并计算和分析结果为依据，对试验台中滚筒、托辊等零件的型号和生产厂家进行了选取；最后为了验证所设计的试验台能够满足设计要求，采用Pro/E对建立了试验台的三维虚拟样机模型，对模型的结构、质量及整机的装配和干涉情况进行了分析和验证，再利用ANSYS对试验台进行静力学分析和模态分析，对试验台的强度和动态特性进行了分析和校核，分析结果表明所设计的弯曲阻力试验台结构合理、强度能够满足使用要求。关键词：输送带；弯曲阻力；弯曲阻力测试试验台；Pro/ENGINEER；ANSYSAbstractWithtypeconveyingmachineisconveyingbulk-likematerialofimportantequipmentoneof,toconveyingwithfortractionandhostedcomponent,throughhostedmaterialofconveyingwithofmovementformaterialcontinuousconveyingequipment,itwidelyapplicationyucoal,andmetallurgical,andmine,andport,field,withtechnologytechnologyofprogressanddevelopment,onequipmentofrequirementsperformanceincreasinglyhigh,andbentresistanceisconveyingmachineofmainrunresistanceoneof,itsindailyusinginthebringsnotnecessaryofwasteandloss,todetailedresearchconveyingwithbentresistance,Andtoprovidetesttoolsforthedevelopmentofenergy-savingconveyorbelts,designedtoarubberconveyorbeltbendingresistancetest-bed.PaperfirstaccordingtogivenoftestTaiwanparameteronitsmainpartsaszhangtightcylinder,andpressurexiacylinder,forhasdesignandcheck;thenaccordingtohassomeconveyingwithbentresistancemathematicsmodelonbentresistanceforhasestimates,onmotor,andreducer,partsofrunparameterforcalculation,andcalculationandanalysisresultsforaccordingto,ontestTaichungdrum,andsupportingroll,partsofmodelandproductionmanufacturersforhasselected;lasttovalidationbydesigntestTaiwanofcanmeetdesignrequirements,usedPro/EonestablishedhastestTaiwanofthreedimensionalvirtualprototypemodel,onmodelofstructure,andqualityandthemachineofAssemblyandinterferencesituationforhasanalysisandvalidation,againusingANSYSontestTaiwanforstaticsanalysisanddiestateanalysis,ontestTaiwanofstrengthanddynamiccharacteristicsforhasanalysisandcheck,analysisresultsshowedthatbydesignofbentresistancetestTaiwanstructurereasonable,andstrengthcanmeetusingrequirements.KeyWords：Conveyorbelt；Bendingresistance；Resistancetobendingtest-bed；Pro/ENGINEER；ANSYS目录281191绪论 1321491.1选题的依据和意义 184881.1.1选题的依据 1101091.1.2研究主要运行阻力及能耗机理的目的和意义 1176701.2带式输送机主要运行阻力研究现状 240342试验台设计参数确定与选型 3262992.1试验台主要设计参数 363302.2张紧缸和压下缸参数计算 422182.3输送带最大弯曲阻力估算 8263652.4主要零部件选型 11168452.4.1电机功率与电机选择 1139552.4.2减速器选型 1235692.4.3驱动滚筒与张紧滚筒选型 1359072.4.4压辊、托辊选型 13320153弯曲阻力测试试验台三维结构设计 14228843.1Pro/ENGINEER简介 1487573.2试验台主要零部件建模 14215693.2.1标准件绘制 14263233.2.2关键零部件建模 2226653.3试验台装配模型建立及干涉分析 23198283.3.1装配模型建立 23317133.3.2装配零件干涉分析 29182074弯曲阻力测试试验台关键零部件强度校核 33272004.1Ansys简介 3364004.2支架及主架的静力学特性分析 3341704.3试验台模态分析 38317445结论 45285596技术经济性分析 4611895致谢 4611249参考文献 4812321附录A 4927689附录B 551绪论1.1选题的依据和意义带式输送机是输送散状物料最重要的设备之一，是以输送带作牵引和承载构件，通过承载物料的输送带的运动进行物料输送的连续输送设备。它广泛应用于煤炭、冶金、矿山、港口、建材等领域，随着国民经济的发展和科学技术的进步，带式输送机的应用将越来越广泛。目前带式输送机的发展趋势主要集中在长距离、高速度、大运量、大功率等方向。降低投资成本，降低运行阻力，提高单机效率和生产率一直是使用厂家追求的目标。1.1.1选题的依据输送机的运行阻力分为：输送机线路上的主要阻力；各输送机部件上的附加阻力；输送载荷的提升阻力；由各种特殊装置产生的特殊阻力。对于长距离、大运量带式输送机来说，这几个方面阻力系数在总的综合模拟摩擦阻力系数中所占比例将随着输送机距离的增加、载荷的增大、胶带张力的提高而改变。对于平均张力、单位长度重量的大张力、重载荷胶带输送机，仅压陷阻力系数一项就高达总摩擦系数的70%。附加阻力包括：在加料处加速区内物料与导料槽侧板间的摩擦阻力；在加料区域内输送物料与输送带间的惯性阻力和摩擦力；输送带经过滚筒的弯曲阻力和滚筒轴承阻力，输送带清扫器的摩擦阻力等。附加阻力一般与输送机的长度无关，并且是一常量，对于长距离带式输送机而言，与主要运行阻力相比，其所产生的阻力是次要的，对于长度超过1000m的带式输送机来说，其大小不会超过0.09倍的主要阻力。1.1.2研究主要运行阻力及能耗机理的目的和意义首先，研究输送机主要运行阻力及能耗机理可以为设计低能耗输送机提供理论依据。众所周知，采用标准化的设计方法常常使计算能耗大于实际能耗，这不仅会增加输送机的投资成本，还会严重影响输送机的性能。通过对主要运行阻力及其影响因素的研究，得到计算运行阻力的科学、合理的理论公式，在设计中，就可以优化输送机结构技术参数等，这不仅可以解决上述问题，而且可以降低输送机能耗，这具有重要的实际意义和经济价值。其次，装机效率效率有所提升。我们国家输送机装机功率低，国产带式输送机的装机功率约为国外产品的30%~40%，固定带式输送机的装机功率相差更大，而降低输送机的主要运行阻力可以在有限的装机功率的基础上提高生产效率，这对于长距离、高速度、大运量、大功率输送机的发展具有重要意义。长距离、高速度、大运量、大功率等已经成为目前带式输送机的发展方向，研究运行阻力的形成机理，分析输送带粘弹性特性、运行速度、载荷、托辊半径、托辊间距、输送带本身性能等各种因素对运行阻力的影响，对从根本上解决提速降耗，降低成本，提高运量和功率具有重要的意义。1.2带式输送机主要运行阻力研究现状变形阻力主要包括：压陷阻力和弯曲阻力两部分。当输送带在托辊组间运行时，胶带周期性的横向和纵向变形使得胶带上各点相当于受到一个交变的动载荷作用，由于胶带的粘弹性特性，在动荷载作用下会产生能量损耗；当物料随输送带一起运行时，物料与输送带间及物料内部颗粒之间将产生相对运动、并伴随着物料颗粒的重新排列、剪胀及颗粒破碎等，这些都将产生能量的消耗，形成物料弯曲阻力。输送带压陷阻力是运行中托辊压入输送带覆盖层而引起的变形功，因为覆盖层材料具有的粘弹性滞后特性在带辊脱离接触后不能完全恢复引起的。输送带的弯曲变形阻力是当输送带在托辊组间运行时，由于胶带周期性的横向和纵向变形引起的；物料变形阻力是当物料随输送带一起运行时，由于输送带的横、纵变形而使物料内部产生内摩擦等，带料间产生外摩擦而产生的能耗引起的。2试验台设计参数确定与选型输送带测试试验台主要由驱动滚筒、张紧滚筒、试验台框架、电机、减速器等组成。在满足测试系统的试验条件的前提下，其具体设计参数简介如下：图2-1弯曲阻力测试试验台工作原理图Fig.2-1Bendingresistancetestbenchschematicdiagram工作原理和工作过程：测试前，先将张紧油缸缩回，然后将输送带放置在驱动滚筒和张紧滚筒之间，再采用硫化接头机对输送带进行硫化接头，当输送带链接完毕后，将张紧滚筒伸出，这时输送带被张紧，当输送带张紧到指定的张力时，张紧液压缸停止工作并锁死，然后再将支架上的压下缸伸出，推动压辊下压，作用于输送带上，使得输送带弯曲，当压下缸的推力达到指定值时，压下缸停止工作并锁死。最后，启动驱动滚筒并使滚筒以指定的速度运行，当滚筒的转速稳定后，变可从压辊上的阻力传感器上活动该张紧力和压下力作用下橡胶输送带的弯曲阻力值。2.1试验台主要设计参数带宽：700mm；带速：0-3.0m/s；带长：11.5m；载荷范围：0-5000N；驱动轮滚筒直径：1000mm；托辊间距：1200mm；试验所用托辊分：平型托辊；托辊半径：60mm；张紧力：5~8t；最大压下力：0~1t；液压缸机械效率：0.9；按负载选择执行元件的工作压力，初选液压缸的工作压力=8.0MPa选取此背压值为=0.8MPa。试验所用的输送带为阜新橡胶总厂生产的布芯橡胶输送带：GB/T7984-12850-400-CC-3-200N/mm-2+2-L，；输送带覆盖层粘弹性参数：，，，2.2张紧缸和压下缸参数计算1）张紧缸和压下缸的相关计算：（2-1）式中—负载力—液压缸机械效率—液压缸无杆腔的有效作用面积—液压缸有杆腔的有效作用面积—液压缸无杆腔压力—液压缸有杆腔压力根据（2-1）推算出张紧缸无杆腔的有效作用面积：（2-2）液压缸缸筒直径为：（2-3）根据相关公式计算得出：（2-4）通过（2-4）计算液压缸活塞杆直径，再根据GB/T2348—1993对液压缸缸筒内径尺寸和液压缸活塞杆外径尺寸的规定，圆整后取液压缸缸筒直径为=125，活塞杆直径为=90。同理，根据（2-1）推算出压下缸无活塞杆时的有效作用面积：（2-5）液压缸缸筒直径为：（2-6）同理求出压下缸的液压缸缸筒直径为=50，活塞杆直径为=36。求出液压缸直径后对液压缸的有效面积进行重新验算；张紧缸无杆腔有效面积：（2-7）有杆腔有效面积：（2-8）压紧缸无杆腔有效面积：（2-9）有杆腔有效面积：（2-10）张紧缸压力：（2-11）压下缸压力：（2-12）2）液压缸稳定性验算，张紧缸稳定性条件：（2-13）式中—最大负荷力—液压缸稳定临界力—稳定性安全系数，取判别张紧缸最大挠度点位置的之值可由下式计算：（2-14）式中—活塞杆材料的弹性模量，对于钢材—活塞杆截面惯性矩，最大挠度点的位置实际上停留在活塞杆与缸筒交接处，即，因而此时的计算值仅供判别用。在查阅相关设计手册中“液压缸支撑形式与长度折算系数对照表”中可知，长度折算系数，有效长度，即可知可取1。按不等截面杆计算稳定临界力（）在多数情况下，液压缸最大挠度点的计算位置偏向缸筒一边，即，这时可用下面的公式计算稳定性临界力：（2-15）式中—活塞杆材料的弹性模量—缸筒材料的弹性模量—活塞杆横截面惯性矩—缸筒横截面惯性矩—活塞杆头部销轴孔至导向中心点的距离（见图2-2）—缸筒尾部销轴孔至导向中心点的距离（见图2-2）图2-2液压缸纵向弯曲Fig.2-2Hydrauliccylinderlongitudinalbending直接利用式（2-15）计算较为复杂，为简化计算起见，可先算出和之值，再从图中查出相应的之值，然后按下式计算：（2-16）图2-3中的曲线，是在和的一定范围内作出的，若图中无相应的和之值时，可用插值法求出。通过计算求解后，可知满足（2-13）的稳定性条件。图2-3时临界力计算图Fig.2-3Criticalloadcalculationchart2.3输送带最大弯曲阻力估算1）平输送带的弯曲阻力弯曲输送带的能量损失系数为（2-17）如图2-4，对一长度为的试件，弯曲输送带作用力和突变力矩的关系的平衡式为根据力的关系有所以（2-18）上式表示弯曲阻力是输送带试件弯曲力矩损失与弯曲半径的比值，这种关系可以从能量的方法得到。用长度的试件，弯曲曲率半径为施加一个弯曲力矩，则在角度上的弯矩损失的能量为，当试件全部经过托辊时，能量损失为内部的能量损失和外部的能量损失相等，有也就是，和上面导出结果相同。图2-4托辊和输送带的接触区与输送带的垂直对称线Fig.2-4Rollerandconveyorbeltcontactareawiththeconveyorbeltverticalsymmetryline2）输送带的弯曲阻力由式（2-18）可知，弯曲阻力是托辊支撑弯曲处输送带的弯矩损失和曲率半径的比值，即。按式（2-17）的定义，，是托辊支撑处输送带产生的弯矩；是输送带最低点的弯矩，他仍然产生阻力，且远小于，作用处的曲率半径也很大，有将上式简化求得忽略项，可得（2-19）3）输送带的弯曲阻力系数弯曲阻力与输送带和物料的重力的比值为输送带的弯曲阻力系数（2-20）在上式中由输送带的挠度确定，当相对垂度小于1%时，按德国标准DIN22101，槽型输送带的垂度为（2-21）这表明输送带弯曲阻力引起的阻力对主要阻力影响较小。4）输送带张力计算可以为输送带、拉紧装置、滚筒组件等的选择和输送带垂度校核提供依据。输送带上任一点张力可用下式计算：（2-22）式中—输送带沿运行方向第点的张力—输送带点到第点的区段上，输送带运行的各项阻力之和改向滚筒趋入点的张力计算（2-23）根据实际情况取舍式中各项阻力。改向滚筒奔离点张力的简化计算（2-24）式中改向滚筒奔离点张力改向滚筒趋入点的张力改向滚筒阻力系数，包括输送带弯曲和滚筒轴承阻力的因素计算步骤是按输送带垂度要求计算最小张力的，由于最小张力推算出输送带不打滑所需的欧拉系数。按输送带垂度要求计算最小张力a)承载分支4点的张力最小，由下式计算垂度要求的最小张力。已知承载分支相邻两个托辊组的间距，货载每米质量，输送带每米质量。承载分支最小张力（2-25）b)回程分支5点是张力最小，由下式计算垂度要求的最小张力。取回程分支相邻两托辊组的间距，代入下式后得回程分支最小张力为（2-26）式中—输送带最小允许张力—承载分支相邻两托辊组的间距—回程分支相邻两托辊组的间距—物料每米质量—输送带每米质量—允许输送带最大下垂度，取。为承载分支最小张力点取（2-27）为回程分支最小张力点（2-28）回程分支主要阻力（2-29）回程分支倾斜阻力（2-30）忽略弯曲阻力和前倾阻力c)输送带的整体圆周力：（2-31）d)求所需的欧拉系数得取启动系数，则（2-32）2.4主要零部件选型2.4.1电机功率与电机选择（2-33）式中—传送带拉力—总裁重量—滚动摩擦系数（2-34）式中—驱动扭矩—驱动轮滚筒半径（2-35）式中—驱动轮转速—传动速度—驱动轮周长（2-36）式中—电机功率查机械设计手册，选择电机型号为Y2-280M-6，该型号具体参数如下表2-1：表2-1Y2-280M-6型电机参数Tab.2-1Y2-280M-6motorparameters额定功率额定电流转速效率功率因数最大转矩/额定转矩最小转矩/额定转矩55kw104.7A980r/min92.8%0.862.0减速器选型（2-37）式中—电机转速—滚筒转速查机械手册第四卷减速器选型：ZLY-200。该型号减速器具体参数如下表2-2：表2-2ZLY-200型减速器参数Tab.2-2ZLY-200reducerparameters传动比输入转速输出转速输入功率18=1000r/min=56r/min59.5kw2.4.3驱动滚筒与张紧滚筒选型张进滚筒型号为GB998-77，滚筒直径为1000，淄博明治机械有限公司驱动滚筒型号为YTH,滚筒直径为1000，淄博明治机械有限公司2.4.4压辊、托辊选型压辊型号为76*590，直径76宽度590德州亿轮输送机械有限公司托辊型号为120*700，直径120宽度700德州亿轮输送机械有限公司3弯曲阻力测试试验台三维结构设计3.1Pro/ENGINEER简介Pro/Engineer的所有功能是全相关性的，全相关性就所有Pro/Engineer的功能之间是相互关联的，用户在研发设计过程中变更其中一个参数，而这个参数的变更会自动扩展到整个设计中去，它在推出的时候的核心内容就是参数化建模，在产品开发过程中用参数将零件的尺寸、形状等特征定义。这样，在以后的工作过程中需要改变尺寸的时候只需要修改其中的参数即可，并且可以反复的修改，以方便形成多种多样的解决方案，它不但可以应用于工作站也可以应用到单机上。为了使客户更加迅速的得到产品，有的时候必须要求多个设计人员同时处理一个产品，Pro/Engineer可以通过数据管理功能可以实现产品研发的并行程序，达到节省产品研发时间的目的，在软件中还可以对大型复杂的产品通过零件图进行虚拟装配，可以很直观的看到产品的结构、尺寸、形状等。对于Pro/Engineer软件的应用可以可靠的提高产品质量、降低设计者的劳动强度、避免样机生产所带来的经济浪费并切实可行的提高企业在市场中的竞争力。在我国，大多数企业的设计工程师都已经可以很好的利用三维设计软件来进行产品设计工作，特别的在华东和东南沿海一带，它给企业带来可观的经济效益。试验台设计中由多种零件组成，绘制各种零件都由Pro/ENGINEER中实体绘制特征操作绘制。实体绘制的常用特征有拉伸、旋转、扫描、混合、倒角、孔、抽壳、拔模等主要特征。运用相应特征绘制三为模型。3.2试验台主要零部件建模3.2.1标准件绘制单击“新建”命令按钮，打开如图3-1所示的“新建”对话框。在这个对话框中列出了可以建立的新文件类型，选择“零件”类型，在“名称”框中，键入文件名或使用默认名。不使用默认模板，清除“使用缺省模板”复选框，然后单击“确定”，打开如图3-2所示的“新文件选项”对话框打开，在对话框下的选项中选择米制模板（mmns），单击“确定”按钮，Pro/ENGINEER绘图窗口打开并建立新文件。图3-1“新建”对话框图3-2“新文件选项”对话框Fig.3-1"New"dialogboxFig.3-2"Newfile"dialogbox在输送带弯曲阻力测试试验台的设计中，试验台的零件较多，选取其中较为典型的运用proe中较多的绘制特征零件进行分解绘制，如下所示的六角螺栓绘制。1）创建螺帽：（a）在建立的新文件绘图窗口中绘制螺栓，单击“基础特征”工具栏中的“拉伸”命令按钮，系统打开“拉伸”属性栏，如图3-3所示。图3-3设置“拉伸”属性栏Fig.3-3Setting"stretch"propertycolumns（b）接受系统默认，单击“位置”选项，选择面板上的按钮，选择绘制面，选用基准面FRONT作为绘制平面，采用系统默认的参考面RIGHT，方向为右，进入绘制界面。如图3-4所示，单击按钮，进入草绘界面。图3-4“位置”面板和“草绘”对话框Fig.3-4"Position"Panelandthe"sketch"dialogbox（c）选择调色板工具，选取六边形置于草绘平面，并修改尺寸，如图3-5所示，单击“完成”按钮退出草绘环境。回到主界面后，确定拉伸长度，在对话框里单击“完成”按钮完成特征创建，如图3-6所示。图3-5草绘正六变形图3-6生成螺帽实体Fig.3-5SketchissixvariantsFig.3-6Plotnutentities2）螺帽六角头倒角（a）单击“基础特征”工具栏中“旋转”命令按钮，系统打开“旋转”属性栏，单击对话框中“去除材料”按钮，默认为减材料。旋转角度：360°。（b）单击对话框的“位置”按钮，单击面板上的按钮，系统打开“草绘”对话框，选用基准面TOP作为草绘平面，采用系统默认的参考面RIGHT，方向为右。如图3-7所示，单击按钮，进入草绘界面。（c）进入草绘环境，绘制如图3-8所示的草绘截面。单击“完成”命令按钮，退出草绘环境。（d）回到主界面，单击“旋转”属性栏的“完成”命令按钮，系统完成旋转特征，结果如图3-9所示。图3-7选择参照图3-8草绘截面Fig.3-7SelectthereferenceFig.3-8Thesketchedsection图3-9螺帽倒角生成图Fig.3-9Chamfernutdiagram3）创建螺杆（a）再次单击“基础特征”工具栏中的“拉伸”命令按钮，系统打开“拉伸”属性栏。（b）单击“放置”面板中按钮，系统打开“草绘”对话框，选用拉伸曲面为草绘平面，采用系统默认的参考面RIGHT,方向为底部，单击按钮，进入草绘界面。（c）在草绘环境绘制圆，如图3-10所示，单击“完成”按钮退出草绘环境。（d）回到主界面后，确定拉伸长度，在对话框里单击“完成”按钮完成特征创建，如图3-11所示。图3-10草绘圆图3-11模型绘制Fig.3-10SketchedcircleFig.3-11Model4）创建倒圆角（a）给螺杆做倒圆角，单击“期初特征”工具栏中的“倒圆角”命令按钮，系统打开“倒圆角”属性栏，如图3-12所示。（b）在主界面中选取要倒圆角的边，并在倒圆角属性中选择D×D，并输入半径D值，然后在对话框里单击“完成”按钮完成特征创建，如图3-13所示。图3-12设置“倒圆角”属性栏Fig.3-12"Round"propertycolumns图3-13“倒圆角”绘制图与“倒圆角”生成图Fig.3-13"Round"drawingwiththe"rounded"spanninggraph5）创建螺纹（a）选择系统菜单中的“插入”→“螺旋扫描”→“切口”命令，系统打开“螺旋扫描”对话框，并出现“属性”菜单，如图3-14所示。（b）在菜单管理器中选择“常数”+“穿过轴”+“右手定则”命令，单击“完成”命令，按照菜单管理器提示在草绘环境中选择草绘界面，如图3-15所示。选择RIGHT为草绘界面，默认正向。单击“确定”选项，系统打开“草绘视图”菜单，单击选择“缺省”选择。图3-14“螺旋扫描”菜单管理器Fig.3-14"Spiralscan"menuManager图3-15“螺旋扫描”选择项Fig.3-15"Spiralscan"option（c）系统进入草绘环境，绘制螺旋扫描的轨迹，并绘制中心线，如图3-16所示。绘制完成，单击草绘“完成”命令按钮，退出轨迹草绘环境图3-16绘制“螺旋扫描”扫描轨迹Fig.3-16Draws"helical-scan"Scantracks（d）回到主界面，系统打开图3-17所示的工作框，输入节距，单击按钮。图3-17节距输入工作输入框Fig.3-17Pitchinputinputbox（e）系统再次进入草绘环境绘制横截面，在扫描起始点处绘制如图3-18的截面。单击“完成”命令按钮，退出轨迹草绘环境。（f）系统打开“方向”菜单，如图3-19所示，单击“确定（默认为正向）”选项。（g）单击“属性”对话框的“确定”命令按钮，螺旋扫描特征生成。结果如图3-20所示。图3-18螺旋扫描截面绘制Fig.3-18Helicalsweepsectiondrawing图3-19确定螺旋扫描方向Fig.3-19Determinethedirectionofhelicalscan图3-20螺旋特征生成的模型Fig.3-20Spiralfeaturesgeneratedmodels（h）保存文件到指定的位置并关闭当前窗口。3.2.2关键零部件建模在Pro/ENGINEER中运用以上实体特征进行零件绘制，绘制的部分零件如下图3-21所示。支架旋转张紧架张紧支撑梁油缸推移油缸座防偏横梁图3-21部分零件图Fig.3-21Partspartsdiagram3.3试验台装配模型建立及干涉分析3.3.1装配模型建立当完成零件创建之后，就可以使用Pro/ENGINEER中的“装配模式”（Assemblymode）把零件组装在一起构成“装配”（assembly），装配可以作为一个“子装配”（subassembly）装配到另一个装配中去。进入proe系统中，选择系统菜单栏中的“文件”→“新建”命令，系统打开如图3-22所示的“新建”对话框，在对话框中选择“组件”单选按钮，指定文件名，系统默认扩展名为“.asm”，并勾掉系统默认的使用缺省模板。在弹出的第二个对话框中选“mmns_asm_design”，如图3-23所示。完成设置后单击，系统将自动进入装配模式。图3-22“新建”对话框图3-23“新建文件选项”对话框Fig.3-22"New"dialogboxFig.3-23"Newoptions"dialogbox进入装配模式后，单击绘图区工具栏中的“将元件添加到装配”命令按钮，系统打开如图3-24所示的“打开”对话框，对话框显示当前工作目录下所有的零件及装配件，选取一个装配使用的零件后，系统将在装配区显示该零件，并打开“元件放置”（ComponentPlacement）用户界面，如图3-25所示。图3-24“打开”对话框Fig.3-24"Open"dialogbox图3-25“元件放置”用户界面Fig.3-25"component"userinterface“元件放置”用户界面中的“放置”面板主要用于建立装配约束，如图3-26所示。当引入元件放置到装配中时，默认将选择“自动”放置约束类型，接下来可以执行下列操作：图3-26“放置”面板Fig.3-26"placement"Panel为元件和装配选择参照，定义放置约束，选择一对有效的参照之后，系统将自动选择合适的约束类型，且约束已启动。对于第一个放置的零件，选择“元件放置”工作用户界面下“自动”下拉菜单中的“缺省”放置，给定参考位置，其余装配的个零件基于当前坐标系，进行装配配。如图3-27所示。当选择“缺省”放置后，此时的工作栏中状态处显示“完全约束”，如图3-28所示，单击，完成初个零件装配。图3-27“元件放置”界面“自动”下拉菜单Fig.3-27"Placed"interface"automatic"pulldownmenu图3-28“缺省”放置后零件Fig.3-28"Default"afterplacingparts继续装配其他零件时，仍单击，在工作目录下选择要装配的零件，在“放置”面板下新建约束中选择约束条件和约束类型，保证状态栏下显示出“完全约束”则约束完成单击确定。在零件的装配过程中都是基于装配原则进行装配，当装配状态显示“完全约束”时则可以确定，此零件装配完成，单击确定，继续装配其它零件。截取部分装配过程图，显示在装配过程中约束条件。如下图3-29所示。图3-29“支架”装配过程部分图Fig.3-29"Frame"partoftheAssemblyprocess支架的装配完成后的完整成品图如3-30所示，为了更好展现支架中所装备的各个零件，将其支架的装配图分解视图，即支架的爆炸图如图3-31所示。图3-30立架装配完成图图3-31立架组件爆炸图Fig.3-30FrameAssemblydiagramFig.3-31FrameAssemblyexplodeddiagram在试验台的总体样机模型中，由较多的组件装配而成，再将组件与其他零件装配最终形成弯曲阻力测试试验台的样机模型。试验台中的部分装配组件如图3-32所示，装配组件的分解视图，即爆炸图如图3-33所示。张紧液压缸张紧轮弯曲阻力测试试验台图3-32部分零件装配图Fig.3-32PartsAssemblydrawing张紧液压缸分解图张紧滚分解图弯曲阻力测试试验台分解图图3-33相应组件爆炸图Fig.3-33Thecorrespondingcomponentexplodeddiagram3.3.2装配零件干涉分析1）全局干涉对装配的零件进行全局干涉检查，查看是否存在问题。检查零件与零件是否存在一定的干涉现象，影响零件与零件间的装配现象，以及是否对于整体结构有所影响，为之后的ANSYSWorkbench中对部件的静力学与模态分析打定基础。对立架进行全局干涉检查，单击“分析”→“模型”→“全局干涉”如图3-34所示，弹出全局干涉对话框，单击，检查在装备过程中是否有干涉，经检查对话框栏中无显示，即装配无干涉，如图3-35所示，单击，接受并完成当前分析。图3-34全局干涉图3-35“全局干涉”对话框Fig.3-34GlobalinterferenceFig.3-35"Globalinterference"dialogbox对框架进行干涉检查，同理单击“分析”→“模型”→“全局干涉”，在弹出对话框中单击计算当前分析以供预览，发现“全局干涉”的工作框中出现零件，说明在装配的零件组合里有干涉存在，如图3-36所示，单击“显示全部”，即对干涉处进行加亮显示，如图3-37所示，则可知道螺栓在与零件装配中产生干涉，将产生的干涉螺栓全部删除，再次进行干涉检查，发现无干涉存在，单击接受并完成当前分析，如图3-38所示。图3-36干涉检查图3-37装配零件中干涉存在Fig.3-36InterferencecheckFig.3-37InterferenceexistsintheAssemblyparts图3-38重新干涉检查Fig.3-38Reinterferencecheck2）全局质量属性：对立架进行质量属性分析，单击弹出“密度”对话框，根据所选用的材料更改材料密度，如图3-39所示，将图中的密度更改为7850kg/m3，单击确定密度，在“质量属性”的工作框中计算出相关数据，如图3-40所示。然后单击接受并完成分析。对立架分析后的主要数据如表3-1所示。图3-39“密度”对话框图3-40“质量属性”计算结果Fig.3-39"Density"dialogboxFig.3-40"Qualityattributes"calculations表3-1立架质量属性分析主要数据Tab.3-1Statemasspropertiesanalysisofprimarydata体积mm3曲面面积mm2平均密度kg/m3质量kg9.929e+076.245e+067850779.40对试验台的总体结构质量属性分析与立架分析同理，将密度改为所选材料密度，同为7850kg/m3，通过分析得出如图3-41所示结果。将图中所示重要结果整理如表3-2所示。图3-41“质量属性”计算结果Fig.3-41"Qualityattributes"calculations表3-2试验台质量属性分析主要数据Tab.3-2Keydataonthetestbenchqualityattributeanalysisin体积mm3曲面面积mm2平均密度kg/m3质量kg1.667e+097.144e+07785013082.954弯曲阻力测试试验台关键零部件强度校核4.1Ansys简介ANSYS是目前世界顶端的有限元商业应用程序，是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用的有限元分析软件。有世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与大部分的CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer，NASTRAN，IDEAS,AutoCAD等，是现代产品设计的高级CAD工具之一。利用CAE技术可以使复杂的工程分析变得简化、高精度、快速的计算。对质量、数量和强度计算与分析中，取得了很好的效果。运动精度的和性能分析、动态、静态特性、压力等方面也有了飞跃的突破。广泛应用于机械结构的变形、结构分析，对齿轮产品工程分析起到重要意义。ANSYS软件是由美国ANSYS公司推出的一款软件，它可以与多种CAD软件进行接口来完成数据的处理和交换。在机械设计行业内，ANSYS软件提供了诸多仿真的解决方案，被广大的机械设计师所应用，全球的各大小企业都相信ANSYS为它们的工程仿真软件投资带来最好的价值。随着现代化技术的突飞猛进，机械设计师门对一体化技术的应用日渐增加，使产品的可靠性增加。ANSYS

Workbench就是在这种环境下出现的有限元分析软件。目前ANSYS公司的ANSYS

Workbench所提供的CAD双向参数链接互动，项目数据自动更新机制，无缝集成的优化设计工具等新功能，使ANSYS在“仿真驱动产品设计”方面达到一种非常高的水平。4.2支架及主架的静力学特性分析1）支架静力学分析过程a）创建分析项目：启动ANSYSWorkbench14.5，进入主界面。双击主界面Toolbox工具箱中的AnalysisSystem>StaticStructural选项，即可在项目管理区创建分析项目A，如图4-1.。图4-1创建项目工程图Fig.4-1Createprojectdiagramsb）定义材料数据双击项目A中的A2栏EngineerungDate项，进入如图4-2所示的材料参数设置界面，在该界面下即可进行材料参数设置。图4-2材料数据定义界面Fig.4-2Materialsdata-definitioninterface根据实际需要，在EngineeringDateSources表中选择相应材料，然后添加。在分析中采用默认的StructuralSteel，直接退出本窗口即可。c）添加几何模型在A3栏的Geometry上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择ImportGeometry>Browse选型，此时会弹出“打开”对话框。在弹出的对话框中选择文件路径，导入几何文件体，此时A3栏Geometry后的变为，表示实体模型已经存在。双击项目A中的A3栏Geometry，此时会进入DM界面，如图4-3所示。此时如果设计树中显示，表示需要生成模型，单击按钮，即可显示生成的几何体，此时可在几何体上进行其他的操作。单击DM界面右上角的“关闭”按钮退出DM，返回到Workbench主界面。图4-3DM几何模型Fig.4-3DMmodelsd）定义零件行为双击主界面项目管理区项目A中的A3栏Model项，进入Mechanical界面，如图4-4所示，在该界面下即可进行网格划分、分析设置、产看结果等操作。图4-4进入MechanicalFig.4-4IntoMechanicale）划分网格选择Mechanical界面左侧Outline树结构图中的Mesh选项，此时可以在Detailsof“Mesh”细节窗口中修改网格，此次采用默认设置。在Outline树结构中的Mesh选项单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择GenerateMesh选项，生成网格最终效果如图4-5所示。图4-5网格划分效果Fig.4-5Effectofmeshf）定义边界条件选择Mechanical界面左侧Outline树结构图中的StaticStructural选项，此时会出现Environment工具栏。选择Environment工具栏中的Supports>FixedSupport，此时在树结构图中会出现FixedSupport选项。选中FixedSupport，选择需要施加固定约束的面，单击Detailsof“FixedSupport”细节窗口中Geometry选项下的按钮，即可在选中面上施加固定约束，选取固定的面后，单击“Apply”进行添加，如图4-6所示。图4-6施加固定约束Fig.4-6Toimposefixedconstraint选择Environment工具栏中的Loads>Pressure，此时在树结构图中会出现Pressure选项。选中Pressure，选择需要施加压力的面，单击Detailsof“Pressure”细节窗口中Geometry选项下的Apply按钮，同时在Magnitude选项下设置压力为8Mpa的面载荷，同时施加反作用力于立架上。如图所示4-7所示。图4-7施加力约束Fig.4-7Exertsaforceconstraintsg）求解设置选择Mechanical界面左侧Outline树结构图中的Solution选项，此时会出现Solution工作栏，选择工具栏中的Deformation>Total，此时树结构中会出现TotalDeformation选项，继续在工作栏中选择Stress>Equivalent（von-Mises），此时树结构中出现Equivalentstress选项，如图4-8所示。图4-8树结构图Fig.4-8Treestructurediagramsh）仿真结果分析完成求解设置后，单击工作栏中按钮，等待结果生成，如图4-9所示。图4-9支架静力学分析结果Fig.4-9Supportsstaticanalysisresults仿真结果分析：由图示可知最大应变为0.073789；最大应力为22.983Mpa，最小应力为2.2095e-5Mpa。（2）主架静力学分析在对主架的静力学分析中，对于主架的前期处理模型导入，材料定义，网格划分等基本操作与在对立架的静力学分析中相似，在对零件进行边界条件定义和施加约束中同样采取施加固定面，按主架的受力给主架施加力，进行静力学分析，分析后的结果如图4-10所示。图4-10主架静力学分析结果Fig.4-10Mainframestaticanalysisresults仿真结果分析：最大应变为0.65301；最大应力为87.749Mpa，最小应力为0.00021766Mpa。4.3试验台模态分析模态分析：模态分析在工程中应用广泛，因为结构的固有频率与相应的模态结构形状是设计承受变化载荷条件的重要参数，而模态分析用于计算结构的固有频率和模态形状。模态分析的基本操作过程如下：（1）创建分析项目：启动ANSYSWorkbench14.5，进入主界面。双击主界面Toolbox中的AnalysisSystem>Modal选项，在项目管理区创建分析项目A。（2）定义材料数据：双击项目A中的A2栏EngineeringDate项，进入材料参数设置界面，在该界面下即可进行材料参数设置。采用系统默认值。关闭A2：EngineeringDate，返回到Workbench主界面，材料库添加完毕。（3）添加几何模型：在A2栏的Geometry上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择ImportGeometry>Browse，此时会弹出“打开”对话框。在弹出的对话框中选择文件路径，导入几何体文件，此时A2栏Geometry后的变为，表示模型已存在。（4）定义零件边界条件：双击项目A中的A4栏Model项，进入Mechanical界面，在该界面下即可进行网格划分、分析设置、结果查看等操作。在模态分析的前期过程中与静力学分分析相类似。（5）求解设置：选择Mechanical界面左侧Outline树结构图中的Modal选项，此时会出现Environment工具栏。选择Environment工具栏中的Support>FixedSupport，此时在树结构图中会出现FixedSupport选项，选中FixedSupport，选择需要施加固定约束的面，单击Detailsof“FixedSupport”细节窗口中Geometry选项下的按钮，即可在选中面上施加固定约束，选取固定的面后，单击“Apply”进行添加。选择Modal左侧Outline下树结构中的Modal>AnalysisSettings打开Detailsof“AnalysisSettings”细节窗口，在Options下“MaxModestoFind”选项中值为6。单击树结构中Solution出现Solution工作栏，单击工作栏中的Deformation>Total，重复操作六次，没操作一次，在Detailsof“TotalDeformation”的细节窗口中依次更改Definition>Mode值，命名每次变形量，实现分析结果。（6）仿真结果分析：最后单击“Solve”分析结果，并对对生成的结果进行理论分析。在模态分析中分别对支架、主架、试验台的总体结构进行了分析。1）支架模态变形图，如4-11所示。求解结果数据图表a）第1阶模态变形图b）第2阶模态变形图c）第3阶模态变形图d）第4阶模态变形图e）第5阶模态变形图f）第6阶模态变形图图4-11支架模态变形图Fig.4-11Supportmodaldeformations分析结果：第一阶模态对应振型为支架左右弯曲；第二阶模态对应的振型为压下辊的前后弯曲；第三阶模态对应的振型为支架的前后弯曲；第四阶对应振型为扭转弯曲；第五阶模态对应振型为立架的左右弯曲；第六阶模态振型为压下辊的扭转弯曲。2）主架模态变形图，如图4-12所示。求解结果数据图表a）第1阶模态变形图b）第2阶模态变形图c）第3阶模态变形图d）第4阶模态变形图e）第5阶模态变形图f）第6阶模态变形图图4-12主架模态分析图Fig.4-12Modalanalysisofmainframeindiagram分析结果：第一阶模态对应的振型为主架张紧滚端左右弯曲；第二阶模态对应振型为主要主架张紧滚端的固定架相对两侧弯曲；第三阶模态对应振型为固定架驱动滚端扭转弯曲；第四阶段模态振型为固定架驱动滚端相对扭转弯曲；第五阶模态振型为张紧支撑梁左右弯曲；第六阶模态振型主要为固定架张紧滚端扭转弯曲。3）试验台模态分析图，如图4-13所示。求解结果数据图表a）第1阶模态变形图b）第2阶模态变形图c）第3阶模态变形图d）第4阶模态变形图e）第5阶模态变形图f）第6阶模态变形图图4-13试验台模态分析图Fig.4-13Experimentalmodalanalysisindiagram分析结果：第一阶模态振型为下侧输送带上下弯曲；第二阶模态振型为下侧输送带二阶弯曲；第三阶模态振型为试验台张紧滚端左右弯曲；第四阶模态振型为下侧输送带扭转弯曲；第五阶模态振型为上侧输送带上下弯曲；第六阶模态振型为下侧输送带三阶弯曲。4）无输送带试验台模态分析图，如图4-14所示。求解结果数据图表a）第1阶模态变形图b）第2阶模态变形图c）第3阶模态变形图d）第4阶模态变形图e）第5阶模态变形图f）第6阶模态变形图图4-14试验台模态分析图Fig.4-14Experimentalmodalanalysisindiagram分析结果：第一阶模态振型为试验台张紧滚端左右弯曲；第二阶模态振型为驱动滚上侧横梁扭转弯曲；第三阶模态振型为试验台支架处带动整体左右弯曲；第四阶模态振型为张紧滚上下弯曲；第五阶模态振型为驱动滚前后弯曲；第六阶模态振型为张紧滚上端横梁扭转弯曲。5结论1）确定了试验台的主要设计参数，对主要部件进行选型。2）研究了试验台中的张紧缸和压下缸的大体结构设计，并对其中的张紧缸作了简单的稳定性校核计算。3）对输送带的最大弯曲阻力进行了估算，并输送带张力进行了研究，为输送带、拉紧装置、滚筒组件等的选择和输送带校核提供依据。4）利用Pro/ENGINEER建立试验台的三维模型，使用Pro/E绘制零部件，并进行装配，对装配的总体设备进行质量属性分析和全局干涉分析。5）利用ANSYS分析软件对弯曲阻力试验台的主要结构进行模态分析与静力学分析对仿真，并对其产生的研究结果进行分析。6技术经济性分析6.1技术分析橡胶输送带弯曲阻力试验台是测量输送带弯曲阻力的专用仪器，本文以大型带式输送机的实际工况为前提条件，在借鉴国内外输送带测量专用设备，及其先进经验和先进技术的基础上，广泛收集资料，在对弯曲阻力实验台的机架、张紧装置、驱动装置和检测装置进行设计，并对关键零部件的强度和寿命进行分析和校核，此外，为了保证弯曲阻力实验台的顺利研发，采用了三维建模软件对试验台进行了三维实体建模，并进行了装配及干涉检查工作，通过三维实体模型的建立，再现了阻力试验台的空间结构和连接关系，最后为了对关键零部件进行详细的静、动态特性分析，采用有限元仿真软件对关键零部件的强度和模态进行了分析，分析结果证明了试验台的可靠性及技术可行性。6.2经济性分析在经济贸易的全球化中，缩短开发周期，提高产品质量，降低成本以及对市场的灵活反应成为竞争者们所追求的目标。因此，在遵循技术上先进的同时，还应遵循经济上合理实用与可靠性的原则。弯曲阻力实验台的设计有利于输送带产品质量的提高、降低大型带式输送机的运行成本，此外，自行设计的弯曲阻力实验台成本在10万人民币以内，而同类型国外的实验台却需要30万人民币左右，所以自行设计的弯曲阻力实验台给企业也带来了实惠。致谢时光匆匆，转眼便是大学的毕业时节，离校的日期已日趋渐进，毕业论文的完成也随之进入尾声。在历时将近两个月的时间里，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要感谢我的论文指导老师沙永东老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。从开始进入课题到论文的顺利完成，一直都离不开老师、同学、朋友给我热情的帮助，在这里请接受我最诚挚的谢意。感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。最后十分感谢各位老师在百忙之中抽出宝贵的时间评阅我的论文，谢谢你们！参考文献[1]朱友益.新结构LHJ浮选柱的分选机理及数学模型研究[D].北京：北京科技大学图书馆,1997.[2]Durney,T.E.Finecoalflotationusingtheflotairecolumnflotationcell[J].SocietyofMiningEngineersofAIME,1990(4)：55-59.[3]彭寿清.浮选柱的发展和应用[J].湖南有色金属，1998，14（2）：14-19.[4]冯绍灌.选煤数学模型[M].北京：煤炭工业出版社，1993：120-121..[5]宋伟刚.通用带式输送机设计.机械工业出版社2006.5：101~105.[6]成大先.机械设计手册第5卷.化学工业出版社.2004.1：22-35.[7]OszterZF,BehrerdsW,VincentD.大运量带式输送机运行阻力研究[J].起重运输机械，1982，5:40-47.[8]何煜琛，Pro/ENGNEER野火中文版建模基础[M].北京：清华大学出版社，2004.[9]隗金文，王慧.液压传动.东北大学出版社.2001.12：123~129[10]林清安.Pro/ENGINEERWildfire4.0零件装配与产品设计.电子工业出版社.2005.4[11]G.G.Kozhushko.Fatiguestrengthfunctionsinshearloadingoffabricconveyorbelts.PetroleuEngineerInternational.1995(3):539~544[12]张越.新型带式输送机设计手册.冶金工业出版社.2001.2[13]洪志育.连续运输机[A].北京机械工业出版社.1987.34~35.[14]毛君，孙国敏.带式输送机动态设计理论与应用[M].沈阳辽宁科学技术出版社，1996：40~45.[15]李之中，杨红云，曹晓东.输送带粘弹性力学参数的测试研究.山西机械.2000.12：9~10.[16]朱立平，韩东劲，许静泉.输送带的动力学模型.煤矿机械.2001（2）：29~31[17]JeriKripac.Amechanismforpersistentlynamingtopologicalentitiesinhistory-basedparametricSolidmodels[J]，Computer-AidedDesign，1997，40(3):387~401[18]林建亚，何存兴.液压元件.机械工业出版社.1988.11：95~97[19]洪志育.连续运输机[A].北京机械工业出版社.1987.34~35.[20]唐大方，冯晓宁，杨现卿.机械设计工程学2.中国矿业大学出版社.2001.9：105~116附录A先进制造技术的新发展摘要：本文介绍了当今制造技术面临的问题，论述了先进制造的前沿科学，并展望了先进制造技术的发展前景。关键词：问题；先进制造技术；前沿科学；应用前景制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱，其生产总值一般占一个国家国内生产总值的20%~55%。在一个国家的企业生产力构成中，制造技术的作用一般占60%左右。专家认为，世界上各个国家经济的竞争，主要是制造技术的竞争。其竞争能力最终体现在所生产的产品的市场占有率上。随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化，这种竞争日趋激烈，因而各国政府都非常重视对先进制造技术的研究。1当前制造科学要解决的问题当前制造科学要解决的问题主要集中在以下几方面：（1）制造系统是一个复杂的大系统，为满足制造系统敏捷性、快速响应和快速重组的能力，必须借鉴信息科学、生命科学和社会科学等多学科的研究成果，探索制造系统新的体系结构、制造模式和制造系统有效的运行机制。制造系统优化的组织结构和良好的运行状况是制造系统建模、仿真和优化的主要目标。制造系统新的体系结构不仅对制造企业的敏捷性和对需求的响应能力及可重组能力有重要意义，而且对制造企业底层生产设备的柔性和可动态重组能力提出了更高的要求。生物制造观越来越多地被引入制造系统，以满足制造系统新的要求。（2）为支持快速敏捷制造，几何知识的共享已成为制约现代制造技术中产品开发和制造的关键问题。例如在计算机辅助设计与制造(CAD／CAM)集成、坐标测量(CMM)和机器人学等方面，在三维现实空间(3-Real

Space)中，都存在大量的几何算法设计和分析等问题，特别是其中的几何表示、几何计算和几何推理问题；在测量和机器人路径规划及零件的寻位(如Localization)等方面，存在C-空间(配置空间Configuration

Space)的几何计算和几何推理问题；在物体操作(夹持、抓取和装配等)描述和机器人多指抓取规划、装配运动规划和操作规划方面则需要在旋量空间(Screw

Space)进行几何推理。制造过程中物理和力学现象的几何化研究形成了制造科学中几何计算和几何推理等多方面的研究课题，其理论有待进一步突破，当前一门新学科--计算机几何正在受到日益广泛和深入的研究。（3）在现代制造过程中，信息不仅已成为主宰制造产业的决定性因素，而且还是最活跃的驱动因素。提高制造系统的信息处理能力已成为现代制造科学发展的一个重点。由于制造系统信息组织和结构的多层次性，制造信息的获取、集成与融合呈现出立体性、信息度量的多维性、以及信息组织的多层次性。在制造信息的结构模型、制造信息的一致性约束、传播处理和海量数据的制造知识库管理等方面，都还有待进一步突破。（4）各种人工智能工具和计算智能方法在制造中的广泛应用促进了制造智能的发展。一类基于生物进化算法的计算智能工具，在包括调度问题在内的组合优化求解技术领域中，受到越来越普遍的关注，有望在制造中完成组合优化问题时的求解速度和求解精度方面双双突破问题规模的制约。制造智能还表现在：智能调度、智能设计、智能加工、机器人学、智能控制、智能工艺规划、智能诊断等多方面。这些问题是当前产品创新的关键理论问题，也是制造由一门技艺上升为一门科学的重要基础性问题。这些问题的重点突破，可以形成产品创新的基础研究体系。2现代机械工程的前沿科学不同科学之间的交叉融合将产生新的科学聚集，经济的发展和社会的进步对科学技术产生了新的要求和期望，从而形成前沿科学。前沿科学也就是已解决的和未解决的科学问题之间的界域。前沿科学具有明显的时域、领域和动态特性。工程前沿科学区别于一般基础科学的重要特征是它涵盖了工程实际中出现的关键科学技术问题。超声电机、超高速切削、绿色设计与制造等领域，国内外已经做了大量的研究工作，但创新的关键是机械科学问题还不明朗。大型复杂机械系统的性能优化设计和产品创新设计、智能结构和系统、智能机器人及其动力学、纳米摩擦学、制造过程的三维数值模拟和物理模拟、超精度和微细加工关键工艺基础、大型和超大型精密仪器装备的设计和制造基础、虚拟制造和虚拟仪器、纳米测量及仪器、并联轴机床、微型机电系统等领域国内外虽然已做了不少研究，但仍有许多关键科学技术问题有待解决。信息科学、纳米科学、材料科学、生命科学、管理科学和制造科学将是改变21世纪的主流科学，由此产生的高新技术及其产业将改变世界的面貌。因此，与以上领域相交叉发展的制造系统和制造信息学、纳米机械和纳米制造科学、仿生机械和仿生制造学、制造管理科学和可重构制造系统等会是21世纪机械工程科学的重要前沿科学。2.1制造科学与信息科学的交叉--制造信息科学机电产品是信息在原材料上的物化。许多现代产品的价值增值主要体现在信息上。因此制造过程中信息的获取和应用十分重要。信息化是制造科学技术走向全球化和现代化的重要标志。人们一方面对制造技术开始探索产品设计和制造过程中的信息本质，另一方面对制造技术本身加以改造，以使得其适应新的信息化制造环境。随着对制造过程和制造系统认识的加深，研究者们正试图以全新的概念和方式对其加以描述和表达，以进一步达到实现控制和优化的目的。与制造有关的信息主要有产品信息、工艺信息和管理信息，这一领域有如下主要研究方向和内容：(1)

制造信息的获取、处理、存储、传递和应用，大量制造信息向知识和决策转化。(2)

非符号信息的表达、制造信息的保真传递、制造信息的管理、非完整制造信息状态下的生产决策、虚拟管理制造、基于网络环境下的设计和制造、制造过程和制造系统中的控制科学问题。这些内容是制造科学和信息科学基础融合的产物，构成了制造科学中的新分支--制造信息学。2.2微机械及其制造技术研究微型电子机械系统(MEMS)，是指集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。MEMS的发展将极大地促进各类产品的袖珍化、微型化，成数量级的提高器件与系统的功能密度、信息密度与互联密度，大幅度地节能、节材。它不仅可以降低机电系统的成本，而且还可以完成许多大尺寸机电系统无法完成的任务。例如用尖端直径为5μm的微型镊子可以夹起一个红细胞；制造出3mm大小能够开动的小汽车；可以在磁场中飞行的像蝴蝶大小的飞机等。MEMS技术的发展开辟了技术全新的领域和产业，具有许多传统传感器无法比拟的优点，因此在制造业、航空、航天、交通、通信、农业、生物医学、环境监控、军事、家庭以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。微机械是机械技术与电子技术在纳米尺度上相融合的产物。早在1959年就有科学家提出微型机械的设想，1962年第一个硅微型压力传感器问世。1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60"120μm的硅微型静电电动机，显示出利用硅微加工工艺制作微小可动结构并与集成电路兼容制造微小系统的潜力。微机械技术有可能像20世纪的微电子技术那样，在21世纪对世界科技、经济发展和国防建设产生巨大的影响。近10年来，微机械的发展令人瞩目。其特点如下：相当数量的微型元器件(微型结构、微型传感器和微型执行器等)和微系统研究成功，体现了其现实的和潜在的应用价值；多种微型制造技术的发展，特别是半导体微细加工等技术已成为微系统的支撑技术；微型机电系统的研究需要多学科交叉的研究队伍，微型机电系统技术是在微电子工艺的基础上发展的多学科交叉的前沿研