第一篇：中小學機器人教學中應注重的基本結構原理和機械原理

中小學機器人教學中應注重的基本結構原

理和機械原理

近年來以機器人競賽為動力, 以培養(yǎng)學生的動手能力、創(chuàng)新思維能力為目標的中小學機器人活動在我市許多學校相繼開展了。機器人教學作為中小學信息技術課程的發(fā)展方向，越來越受到重視。

機器人科學是集機械、結構、動力、電路、傳感器、控制、算法等為一體的新興學科，所以機器人從宏觀上又分為了機器人硬件和機器人軟件兩個部分。機器人硬件活動主要培養(yǎng)鍛煉學生的動手與實踐能力，在我的機器人興趣小組活動中，每節(jié)課我都會安排一定時間讓學生動手搭建機器人的機械結構和傳感器電路，讓他們熟練使用常用的工具，比如鉗子、螺絲刀、剝線鉗、萬用表等。課堂最后讓學生自己調試程序，觀察機器人的運行情況，然后修改完善程序。在不知不覺中，學生的動手能力得到了很大的提高。機器人軟件部分主要涵蓋程序的編寫，機器人的運行是程序執(zhí)行的結果，學生通過編寫程序讓機器人按照任務要求完成某一個動作，這個程序是事先在學生的大腦中“執(zhí)行”過的。程序從簡單到復雜，從單一到多元，學生的邏輯思維能力可以得到很好的鍛煉和提高。

在中小學階段機器人教學中是以機器人硬件（及結構、機械、動力等）為主，還是以機器人軟件（及機器人程序的編寫）為主呢？首先興趣是一個人最好的老師，在中小學階段培養(yǎng)學生對機器人科學的興趣是最主要的前提和目標，所以根據中小學生現階段發(fā)展特點，讓

學生參與各種機器人的興趣活動，在興趣活動中讓學生自己動手實踐，設計制作機器人這樣能更有效的提高學生對機器人的學習興趣。

在機器人硬件中也包含了機械、結構、動力、電路、傳感器等各類知識。在中小學階段的機器人教學中如何讓學生掌握這些知識是我們應該深入研究的。不管是多么復雜精密的機械和結構，都是從最基本的機械和結構原理發(fā)展而來的。就像我們在大學學到的數學知識也是從小學的1+1最簡單的基本知識積累而來一樣。所以掌握最基本的原理性知識更有助于為學生打下良好的基礎。

我于2005年開始從事青少年機器人創(chuàng)新實踐活動的教學工作，根據多年的教學經驗總結了一些在中小學階段應該讓學生掌握的最基本的結構原理和機械原理。

一、基本結構原理

1、平衡和重心：平衡是兩個或兩個以上的力作用于一個物體上，各個力互相抵消，使物體成相對的靜止狀態(tài)。亦泛指平穩(wěn)，穩(wěn)定。重心是一個物體的各部分都要受到重力的作用。從效果上看，我們可以認為各部分受到的重力作用集中于一點，這一點叫做物體的重心。如何使機器人的平衡達到最佳狀態(tài)，是個很重要的問題。由于機器人臂桿的重心不通過其轉軸，因而產生偏重力矩，它隨著機器人臂桿運動的位置、速度以及加速度的不同不斷變化。這對機器人的運動學、動力學特性都有很大的影響，因此，機器人應具有良好的平衡。良好的平衡對改善和提高機器人的性能起著至關重要的作用。首先平衡有利于控制和改善機器人的動力學特性，提高運行精度，其次，還可以減

少傳動載荷和摩擦力。在我們的實際教學中經常出現這樣的情況。第一機器人在直線行走的過程中始終會出現左偏或右偏的情況。第二機器人在上坡過程中出現翻倒情況。第三機器人臂桿在運動過程中出現翻倒情況。以上情況都和機器人平衡狀態(tài)不好有關，平衡不好造成機器人重心偏移，機器人在運動過程中就會出現這樣或那樣的問題，所以應將平衡和重心的概念貫穿整個機器人的教學過程。

2、力量：力是物體之間的相互作用，是使物體獲得加速度和發(fā)生形變的外因。力有三個要素，即力的大小、方向和作用點。在我們的機器人運動過程中會出現各種各樣的力，在其中最重要的是動力和摩擦力。機器人的動力在我們的中小學機器人活動中主要是由各種類型的馬達來提供。如現在常用的馬達和伺服馬達，馬達即我們通常說的直流馬達在機器人運動中主要提供前進（馬達正轉）、后退（馬達反轉）和剎車（馬達停轉）功能。伺服馬達本質上是一個可定位的馬達，主要用作運動方向的控制部件。當伺服馬達接受到一個位置指令時，它就會運動到指定的位置，成為一個可控的運動關節(jié)，具有大扭力、控制簡單的特點，可適用于創(chuàng)意、人形機器人模型、航模等需精確定位的項目。當然不管是馬達還是伺服馬達如何運用最終還是要根據機器人的設計來確定。如直流馬達通過一些機械裝置和程序的設計也能實現伺服馬達的精確定位功能。摩擦力是兩個表面接觸的物體相互運動時或有運動趨勢時互相施加的一種物理力。在我們的機器人運動中摩擦力有時需要加大有時需要避免，如機器人在上坡和轉彎過程中應增加摩擦力，在一些機械連動裝置中應減小或避免摩擦力。讓學生認

識各種各樣的力有助于學生對機器人的設計和制作，更能幫助學生掌握這種最基本的物理知識。

3、輪子和軸：輪子，是用不同材料制成的圓形滾動物體。簡單來說，它包括輪子的外圈、與外圈相連接的輻條和中心軸。透過滾動，輪子可以大大的減少與接觸面的磨擦系數。軸，是穿在軸承中間或車輪中間或齒輪中間的物件。軸是支承轉動零件并與之一起回轉以傳遞運動、扭矩或彎矩的機械零件。機器中作回轉運動的零件就裝在軸上。在我們的機器人制作過程中學生往往只注重輪子的選擇和安裝，而忽略了軸的重要性。如在我的機器人活動中經常出現這樣的情況，學生選擇了兩個最大的輪子在安裝過程中用一根軸將兩個輪子和兩個馬達連接在一起，機器人運動過程中當兩個馬達運動方向相同時機器人能動，但當兩個馬達運動方向相反或有差異時機器人就會出現問題。所以應對學生強調輪子的轉動是由于軸轉動而傳遞出的動力。

二、基本機械原理

在中小學的機器人活動中齒輪是使用最廣變化組合最豐富的機械零件。首先，齒輪是輪緣上有齒能連續(xù)嚙合傳遞運動和動力的機械元件。其次，齒輪是將旋轉運動從一根軸傳遞到另一根軸的裝置。在中小學機器人活動中讓學生掌握一些齒輪使用的基本原理和基本組合，能豐富我們的機器人教學活動。

1、齒數比：只要數出每個齒輪的齒數，用輸出齒輪的齒數除以輸入齒輪的齒數，我們就能計算出齒數比。例如，輸入齒輪是8個齒、輸出齒輪是24個齒，那么齒數比就是24/8=3。標準表達方法是用與

1相比較的帶分號表達式，寫成3:1。

齒數比3:1是什么意思呢？首先，這是軸的轉速比，齒數少的齒輪轉的更快些，在這個例子里，8齒齒輪的速度是24齒齒輪的3倍。其次，扭矩比與齒數比是反比例關系，在這個例子里，8齒齒輪的扭矩是24齒齒輪的1/3。

當你使用齒輪提高轉速時，扭矩會減小，這叫做“齒輪增速”，可以用這種方式來保護下游的組件，使其免受電機大扭矩的沖擊，也能增加機器人的速度。當使用齒輪降低轉速時，扭矩會增大，這叫做“齒輪減速”，可以使用這種方法增加機器人力量，如利用小電機或曲柄來提升重物。在我們的生活中汽車上坡為什么要用低速檔，平路要用高速檔也是這個道理。有時，我們也會選擇既不增速、也不減速，只是使用齒輪將扭矩從一點傳遞到另一點，在這一過程中轉速和扭矩都不會發(fā)生變化。

2、直齒輪：直齒輪用于兩根平行的軸上。下圖中，安裝在綠色軸上的灰色齒輪是驅動輪，安裝在黃色軸上的紅色齒輪是從動輪。注意，這兩個齒輪的速度比是3:2，這和它們的齒數比24:16是一樣的。再注意，齒輪上每個齒的輪廓不是平直的，我們稱之為漸開線，這種形狀可以使齒輪做相對的轉動，而不是滑動，這樣可以最大限度地減少摩擦力，提高傳動效率。我們還會看到，每根軸都有兩個支撐作用。一般來說，每根軸至少需要2個軸承支撐來平衡齒輪的載荷。軸承越靠近齒輪，其支撐作用就越有效。在齒輪的兩側設置支撐軸承（就像藍色的磚塊）效果要好于把軸承設置在齒輪的一側。一對直齒輪的作

用之一，就是讓輸出軸與輸入軸以反方向做旋轉運動。直齒輪是我們在機器人制作中最常見的齒輪組合。

3、錐齒輪：錐齒輪用在兩根軸不平行的情況中。錐齒輪可以在兩根軸成任意角度的情況下使用。下圖中，安裝在黃色軸上的紅色齒輪是驅動輪，安裝在綠色軸上的藍色齒輪是從動輪。兩個齒輪的齒數相同，這兩根軸的轉動速度也相同。錐齒輪的輪齒形狀復雜，在支撐軸上產生的力也很復雜。因此，相對于直齒輪來說，在錐齒輪的支撐軸上使用合適的軸承更為重要。一般來說，每根軸至少需要2個軸承支撐來平衡齒輪的載荷。軸承越靠近齒輪，其支撐作用就越有效。下圖中，使用了一個特殊的齒輪箱來實現這個支撐作用。在我們的機器人活動中如果要改變動力的輸出方向就要使用錐齒輪。

4、渦輪：可以把渦輪想象成只有1個齒的齒輪。在我們的機器

人中渦輪是與直齒輪配合使用的，兩根軸相互垂直。渦輪具有一些和其他齒輪不同的特性。首先，渦輪只有1個齒，渦輪組的齒數比就是配合齒輪的齒數，如，1個渦輪和40齒的直齒輪配合使用，齒數比就是40:1，因此使用渦輪可以實現很大程度的減速。其次，與其它齒輪相比，渦輪的摩擦力較大（傳動效率也較低），這是因為渦輪的齒面與相配合的齒輪齒面之間是滑動摩擦，負載越大，摩擦力也越大。最后，渦輪不能被反向驅動。下圖中，是綠色軸上的蝸輪在驅動紅色軸上的藍色直齒輪，但是如果你轉動紅色軸，蝸輪是無法被驅動的。這個特點在需要鎖止位置的場合很有用，比如升降閘門時。

5、齒條：可以把齒條理解為將一個直齒輪展平。使用齒條，可以把直齒輪或小齒輪的旋轉運動轉換成直線運動。這里沒有傳統(tǒng)意義上的齒數比，但驅動輪的齒數越少，傳遞給齒條的功率就越大。齒條的橫向移動距離與小齒輪的齒數成正比。齒條一般被用于小車的轉向控制結構中，也會被用于其他方面，如吊車的伸縮吊臂中。

當然在工業(yè)應用中，還有其它幾十種不同形式的齒輪和更加精密復雜的齒輪組合。在中小學機器人活動中，我們也可以使用以上簡單的機械原理設計出復雜的機械結構。如下圖中的4速變速箱。

從接觸機器人到現在，我和學生們利用這些結構和機械的基本原理，設計制作出了各種各樣有趣的機器人實現了很多有趣的任務。從機器人的活動中我深刻體會到這項活動為我們的中小學生帶來了什么。

開拓與創(chuàng)新：孩子往往是沒有束縛，最有創(chuàng)造力的。而我們正是要鼓勵他們創(chuàng)新，幫助他們去實現。在學生由一個想法到完成制作的過程中，我們也鼓勵他們開拓全新的領域，設計或趣味或實用的新型

機器人。

探究與挑戰(zhàn)：我們鼓勵學生好奇與質疑，鼓勵他們挑戰(zhàn)權威與沖破藩籬。讓他們以探究的姿態(tài)來制作、設計機器人。在任務完成過程中，機械的、電路的、程序的會出現各種他們想象不到的問題。而我們要做的就是，鼓勵他們勇于面對、發(fā)現和解決這些問題。鼓勵與幫助學生參加省市和全國機器人比賽來讓他們接受更大的挑戰(zhàn)。

中小學生機器人活動將隨著時代的發(fā)展越來越煥發(fā)它的魅力，希望在不久的將來機器人教學活動能走進所有的中小學校，成為中小學教育的新亮點。

第二篇：機械結構及原理學習心得體會

機加設備結構及原理學習心得體會

為了使我們更多地掌握設備的結構及原理，提高每一個技術人員的技術水平，進一步加深對各類設備的認識，開闊視野，特意聘請了大學的專業(yè)老師對我們進行了針對性培訓，充分體現了領導對我們技術人員的關懷，對技術工作的重視，學習了《機加設備結構及原理》，我對機加設備結構及原理有了更深的認識，下面談談學習的心得體會：

通過參加這次繼續(xù)培訓學習，使我感受很深，收效較大，作為一名技術人員，必須要經常學習先進的科學技術和最新的理論，時刻更新豐富自己的知識，用最新的理論知識去指導自己的工作，才能使自己的工作有所突破、有所創(chuàng)新，才能在工作中遇到問題時做到游刃有余，徹底解決問題，才能為公司多做貢獻。這次的培訓，使我得到了較多收益。

隨著工業(yè)自動化的發(fā)展,設備在減輕工人的勞動強度的同時, 大大提高了勞動生產率。尤其是數控設備，相對傳統(tǒng)繼電器控制設備具有結構復雜，使用簡單，工作量小，勞動強度低，加工精度高等明顯的優(yōu)勢，但同時存在維修困難，且費用高，工作環(huán)境要求較高等缺點。而我司的設備多數為數控設備，因此，要求我們必須要快速診斷設備出現的故障及降低設備的維修率，保證設備的正常運行，從而提高設備的工作效率。這就對設備技術人員就提出了很高的要求，所以我們每一個技術人員都要較深層次掌握數控設備的結構及原理，才能快速應對設備在生產過程中出現的各種問題，才能保證生產的正常進行。通過此次學習，使我掌握了典型設備的結構及原理，并將所學應用到工作中去，得到了較好的效果。

總之，通過此次培訓，掌握了課程的內容，并將所學與生產現場結合起來，提高了分析問題、解決問題的能力，達到了學以致用的目的。

制造部 2013-4-15

第三篇：掃描電鏡的基本結構和工作原理（精選）

掃描電鏡的基本結構和工作原理

掃描電子顯微鏡利用電子槍發(fā)射的電子束，經過幾級電磁透鏡縮小后，電子束到達樣品，激發(fā)樣品中的二次電子，二次電子被探測器接收，通過信號處理并調制顯示器上一個像素發(fā)光，由于電子束斑直徑是納米級別，而顯示器的像素是100微米以上，這個100微米以上像素所發(fā)出的光，就代表樣品上被電子束激發(fā)的區(qū)域所發(fā)出的光。實現樣品上這個物點的放大。如果讓電子束在樣品的一定區(qū)域做光柵掃描，并且從時空上一一對應調制顯示器的像素的亮度，便實現這個樣品區(qū)域微觀形貌的放大成像。細聚焦電子束在樣品表面逐點掃描，與樣品相互作用產行各種物理信號，這些信號經檢測器接收、放大并轉換成調制信號，最后在熒光屏上顯示反映樣品表面各種特征的圖像。掃描電鏡具有景深大、圖像立體感強、放大倍數范圍大、連續(xù)可調、分辨率高、樣品室空間大且樣品制備簡單等特點，是進行樣品表面研究的有效分析工具。

掃描電鏡所需的加速電壓比透射電鏡要低得多，一般約在1～30kV，實驗時可根據被分析樣品的性質適當地選擇，最常用的加速電壓約在20kV左右。掃描電鏡的圖像放大倍數在一定范圍內(幾十倍到幾十萬倍)可以實現連續(xù)調整，放大倍數等于熒光屏上顯示的圖像橫向長度與電子束在樣品上橫向掃描的實際長度之比。掃描電鏡的電子光學系統(tǒng)與透射電鏡有所不同，其作用僅僅是為了提供掃描電子束，作為使樣品產生各種物理信號的激發(fā)源。掃描電鏡最常使用的是二次電子信號和背散射電子信號，前者用于顯示表面形貌襯度，后者用于顯示原子序數襯度。

掃描電鏡的基本結構可分為電子光學系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、信號檢測放大系統(tǒng)、圖像顯示和記錄系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和電源及控制系統(tǒng)六大部分。

必須拋光而不需腐蝕。

第四篇：機械原理課程設計目的和任務

第一節(jié)

機械原理課程設計目的和任務

一、機械原理課程設計的目的

機械原理課程設計是使學生較全面、系統(tǒng)掌握機械原理課程的基本原理和方法的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生“初步具有確定機械運動方案，分析和設計機械的能力”及“開發(fā)創(chuàng)新能力”的一種手段。其目的是：

1)以機械系統(tǒng)運動方案設計與擬定為結合點，把機械原理課程中分散于各章的理論和方法融會貫通起來，進一步鞏固和加深學生所學的理論知識；

2)通過擬定機械運動方案的訓練，使學生初步具有機構選型與組合和確定運動方案的能力；

3)使學生在了解機械運動的變換與傳遞及力傳遞的過程中，對機械的運動、動力分析與設計有一個較完整的概念；

4)進一步提高學生運算、繪圖、運用計算機和技術資料的能力；

5)通過編寫說明書，培養(yǎng)學生表達、歸納、總結和獨立思考與分析的能力。

二、機械原理課程設計的任務

對給定的設計要求進行分析，將總功能分解；制定機構運動循環(huán)圖；設計實現各個分功能的機構運動原理，構成幾種運動方案，對各運動方案進行對比和選擇；對選定方案中的機構進行分析與設計，畫出機構運動簡圖；設計飛輪；對機構進行必要的運動和動力分析。

三、機械原理課程設計進行的方式

根據具體情況有下列幾種方式可供選擇。

1)集中式：在機械原理課程課堂教學完成后，集中一段時間進行；

2)分散式：將課程設計與課程教學平行安排；

3)集中與分散：在機械原理課程教學的中后期先進行課程設計的調研及部分工作方案設計工作，課程結束后集中一段時間進行繪圖、分析、編寫說明書等工作。

上述三種方式中，第一種與第三種對進行機械系統(tǒng)運動方案設計有利，第二種對密切聯(lián)系每章中的理論教學較好，適宜于解析法為主要手段的機構分析與綜合類的課程設計題，而對機械運動方案設計類的題目較難進行。

四、課程設計的一般步驟和方法

機器主要是由原動部分、傳動部分和執(zhí)行部分三大部分組成，傳動部分和執(zhí)行部分又主要由各種機構組成，機械原理課程設計要求針對某種簡單機器進行機械運動設計，最終獲得機械運動簡圖。機械運動設計的一般步驟是：

1、確定執(zhí)行構件的運動及運動參數

所謂執(zhí)行構件的運動，是指完成機器預定功能所需的所有執(zhí)行構件的運動形式、運動參數和變化規(guī)律，以及它們之間的相互配合關系。當機器的工作要求確定之后，根據對所需的功能要求進行分析，可確定出實現功能的原理，進一步便可確定執(zhí)行構件的運動。

這一步包括將兩個工作：

1)通過對設計功能的分析,確定完成功能所需的工藝動作的數量和類型，并將設計要求由功能要求細化為對各個執(zhí)行構件的運動形式和運動參數的要求。

2)按照功能要求，設計出所有各個執(zhí)行構件之間在運動上的協(xié)調關系，繪制出機械運動循環(huán)圖。

2、確定原動機的類型和運動參數

原動機的類型和運動參數影響機械傳動的形式、機構類型的選擇和機械系統(tǒng)的復雜程度，因此應首先選好原動機。

常用原動機有三相異步電動機、調速電動機和往復式油缸（或氣缸）等。機器中一般多采用三相異步電動機為原動機，同時對電動機的運動參數的選擇應綜合考慮電動機和傳動部分的重量、尺寸、價格、機構系統(tǒng)的復雜程度以及機械效率等各方面的因素。

3、確定機器的運動方案 此部分包括兩個內容：

1)機器運動方案的設計。當執(zhí)行構件的工藝動作和原動機的運動確定后，就可以選擇適當的機構及其合理組合，形成完成各個工藝動作的機器工作原理以及原動機與執(zhí)行機構之間的傳動方案。設計機器運動的工作原理，其基礎是對機械原理課程中所講述的各種常用機構的結構組成、運動特點、工作原理的掌握。同時，在擬定機器工作方案時還應遵循以下原則：

①采用盡可能簡短的運動鏈這有利于降低機械的重量和制造成本，也有利于提高機械效率和見小累積誤差。②優(yōu)先選用基本機構基本機構結構簡單、設計方便、技術成熟，故在滿足功能要求的條件下，應優(yōu)先選用。

③應使機械有較高的機械效率。

④合理安排不同類型傳動機構的順序一般來說，通常將轉變運動形式的機構安排在運動鏈的末端，與執(zhí)行構件靠近；其次，帶傳動等摩擦傳動，一般都安排在轉速較高的運動鏈起始端，以減少其傳動的轉矩，從而見小其外廓尺寸。

⑤合理分配傳動比運動鏈的總傳動比合理的分配給各級傳動機構。具體分配時應注意：一是每一級傳動的傳動比應在通常的范圍內選?。欢钱斶\動鏈為減速傳動時，一般情況下，按照“前小后大”的原則分配傳動比。

⑥保證機械的安全運轉。2)選擇最優(yōu)機器運動方案

同一個運動可以由多種實現方法，因此可以設計出多種運動方案，這就設計方案的選擇問題。最為機械原理課程設計，僅要求完成方案的初步訓練，大致可從以下幾個方面進行分析、比較：

①機械功能的實現質量這里主要包括工作的精確性、穩(wěn)定性、適應性和擴展性等。②機械的工作性能機械在滿足功能要求的條件下，還應具有良好的工作性能。如運轉的平穩(wěn)性、傳力性能及承載能力等。

③機械的動力性能如沖擊、振動、噪聲及磨損性等。

④機械結構的合理性結構的合理性包括結構的復雜程度、尺寸及重量大小等。

⑤機械的經濟性經濟性包含設計工作量的大小、制造成本、維修難易及能耗大小等。

4、機械系統(tǒng)的運動尺寸設計

機械系統(tǒng)的運動尺寸設計包括傳動機構和執(zhí)行機構的運動尺寸設計。

傳動機構的運動設計在運動設計節(jié)段，主要是確定總傳動比，以及相應的齒輪齒數、鏈輪齒數、蝸輪蝸桿齒數、帶輪直徑等，以使執(zhí)行機構得到所需的速度。

執(zhí)行機構的運動尺寸設計，則要對各構件的長度，機架的位置、高副運動副元素的幾何形狀、螺旋機構的導程、棘輪棘抓機構的齒數、槽輪機構的尺寸和輪槽數等進行確定，其決定方法在機械原理的相應章節(jié)中已經詳細說明。

5、繪制機構運動簡圖

在機器運動方案的設計和機構運動尺寸設計的基礎之上，選擇適當的比例尺繪制機器運動簡圖。對于執(zhí)行機構應適當標注與運動有關的尺寸參數，對于傳動機構則應標注相應的齒輪和鏈輪齒數及帶輪直徑等。原動機和執(zhí)行構件的運動及其參數也應使用相應的符號和數字予以表示。圖中還可以用簡要的文字注明一些技術要求，如運動的不均勻性要求，為了達到運動協(xié)調配合，分配軸上元件的相角調整要求，對某些元件的平衡精度要求等。機構運動簡圖的繪制方法參考機械原理教材。

6、機構運動分析

為了檢查所設計的機構是否滿足預定的運動要求，是否回發(fā)生運動干涉，確定機構運動所需的空間大小，為機構動態(tài)靜力分析提供資料，應對所設計的機構進行運動分析。

課程設計中，一般可對主體機構或指定的機構進行運動分析，應畫出執(zhí)行構件的運動線圖，一般進行分析比較。還要求出指定構件的角加速度和質心的加速度，以便進行動態(tài)靜力分析。運動分析可采用圖解法和解析法。

7、機構動態(tài)靜力分析

在運動分析的基礎上，對機構進行動態(tài)靜力分析，動態(tài)靜力分析的內容是主動件處于每個給定位置按預定規(guī)律運動時，求出各運動副中的反力，及機構的平衡力或平衡力矩。為后續(xù)的飛輪設計，原動機的功率選擇，以及零部件的工作能力設計提供原始資料。

機構動態(tài)靜力分析也可采用圖解法和解析法進行分析。

8、機器周期性速度波動調節(jié)

對于在短期尖峰載荷下工作的機器，為了改善機器的工作平穩(wěn)性，見小所需電動機的容量，需要添加飛輪。集體方法可參閱機械原理教材相應內容。

9、確定的電動機功率

主體機在周期性變速穩(wěn)定運轉時所需電動機的理論功率為：

??N電式中：Mvd－主動件上的等效驅動力矩(N·m)，一般為常數；

Mvr－主動件上平均等效力矩(N·m)；

ωm－主動件平均角速度(rad/s)?？紤]到傳動效率，則電動機的功率為：

Mud??mMvr??m?(kW)10001000

??(1.2~1.6)N電??(1.2~1.6)N電由于沒有考慮其它執(zhí)行構件所需的功率和啟動時所需的功率的增加，因此電動機所需的功率可能還要增大，通常用類比法參照同類機器修正計算所得的電動機功率。查閱電動機的使用資料，根據所需功率和運動參數的大小即可確定電動機的型號。

10、編寫設計說明書

說明書是設計計算的整理和總結，是圖紙設計的理論依據，而且是審核設計的技術文件之一。說明書編寫要求和注意事項在后面有詳細說明。

五、課程設計說明書的編寫

1、課程設計說明書的內容

編寫技術報告、可行性論證報告、產品說明書等技術文件是學生在校期間應該掌握的基本技能之一。課程設計說明書屬于技術說明書中的一種，對說明書的編寫是培養(yǎng)學生編寫技術文件的重要途徑之一。

編寫課程設計說明書，是學生對課程設計的總結，內容大致包括：

1)目錄

2)設計任務書(包括設計條件和要求)；

3)運動循環(huán)圖（執(zhí)行構件運動協(xié)調配合關系）； 4)原動機的運動類型及其運動參數的選擇；

5)機器運動方案(三種或三種以上方案)設計及其選擇;6)傳動系統(tǒng)運動尺寸設計；

7)執(zhí)行機構（主體機構和輔助機構）的運動尺寸設計；

8)機構運動簡圖；

9)主體機構運動分析；

10)主體機構動態(tài)靜力分析；

11)機器周期性行速度波動調節(jié)；

12)確定電動機功率；

13)自我評價及感想；

14)參考資料。

2、課程設計說明書的編寫要求和注意事項

1)預備好草稿本。每個學生在接到課程設計題目之后要備一草稿本，把你在課程設計過程中查閱、摘錄的資料、初步的運算、編程的草稿、設計構思的草圖、心得思路、書寫的草稿等都記錄在案，不要輕易散落、丟失。這些材料是寫正式說明書的基本素材。

2)說明書應該用鋼筆寫在16開課程設計說明書專用紙上，要求字跡端正、文句通順、步驟清楚、敘述簡明。通過課程設計說明書的編寫，學生應學會整理設計數據，繪制圖表和簡圖，用工程術語表達設計成果的方法，說明書是每個學生治學態(tài)度、獨立分析能力、歸納總結表達能力的綜合反映，每個學生必須下功夫斟字酌句寫出自己的水平與風格，也為書寫其他課程設計、畢業(yè)設計和論文打下基礎。

3)說明書中計算部分的書寫，必須附上與計算有關的圖，先列出計算式，再按順序代入各文字符號的數字，最后寫出計算結果。計算所引用的公式和數據應注明來源，包括參考資料的編號和頁碼。

4)說明書中，每一自成單元的內容都應有大小標題，使其醒目突出。

5)凡是用圖紙繪出的圖形，在說明書中可不必繪出，但需說明（如：見圖××），其余圖形均應繪出。

6)說明書應加上統(tǒng)一的封面，并與目錄裝訂成冊。

7)課程設計提交時，說明書應與圖紙一同裝入課程設計檔案袋內，圖紙應按制圖要求進行折疊，并做好大便準備。

Mud??m(kW)1000

第五篇：避雷器SPD工作原理和結構

避雷器SPD工作原理和結構

電涌保護器(Surge protection Device)是電子設備雷電防護中不可缺少的一種裝置，過去常稱為“避雷器”或“過電壓保護器”英文簡寫為SPD。電涌保護器的作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內，或將強大的雷電流泄流入地，保護被保護的設備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。

電涌保護器的類型和結構按不同的用途有所不同，但它至少應包含一個非線性電壓限制元件。用于電涌保護器的基本元器件有：放電間隙、充氣放電管、壓敏電阻、抑制二極管和扼流線圈等。

一、SPD的分類：

1．按工作原理分：

（1）開關型：其工作原理是當沒有瞬時過電壓時呈現為高阻抗，但一旦響應雷電瞬時過電壓時，其阻抗就突變?yōu)榈椭?，允許雷電流通過。用作此類裝置時器件有：放電間隙、氣體放電管、閘流晶體管等。

（2）限壓型：其工作原理是當沒有瞬時過電壓時為高阻擾，但隨電涌電流和電壓的增加其阻抗會不斷減小，其電流電壓特性為強烈非線性。用作此類裝置的器件有：氧化鋅、壓敏電阻、抑制二極管、雪崩二極管等。

（3）分流型或扼流型

分流型：與被保護的設備并聯(lián)，對雷電脈沖呈現為低阻抗，而對正常工作頻率呈現為高阻抗。

扼流型：與被保護的設備串聯(lián)，對雷電脈沖呈現為高阻抗，而對正常的工作頻率呈現為低阻抗。

用作此類裝置的器件有：扼流線圈、高通濾波器、低通濾波器、1/4波長短路器等。

2．按用途分：

（1）電源保護器：交流電源保護器、直流電源保護器、開關電源保護器等。

（2）信號保護器：低頻信號保護器、高頻信號保護器、天饋保護器等。

二、SPD的基本元器件及其工作原理：

1．放電間隙(又稱保護間隙)：

它一般由暴露在空氣中的兩根相隔一定間隙的金屬棒組成，其中一根金屬棒與所需保護設備的電源相線L1或零線（N）相連，另一根金屬棒與接地線(PE)相連接，當瞬時過電壓襲來時，間隙被擊穿，把一部分過電壓的電荷引入大地，避免了被保護設備上的電壓升高。這種放電間隙的兩金屬棒之間的距離可按需要調整，結構較簡單，其缺點時滅弧性能差。改進型的放電間隙為角型間隙，它的滅弧功能較前者為好，它是靠回路的電動力F作用以及熱氣流的上升作用而使電弧熄滅的。

2．氣體放電管：

它是由相互離開的一對冷陰板封裝在充有一定的惰性氣體(Ar)的玻璃管或陶瓷管內組成的。為了提高放電管的觸發(fā)概率，在放電管內還有助觸發(fā)劑。這種充氣放電管有二極型的，也有三極型的，氣體放電管的技術參數主要有：直流放電電壓Udc;沖擊放電電壓Up(一般情況下Up≈(2～3)Udc;工頻耐受電流In;沖擊耐受電流Ip；絕緣電阻R(>109Ω)；極間電容(1-5PF)

氣體放電管可在直流和交流條件下使用，其所選用的直流放電電壓Udc分別如下：在直流條件下使用：Udc≥1.8U0（U0為線路正常工作的直流電壓）

在交流條件下使用：U dc≥1.44Un(Un為線路正常工作的交流電壓有效

3．壓敏電阻：

它是以ZnO為主要成分的金屬氧化物半導體非線性電阻，當作用在其兩端的電壓達到一定數值后，電阻對電壓十分敏感。它的工作原理相當于多個半導體P-N的串并聯(lián)。壓敏電阻的特點是非線性特性好（I=CUα中的非線性系數α），通流容量大（～2KA/cm2），常態(tài)泄漏電流?。?0-7～10-6A），殘壓低（取決于壓敏電阻的工作電壓和通流容量），對瞬時過電壓響應時間快（～10-8s），無續(xù)流。

壓敏電阻的技術參數主要有：壓敏電壓（即開關電壓）UN，參考電壓Ulma；殘壓Ures；殘壓比K(K=Ures/UN)；最大通流容量Imax；泄漏電流；響應時間。

SPD工作原理和結構

壓敏電阻的使用條件有：壓敏電壓：UN≥[（√2×1.2）/0.7]U0（U0為工頻電源額定電壓）

最小參考電壓：Ulma≥（1.8～2）Uac(直流條件下使用)

Ulma≥（2.2～2.5）Uac（在交流條件下使用，Uac為交流工作電壓）

壓敏電阻的最大參考電壓應由被保護電子設備的耐受電壓來確定，應使壓敏電阻的殘壓低于被保護電子設備的而損電壓水平，即(Ulma)max≤Ub/K，上式中K為殘壓比，Ub為被保護設備的而損電壓。

4．抑制二極管：

抑制二極管具有箝位限壓功能，它是工作在反向擊穿區(qū)，由于它具有箝位電壓低和動作響應快的優(yōu)點，特別適合用作多級保護電路中的最末幾級保護元件。抑制二極管在擊穿區(qū)內的伏安特性可用下式表示：I=CUα，上式中α為非線性系數，對于齊納二極管α=7～9，在雪崩二極管α=5～7。

抑制二極管的技術參數主要有

（1）額定擊穿電壓，它是指在指定反向擊穿電流（常為lma）下的擊穿電壓，這于齊納二極管額定擊穿電壓一般在2.9V～4.7V范圍內，而雪崩二極管的額定擊穿電壓常在5.6V～200V范圍內。

（2）最大箝位電壓：它是指管子在通過規(guī)定波形的大電流時，其兩端出現的最高電壓。

（3）脈沖功率：它是指在規(guī)定的電流波形（如10/1000μs）下，管子兩端的最大箝位電壓與管子中電流等值之積。

（4）反向變位電壓：它是指管子在反向泄漏區(qū)，其兩端所能施加的最大電壓，在此電壓下管子不應擊穿。此反向變位電壓應明顯高于被保護電子系統(tǒng)的最高運行電壓峰值，也即不能在系統(tǒng)正常運行時處于弱導通狀態(tài)。

（5）最大泄漏電流：它是指在反向變位電壓作用下，管子中流過的最大反向電流。

（6）響應時間：10～11s 5．扼流線圈：扼流線圈是一個以鐵氧體為磁芯的共模干擾抑制器件，它由兩個尺寸相同，匝數相同的線圈對稱地繞制在同一個鐵氧體環(huán)形磁芯上，形成一個四端器件，要對于共模信號呈現出大電感具有抑制作用，而對于差模信號呈現出很小的漏電感幾乎不起作用。扼流線圈使用在平衡線路中能有效地抑制共模干擾信號（如雷電干擾），而對線路正常傳輸的差模信號無影響。這種扼流線圈在制作時應滿足以下要求：

（1）繞制在線圈磁芯上的導線要相互絕緣，以保證在瞬時過電壓作用下線圈的匝間不發(fā)生擊穿短路。

（2）當線圈流過瞬時大電流時，磁芯不要出現飽和。

（3）線圈中的磁芯應與線圈絕緣，以防止在瞬時過電壓作用下兩者之間發(fā)生擊穿。

（4）線圈應盡可能繞制單層，這樣做可減小線圈的寄生電容，增強線圈對瞬時過電壓的而授能力。

6． 1/4波長短路器

1/4波長短路器是根據雷電波的頻譜分析和天饋線的駐波理論所制作的微波信號電涌保護器，這種保護器中的金屬短路棒長度是根據工作信號頻率（如900MHZ或1800MHZ）的1/4波長的大小來確定的。此并聯(lián)的短路棒長度對于該工作信號頻率來說，其阻抗無窮大，相當于開路，不影響該信號的傳輸，但對于雷電波來說，由于雷電能量主要分布在n+KHZ以下，此短路棒對于雷電波阻抗很小，相當于短路，雷電能量級被泄放入地。

由于1/4波長短路棒的直徑一般為幾毫米，因此耐沖擊電流性能好，可達到30KA（8/20μs）以上，而且殘壓很小，此殘壓主要是由短路棒的自身電感所引起的，其不足之處是工頻帶較窄，帶寬約為2％～20％左右，另一個缺點是不能對天饋設施加直流偏置，使某些應用受到限制。

三、SPD的基本電路

電涌保護器的電路根據不同需要，有不同的形式，其基本元器件就是上面介紹的幾種，一個技術精通的防雷產品研究工作者，可設計出五花八門的電路，好似一盒積木可搭出不同的結構圖案。研制出既有效又性能價格比好的產品，是防雷工作者的重任 發(fā)布日期：2011-3-14 文章作者：雷晟轉載 查看次數：1705

簡 介： 電涌保護器(Surge protection Device)是電子設備雷電防護中不可缺少的一種裝置。電涌保護器的作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內，或將強大的雷電流泄流入地，保護被保護的設備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。

關鍵字：電涌保護器 防雷 信號傳輸

電涌保護器(Surge protection Device)是電子設備雷電防護中不可缺少的一種裝置，過去常稱為“避雷器”或“過電壓保護器”英文簡寫為SPD。電涌保護器的作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內，或將強大的雷電流泄流入地，保護被保護的設備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。

電涌保護器的類型和結構按不同的用途有所不同，但它至少應包含一個非線性電壓限制元件。用于電涌保護器的基本元器件有：放電間隙、充氣放電管、壓敏電阻、抑制二極管和扼流線圈等。

一、SPD的分類：

1．按工作原理分：

（1）開關型：其工作原理是當沒有瞬時過電壓時呈現為高阻抗，但一旦響應雷電瞬時過電壓時，其阻抗就突變?yōu)榈椭?，允許雷電流通過。用作此類裝置時器件有：放電間隙、氣體放電管、閘流晶體管等。

（2）限壓型：其工作原理是當沒有瞬時過電壓時為高阻擾，但隨電涌電流和電壓的增加其阻抗會不斷減小，其電流電壓特性為強烈非線性。用作此類裝置的器件有：氧化鋅、壓敏電阻、抑制二極管、雪崩二極管等。

（3）分流型或扼流型

分流型：與被保護的設備并聯(lián)，對雷電脈沖呈現為低阻抗，而對正常工作頻率呈現為高阻抗。

扼流型：與被保護的設備串聯(lián)，對雷電脈沖呈現為高阻抗，而對正常的工作頻率呈現為低阻抗。

用作此類裝置的器件有：扼流線圈、高通濾波器、低通濾波器、1/4波長短路器等。