设计尺寸（精选十篇）
设计尺寸 篇1
在几何尺寸的变型设计方法上,已经进行了相关研究[1,2,3,4]。对装配件几何尺寸变型设计的研究也取得了一些研究进展[5,6,7,8]。
公差是联系零件设计与制造的桥梁,在实际生产中,不仅需要实现零件几何尺寸变型,同时需要实现尺寸公差变型设计。纪杨建等对尺寸精度变型设计做了一些研究,提出了基于事物特性表的公差模型变型设计[9]。
本文在对基于参数化技术的公差建模方法进行分析后,提出一种基于参数化技术的零件尺寸公差变型设计方法,并将尺寸公差变型设计方法与几何尺寸变型设计方法进行集成,实现零件几何尺寸与尺寸公差的同步变型设计。
1 零件尺寸公差变型设计方法
1.1 零件尺寸及尺寸公差参数化建模
参数化设计一般是用一组参数来表示尺寸值或尺寸约束关系,通过修改设计对象的尺寸参数来驱动模型变型,其核心是尺寸参数驱动。在三维参数化设计软件中(如SolidWorks),不仅可以将尺寸设定为参数,而且可以将尺寸公差(尺寸公差代号或尺寸公差值)设定为参数,通过给参数赋值来达到修改尺寸公差的目的。利用三维参数化设计软件,建立零件三维模型。用参数化设计的思想对模型的尺寸及尺寸公差进行参数分析,建立尺寸参数之间的关联和约束,建立尺寸公差参数与尺寸参数之间的关联关系,得到比较完整的零件参数化模型。
本文以齿轮箱输出轴零件为例,对该零件的尺寸参数及尺寸公差参数进行分析,建立如图1所示的轴零件参数化模型。
在图1中,T表示尺寸精度参数。D、L、R、C等表示零件的尺寸参数。如果尺寸参数与尺寸精度参数位于同一尺寸线的一侧或分别位于同一尺寸线的两侧,则尺寸参数表示该尺寸线所表示的零件尺寸的基本尺寸,尺寸精度参数表示该尺寸线所表示的零件尺寸的尺寸公差代号。由于D1、T1位于表示轴的小端轴径的尺寸线的同一侧,则D1表示轴的小端直径的基本尺寸,T1表示该尺寸的尺寸公差;尺寸L12表示键槽宽度尺寸的基本尺寸,T6表示该尺寸的尺寸公差。
1.2 零件尺寸公差变型设计方法
本研究基于等精度原理的尺寸公差变型设计方法。等精度原理是指在变型设计前后,零件各个尺寸的尺寸公差等级及公差代号均保持不变。零件尺寸公差变型设计方法及步骤如下:①利用三维参数化软件提供的二次开发函数进行二次开发,编制程序三维参数化软件,提取零件尺寸变型前的尺寸及其公差信息。如果零件的公差信息为公差代号,则提取该尺寸的尺寸公差代号并保存,根据尺寸公差代号直接得到尺寸公差等级。如果尺寸公差信息为尺寸的上、下偏差信息,则提取该尺寸的上、下偏差信息,并根据提取的尺寸值大小,确定尺寸的尺寸公差等级及其尺寸公差代号。例如,在SolidWorks中,可以通过系统提供的二次开发函数DimensionTolerance->GetValue(&Retval)获取尺寸的上偏差,通过函数DimensionTolerance->GetValue (&Retval)获取零件的下偏差,然后计算得到零件的公差,根据尺寸大小查表得到尺寸的公差等级。②根据提取或查表得到的尺寸公差等级与尺寸公差代号以及变型后的尺寸值,确定变型尺寸的上、下偏差值。③利用三维参数化设计软件提供的二次开发函数,将得到的尺寸公差的上、下偏差信息标注到变型后的尺寸参数上,实现尺寸公差变型设计。例如,在SolidWorks中,可以通过系统提供的二次开发函数DimensionTolerance->SetValues (MinValue,MaxValue,&Retval)将尺寸公差标注到相应的尺寸上,实现尺寸公差变型设计。
假设在如图1所示的零件中,尺寸D1的尺寸标注信息为,利用三维参数化软件提供的二次开发函数,提取零件的尺寸及其尺寸公差信息,可以得到D1的基本尺寸为42mm,其上、下偏差分别为+0.05 mm和+0.034 mm,根据提取的尺寸值及其上、下偏差信息,通过查取公差信息数据库中的有关表格,可以得到该尺寸的公差代号为r6。假设D,在尺寸变型后,其基本尺寸从42 mm改变为60 mm,根据得到的尺寸公差代号r6及变型后的尺寸值,可以得到变型后的尺寸公差信息如下:下偏差为+0.041 mm,上偏差为+0.06 mm。将变型后的尺寸公差信息标注到变型后的尺寸上,得到变型后的尺寸及其尺寸公差信息为,实现尺寸公差变型设计。
2 零件尺寸及尺寸公差集成变型设计方法
将尺寸公差变型设计方法与尺寸变型设计方法进行集成,得到一种零件尺寸与尺寸公差集成变型设计方法,实现零件尺寸与尺寸公差的同步变型设计。具体步骤如下。
(1)建立零件参数化模型。利用三维参数化设计软件,建立零件三维模型。对零件尺寸参数进行分析,确定零件各个尺寸参数所属的类型。在变型设计中,可将零件尺寸分为可变尺寸、不变尺寸和导出尺寸。可变尺寸是指在变型设计中,设计者可以改变的尺寸参数,也就是通常意义上的设计参数。导出尺寸是指由其他尺寸计算出来的尺寸参数,导出尺寸的尺寸值完全由其他尺寸的尺寸值决定。不变尺寸是指在变型设计前后,尺寸值保持不变的尺寸参数。在对尺寸参数进行分类以后,需要建立各个尺寸参数之间的约束关系,建立尺寸约束关系表达式。特别是需要建立导出尺寸与可变尺寸及不变尺寸之间的尺寸约束关系及其约束表达式。在对尺寸参数进行分析后,对各个尺寸的尺寸精度等级进行分析,确立各个尺寸的尺寸精度等级。将零件的各个尺寸及其尺寸精度等级设定为参数,建立零件的参数化模型。某减速器输出轴的零件参数化模型如图1所示。
(2)提取变型前零件的尺寸名称、尺寸值及尺寸公差值,并保存到数据库。在二次开发中,可以提取零件的尺寸名、尺寸值及尺寸公差信息,并将提取的信息保存到数据库中。例如,在SolidWorks中,利用二次开发函数pDimension->getFullName (&Retal)可以获取尺寸名,利用函数pDimension->IGetU serValueIn2 (m_iModelDoc,&dim_value)可以获取尺寸值,而尺寸公差信息可按文中1.2中所述的方法获取。
(3)零件几何尺寸变型设计。根据客户需求及零件几何尺寸变型设计方法,进行零件几何尺寸变型设计。具体方法可参阅文献[2]和文献[6]。
(4)尺寸公差变型设计。①确定尺寸公差值。根据提取的尺寸信息及尺寸公差信息,确定各个尺寸的尺寸公差等级,按等精度原则,确定各个尺寸在尺寸变型后的尺寸公差值。②尺寸公差标注。利用三维参数化设计软件提供的二次开发函数编制程序,将变型后的尺寸公差信息赋给相应的尺寸,并标注到相应的尺寸上,实现尺寸公差变型设计。
(5)模型重建。在完成尺寸及尺寸公差变型设计后,重建零件三维参数化模型并进行保存,得到尺寸与尺寸公差变型后的新零件。
3 系统实现与应用举例
3.1 系统实现
以三维参数化设计软件SolidWorks为例。利用SolidWorks二次开发接口与二次开发函数,用VC++软件编制程序,对SolidWorks进行二次开发,开发了与SolidWorks有机集成的零件尺寸与尺寸公差集成变型设计插件。添加了零件尺寸与尺寸公差集成变型设计插件的SolidWorks界面如图2所示。
3.2 应用举例
以减速器输出轴为例,对提出的零件尺寸与尺寸公差集成变型设计方法及开发的变型设计插件进行应用验证。具体运行界面如图3、图4、图5所示。
图3为轴类零件变型前的初始参数化模型。图4为对可变尺寸参数进行修改。如果实际设计工作需要,也允许对尺寸之间的尺寸约束关系进行修改,但一般不建议修改尺寸约束关系。图5为尺寸及尺寸公差变型后的新零件参数化模型。由图5可以看出,变型后的零件模型,不但尺寸参数改变,而且尺寸参数的尺寸公差信息也改变。
4 结论
本文对尺寸公差变型设计技术进行了研究,提出了一种基于参数化技术与等精度法的尺寸公差变型设计方法,将尺寸公差变型设计方法与零件尺寸变型设计方法进行集成,提出了一种零件尺寸与尺寸公差集成变型设计方法。同时利用VC++和SolidWorks二次开发函数,开发了与SolidWorks集成的尺寸与尺寸公差集成变型设计插件,并以某减速器输出轴零件为例,对提出的方法及开发的变型设计插件进行了应用验证。结果表明,提出的零件尺寸与尺寸公差集成变型设计方法可以实现零件尺寸与尺寸公差的同步变型设计,提高了零件变型设计的速度、质量及其实用性。
摘要：文章提出了一种基于参数化技术的零件尺寸公差变型设计方法。对零件参数化模型中的尺寸公差信息表达、提取与标注方法进行了研究,将尺寸公差变型设计方法与尺寸变型设计方法进行集成,实现了零件尺寸与尺寸公差的同步变型设计。利用VC++软件,对三维参数化设计软件SolidWorks进行二次开发,开发了与SolidWorks集成的零件尺寸与尺寸公差集成变型设计插件。以轴类零件为例,对提出的方法和开发的插件进行了应用验证。
关键词：参数化设计,变型设计,尺寸公差,二次开发
参考文献
[1]余军合,祁国宁.事物特性表支持的变型设计方法[J].农业机械学报,2005,36(4):107-111.
[2]吴伟伟,唐任仲,侯亮,等.基于参数化的机械产品尺寸变型设计研究与实现[J].中国机械工程,2005,16(3):218-222.
[3]ALEXANDER F,GERHAND F,DIET MAR J.Conceptual Modeling for Configuration of Mass Customizable Products[J]. Rtificial Intelligence in Engineering,2001,15(2):165-176.
[4]肖新华,史明华,杨小凤,等.基于模块化产品实例的变型设计技术研究[J].中国机械工程,2007,18(7):803-807.
[5]刘夫云,祁国宁.配置产品尺寸参数传递方法及其应用研究[J].机械工程学报,2007,43(4):144-151.
[6]刘夫云,邓小林.配置产品尺寸参数修改与变型设计方法研究[J].计算机集成制造系统,2008,14(11):2092-2097.
[7]SAMBHOOS Kedar,KOC Bahattin,NAGI Rakesh.Extracting Assembly Mating Graphs for Assembly Variant Design[J].Journal of Computing and Information Science in Engineering,2009,9 (3):1-9.
[8]Kai Cheng,Yongxian Liu,Xipeng Xu.Dimension Parameter Transfer Method Based on Constraint Satisfaction Priority in variant de- sign[Z].Applied Mechanics and Materials,2009,16-19,203-207.
客房设计标准尺寸 篇2
A． 门厅区
1)门牌（1600H）2)闭门器（隐藏式）
3)门口请勿打搅指示牌及门铃按钮（1350H）4)插卡取电盒及请勿打搅开关（1350H）
5)6)7)8)9)10)11)12)门窥镜/猫眼（1500H）门上刷卡器（1200H）消防喇叭（潜入吊灯内）防盗设备（门插销）（1350H）逃生指示（位于猫眼上方）
分控开关盒（隐藏式配电箱，衣柜内）空调调节开关（1350H）
双开关式房间天花灯及门口灯（1350H）单开关浴室灯（1350H）
13)清洁、维修插座（350H不间断电源）14)行李架（910W×500H×400D）15)背景音乐调音开关（1350H）
B． 水吧
1)电热水壶插座（1000H.或暗藏柜体内)2)小冰箱电插座（350H 内藏 不间断电源）3)水吧上单开关灯（1350H）
4)电冰箱通风（柜下方50W通风口）
5)微型酒吧柜总宽度（800W×900H×600D）6)冰箱(400W×550H×450D）7)小冰箱上抽屉（150H）
C． 衣柜/衣帽间
1)衣柜尺寸：吊挂净空间（1000W ×550D）
2)抽屉空间：抽屉尺寸供1至2件折叠衣服（每格抽屉200H ×500W）3)保险箱电源插座（保险箱电源插座距离完成面中心1350H）
4)衣柜自动照明及开关（开关接近推拉门，碰撞式或红外线感应式开关）5)在衣柜邻近设通体镜（用钢结构加固700mm×1800mm）6)挂衣杆(30mm/1700mm H)，衣架放置上方 7)鞋篓（400L×500W×150H）
D． 卫生间
1)胡须刀 吹风机插座（多功能插座）（1100H）
2)背景音乐音量控制器（1350H）
3)电吹风插座（650H台盆下方第一个抽屉内 或者1000H）4)挂墙式电话 插座（1050H）（或者与纸盒，马桶控制板同高）5)6)7)8)9)10)11)壁灯接线盒（1850H）
排气扇（吊顶内或做隐藏式）放大镜接线盒（1500H）防雾镜片接线盒（1500H）单开关式浴室灯（1350H）
双开关式房间天花灯及门口灯（1350H）干肤器接线盒（1350H）
12)厕纸架，手机架（700H）
马桶控制面板（700H）13)浴袍挂钩（1800H）14)晾衣绳（1650H）
15)放大镜/化妆镜（1450H）16)不锈钢毛巾架(1600H)17)不锈钢浴巾架(1600H)18)壁灯(1600H)19)台盆（台上、下盆400×500，台面600W×800H）20)座便器（750×380）：坐便器出水阀(200H)
坐便器防水插座(350H)21)照明开关及浴霸开关(1350H)22)毛巾环（1450H）台盆上方、正前方式或侧面，或放置在台面侧面 23)淋浴房（1200×9000）：
淋浴房出水龙头(1000H)
花洒头混合水龙头+顶部固定花洒
沐浴层板或壁龛（900-1200H）*200W*150D
安全扶手（侧面300L、1000H）
玻璃门不锈钢拉手（充当浴巾架1000H）
淋浴房花洒(1850-2200H)，花洒头直径大于250，或者（顶喷花洒 顶喷暗藏花洒）
带有水流调节系统的水温调节系统)24)浴缸（1700×800）：浴缸出水龙头(600)
浴缸花洒(1850)
浴缸肥皂盒（浴缸上方150H）
花洒头混合浴缸水龙头
洗浴用品篮（浴缸平台上）
安全扶手（侧面300H）
E． 休息区
1)空调恒温开关（1350H）
2)电视柜：有线电视及电视天线插座（1350H）
宽频网络插座（950H）双头电插座（950H）DVD播放机（950H）机顶盒插座（950H）电视机插座（1350H）功放(暗藏)插座（950H）
3)床头柜：电话插座（350H）
床头柜后方
双头备用插座（闹钟式台灯）（350H）
床两侧控制面板（总开关 小夜灯 阅读灯和床头灯开关及插座）（700H）床头壁灯接线盒（1150H）
应急备用电筒（抽屉内）
床头板设计（高于装饰面1250mm-1300mm）
大床尺寸（1800W×2000L、2000W×2000L、2200W×2000L)双床尺寸（1000W×2000L、1100W×2000L、1150W×2000L、1350W×2000L）
双人床间的间隔200-300毫米（好莱坞式双人床带有两个床头柜600毫米,标准双
床带有一个床头柜)
床头柜尺寸（高度低于床垫20-30mm、宽度500-600mm）夜灯(凹进照明固定在床头柜后方或下方)床头柜位置（允许离床边50-100mm）
床头柜边的开关，插座位置（接线盒错开以控制相连房之间的噪音）电动窗帘控制
移动电话充电器插座（床头柜上方）4)5)6)7)
8)9)10)11)12)13)
F． 写字区
1)书桌：书桌尺寸（1350L×750W×750H）
宽频网络插座（850H）
双头电插座（其中一个为英制电插座）（850H）
电话插座（350H）
书桌台灯插座（350H）
（插座或采用桌面内嵌入盖板形式）
G． 休闲区
1)茶几(330~420H)2)休闲椅
3)地灯（插座350H）
H． 化妆台：
化妆台尺寸（900-1350）L×450W×750H
应急备用电筒（化妆台下）
电吹风（抽屉内）
I． 会客区：沙发 茶几 电视柜 方几 水吧 :
沙发尺寸：一般深度800~900、坐位高350~420、背高700~900 单人式：长度：800-950，深度：850-900 坐垫高：350-420；背高：700-900 双人式：长度：1260-1500；深度：800-900 三人式：长度：1750-2100；深度：800-900 四人式：长度：2320-2520；深度：800-900
茶几尺寸： 茶几高度一般在330~420，角落方几稍高一些，为430~500
沙发和茶几的距离一般在330~400之间
一般电视机和沙发之间最短距离控制在3500
放置台式电视机的柜台高度，一般控制在600到900之间
液晶电视机壁挂高度一般控制在电视机屏幕的中心点和观看电视时的视线平行，一般在1100，常规控制在1000-1300
书桌：固定式：深度550-700（600最佳），高度750
活动式：深度650-800，高度750-780
书桌下缘离地至少580；长度：最少900（900-1500最佳）
安全气袋尺寸设计浅谈 篇3
随着汽车在国内的普及，汽车安全性越来越备受关注，安全气囊作为约束系统中最后的安全保障，它的重要性也被突显出来。安全气囊中的气袋在展开的一瞬间能否保护驾乘人员免受伤害，气袋的设计是依据何种条件？作者根据多年的工作经验对此进行了分析，对各种影响因素做了列举。
【关键词]】安全气囊 气袋 5inch-30ms准则
1.5inch-30ms准则
正面安全气囊起爆时，展开的气袋主要是保护驾乘人员的头胸部不受伤害。气袋展开后的厚度和大小对保护效果起到了巨大的作用。无论ECU对点火时刻控制的多么精准，如果气袋不能满足设计要求，对人员的保护也是不利的。
当安全气囊起爆的时候，汽车与障碍物碰撞之后，汽车速度急剧变化，驾乘人员在惯性的作用下向前运动，安全带和安全气囊在此时同时发生作用，阻碍人与车内的方向盘、挡风玻璃或仪表台等物件发生碰撞。
那么气袋的厚度怎么样才会设计合理呢？需要先和大家解释一个概念 —“5inch-30ms准则”。
主驾气袋的充气过程大约需要30ms，一般轿车驾驶员与转向盘之间距离为12英寸（1inch=25.4mm），气袋充气后的厚度约为7英寸，所以，当驾驶员头部前移5英寸这一时刻的前30ms为最佳点火时刻，这就是气囊系统点火的“5inch-30ms准则”。（注：驾乘人员是在佩戴安全带的情况下进行碰撞）
如果以碰撞车辆为坐标系（移动坐标系），在车辆碰撞前期的一段时间内，由于惯性的作用，驾驶员将基本保持碰撞前的运动形态，也就是驾驶员将按车辆碰撞0时刻的速度向前移动，这样车辆向后的减速度相当于驾驶员向前的加速度。由于B柱靠近驾驶员位置，驾驶员向前的加速度约等于车辆B柱位置的减速度；碰撞0时刻，驾驶员相对车体的速度为0，则B柱减速度的一次积分就是驾驶员向前的速度变化量，二次积分就是驾驶员向前的位移量。例如：当驾驶员头部移动位移达到5英寸（127mm）时对应的时间为46.3ms，那么气囊ECU点火的最佳时刻就应该是16.3ms。
这个准则是ECU开发的基本要求，也是气袋体积设计的理论基础。其中：
THA 驾驶员头部从开始运动到接触气囊所用时间
TED ECU感应碰撞到判断点火所用时间
TIN 气囊充满所用的时间
THA则应满足：THA≥ TED + TIN
SDR 驾乘人员头部距转向盘或仪表板的距离
SAM 气囊设计的最大厚度
SDT 驾乘人员头部从开始运动到接触气囊的移动距离
SAM则应满足： SAM ≤ SDR - SDT
上述关系式表明，气囊可以设计的最大厚度：ECU判断点火时间和气囊充满气所需时间之和，就是驾乘人员向前移动可以利用的时间，驾乘人员距转向盘或仪表板距离减去这段时间乘员头部移动的距离，就是气囊可以设计的最大厚度。
2.气袋的设计-影响因素
气袋的厚度定下来之后，就是对气袋其他因素的综合控制，包括气袋的大小，气袋拉带的长度和数量，发生器压力。
发生器的压力大小，决定了充气的速度和饱和度；拉带的长度和数量是控制气袋起爆后的厚度及形状；气袋的大小决定了是否能够充满驾乘人员与转向盘或仪表板之间的空间。同时，这些因素又是相互制约的：如果气袋过大，发生器产生的气体无法充满气袋，造成保护效果不良；如果拉带长度不够，也无法满足驾乘人员在最适当的时候碰触气袋；如果发生器的压力过大，导致气袋30ms前充气完毕，也让驾乘人员无法在适当的时候碰触气袋。所以，要求这些因素要达到一个动态的平衡，才能得到一个优秀的设计，满足气囊在最合适的时间起爆，驾乘人员在最合适的时间碰触气袋。
气袋大小的影响，如果过大，则气袋充气不满，乘员头部接触气袋时效果不理想；如果过小，气袋充满时间早于30ms，乘员头部接触气袋时，气袋已经达到排气过程。这时需要调整发生器参数或气袋大小来优化设计。
拉带长度的影响，如果过长，气袋厚度超出理想范围，展开的气袋会击伤乘员；如果过短，气袋展开不充分，乘员头部接触气袋效果不理想。这时需要调整拉带长度来优化设计。
发生器压力的影响，如果压力过大，气袋充满时间早于30ms，乘员头部接触气袋时，气袋已经达到排气过程；如果压力过小，气袋充气不满，乘员头部接触气袋时效果不理想，这时需要调整发生器参数或气袋大小来优化设计。
ECU起爆时间的影响，如果起爆时间过早，则气袋充气过早，乘员头部接触气袋时，气袋已经达到排气过程；如果起爆时间过晚，气袋充气过晚，乘员头部接触气袋时，气袋仍在展开过程中，可能会击伤乘员。这时需要调整ECU参数或发生器与气袋参数。
除了上述总结出来的影响因素外，还要考虑一些特殊因素。例如：对于乘员气囊来说，如果气袋设计的过大，发生器满足充气的压力需求，展开时对于瘦小的乘员或儿童乘员将可能造成伤害，所以乘员气囊大小的设计以能保护极限斜角碰撞下乘员为佳。另外，就是对OOP乘员的保护，普通控制系统气囊不能很好解决这样的问题，潜在伤害还会存在，通过警示乘员佩戴安全带和禁止儿童乘员在前排乘坐来避免气囊起爆对这些乘员的伤害。
由此可见，对于安全气袋尺寸的设计，要综合考虑各种影响因素，使其达到一个平衡的状态，最终的目的就是为了更好的保护驾乘人员的安全。随着汽车科技日新月异的发展，大量传感器在汽车上的应用，许多涉及安全的数据越来越准确详实，相信安全气囊的保护能力也会越来越好。
参考文献：
[1] 钟志华，张威刚，曹立波等.汽车碰撞安全技术[M].北京机械工业出版社.2003
[2] 张金换，杜汇良，马春生.汽车碰撞安全设计.北京清华大学出版社.2010.2
作者简介：
韩亮亮 （1980-），男，汉族， 本科学位，中级工程师，研究方向：机电一体化。
某悬挑空间桁架尺寸优化设计 篇4
结构优化设计与传统的设计最大的不同点在于优化设计把力学概念和优化技术有机结合。优化设计在满足限制条件的情况下能达到缩小成本、改进设计质量的目的, 具有很好的实用性。在工程实践中, 从现存的工程实例中总结得出优化设计与传统设计相比可使工程造价减少5%~30%的结论[1]。
1 结构优化设计方法
尺寸优化又称截面优化, 优化设计过程中以与截面相关的参数作为设计变量, 在一定的约束条件下, 综合运用数学规划理论和灵敏度分析相结合的有限元分析理论计算结构的应力和位移, 由此来减低工程成本。尺寸优化研究重点主要集中在优化算法和灵敏度分析方面[2]。
优化设计是运用计算机有限元软件在一定的限制条件 (即状态变量) 下达到结构的最优形状、最低造价、最小重量等目标函数的设计方法。ANSYS增加了最优化设计的功能。
2 钢管桁架罩棚结构优化算例
2.1 工程概况
本项目为某体育场, 桁架结构采用正放三角形钢管桁架, 桁架平面布置详见图1。结构通过在透明膜边界设置环向弧型桁架来连接主桁架和环向次桁架, 主桁架与环向弧形桁架之间用横杆或桁架连接罩棚内支座采用四角锥分叉钢管柱, 落在混凝土看台顶部, 罩棚外侧落地结构采用平面桁架, 桁架汇交于一点铰接落于混凝土框架柱上。
体育场罩棚最大高度约为30 m, 最大水平长度约为48 m, 最大悬挑长度约为33 m。屋面采用悬挑空间桁架结构体系, 材料选用Q345D的热轧无缝圆管。主桁架采用正放三角形空间桁架, 宽度2 m, 最大根部高度5 m, 端部高度约1 m。图2为单榀典型桁架剖面图。
2.2 基本设计参数
利用3D3S软件统计钢材理论用量:用钢量统计如下:罩棚钢结构用钢量2 846.4 t, 按其覆盖面积36 753 m2计为77.4 kg/m2。
2.3 静力分析
采用3D3S和MIDAS对结构进行了静力分析, 结果比较吻合。杆件最大内力和应力比见表1。
由表1可见, 大部分杆件最大应力比受温度作用组合以及风荷载组合控制, 在温度作用下, 局部杆件应力比小于0.9, 但在总装结构中, 由于引入了下部混凝土结构的有限支承刚度, 部分应力杆件应力比会有所减小, 满足规范要求。最大位移值见表2。
mm
2.4 优化设计计算模型
采用大型通用有限元分析程序ANSYS对罩棚主体结构进行建模和优化设计。结构的荷载取值和各种工况组合如上所述, 由静力分析结果可知工况二和工况四为两种最不利工况, 本文只进行在这两工况下的优化设计。屋盖结构的有限元简化模型如图3所示。
2.5 优化过程与结果
基于APDL优化设计分析方法, 采用ANSYS的批量处理方法进行优化设计, 具体实现过程如下:
1) 变量选取。
在进行优化设计时, 以杆件截面的半径r及壁厚t作为设计变量。状态变量为强度、稳定性、挠度共3种, 如前所述均用这些变量表示, 设计变量为实际工程中采用的钢管截面面积。
2) 目标函数。
本文选取空间悬挑桁架的质量作为目标函数, 因为钢材密度是一定的, 因此以用钢量最小为目标函数进行优化。
3) 优化方法。
零阶法和一阶相结合。
4) 优化过程。
a.构建优化模型。钢结构有限元分析采用整体三维模型, 其中弦杆连续, 次桁架与主桁架、腹杆与弦杆连接均采用刚、铰接两种连接, 支撑采用两端铰接。支座落在内部混凝土处, 按刚接、铰接分别计算上部钢结构。用梁单元Beam44模拟空间桁架结构的上下弦杆, 用杆单元Link8来模拟腹杆, Link8单元可以用来模拟铰链、三维空间桁架等。建模过程中沿用原设计结果的杆件截面尺寸进行分组, 并使用截面半径r及壁厚t作为设计变量, 将原设计尺寸作为初始值赋给设计变量, 同时根据《规范》的相关条文规定设置各类截面尺寸的上、下限值。
b.施加荷载并计算内力。本文用集中荷载简化施加在结构上的活载和恒载。施加于结构的风荷载实际也是均布荷载, 这里把施加在结构上的风荷载简化为线荷载, 最后进行构件的内力计算。
c.约束条件和目标函数的实现。依据优化设计模型约束条件对内力计算所得结果进行判断分析, 具体判断条件如下:
应力约束:杆件的内力计算需要在ANSYS杆件的优化结果中提取其面积和轴力, 并经过计算求得。最后再对计算结果的绝对值排序分析, 取最大值根据约束条件判断。
挠度约束:在用ANSYS进行优化的结果中对各个构件的挠度进行提取, 并取绝对值进行排序, 再根据《规范》有关规定, 对数值的上、下限进行限制, 从而满足挠度约束条件。
杆件稳定性:对ANSYS中的稳定临界系数进行提取, 在此基础上分析各构件的最大应力绝对值。
屋盖总质量:用钢材的密度乘以在优化结果中直接提取的空间桁架结构钢材总体积, 便可求得空间桁架的总重量。
d.迭代。在优化设计前, 需对作为优化变量的面积、应力、挠度、稳定进行验证。构件的最大截面面积就是实际工程中杆件截面面积, 优化后构件的最小截面面积不能小于规范规定的最小值;压杆、拉杆的长细比的最大值分别为150和350;钢材设计强度为应力的最大允许值, 整个空间桁架罩棚结构的最大挠度应符合规范要求;稳定约束条件中, 钢材的设计强度即为考虑临界安全系数后各构件的应力最大值。
e.优化结果。ANSYS有限元分析软件提供了两种优化方法:零阶方法和一阶方法。本文采用这两种方法相结合进行优化, 分别对结构在工况二和工况四荷载作用下进行优化分析。
mm
从表3可以看出, 工况四作用下所需杆件截面面积较大, 因此最终优化结果选用工况四作用下的杆件截面积。以上利用大型有限元软件ANSYS的优化分析功能, 得到了桁架的最小重量为2 544.68 t, 与初始设计重量2 846.4 t相比, 结构总质量减少了10.6%。由此可见, 利用ANSYS有限元分析进行桁架结构重量最轻的优化设计效果是非常明显的。
3 结语
本文采用ANSYS程序提供的零阶和一阶相结合的优化方法, 对某体育场的罩棚桁架结构进行了杆件的截面优化, 结果表明:
1) 优化使得空间桁架结构的总用钢量有了明显减少, 钢材总重量从原来的2 846.4 t减少到2 544.68 t。可节约钢材10.6%, 有较好的经济效益。
2) 本文仅考虑了1.2恒载+1.4活 (雪) 载和1.2恒载+1.4活 (雪) 载+0.6×1.4正风压两种主要工况, 同样对于其他工况我们可以采取相同的方法对其进行优化, 并在各种工况优化结果中选取优化的最大值。
参考文献
[1]李炳宏, 李新.基于ANSYS分析的平面桁架结构优化设计[J].山西建筑, 2007, 33 (20) :54-56.
园林设计中常用尺寸 篇5
负重行走距离： L＝300.0m
正常目视距离： L<100.0m
观枝形：L< 30.0m
赏花：L＝9.0m
心理安全距离： L＝3.0m
谈话距离：L>0.70m
居住区道路：W>20.0m
小区路：W＝6.0～9.0m
组团路：W＝3.0～5.0m¬
宅间小路：W>2.50m
园路、人行道、坡道宽：W＝1.20m，轮椅通过： W≥1.50m 轮椅交错： W≥1.80m尽端式道路的长度：L<120.0m 尽端回车场： S>12.0mｘ12.0m
楼梯踏步室内：H < 0.15m，W > 0.26m
室外：H＝0.12～0.16m，W＝0.30m～0.35m
可坐踏步：H＝0.20～0.35m，W＝0.40～0.60m。
台阶长度超过3米或需改变攀登方向的地方，应在中间设置休息平台，平台：W<1.20m居住区道路最大纵坡：i<8，园路最大纵坡：i<4%，自行车专用道路最大纵坡：i<5%，轮椅坡道一般：i＝6%；i<8.5%，人行道纵坡：i<2.5%
无障碍坡道高度和水平长度：坡 度：1：20 1：161：12 1：10 1：8
最大高度（m）： 1.501.00 0.75 0.600.35平长度（m）： 30.00 16.00 9.00 6.00
2.80
室外座椅（具）： H＝0.38～0.40m，W＝0.40～0.45m
单人椅： L＝0.60m左右，双人椅： L＝1.20m左右三人椅： L＝1.80m左右，靠背倾角： 100-110°为宜
扶手： H＝0.90m（室外踏步级数超过了3级时）
残障人轮椅使用扶手： H＝0.68m.85m栅栏竖杆的间距：W<1.10m
路缘石：H＝0.10～0.15m 水篦格栅： W＝0.25～0.30m
车档：H＝0.70m；间距＝0.60m
墙柱间距：3-4m；一般近岸处水宜浅（0.40～0.60m），面底坡缓（1／3～1／5）一般园林柱子灯高3-5m
树池铸铁盖板：有1.2、1.5m规格大小和圆、方外型
低栏杆：H＝0.2～0.3m；中栏杆：H＝0.8～0.9m；高栏杆：H＝1.1～1.3m
亭：H＝2.40～3.00m，W＝2.40～3.60m，立柱间距＝3.00m左右。
廊：H＝2.20～2.50m，W＝1.80～2.50m。
棚架：H＝2.20～2.50m，W＝2.50～4.00m，L＝5.00～10.00m，立柱间距＝2.40～2.70m。柱廊：纵列间距＝4-6m，横列间距＝6-8m。¬
机动车停车车位指标大于50个时，出入口不得少于2个；机动车停车车位指标大于500个时，出入口不得少于3个；出入口之间净距须大于10m，出入口宽度不得少于7m，服务半径<150
插秧机分插机构尺寸参数优化设计 篇6
关键词：分插机构；插秧机；优化设计；可视化界面
中图分类号：S223.91+2 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）04-0040-03
分插机构是插秧机的核心工作部件，其性能的优劣直接影响插秧质量。交错轴斜齿行星轮系分插机构为水稻宽窄行种植的一种核心机构，其工作轨迹为复杂的空间海豚型轨迹，但是其优化方法尚不明确。为了优化宽窄行分插机构的尺寸，本文提出基于宽窄行分插机构的运动轨迹，建立分插机构的尺寸优化模型。
1 分插机构尺寸优化模型
1.1 设计参数
分插机构尺寸优化设计变量为：偏心距e、偏心齿轮半径R、中心距a、偏心齿轮螺旋角β、初始安装角φ0、行星架拐角δ0、栽植臂初始安装角α0和分插机构栽植臂S。模型的设计参数表述为：X=（e，R，a，α0，φ0，δ0，S，β）。
1.2 目标函数
水稻宽窄行栽培技术是指水稻秧苗在单位总行数不变、穴距适当增加、穴数适当减少的条件下，把原来单一等距的行距变成宽窄相间、合理搭配的栽培方式，即宽行距40 cm、窄行距20 cm，如图1所示。
传统水稻插秧的行距为30 cm，为了达到水稻宽窄行种植的目的，设水稻插秧机作业时在纵方向偏移量△S=50 mm，并确定纵方向偏移量为优化目标。同时，栽植臂需要完成摘取秧苗和推送秧苗的过程，其绝对运动时插秧穴口的宽度也影响着秧苗的直立性，因而插秧轨迹的高度差△y、插秧穴口宽度△x同样为优化目标。
1.3 约束条件
1.3.1 取秧点 水稻插秧机在取秧时栽植臂的秧针与水平面的夹角应该在-5～25°之间，栽植臂到达取秧点时如图2所示。
通过插秧轨迹的高度差来最大限度地限制插秧轨迹的高度差，设定上、下限的范围为偏差±10 mm内。
1.3.6 其他约束条件 其他线性约束A，b由Rbmin-Rb≤0及给定的e，R，a界限确定。
1.4 优化计算的实现
将上述约束条件中的非线性约束条件存于fxxystj.m中，利用MATLAB的MAX及MIN函数完成各参数极值的寻找。给定初始值x0=[R e a φ0 δ0 α0 S β]，调用目标函数及非线性约束条件语句为：[x，f]=fmincon （'myfunction'，x0，A，b，[]，[]，[]，[]，'fxxystj'），将上述程序存于yhjieguo.m文件中，以方便后续回调函数中文件的调用。
2 参数化设计界面
2.1 界面设计
利用MATLAB中可视化设计工具GUI完成系统编辑，实现分插机构尺寸优化的可视化设计。尺寸优化界面如图4所示。
运算需输入已知参数值，求得在满足条件范围的偏心齿轮半径等值。运算结束后，输出各参变量的值，显示水稻插秧机分插机构尺寸的最优解。最优化程序编辑完成并存于M文件中，实现优化需调用yhjieguo.m文件。偏心非圆齿齿轮的优化结果界面如图5所示。
2.2 程序设计
首先将运动规律输入到MATLAB中，非线性约束条件fxxystj.m文件中通过f=str2num （get（handles.edit1，'String'））函数获得运动参数值，通过set（handles.edit11，'string'，num2str（alpha））函数来显示优化结果。
3 优化结果
根据约束条件的描述，给定R，e，a，φ0，δ0，S，β的界限：18 mm≤R≤2 mm，3 mm≤e≤5 mm，36 mm≤a≤42 mm，4°≤φ0≤12°，70°≤δ0≤90°，-90°≤α0≤
-100°，170 mm≤S≤180 mm，8°≤β≤20°。确定优化变量初值：x0=[e R a φ0 δ0 α0 S β]=[4 19 38 5 80 -95 180 15]，根据选定的Fmincon函数进行运算，选定高度差为250 mm，绝对运动中插秧穴口宽度为23 mm，秧针在纵方向的位移偏移量为50 mm。优化结果与原数据见表1。
优化后分插机构的纵向运动范围△S=50 mm，通过数据对比可知，优化效果明显，实现了优化目的。应用MATLAB工具进行优化求解，具有简单易行、便于设计师使用的特点，可将设计师从繁重、重复的设计、计算中解放出来，从而提高了产品的设计效率。
参考文献
[1] 吕美巧.我国水稻种植机械化概况及发展方向[J].湖南农机，2010（3）：3-4.
[2] 原思聪.MATLAB语言及机械工程应用[M].北京：机械工业出版社，2008.
[3] 俞高红.旋转式分插机构运动学多目标非劣解群自动寻求[J].农业机械学报，2009（6）：47-51.
Abstract： In the article， it built the model of dimension optimization according to wide and narrow row separating planting mechanism； based on the motion path of wide and narrow row separating planting mechanism， reversed to seek the important dimension parameters of separating planting mechanism； the constraint conditions are a lot and complex， for solving it， it used Fmincon function of MATLAB to solve； and upgraded the optimization design to visual design system， it is easy to effectively extend for the method， and raised the design efficiency.
Key words： separating planting mechanism； transplanter； optimization design； visual interface
肋片的形状和尺寸优化设计 篇7
现今各类形状的肋片及肋片管已经广泛使用在各类传热设备里,比如中央空调,工业空调等。肋片的作用主要有两点:一是可以强化传热,减少设备占用空间;二是间接快速创造人或设备所需的环境。为了对肋片有更深入的研究,本文将着重对肋片的工作原理以及最佳形状进行探讨,并提出一些可行的肋片设计。
1 肋片对流传热原理
1.1 对流原理
由肋片对流换热速率方程φ=h A∆t可见,要增强对流传热量,可以通过增加温差、增强表面传热系数以及增加换热面积三种方法实现。对肋片来说,用于传热时肋管内外温差已经定死;对于对流传热系数,受到肋管,流体,以及周围环境等多因素的影响,具有不定性;因此我们考虑的主要还是通过改变肋片的表面积从而强化传热。
1.2 有肋管道与无肋管道传热比较
对于无肋管道,传热系数[1]为:
对有肋管道,即在A处加一等截面矩形肋片,于是有肋面积大于无肋,即增加肋片后对流热阻远远小于原热阻。此时传热系数:
式中:λη为肋壁效率,近似等于肋片效率,λη最佳=0.6~0.65;β为肋化系数,2β=F/A。
在实际上,肋片一般都很薄。所以β一般大于2。所以;所以K有肋>K无肋,加肋后的管道传热大于无肋管道。
2 通过等截面直肋的导热量
2.1 肋片的形状和尺寸
工程上常用的肋片如图1所示。为了说明肋片形状和尺寸对强化传热的影响,必须弄清楚肋片传热过程。
现以等截面肋片传热为例,左边端点温度为t0大于右端流体温度t∞,这里有一项假设,因为肋片很薄,我们假设整块肋片里的温度是相等的,即假设肋片截面温度处处为t,此时肋片存在关系t0>t>t∞,热量Q从最左端导入,一边向右传递,一边由肋片向上向下发散热量。如图2a所示,进入肋片的总热量为各个面向外的热量的和Q=Q1+Q2+Q3[2],同时越向右端传递,向外散出的热量就越少,即满足关系式:Q1>Q2>Q3
为了节省材料,提高材料利用率,保证肋片每个截面内都发挥最大的导热效果(单位截面上热传导率始终保持最大值)。那就需要随着可传递热量的减少,截面面积也相应减小。所以截面形状逐渐变化的“变截面”肋片比等截面形状肋片更为合理。这样便充分发挥了截面导热能力节省了材料,减轻了重量,同时还去掉了不必要的导热热阻。
变截面肋片比等截面好,在多种类形的变截面中,到底哪一种形状最好呢?从传热分析知,在同样条件下(根厚、肋高、肋宽都相等情况下),哪一个与流体接触的表面积最大,换热量就最多。选用肋片,就选用表面积最大的那种类形。在忽略肋端换热量情况下,只要比较它们的侧表面积。它等于反映形状特征的线长H与宽度l的乘积。因此只要比较反映形状特征的线长即可。
从图2b可以看出,弧段1=弧段3>弧段2,相应他们的面积与弧段有相同大小关系,所以换热量也满足关系Q1=Q3>Q2,但比起弧段1,弧段3体积小的多,也就材料省的多,所以弧段3类型的肋片强化传热效果最好。但考虑到工艺上制造的困难,一般企业会采用弧段2的肋片。
2.2 肋片或肋管强化传热的设计
对于肋片和肋管形状和尺寸的设计,在上文已经提到过关于肋片的最佳设计,即始端δ大,终端δ小,中间以弧段3过渡,如图3a。
此种设计理论上可以最大程度上提高材料利用率,强化传热。对于肋管,其原理上与肋片基本相同。但是这样的设计有一项缺点,就是增加了肋片占用的空间[3]。
在工程中,相对两片肋片的长度和2H往往大于肋管的直径d,占用设备里的空间,减少了肋管束的数量,降低传热效率。因此采用肋片弯曲的肋管,如图3b所示,此种布置可以减小肋片所占用的空间,同时不影响肋片与流体的接触面积,这样一来就可以布置更多了管束,强化传热。
3 结论
本文对肋片和肋管的强化传热进行研究,通过改变肋片的形状和尺寸以达到强化传热的作用。本文首先通过比对有肋管道与无肋管道的比较,总结出有肋管道具有强化传热的作用,接着对肋片对流传热原理进行追根究底的探索,计算出肋片的散热公式,进而分析出肋片强化传热的条件;接着分析肋片上各点散热能力的变化,提出肋片具有最佳尺寸,通过改变肋片尺寸和形状,从而节省了空间与材料,但传热能力始终不变。最后给出了最理想的肋片形状,作为实际工程应用上的参考。
参考文献
[1]杨世铭,陶文铨.传热学[M].4版.北京:高等教育出版社,2006,8.
[2]范治新.工程传热原理[M].化学工业出版社.
人体尺寸在环境设施设计中应用初探 篇8
人体尺寸在环境设施设计中的应用主要是运用人体测量学数据协调人、设施、环境三者的关系,然而在以往的设计中,尺寸应用却没有充分引起设计师的重视。对于尺寸应用多凭经验而缺少科学的依据,因此,研究人体尺寸在环境设施设计应用则可以弥补这方面的不足,使环境设施设计的功能尺寸应用更加合理科学,为环境设施中人体尺寸的应用提供理论依据。因此,研究人体尺寸在环境设施设计中的应用是十分必要的。
1 人体尺寸在环境设施设计中的应用分析
1.1 人体尺寸数据来源
在设施尺寸设计时,通常使用的人体尺寸数据来源主要出自国家标准GB/T 10000-88中国成年人人体尺寸,通过分析GB/T10000-88可以看出该标准主要根据人体工程学要求为设计师在进行设计时提供中国成年人的各项人体尺寸数值。该标准是由中国标准化与信息编码研究所负责起草。标准中提到由于我国地域辽阔,不同地区的人体尺寸差异比较大,所以将全国划分为七个区域即东北华北西北东南华中华南西南从身高体重的均值、标准差可以看出,以男性身高为例,均值最大是东北区、最小为西南区,女性身高也是如此。该标准共列出47项人体尺寸基础数据,按男性、女性分别分开,有3个年龄段:18岁～25岁(男、女),26岁～35岁(男、女),36岁～60岁(男)、55岁(女),在选用尺寸时可以根据具体情况选用。
1.2 百分位数据的选择
对人体尺寸的来源和数据尺寸了解后,就要涉及到在确定环境设施尺寸时,人体尺寸百分位数据选择的问题。百分位数表示具有某一人体尺寸和小于该尺寸的人占统计对象总人数的百分比,即表示设计的适应域[1],用符号PK表示,常用百分位数据有P5,P50,P95。例:百分位数据P5表示某一项人体尺寸数据只有5%的人不大于该尺寸。设计时百分位数的使用问题是得到最大满足的根本依据。百分位数与满足度的选择有密切关系,也就是选择相应的数据来使使用者的需求得到最大的满足,即获取最大满足度。
1.3 人体尺寸的选择与使用
由于目前人体测量数据在环境设施中应用还没有具体的方法和原则,在比较分析相关理论后,环境设施功能尺寸设计所涉及的人体百分位数的选择主要参考国家标准GB/T 12985-91在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则。GB/T 12985-91主要应用于家具设计、日用品设计等与人有密切使用关系的工业产品设计中。GB/T 12985-91应用范围广,实践性强,科学严谨,一直以来作为确定产品功能尺寸的主要方法。环境设施是与人有密切关系的户外活动的重要组成部分。所以,环境设施尺度设计所涉及的人体百分位数的选择主要参考国家标准GB/T 12985-91在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则。
2 环境设施功能尺寸的确定公式
参考国家标准GB/T 12985-91在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则,确定出以下环境设施功能尺寸的确定公式:
环境设施最小功能尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量。
环境设施最佳功能尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量+心理修正量。
3 人体尺寸在环境设施设计中的应用原则
3.1 人体测量项目尺寸使用中的差异原则
1)年龄、性别差异在选用人体测量项目尺寸时,必须弄清针对使用对象的尺寸应选用GB/T 10000-88中的哪个年龄、性别组。特别要考虑不同年龄、男女性别组数据尺寸的差异。大多数人体尺寸,男性尺寸比女性尺寸大些,但是胸厚、臀宽、臂部及大腿周长四个尺寸女性尺寸大于男性。
2)人体部位差异,人体测量项目尺寸使用中应该考虑根据具体的设计再选取相关的人体部位尺寸进行设计,例如:在设计园林座椅的座位宽度时就要参考臀宽和肩宽的相应百分位数。反之,如果运用其他人体部位尺寸则很难开展设计。
3)年代差异,很多数据表明,人类个体生长有生长加速度的特点。欧洲人每10年身高增加1cm～1.4cm。因此,在环境设施的人体尺寸选取时要充分考虑到尺寸测量时的具体年代,要充分考虑尺寸测量的年代和尺寸应用的年代的差异。
4)地区与种族差异原则,不同国家、种族、地区的人都存在生理尺寸差异。从GB/T 10000-88可以看出即使是同一国家,不同地区的人体尺寸也有差异。还有一点值得注意的是旅游区的级别等级,也决定环境设施尺度设计中人体测量项目的选用,比如:世界级的旅游区,由于游客不同国家、种族、地区都有,所以,在环境设施设计中考虑设施使用中的多民族、多国家的通用性。
5)使用场所差异,在选择人体测量项目时一定要根据环境设施摆放场所使用的人群来选择相应人体尺寸。例如:住宅小区内的环境设施的使用者多为老年人和儿童。中年人和青年人因为日常工作、学习比较忙,很难有时间在小区户外活动,所以不建议使用这一人体尺寸进行设计。面对这样的客观现状,选择人体尺寸时,就要多考虑老年人、儿童的人体尺寸。
3.2 设计环境设施选择百分位数据的最大满足度原则
在不涉及安全问题的情况下,选择百分位数据的原则如下:
选择整体尺寸进行设计由人体测量尺寸总高度宽度决定的设施,诸如亭、园路、廊等,其尺寸应以90百分位的数值为依据,能满足测量大尺寸的使用人群需要,测量小尺寸的使用人群更加没问题。
2)选择部分尺寸进行设计。由人体某一部分的尺寸决定的设施,诸如小腿加足高决定着户外座椅坐平面高度和坐平面深度的尺度等,其尺寸应以第10百分位为依据,这一尺寸小的使用者够得着,大尺寸的使用者自然没问题。
3)确定最佳尺寸。设计的最终目的不在于确定尺寸界限,而在于决定尺寸确定的最佳范围时,应以第50百分位为依据,比如户外垃圾箱的投放口的高度尺寸确定。
在可能有损健康和造成危险时,如果以第10百分位或第90百分位为设计限值时,会造成界限以外的人员使用时不仅不舒适,而且还会有危险。尺寸百分位选用界限应扩大至第1百分位和第99百分位,如:在公园的入口处或紧急出口宽度尺寸确定以99百分位为准,园区内栏杆间距应以第1百分位为准。
3.3 环境设施功能尺寸的设定中的数据修正原则
在我们实际生活中作为设施的使用者却与选用尺寸存在误差,这就需要在尺寸的最终确定上增加一定的修正。修正主要从穿鞋着衣修正量、姿势修正量、心理修正量几方面考虑:
1)穿鞋、着衣修正设计时,穿鞋、着衣修正量的增加主要是因为设计时的人体尺寸选用的GB/T 10000-88中国成年人人体尺寸,由于GB/T 10000-88中测量人体尺寸是裸体、光脚和身体挺直的要求,着衣修正量的增加是随季节、特定环境、性别、服装式样等条件的不同变化而变化。例如:北方城市的环境设施的使用时对于着衣修正量的增加就要考虑冬季棉衣的厚度。
2)姿势修正原则。增加修正量还要考虑不同作业姿势在应用人体尺寸时也要适当的添加修正量。
3)心理修正原则。在设计环境设施时涉及到人体重心类设施设计时考虑到高度虽然达到标准尺寸,却没有考虑到人体重心问题,会使使用者产生恐惧心理,在设计这类环境设施时要增加高度即进行心理修正。
4 结语
环境设施作为城市环境的重要组成部分,在环境设施设计中应充分重视人的因素,遵循正确的尺寸应用原则,力争最大程度体现环境对使用者的人文关怀。
摘要：对人体尺寸在环境设施尺度设计中的具体应用进行研究分析,结合国家标准GB/T 12985-91相关准则,得出了环境设施功能尺寸的确定公式,并提出了差异性、最大满足度、修正等人体尺寸应用原则,为环境设施设计中功能尺寸确定提供了指导。
关键词：环境设施,人体尺寸,功能尺寸
参考文献
[1]孙淑英,申利明,王文兴.人体测量数据在家具设计中的应用[J].郑州航空工业管理学院学报,2003,21(4):86-88.
[2]赵江红.人机工程学[M].北京:高等教育出版社,2006:36.
[3]GB/T10000-88,中国成年人人体尺寸[S].
[4]GB/T12985-91,在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则[S].
车身尺寸控制系统设计与实现的简述 篇9
本文以上海大众汽车二厂车身尺寸控制系统为研究背景, 目前上海大众汽车二厂车身尺寸控制主要是每天依靠三坐标测量报告上传到企业内部网上, 车身工艺人员每天通过到内部网上查询和整理三坐标测量报告才能知道车身尺寸的情况, 但是三坐标测量数据太多太繁杂, 一但后道抱怨车身出现尺寸上的质量缺陷, 不能第一时间提供相应的测量数据, 造成后道装配后产生批量零件匹配不佳和功能性缺陷, 从而影响了整车的质量, 这种车身尺寸控制的模式已经不能满足要求。
车身尺寸控制系统, 应该有专人负责对原始数据的维护和更新, 运用统计图来进行车身尺寸的管理, 由系统自动生成好车身三坐标功能尺寸通过率 (合格率) 的监控图。现场工艺、样板及质保人员每天只要通过电脑登陆车身尺寸控制系统, 直接进行车身尺寸测量结果的进行快速查询, 一但出现数据超差系统就会报警, 车身工艺人员立即进行分析整改, 这样就可以对车身尺寸进行有效的监控。
2 需求分析
2.1 系统流程分析
车身尺寸控制系统总体的结构, 下面将通过系统流程图进行说明。如图1所示。
3 系统设计
3.1 系统模块设计
根据系统流程的分析, 车身尺寸控制系统设计的模块如图2所示。
3.2 数据库设计
1) 现根据对系统做的需求分析和模块设计, 就可以作出能够满足用户需求的各种实体以及它们之间的关系。该文上面的设计出用户信息的实体, 车身尺寸控制系统信息实体, 各模块信息实体、各单元信息实体。
2) 这里将通过实体关系图 (Entity and Relationship, 即E-R图) 来描述各个实体与实体之间的关系。
1) 用户信息实体的E-R图设计。如图3所示。
2) 车身尺寸控制系统信息实体的E-R图设计。如图4所示。
3) 车身骨架总成模块信息实体的E-R图设计。如图5所示。
4) 车顶天窗窗框单元信息实体的E-R图设计。如图6所示。
4 总结
上海大众汽车二厂车身尺寸控制系统是建立在功能尺寸 (简称FM) 的基础上的, 三坐标测量后直接将数据上传到网络上, 按照车身尺寸控制系统中的各个模块、单元对后道工序匹配零件安装尺寸进行测量和监控, 工艺技术员、质保和样板人员可以第一时间对功能尺寸测量结果进行监控, 发现异常情况及时进行优化, 能够预防批量的缺陷, 有效地降低了质量成本, 车身尺寸控制就能够形成闭环。
通过后道工序零件匹配缺陷的反馈, 寻找和发现车身尺寸控制系统中的不足和存在的问题, 可以持续对系统进行优化和改进。
摘要：汽车制造业已经成为全球性重要支柱产业, 随着国内外市场竞争日趋烈, 消费者对汽车质量的要求也越来越高。车身尺寸控制直接影响到轿车的风噪性、密封性、美观性等, 所以标准要求非常严格, 也是任何一家整车企业实现工艺精细化、提升品牌形象的必要前提。国外汽车整车厂车身尺寸控制系统比较成熟, 都建立了一套系统的车身尺寸控制体系, 配备了完备的测量手段, 对车身生产进行有效地有效的尺寸监控。国内汽车生产企业大多采用逆向开发的模式, 模仿起步。通常国内汽车生产企业在车身尺寸控制方面机存在测量手段不充分, 功能尺寸不健全, 评价分析较为原始。在测量点出现偏差时无法判定后序的影响, 而后道的工序反馈问题时又不能第一时间进行分析和整改。
关键词：功能尺寸,车身尺寸控制系统,车身总成
参考文献
[1]周江奇, 陈关龙, 来新民, 等.车身设计尺寸质量评价的装配尺寸链自动生成[J].计算机辅助设计与图形学学报, 2005 (5) .
[2]陈少云, 吴宗光, 林忠钦, 等.轿车车身制造尺寸质量控制界限的设定研究[J].武汉理工大学学报, 2005 (2) .
[3]鲍威尔.数据库设计入门经典[M].沈洁, 译.北京:清华大学出版社, 2007.
[4]胡瑜, 许增朴, 穆桂萍.可编程控制器在汽车车身尺寸视觉检测系统中的应用[J].新技术新工艺, 2000 (10) .
[5]傅谦, 张申生, 曹健.面向软件工程的工作流管理系统[J].上海交通大学学报, 2002 (9) .
[6]陶恩树, 雷雨成.基于能量法的汽车白车身焊接接头尺寸偏差分析[J].汽车技术, 2006 (8) .
[7]赵燕飞, 朱飞, 孙玉星.一种基于Web的分布式应用程序框架的构建技术[J].计算机工程与应用, 2004 (36) .
[8]代勤华, 陈关龙, 储国平.尺寸样车的白车身尺寸质量评估法研究[J].开发机械制造, 2006 (6) .
设计尺寸 篇10
针对上述问题, 本文提出了一种快速、准确的非接触式测量方法以适应生产检测的需求。近年来, 对于多FPGA系统的硬件开发技术已经应用到很多方面, 例如大数运算[2]以及航天计算处理[3], 与以往的单FPGA系统相比, 系统的处理速度、灵活性明显增强。而机器视觉技术由于可以实现对物体的非接触式测量, 伴随数字图像技术得到快速发展[4], 本文将多FPGA技术和机器视觉技术相结合, 设计一种基于多FPGA的测量系统, 该系统首先通过CCD采集物体尺寸信息, 用多块FPGA去控制和保存图像信息, 最终达到快速高精度测量。该方法简单易行, 提高了测试精度和准确性, 而且上位机直观显示在很大程度上方便多参数物体的数据管理。
1 系统总体设计
高速尺寸测量系统的软硬件电路由信号采集电路、存储电路、多块FPGA的时钟电路和上位机组成。信号采集电路主要是CCD采集图像信息输出, 并经过A/D量化成数字信号;存储电路主要是调用FPGA芯片内部存储器IP核, 采用乒乓操作进行数据缓存;时钟电路主要解决多块FPGA通信过程中同步问题;上位机主要是将测量结果直观显示出来。系统框图和机械结构示意图分别如图1和图2所示。
当被测物体放置在传送带上时, 启动开始按钮, 传送带开始以恒定速度转动, 在从FPGA的时钟信号驱动下, CCD开始采集图像信息并输出模拟信号, 经A/D转换成数字信号, 再由从FPGA以乒乓操作的写方式将数字信号存储在两块FPGA内部的RAM中, 然后再以读方式将数据写在主FPGA内部的RAM中, 最终通过接口电路将图像信息传输至上位机, 保存数据并实时显示测量结果。
2 系统软硬件设计
2.1 图像采集单元
为了实现采集高分辨率、高速图像的要求, 系统采用了东芝公司的高速CCD芯片, 型号为TCD1304AP。它是一种双沟道线阵CCD, 包括3 648个像敏单元, 驱动时钟频率为0.8~4.0 MHz, 并带有电子快门和采样保持电路。TCD1304AP比普通CCD芯片多了一个光积分控制栅, 它是由驱动脉冲ICG控制, 只有ICG为高电平时, 积分栅才能使感光像元阵列产生的光电流在积分栅形成的存储阵列中积累, 所以通过控制ICG即可控制曝光时间。
当复位脉冲信号ICG的下降沿到来时, 同时帧转移信号SH产生上升沿, 并持续一段时间, 且ICG低电平时间要长, 需保证SH信号的下降沿落在ICG的低电平上, 当ICG信号的上升沿来临时, 触发电极开始输出模拟信号, 一次图像信息采集完成。系统设置的驱动时钟频率为2 MHz。MODELSIM时序仿真图如图3所示。
2.2 多FPGA系统时钟同步设计
在多FPGA系统中, 不同时钟域的时钟信号延迟会造成时钟偏差, 进而制约着系统的整体性能。在FPGA内部, 时钟偏差一般通过时钟树来解决, 但一些多块FP-GA系统设计的文献[5]中, 也有用外部时钟树来解决时钟偏差的问题。图4所示为以3片FPGA时钟为例的同步方案, 该方法选择合适的时钟原点, 来减少各个FPGA的时钟偏差, 这种方法虽结构简单, 但在寻找时钟原点上有一定的难度, 且由一个时钟源对多FPGA提供时钟时, 会导致时钟质量下降。
对此, 利用数字延迟锁相环 (DLL) 的延迟锁定特性, 对多FPGA系统的时钟延迟进行补偿, 可以减少多FPGA之间的时钟偏差。基于DLL的多FPGA的系统同步方案如图5所示。
该方案中晶振产生的时钟信号首先进入FPGA1的延迟锁相环DLL0, 输出时钟, 然后通过I/O口传给FP-GA2, FPGA3的时钟输入端和自身反馈输入端。FPGA1, FPGA2, FPGA3的全局时钟分别由clk1, clk2, clk3提供。时钟信号clk1, clk2, clk3之间的时钟延迟即为时钟偏差。分别计算clk1, clk2, clk3相对于时钟输入的偏差tclk 1, tclk 2和tclk3。公式为
式中:tCin为输入时钟管脚到DLL的时钟延时;tCout为DLL到时钟输出管脚延时;tPCB为板级时钟布线延时;ttree时钟树上的延时。根据DLL时钟延时锁定原理[6]:由延迟模块提供所需得延迟时间, 使DLL的反馈输入时钟相位与参考时钟的相位一致, 实现同步。可知
化简可得
由以上可知, FPGA1, FPGA2和FPGA3的时钟相对于时钟输入来说时钟偏差是相等的, 如图6所示。分析延迟锁相环结构可知, DLL1, DLL2和DLL3分别为各自FPGA的时钟补偿电路, DLL将时钟输入clk、输出时钟I/O、电路板上的时钟反馈线路放入时钟反馈回路, 从而补偿由以上因素造成的时钟偏差。
3 信号存储模块设计
为实现高速测量的目的, 存储器的容量应以足够大, 10 k Hz采样频率, 8 bit A/D量化, 采集时间为2 s, 加上采集单路信号和数据信号计算处理空间, 所需要的存储容量至少160 kbyte以上, 进行2通道数据采集至少要320 kbyte以上。传统的数据采集系统多采用Flash芯片作为存储介质[7], 芯片容量少、价格高, 且读写操作不能同时进行;写操作时, 读操作进行等待, 直到写满时才能开始读, 读操作时, 写操作等待, 直到读空才能开始写, 这些问题都会影响数据传输速度。利用乒乓操作的优势, 可以实现高速存储的目的。
乒乓操作是一种处理高速数据流的技巧, 巧妙地运用乒乓操作可以达到低速模块处理高速数据流的效果。不使用外部存储器, 直接调用FPGA内部FIFO IP核作为存储器来完成大数据的数据流存储, 这样有利于提高系统整体性能, 节约系统资源。乒乓FIFO操作框图如图7所示。
多参数的数据流存储流程描述如下:CCD采集到的图像信息经A/D量化后, 首先进入双路选择模块, 系统通过异步比较模块判断FIFO核中的空满标志, 从而控制每块FIFO的写指针和写使能;然后将数据流分配到2个数据缓存区, 当FPGA识别到第1块FIFO为空时数据开始存储, 为满时切换至第2块FIFO, 这样依次循环进行写操作。同时当判断第1块FIFO为满时, 数据开始读出, 第1块FIFO为空且第2块FIFO为满时, 读第2块FIFO中的数据, 这样依次循环进行读操作。把2个FIFO模块当作一个整体, 站在模块两端看数据, 输入和输出数据流都是连续不断的, 从而达到高速处理数据的目的。
根据上述思路设计深度为16 bit, 宽度为8 bit的异步FIFO, 用VHDL语言对各个模块进行编写, 并在MODELSIM工具进行时序仿真, 其读写时序图分别如图8、图9所示。
4 系统测试结果
为了验证所设计的测量系统的正确性和可行性, 进行了实际的采集、存储, 并使用VC编写上位机界面并显示测量数据。在实验过程中, 对长500 mm, 宽10 mm, 厚度为3 mm某工件物体进行测量, 测量结果如图10所示。
通过多次实验, 选取几组测量数据如表1所示, 数据结果表明该系统能够快速、精确地采集物体多参数信息, 并能在上位机实时显示。同时, 上位机显示结果表明, 与实际的参数信息相比, 测量结果的误差小于0.5 mm, 实现高精度低成本的目标。
mm
5 结束语
本文设计了一种基于多FPGA的高速测量系统, 能够完成对传送带上目标物体的长度、宽度、厚度的高速、精确测量, 测量结果误差小于0.5 mm。基于多FPGA的测量系统具有集成度高、硬件设备体积小、测量速度快等特点, 可广泛应用于各种工业测量领域。
参考文献
[1]单桂军, 胡伟.一种基于CCD的非接触尺寸测量系统[J].电视技术, 2013, 37 (15) :41-43.
[2]ALEXAND F.A variable long-precision arithmetic unit design for reconfigurable coprocessor architectures[J].Symposium on FPGAs for Custom Computing Machines, 2010 (2) :216-255.
[3]GRAHAM P, CAFFREY M, WIRTHLIN M, et al.Reconfigurable computing in space:from current technology to reconfigurable systemson-chip[C]//Proc.Aerospace Conference.Utah:IEEE Press, 2003:2399-2410.
[4]聂琨, 萧泽新.图像处理技术在微小冲压件尺寸测量中的应用[J].电视技术, 2005, 29 (S1) :156-158.
[5]张承畅.多FPGA系统关键问题及应用技术研究[D].重庆:重庆大学, 2011.
[6]黄翔.基于高性能FPGA应用的DLL研究与设计实现[D].西安:西安电子科技大学, 2009.
