快速成型技术的原理

快速成型技术的原理（10篇）

1.快速成型技术的原理 篇一

快速阅读的视觉原理议论文

我们的眼睛像一架精密的照相机，主要由角膜、虹膜、晶状体、视网膜等几部分构成。虹膜类似快门，通过扩张和收缩控制进入眼睛的光的强度，晶状体类似透镜，把从书本反射到有那精力的光线汇聚在视网膜上成像。视网膜上有上亿个感光细胞，每个细胞都会对光做出反映。

感光细胞分为杆状细胞和锥状细胞。杆状细胞只能感觉到黑白和形状，锥状细胞可以感觉到色彩。这两种细胞在视网膜表面并不是平均分布的，杆状细胞主要分布在视网膜的周边部位，在视觉感知中其重要作用的锥状细胞大部分集中在视网膜中心的下凹部分，叫做黄斑。越往视网膜两边，锥状细胞就越少。我们在观看景物和阅读时，晶状体将光线聚焦在这里成像，因此注意力只是集中在视野范围一半不到的区域。

一个视力正常的人能分辨在视网膜上来自不同事物的影响，这种能力称为“视觉敏感度”。黄斑是视觉敏感度最高的位置。当我们要看清一个对象时，我们会转动眼球，直至影像聚焦在黄斑上。离开黄斑越远，感光细胞越少，影像越不清晰。如果影像聚焦在黄斑以外的地方，我们用眼睛的余光可以感知到意见对象的存在，但是看不清这间对象是什么。

在视觉神经和视网膜连接的部位没有感光细胞，因此在这个位置存在一个视野的盲点。但是我们无法用眼睛觉察到这个盲点，因为大脑在形成图像感知的时候自动把它掩盖起来了。

眼睛必须在眼球静止的状态下才能成像，眼部肌肉收缩或拉伸调节晶体状的形状，直到清晰的影像呈现在视网膜上，这叫做“定影”。我们对文字的感知就是由一系列的定影形成的。眼睛每停顿一下。就聚焦一次，形成一个定影，并把信息传递给大脑。当眼球移动的时候，大脑无法捕捉到任何信息。也许你会有疑问，为什么我们转动眼球环顾四周的时候能够看到东西呢？因为眼球停顿、聚焦、定影、把信息传达给大脑的时间只需要1/4秒。

一次定影在极短的.时间内完成，下一次定影紧接着前一次定影，这样自动地继续下去，所以我们没有感知到间断。也就是所我们的眼睛，感受到的是一系列静止的图片，每一张图片都是独立的，但是由于它们产生的时间间隔非常短，所以我们感觉到的是移动的影像。

一次定影中接收到的内容越多，你阅读的速度就越快。这很容易理解，如果你每次眼球停顿都把焦点放在一两个词语上，那么你需要多次定影才能看完一句话。如果你把视野放宽，每次定影看一句话或半句话，那么你的阅读速度就会大大加快。

眼球外围与眼窝之间有一组6条肌肉，当需要改变视线方向的时候，位于哪个方向上的肌肉收缩，视线就像哪个方向转动。如果需要大幅度改变视线方向则需要扭动头部。阅读时并不需要大幅度改变视线，扭动头部会浪费时间和精力，因此在阅读时，应该保持头部不动，只通过眼部6条肌肉的收缩来改变视线。

眼睛并不知道应该在哪里聚焦，或者把视线转向哪里，它接收来自大脑的指令，聚焦之后再把信息传递给大脑。大脑接收到你希望看到的影像信息的同时，也接收到了焦点之外的视觉信息，由此可以判断出下一次聚焦的位置。也许你有过这样的经历：一块石子或别的东西向你飞来，尽管它并没有进入你聚焦的范围，但是你也会本能地做出躲避的反应，因为大脑在有意识地注视它之前，已经感知到它的存在了。

在阅读的时候，大脑也是用这个机制来扫视文字的。无论是盯住一个生词，还是快速扫过一个句子或一个段落，这种观察机制实在无意识的状态下进行的。什么是你需要着重关注的，什么是你需要忽略掉的，大脑自动通过一系列的步骤完成。

形成影响并不是感知的全部过程，看到图像只是感知的开始。感知的过程至少要经过6次神经细胞间的信息交换，有数亿个细胞参与其中，在视网膜和视觉神经之间进行大量的信息转换，然后由视觉神经把信息传递给大脑。来自左眼的信息进入右侧大脑，来自右眼的信息进入左侧大脑，两部分功能完全独立，最后由大脑完成对事物的整体认知。

视网膜中大概有1.37亿个感光细胞，其中杆状细胞有1.3亿个，分布在视网膜的周边部位，锥状细胞有700万个，分布在视网膜的中心部位。我们平时看东西或阅读的时候，主要使用位于视网膜中心部位的700万个感光细胞，其余大部分细胞都没有发挥作用。

你有没有玩儿过三维立体图的游戏？

三维立体图是20世纪中叶视觉研究领域的一项惊人的发现。研究人员贝拉·朱尔兹发现了人类的“第三只眼”。他设计了一些由彩色短线构成的图片，双眼正常看时，图像保持不变，只用左眼看时，图象保持不变，只用右眼看时，图象仍然保持不变。如果你把双眼的焦点散开时。就会有奇怪的事发生——大脑把左眼和右眼看到的图象重叠起来，当视觉角度合适的时候，就会形成一个立体图像，仿佛你进入了一个异常清晰的魔幻世界。

这种现象告诉我们，视觉系统在感知外界事物的时候，会对双眼看到的事物进行整合，形成一个完整的图像。明白这一点之后，在阅读的时候，我们就应该让自己的视野更开阔，不要把目光的焦点集中在一个字、一个词上，而应纵览全文。这种方法可以加强我们的眼睛获取信息的能力，有助于加快阅读速度。

那么，一般人的视知觉范围到底有多大？有多少潜力可以挖掘呢？众多中外阅读学的实验结果表明，在0.1秒时间内，成人一般能够感知6～8个黑色圆点或4～6个彼此不相联系的外文字母，也就是说，一分钟可以感知到4,200个点。

如果我们把一个字看作一个点的话，那么，一分钟就可以看到4,200个字。这是未经过训练者的能力。美国空军的心理学家和战术教育专家用速视仪进行的训练证明，经过训练的普通人可以在1/500秒的时间辨认4个英文字母。那么，一秒钟即可辨认120,000个英文字母。根据统计，英文单词的平均字母数为6个，也就是说，经过训练的人可以在一分钟辨认20,000个英文单词。

视知觉范围的扩大，或者说整体感知能力的提高，完全可以通过训练达到。如把一些短语或短句写在卡片上，在极短时间内在眼前闪示，然后说出上面的内容。熟练后逐渐加长卡片上的短语或句子，缩短卡片闪示的时间，就可以使视知觉范围逐步扩大，瞬间感知能力渐渐提高。

对于快速阅读来说，扩大视幅的广度和范围要比加快眼球运动速度更为重要，如果这两个方面经过正确而持续的训练，同时提高，就可以得到事半功倍的效果，就能真正做到“一目十行”。

2.快速成型技术的原理 篇二

切削刀具形状取决于工件廓形的铣刀成为成型铣刀。成型铣刀的后刀面经过铲背成阿基米德螺旋面, 在刃磨刀具前刀面时, 这种后刀面的刀齿齿形保持不变。成型铣刀不用来加工直纹曲面和螺旋面, 成型铣刀是一种应用广泛的刀具, 它和成型车刀一样, 可以将零件的各种形状表面在一次加工中完成, 且操作方便, 生产率较高, 加工后的零件尺寸和形状精度好, 尺寸和形状一致性较强。成型铣刀按齿背的形状, 可分为尖齿成型铣刀和铲齿成型铣刀2种。

1 铲齿成型铣刀的设计原理

1.1 刀齿廓形的不变性

铲齿成型铣刀的刀齿, 可以看成是由无数薄片在直线方向上各差动一段无限小的距离组成。并由此获得必要的径向后角, 刀齿前面每经一次刃磨, 即等于一新的成型刀片参加切削工作。为使铣刀能正常的工作, 并获得所给定的工作廓形, 铣刀刀齿上每一薄片必须都能保证其原始设计的合理后角及其廓形基本不变, 或变化极小。对实际廓形的影响应在允许范围内。

为保证铲齿成型刀具的这一特点, 则铣刀的刀齿必须具有一定的形状。

铣刀的刀齿在铲齿车床上由一定相应廓形的铲刀沿齿背铲削而成的, 只要在重磨时使铲刀的前角保持原设计时的数值, 即可保持重磨后刀齿的廓形不变。

1.2 刀具齿背的铲齿曲线

由于对数螺旋线或渐开线曲线齿背曲线的形式在工艺上难以确保, 故实际生产中并不采用。现在一般采用的是另一种曲线, 即阿基米德螺旋线 (图1) 。

铲齿加工中, 刀具齿背的阿基米德螺旋线是由被加工刀具的旋转运动和径向进给运动复合而形成的 (图2) 。为了保证铲齿的正常进行, 在工件的刀齿部分由1点匀速旋转到2点时, 铣刀应匀速直线进给进行铲削, 而在齿槽部位时, 铣刀则快速退回, 并准备进行下一齿的铲削进给。这样, 铣刀齿背被铲削加工形成的轨迹就是阿基米德螺旋线。

1.3 铲背量K与凸轮

图2中K值为铲背量, K值规定为刀具相邻间半径ρ值的差值 (即图2中的1点到3点) 。铣刀铲背量K值的大小与其铣刀的直径齿数和可取后角的大小有关。其公式为:

式中:D—为被铲铣刀的直径 (mm) ;

z—为被铲铣刀的齿数;

α—为被铲铣刀的后角 (°) 。

在刀具的设计中, 根据刀具的直径、齿数和可要求的后角大小, 按上述公式换算成K值, 并在每个设计的刀具图纸中标注。在刀具的生产过程中, 则按图纸标注的K值大小, 选择具有相应K值的铲齿凸轮。由铲削运动保证其后角。在实际生产中, 铲齿刀具的后角检验是比较困难的。因此, 重要的是要正确的选择相应的铲齿凸轮, 而对后角的大小, 可不再进行检验。

铲齿铣刀的后角是以外圆最外缘的顶刃处后角定义的, 一般多选择为10°～12°。铲背量K值越大后角也越大, 为了保证刀齿具有一定的强度, 并方便铲削加工, 后角应以不大于15°～17°为宜。铣刀采用径向铲齿时, 铣刀铲背量与凸轮K值的关系如图3。

当铣刀转过一个齿时, 铲齿凸轮转过一周, 从而控制铲刀由铣刀外径上的A点经过D点到达B点, 完成一次铲齿加工。因此在采用经向铲齿时凸轮K值的选择可按被铲铣刀的铲背量选取。

在凸轮设计时, 已知铲背量K值以后, 还需确认凸轮空行程角φ空值, 一般是按下列关系式求得:

式中:ε工—在铣刀上相当于凸轮“工作行程”的中心角;

ε空—在铣刀上相当于凸轮“空行程”的中心角。

当φ空大时, 铲刀推出过程比较平稳, 但过大则使铲背尚未结束即退出。φ空太小时, 则冲击过大, 通常φ空取值45°、60°和90°3种。

由铲刀的工作运动可知铲齿成型铣刀的齿背按阿基米德螺旋线设计的, 而K值相等的铣刀, 不论其外径、齿数是否相同, 后角能符合K值计算公式均可由同一凸轮铲制而成。凸轮制造也比对数螺旋线的凸轮方便。曲线上个各点后角的变化也在允许范围内, 这就是目前铲齿成型铣刀齿背曲线选用阿基米德螺旋线的原因。

2 铣刀结构参数的确定

一把合理成型铣刀, 既要满足刀具本身的一些技术要求, 又要保证被切割的工件符合图纸要求, 对于正确选取各部的结构尺寸相当重要, 图4是成型铣刀的主要结构参数。

2.1 铣刀的齿形高度h

齿形高h根据工件最大廓形高度h。来确定, 其关系为:

2.2 铣刀孔注d及键槽宽度

铣刀的孔径应根据所用机床刀杆的直径、成型铣刀的宽度及工作条件的选定。选定的孔径和相应键宽应符合刀具标准 (特殊除外) 。

2.3 铣刀外径D

如图4可知外径D:D=d+2a+2m+2h=d+2 (a+m+h)

式中:d—铣刀孔注;a—键槽高度;m—铣刀壁原, 一般m= (0.3～0.5) d;h—铣刀齿形高;h=H-K-r。

式中:H—全齿高, K—锉铲背量 (凸轮K值) ;r—容屑沟槽圆弧半径, 一般取1～5 mm。

2.4 容屑沟槽圆弧半径r的位置和数值

半径r值的位置可按图5确定。r的中心位于中心角θ对应的θ角的中部。r值可按下式确定:

按弦计算:

按弧计算:

式中:R2—铣刀M点的半径, R2=R-h～0.8K。计算的结果r取整0.5。

计算确定的容屑槽θ和半径r的位置后, 需要进行验算齿根厚度。齿根厚度与齿高H的比值C/H太小时, 则刀齿太弱, 强度不够, 且允许刃磨次数减少, 切割也不平稳, 表面粗糙度增加, 一般可按下式选取:

式中:C= (0.8～1) H, H—全齿深。

2.5 容屑槽夹角θ及槽底形式

容屑槽夹角θ (见图5) 应使铣刀有足够的容屑空间, 并保证铲齿工作能顺利进行。容屑槽宽度应约为圆周齿距的1/3左右, 通常取θ为22°、25°、30°, 如外径大、齿数少、齿形高度小的情况下, θ也可取35°或更大至45°。容屑槽槽底形式通常有图6中a、b、c 3种形式。其中最常用的是a平头形, 如铣刀直径较小, 齿形高度较大时, 若采用a平头形, 将铣刀强度削弱, 这时可根据齿形形式不同, 分别选取b中凸形或c中凸斜形, 来增加刀具的强度。

2.6 齿数Z

铲齿成型铣刀用钝后, 需刃磨前面, 为了使铣刀刃磨后仍有足够的强度, 并且有较多的重磨次数, 铣刀的齿数应取得少些, 能使齿背厚足够大, 一般可按下式计算:

式中:D—铣刀外径;S—铣刀圆周齿距。

粗加工时:S= (1.8～2.4) H (H—容屑槽深度)

精加工时:S= (1.3～1.8) H (H—容屑槽深度)

为了方便铣刀直径的测量, 齿数多为偶数。

2.7 铣刀宽度B

铣刀宽度B根据被加工工件的宽度而定, 通常比被加工工件廓形宽度稍大一点, 一般大1～3 mm

2.8 分屑槽尺寸

当铣刀宽度B≤20 mm时, 切割刃上不需要做分屑槽。当B>20 mm时, 才在齿形面上铲出分屑槽, 分屑槽一般取深度1～1.5 mm, 槽底成R形, 一般取R2左右, 槽底必须和齿形一样具有相同的后角, 铲背采用跳齿铲齿, 铲背量K'取原铲背量K的2倍, 即K'=2K, 槽数Z'则减少一般, 即Z'=Z/2

分屑槽必须采用隔齿错开的形式, 同一齿槽上的间隔根据不同的铣刀宽度B而定, 如图7。

以上是铣刀结构的主要参数, 铣刀的外径D、孔径d、全齿高度H、齿数Z和铲背量K各参数之间有一定的联系, 相互制约, 不能单一决定某一参数。初步设计计算后, 还必须考虑各尺寸之间的相互关联因素及实际使用加工情况综合起来, 进行验证计算, 最后取得各合理的结构参数。

3 刀具切割部分几何角度的确定

3.1 刀具前角γ

为了便于设计计算和生产制造, 铣刀前角γ通常选取0°, 确保铣刀齿面廓形的正确性。在粗加工时, 为了改善切削条件, 提高工作效率, 铣刀前角可取γ=5°～10°, 由于是粗加工, 可不必做齿面廓形的修正计算。

3.2 后角α和铲背量K

铲齿成型铣刀的径向顶刃后角α一般可取8°～12°, 则相应的铲背量K由下式求出:

式中:D—铣刀外径;Z—铣刀圆周齿数;α—铣刀径向后角。

计算所得的K应圆整即0.5 mm, 通常成型铣刀的图纸上只标注K值而不标注α值。

对于精度较高的成型铣刀, 其齿背除铲齿外, 还要进行铲后加工。为使铲齿时有足够的砂轮推出空间, 齿背后部应做出深铲部分, 俗称二次铲背, 铲齿时用双线凸轮来完成。深铲部分的铲背量K, 可按下式计算:

计算出的K和K1, 必须符合铲床凸轮的升量。

确定铣刀径向顶刃后角后, 应验算刀齿侧刃个点上是否有足够的法向后角α (图8, 图中x点为侧刃上任意点) , 其值可按下式计算:

式中:α1—铣刀径向角切削刃上任意点的后角;

φ—铣刀侧刃上任意点的切线与铣刀端面间夹角。

3.快速成型技术的原理 篇三

摘要：本文系统地分析和描述了工程机械空调系统的工作原理，并详细地介绍了其在使用过程中应注意的事项，另外还就工程机械系统常见的故障及其相应的诊断方法作了说明，极大地提高了空调系统的维修效率。

关键词：空调系统工作原理故障快速诊断

1 工程机械空调系统的基本结构和工作原理

当前，随着我国科技水平的不断提升，我国的工程机械制造水平也越来越高，与世界先进水平差距越来越小。而工程机械空调系统作为一种特殊的空调系统，它主要适用于工作条件较为复杂和恶劣的环境，它主要分为单冷型工程机械空调系统和双冷型工程机械空调系统。从其基本结构来看，工程机械空调系统主要由冷凝器、压缩机、蒸发器、贮液干燥器、膨胀阀、管路系统、电控系统等组成，其工作过程主要由压缩、冷凝、节流、蒸发四个环节组成。工程机械空调系统在进行制冷循环工作时，压缩机和发动机通过带电磁离合器的皮带轮连接在一起，通电后，离合器结合发动机运转进而带动压缩机开始工作。断电后，发动机和压缩机相分离，压缩机将蒸发器中的低温低压制冷剂蒸汽吸收进来，并通过压缩将其转化为高温高压气体，然后将气体通过高压管路输送至冷凝器当中，与外界空气热交换，以降低其温度，当温度降至50℃左右时，即可将其冷凝为液态存放至贮液干燥罐内，再进行相应的净化处理，将水分和杂质清除出去，由高压管输送至膨胀阀，在其节流作用下，高温高压的液态制冷剂会变为低温、低压的雾状进入蒸发器内，吸收热量沸腾汽化，降低周围气温。而在蒸发器的出口部位，制冷剂气体吸热后温度上升至5℃左右，鼓风机将蒸发器表面的一些凉气及时输送到车厢中，降低车厢温度，使人感到凉爽。工程机械空调系统通过不断循环这一工作过程，使蒸发器周围始终保持着较低的温度。

工程机械采暖装置的主要功能是向车内供热，保持车内温度。根据供热热源类型的不同，可将工程机械采暖装置划分为独立式采暖装置和非独立式采暖装置。其中，非独立式采暖装置又被称作发动机采热式装置，它将发动机在工作工程中产生的冷却水作为热源，通过热交换器和离心风机组合而成的暖风机进行加热，提高车厢温度。这种采暖方式具有操作性强、采暖成本低、高效便捷等优势，但这种采暖装置制热量较小，难以满足实际需要。因此，工程机械一般使用非独立式采暖装置。

2 空调器的快速故障诊断方法及常见故障类型

2.1 空调器的故障诊断方法

2.1.1 手触检查 工程机械空调系统在整个工作过程中，经常容易出现一系列故障和问题，因此要及时检查尽早发现并妥善处理。在检查高低压管的温度时，技术人员必须先将空调制冷调至最大，风量也调至最大，并进行直吹，保证空气的循环流动。此时，将手放在冷风出口位置会感觉到冰凉。一般地，温度必须保持在5℃左右，否则空调不能正常制冷。

同时，技术人员还可以通过触摸空调制冷剂循环回路来判断其故障，一般其低温低压一侧温度较低，触摸有冰凉之感。而高温高压一侧温度较高。用两手分别触摸压缩机的进气管和出气管，正常情况下进气管较凉，而出气管略微发烫，若二者差异不明显，则说明空调器的制冷剂不足或发生系统泄漏。轻触冷凝器，若其上部和下部温度无明显差异，则说明冷凝片发生堵塞，造成冷却功能丧失。用手触摸干燥器的进液管和出液管，若二者温差较小或无明显温差，则说明干燥器发生堵塞。用手触摸冷凝器出液管至膨胀器进液管之间的所有部件和管道，正常情况下其温度应一致，若局部存在温差，则说明故障发生在该处。而膨胀阀的进液管和出液管应该存在一定的温差，否则说明其存在故障。

一般地，当制冷系统处于正常状态时，高压管的温度应处于50~60℃之间，而低压管的温度应处于5~６℃之间手触有冰凉之感。如果手触制冷系统的高压管和低压管其温度均正常，但车内并不感觉凉爽，则说明故障可能出现在空调的温度调节系统。用手感觉系统出风口的风量大小，若风量过小则说明蒸发器存在堵塞问题，应及时清理。

2.1.2 目测检查 技术人员还可以通过目测法对整个空调系统进行检查，观察其运行状态有无异常，以便及早维修。在观察时可以先由系统的传送装置开始，观察传送皮带是否松弛或发生断裂，一旦传送皮带出现过松情况就容易打滑，从而加速系统的磨损，同时还影响动力的正常传送。另外，冷凝器和风扇也是故障多发地带，技术人员可以观察风扇散热片上是否沉积灰尘量过大，影响了风扇的正常运行，导致空调系统出现故障。

观察鼓风机的运转状态，若其在低、中、高速度时均能正常运转，则说明故障不在鼓风机内，若出现运转异常，则需及时维修处理，以免造成空气流动困难。

2.1.3 听诊检查 听诊检查也是一种十分重要的故障检查方法。技术人员可以接通开关，待压缩机工作一会儿后，再接通电磁离合器，若其发出一阵刺耳的摩擦声，则说明离合器出现打滑故障，影响了系统的正常功能。若接通后，压缩机传来一阵异常的敲击声，则说明压缩机存在阀门破裂或者松动等问题，导致轴承损坏或摩擦过大，从而发出噪音。若系统的传送带发出一种“唧唧”的响声，则说明传送带过松或磨损严重，应及时更换或维修。

2.1.4 窥视镜检查 一般地，在贮液干燥器的上盖处或其出口处有一个透明的玻璃窥视镜，以便技术人员及时检查循环制冷机的流量情况。当空调系统运行正常时，制冷剂是清澈透明且无气泡的，并时刻处于流动状态，此时蒸发器的出口温度较低，触手有冰凉感。但由于制冷剂是透明的，不易观察。因此，技术人员在观察时常常通过抖动发动机油门的方式来观察，若发现气泡则说明系统存在故障。另外，技术人员还可以重复开关空调，观察制冷剂的气泡情况，若空调关闭后制冷剂中仍有小气泡，但不久慢慢消失，则表明制冷剂的流量较为合适。同时，还要注意区分高温情况下的气泡，那是一种正常现象，不能和系统故障一概而论。通过窥视镜，每隔1~2s就可以观察到气泡的流动，若冷凝器出风口的温度较高，没有冰凉感，则说明空调系统的制冷机不足，需及时添加；若通过窥视镜观察到气泡不断，且出风口无冷感，则说明制冷剂泄漏严重，系统难以制冷。

2.1.5 压力表检查 将压力表连接在压缩机排气阀的高压端和进气阀的低压端，若发动机运行时，其转速保持在2000r/min左右，蒸发器入口处的温度在30~35℃之间时，表明系统运行正常。将风速调至最高，温度调至强冷，若此时高压端排气压力在1300·1500kPa之间，低压端压力在100~200kPa之间，则说明系统运行正常。当高压端的排气压力过大时，则说明风扇的V形传送皮带出现松弛或冷凝器位置出现堵塞，导致系统运行失常。

2.2 空调器的常见故障类型

2.2.1 压缩机故障 空调压缩机是空调器制冷系统中最重要的部件，它是一种高精度的机电一体化装置，在实际使用过程中是故障发生率较高的部位。故障一般包括泄漏和异响两种。其中，压缩机泄漏主要包括进出气口处泄漏、气缸体破裂、盖缸处泄漏、轴封处泄漏等。而造成压缩机异响的原因主要有气隙大小不合理、离合器打滑、进气阀或放气阀的弹簧损坏、制冷剂流量不足等。

2.2.2 离合器故障 空调电磁离合器也常会出现一系列故障，影响空调系统的正常运行。一般地，离合器发生故障后，常会出现以下现象：一是离合器无法带动压缩机正常工作，因荷载过大而出现啮合面不断打滑，摩擦产生热量导致温度过高，出现烧灼情况；二是固定线圈和转动部分发生严重摩擦，损坏电磁圈，使得离合器无法正常使用，影响空调系统功能；三是离合器的间隙过大或过小。

2.2.3 冷凝器及蒸发器故障 空调系统冷凝器及蒸发器故障类型一般包括泄漏和散热性能失灵两种类型。当冷凝器及蒸发器出现泄漏时，应及时通过补焊方式将泄漏部位填补起来，阻止泄漏的进一步扩大。而造成散热性能失灵的原因为冷凝器及蒸发器表面清洁不及时，导致散热性能恶化。此时，技术人员可以使用刷子蘸适量清水清洁其表面。

2.2.4 膨胀阀故障 膨胀阀堵塞是最常见的故障类型，发生堵塞后，系统内部气体无法正常流通，影响系统的使用寿命。而出现膨胀阀堵塞的主要原因有系统内部灰尘过多或存在水汽，技术人员应及时清理系统内部或更换干燥剂，从而消除故障。

参考文献：

[1]胡传正.工程机械空调系统故障诊断[J].工程机械与维修，2005(01).

[2]岳强，杨世轶.判断汽车空调系统故障的三种方法[J].汽车运用，2010(08).

[3]顾德东，谢光，黄志彬.空调系统故障引发DCS控制异常浅析[J].重庆电力高等专科学校学报，2012(04).

[4]康嘉，韩华，谷波，邱峰.制冷空调系统故障检测与诊断中的空气侧换热模型[J].上海交通大学学报，2011(09).

[5]黄永红，李念平，龙飞.基于神经网络的变风量空调系统故障诊断[J].微计算机信息，2007(07).

[6]徐艳雷，韩兵.基于自适应数值滤波器的空调系统故障诊断[J].计算机技术与发展，2011(12).

作者简介：章义（1986-），男，湖南长沙人，工程师，研究方向：机械工程及自动化。

4.高分子材料加工成型原理作业 篇四

第二章 聚合物成型加工的理论基础

1、名词解释：牛顿流体、非牛顿流体、假塑性流体、胀塑性流体、拉伸粘度、剪切粘度、滑移、端末效应、鲨鱼皮症。

牛顿流体：流体的剪切应力和剪切速率之间呈现线性关系的流体，服从牛顿黏性定律的流体称为非牛顿流体。

非牛顿流体：流体的剪切应力和剪切速率之间呈现非线性关系的流体，凡不服从牛顿黏性定律的流体称为非牛顿流体。

假塑性流体：是指无屈服应力,并具有黏度随剪切速率或剪切应力的增大而降低的流动特性的流体，常称为“剪切变稀的流体”。

胀塑性流体：是指无屈服应力,并具有黏度随剪切速率或剪切应力的增大而升高的流动特性的流体，常称为“剪切增稠的流体”。P13 拉伸粘度：用拉伸应力计算的粘度，称为拉伸粘度，表示流体对拉伸流动的阻力。

剪切粘度：在剪切流动时，流动产生的速度梯度的方向与流动方向垂直，此时流体的粘度称为剪切粘度。

滑移：是指塑料熔体在高剪切应力下流动时，贴近管壁处的一层流体会发生间断的流动。P31 端末效应：适当增加长径比聚合物熔体在进入喷丝孔喇叭口时，由于空间变小，熔体流速增大所损失的能量以弹性能贮存于体系之中，这种特征称为“入口效应”也称“端末效应”。

鲨鱼皮症：鲨鱼皮症是发生在挤出物表面上的一种缺陷，挤出物表面像鲨鱼皮那样,非常毛糙。如果用显微镜观察,制品表面是细纹状。它是不正常流动引起的不良现象,只有当挤出速度很大时才能看到。

6、大多数聚合物熔体表现出什么流体的流动行为？为什么？P16 大多数聚合物熔体表现出假塑性流体的流动行为。假塑性流体是非牛顿型流体中最常见的一种，聚合物熔体的一个显著特征是具有非牛顿行为，其黏度随剪切速率的增加而下降。此外，高聚物的细长分子链，在流动方向的取向粘度下降。

7、剪切流动和拉伸流动有什么区别？

拉伸流动与剪切流动是根据流体内质点速度分布与流动方向的关系区分，拉伸流动是一个平面两个质点的距离拉长，剪切流动是一个平面在另一个平面的滑动。

8、影响粘度的因素有那些？是如何影响的？

剪切速率的影响：粘度随剪切速率的增加而下降； 温度的影响：随温度升高，粘度降低； 压力的影响：压力增加，粘度增加；

分子参数和结构的影响：相对分子质量大，粘度高；相对分子质量分布宽，粘度低；支化程度高，粘度高；

添加剂的影响：加入增塑剂会降低成型过程中熔体的粘度；加入润滑剂，熔体的粘度降低；加入填料，粘度升高。

12、何谓熔体破裂？产生熔体破裂的原因是什么？如何避免？

高聚物熔体在挤出过程中，当挤压速率超过某一临界值时挤出物表面出现众多的不规则的结节、扭曲或竹节纹，甚至支离和断裂成碎片或柱段，这种现象称为熔体破裂。

原因：一种认为是由于熔体流动时，在口模壁上出现了滑移现象和熔体中弹性恢复所引起；另一种是认为在口模内由于熔体各处受应力作用的历史不尽相同，因而在离开口模后所出现的弹性恢复就不可能一致，如果弹性恢复力不为熔体强度所容忍，就会引起熔体破裂。

避免熔体破裂需注意：控制剪切应力与熔体温度；设计口模模唇时，提供一个合适的入口角，使用流线型的结构是防止聚合物熔体滞留并防止挤出物不稳定的有效方法。

第三章 成型用的物料及其配制

4、简述增塑剂的增塑机理，如何选用增塑剂？

增塑剂在加入聚合物大分子后，增塑剂的分子因溶剂化及偶极力等作用而“插入”聚合物分子之间并于聚合物分子的活性中心发生时解时结的联结点，由于有了增塑剂-聚合物的联结点，聚合物之间原有的联结点就会减少，从而使其分子间的力减弱，并导致聚合物一系列性能的改变。选用增塑剂要选择与树脂的相容性好、增速效率高、增塑效果持久、低温柔韧性好、电绝缘性好、耐老化性好、阻燃性好、毒性低等。

5、何谓稳定剂？简述热稳定剂的稳定机理。

凡在成型加工和使用期间为有助于材料性能保持原始值或接近原始值而在塑料配方中加入的物质称为稳定剂。热稳定剂的作用机理归纳如下：（1）捕捉降解时放出的HCL。(2）置换不稳定的氯原子（3）钝化具有催化作用的金属氯化物（4）防止自动氧化（5）与共轭双键结构起加成作用（6）能与自由基起反应。

8、何谓润滑剂？为什么润滑剂有内、外之分？

为改进塑料熔体的流动性能，减少或避免对设备的摩擦和粘附以及改进制品表面光亮度等，而加入的一类助剂称为润滑剂。

润滑剂中有一类与高聚物有一定的相容性，加入后可减少高聚物分子的内聚力，降低其熔融粘度，从而减弱高聚物分子间的内摩擦，此类润滑剂为内润滑剂。还有一类与高聚物仅有很小的相容性，它在加工机械的金属表面和高聚物表面的界面上形成一润滑层，以降低高聚物与加工设备之间的摩擦，此类润滑剂为外润滑剂。不同的相容性让润滑剂有了内外之分。

第五章 挤出成型

2、普通螺杆在结构上为何分段，分为几段？各段的作用如何？

螺杆的主要功能包括输送固体物料，压紧和熔化固体物料，均化、计量和产生足够的压力以挤出熔融物料，所以根据物料在螺杆上运转的情况可将螺杆分为加料、压缩和计量三段。

加料段是自物料入口向前延伸约4~8D的一段，主要功能是卷取加料斗内物料并传送给压缩段，同时加热物料；压缩段（又称过渡段）是螺杆中部的一段，在这段中物料除受热和前移外，主要是由粒状固体逐渐被压实并软化为连续的熔体，同时还将夹带的空气排出；计量段是螺杆的最后一段，其长度约为6~10D，主要的功能是使熔体进一步塑化均匀，克服口模的阻力使物料定量、定压的由机头和口模流道中挤出，所以这一段也称为均化段。

3、根据固体输送率的基本公式，分析当螺杆的几何参数确定之后，提高固体输送率的途径及工业实施方法。

提高固体输送率可从挤出机结构和挤出机挤出工艺两个方面采取措施。从挤出机结构角度来考虑，可增加螺槽深度；其次，可降低塑料与螺杆的摩擦系数，这就需要提高螺杆的表面光洁度；再者，可增大塑料与料筒的摩擦系数，料筒内表面要尽量光洁。

从挤出工艺角度来考虑，关键是控制送料段料筒和螺杆的温度。

9、何谓螺杆压缩比？为什么要有压缩比？在螺杆结构上如何实现？

通常将加料段一个螺槽的溶剂与计量段一个螺槽容积之比称为螺杆的压缩比。

压缩比对塑料挤出成型工艺控制有重要影响。挤出不同的塑料，根据塑料的物理性能选择螺杆的压缩比。

实现压缩比的途径：变动螺纹的高度或导程；螺杆根径由小变大或外径由大变小；螺纹的头数由单头变成二头或三头。

13、用方框图表示出挤出成型工艺，并注明各工艺环节所用的设备。

各工艺环节所用的设备：

原料的预处理和混合：烘箱或烘房； 挤出成型：挤出机、挤出机机头口模；

定性装置：真空定径（真空定径套、冷却水槽、真空泵等）和内压定径； 冷却装置：浸浴式冷却水箱或喷淋式冷却水箱； 牵引装置：滚轮式牵引机或履带式牵引机；

切割装置：圆盘锯切割机或自动星型锯切割机。

第六章 注射模塑

1、名词解释：塑化、塑化压力、注射压力

塑化是注射成型的准备过程，是指物料在料筒内受热达到流动状态并具有良好的可塑性的全过程。

塑化压力：采用螺杆式注射机时，螺杆顶部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力称为塑化压力，亦称背压。

注射压力：是指柱塞或螺杆顶部对塑料所施加的压力，由油路压力换算而来。

2、注射成型方法适合于何种制品的生产？为什么？请用框图形式表示一个完整的注 射成型工艺过程。

适合于热塑性塑料及多种热固性塑料制品的生产。

注射成型的成型周期短、生产效率高，能一次成型外形复杂、尺寸精准、带有嵌件的制品；生产热固性塑料时，不仅使其制品质量稳定、尺寸精准和性能提高，而且使成型周期大大缩短，劳动条件也得到改善。

6、与挤出机的螺杆相比，注射机的螺杆在结构上、运动上及功能上有何特点？

（1）注射螺杆在旋转时有轴向位移，因此螺杆的有效长度是变化的；（2）注射螺杆的长径比较小，一般为10-15之间；（3）注射螺杆的压缩比较小，一般为2-2.5之间；

（4）注射螺杆因有轴向位移，因此加料段应该长，约为螺杆长度的一半，而压缩段和计量段则各为螺杆长度的四分之一；注射螺杆的螺槽较深以提高生产率；

（5）注射螺杆在转动时只需要它能对物料进行塑化，不需要它提供稳定的压力，塑化中物料承受的压力是调整背压来实现的；

（6）为使注射时不致出现熔料积存或沿螺槽回流的现象，应考虑螺杆头部的结构。

13、为什么要保压？保压对制品性能有何影响？

熔体注入模腔后，由于模具的低温冷却作用，使模腔中的熔体产生收缩。为了保证注射制品的致密性、尺寸精度和强度，必须使注射系统对模具施加一定的压力（螺杆对熔体保持一定的压力），对模腔塑件进行补缩，直到浇注系统的塑料冻结为止。

对制品的密度、克服制品表面缺陷、制品的致密性、尺寸精度和强度都有一定的影响。

第七章 压延成型 简述压延机的基本结构和工作原理。

各类压延机除辊筒数目及排列方式不同外，其基本结构大致相同，主要由机座、机架、辊筒、辊距调节装置、润滑系统、传动装置、紧急停车装置等部分组成。

5.快速成型技术复习重点 篇五

快速成形技术全过程步骤：a.前处理b.分层叠加成型c.后处理 快速成形制造流程：CAD模型→面型化处理→分层→层信息处理→层准备→层制造→层粘接→实体模型 2． 什么是快速模具制造技术？该技术有何特点？ 快速模具制造就是以快速成形技术制造的快速成型零件为母模，采用直接或间接的方法实现硅胶模、金属模、陶瓷模等模具的快速制造从而形成新产品的小批量制造，降低新产品的开发成本。特点：制模周期短、工艺简单、易于推广，制模成本低，精度和寿命都能满足特定的功能需要，综合经济效益好，特别适用于新产品开发试制、工艺验证和功能验证以及多品种小批量生产

LOM涂布工艺

采用薄片型材料，如纸 塑料薄膜 金属箔等，通过计算机控制激光束，按模型每一层的内外轮廓线切割薄片材料，得到该层的平面轮廓形状，然后逐层堆积成零件原型。

SLS技术（选择性激光烧结成型技术）利用粉末材料如金属粉末 非金属粉末，采用激光照射的烧结原理，在计算机控制下进行层层堆积，最终加工制作成所需的模型或产品。4． 快速成形与传统制造方法的区别？

传统方法根据零件成形过程分为两大类：一类是以成型过程中材料减少为特征，通过各种方法将零件毛胚上多余材料去除，即材料去除法，二类是材料的质量在成型过程中基本保持不变，成型过程主要是材料的转移和毛胚形状的改变即材料转移法，但此类方法生产周期长速度慢。快速成型技术可以以最快的速度、最低的成本和最好的品质将新产品迅速投放市场。

硅胶模及制作方法 硅胶模具是制作工艺品的专用模具胶。

制作工艺 原型表面处理 制作型框和固定型框 硅橡胶计量，混合并真空脱泡 硅橡胶浇注及固化 拆除型框，刀剖并取出原型 7.构造三维模型的主要方法：a应用计算机三维设计软件，根据产品的要求设计三维模型b应用计算机三维设计软件，将已有产品的二维三视图转换为三维模型c防制产品时，应用反求设备和反求软件，得到产品的三维模型d利用网络将用户设计好的三维模型直接传输到快速成形工作站 光固化快速成形（SLA）有那几种形式的支撑？

a.角板支撑b.投射特征边支撑c.单臂板支撑d.臂板结构支撑e.柱形支撑

6.目前比较成熟的快速成型技术有哪几种？它们的成型原理上分别是什么？

液态光固化聚合物选择性固化成形简称SLA，粉末材料选择性烧结成形简称SLS，薄型材料选择性切割成形简称LOM，丝状材料选择性熔覆成形简称FDM

⑦SLA原理：1利用计算机控制下的紫外激光，按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹逐点扫描，使被扫描区的光敏树脂薄层产生光聚合反应，从而形成零件的一个薄层截面；2当一层固化完毕，移动升降台，在原先固化的树脂表面上再敷上一层新的液态树脂，刮刀刮去多余的树脂；3激光束对新一层树脂进行扫描固化，使新固化的一层牢固地粘合在前一层上；4重复2、3步，至整个零件原型制造完毕。『或SLA是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长（λ=325nm）和功率（P=30mW）的紫外光照射下能迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，材料也从液态转变成固态』

⑦SLS原理： 1在先开始加工之前，先将充有氮气的工作室升温，温度保持在粉末的熔点之下；2成型时，送料筒上升，铺粉滚筒移动，先在工作台上铺一层粉末材料；3激光束在计算机控制下，按照截面轮廓对实心部分所在的粉末进行烧结，使粉末融化并相互黏结，继而形成一层固体轮廓，未经烧结的粉末仍留在原处，作为下一层粉末的支撑；4第一层烧结完成后，工作台下降一截面层的高度，再铺上一层粉末，进行下一层烧结，如此循环，直至完成整个三维模型 FDM原理：加热喷头正在计算机的控制下，可根据界面轮廓的信息作X—Y平面运动和高度Z方向的运动丝状热塑性材料由供丝机构送至喷头，并在喷头中加热至熔融态，然后被选择性涂覆在工作台上，快速冷却后形成界面轮廓。一层截面完成后，喷头上升一截面层的高度在进行下一层的涂覆，如此循环，最终形成三维产品。

LOM:LOM快速成形系统由计算机原材料存储及送进机构、热粘压机构、激光切割系统、可升降工作台、数控系统、模型取出装置和机架等组成。计算机用于接受和存储工件的三维模型沿模型的成型方向截取一系列的截面轮廓信息发出控制指令原材料存储及送进机构将存于其中的原材料。热黏压机构将一层层成形材料粘合在一起。可升降工作台支撑正在成型的工件并在每层成形完毕之后，降低一个材料厚度以便送进、粘合和切割新的一层成形材料。数控系统执行计算机发出的指令，使材料逐步送至工作台的上方，然后粘合、切割，最终形成三维工件。b 原型制件过程

模型剖分 基底制作原型制作 余料，废料去除 后继处理

8.哪些成形方法需要支撑材料？为什么？

SLA、FDM需要制作支撑，LOM、SLS不需要制作支撑。原因：在SLA成形过程中为了确保制件的每一部分可靠固定，同时减少制件的翘曲变形，仅靠调整制件参数远不能达到目的，必须设计并在加工中制作一些柱状或筋状的支撑结构；LOM：工件外框与截面轮廓间的多余材料在加工中起到支撑作用，故不需支撑材料；SLS：未烧结的松散粉末可以作为自然支撑，故不需要支撑材料。

10.常用的快速成形技术所用的成形材料分别是什么？分别有什么要求？

SLA：材料为光固化树脂。要求：a.成形材料易于固化，且成形后具有一定的粘接强度b.成形材料的粘度不能太高，以保证加工层平整并减少液体流平时间c.成形材料本身的热影响区小，收缩应力小d.成形材料对光有一定的透过深度，以获得具有一定固化深度的曾片。

SLS：材料为所有受热后能相互粘结的粉末材料或表面覆有热塑（固）性黏结剂的粉末。要求：a.具有良好的烧结成形性能，即无需特殊工艺即可快速精确地成形原理b.对直接用作功能零件或模具的原型，其力学性能和物理性能要满足使用要求c.当原型间接使用时，要有利于快速、方便的后续处理和加工工艺。

LOM：薄层材料多为纸材，黏结剂一般多为热熔胶。对纸材要求：a.抗湿性b.良好的浸润性c.收缩率小d.一定的抗拉强度e.剥离性能好f.易打磨g.稳定性好。对热熔胶的要求：a.良好的热熔冷固性b.在反复熔化-固化条件下，具有较好的物理化学稳定性c.熔融状态下与纸材具有良好的涂挂性与涂匀性d.与纸具有足够的粘结强度e.良好的废料分离性能 FDM：材料为丝状热塑性材料。材料要求：a.黏度低b.熔融温度低c.黏结性要好d.收缩率对温度不能太敏感 11.这四种快速成形技术的优缺点分别是什么？

SLA优点：技术成熟应用广泛，成形速度快精度高，能量低。缺点：工艺复杂，需要支撑结构，材料种类有限，激光器寿命短原材料价格高。

SLS优点：不需要支撑结构，材料利用率高，选用的材料的力学性能比较好，材料价格便宜，无气味。缺点：能量高，表面粗糙，成形原型疏松多孔，对某些材料需要单独处理。LOM优点：对实心部分大的物体成形速度快，支撑结构自动的包含在层面制造中，低的内应力和扭曲，同一物体中可包含多种材料和颜色。缺点：能量高，对内部空腔中的支撑物需要清理，材料利用率低，废料剥离困难，可能发生翘曲 FDM优点：成形速度快，材料利用率高，能量低，物体中可包含多种材料和颜色。缺点：表面光洁度低，粗糙。选用材料仅限于低熔点的材料。

12.主要快速成形系统选用原则：A：成形件的用途（a检查并核实形状、尺寸用的样品b性能考核用的样品c模具d小批量和特殊复杂零件的直接生产e新材料的研究）B：成形件的形状C：成形件的尺寸大小D成本（a设备购置成本b设备运行成本c人工成本）E技术服务（a保修期b软件的升级换代c技术研发力量）F用户环境

13.快速成形的全处理主要包括：CAD三维模型的构建、CAD三维模型STL格式化以及三维模型的切片处理等

14.在快速成型的前处理阶段为什么要把三维模型转化为STL文件格式？STL格式文件的规则和常见错误有哪些？ 由于产品上有一些不规则的自由曲面，为方便的获得曲面每部分的坐标信息，加工前必须对其进行近似处理，此近似处理的三维模型文件即为STL格式文件

规则：a共顶点规则b取向规则c取值规则d合法实体规则 常见错误：a出现违反共顶点规则的三角形b出现违反取向规则的三角形c出现错误的裂缝或孔洞d三角形过多或过少e微小特征遗漏或出错

分析SLS SLA FOM LOM 质量及精度的影响因素及解决措施

答

从快速成型三个过程讨论

首先是前处理，四大成型工艺前处理工作基本相似，模型建立和切片。影响精度主要是切片，厚度越厚，叠加后工件侧面的台阶缺陷越明显，厚度越小，精度越高

SLA 1 树脂收缩及原因

树脂会发生收缩 导致零件成型过程中产生变形：翘曲

收缩原因;固化收缩和温度变化的热胀冷缩机器误差

设备自身精度所带来的误差 加工参数设置误差

激光功率 扫描速度 扫描间距设置误差 FDM 1 设备精度误差 由于设备自身有一定的加工范围以及其加工精度，对最后加工工件有一定的误差 2 成型过程的误差a 不一致约束 由于相邻两层的轮廓有所不同 成型轨迹也不同 每层都要受到相邻层的约束 导致内应力 从而产生翘曲 b 成型功率控制不当 功率过大 会导致刮破前一层 同时会烧纸 机器寿命降低 过小 粘结不好c工艺参数不稳定

会导致层与层制件或同层不同位置成型状况的差异 从而导致翘曲 或度不均

SLS 主要是激光的参数 1 激光功率密度过大 扫描速度过小 则局部温度过高 导致粉末气化 烧结表面凹凸不平反之 则粉末烧结不充分甚至不能烧结 建立的制件强度低或者不能成行 2 激光束扫描间距与激光束半径配合会影响激光烧结的质量

LOM 过程中误差造成的缺陷 1 喷头起停误差 2 路间缺陷 解决方法 控制相邻路间的粘结温度使得接触牢固 控制材料的横向流动填补空洞

6.铅球运动的力学原理与技术 篇六

推铅球，起源于古代人类用石块猎取禽兽或防御攻击的活动。现代推铅球始于14世纪40年代欧洲炮兵闲暇期间推掷炮弹的游戏和比赛，后逐渐形成体育运动项目。正式比赛的铅球由外铁内铅制作。男子铅球的重量为7.26 公斤，直径11～13厘米；女子铅球的重量为4公斤，直径为9.5～11厘米。比赛时，运动员应在直径2.135米的圈内，用单手将球从肩上推出，铅球必须落在落地区角度线以内方为有效。男、女铅球分别于1896年和1948年被列为奥运会比赛项目。

摘 要:用力学原理分析了铅球的运动,得到在空气阻力情况下投掷距离与出手高度、出手初速度和出手角度的函数关系,并对最佳出手角、技术要领作了简要讨论。

关键词:力学原理;轨道方程;投掷距离;最佳出手角;技术

铅球这项看似十分简单的运动项目,在竞技体育运动水平几乎达到极限的今天,胜败往往只在毫厘之间,除运动员强健的肌肉和良好的心理素质外,其力学规律的分析和研究对提高运动员竞技水平尤为重要。1 力学模型

铅球在运动过程中,除受到重力作用外,还受到空气阻力和浮力作用,其轨道是一条弹道曲线,如果仅考虑重力作用,则铅球的投掷可视为抛射点高于落地点的抛射体运动。投掷铅球时,正确的出手动作是作用力通过铅球的质心,以获得最大的出手初速度。因此,飞行着的铅球不会发生旋转,可视为质点的运动。空气阻力与抛射体的运动速度有关,对投掷铅球的运动速度,可近似地认为阻力R与速度v成正比[1],即 R=-kv

(1)式中k为阻力系数。2 运动规律与轨道方程

成年女子承认记录的铅球重量w=40N 则其质量 m=w/g

(2)直径取d=0.095m,由阿基米德定律,它受到的浮力大小为 f=QgV

(3)(3)式中Q~10°为空气密度,V~10-4为铅球体积,g~101为重力加速度,则f~10-3, f/w~10-3/101=10-4<<1,所以,浮力可以忽略不计。

设运动员投掷铅球的出手高度为H,出手角度为H,出手初速度为v0,建立以铅球出手点为坐标 原点的直解坐标系(见图1)。

mdvx/dt=-kvx

(4)mdvydt=-mg-kvy

(5)

利用初始条件:vxo=vocosθ，vyo=vosinθH,分别对(4)、(5)式求积分,得

vx=vocosθe-kt/m

(6)

vy=(mg/k+vosinθ)e-kt/m-mg/k

(7)又t=0,xo=yo=0,对(6)、(7)式求积分,得 x=mvocosθ(1-e-kt/m)/k

(8)y=(m2g/k2+mvosinθ/k)(1-e-kt/m)-mgt/k(9)由(8)、(9)式,得铅球运动的轨道方程

y=(mg/kvocosθ+tgθ)x+m2g/k2 ln(1-kx/mvocosθ)

(10)

由(10)式可得到铅球落地点D与出手点O的水平距离S与H、v0及H的关系为-H=(mg/kvocosθ+tgθ)S+m2g/k2 ln(1-kS/mvocosθ)

(11)(11)式表明:铅球飞行的距离S取决于出手初

速度vo、出手高度H(主要取决于运动员的身高)和出手角度三个因素。由(11)式可知, m2g/k2ln(1-kS/mvocosθ)<0

则 0

0

另一方面,对铅球的飞行速度,k值较小,可将(10)式展开,得 y=xtgθx3kg/3mvo3cos3θ-……(12)

由(12)式可知,铅球的轨道在初始时近似于抛物线,随着水平距离x的逐渐增大,轨道形状逐渐与抛物线形状偏离。这里不妨以李素梅的一组数据[2]估计k值:S=20.30m,H=38.69°, H=2.00m,vo=13.51ms。将以上数据代入(12)式求得k≈0.021。可见对铅球的运动k值较小,用展开式(12)式就足够了。3 三个要素

当vo、H一定时,取(12)式的前三项,得到含有H的关于S的三次方程,由解三次方程的理论,有

(13)式中a、b、c、d是将(12)式写成三次方程的简化形式得到的系数[3]。

由(13)式可知,在出手初速度和出手角度一定的情况下,投掷距离随出手高度的增加而增加。因此,在相同技术水平条件下,个子高的运动员推得更远些。对每个运动员而言,在不致破坏合理出手角的前提下,应增大出手高度。如出手高度从1.98m增加到2.14m,投掷距离可增加0.28～0.46m[4]。

当vo、H一定,出手角度多大时,投掷距离最远?要从(11)式得出解析关系式十分困难,通常用数值解法,但若忽略空气阻力,则问题大为简化,其结论仍然有效,对提高运动成绩仍有指导意义。

令(4)、(5)两式中的k=0,利用初始条件求积分后消去时间t,得到此时铅球运动的轨道方程为

3(15)式给出S∝sin2H,使S取极大值的H角称为最佳出手角。将(15)式对H求导数,并令dSdH=0,可得最佳出手角度

故Hmax略小于45°时,投掷距离最远;当vo愈大时,最佳出手角Hmax愈接近于45°。仍以李素梅的数据代入(16)式,得到

Hmax≈42.22°<45°

李素梅的实际出手角度是38.69°,可见在当时的情况下,她的成绩还可以进一步提高。如世界优秀运动员斯卢皮亚内克取得21.41m的成绩时的出手角是40.00°。文献[4]给出运动实践的合理出手角为38°～42°。当H、H一定时,(15)式给出S∝vo2,故应尽力增大出手初速度。

综合而言,在正常情况下,三个要素中最关键、最有效的是铅球的出手初速度,它是影响投掷成绩的首要因素,最佳出手角度是运动员最优发挥的重要因素,出手高度对铅球飞行距离有较大影响。对每一个运动员而言,由于身高是不能改变的,主要精力应集中在提高出手初速度上,在爆发力充分发挥的前提下,把握最佳出手角度是进一步提高成绩的决窍。4 技术要领

以上分析表明:铅球运动员竞技能否获胜的关键在于是否能提高铅球的出手初速度。出手初速度包括两部分,即vo=v+vr,v是人体对铅球的牵连速度,vr是铅球相对于人体的相对速度。运动员把全身的力量通过投掷臂、手腕和手的动作集中作用于铅球的最后用力(肌肉爆发力)是决定vr的重要因素。滑步技术、旋转推球则是提高v的关键技巧。滑步是利用人体和铅球的惯性,使人体和铅球获得一定的水平加速度从而提高v,旋转是使铅球沿弧线用较短的时间获得更长的工作距离从而提高v,滑步或旋转与最后用力必须紧密衔接,用力方向必须与铅球出手时的飞行方向一致,以最快的出手初速度,最佳的出手角度将铅球推至更远。据有关资料报道[4],助跑推铅球比原地推铅球成绩提高1.5～2.5m。李素梅打破了这一“技术完善论”的最大

值,使之提高到3.30～3.56m[2]。

7.快速成型技术的原理 篇七

电力设备外绝缘污闪,是阻碍电力系统安全运行的难题之一[1]。变电站高压绝缘子由于污秽[2]、覆冰[3]、过电压等原因可能会引起闪络故障。发生闪络故障时,由于微机保护交流采样算法数据窗的存在,使得故障切除时间在断路器开断时间的基础上增加了延时,对系统的暂态稳定造成影响。在闪络故障的事故处理中,由于需检查绝缘子数量多,闪络点不明显等因素的影响,使得故障位置的查找存在困难,影响事故处理速度。若能实现对绝缘子闪络故障的快速监测,则上述两个问题可成功解决。

1 实现绝缘子闪络快速监测的必要性

1.1 快速切除闪络故障,提高系统暂态稳定性

目前继电保护原理一般是基于故障后的稳态基频分量来实现的[4],即需要保护的模拟量输入系统多次采样数据,然后通过一定算法得到基频电量,并进行处理,判断是否跳闸。傅里叶级数理论和数据拟合理论是较为常见的交流采样算法的理论依据,典型的交流采样算法有全波傅里叶算法、半波傅里叶算法、最小二乘法等[5]。不论何种算法,都需要在故障发生后一定时间,通过足够多的采样点,才能计算出所求基频电量的模值和相角。采样所需时间一般称为采样数据窗,全波、半波傅里叶算法的采样数据窗分别为20 ms和10 ms,最小二乘法的采样数据窗一般大于10 ms[5,6]。电力系统主保护切除故障的时间主要由采样数据窗和断路器开断时间(分闸时间与电弧燃烧时间之和)组成。断路器开断时间一般小于50 ms且具有一定分散性,所以采样数据窗对故障的快速切除起决定作用。数据窗越长,故障存在时间越久,系统中发电机组功角特性曲线故障切除角越大,对系统暂态稳定的影响越严重。

当发生绝缘子闪络故障时,若能对其实现快速监测并与微机保护装置配合,则可以立即作用于绝缘子相邻断路器跳闸,避免由采样数据窗带来的延时,提高系统暂态稳定性。图1为绝缘子闪络故障时系统中某发电机功角特性曲线,可以看出当采样数据窗延时存在时,故障切除角较大,加速面积S1较无采样数据窗时的S1增加,即发电机转子在故障期间过剩动能的积累增大,功角恢复稳定的时间延长,可见采样数据窗延时对系统暂态稳定性具有一定负面影响。

1.2 减小故障位置查找时间,提高事故处理速度

各级调度规程一般要求运行人员在事故跳闸后尽快向值班调度员汇报检查情况等事故信息,为随后的倒闸操作提供依据(如华东网调规程要求其500 k V变电站需在故障发生后15 min内向网调值班调度员进行详细汇报)。当变电站发生绝缘子闪络故障时,考虑到需检查绝缘子多、闪络点不明显、保护动作较复杂等因素的影响,使故障位置的查找存在较大难度,如遇深夜发生故障,则会进一步增加难度,若查找不及时则会造成故障隔离拖延,影响恢复送电。

某500 k V变电站220 k V IM一次接线简图如图2所示。

对于图2中220 k V IM保护范围内绝缘子闪络故障的情况,事故处理中需检查的绝缘子包括(在图2中已作虚线标记):

a.IM上出线、主变、分段断路器绝缘子。

b.IM上出线、主变、分段、母联单元母线侧断路器接地开关绝缘子。

c.IM上出线、主变、分段、母联单元I母隔离开关绝缘子。

d.IM上出线及主变单元II母隔离开关非母线侧绝缘子。

e.IIM上出线及主变单元I母隔离开关母线侧绝缘子。

f.IM接地开关绝缘子。

g.IM避雷器、电压互感器及其隔离开关、接地开关绝缘子。

h.IM母线支持绝缘子及悬式绝缘子。

若IM、IIM上出线及主变单元较多,则事故处理中需检查的绝缘子可能达到上百个。可见对于类似上述复杂故障的事故处理,需检查的绝缘子很多,这会对事故处理速度造成影响。若能实现绝缘子闪络的快速监测,并与相应测控装置配合,则可以迅速向运行人员告警闪络位置,极大提高事故处理速度。

2 基于Rogowski线圈原理的变电站绝缘子闪络快速监测方法

2.1 Rogowski线圈基本原理

传统的Rogowski线圈实际上是均匀密绕在环形非磁性骨架上的空心螺线管[7],其结构示意图如图3所示。

理论证明,Rogowski线圈输出电压u(t)与被测电流i1(t)的导数成正比,即

式中,M为互感系数。当线圈截面S、匝数N、总长度l已知时,可推导得出输出电压为[8]式(2)。

式中,μ0为真空中磁导率。

实验表明,基于Rogowski线圈原理的电子式电流互感器能准确反映一次侧暂态电流的变化情况,具有无饱和、测量准确、响应速度快的特点[9]。基于Rogowski线圈原理的变电站绝缘子闪络快速监测方法也有相同的优势。

2.2 基于Rogowski线圈原理的变电站绝缘子闪络快速监测系统

图4为基于Rogowski线圈原理的变电站绝缘子闪络快速监测系统的原理示意图。本系统的实现基于Rogowski线圈原理与电子技术理论,其原理电路的构成有Rogowski线圈、无限大增益运放、两个或非门组成的基本RS触发器及其他电子器件。图中基本RS触发器的逻辑表达式为式(3)、(4)。

由式(3)、式(4)可分析得出触发器功能表如表1所示。

基本RS触发器和同步RS触发器等带时序电路的触发器相比,其动作时间不受时序电路脉冲周期的影响,仅由逻辑门的传输延迟时间决定,此时间极小,可达纳秒级。

当监测系统安装时,需对RS触发器初始化,即手钦FA复归按钮(先合再分),使R先置1再置0。初始化后输入R、S为0,输出Q为0。

绝缘子无闪络故障时,i1恒为0,则u(t)=Mdi1(t)/dt=0,运放A输出为0,光耦IC1、IC2内发光二极管均不发光,光敏三极管截止。此时R、S状态不变,Q输出为零。

若t=0时绝缘子发生闪络故障,设闪络时绝缘子等效电阻为R,,则

通过式(5)可知u(0+)不等于0,则绝缘子闪络时uA瞬时输出+VCC或-VCC,IC1或IC2内发光二极管亮,相应光敏三极管导通,S瞬时置1,Q输出为1。由于R恒为0,由表1可知Q输出保持。

发生故障后Q可与保护装置配合,先于主保护作用于绝缘子相邻断路器跳闸,快速切除故障,避免由采样数据窗带来的延时。同时,Q还可与测控装置配合作用于后台报警,向运行人员告知闪络绝缘子位置,为事故处理提供参考。

故障处理完毕后需手钦FA按钮,恢复RS触发器初始状态。

分析图4可知闪络故障时监测系统的响应时间主要由三部分组成:运放的传输延迟、光耦的传输延迟、基本RS触发器的动作时间。每一部分的时间都很小,仅由其内部晶体管传输时间决定,一般可达纳秒级,总的时间对于电力系统来说可忽略不计。

若绝缘子在t为a(ms)时发生闪络故障,断路器开断时间为40 ms,且wa+ϕ=-π/2+2kπ,则通过上述分析可知故障发生后本监测系统相关电气量的波形如图5所示。

3 结论

本文提出了一种基于Rogowski线圈原理的变电站绝缘子闪络快速监测方法,当它与相关二次设备配合使用时,可以在发生闪络故障瞬间作用相关断路器跳闸,避免由微机保护采样数据窗带来的延时,提高系统暂态稳定。同时,还可以向运行人员告警故障位置,加快事故处理速度。

参考文献

[1]周兴韬,王玮,倪平浩,等.高压绝缘子污秽泄漏电流采集装置的设计与实现[J].电力系统保护与控制,2010,38(6):100-103,114.ZHOU Xing-tao,WANG Wei,NI Ping-hao,et al.Design and implementation of a device for acquiring leakage current on polluted high voltage insulator[J].Power System Protection and Control,2010,38(6):100-103,114.

[2]帅海燕,龚庆武,张园园.基于广义回归网络-改进差分进化算法的污闪电压预测研究[J].电力系统保护与控制,2010,38(19):107-113,136.SHUAI Hai-yan,GONG Qing-wu,ZHANG Yuan-yuan.Research of polluted flashover voltage forecasting on the basis of general regression neural network-modified differential evolution[J].Power System Protection and Control,2010,38(19):107-113,136.

[3]张良栋,石辉,张勇军.电网事故原因分类浅析及其预防策略[J].电力系统保护与控制,2010,38(4):131-133,150.ZHANG Liang-dong,SHI Hui,ZHANG Yong-jun.Analysis of causes and prevention methods for power network accidents[J].Power System Protection and Control,2010,38(4):131-133,150.

[4]李斌,李永丽,贺家李.一种提取基波分量的高精度快速滤波算法[J].电力系统自动化,2006,30(10):39-43,74.LI Bin,LI Yong-li,HE Jia-li.Accurate and fast filtering algorithm for fundamental component[J].Automation of Electric Power Systems,2006,30(10):39-43,74.

[5]邹智慧,李啸骢,罗晓芬,等.有效滤除偶次谐波的改进半波傅立叶算法[J].电力系统保护与控制,2009,37(20):65-68,107.ZOU Zhi-hui,LI Xiao-cong,LUO Xiao-fen,et al.Improved half-wave Fourier algorithm that can filtrate even wave components availably[J].Power System Protection and Control,2009,37(20):65-68,107.

[6]陈燕坤,王毅.智能保护算法的研究[J].继电器,2007,35(10):5-8.CHEN Yan-kun,WANG Yi.Study of intelligent protection algorithms in power net[J].Relay,2007,35(10):5-8.

[7]龙祖利.小型大电流Rogowski线圈设计及性能[J].高电压技术,2007(7):79-83,106.LONG Zu-li.Design and performance of miniature rogowski coil for heavy current measurement[J].High Voltage Engineering,2007(7):79-83,106.

[8]张红岭,王海明,郑绳楦.Rogowski线圈的结构与电磁参数的研究[J].高电压技术,2006(6):21-24.ZHANG Hong-ling,WANG Hai-ming,ZHENG Sheng-xuan.Study of dimensions and electromagnetic parameters of rogowski coils[J].High Voltage Engineering,2006(6):21-24.

8.快速成型技术的原理 篇八

【关键词】快速成型技术；粮食机械设备；应用

所谓的快速成型技术也被人们称之为快速原型制造，这种技术早在20世纪80年代末的时候就已经被人们研发出来，然而随着时代的不断进步，人们也将许多先进的科学技术应用到其中，从而使其快速成型技术得到有效的完善。目前，由于快速成型技术在使用过程中，可以快速、准确将产品制造出来，因此人们已经把它应用各个行业当中，尤其是在制造业、农业等领域中得到了更加广泛的应用。下面我们就对快速成型技术在粮食机械中的实际应用进行简要的介绍。

一、快速成型技术的原理和特点

快速成型技术的应用，已经充分的说明了在当前人类社会发展的过程中，对于材料的加工、产品的生产已经彻底的摆脱了传统的刀具切削方法，采用一种全新的加工技术，并且在计算机技术、激光技术等先进的科学技术的支持下，来对产品或者产品原型进行三维加工。其具体的工作流程主要有以下几点：

1、在对工件进行加工处理前，人们首先要利用计算机辅助设计软件，来对所加工的产品的三维模型进行设计处理，从而形成一个符合人们制作要求的三维设计模型。在一般情况下，人们将这一步工作流程称之为反求工程。

2、在三维模型设计完成以后，人们就按照相关的工艺要求和制作规则来对该模型进行切片处理，在各个层面上都切割成一个二维的轮廓。

3、然后在根据各个层片所提供的轮廓信息为加工参考数据，来对产品的生产工艺进行规划，再经过计算机技术的出来，来对合适的加工参数进行选择。

4、在成型设备中根据产品的成型工艺输入相关的控制职能，使产品的各、各个截面的轮廓可以快速的形成。

5、在对产品截面轮廓进行完成以后，人们也可以采用层层堆积的施工方法，来对产品进行更深层次的加工处理，比如深度固化、着色等。

由此可见，快速成型技术在实际应用的过程中，并不需要刀具或者模具的制作，可以直接通过逐层叠加堆积施工的方法来对其进行处理，这样不仅可以保证产品的制作质量，还能提高了产品或者产品原型的制造效率，其技术特征主要表现为：

1、高度柔性。快速成型技术在实际应用的过程中，不需要刀具、模具等制作工具，就可以对产品进行加工质量。

2、制造快速。在一般情况，采用快速成型技术来对产品进行加工和制作，其整个生产流程只需要几个小时到十几个小时。

3、自动化程度高。目前我们在对产品进行制作的过程中，为了对其加工制作工艺进行简化，降低工作人员的劳动量，就将自动化技术和计算机信息技术应用到其中，从而使得快速成型技术的自动化程度得到明显的提升。

4、可选材料的广泛性。快速成型技术中采用的材料可分为直接成型用材料和间接复制用材料2类，直接成型用材料有聚合物、纸、金属、砂和陶瓷等，采用不同的工艺及成型机时选用不同材料。将快速成型机制作的工件当作母模，用硅橡胶、金属基或陶瓷基合成材料、反应成型塑料和石膏等，可以方便地复制模具塑料件和金属件，这些材料称作间接复制用材料。

5、广泛的应用前景。由于快速成型技术特别适合于新产品开发，单件及小批量零件制造，不规则零件或复杂形状零件的制造，模具及模型设计与制造，也适合于难加工材料的制造，故在越来越多的领域中得到推广应用。

二、几种典型的快速成型工艺

目前己有多种商品化的快速成型技术和快速成型机，其工作大都是基于“增长”法成型的基本原理，即用一层层小薄片轮廓逐步叠加成立体工件。通常按制造工艺原理，即薄片采用的原材料类型，根据由原材料构成薄片轮廓的方法以及薄片层之间连接方式的不同对快速成型分类。

1、液态光敏聚合物选择性固化工艺

SL工艺是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长（P=325mW）和功率（P=30m1}）的紫外光的照射下能迅速发生光聚LOM工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等，片材表面事先涂上一层热熔胶，加工时一用二氧化碳光器（或刀具）在计算机控制下切割片材，然后通过热压辊热压，使当前层与下面己成型的工件粘接，从而堆积成型。

快速成型技术展示了一个全新的设计、制造理念，在进行粮食机械产品研制开发中，对十结构（或外形）特别复杂的关键零件，按常规方法设计、试制需要花费大量的时一间和财力，而利用快速成型技术可在很短的时一间内制作出产品零件或原型，由此可对其设计外形进行评价，对其功能进行模拟测试，并可作装配试验，从而对设计图纸及参数进行修改、完善。如设计去石机时，为了使筛面上物料呈均匀的半悬浮状态，不出现“死角”，除了考虑匀风装置等因素以外，一般去石机的吸风口都要求设置在去石机的中心位置，以使穿过去石板各点的空气流线有基本相同阻力。

此外，粮食加工过程中大量使用各种风机、气力输送及通风除尘等设备和相关件，对十叶轮、机壳、进风口（集流器）等一些具有复杂曲面形状的关键零件，利用快速成型方法来设计制作、试验和定型，也是很适宜的。

2、快速模具制造

应用快速成型方法快速制作工具或模具的技术一般称为快速工/模具技术，目前快速工/模具技术己成为快速成型技术的一个广阔的应用领域和研究热点。粮食机械制造业为了提高产品质量、降低成本，己经采用或必将采用相当数量的模具进行生产，其中用的最多的有铸模、注塑模、冲模以及适合小批量生产的一些经济模具，如低熔点合金模具等。由于一些复杂零件的模具往往造价高，制作难度大，周期长，母模的制造往往成为设计和制造的难点，影响了高性能新产品的试制及产品零件的模具化生产。

四、结束语

目前，在我国社会经济发展的过程中，人们已经将快速成型技术广泛的应用在各个行业当中，这不仅减少了人们的工作强度，还是得工作效率得到有效的提高。而将快速成型技术在我国农业生产中的应用，也很好的提高了农作物的生产效率，从而促进了我国农业经济的发展。

参考文献

[1]顾尧臣.粮食机械与粮食加工工艺的关系（一）[J].粮食与饲料工业，1998（11）

9.浅谈CPU低功耗的技术原理 篇九

要想解决CPU的高功耗，制程的提升是最直接的改善的方法，一条粗的电阻丝和一条细的电阻丝谁的功耗大，对于稍有电学知识的人来说是个很容易理解的问题。这也有助于我们来认识制程改进是如何达到降低降低功耗的目的。在CPU中同样使用到了电路与各个细小的元件连接，虽然这些电路及其细微，但由于如果全部连接起来的话像CPU这样的超大规模集成电路的线路长度将达到一个恐怖的数量级，功耗就会在这些线路中被转换热量。而制程的提升则把这些线路变得更细，功率也可借此而大幅下降。用65nm工艺制造的奔腾D850，比起90nm工艺制造的制造的同样CPU来功耗下降30W就是最好的佐证。

降低电压

高电压是造成功耗提升的一个重要因素，电压与功耗总是成正比的关系。在CPU中最大功耗可由核心电压最大电流简单计算而估得。通常CPU内部的电流都是不可减小的，而且集成电路都属于高电路设备，目前CPU中最大的电流已经达到了60W以上。因此虽然供给CPU的电压并不大，但与大电流相乘后，带来的功耗也是不容忽视的。不过正因为电压的基数小，即使降低的幅度不太大，所带来的功耗下降仍然相当明显。不过电压并不是说降就能降的，一旦降得过低，内部的CMOS管就会变得及其不稳定，工作可靠性也随之大大降低。这还必须进行彻头彻尾的技术改进和材料改进才能达到。

减少晶体管数量

CPU界总是使用晶体管数量来衡量，集成技术的高低，老大Intel更是这一方式的忠实拥护者，按照摩尔定律所说的18个月晶体管数量翻一番的速度进行增长，

在Prescott核心的奔腾4上，晶体管数量就达到了已经达到了1.69亿个的水平，比前辈Northwood核心增加了两部以上，因此虽然工艺更先进，但功耗反而继续提升。并且随着多核心和大缓存技术的流行，晶体管的数量也直线成几何速度增长。数以亿计的晶体管本身就是个消耗能源的大户。在相同制程下，越高的晶体管数量拥有越低的功耗已经是一个既成的事实。通过优化设计，减低晶体管数量是一行之有效的降低功耗手段。

降低频率

10.软件无线电的主要原理及技术 篇十

本文主要介绍了软件无线电的概念、主要原理、关键技术及在生活中的广泛应用。它是以开放性、标准化、模块化、通用性、可扩展的硬件为平台，通过加载各种应用软件来实现不同用户，不同应用环境的不同需求，是以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑的新的无线电通信体系结构，是数字无线电的高级形式。首先介绍了软件无线电的理论基础，即带通采样理论，多速率处理信号技术，高效信号滤波，数字正交变换理论，这些都是软件无线电实现的理论基础，然后是其关键技术，宽带智能天线技术，A/D转换技术，数字上/下变频技术，数字信号处理部分，这些技术是实现软件无线电的关键和核心所在。最后，对其应用领域也进行了描述，指出其在个人移动通信，军事通信，电子站，雷达和信息加电中的巨大潜力。

软件无线电这个术语最早是美军为了解决海湾战争中多国部队各军种进行联合作战时遇到的互通互操作问题而提出的新概念。陆，海，空三军简单就工作频段来分，解决了互不干扰问题，但三军联合作战时互通，互联，互操作问题难以解决，于是1992年提出了软件无线电的最初设想，并于1995年美国国防高级研究计划局提出了

SPEAKEASY计划，称之为易通话计划，其最终目的是开发一种能适应联合作战要求的三军统一的多频段，多模式电台，即MBMMR电台。进而实现联合战术无线电系统(简称JTRS)，它是在MBMMR的基础上提出的一种战术通信系统。

软件无线电以开放性，标准化，模块化，通用性，可扩展的硬件为平台，通过加载各种应用软件来实现不同用户，不同应用环境的不同需求，实现各种无线电功能，选用不同软件可实现不同功能，软件可以升级更新，硬件也可像计算机升级换代，可称为超级计算机。它是以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑的新的无线电通信体系结构，是数字无线电的高级形式。

理想软件无线电的结构框图：

嘉兆科技

CORAD

一、软件无线电的理论基础

? 采样理论：由于软件无线电所覆盖的频率范围一般都要求比较宽，例如从0.1MHZ到2.2GHZ，只有具有这么宽的频段才能具有广泛的适应性。对于如此宽的频带采用Nyquist低通采样所需的采样速率至少要大于4.4GHZ，在目前很不实际。所以无法使用Nyquist采样定理，而必须采用带通采样。一种接近理想化的软件无线电设计方案称为射频直接带通采样软件无线电体制，在天线与A/D间只存在跟踪滤波器和放大器，与软件无线电所要求的A/D尽可能靠近天线的设计宗旨完全一致。

? 多速率信号处理：带通采样定理大大降低了所需的射频采样速率，但从软件无线电的要求来看，带通采样带宽应越宽越好，对信号有更宽的适应性，这样就应当使采样速率尽可能地宽。然而又会导致后续的信号处理速度跟不上，因此要对A/D后的`数据流进行降速处理。抽取和内插是最基本最重要的基本理论，对于软件无线电的研究及数字下/上变频器的实现有重大作用。

整数倍抽取是把原始采样速序列x(n)每隔(D-1)个数据抽取一个，形成一个新序列xD(m)，即xD(m)=x(mD)，这样经过抽取的数据流速率只有后者的D分之一，显然大大降低了对后处理速度的要求，也提高了频域分辨率。这是软件无线电接收机的理论基础。

整数倍内插是在两个原始抽样点之间插入(I-1)个零值，也形成一个新序列xI(m),即xI(m)=x(m/I),经过内插大大提高了时域分辨率，也可以用来提高输出信号的频率。显然内插器起到了上变频作用。它是软件无线电发射机的理论基础。

整数倍抽取和内插都只是频率变换的一种特殊情况，实际中往往用到分数倍变换，它可通过先进行I倍内插，再进行D倍抽取来实现。(注意必须内插在前，以免引起信号失真)。

? 高效数字滤波：实现取样速率变换的主要问题是如何实现抽取前或内插后的数字滤波。FIR滤波器相对与IIR滤波器有许多独特优越性，线性相位，稳定性等。可采用窗函数法来设计，简单，直观，但滤波性能不是最佳。也可采用最佳滤波器的设计。半带滤波器适合于实现D=2的M幂次方倍的抽取或内插，计算效率也高实时性高。而在实际的抽取系统中抽取因子D往往不是2的M幂次方，此时可以积分梳状滤波器和半带滤波器结合起来使用。 ? 数字正交变换理论：对一个实信号进行正交变换而用一个复解析信号来表示是因为从解析信号很容易获得三个特征参数：瞬时幅度，瞬时相位和瞬时频率，它们是信号分析，参数测量或识别解调的基础。窄带信号可用解析信号和基带信号表示，对于要满足高虚假抑制的要求，可采用数字正交混频的方法实现，即先对模拟信号x(t)通过A/D采样数字化形成数字序列x(n),然后与两个正交本振序列cos(w0n)和sin(w0n)相乘，再通过数字低通滤波器来实现。在采样速率很高时，对后续的数字低通滤波实现较困难。还可以采用基于多相滤波的数字正交变换，需用到抽取和内插理论。

二、软件无线电中的关键技术

● 宽频段智能天线技术

软件无线电要求接收机从天线接收的应该是宽频带信号，同时，由于射频信号的高频率，使得信号干扰成为严重问题，为获取宽带信号和减少干扰，使用宽带智能天线成为最好的选择。由于频谱资源的缺乏，提出了从空域来提高频谱利用率的想法，对位于不同空域的用户分配相同的时间，频率和伪码，通过电磁信号的空间隔离来消除用户之间的干扰。智能天线就是在这种想法下提出的一种新型天线系统通过对多个天线阵元输出的信号进行幅相加权获得所需的天线波束指向来实现空间分离。基于软件无线电的智能天线包括单信道智能天线，多信道智能天线和信道化智能天线。它们的核心和理论基础是波束形成法。

● A/D技术

软件无线电体系结构的一个重要特点是将A/D和D/A尽量靠近射频前端，为减少模拟环节，在较高的中频乃至射频信号进行数字化，要求A/D具有适中的采样速率和很高的工作带宽。A/D的工作过程大致可以分为采样，保持，量化，编码，输出等几个环节。在模数转换中，衡量A/D转换性能的指标有：A/D转换位数，位数越高，灵敏度越高;信噪比(SNR)，提高采样频率或降低模拟信号带宽都可以提高A/D信噪比;无杂散动态(SFDR)，反映的是在A/D输入端存在大信号时，能检测出小信号的能力;有效转换位数(ENOB)，信号越大，信号频率越低，所得到的转换位数越多;孔径误差，是由于模拟信号转换成数字信号需要一定的时间来完成采样，量化，编码等工作而引起的，可在其前加一个采样保持放大器，从而减少孔径误差。在软件无线电的设计中，A/D器件的选择应保证软件无线电功能和性能的实现，应遵循以下选取原则：

1、采样速率选择：若A/D之前的带通滤波器的矩形系数为r,为防止带外信号影响有用信号，应取采样速率fs≥2B’=2rB,允许过渡带混叠时，fs≥(rwww.unjs.cOm/news/55B30022313FB7DF.html+1)B

2、采用分辨率好的A/D器件。分辨率主要取决于器件的转换位数和器件的信号输入范围，转换位数越高，信号输入范围越小，A/D的转换性能越好。

3、一般来说A/D转换位数越高越好。因为其转换位数越高，其动态范围越高。

4、根据环境条件选择A/D转换芯片的环境参数，其功耗尽可能的低。

5、根据接口特征考虑选择合适的A/D转换器输出状态。

● 数字下/上变频器

数字下/上变频器主要是基于前面所述的抽取和内插理论。

数字下变频(DDC)和模拟下变频是一样的，就是输入信号与一个本地震荡信号的乘法运算。与模拟下变频相比，数字下变频的运算速度受DSP处理速度的限制，同时其运算速度决定了其输入信号数据流可达到的最高速率，相应也限定了ADC的最高采样率。数字下变频器的组成包括数字混频器，数字控制振荡器(NCO)和低通滤波器。 NCO产生的本振信号输入到数字混频器与输入的信号进行混频。数字混频器 就是一个乘法器，信号经混频后，输出到低通滤波器以滤除倍频分量和带外信号，然后进行抽取处理。由于下变频器工作原理较简单，可以很方便地利

用FPGA或ASIC技术来设计实现。典型的数字下变频有功能强大的单信道DDC产品HSP50214B及四通道的HSP50216。

数字上变频(DUC)的主要功能是对输入数据进行各种调制和频率变换，即在数字域内实现调制和混频。典型的代表是只能进行单路数据调制的HSP50215和可进行四路数据调制的GC4114

● 数字信号处理

数字信号处理器(DSP)是整个软件无线电方案的灵魂和核心所在。软件无线电的灵活性，开放性，兼容性等特点是通过以数字信号处理器为中心的通用硬件平台及DSP软件来实现的，从前端接收来的信号或将从功放发射出去的信号都要经过数字信号处理器的处理：或进行频谱分析，信号解调，信号类型识别，或进行信号的数字上下变频，或进行各种式样的数字调制，数字滤波，比特流的编码，译码，同步信号的获取等。软件无线电中的数字信号处理器除了能适应运算的高速度，高精度，大动态范围，大运算量外，还应具有高效率的结构和指令集，较大的内存容量，较低的功耗等特点。DSP的重要特点是其处理速度远远大于一般的微处理器，功能是快速实现各种运算，尤其在卷积，相关，滤波，FFT等应用要用到的乘法累加运算中更能发挥其作用。DSP的编程既可以用汇编语言又可以用C语言，极大地方便了其开发人员。目前的DSP在功能和性能上都还不能满足软件无线电的要求，可以采用多率信号处理技术对采样信号进行预处理后(即所谓的数字下变频器)然后再用DSP来完成各种功能，也可以用多个DSP芯片并行处理的方法来提高DSP的数据处理能力。

三、软件无线电的应用

● 个人移动通信

软件无线电把硬件作为通信平台，使其尽可能脱离通信体制，信号波形以及通信功能，尽可能多地用软件来实现，可扩展性强，成为第三代移动通信的基石。把软件无线电技术应用到基站设计即软件无线电基站，它是一种多频段，多模式，多功能可扩展的“智能”基站，它根据不同时间，不同用户，选择最佳的工作频段，工作模式和与用户相

适配的功能与用户进行信息交换，以极大地提高通信质量和服务质量。除此之外，它还可用于多频多模手机，这一技术具有极大地挑战性。

● 军事通信

软件无线电最初是为了解决海湾战争中多国部队各军种进行联合作战时遇到的互通互操作问题而提出的新概念。1992年提出了软件无线电的最初设想，并于1995年美国国防高级研究计划局提出了SPEAKEASY计划，称之为易通话计划，其最终目的是开发一种能适应联合作战要求的三军统一的多频段，多模式电台，即MBMMR电台。进而实现联合战术无线电系统(简称JTRS)，它是在MBMMR的基础上提出的一种战术通信系统。

● 电子战

电子战的主要特点是频段宽，待处理的信号种类多，而目前的电子战系统往往是在已知或事先假设的几种信号样式下工作，一旦目标信号特征或通信方式发生变化，往往误失战机，所以研究一种工作频段宽，波形适应能力强，可扩展性好，既能适应通信信号，也能适应导航和敌我识别信号的综合电子战系统是现代信息战争的必然要求，软件无线电恰好是解决这一问题的最佳技术途径。软件化电子侦察接收机是基于软件无线电原理而实现的用于对目标信号进行分析识别，特征提取和参数测量，对通信信号还能解调信息的电子战侦察分析接收机，不仅能对各种通信信号侦察分析，也能对雷达信号，导航信号或是敌我识别信号进行侦察分析，是一种多频段，多模式，多功能的电子战接收机。

● 雷达和信息加电

目前设计研究的雷达往往功能单一，体制单一，无法适应在不同的环境下对不同属性的目标进行智能化跟踪探测的需要。如果能把软件无线电的设计思想应用于雷达的设计研制，那么就能比较圆满地解决目前雷达设计所存在的问题。

进入20世纪90年代，以高清晰度电视(HDTV)为标志的第三代电视以其接近理想的视听效果和多功能，成为新一代数字电视的发展方向。但目前在信道编码(调制方式)上还没有统一的国际标准，而且随不同的传输媒介而不同。基于软件无线电的HDTV解决方案可以较好地解决HDTV面临的这些问题。

四、结束语