【正文】 要高性能的控制和驅(qū)動，同時還需要高品質(zhì)的檢測環(huán)節(jié)，因此應在現(xiàn)有技術基礎上， μm以上精度的高速(60 m/min以上)線位移傳感器和100萬脈沖/r的角位移傳感器，此類技術國外對我國是封鎖的。(3)直線交流伺服系統(tǒng)　 直線交流伺服系統(tǒng)是下一世紀數(shù)控機床不可缺少的功能部件，目前我國還沒有成熟產(chǎn)品，因此應加強研究、開發(fā)和推廣應用。當然，這還要攻克主軸支承（陶瓷軸承、流體動靜壓軸承、磁懸浮軸承）技術、高精度高速動平衡技術、高速驅(qū)動、檢測與控制技術、高可靠性安全保證技術等關鍵技術。因此，在今后的若干年內(nèi)，我們必須大力促進數(shù)控機床功能部件的開發(fā)和專業(yè)化生產(chǎn)。這是因為，這種系統(tǒng)的硬件本身已經(jīng)是完全開放的，構成開放式數(shù)控系統(tǒng)的工作完全在軟件上，只要制定好標準和協(xié)議，從信息處理、軌跡插補、加減速控制、開關量控制到伺服控制都可以實現(xiàn)開放，從而可大大方便用戶的使用。這樣，以前由DSP完成的數(shù)字化伺服控制功能（如位置控制、速度控制、矢量變換控制等）均可由PC中的CPU完成，從而實現(xiàn)內(nèi)裝式伺服控制，這不僅有效縮小了數(shù)控部分的硬件規(guī)模，其硬件規(guī)模將達到最小化，整個數(shù)控系統(tǒng)除一個PC平臺外，剩下的只有驅(qū)動機床運動的功率接口和反饋接口。因此，我們在開發(fā)新型數(shù)控系統(tǒng)時，應優(yōu)先選用新型高性能CPU（如高主頻的Pentium II、Pentium III等）作為系統(tǒng)的運算和控制核心，并盡量用軟件來實現(xiàn)數(shù)控的所有功能。幾十年的經(jīng)驗表明，可靠性好壞是國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)能否發(fā)展的關鍵。另外還有一種正在發(fā)展的數(shù)字化分布式結構。PC機（包括工業(yè)PC）產(chǎn)量大、價格便宜，技術進步和性能提高很快，且可靠性高（工業(yè)PC主機的MTBF已達30年［3］）。④大力發(fā)展綠色數(shù)控機床。如以軟件代替硬件，從而減少硬件制造的資源和能源消耗及污染，并減少產(chǎn)品壽命結束后硬件裝置的拆卸回收問題；以永磁驅(qū)動代替感應驅(qū)動，提高效率和功率因數(shù)，節(jié)約能源；以電傳動代替機械傳動，提高效率，減少能源消耗。綠色是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，其主要思想是清潔和節(jié)約。因此，為了取得數(shù)控產(chǎn)品市場競爭的全面勝利，必須建立以技術支持和服務為核心的強大后方。 強技術支持和服務數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控機床作為典型的高技術產(chǎn)品，對用戶的技術支持和服務是相當重要的。以往，一些數(shù)控技術和產(chǎn)品的研究、開發(fā)部門，所追求的往往是一些體現(xiàn)技術水平的指標（如多少通道、多少軸聯(lián)動、每分鐘多少米的進給速度等等），而對影響實用性的一些指標和一些小問題卻不太重視，在產(chǎn)品的穩(wěn)定性、魯棒性、可靠性、實用性方面花的精力相對較少。 在商品化上狠下工夫近幾年我國數(shù)控產(chǎn)品雖然發(fā)展很快，但真正在市場上站住腳的卻不多。這種老是跟在別人后面走，按國外已有控制和驅(qū)動模式來開發(fā)國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，在技術上難免要滯后，再加上國外公司在我國境內(nèi)設立研究所和生產(chǎn)廠，實行就地開發(fā)、就地生產(chǎn)和就地銷售，使我們的產(chǎn)品在性能價格比上已越來越無多大優(yōu)勢，因此要進一步擴大市場占有率，難度自然就很大了。但回顧這幾十年的發(fā)展，可以看到我們在數(shù)控領域的進步主要還是按國外一些模式，按部就班地發(fā)展，真正創(chuàng)新的成分不多。為此，本文從總體戰(zhàn)略和技術路線兩個層次及數(shù)控系統(tǒng)、功能部件、數(shù)控整機等幾個具體方面探討了新世紀的發(fā)展途徑。特別是在通用微機數(shù)控領域，以PC平臺為基礎的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。最后，感謝在百忙之中評審論文和參加答辯工作的專家與教授們！參考文獻[1] (Ⅰ) [M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2001.[2] (Ⅱ) [M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2001.[3] 、制造、質(zhì)量檢測及國內(nèi)外實用手冊[M].中國知識出版社,2005.[4] [M].吉林工業(yè)大學,2000.[5] [M].北京:機械工業(yè)出版社,1996.[6] Vehic Object Simulation Model[M] .Programmers Manual,1976.[7] [M].汽車科技,2001.[8] 謝衛(wèi)國,[J].汽車工程,1991,(3):69～79.[9] [M].北京:北京理工大學出版社,1998.[10] [M].北京:北京理工大學出版社,1998.[11] (一) [M].長春:吉林科學技術出版社,1995.附錄A數(shù)控技術發(fā)展數(shù)控技術和數(shù)控裝備是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎。致謝本設計在任蘭鑄老師的悉心指導下完成。本設計以《汽車設計》為理論基礎，在設計中確定了轉(zhuǎn)向橋設計方案，設計了轉(zhuǎn)向橋及其零件組成，通過計算設計出了主要零件的尺寸、強度和合理的整體布局。作用在試件上的循環(huán)載荷最大值Pmax可取為汽車滿載時從動橋軸負荷G1的2..5（或2～3）倍；交變載荷的變化頻率可選為100～300次/min。這時先將剛度試驗用的千分表拆下，并繼續(xù)逐步、平穩(wěn)地加大載荷，并注意記錄材料達到屈服極限時的載荷及最后達到強度極限時的破壞載荷。左、右支承中心應在左、右車輪的中心線位置相重合，載荷應加到左、右鋼板彈簧座的中心線位置上。試驗時要求檢查并記錄首次出現(xiàn)裂紋時的循環(huán)次數(shù)，12萬次循環(huán)及60萬次循環(huán)時焊縫裂紋出現(xiàn)的部位及長度，以及最終斷裂時的循環(huán)次數(shù)等。 車道路實驗、使用實驗及整車室內(nèi)臺架試驗用于考核轉(zhuǎn)向橋及其零、部件的可靠性、耐久性；對各種道路的適應性及對整車結構的適應性；測定性能指標，例如轉(zhuǎn)向橋的轉(zhuǎn)向輕便性、轉(zhuǎn)向車輪的自動回正性能及直線行駛的穩(wěn)定性、有無轉(zhuǎn)向車輪的擺振及其擺振車速等，并要對發(fā)現(xiàn)的問題提出解決措施。此外，前束也可用角度——前束角表示，如圖43中的角。從而在很大程度上減輕和消除了由于車輪外傾角而產(chǎn)生的不良后果。 車輪前束車輪有了外傾角后，在滾動時就類似于滾錐，從而導致兩側車輪向外滾開。同時，車輪有了外傾角也可以與拱形路面相適應。是通過車輪中心的汽車橫向平面與車輪平面的交線與地面垂線之間的夾角，如圖42c所示。因此，一般內(nèi)傾角不大于80。但實際上車輪下邊緣不可能陷入路面以下，車輪將轉(zhuǎn)向車輪連同整個汽車前部向上抬起一個相應的高度，這樣，汽車本身的重力有使轉(zhuǎn)向輪回到原來中間位置的效應。本設計采用主銷后傾角為零。因穩(wěn)定力矩的大小取決力臂L的數(shù)值，而力臂L又取決于后傾角的大小。反力Fy對車輪形成繞主銷軸線作用的力矩FyL，其方向正好與車輪偏移方向相反。主銷后傾角能形成回正的穩(wěn)定力矩。即當轉(zhuǎn)向輪在偶遇外力作用發(fā)生偏移時，一旦作用的外力消失后，應能立即自動回到原來直線行使的位置。va——汽車行使速度，mm/s。轉(zhuǎn)向節(jié)襯套的許用擠壓應力為[c]=50MPa。主銷采用20Cr,20CrNi,20CrMnTi等低碳合金鋼制造，滲碳淬火，～,56～62HRC?！喬ヅc路面的側向附著系數(shù)，計算時可取=.取Ql, QMZL, QMZR中最大的作為主銷的計算載荷Qj,計算主銷在前梁拳部下端處的彎曲力w和剪應切力sw===413 MPa (342)s===66 MPa (343)式中:d0——主銷直徑 mm。 在汽車側滑工況下的計算僅有在側向平面內(nèi)起作用的力和力矩，且作用于左、右轉(zhuǎn)向節(jié)主銷的力QMZ是不相等的，他們分別按下式求得：QMZL==104 N (340)QMZR= =103 N (341)式中：Z1L，Z1R——汽車左、右前輪承受的地面垂向反作用力，N；l1——輪胎中心線至主銷軸線的距離 mm。輪軸根部的圓角滾壓處理。圖33 轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷及轉(zhuǎn)向襯套的計算用圖 The knuckle、king pin、bush’s putation graph 工況下的轉(zhuǎn)向節(jié)應力計算轉(zhuǎn)向節(jié)在Ⅲ—Ⅲ剖面處的軸徑僅受垂向彎矩Mv和水平方向的彎矩Mh而不受轉(zhuǎn)矩，因制動力矩不經(jīng)轉(zhuǎn)向節(jié)的輪軸傳遞，而直接由制動底板傳給在轉(zhuǎn)向節(jié)上的安裝平面。根據(jù)這些力及前梁在鋼板彈簧座處的垂向力T1L,T1R,可繪出前梁與輪軸在汽車側滑時的垂向受力彎矩圖（見圖33）。 汽車側滑時左、右前輪輪轂內(nèi)、外軸承的徑向力（單位為N）分別為S1L=== (317)S2L=== (318)S1R=== (319)S2R=== (320)式中：rr——輪胎的滾動半徑，mm。 hg——汽車質(zhì)心高度，mm。Jk——前梁橫截面的極慣性矩，對工字形斷面：Jk= mm4h——工字形斷面矩形元素的長邊長，mm。制動力Pr還使前梁在主銷孔至鋼板彈簧座之間承受轉(zhuǎn)矩T:T=Prrr=6150314=106 Nmm (38)式中：rr——輪胎的滾動半徑。考慮到制動時汽車質(zhì)量向前轉(zhuǎn)向橋的轉(zhuǎn)移，則前輪所承受的地面垂向反力為Z1=G1/2=8200(34)式中：G1——汽車滿載靜止于水平路面時前橋給地面的載荷； ——汽車制動時對前橋的質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，~。圖31 前梁工字形斷面尺寸關系的推薦值 n. remendation D1 of dimension轉(zhuǎn)向橋主要零件工作應力的計算本設計以DD1021汽車為研究對象，其有關參數(shù)為：前軸軸荷：820kg；整車質(zhì)心高度：540mm；滾動半徑：314mm。2200——系數(shù)，kg3 轉(zhuǎn)向橋的設計計算 轉(zhuǎn)向橋主要零件尺寸的確定轉(zhuǎn)向橋采用工子形斷面的前梁，可保證其質(zhì)量最小而在垂向平面內(nèi)的剛度大、強度高。轉(zhuǎn)向車輪擺振的發(fā)生原因及影響因素復雜，既有設計結構的原因和制造方面的因素，如車輪失衡、輪胎的機械特性、胸的剛度與阻尼、轉(zhuǎn)向車輪的定位角以及陀螺效應的強弱等；又有裝配調(diào)整方面的影響，如前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各環(huán)節(jié)間的間隙（影響系統(tǒng)的剛度）和摩擦（影響阻尼）等。在擾動力周期性的持續(xù)作用下，便會發(fā)生受迫振動。這時系統(tǒng)將在某一振幅下持續(xù)震動，形成擺振。在汽車設計、制造、裝配調(diào)整和使用中必須注意防止可能引起的轉(zhuǎn)向車輪的擺振，它是指汽車行駛時轉(zhuǎn)向車輪繞主銷不斷受迫振動的現(xiàn)象，它將破壞汽車的正常行駛?？s小了主銷偏義距，從而使轉(zhuǎn)向輕便并改善了制動力的方向穩(wěn)定性。車前外傾指轉(zhuǎn)向輪安裝時，其輪胎中心平面不是垂直與地面，而是向外傾斜一個角度α，稱為車輪外傾角。輕型客車、輕型貨車及裝有動力轉(zhuǎn)向的汽車可選擇較大的主銷內(nèi)傾角及后傾角，以提高其轉(zhuǎn)向車輪的自動回正性能。主銷內(nèi)傾也是為了保證汽車直線行駛的穩(wěn)定性并使轉(zhuǎn)向輕便。穩(wěn)定力矩也不宜過大，否則在汽車轉(zhuǎn)向時為了克服此穩(wěn)定力矩需在轉(zhuǎn)向盤施加更大的力，導致轉(zhuǎn)向沉重。在橫向平面內(nèi)主銷上部相內(nèi)傾斜一個β角，稱為主銷內(nèi)傾角。為使轉(zhuǎn)向輕便，在轉(zhuǎn)向節(jié)下耳與前梁拳部之間可裝滾子推力軸承，在轉(zhuǎn)向節(jié)上耳與前梁拳部之間裝有調(diào)整墊片以調(diào)整其間隙。在左轉(zhuǎn)向節(jié)的上耳處安裝著轉(zhuǎn)向梯形臂，后者與轉(zhuǎn)向直拉桿相連；而在左、右轉(zhuǎn)向節(jié)的下耳處則裝有與轉(zhuǎn)向橫拉桿聯(lián)接的轉(zhuǎn)向梯形臂。轎車因負荷較輕，前輪毅軸承也有采用也有采用一對單列或一個雙列向心軸承的，球軸承的效率高，能延長汽車的滑行距離，有的轎車采用一個雙列圓錐滾子軸承。也有采用青銅止推墊片的。為了提高球頭和襯墊工作表面的耐磨性，可采用等離子或氣體等離子金屬噴鍍工藝；亦可采用耐磨性好的工程塑料制造襯墊。多采用沿其長度變化尺寸的橢圓形截面以合理地利用材料和提高其強度和剛度。這種組合式前梁適用于批量不大的生產(chǎn)，并可省去大型鍛造設備。其兩端各有一呈拳形的加粗部分作為安裝主銷前梁拳部。與非獨立懸架匹配的非斷開式的轉(zhuǎn)向橋是一根支承于左、右從動車輪上的剛性整體橫梁，當又是轉(zhuǎn)向橋時，其兩端經(jīng)轉(zhuǎn)向主銷與轉(zhuǎn)向節(jié)相連。 轉(zhuǎn)向橋的定義轉(zhuǎn)向橋是汽車的重要組成部分，轉(zhuǎn)向橋是利用車橋中的轉(zhuǎn)向節(jié)使車輪可以偏移一定角度，并承受地面與車架之間的力及力矩，以實現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。 轉(zhuǎn)向橋的安裝形式一般載貨汽車采用前置發(fā)動機后橋驅(qū)動的布置形式，故其前橋為轉(zhuǎn)向從動橋。斷開式轉(zhuǎn)向橋與獨立懸架相匹配。為提高其抗彎強度，其較長的中間部分采用工字行斷面，并相對兩端向下偏移一定距離，以便降低汽車發(fā)動機的安裝位置，從而降低汽車傳動系的安裝高度并減小傳動軸萬向節(jié)主、從動軸的夾角；為提高前梁的抗扭強度，兩端與拳部相接的部分采用方形斷面，而靠近兩端使拳部與中間部分相連接的向下彎曲部分，則采用上述兩種斷面逐漸過度的形狀。2)主銷其結構型式有幾種，如圖21所示，其中（a）、（b）兩種型式是最常見的結構。5)轉(zhuǎn)向橫拉桿應選用剛性好、質(zhì)量小的20鋼，30鋼或35鋼的無縫鋼管制造，其兩端的球形鉸接作為單獨組件，組裝好后以組件客體上的螺紋旋到桿的兩端端部，使橫拉桿的桿長可調(diào)，以便用于調(diào)節(jié)前束。后者在制造過程中可滲入專門的成分（例如尼龍二硫化鉬），對這類襯墊可免去潤滑。7)主銷上、下軸承承受較大的徑向力，多采用滾動軸承（即壓入轉(zhuǎn)向節(jié)上、下中的襯套），也有采用滾針軸承的結構。9)左、右輪胎螺栓多數(shù)為右旋螺紋，但有些汽車為了防松，左側用左旋，右側用右旋。有的將轉(zhuǎn)向節(jié)臂與轉(zhuǎn)向梯形臂聯(lián)成一體并安裝在轉(zhuǎn)向節(jié)的下耳處以簡化結構。帶有羅紋的楔形鎖銷將主銷在前梁拳部的孔內(nèi)，使之不能轉(zhuǎn)動。主銷后傾使主銷軸與路面的交點位于輪胎接地中心之前，該距離稱為后傾拖距。主銷后傾角通常在30以內(nèi)。主銷內(nèi)傾使主銷軸線與路面的交點至車輪中心平面的距離即主銷偏移距減小，從而可減小轉(zhuǎn)向時需加在轉(zhuǎn)向盤上的力，使轉(zhuǎn)向輕便，同時也可減小轉(zhuǎn)向輪傳到轉(zhuǎn)向盤上的沖擊力。但主銷內(nèi)傾角也大，即主銷偏移距圖22轉(zhuǎn)向橋 The steering axle ；2轉(zhuǎn)向節(jié)；調(diào)整墊片；；5前梁不宜過小，否則在轉(zhuǎn)向過程中車輪繞主銷偏移時，隨著滾動將伴隨著沿路面的滾動，從而增加輪胎與路