【導(dǎo)讀】研究工作及取得的研究成果；包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過(guò)的材料；機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究。該斷路器主要由導(dǎo)電系統(tǒng)、滅弧室、脫扣器和手柄直。接傳動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。主要技術(shù)參數(shù)為交流50Hz、額定工作電壓230V、額定。電流160A，主要用于配電網(wǎng)絡(luò)電能分配時(shí)線(xiàn)路與電源設(shè)備的過(guò)載、短路保護(hù)。在正常條件下，可作為線(xiàn)路的不頻繁轉(zhuǎn)換之用。

　　

【正文】 LⅡ 圓鉤環(huán) LⅢ 圓鉤環(huán)壓中心 LⅣ 偏心圓鉤環(huán) LⅤ 大臂半圓鉤環(huán) LⅥ 長(zhǎng)臂小圓鉤環(huán) 不常用 LⅦ 可調(diào)式拉簧 一般用于受力大，鋼絲直徑較粗（ d5mm）的彈簧。可以調(diào)節(jié)長(zhǎng)度 LⅧ 兩端裝有可轉(zhuǎn)鉤環(huán) 彈簧不彎鉤環(huán)，強(qiáng)度不受削弱 扭轉(zhuǎn)彈簧 彈簧受扭轉(zhuǎn)負(fù)荷 NⅠ 內(nèi)臂扭轉(zhuǎn)彈簧 扭轉(zhuǎn)彈簧型式繁多 ，端部結(jié)構(gòu)視裝配要求而定 NⅡ 外臂扭轉(zhuǎn)彈簧 NⅢ 中心管扭轉(zhuǎn)彈簧 NⅣ 雙扭簧 圓柱螺旋壓縮彈簧計(jì)算 公式如下 ： 最大工作負(fù)荷 Pn： Ⅰ 類(lèi) 給定或按 ][238 ??KDdPn ? Ⅰ 計(jì)算 () Ⅱ 類(lèi) 給定或按 ][238 ??KDdPn ? Ⅱ 計(jì)算 () 塑殼式低壓斷路器操作機(jī)構(gòu)的仿真研究 18 Ⅲ 類(lèi) 給定或按 ][238 ??KDdPn ? Ⅲ 計(jì)算 () 彈簧指數(shù) C： 22dDC? ； () 曲度系數(shù) K： CCK 6 1 14 ?? ? 彈簧絲直徑 d（ mm） ： ][ ?PnKGd? () 彈簧中徑 D2（ mm） ： D2=Dd （ D 為彈簧外徑 ） 最大工作負(fù)荷下的變形 Fh（ mm） ： 39。PPn nF ? 彈簧剛度 39。P ： nPPnDGd nP 1324839。 ??? () (2)疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 當(dāng)彈簧受變負(fù)荷作用次數(shù) 103 時(shí)，應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的驗(yàn)算，其公式如下： ][m a x0 m ?? ? ?? ?VS 式中 S—許用安全系數(shù)，當(dāng)彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算和材料數(shù)據(jù) 精確時(shí)，取 S=~；當(dāng)精確度低時(shí)，取 S=~。 max? ——最大工作負(fù)荷所產(chǎn)生的最大切應(yīng)力， PndKD3 28m ax ?? ? （ kgf/mm2） min? ——最小工作負(fù)荷所產(chǎn)生的最小切應(yīng)力， 18min 32 PdKD?? ? （ kgf/mm2） 計(jì)算：查得 d=, D2=28, Pn=, P0=, fn== 39。P d= ， l= ， Q=。 計(jì)算彈簧剛度 39。P （ kgf/mm） ： 164539。 1 ????? h PPP n 有效圈數(shù) n： 39。39。 ??? PPn d （ 取 16 符合標(biāo)準(zhǔn) ） 自由長(zhǎng)度 H0： 1 0 ?????? DndH 工作極限負(fù)荷下的變形 Fj 39。 ??? PPF jj 因取 j? =? Ⅱ ，故 jP 等于同樣規(guī)格彈簧的 Ⅲ 類(lèi)彈簧的最大工作負(fù)荷。 塑殼式低壓斷路器操作機(jī)構(gòu)的仿真研究 19 最大工作負(fù)荷下的變形 Fn（ mm） ： 39。 ??? PPF nn 最小工作負(fù)荷下的變形 F1（ mm） ： 39。11 ??? PPF 工作極限負(fù)荷下的高度 Hj (mm)： 4 0 00 ????? jj FHH 最大工作負(fù)荷下的高度 Hn（ mm） ： 0 00 ????? nn FHH 最小工作負(fù)荷下的高度 H1（ mm） ： ????? FHH 展開(kāi)長(zhǎng)度 L(mm)： )1(2 ?????? nDL ? 圓柱螺旋拉伸彈簧計(jì)算公式 ： 最大工作負(fù)荷 Pn Ⅰ 類(lèi) 給定或按 ][238 ??KDdPn ? Ⅰ 計(jì)算 Ⅱ 類(lèi) 給定或按 ][238 ??KDdPn ? Ⅱ 計(jì)算 Ⅲ 類(lèi) 給定或按 ][238 ??KDdPn ? Ⅲ 計(jì)算 彈簧指數(shù) C： 22dDC? 曲度系數(shù) K： CCK 6 1 14 ?? ? 彈簧絲直徑 d（ mm） ： ][ ?PnKGd ? 彈簧中徑 D2（ mm） ： D2=Dd （ D 為彈簧外徑 ） （ ） 最大工作負(fù)荷下的變形 Fh（ mm） ： 39。PPn nF ? 彈簧剛度 39。P ： dnFpnDGdP ?? 324839。 塑殼式低壓斷路器操作機(jī)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)模型 斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置大體上有平面布置和立體布置兩種。 平面布置，既將斷路器所有零部件，包括操動(dòng)機(jī)構(gòu)等都鋪開(kāi)布置在一塊絕緣底板上。塑殼式低壓斷路器操作機(jī)構(gòu)的仿真研究 20 這種布置的優(yōu)點(diǎn)是容易接觸到每一個(gè)部件，便于裝配和調(diào)整，也便于更換易損零部件，便于維修，其缺點(diǎn)是安裝面積較大。立體布置可大大縮小斷路器的安裝面積，由于有層次的布置勢(shì)必造成一些部件不易接觸，給裝配、調(diào)整，維修造成了一定的困難。為此發(fā)展了 一種所謂積木式立體布置的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是把 各部件設(shè)計(jì)成可單獨(dú)進(jìn)行裝配的單元。各單元在總裝配時(shí)只需用少量的緊固件進(jìn)行取下或裝上，可以彌補(bǔ)立體式布置中檢修、更換零部件不方便的缺陷。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用立體布置方法。 初步設(shè)計(jì)斷路器操作機(jī)構(gòu)如下圖所示： 圖 塑殼式低壓斷路器操作機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 其原理如下： 這是一個(gè)塑殼式斷路器的操作機(jī)構(gòu)圖，有兩個(gè)動(dòng)觸頭與兩個(gè)靜觸頭，因?yàn)閳D為俯視圖，所以只畫(huà)出一個(gè)。操作手柄向上搬，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸 5 帶動(dòng)連桿（轉(zhuǎn)動(dòng)軸 5 是與斷路器外殼想固定的），再通過(guò)連桿的作用力，將迫使轉(zhuǎn)動(dòng)軸 4 饒轉(zhuǎn)動(dòng)軸 3 轉(zhuǎn)動(dòng) （轉(zhuǎn)動(dòng)軸 3 也是與斷路器外殼相固定的），這樣動(dòng)觸頭就會(huì)向下運(yùn)動(dòng)，最終與靜觸頭想接觸，電路導(dǎo)通。當(dāng)將轉(zhuǎn)動(dòng)軸 1 向左撥動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸 1 就會(huì)饒轉(zhuǎn)動(dòng)軸 2 轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，以轉(zhuǎn)動(dòng)軸 2 為中心的部分就會(huì)將動(dòng)觸頭撥回，同時(shí)操作手柄在回復(fù)彈簧作用下歸位，于是斷路器就實(shí)現(xiàn)了分閘的功能。分閘后，轉(zhuǎn)動(dòng)軸 1 如不歸位，再去向上搬操作手柄，因?yàn)橐赞D(zhuǎn)動(dòng)軸 4 為中心的部分已經(jīng)與以轉(zhuǎn)動(dòng)軸 2 為中心的部分脫位，所以再怎么合操作手柄，連桿只能饒塑殼式低壓斷路器操作機(jī)構(gòu)的仿真研究 21 轉(zhuǎn)動(dòng)軸 4 轉(zhuǎn)動(dòng)，不能饒轉(zhuǎn)動(dòng)軸 3 轉(zhuǎn)動(dòng)，所以便不會(huì)實(shí)現(xiàn)合閘，只有轉(zhuǎn)動(dòng)軸 1 歸位，才可以重新合閘。 塑殼式低壓斷路器操作機(jī)構(gòu)的仿真研究 22 第 3 章 操作機(jī)構(gòu)的三維建模 PRO/E 三維建模 三維建?？梢允褂?PRO/E 軟件 ， Pro/ENGINEER 操作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（ Parametric Technology Corporation，簡(jiǎn)稱(chēng) PTC）的主要產(chǎn)品。 從設(shè)計(jì)思想上看， PRO/E 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)真正的全相關(guān)性，任何修改都會(huì)自動(dòng)反映到所有相關(guān)對(duì)象；它具有真正管理并發(fā)進(jìn)程、實(shí)現(xiàn)并行工程的能力；具有強(qiáng)大的裝配功能，能始終保持設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖，可以極大的提高設(shè)計(jì)效率。 從實(shí)用性上看， Pro/ENGINEER 系統(tǒng)界面簡(jiǎn)潔， 概念清晰，符合工程人員的設(shè)計(jì)思想與習(xí)慣。整個(gè)系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)上，具有完整而統(tǒng)一的模型。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且現(xiàn)在也推出了單機(jī)版，大大增強(qiáng)了它的競(jìng)爭(zhēng)力。 PRO/E 的界面是標(biāo)準(zhǔn)的 Windows 的界面，可以在其中進(jìn)行草圖繪制、三維造型、工程圖的獲取、輔助加工、運(yùn)動(dòng)仿真等工作。 Pro/ENGINEER 作為一個(gè)圖象處理軟件，工具繪圖和圖形處理是它的基本功能，應(yīng)牢牢掌握 Pro/ENGINEER 的基本操作，如新建、打開(kāi)、保存文件的操作。設(shè)置 Pro/ENGINEER 的工作環(huán)境等操作，則尤為關(guān)鍵。要學(xué)好這些功能 之后才能真正進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。 Pro/ENGINEER作為一個(gè)功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)軟件，與其他的設(shè)計(jì)軟件相比，有自己的建模方式，因此在學(xué)習(xí)它強(qiáng)大的操作之前，有必要了解和掌握該軟件的建模原理和基本概念。建模方法主要有三種形式：線(xiàn)框形式、三維曲面形式、實(shí)體模型形式。 線(xiàn)框形式：這種形式利用線(xiàn)條的形式將三維幾何模型搭建起來(lái)，但不包含任何的表面、體積等信息。 三維曲面形式：這種形式能夠建立一些具有一定輪廓的幾何外形，但是它只相當(dāng)于物體表面的表皮，而不具備質(zhì)量信息。 實(shí)體模型形式：這種形式是真正意義上的幾何形體。不僅有“表” 即外形，而且“里”即質(zhì)量，“表”“里”如一，它完整的定義了三維實(shí)體。 Pro/ENGINEER 就是采用這樣的形式。 PRO/E 是一個(gè)實(shí)體建模器，它將模型建成實(shí)體，并允許用戶(hù)在三維的環(huán)境中設(shè)計(jì)。用 PRO/E 所建立的模型具有表面積和體積，因此用戶(hù)可直接由創(chuàng)建的幾何設(shè)計(jì)來(lái)計(jì)算出質(zhì)量特征。特征、關(guān)聯(lián)、參數(shù)化是 Pro/ENGINEER 的三個(gè)基本概念。 建立 PRO/E 模型時(shí)，每次僅可增加一個(gè)簡(jiǎn)單特征。系統(tǒng)可以識(shí)別倒圓角之類(lèi)的選塑殼式低壓斷路器操作機(jī)構(gòu)的仿真研究 23 取和放置特征的形狀，但是草繪特征的形狀的自己定義。 PRO/E 的草繪模式是一個(gè)二維環(huán)境，它是創(chuàng)建三 維實(shí)體模型的基礎(chǔ) 。 PRO/E 建模的一般方法 一般設(shè)計(jì)過(guò)程是先繪制零件，零件繪制完后再進(jìn)行裝配即可。下面是零件設(shè)計(jì)的基本過(guò)程。 在啟動(dòng) Pro/ENGINEER 之后，進(jìn)入零件設(shè)計(jì)模式，為零件命名，再?gòu)牟藛喂芾砥髦羞x擇加材料命令，生成基本特征，然后在此特征上增加特征或修改特征，接下來(lái)重繪零件特征。 在零件模式下首次產(chǎn)生特征，除了加料特征以外，并不能產(chǎn)生其他的特征，即在實(shí)體菜單中只顯示加材料命令，而特征的產(chǎn)生則由此命令開(kāi)始。下面介紹加材料特征的種類(lèi)。 加材料特征不僅可以產(chǎn)生單一的特征，而且可以加入到其他 實(shí)體中。依次選取特征/創(chuàng)建 /實(shí)體 /加材料命令，即會(huì)出現(xiàn)實(shí)體選項(xiàng)菜單，其中包括拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合等八個(gè)命令。 拉伸：拉伸單個(gè)截面來(lái)生成特征，注意截面將直接影響到拉伸特征的結(jié)果。 旋轉(zhuǎn)：旋轉(zhuǎn)單個(gè)截面來(lái)形成特征，注意必須有中心線(xiàn)作為旋轉(zhuǎn)軸。 掃描：沿著一條曲線(xiàn)掃描截面來(lái)生成特征，注意必須繪制掃描軌跡線(xiàn)。 混合：混合兩個(gè)或多個(gè)截面來(lái)生成特征，注意截面的形狀與混合選項(xiàng)的差異將造成混合特征的變化。 使用面組：使用曲面作為邊界來(lái)生成特征。 高級(jí)：用高級(jí)選項(xiàng)來(lái)生成特征。選擇高級(jí)命令后，系統(tǒng)根據(jù)用戶(hù)選擇實(shí)體或薄板命令而出 現(xiàn)不同的菜單，從而產(chǎn)生復(fù)雜的特征。 實(shí)體：創(chuàng)建一個(gè)實(shí)體特征，該命令為系統(tǒng)的默認(rèn)選項(xiàng)。 薄板：創(chuàng)建一個(gè)薄板特征。確定生成方向后，只需輸入薄板的厚度即可產(chǎn)生薄板特征。 零件裝配通過(guò)定義零件模型之間的裝配約束關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際環(huán)境中，零件裝配是將生產(chǎn)出來(lái)的零件通過(guò)一定的設(shè)計(jì)關(guān)系將零件組裝在一起，使裝配體能夠完成某項(xiàng)功能。零件之間的設(shè)計(jì)關(guān)系是零件裝配的關(guān)鍵，該設(shè)計(jì)關(guān)系將影響整個(gè)裝配體的結(jié)構(gòu)和功能。在 Pro/ENGINEER 中，零件之間的裝配約束關(guān)系就是實(shí)際環(huán)境中零件之間的設(shè)計(jì)關(guān)系在虛擬環(huán)境中的影射。系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的 裝配情況，如匹配、插入等。因此裝配零件就必須定義零件的裝配約束關(guān)系，定義完成裝配約束關(guān)系后，系統(tǒng)根據(jù)用戶(hù)定義的約束塑殼式低壓斷路器操作機(jī)構(gòu)的仿真研究 24 關(guān)系自動(dòng)裝配零件 。 PRO/E 建模的一般過(guò)程 本次建模 具體過(guò)程如下： 1）啟動(dòng) Pro/ENGINEER。 2） 新建一個(gè) PRO/E的零件 并命名 ， 取消使用缺省模塊選項(xiàng)，新文件對(duì)話(huà)框中選“空”。 3）使用 [設(shè)置 ]→[ 單位 ]選項(xiàng)設(shè)置新零件的單位制。并在 [數(shù)值單位管理器 ]對(duì)話(huà)框里選擇 [厘米克秒 ]作為使用的單位系統(tǒng)。 4）選擇 [特征 ]→[ 創(chuàng)建 ]→ [實(shí)體 ] →[ 加材料 ]。這一步將開(kāi)始創(chuàng)建一個(gè)實(shí)體加 材料特征。 5）選擇 [拉伸 ]→[ 實(shí)體 ]→[ 完成 ]。 6） 進(jìn)入二維繪圖模式， 在草繪平面上 繪制草繪圖形 。表示將在 草繪平 面上拉伸出加材料。 7） 輸入特征深度。在特征對(duì)話(huà)框中選擇確定。 8） 如在材料上生成新的零件，重復(fù)（ 4）（ 5）的步驟，選擇 [單側(cè) ] →[ 完成 ]。 9）選擇 二維截面的繪圖平面，選擇 [正向 ]或者 [反向 ]以確認(rèn)實(shí)體體積成長(zhǎng)的方向，選擇 [缺省 ]或其它視圖以確認(rèn)繪圖的使徒平面。 10）繪制零件二維截面 →[√] 。 11）選擇 [盲孔 ]→[ 完成 ]， 輸入特征深度 。 在特征創(chuàng)建對(duì)話(huà)框中選擇確定。 12） [文件 ]→[ 保存 ]，保存文件。 或以其它格式另存為文件。 在模型建好后，如有的地方尺寸不對(duì)，還可以進(jìn)行修改，點(diǎn)擊 [特征 ]→ [修改 ] → [尺寸 ] → [值 ]，然后選擇要修改的尺寸，點(diǎn)擊 [輸入值 ]，然后輸入正確的值，點(diǎn)擊 [再生 ]，即可生成修改后的新圖形。 在保存文件的過(guò)程中， PRO/E 默認(rèn)的保存格式是 prt 格式的，這種格式的文件是導(dǎo)入不到 ADAMS 中的，因此用到 ADAMS 與 PRO/E 的一個(gè)接口軟件 MECHPRO2020，這樣才能順利將 PRO/E 繪制的三維圖導(dǎo)入到 ADAMS 中，在 PRO/E 野火 以上的版本中，提供導(dǎo)出格式為 X_T 的文件，這種文件可以很順利的導(dǎo)入到 ADAMS 中，就是很容易失真 。 PRO/E 模型圖 最終模型圖如下圖 ： 塑殼式低壓斷路器操作機(jī)構(gòu)的仿真研究 25 圖 操作機(jī)構(gòu)三維圖 塑殼式低壓斷路器操作機(jī)構(gòu)的仿真研究 26 第 4 章 ADAMS 仿真與優(yōu)化 虛擬樣機(jī)技術(shù)在低壓斷路器方面的應(yīng)用 在傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，一般先進(jìn)行概念設(shè)計(jì)和方案論證，然后進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、繪制圖紙。依據(jù)圖紙生產(chǎn)物理樣機(jī)，對(duì)物理樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試與實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后改進(jìn)圖紙，再生產(chǎn)第 2 臺(tái)物理樣機(jī)，直至符合產(chǎn)品要求為止。設(shè)計(jì)流程如圖 1 所示 ?。這種設(shè) 計(jì)方法存在以下不足 ： 1） 樣機(jī)的生產(chǎn)制造，需要大量經(jīng)費(fèi)和很長(zhǎng)時(shí)間，且需要多次反復(fù)，所以設(shè)計(jì)成本高、周期長(zhǎng)。尤其對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)，這一過(guò)程是冗長(zhǎng)的，設(shè)計(jì)周期無(wú)法縮短，更不用談對(duì)市場(chǎng)的靈活反應(yīng) 。 2） 情況下，物理樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)很危險(xiǎn)或不允許，如汽車(chē)的碰撞試驗(yàn)、飛行員的安全性試驗(yàn)等。 3） 于在設(shè)計(jì)計(jì)算中采用落后的計(jì)算方法，計(jì)算速度慢、精度低，很難進(jìn)行多種方案的分析對(duì)比。因此需要一種全新的設(shè)計(jì)方法，適應(yīng)新的市場(chǎng)環(huán)境要求。 機(jī)械工程中的虛擬樣機(jī)技術(shù)有稱(chēng)為機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真，是國(guó)際上八十年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的計(jì)算幾 輔助工程技術(shù)。目前，虛擬樣機(jī)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)，航天，鐵路等多個(gè)方面，產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟(jì)效益。 近年來(lái)，國(guó)際工廠和設(shè)計(jì)院、所紛紛引進(jìn)如 UG、 PRO/E 等三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，這中軟件能實(shí)現(xiàn)在三維空間內(nèi)，零部件的實(shí)體造型、裝配和自動(dòng)生成工程圖紙等功能。因此，還需要大量的樣機(jī)來(lái)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的的產(chǎn)品的性能。應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)中的仿真和優(yōu)化，則可解決這個(gè)問(wèn)題。 低壓斷路器是由觸頭系統(tǒng)、滅弧系統(tǒng)、各種脫扣器及開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)等主要部分組成，其中開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)是低壓斷路器的重要組成部分，它是實(shí)現(xiàn)操作手柄和各種脫扣器對(duì)觸頭的分閘與合閘 控制，它的性能直接影響到斷路器的開(kāi)斷能力。目前在國(guó)內(nèi)低壓斷路器的設(shè)計(jì)中，機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要用圖解法，即通過(guò)作圖的方法來(lái)獲得每個(gè)時(shí)刻機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，不僅過(guò)程繁瑣，而且誤差較大。應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)可以大大減少工作量，提高準(zhǔn)確性。由于斷路器空載時(shí)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是純機(jī)械運(yùn)動(dòng)，因此可以用 ADAMS 軟件來(lái)仿真操作機(jī)構(gòu)的開(kāi)斷、閉合