DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 计算的方法与数据来源 1) 隐含碳的定义 任何一种产品的生产，都会直接或间接地产生碳排放。为了得到某种产品，而在整个生产链中所排放的二氧化碳，称之为隐含碳。 2) 数据的来源以处理的说明 本文借鉴的是来自统计研究上垂直专业化下中日贸易隐含碳实证研究中的行业合并。将35个行业合并成了18个行业，合并后的行业见表1。 本文选的是WIOD里的世界投入产出表，这个表中包括40个经济体和一个ROW，每个经济体都包括了35个部门，本文按照生产力水平和资源拥有量的状况将40个经济体和一个ROW分成了3大部分，即中国、日本和其他，其他包括除了中国和日本以外的经济体总称。 Table 1 Industry classificatio 编号 行业合并 编号 行业合并 1 农林牧渔业 10 其他非金属、矿物制造业 2 采掘业 11 主要机械制造业 3 食品、饮料及烟草业 12 电气、光学设备制造业 4 纺织品、皮革及制鞋业 13 交通设备制造业 5 木材加工制造业 14 其他制造及回收业 6 纸浆、纸、印刷及出版业 15 电气、天然气、水供应业 7 焦炭、精炼石油及核燃料业 16 交通运输及其他辅助设备制造业 8 化工、塑料及橡胶业 17 建筑业 9 主要金属及压延业 18 其他服务业 表1. 行业分类 3) 基本的计算方法 本文使用的是WIOD世界投入产出表里的数据，该表包括40个国家和1个ROW区域，35个部门，现在将分好的三大经济体表示该表的形式。即用三大经济体表示该表存在的恒等关系式为： ( X 1 X 2 X 3 ) = ( A 11 A 12 A 13 A 21 A 22 A 23 A 31 A 32 A 33 ) ( X 1 X 2 X 3 ) + ( Y 11 + ∑ i ≠ 1 Y 1 i Y 22 + ∑ i ≠ 2 Y 2 i Y 33 + ∑ i ≠ 3 Y 3 i )         ( i = 1 ， 2 ， 3 ) 其中， X 1 表示中国的总产出。 A i i 表示i国的中间消耗系数， A i j ( i ≠ j ) 表示i国各行业的产出被j国各行业所消耗， Y i i 表示i国的最终使用， Y i j 表示i国对j国的最终产品的出口。 最基本的投入产出关系的建立 [ 2 ] ： X = A X + Y (1) X表示各部门总产出列相量( n × 1 )，A表示直接消耗系数( n × n )，Y表示的是各部门最终使用的列相量。 WIOD投入产出数据库提供了41个欧盟国家、35个行业之间的经济往来以及行业之间的相互关系。世界投入产出表的形式和中国投入产出表的形式基本一致。都满足最基本的投入产出模型，当以中国为研究对象时。中国的总产出X可表示为 [ 3 ] ： X = ( I − A 11 ) − 1 [ ( A 12 X 2 + A 13 X 3 ) + Y 11 + Y 12 + Y 13 ]         ( i = 2 ， 3 ) (2) 其中， ( I − A 11 ) − 1 为著名的里昂惕夫逆矩阵，用 B 11 表示。 ( A 12 X 2 + A 13 X 3 ) 表示日本和其他国家生产对中国中间产品的需求， Y 11 表示中国国内最终产品需求， Y 12 + Y 13 表示中国对日本和其他国的最终产品出口。 对投入产出模型进行扩展，本文引用直接碳排放系数 f i ，直接碳耗系数是指生产单位总产出所排放 的碳， f i 为 N × N 阶的向量。其对角线元素由 f i = E i X i ( E i 表示第i行业的CO 2 排放量， X i 表示第i个 行业总产出)得到，其他元素均为零。2003年、2005年及2009年计算各国的 f i 使用的是根据WIOD数据库的Environmental Accounts中的CO 2 Emissions的数据中各国各行业的总产出得到的。而2010年和2011年的数据来自中国统计年鉴的各行业能源消耗量，能源消费产生的CO 2 排放量的计算是根据魏思超(2012)的方法计算的 [ 4 ] ，由于WIOD数据库中只给到2009年的二氧化碳排放量，其他经济体的 f i 无法得到，所以计算2010年以及2011年的碳排放时，本文使用了中国的完全碳耗系数近似代替了其他经济体的完全碳耗系数。 E i 为i国的完全碳耗系数， E i = f i ( I − A i i ) − 1 。 中国国内生产用于国内消费的碳排放公式 [ 5 ] ： I = E 1 B 11 Y 11 + E 1 B 11 A 12 B 22 ( Y 21 + A 21 B 11 Y 11 ) (3) 其中 E 1 为中国碳排放强度矩阵，对角线上的值表示一国各部门单位产出的碳排放，非对角线上的值都为0。 E 1 B 11 Y 11 表示中国国内最终需求引起的国内碳排放； E 1 B 11 A 12 B 22 ( Y 21 + A 21 B 11 Y 11 ) 表示日本对中国的进口。 中国生产用于国外消费的碳排放公式： Ⅱ = E 1 B 11 ( A 12 X 2 + Y 12 ) − E 1 B 11 A 12 B 22 ( Y 21 + A 21 B 11 Y 11 ) (4) 其中 E 1 B 11 ( A 12 X 2 + Y 12 ) 表示中国出口日本引起的碳排放。 国外的生产用于国内的消费所产生的碳排放的计算公式为： Ⅲ = E 2 B 22 Y 21 + E 2 B 22 A 21 B 11 Y 11 + E 2 B 22 A 23 B 33 ( Y 31 + A 31 B 11 Y 11 ) (5) 其中 E 2 B 22 Y 21 表示的是日本国家的产品用于中国最终消费产生的碳排放； E 2 B 22 A 21 B 11 Y 11 表示的是中国国内最终消费需求引起的中间产品进口造成的日本国碳排放； E 2 B 22 A 23 B 33 ( Y 31 + A 31 B 11 Y 11 ) 表示的中国国内最终消费对日本所产生的间接进口所导致其他国家的碳排放； 根据以上公式可以写出中国生产侧碳排放公式和中国消费侧碳排放。即中国生产侧碳排放=Ⅰ + Ⅱ；中国消费侧碳排放=Ⅰ + Ⅲ。贸易隐含碳排放余额=Ⅱ − Ⅲ，其中Ⅱ代表的是出口隐含碳，Ⅲ代表的是进口隐含碳。
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user: 3. 结果的分析 1) 整体分析 图1列出了中国2003年、2005年、2009年、2010年及2011年对日本三个方面产生的隐含碳的整体分布(单位：万吨)。 图1. 中国2003年、2005年、2009年、2010年几2011年对日本三个方面产生的隐含碳的整体分布(单位：万吨) 从整体来看，生产侧、消费侧和余额三个方面基本都有先下降后上升然后再下降的趋势。在2009年生产侧和余额的数值比较大，但是消费侧方面没有太高，很可能和2009年的经济危机有很大的关系。从2010年开始消费侧与生产侧的差别不是很大，余额的数值变化不是太大，但是也呈现出了上升的趋势。 表2列出了中国2003年、2005年、2009年、2010年及2011年生产侧、消费侧及贸易余额隐含碳排放量(万吨)。 从计算的数值来看，生产侧、消费侧及余额五年平均碳排放分别为8，954，477万吨、4，776，231万吨及3，751，004万吨。虽然2009年的生产侧碳排放很高，但是消费侧碳排放也很高；生产侧、消费侧及余额碳排放在这五年里的平均增长速度分别为28.896%，29.674%及10.328%。余额的数值都是正值，说明了中国对于日本来说，出现了贸易顺差，是净出口国。 2) 从三大计算分析 首先，从生产侧方向看，整体呈现出现下降再上升然后再下降的趋势，2005年的碳排放最低，及2，448，778万吨；2009年的数值最大，高达23，267，948万吨，从2010年有所下降，2010年与2011年仅相差1，429，740万吨。从消费侧方向看，整体现下降后上升，从2009年开始逐年在上升，三年的平均增长速度为19.25%。从余额方面看，整体先上升后下降然后再上升，变化不是太大，但是整体还是呈上升的趋势的。余额的数值表示中国的净出口碳排放量，从数值看，都是正值，尤其是在2009年，数值是更大的，这些数值充分的说明了中国对于日本是贸易隐含碳净出口的大国。 3) 从18大行业分析 图2列出了中国2003年、2005年、2009年、2010年及2011年对日本18大行业的隐含碳排放量。 从图2可以清楚的看到，第十五行业(电气、天然气、水供应业)无论是从生产侧、消费侧还是余额碳排放看都是最高的，第十五行业的生产侧、消费侧及余额三方面的平均碳排放分别为5，065，962万吨、2，167，699万吨及2，630，262万吨；其次是第七行业(焦炭、精炼石油及核燃料业)，生产侧、消费侧及余额的碳排放五年的总和分别为6，672，985.815万吨、5，872，218.912万吨、731，569.291万吨；再其次是第十行业(其他非金属、矿物制造业)，三个方面的五年平均增长速度分别为13.98%、14.44%及−16.04%，平均增长速度的余额碳排放出现了负值，说明在这五年里，中国对日本的净出口增长速度有所下降。紧接着的就是第二行业(采掘业)，平均五年的碳排放量分别为477，113.2283万吨、276，773.2227万吨及184，461.1978万吨。其他行业的变化都不是太大，整体来看，18大行业是呈下降的趋势，说明了中国无论是在碳排放生产、消费及余额方面都有所下降，或许是和中国的生产技术、设备及其他因素的提高所导致的。 Table 2 China 2003， 2005， 2009， 2010 2011 Production side， consumption side and trade balance implied carbon emissions (10，000 tons 年份 生产侧 消费侧 余额 2003年 2，524，078 2，389，240 134，838.4 2005年 2，448，778 170，986.3 141，587.1 2009年 23，267，948 5，165，491 18，102，457 2010年 7，550，920 7，395，199 155，720.5 2011年 8，980，660 8，760，240 220，419.6 表2. 中国2003年、2005年、2009年、2010年几2011年生产侧、消费侧及贸易余额隐含碳排放量(万吨) 图2. 中国2003年、2005年、2009年、2010年几2011年对日本18大行业的隐含碳排放量
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user: 4. 结论与建议 1) 结论 a) 从整体来看，生产侧、消费侧及余额测算的隐含碳排放量大致呈现出上升的趋势，生产侧和消费侧方面计算的隐含碳排放平均增长速度是很大的，但是贸易隐含碳余额的平均增长速度相对较低的，甚至有些行业出现了负值。 b) 2003年、2005年、2009年、2010年及2011年这五年间中国的生产侧碳排放量总是大于中国消费侧碳排放量，致使贸易隐含碳排放的余额出现贸易顺差，及中国对于日本是净出口国。 c) 从18行业来看，第十五行业(电气、天然气、水供应业)、第七行业(焦炭、精炼石油及核燃料业)、第十行业(其他非金属、矿物制造业)及第二行业(采掘业)在中国对于日本的生产侧、消费侧及贸易隐含碳余额的测算中数值较大，其他一些行业数值相对较小。 2) 建议 a) 根据计算的结果，贸易隐含碳余额是正值，所以无论从哪些方面对隐含碳进行责任承担上都是存在争议的，比较好的方法就是将生产的和消费的产生的隐含碳都考虑进去，然后对净出口隐含碳进行责任分担，本文建议可以采取“谁受益谁承担”的角度进行分担。 b) 无论是从中国的生产侧还是消费侧的碳排放来看，数值都是相当的大，所以中国有必要去关注这个问题，考虑是什么原因导致的这种现状，比如：技术、设备及操作方法等。 c) 从18大行业来看，中国的某些行业的碳排放量是相当大的，而有些行业变化不大，这体现了中国的在某些行业上发展的不平衡，可以采取一些有效的措施去加强一些行业的发展。
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user: 摘 要 锦山火山盆地位于华北陆块北缘沽源–红山子铀成矿带东部。该成矿带先后发现了张麻井(460)、大官厂(534)、红山子(470)等铀矿床，近年来随着铀矿找矿工作的不断深入，在核桃坝、红山子等地区不断取得新的突破，研究区与这些产铀火山盆地有着相似的地质背景和成矿地质条件。盆地两侧受北东向深大断裂控制，呈现断陷性质，基底主要由富铀花岗岩体组成，盖层火山岩具有多旋回、多期次的特点，发育齐全，构造岩浆活动强烈，铀的活化、迁移、叠加富集等成矿作用十分突出，盆地内已发现较多火山热液型铀矿化异常点(带)，集中分布于构造交汇复合部位或局部基底隆起部位，显示出铀成矿作用与构造岩浆活动关系密切，具有较好的成矿潜力和找矿前景。 关键词 :华北陆块北缘，锦山火山盆地，构造岩浆活动，铀成矿作用 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 锦山火山盆地位于“中国有色金属之乡”赤峰市西南部，华北陆块北缘沽源–红山子铀成矿带东部 [ 1 ] ，呈北东向带状分布，面积约3000 km 2 。该地区金及多金属矿产分布较密集，国内外学者进行了大量的成矿理论研究工作，对该地区地层、岩体、构造、岩浆活动、金及多金属的成矿作用等进行了较为系统的分析研究，初步建立了本区金及多金属成矿模式，为本区多金属找矿工作指明了方向。铀矿找矿工作相对滞后，前人于上世纪60~70年代在该地区开展了地面伽玛总量、水化学测量，发现了一批有意义的铀异常点、矿化点，并对一些较好的矿(化)点进行了少量的工程揭露，并且在深部见到了工业铀矿体。此后，该地区铀矿找矿工作处于停滞状态，近年来通过开展资料综合整理、矿化异常点检查和研究分析等工作，重新对研究区铀矿化特征、控矿因素及成矿规律进行了总结，初步认为研究区构造岩浆活动与铀成矿的关系密切。
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user: 2. 地质概况 锦山火山盆地位于华北陆块与兴蒙海西褶皱系两个不同构造单元的邻接部位(图1) [ 2 ] ，受北东向四合永–猴头沟(F 3 )、美林–锦山断裂(F 4 )控制(图2)。由于研究区长期处在古老的、长期活动的天山–阴山–燕山EW向复杂构造带与中生代以来发育起来的大兴安岭NE向构造岩浆带的交切复合部位，是一个地质构造复杂、岩浆活动强烈、多种成矿作用集中的地区 [ 3 ] 。 2.1. 火山岩 区内火山岩地层主要为上侏罗统满克头鄂博组(J 3 mk)、玛尼吐组(J 3 mn)白音高老组(K 1 b)及早白垩系义县组(K 1 y)等。岩石类型主要为火山熔岩、火山碎屑岩，岩性主要为流纹岩、凝灰岩、粗面岩、英安岩、安山岩等，为一套中酸性岩组合，SiO 2 含量57.76%~78.86%，Al 2 O 3 含量11.47%~16.89%，TFe含量0.84%~7.70%，Na 2 O + K 2 O含量7.14~9.15，里特曼指数δ = 2.65~3.86 (表1、表2)。总体上具有富硅、碱，尤其富钾，而贫鎂、锰、钙的特点。大多数为属钙碱性正常系列岩石，少数为铝饱和类型(图3、图4)。 2.2. 侵入岩 具有分布范围广、侵入时代跨度大的特点，从太古代至早白垩世均有出露。 前中生代以花岗质混合岩类、辉橄岩类、辉长闪长岩类、糜棱岩化花岗岩类为主，均发生了不同程度的区域动力变质作用，多呈捕掳体或岩体边部弧形分布，岩浆来源主要来源于地幔，后期则存在少量的地壳物质混入，且显示出下地壳重熔产物的特征 [ 4 ] 。 中生代早期(三叠世–中侏罗世)主要以黑云母二长花岗岩类、角闪二长岩、石英闪长岩、石英二长岩等，其为各岩体的主要组成部分，其岩浆来源主要来源于上地幔或下地壳，以后者为主，具有地壳重熔型S型花岗岩的特征 [ 5 ] 。 中生代晚期(晚侏罗世–早白垩世)以花岗岩、花岗斑岩、二长花岗岩为主，具有I型花岗岩、改造型或S型花岗岩的特征，与本地区火山岩具有同源性。 图1. 研究区大地构造示意图 图2. 研究区地质构造略图 Table 1 Statistical analysis of rock chemical composition of volcanic rock 地层代号 岩石名称 SiO 2 TiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 FeO MnO MgO CaO Na 2 O K 2 O P 2 O 5 nnn K 1 y 黑曜岩 63.84 0.60 15.00 2.68 1.60 0.06 1.67 2.80 5.12 2.60 0.29 3.57 英安岩 67.34 0.43 15.11 3.23 0.81 0.07 0.69 1.96 4.06 4.60 0.28 1.46 安山质英安岩 63.84 0.66 15.19 5.12 0.15 0.07 1.08 3.5 4.12 4.07 0.54 1.38 安山岩 63.24 0.71 15.32 3.33 1.68 0.60 1.93 3.08 4.44 4.40 0.42 0.97 安山玄武岩 59.02 1.26 15.85 7.05 0.51 0.10 1.04 4.39 4.26 3.92 0.89 1.63 碱性橄榄玄武岩 47.55 1.39 13.31 6.05 5.00 0.14 5.98 8.31 3.88 3.5 1.44 2.78 K 1 b 流纹质凝灰熔岩 78.86 0.114 11.47 0.38 0.46 0.022 0.07 0.26 5.64 1.28 0.016 0.13 流纹岩 74.54 0.25 15.52 1.07 0.61 0.005 0.09 0.47 1.59 7.56 0.04 0.95 76.24 0.23 12.27 1.22 0.20 0 0 0.58 2.73 5.54 0.01 0.96 J 3 mn 安山岩 58.44 1.17 16.35 7.29 1.1 0.07 1.78 4.75 3.88 3.26 0.24 2.185 57.76 1.071 16.89 5.86 1.84 0.078 2.67 5.59 3.64 2.65 0.439 2.18 玄武安山岩 55.04 1.01 16.85 7.09 0.33 0.07 2.37 7.00 4.00 2.11 0.51 3.53 J 3 mk 球粒流纹岩 72.58 0.24 13.43 2.07 0.27 0.11 0.15 0.89 4.92 4.37 0.05 0.81 流纹质熔结凝灰岩 74.21 0.23 12.75 2.11 0.27 0.03 0.22 0.54 4.12 4.97 0.04 0.34 表1. 研究区火山岩岩石化学成分统计表 Table 2 Statistics of rock chemical parameters of volcanic rock 地层代号 岩石名称 δ τ ALK Na 2 O/K 2 O OX SI DI Al/CNK AR K 1 y 黑曜岩 2.86 16.5 7.72 1.97 0.37 12.21 74.97 0.91 2.5 英安岩 3.08 35.7 8.66 0.9 0.2 5.15 82.8 0.98 2.56 安山质英安岩 3.2 16.77 8.19 1.01 0.03 7.4 75.65 0.87 2.56 安山岩 3.86 15.32 8.84 1.01 0.34 12.23 76.2 0.87 2.85 安山玄武岩 4.2 9.2 8.18 1.1 0.07 6.2 69.9 0.82 2.36 碱性橄榄玄武岩 11.95 6.8 7.4 1.11 0.45 24.48 48.15 0.82 2.03 K 1 b 流纹质凝灰熔岩 1.34 53 6.92 4.4 0.55 0.89 95.7 1.04 3.88 流纹岩 2.69 43.55 9.15 0.2 0.34 0.75 93.25 1.08 4.975 2.1 41.48 8.27 0.49 0.14 0.1 93.7 1.07 2.48 J 3 mn 安山岩 2.7 12.38 6.29 1.3 0.23 16.03 57.4 0.89 1.78 3.33 6.83 7.14 1.18 0.135 10.63 67.7 0.885 2.07 玄武安山岩 3.1 12.72 6.11 1.89 0.043 14.72 53.5 0.78 1.69 J 3 mk 球粒流纹岩 2.92 35.46 9.29 1.1 0.12 1.27 93.1 0.91 4.69 流纹质熔结凝灰岩 2.65 37.65 9.09 0.83 0.11 1.88 94.1 1.03 4.24 表2. 研究区火山岩岩石化学参数统计表 图3. 硅碱图 图4. Ab′-An-Or图
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user: 3. 构造岩浆活动特征 3.1. 构造环境 研究区构造岩浆活动主要分为太古代–古生代和中生代–新生代两个发展阶段。太古代–古生代发展阶段构成了最古老的东西向带状格局；中生代–新生代发展阶段，随着地壳抬升及地表剥蚀，北东向构造格架上叠于东西向构造格局之上，最终形成了本区整体呈近东西向，局部北东向的构造格局 [ 6 ] 。 3.2. 构造特征 断裂构造主要发育有近EW-NEE、NE、NW和NNE-SN向等四组，不同方向断裂构造之间具复杂的交切、复合，同方向构造常平行、等距成带状。 火山构造也较发育，火山口或火山喷发中心具有等间距沿深大断裂线性排列的特点。在火山构造与断裂构造复合部位，多发育有较强烈的热液蚀变，且伴有铀矿化异常现象。 3.3. 构造岩浆演化 在华北古老陆块的基础上，研究区经历了五台、吕梁、加里东、华力西及燕山等5期构造岩浆活动。五台期由幔源中基性岩浆形成了经过强烈变质、塑性形变、结晶分异作用的片麻岩；吕梁期斜长花岗岩和花岗闪长岩侵位，岩石又经历了低绿片岩相变质和韧性变形作用；加里东时期经历了褶皱变形和低绿片岩相变质作用；华力西时期发生了黑云母花岗闪长岩–黑云母二长花岗岩侵位，发育一期低绿片岩相变质和弱韧性变形作用，岩石普遍发生钾长石化，铀含量普遍升高，对后期铀含量富集成矿奠定了基础；燕山期在拉张的构造环境下，基底构造复活，地下岩浆上涌，形成本区北东向带状分布的火山岩 [ 7 ] 。 3.4. 中生代火山岩岩浆来源 根据晚侏罗世火山岩具有向右倾斜的轻稀土富集型稀土元素配分曲线(图5)，且酸性火山岩铕明显亏损，加之稀土元素丰度、微量元素丰度与地壳基底层比较接近，而与幔岩层差别较大，因此推断本区酸性火山岩岩浆来源主要为地壳，根据Rb-Sr图解推断岩浆来源深度大于30 km (图6)。
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user: 4. 铀矿化特征及控矿因素 4.1. 铀矿化特征 区内铀矿化异常具有十分明显的分布规律——即沿盆地两侧控盆断裂呈北东向带状分布。通过对研究区铀矿化特征的归纳总结及区域成规律、控矿因素的分析研究，认为工作区内铀矿化类型以火山热液型为主，按照其矿化特点进一步划分为接触带型、层间破碎带型 [ 8 ] 。 接触带型：产于富铀基底地层或花岗岩体与火山岩内外接触带附近，以研究区东部343铀矿化点为例(图7)，其产于基底钾长石化黑云母二长花岗岩与火山岩接触带附近，异常走向与接触带走向基本一致，出露长度100 m，宽度1~15 m，品位一般在0.010%~0.156%，矿化体产于不整合面的上部火山岩中地层中(图8)，伴有硅化、绢云母化、碳酸盐化、高岭土化等。铀矿化异常受陡倾断裂构造控制，与火山喷发后期构造岩浆热液关系密切。 层间破碎带型：产于深大断裂附近酸性火山岩中，由于深大断裂影响而使其两侧形成较多的次级断裂或层间破碎带，含矿热液沿层间构造富集所致。以猴头沟地段铀矿化为例(图9)，其由多个铀矿化异常点组成，呈带状沿深大断裂展布，产于硅化、褐铁矿化、赤铁矿化蚀变带中，围岩为白音高老组流纹岩，蚀变带宽度一般在2~30 m，连续长度3~4 km，蚀变带走向与断裂一致，倾向与流纹岩地层一致。矿化异常断续状分布，铀含量一般0.013%~0.089%。铀矿化异常受缓倾断裂构造控制，也与火山喷发后期构造 图5. 研究区火山岩稀土分配曲线模式图 图6. Rb-Sr丰度与大陆壳厚度关系图 图7. 343铀矿化点地质略图 图8. 343铀矿化点勘探线剖面图 图9. 猴头沟地段地质略图 岩浆热液关系密切。 4.2. 控矿因素 从研究区铀矿化分布规律、矿化类型及特征来看，构造对铀矿化起十分明显控制作用。盆地两侧贯通性深大断裂是沟通深部含矿热液上升运移的主要通道，这也是铀矿化异常均分布于深大断裂附近3~5 km范围内的主要原因；次级断裂、火山机构及构造交汇复合部位为含矿热液进一步运移沉淀提供通道或富集空间，直接控制铀矿化的空间定位。
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user: 5. 构造岩浆活动与铀的关系 研究区内矿化与围岩并没有选择性，但成矿物质来源十分相似–热液成因，区域超岩石圈断裂控制了矿床的分布特征，而次级断裂带控制了矿体的分布 [ 9 ] ，反映出了构造岩浆活动对成矿作用的控制。 通过对研究区基底地层、岩体及火山岩盖层铀、钍、钾等含量统计(表3)，五台－吕梁期的钾质花岗岩、花岗岩，华力西晚期花岗岩，燕山期的钾长花岗岩、花岗岩、二长花岗岩、流纹斑岩等岩体铀、钍、钾含量都较高，地层中铀、钍、钾含量以中–新元古界和侏罗系最高 [ 10 ] 。结合本区构造岩浆活动特征，认为本区在元古代–早白垩世漫长的演化分异过程中存在这多次的铀迁移富集作用，同时存在着早期到晚期铀、钍、钾均向富集方向演化的特点。尤其是吕梁期–华力西期钾长花岗岩浆的侵入，为锦山火山盆地奠定了富铀基底，燕山期酸性岩浆的浸位，为进一步促使铀的活化、迁移、富集提供的有利条件。 综上所述，不同时代的侵入岩和地层为成矿提供了热源和物质储备，不同规模的断裂构造为岩浆活 Table 3 The contents of U， Th and K in stratum and rock mass of study are 时代 岩性 U(×10 −6 ) Th(×10 −6 ) K(%) 燕山晚期 流纹斑岩、正长斑岩 3.72(6.99) 15.31(23.93) 3.45 二长花岗岩 7.08 12.47 3.96 花岗闪长岩 4.58(11.13) 16.18(35.87) 4.27(11.37) 花岗斑岩 2.93(7.12) 15.18(59.83) 2.9l(5.1l) 燕山早期 花岗岩 3.54(12.94) 15.81(33.39) 3.20(5.34) 二长花岗岩 2.56(12.47) 12.37 2.66 华力西期 花岗岩 3.45(8.01) 14.30(28.94) 3.87 五台–吕粱期 钾长花岗岩 3.38(14.76) 12.84(22.17) 2.64 闪长岩 3.36 11.93 2.93 白垩系 3.09 11.95 2.86 上侏罗系 3.31 13.36 2.98 中–下侏罗系 3.32 12.95 3.62 古生界 2.34 12.08 2.68 中–新元古界 3.31 12.91 2.96 古元古界 2.91 11.75 2.28 太古界 2.87 11.80 2.67 表3. 研究区地层及岩体U、Th、K含量统计表 注：括号中数值为含量最高值。 动提供了良好的通道，同时也为含矿热液创造了运移和富集的良好条件 [ 11 ] 。构造岩浆活动不但在铀富集成矿作用过程中起着推动、促进作用，同时也对铀成矿作用起着控制的作用。
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user: 6. 结论 1) 研究区是华北陆块北缘的一个具有断陷性质火山盆地，两侧受两条北东向深大断裂带控制。 2) 研究区构造岩浆活动经历了古元古代–早白垩世漫长的演化历程，存在着多期次的铀含量富集作用。 3) 四合永–猴头沟、美林–锦山两条深大断裂带是本区主要控岩控矿断裂，具有多期活动性和连通性，是深部热液上升的主要通道，是本区成矿的一级控矿构造。其所派生出的次级断裂(主要指北西向)及火山机构二级控矿构造；构造交汇复合部位及层间破碎带、密集裂隙带直接控制了矿化异常的定位。 4) 该盆地铀成矿条件十分有利，具有一定的铀矿找矿前景。今后铀矿找矿的方向应该从两条深大控岩控矿断裂入手，选择构造较发育且具有明显矿化异常等地段进行探索，如猴头沟、四合永等地段。
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user: 摘 要 MicroRNA-122 (miRNA-122)的异常表达与肝癌的发生、发展及转移紧密相关，发展简单、快速、高灵敏和高特异性的miRNA-122检测方法对于肝癌的早期诊断和预后评估具有非常重要的意义。本文报道了一种基于滚环扩增技术(RCA)耦合切刻内切酶信号放大(NESA)技术的新型荧光传感器并用于超灵敏和高选择性检测miRNA-122。该方法涉及了两个阶段的反应机制，第一阶段，目标物激活切刻内切酶辅助的聚合反应，用以实现目标物与次级目标物循环放大以及生成RCA引物；第二阶段，利用RCA耦合NESA反应，实现信号传导以及多重信号放大。实验结果证明，该传感器表现出对miRNA-122的非常高的灵敏度和特异性，检测下限达到3.9 aM，较之前报道的方法，灵敏度有明显的提高。另外，该方法整个过程只需一步反应，具有操作简便、成本低、检测时间短的优势。所以，所提出的基于RCA耦合NESA的荧光传感器有望建立一个简单而实用的生物传感新平台，并应用于miRNA检测以及癌症的早期诊断和预后评估。 关键词 :滚环扩增技术，切刻内切酶信号放大，荧光传感器，miRNA-122 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 miRNA-122是科学家们发现的一种非编码特异性的多聚腺苷酸RNA，其前体定位于人类第18号染色体18q21.31位点上 [ 1 ] 。在肝脏的生长发育过程中，miRNA-122对其生理、病理作用的应用广泛，在体内呈持续表达 [ 2 ] 。有研究表明，miRNA-122参与了肝细胞发育以及肝细胞应急应答等一系列基本生命过程 [ 3 ] 。病理状态下，miRNA-122能够促进丙型肝炎病毒(HCV)在肝细胞内复制，可以说，miRNA-122与肝癌(HCC)的发生、发展及转移紧密相关 [ 4 ] [ 5 ] 。所以，发展简单、快速、高灵敏和高特异性的miRNA-122检测方法对于肝癌的早期诊断和预后评估具有非常重要的意义。 近几十年里，科学家们一直致力于发展新型高效的miRNA检测技术。已经发展起来的检测方法主要包括Northern杂交 [ 6 ] 、实时荧光定量PCR [ 7 ] 和DNA微阵列 [ 8 ] 等，虽然这些方法在核酸鉴定和定量检测领域发挥了重要的作用，然而，他们也各自有一些不足之处。例如，对于Northern杂交，整个操作过程较为复杂、耗时长，且灵敏度较低，无法满足人们对miRNA的高灵敏检测的需求；对于实时荧光定量PCR方法，检测过程中样品容易受到污染，并且，整个操作过程需要昂贵的设备和经过专门培训的技术人员，因此，其实用性并不是很好；对于DNA微阵列技术，分析成本较高、灵敏度有限。因此，亟需发展操作简单、检测时间短、成本低且具有超高灵敏度和特异性的新型miRNA检测方法。 为满足痕量分析物的高灵敏检测需求，利用核酸扩增技术对目标物的量进行放大是一种有效的方法。近来，科学家们提出了一些高效的核酸等温扩增技术，如环介导等温扩增技术(LAMP) [ 9 ] 、滚环扩增技术(RCA) [ 10 ] [ 11 ] 、链置换扩增技术(SDA) [ 12 ] 、切刻内切酶信号放大(NESA) [ 13 ] [ 14 ] 以及外切酶信号放大技术 [ 15 ] [ 16 ] 等等，这些技术已经被广泛地应用于核酸、蛋白质、小分子以及细胞等的检测研究 [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] 。本文中，我们结合RCA技术具有的高扩增效率以及NESA技术的高特异性的特点，发展了一种简单、快速、低成本的新型荧光生物传感方法并用于miRNA-122的超灵敏和高选择性检测。该方法包括两个阶段的反应过程，第一阶段，目标物激活内切酶辅助的聚合反应，用以实现目标物与次级目标物循环放大以及生成RCA引物；第二阶段，利用RCA耦合NESA反应，实现信号传导以及多重信号放大。基于所提出的多重放大策略，该传感器能够实现miRNA-122的超灵敏和高特异性检测。实验结果显示，该传感器在最优实验条件下，对miRNA-122的检测下限达到3.9 aM。另外，该方法整个过程只需一步反应，操作简便、成本低、检测时间短，无需昂贵的仪器和专门的技术人员。所以，所提出的基于RCA耦合NESA的荧光传感器有望建立一个简单而实用的生物传感新平台，并应用于miRNA检测以及癌症的早期诊断和预后评估。
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user: 2. 实验部分 2.1. 材料与试剂 实验中所用到的phi29 DNA聚合酶、限制性核酸内切酶(Nb.BbvCI)、T4 DNA连接酶、核酸外切酶Ⅰ、核酸外切酶Ⅲ、dNTPs以及相应的反应缓冲液均购买于New England Biolabs公司(中国，北京)。RNA酶抑制剂和焦磷酸二乙酯(DEPC)购买于宝生物工程有限公司(中国，大连)。所有其它的化学试剂均是分析纯，购买于国药集团化学试剂有限公司(北京，中国)。实验所用的溶液均由超纯水配制，其电阻值 > 18.26 MΩ/cm。实验所用的缓冲溶液和超纯水均需灭菌处理。所有的核酸探针均由生工生物工程有限公司(中国上海)合成，其序列由表1所示。 Table 1 The nucleic acid sequence used in the experimen 名称 序列(5'-3') 发夹型结构探针 CAAACACCATTGTCACACTCCAATTATTATTCCTCAGCATTATTATTAATGGTGTTTG 辅助探针 TCTGCACGTCCTCAGCCAAACACCATTAAT 挂锁探针 P-CCCCTATATAGCATGTGCTGAGGCGTTTCACATGTCTGCACGTCCTCACTTAGTACTAG 连接探针 CTATATAGGGGCTAGTACTAAG 分子信标 F-CATGTGCTGAGGCGTTTCACATGAT-Q MiRNA-205 UCCUUCAUUCCACCCGAGUCUG MiRNA-155 UUAAUGCUAAUCGUGAUAGGGG MiRNA-122 UGGAGUGUGACAAUGGUGUUUG MiRNA-21 UAGCUUAUCAGACUGAUGUUGA Let-7a UGAGGUAGUAGGUUGUAUAGUU 表1. 实验中所用到的核酸序列 注：挂锁探针的5'端修饰有磷酸基团；分子信标的5'端修饰有FAM荧光基团，3'端修饰有DABCYL猝灭基团。 2.2. 环状模板制备 环状模板的制备过程如下所述，首先，将1 μL 连接探针(100 μM)、1 μL挂锁探针(100 μL)和1 μL T4 DNA连接酶(60 U μL −1 )加入到T4 DNA连接酶缓冲液中，充分混匀后，在16℃条件下培育12小时。然后，将反应溶液在65℃条件下培育15分钟，使T4 DNA连接酶变性失活，再将1 μL核酸外切酶Ⅰ(20 U μL −1 )和1 μL核酸外切酶Ⅲ(20 U μL −1 )加入到反应溶液中，目的是水解消化体系中游离的连接探针和挂锁探针以及结合在环形模板DNA上的连接探针，以获得纯净的环形模板。接下来，再将反应溶液在85℃条件下培育10分钟以使核酸外切酶Ⅰ和核酸外切酶Ⅲ失活。最后，将环形模板保存在4℃冰箱备用。 2.3. miRNA-122检测 将1 μL不同浓度的目标物miRNA-122加入到19 μL含有1 μL发夹型结构探针(0.1μM)、1 μL辅助探针(0.1 μM)、1 μL环形模板(0.1 μM)、1 μL分子信标(100 μM)、1 μL phi29 DNA聚合酶、4 μL dNTPs (250 μM)和1 μL Nb.BbvCI的反应溶液中，充分混匀后，在37℃条件下培育1小时。反应结束后，将上述反应溶液在85℃条件下培育10分钟，使体系中所用到的酶变性失活。利用Cary Eclipse荧光仪(Agilent)对反应后的样品进行荧光检测，激发波长为486 nm，发射波长范围为500 nm~600 nm，激发狭缝和发射狭缝为5 nm。
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 传感器的工作原理 我们所构建的荧光传感器的工作原理如图1所示，首先，设计了两条独特的核酸探针，分别是包含有发夹型结构探针(hairpin probe， HAP)3'末端互补序列、Nb.BbvCI识别序列和RCA引物互补序列的辅助探针(help probe)，以及包含有目标物miRNA-122互补序列、限制性内切酶Nb.BbvCI识别序列和辅助探针互补序列的发夹型结构探针。当体系中存在目标物miRNA-122时，miRNA-122与HAP的5'末端发生特异性的识别反应，导致发夹型结构探针被打开，从而辅助探针的5'末端可以与暴露出来的3'末端退火杂交，在phi29 DNA聚合酶和dNTP的作用下，辅助探针的3'凹端作为引物，以HAP为模板进行延伸反应，致使miRNA-122从HAP上脱离下来，并且，生成了包含有Nb.BbvCI的识别位点的双链DNA，Nb.BbvCI能够对双链DNA的特定位点进行切割，从而发生“延伸–切割”循环放大反应，生成了与miRNA-122具有相同序列的次级目标物(miDNA-122)，并且，解离下来的miRNA-122以及所生成的miDNA-122可以与其它的HAP发生杂交反应，引发新的“延伸–切割”循环放大反应，使miRNA-122获得指数级的扩增；同时，当辅助探针通过碱基互补配对作用结合到HAP上来时，HAP的3'凹端作为引物，以辅助探针为模板进行延伸反应，由于辅助探针序列中包含有Nb.BbvCI识别序列和RCA引物互补序列，故Nb.BbvCI能够对所生成的双链DNA的特定位点进行切割，从而发生“延伸–切割”循环放大反应，产生了大量的RCA引物。随后，在环形模板(circular template)、phi29 DNA聚合酶和dNTPs的参与下，发生RCA反应，生成了非常多的包含有大量重复序列的单链DNA。由于环形模板序列中包含了与分子信标(molecule beacon， MB)相同的序列，故生成的RCA产物能够与大量的MB退火杂交。另外，由于分子信标序列中包含Nb.BbvCI识别序列，故Nb.BbvCI能够对结合到RCA产物上来的MB进行切割，被切成两段的MB无法稳定地与RCA产物结合，从RCA产物上脱离下来，从而RCA产物可以与其它的MB退火杂交，引发新一轮的“退火–切割”反应，导致大量的MB被切断，从而释放出极强的荧光信号。基于上述的RCA耦合NESA的多重循环放大机理，该传感器有望实现对 图1. 基于RCA耦合NESA的miRNA荧光传感器的原理示意图 目标物miDNA-122的超灵敏和高特异性检测。 3.2. 可行性验证 为了验证实验方案的可行性，我们进行了一系列的控制实验，实验结果如图2所示。图2是该传感器在不同条件下用于miRNA-122检测所获得的荧光光谱图。我们观察到，空白样品具有非常弱的荧光信号，这归因于分子信标中荧光基团和猝灭基团足够接近，能够发生荧光共振能量转移，导致荧光基团的荧光被有效地猝灭(黑色曲线)。相反地，对于阳性样品，呈现出非常强的荧光信号，说明目标物miRNA-122激活了内切酶辅助的目标循环放大反应以及RCA反应，生成了大量的RCA产物，使无数的MB被切断而释放出非常强的荧光信号(红色曲线)。当反应体系中不存在Nb.BbvCI或者phi29 DNA聚合酶时，我们观察到不太明显的荧光峰，这表明RCA引物的产生依赖于Nb.BbvCI (蓝色曲线)和phi29 DNA聚合酶(黄色曲线)协同催化的循环切割反应。另外，当使用非目标物miRNA-205取代miRNA-122时，荧光光谱呈现非常弱的荧光信号，说明荧光信号的释放是由特异性的目标识别反应引发的，而不是其他非特异性的因素(绿色曲线)。以上的实验数据证实所构建的传感器能够用于miRNA-122检测。 3.3. 实验条件优化 考虑到MB浓度和反应时间对方法的信背比有一定的影响，我们对其进行了优化。通过在不同条件下，比较传感器用于阳性样品和空白样品检测所获得的荧光强度比值，来获得最佳的实验条件。图3是使用不同浓度的MB所对应的荧光强度比值，从图中可以看出，随着反应体系中MB浓度的逐渐增加，方法的信背比(F/F0)也逐渐增加，当MB浓度达到5 μM时，方法的信背比反而减小，所以，5 μM被确定为最佳的MB浓度。图4是不同反应时间条件所对应的荧光强度值，可以看出，阳性样品的荧光强度值不断升高，当反应时间达到60 min时，荧光强度值变化不大，而空白样品随反应时间增多，荧光强度值变化不太明显，所以，我们选择60 min作为最合适的反应时间。 图2. miRNA-122检测的荧光光谱图。空白样品(黑色线)，阳性样品(miRNA-122浓度为1 pM，红色线)，miRNA-122 (1 pM) + HAP + helper probe + phi 29 + dNTPs + MB (蓝色线)，miRNA-122 (1 pM) + HAP + helper probe + dNTPs + Nb.BbvCI + MB (黄色线)，miRNA-205 (1 nM) + HAP + helper probe + dNTPs + Nb.BbvCI + MB (绿色线) 图3. 不同浓度分子信标条件下miRNA检测的荧光响应。F和F0分别表示传感器用于阳性样品(黑色带)和空白样品(红色带)检测时的荧光强度值。分子信标的浓度分别是，MB1：0.5 μM；MB2：1 μM；MB3：5 μM；MB4：10 μM。纵坐标是波长518 nm处的荧光强度值。误差棒为三次测量的标准偏差 图4. 不同反应时间条件下miRNA检测的荧光响应。红色线和黑色线分别表示传感器用于阳性样品和空白样品检测时的荧光强度值。纵坐标是波长518 nm处的荧光强度值。误差棒为三次测量的标准偏差 3.4. 特异性考察 为考察所构建荧光传感器的选择性，我们将其用于目标miRNA-122以及四种非目标miRNA (miRNA-205， miRNA-155， miRNA-21和let-7a)的定量检测，所获得的荧光信号如图5所示。由图中可以看出，几种非目标miRNA获取的的荧光信号与空白样品的荧光信号非常接近，说明该传感器对于miRNA-122检测具有非常高的特异性。 3.5. miRNA-122检测的工作曲线 在最佳的实验条件下，我们对不同浓度目标物miRNA-122 (0 aM，10 aM，100 aM，1 fM，10 fM，100 fM，1 pM)的荧光响应进行了考察，结果如图6所示。由图6(a)中可以看出，随着miRNA-122浓度的逐渐增加，所获得的荧光光谱的荧光峰强度逐渐增强。图6(b)给出了波长518 nm处的荧光强度值与miRNA-122浓度对数(lg)值的线性关系，该校准曲线拟合方程为F = 140.97143X − 47.73333(F表示波长518 nm处获得的荧光强度值，X表示miRNA-122浓度的对数值)，其相关系数为0.996。由图6(b)可以看出，传感器用于miRNA-122检测的线性范围是10 aM到1 pM，检测下限达3.9 aM，与之前报道的方法 [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] 比较，我们的方法具有更宽的响应范围和更高的灵敏度。
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user: 4. 结论 本文构建了一种基于滚环扩增技术耦合切刻内切酶信号放大技术的新型miRNA-122荧光传感器，该方法涉及聚合酶和切刻内切酶辅助的目标物循环放大和次级目标物循环放大、滚环复制放大以及切刻内切酶辅助的分子信标循环放大等多重放大策略。实验结果表明，该传感器表现出对miRNA-122的非常高的特异性，其用于miRNA-122检测的线性范围是10 aM到1 pM，检测下限达3.9 aM，与之前报道的方法比较，灵敏度具有显著的提高。并且，该方法整个过程只需一步反应，具有操作简便、成本低、检测 图5. 不同种类miRNA检测的荧光响应。其中，miRNA-122的浓度为1 pM，其他四种miRNA (miRNA-205，miRNA-155，miRNA-21和let-7a)的浓度为1 nM。纵坐标是波长518 nm处的荧光强度值。误差棒为三次测量的标准偏差 图6. (a) 不同浓度miRNA-122检测的荧光光谱图。(b) 波长在518 nm处的荧光强度值与miRNA-122浓度的线性关系图。误差棒为三次测量的标准偏差 时间短的优势。因此，我们发展的基于滚环扩增技术耦合切刻内切酶信号放大技术的荧光生物传感技术有望为miRNA-122检测以及相关的癌症临床早期诊断和预后评估提供一种简单而实用的新工具。
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user: 摘 要 生产满足特定功能的正交非圆面齿轮副，需要先建立齿轮副的模型。本文先采用齿形法线法对非圆齿轮进行设计、生成模型，然后基于SolidWorks的二次开发，利用宏录制，对面齿轮毛坯进行连续的布尔减操作，模拟了刀具加工面齿轮的范成运动。通过ADAMS对模型进行运动学仿真，仿真结果验证了理论方法可行性和模型的正确性。 关键词 :面齿轮，SolidWorks，模拟加工，运动学仿真 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 正交非圆面齿轮副是一种结合了非圆齿轮、非圆锥齿轮、面齿轮三者传动特点的新型齿轮副，可以实现相交轴间的变传动比传动 [ 1 ] 。非圆面齿轮副结构简单，由非圆齿轮和非圆面齿轮啮合组成 [ 2 ] 。与非圆锥齿轮相比，变传动比面齿轮重量更轻、强度更大、使用寿命更长久 [ 3 ] ，而且最为重要的是，面齿轮加工方便，成本低，可以进行大规模批量生产 [ 4 ] 。 目前应用在越野汽车上的限滑差速器上的齿轮大多以非圆锥齿轮为主 [ 5 ] ，本文提出一种新的设计思路，设计出满足特定传动规律的非圆面齿轮，替代常用的圆锥齿轮以及非圆锥齿轮。根据给定的传动比函数，可以设计出非圆齿轮节曲线，根据空间坐标转换和齿轮啮合定理，求出与之啮合的面齿轮的节曲线 [ 6 ] 。然后利用齿形法线法设计出非圆齿轮的齿廓，进而生成非圆齿轮模型 [ 7 ] 。本文基于SolidWorks (2013版本)的二次开发功能，利用展成法原理，在面齿轮毛坯上包络出与之啮合的面齿轮 [ 8 ] 。利用ADAMS (2013版本)对变传动比面齿轮副的啮合运动进行仿真，验证了其运动满足设计的传动比函数，从而为将变传动比面齿轮应用在其他领域奠定了基础 [ 9 ] [ 10 ] 。
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user: 2. 非圆面齿轮副设计 非圆齿轮和非圆面齿轮啮合传动过程，仍然满足两齿轮的节曲线做纯滚动运动。以两条节曲线为基础，建立非圆面齿轮副的传动坐标系，图1所示为非圆面齿轮副传动简图。 坐标系 s 10 ( x 10 ， y 10 ， z 10 ) 为非圆齿轮机架固连的静坐标系， s 1 ( x 1 ， y 1 ， z 1 ) 为与非圆齿轮固连的动坐标系，初始时刻，两坐标系重合；坐标系 s 20 ( x 20 ， y 20 ， z 20 ) 为与面齿轮机架固连的静坐标系， s 2 ( x 2 ， y 2 ， z 2 ) 为与面齿轮固连的动坐标系，初始时刻，两坐标系重合。令非圆齿轮绕 o 10 z 10 轴顺时针转动，角速度为 ω 1 ；面齿轮绕 o 20 z 20 轴逆时针转动，角速度为 ω 2 。 初始时刻两节曲线在 A 0 点重合，经过一段时间，非圆齿轮转角为 θ 1 ，面齿轮转角为 θ 2 ，非圆齿轮节曲线上的点 A 与面齿轮节曲线上的点 A ′ 重合。 r ( θ 1 ) 为非圆齿轮上 A 点的向径， R 为面齿轮节曲线所在圆柱面的半径。根据齿轮啮合原理，当两点重合时， A 点速度与 A ′ 点速度相等，因此可以得出 r ( θ 1 ) ω 1 = R ω 2 。 则面齿轮和非圆齿轮的传动比表达式为 i 21 = d θ 2 d θ 1 = ω 2 ω 1 = r ( θ 1 ) R (1) 图1. 非圆面齿轮副传动简图；1-非圆齿轮节曲线；2-面齿轮节曲线 2.1. 节曲线设计 本课题组经过多年研究，确定该限滑差速器设计的传动比函数为 i 21 = z 1 z 2 ( 1 + c cos 3 θ 1 ) (2) 式中 z 1 为非圆齿轮齿数， z 2 为面齿轮齿数， c 为小于1且大于0的常数，其值直接决定差速器的紧锁系数。合并两个方程式，即得 i 21 = d θ 2 d θ 1 = ω 2 ω 1 = r ( θ 1 ) R = z 1 z 2 ( 1 + c cos 3 θ 1 ) (3) 非圆齿轮节曲线的极坐标方程也可求出，为 r ( φ ) = R z 1 z 2 ( 1 + c cos 3 φ ) (4) 式中 φ 为非圆齿轮节曲线的极角，极角与转角大小相等，方向相反， r ( φ ) 为非圆齿轮节曲线的极径。 根据上图所示， A 点为非圆齿轮节曲线上的一点， A ′ 点为面齿轮节曲线上与 A 点相对应的点。当非圆齿轮转过角度为 θ 1 、面齿轮转过角度为 θ 2 时， A 点与 A ′ 点重合。 非圆齿轮的动坐标系 s 1 ( x 1 ， y 1 ， z 1 ) 到面齿轮动坐标系 s 2 ( x 2 ， y 2 ， z 2 ) 的变换矩阵为 M S 2 ， S 1 = [ sin θ 1 sin θ 2 − cos θ 1 sin θ 2 cos θ 2 − R cos θ 2 − cos θ 2 sin θ 1 cos θ 1 cos θ 2 sin θ 2 − R sin θ 2 − cos θ 1 − sin θ 1 0 r ( 0 ) 0 0 0 1 ] (5) 根据齿轮啮合原理，在非圆齿轮动坐标系中的节曲线上 A 点经过坐标变换，就可以得到面齿轮动坐标系中的节曲线上对应的 A ′ 点。 A 点在 s 1 ( x 1 ， y 1 ， z 1 ) 坐标系下坐标为 ( r ( θ 1 ) cos θ 1 ， r ( θ 1 ) sin θ 1 ， 0 ) ，因此 A ′ 在 s 2 ( x 2 ， y 2 ， z 2 ) 坐标系下坐标为 [ x 2 y 2 z 2 1 ] = M s 2 ， s 1 [ r ( θ 1 ) cos θ 1 r ( θ 1 ) sin θ 1 0 1 ] = [ − R cos θ 2 − R sin θ 2 r ( 0 ) − r ( θ 1 ) 1 ] (6) 2.2. 齿廓设计 圆齿轮的齿廓是在基圆的基础上进行设计的渐开线，每个齿轮的齿廓形状都是完全相同的。非圆齿轮没有基圆，其齿形是根据齿形的渐屈线求出，其不同齿的齿廓以及同一个齿的左右齿廓都不尽相同。本文基于齿形法线法求解非圆齿轮的解析方程，如图2所示。 如图所示，令直角坐标系的X轴与极坐标系的极轴重合。图中 n 为齿形上任一点， a 为齿形上 n 点处的法线与节曲线的交点， φ 为点 a 的极角， t 为节曲线上 a 处的正向切线， r φ 为 a 点的向径， μ 为 r φ 与矢量 t 的夹角， α n 为 t 与 a n 的夹角， a 0 为齿形与节曲线交点， r f 为齿形上任意一点 n 的向径。从图中可以看出齿形上任一点 n 的向量方程式为 r f = r φ + a n (7) a n = S cos α n ，其中 S 为 a 0 点与 a 点之间的弧长。令 a 点处节曲线切线正方向与X轴正向夹角为 β ，即 β = φ + μ ， β 可通过 a 点的斜率求出 { β = π + arctan d y d x ， φ ≤ π β = 2 π + arctan d y d x ， π ≤ φ ≤ 2 π (8) d y d x = d ( r sin α ) d α / d ( r cos φ ) d φ = − 3 c sin 3 φ sin φ + ( 1 + c cos 3 φ ) cos φ − 3 c sin 3 φ cos φ − ( 1 + c cos 3 φ ) sin φ (9) 综上所述，非圆齿轮齿形的方程式为 图2. 求解非圆齿轮齿廓示意图 左齿形： { x l = r φ cos φ ± S cos α n cos ( β − α n ) y l = r φ sin φ ± S cos α n sin ( β − α n ) (10) 右齿形： { x r = r φ cos φ ∓ S cos α n cos ( β + α n ) y r = r φ sin φ ∓ S cos α n sin ( β + α n ) (11) 当齿形上的点在节曲线上段时，取上面符号；当齿形上的点在节曲线下段时，取下面符号。
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user: 3. 非圆面齿轮副建模及模拟加工 3.1. 非圆柱齿轮建模 1) 在SolidWorks中依次点击插入—曲线—通过XYZ点的曲线，将求解的坐标值导入，生成相应的曲线。 2) 选取前视基准面正视，然后点击绘制草图，选择转换实体引用，将导入的曲线转换为草图中的实体。 3) 选取样条曲线命令，将齿根底部用圆滑过渡的曲线与齿根曲线进行衔接，然后选取裁剪实体命令，将齿廓、齿顶曲线、齿根曲线的多余部分裁剪掉，得到非圆齿轮的二维图。如图3所示，浅蓝色部分为被裁剪部分，深蓝色和黑色为实体部分。 4) 隐藏导入的曲线，对实体部分进行拉伸，然后进行镜像，得到非圆齿轮的三分之一部分，如图4所示。 5) 新建一个装配体，将三个三分之一齿轮通过配合关系组合成一个完整的非圆齿轮，如图5所示。 3.2. 非圆面齿轮模拟加工 SolidWorks现有功能无法满足对面齿轮进行建模，需要编辑宏指令，实现非圆齿轮和面齿轮的连续布尔操作，可以模拟刀具加工齿轮，最终包络出面齿轮。 图3. 非圆齿轮齿廓二维图 图4. 非圆柱齿轮部分三维模型图 图5. 非圆齿轮三维模型图 刀具的模型即非圆柱齿轮模型，可以直接导入装配体使用。根据装配关系，将非圆齿轮和非圆面齿轮毛坯装配在一起，如图6所示。 根据两齿轮节曲线纯滚动的运动关系，加工过程中令非圆齿轮刀具绕其回转中心转动一个角度 d θ 1 ，非圆面齿轮毛坯相应转过的 d θ 2 角度。转动角度关系根据传动比函数求得 θ 2 = ∫ 0 θ 1 z 1 / z 2 [ 1 + c cos 3 θ 1 ] d θ 1 = z 1 / z 2 ( θ 1 + c / 3 sin 3 θ 1 ) (12) 图6. 非圆齿轮和毛坯装配图 在该步骤完成后，进行布尔减操作，实现刀具的切削毛坯的第一步过程。将上述过程采用宏录制记录下来，即自动生成刀具切削毛坯的编码，然后根据传动比函数，对编码中的相关参数指令进行修改，然后再加入循环指令，可以实现的刀具和毛坯的连续布尔减运算，最终模拟加工出非圆面齿轮，如图7所示。