導(dǎo)語：設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)與實(shí)踐創(chuàng)新思路研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：在實(shí)際工作基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的過程，對設(shè)備創(chuàng)新設(shè)計(jì)的思路進(jìn)行整理。理清設(shè)計(jì)思考過程需要的條件和因素，以實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為依托，說明進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)存在的因果關(guān)系。在設(shè)計(jì)過程中，要以理論知識為內(nèi)核，以實(shí)體設(shè)計(jì)為載體，依據(jù)公式和參數(shù)來進(jìn)行分析和計(jì)算。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)思路；設(shè)計(jì)框架；柔性邊界；創(chuàng)新落地

隨著國家的進(jìn)步，國內(nèi)制造業(yè)由曾經(jīng)的以仿制為主，走到現(xiàn)在注重高品質(zhì)發(fā)展，經(jīng)歷了從無到有、由弱變強(qiáng)的過程。制造轉(zhuǎn)變?yōu)椤百|(zhì)造”和創(chuàng)造，行進(jìn)在高質(zhì)量創(chuàng)新發(fā)展的路上。

1定位

當(dāng)下，在行進(jìn)隊(duì)伍中，機(jī)械設(shè)計(jì)是制造業(yè)應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新主力之一。它是設(shè)備市場需求的接收者，是設(shè)備實(shí)現(xiàn)功能的轉(zhuǎn)化者，是設(shè)備成型的規(guī)劃者，是設(shè)備參數(shù)保障的執(zhí)行者。

2執(zhí)行與方法

2.1創(chuàng)新的來源。創(chuàng)新要突破慣性思維和既定形式，既要有天馬行空的思考，又要可落地解決實(shí)際問題。因此，接收設(shè)備使用者遇到的問題和麻煩，接收市場對設(shè)備性能的需求和呼喚，以實(shí)際問題為導(dǎo)向平臺(tái)，讓天馬降落可駕馭，是創(chuàng)新的意義。2.2設(shè)計(jì)框架的搭建。根據(jù)設(shè)備性能需求，定義設(shè)備框架，如體積、形狀、重量和質(zhì)量分布，實(shí)現(xiàn)功能的基本原理等。或起于核心部件的應(yīng)用，由內(nèi)而外地延展；或起于局部服從整體，由外而內(nèi)地組成?！霸O(shè)計(jì)框架”即設(shè)備設(shè)計(jì)思路的軸，在設(shè)計(jì)過程中，調(diào)用知識、經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新舉措，皆圍繞此設(shè)計(jì)框架展開。2.3柔性邊界條件分析。在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，設(shè)備的外在形式是表象和載體，而包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)設(shè)計(jì)、過流設(shè)計(jì)等在內(nèi)的內(nèi)在參數(shù)的理論知識為本體。對理論的應(yīng)用表現(xiàn)在理論分析和公式運(yùn)用上，它們以等式或不等式的形式表達(dá)，兩端參數(shù)高低相隨，增減相伴。在設(shè)計(jì)過程中，依據(jù)條件需求，適當(dāng)調(diào)整參數(shù)，或局部服從整體，或整體遷就局部，相互妥協(xié)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備整裝的最佳存在。2.4保證質(zhì)量的條件曾經(jīng)，“MadeinChina”被說成“低質(zhì)”的代名詞。這是過程，不是標(biāo)簽，超級跑車也不是一踩油門速度就直接到200邁的。得用發(fā)展的眼光看事物，與時(shí)俱進(jìn)?，F(xiàn)在，“MadeinChina”已經(jīng)在眾多設(shè)備上打造了高品質(zhì)、高質(zhì)量的產(chǎn)品。從機(jī)械設(shè)計(jì)角度看，使用工況是首先考慮的問題，因?yàn)楣r被動(dòng)引導(dǎo)著設(shè)備的使用條件。在此條件下，環(huán)境因素影響著用材的選取，像食品醫(yī)藥設(shè)備，常選用耐腐蝕性能好的奧氏體不銹鋼，如06Cr19Ni10、022Cr17Ni12Mo2等；其負(fù)載狀況，關(guān)系著承載設(shè)計(jì)，引導(dǎo)著結(jié)構(gòu)件截面的選型，與載荷作用力方向一致的立面與壁厚起著主要承載作用，橫面尺寸起著剛性作用，其依據(jù)截面系數(shù)公式計(jì)算，如矩形截面板材Wz=bH2/6。而載荷的大小，通過力系平衡和簡化的方式分析，再代入?yún)?shù)取得。由此可見，依據(jù)工況和使用條件進(jìn)行正確選材，保證荷載安全，才能在機(jī)械設(shè)計(jì)層面上為設(shè)備質(zhì)量保駕護(hù)航?？梢哉f，質(zhì)量的保證，對于設(shè)計(jì)而言，是被動(dòng)獲取的，其受初始目標(biāo)條件的制約和引導(dǎo)，來確定影響質(zhì)量的最大或最小參數(shù)值，參數(shù)值選取合理，則質(zhì)量就有保障。2.5取得創(chuàng)新設(shè)計(jì)的成果以解決問題為初衷，以實(shí)現(xiàn)結(jié)果為目的，引導(dǎo)創(chuàng)新思維的產(chǎn)出。以理論知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新成果。因?yàn)閯?chuàng)新是為了進(jìn)步、變好，和突發(fā)奇想、亂改的區(qū)別是，創(chuàng)新后的設(shè)備，在效率、性能、操作、成本等方面有一定提高，而不是原地踏步，甚至是后退。創(chuàng)新，其簡單，簡單在想法簡單，表面上換個(gè)形式、換個(gè)方法，便可出現(xiàn)；其難，難在現(xiàn)實(shí)意義有價(jià)值，使其實(shí)現(xiàn)并不簡單。有價(jià)值的創(chuàng)新，需要以一定的理論知識為基礎(chǔ)，以實(shí)踐可操作性為前提，了解設(shè)備處于什么樣的行業(yè)背景和技術(shù)水平，以此為基準(zhǔn)，向上突破。創(chuàng)新后的設(shè)備，在性能提高、質(zhì)量保證、成本控制、實(shí)現(xiàn)價(jià)值上，同過去的設(shè)備進(jìn)行綜合評估，確實(shí)更佳，才會(huì)落地。而以上的這些評估，沒有一條是憑感覺、想當(dāng)然能做到的。需要系統(tǒng)架構(gòu)邏輯更嚴(yán)謹(jǐn)、原理組成分析更細(xì)致、參數(shù)選取與計(jì)算更準(zhǔn)確。諸多公式的參數(shù)對比是非線性的，會(huì)有平方、三次方、四次方的關(guān)系，關(guān)鍵參數(shù)的取值和變化，對創(chuàng)新設(shè)計(jì)有著重要影響。

3實(shí)例說明

以定滑輪為支點(diǎn)，使用電機(jī)牽引料斗向上自動(dòng)送料的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。（1）初定了料斗的裝料體積V，需送高度h，輸送速度v（m/s），整個(gè)系統(tǒng)的框架即可定義。（2）運(yùn)用理論知識建立邊界條件，再進(jìn)行柔性分析。功率P（kW）、轉(zhuǎn)速n（r/min）、輸出扭矩T（Nm）和負(fù)載F（N）、負(fù)載與轉(zhuǎn)軸中心距R（m）。調(diào)用公式：T=9549P/n或P=Tn/9549；T=FR=mgR=籽VgR；n=60v/（2仔R）。由公式T=FR=mgR=籽VgR可以看出，由裝料體積V和裝料介質(zhì)的密度籽，可以得出負(fù)載上升需要的輸出扭矩；由輸出扭矩再選取合適的上升速度，就可以得出電機(jī)選型的功率。由上升高度h及裝料體積V=寬×長×高，可以規(guī)劃設(shè)備的外形尺寸。定滑輪輸送，一般采用鋼絲繩，通過負(fù)載F的參數(shù)值，選取鋼絲繩的截面規(guī)格，通過上升高度，選取鋼絲繩長度。鋼絲繩的截面尺寸決定了定滑輪輪槽尺寸；通過負(fù)載F和常用軸材料，可以計(jì)算定滑輪的軸徑：此系統(tǒng)軸承受的是剪力，可利用公式子=F/啄d算得軸徑最小值。式中，子為材料許用切應(yīng)力；啄為軸套或軸承長度，即與軸的軸向接觸長度；d為軸徑。通過軸徑選取對應(yīng)尺寸和負(fù)載的軸套或軸承，則定滑輪的最小截面尺寸可以定義。鋼絲繩配電機(jī)，一般選取電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)。根據(jù)需要的鋼絲繩長度和需求功率，選取相應(yīng)型號的電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)規(guī)格尺寸（含繞鋼絲繩的圓筒半徑R和圓筒軸向?qū)挾萀）。因電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)和料斗在定滑輪兩邊，所以，料斗的寬度可以與卷揚(yáng)機(jī)長度對應(yīng)定值，以優(yōu)化設(shè)備寬度方向上的空間布局。基本功能寬度確定后，根據(jù)需升料高度h判斷機(jī)架穩(wěn)定性，如料斗到頂端后，裝料重心不在中間，或地面不平有傾角，是否會(huì)導(dǎo)致機(jī)架傾倒。由此設(shè)定使用工況，適當(dāng)增加寬度，滿足使用工況的要求。又卷揚(yáng)機(jī)在機(jī)架下部，其寬度尺寸也要配合機(jī)架挑選。鋼絲繩牽引料斗上升，如戶外有風(fēng)，難免會(huì)使料斗擺動(dòng)，使作業(yè)存在風(fēng)險(xiǎn)。因此，設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)工況考慮讓料斗上升沿著既定導(dǎo)軌行走，控制平衡。料斗上升和下降到位，可以在相應(yīng)位置設(shè)置觸控傳感器，來控制電機(jī)安全啟停。（3）保證質(zhì)量可靠。機(jī)架部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在參數(shù)滿足上述功能需求的前提下，可用鈑金折彎或型材制作，通過理論力學(xué)的平衡力系和工程力學(xué)的強(qiáng)度校核知識，選取板厚和截面形狀，采用焊接或安裝結(jié)構(gòu)形式。計(jì)算結(jié)構(gòu)件在最大受力狀態(tài)下截面系數(shù)與力矩的對應(yīng)關(guān)系，再校核材料應(yīng)力保證滿足使用要求。緊固螺栓組，要合理均布，并根據(jù)其安裝位置分析受力狀態(tài)，計(jì)算抗剪或抗拉強(qiáng)度。對于附屬部件的設(shè)計(jì)，如設(shè)備上的電機(jī)，需要考慮防水、防撞等問題。如是小型設(shè)備，可考慮美觀易操作問題。對于大型設(shè)備，更注重考慮極端狀態(tài)下的安全問題，如鋼絲繩維護(hù)不善或意外撞擊，在料斗升到高處時(shí)繩斷，怎么不讓料斗自由下落等。（4）取得創(chuàng)新成果。在上述方法下，將原需裝載200kg料斗、升高4m、負(fù)載速度約0.5m/s的料場升料機(jī)構(gòu)車總重減小了30%，加工制造成本降低了50%。原設(shè)備為仿造其他設(shè)備改制而來，雖然能用，但上面的零部件有諸多參數(shù)不靠近設(shè)備的實(shí)際使用工況；其升降采用定動(dòng)滑輪和二級導(dǎo)軌的組合方式，相對于此工況略顯繁瑣。

4結(jié)語

對于復(fù)雜系統(tǒng)，考慮將其分解成多個(gè)單元問題進(jìn)行設(shè)計(jì)校核，再將簡單問題融入整體去應(yīng)用調(diào)整、修正參數(shù)。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)設(shè)備，按照上文思路，可以不仿造其他設(shè)備，制造出體積、重量比佳，功能質(zhì)量有保證的產(chǎn)品。同時(shí)，出于實(shí)際效率考慮，需要利用已有的成熟產(chǎn)品上的優(yōu)秀部分為當(dāng)前設(shè)備所用，即系統(tǒng)設(shè)計(jì)是自己的，在細(xì)節(jié)上，集成好的、解決不好的；在設(shè)備性能、質(zhì)量保證上，不向過去妥協(xié)。對于設(shè)備設(shè)計(jì)，進(jìn)行創(chuàng)新的同時(shí)不自閉，在繼承原設(shè)備優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，要有發(fā)展進(jìn)步，依據(jù)自己的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有所取舍。在機(jī)械設(shè)計(jì)上，積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，融合理論知識，二者相輔相成。對于一般性問題，可以經(jīng)驗(yàn)帶著理論跑，使用已知方法，帶入需求參數(shù)，較快解決；對于難點(diǎn)或未接觸過的問題，用理論帶著經(jīng)驗(yàn)跑，逢山開路，遇水架橋。設(shè)計(jì)者既要觀查設(shè)備外在形式的“熱鬧”，也要琢磨其理論知識的運(yùn)用“門道”，門道認(rèn)清了，應(yīng)用技術(shù)，百變創(chuàng)新有其“中”。

作者:于開洋 單位:南京國信能源有限公司