探究機(jī)械結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)健優(yōu)化的方法

申家赟

摘 要：在當(dāng)前，我國(guó)現(xiàn)代化發(fā)展速度越來(lái)越快，工業(yè)化對(duì)機(jī)械性性能和穩(wěn)健提出了更高要求。同時(shí)，對(duì)于機(jī)械產(chǎn)業(yè)本身而言，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、性能健暢也是一項(xiàng)重要指標(biāo)。本文從界定機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)械結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定的概念出發(fā)，對(duì)優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性必要性出發(fā)，對(duì)當(dāng)前機(jī)械結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)健影響因素做出分析，并構(gòu)想相關(guān)建議，旨在為提高機(jī)械運(yùn)作效率做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械結(jié)構(gòu) 機(jī)械性能 結(jié)構(gòu)穩(wěn)健

中圖分類(lèi)號(hào)：TH12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）11（a）-00-02

目前，隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、深度機(jī)器學(xué)習(xí)等高新技術(shù)的發(fā)展，使得機(jī)械產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間得到了前所未有的放大。當(dāng)然，為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，不僅需要保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)健，還需確保性能優(yōu)化，以適應(yīng)機(jī)械制造業(yè)的時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)。在本研究中，筆者對(duì)機(jī)械的結(jié)構(gòu)穩(wěn)健性以及性能優(yōu)化做出探討，旨在為促進(jìn)現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)健簡(jiǎn)介

1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

機(jī)械最早起源于古希臘時(shí)期，圓柱齒輪是機(jī)械的雛形之一。根據(jù)股息老機(jī)械學(xué)家亞歷山大里亞·希羅的表述，機(jī)械結(jié)構(gòu)主要可以范圍輪軸、滑車(chē)、螺旋等若干部分。在《機(jī)構(gòu)學(xué)原理》中，英國(guó)機(jī)械學(xué)家威利斯將機(jī)械定義為些許構(gòu)件發(fā)生組合運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。根據(jù)該表述，可以將機(jī)械結(jié)構(gòu)分為零件和零件構(gòu)件這兩部分：一方面，零件是指在機(jī)械系統(tǒng)中完成某一單獨(dú)任務(wù)的物件，如電機(jī)、風(fēng)扇等；另一方面，零件構(gòu)件是指將各部分零件整合為一個(gè)系統(tǒng)的物件，比如說(shuō)導(dǎo)線(xiàn)、輪軸、底座等。

1.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定

在人類(lèi)社會(huì)早期，機(jī)械動(dòng)力主要源于人體內(nèi)能轉(zhuǎn)變而來(lái)的機(jī)械能。隨著時(shí)代進(jìn)步，目前機(jī)械運(yùn)作依賴(lài)于電能。然而，無(wú)論是何種機(jī)械，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和性能穩(wěn)定都是最為重要的兩個(gè)方面：一方面，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。在機(jī)械高速、反復(fù)運(yùn)作之中，各個(gè)零件以及零件構(gòu)件存在摩擦，不僅表面形成磨損，而且容易導(dǎo)致脫落、散架等嚴(yán)重后果。比如說(shuō)，在汽車(chē)鋼珠式卷收器中，鋼珠與齒輪、頂針、管道之間存在一定摩擦。若零件間距計(jì)量不準(zhǔn)確，將會(huì)導(dǎo)致滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)遲緩，影響安全帶收緊速度；另一方面，性能穩(wěn)定。機(jī)械運(yùn)作主要目的在于代替人力，節(jié)省企業(yè)開(kāi)支，以及提高管理效率。因而，其性能穩(wěn)健與否是決定機(jī)械價(jià)值高低的重要標(biāo)準(zhǔn)。以污水處理泵為例，其性能穩(wěn)健主要體現(xiàn)在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水泵揚(yáng)程、電功效率等若干方面，需要通過(guò)強(qiáng)化風(fēng)機(jī)抗腐蝕抗摩擦，提高水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速等來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)健必要性

首先，機(jī)械結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)健是實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造效果的要求。在現(xiàn)代化發(fā)展中，納入機(jī)械是提高企業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)效率，減少人為因子對(duì)管理負(fù)面影響的重要途徑。而為了達(dá)到這一目的，需要確保機(jī)械運(yùn)行時(shí)不會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)故障，并且保持高效性能，為生產(chǎn)提供強(qiáng)勁動(dòng)力。比如說(shuō)，為了增大麻將娛樂(lè)的趣味性，全自動(dòng)麻將機(jī)不僅需要實(shí)現(xiàn)高速碼牌，而且還需保證沒(méi)有遺漏，全部隨機(jī)。

其次，機(jī)械結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)健是促進(jìn)當(dāng)代機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的要求?？茖W(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，催生了當(dāng)代生活的日新月異。其中，科技創(chuàng)新來(lái)源于廢舊革新，即挖掘當(dāng)前機(jī)械結(jié)構(gòu)性能不足之處，提供穩(wěn)健優(yōu)化的思路。以早期工業(yè)化時(shí)期的代表性機(jī)械——蒸汽機(jī)為例，雖然說(shuō)該機(jī)械最早出現(xiàn)于1679年，被法國(guó)物理學(xué)家丹尼斯范明。隨著時(shí)代的演進(jìn)，有識(shí)之人將其不斷改造，不僅衍生出分離式冷凝器、行星式齒輪等重要器械，而且也催發(fā)出了蒸汽提水機(jī)、大氣式蒸汽機(jī)、高壓蒸汽機(jī)等新型蒸汽機(jī)的發(fā)明。

最后，機(jī)械結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)健是提高人類(lèi)機(jī)械制造認(rèn)知水平的要求。為了促進(jìn)現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展，有必要對(duì)目前機(jī)械制造業(yè)狀況進(jìn)行深思，進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定[1]。比如說(shuō)，19世紀(jì)之前，大多數(shù)機(jī)械動(dòng)力來(lái)源于機(jī)械能，運(yùn)作成本巨大，并且管理存在難度，不僅無(wú)法保證運(yùn)作效率，而且機(jī)械結(jié)構(gòu)本身容易損壞。為此，歐洲學(xué)術(shù)界展開(kāi)深入探究，并于1820年成功提出了電流磁效應(yīng)。在1年之后，英國(guó)科學(xué)家法拉第發(fā)明了世界上第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，將機(jī)械制造業(yè)引入了一個(gè)嶄新的紀(jì)元。于1873年，大功率電動(dòng)機(jī)在比利時(shí)問(wèn)世了。由此看來(lái)，在不斷強(qiáng)化機(jī)械結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)健的過(guò)程中，人們對(duì)于機(jī)械制造業(yè)的認(rèn)知不斷提高，有助于衍生出新型機(jī)械。

3 機(jī)械結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)健因素分析

首先，鋼制零件材料性能。當(dāng)前，大多數(shù)機(jī)械由鋼制材料打造，是實(shí)現(xiàn)抗震防摔的基礎(chǔ)。在運(yùn)作中，機(jī)械內(nèi)部存在摩擦、攪動(dòng)等運(yùn)動(dòng)，因而鋼制材料自身性能成為影響機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能的重要因素。在鋼材性能方面，影響要素有：第一，化學(xué)成分。在鋼制機(jī)械中，鐵元素所占比例高達(dá)99%，并且隨著鋼材含碳量的提高，鋼材強(qiáng)度增大，但可塑性、韌性降低，硫、氮、磷等元素對(duì)于鋼材質(zhì)地也會(huì)造成影響；第二，溫度。在不同溫度條件之下，鋼材的強(qiáng)度和塑性在不斷改變，并且改變速率在不同溫度區(qū)間不一致。倘若在不適宜的溫度環(huán)境之下運(yùn)作機(jī)械，容易降低鋼材性能，甚至出現(xiàn)冷脆，瞬間降低機(jī)械整體運(yùn)作效率。

其次，機(jī)械零件構(gòu)件布局。在現(xiàn)代機(jī)械業(yè)中，為確保實(shí)現(xiàn)“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的整體運(yùn)作效果，機(jī)械零件構(gòu)件被設(shè)計(jì)成多個(gè)表面，確保能與其他部件接觸，將多個(gè)零件運(yùn)動(dòng)集成，實(shí)現(xiàn)整體化運(yùn)作。比如說(shuō)，在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪是經(jīng)常使用的傳遞裝置。為了確保裝置A與裝置B之間能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)運(yùn)作對(duì)接，齒輪a與齒輪b的輪齒個(gè)數(shù)、齒槽大小、模數(shù)數(shù)值、齒厚齒線(xiàn)都需要滿(mǎn)足一定數(shù)學(xué)關(guān)系，整體上要吻合轉(zhuǎn)速比。

最后，特殊情況性能結(jié)構(gòu)運(yùn)作。在實(shí)際運(yùn)作中，機(jī)械設(shè)計(jì)需要考慮摔落、高溫、低溫、震動(dòng)等特殊情況。這不僅有利于保證特殊情形下機(jī)械運(yùn)作效率，而且對(duì)于迅速恢復(fù)機(jī)械結(jié)構(gòu)和性能具備重要意義。比如說(shuō)，在低溫條件之下，機(jī)械電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)阻力由于機(jī)油粘度增大而增大，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難；倘若從高處摔落，需要保證機(jī)械內(nèi)部零件構(gòu)成不會(huì)受到較大破壞；在多塵土環(huán)境，機(jī)械內(nèi)部散熱器容易出現(xiàn)阻塞；在地面多石地區(qū)，履帶機(jī)械容易出現(xiàn)斷裂、損壞等問(wèn)題，此時(shí)需要備份履帶，檢查履帶完整程度。

4 優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)健的建議

首先，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)機(jī)械性能參數(shù)。機(jī)械性能參數(shù)包括電壓、電流、磁場(chǎng)強(qiáng)度等電磁倉(cāng)鼠，相位、速度和加速度等振動(dòng)參數(shù)，壓力和位移等力學(xué)參數(shù)，溫度、壓力等液壓參數(shù)等，這些參數(shù)對(duì)于準(zhǔn)確把握機(jī)械性能意義顯著。在精準(zhǔn)測(cè)定這些參數(shù)之后，能夠判斷機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)，便于檢測(cè)運(yùn)行問(wèn)題，保證機(jī)械處于最佳運(yùn)作。

其次，定期對(duì)機(jī)械實(shí)行維護(hù)。零件磨損、構(gòu)件故障等是機(jī)械運(yùn)作常見(jiàn)故障，是機(jī)械管理需要避免的問(wèn)題。在這一方面，相關(guān)人員需要落實(shí)定期維護(hù)工作，對(duì)機(jī)械機(jī)構(gòu)以及性能機(jī)械主動(dòng)維護(hù)。要點(diǎn)在于：其一，為減少意外停機(jī)，需要替換出于損耗周期之外的零件；其二，借助以往的結(jié)構(gòu)維修以及性能優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行定義檢查，排查結(jié)構(gòu)故障以及性能問(wèn)題[2]；其三，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)之后，機(jī)械內(nèi)部零件以及構(gòu)建因摩擦過(guò)多而產(chǎn)生損耗，需要涂抹潤(rùn)滑油，并且做好密封，減少水分滲入[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

在提倡高度機(jī)械化的今天，我們需要對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)健予以重視，不僅需要掌握相關(guān)影響因素，而且要從監(jiān)測(cè)參數(shù)、定期維護(hù)以及日常管理等方面出發(fā)提高機(jī)械結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)健程度。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳志霞.試論如何優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（4）：33.

[2] 房燦.機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用與趨勢(shì)研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（18）：137.

[3] 殷春雷.機(jī)械機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用與趨勢(shì)研究[J].科學(xué)中國(guó)人，2016（21）：15-16.