最新机械设计的一点心得体会Word文档下载推荐.docx

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计算一个承载结构，不外乎是计算强度、刚度和结构的稳定性。

计算强度是比较简单的事情，你只要上过中专，你就应该很明确地计算出一个断面的强度，无论断面的结构有多复杂，就是花费的时间长短的问题。

假如你说不会算，谁都帮不上你，只有再回学校念书。

而刚度的计算就比较复杂一些，要考虑各种工况，考虑最复杂的一种组合状态，这就不是学校里能学到的东西了，想学明白了，第一要有好的师父，师父就不明白，你学不明白。

第二，就是你要肯学，要下功夫。

比较复杂的问题是计算一个结构的稳定性，它不仅要考虑工况，许多外在的条件你必须要考虑进去。

比如：

当你设计一个大型的料仓和附属结构的时候，要考虑的因素就特别多，例如，风雪引起的荷载，地震的不同振型引起的破坏效应等等东西。

就仓体的支撑形式而言，条件许可的时候，要尽可能采用较为‘柔和’的多柱支撑结构，在地震过程中，它的‘弹性’和‘柔软性’都比较好，在承受以‘扭转’振型为主的地震破坏中，边上的柱子的联结节点可以‘拧断’，以吸收地震的冲击波。

当地震过后，虽然有些支撑体破坏了，但整体结构是完整的，达到这种水平，你就基本是‘人才’了。

当不允许采用多柱支撑结构时，支撑形式的的刚度就一定比较大，柱子就不允许被拧断，这时的变形就被转移到仓体本身上去了，你必须选择一个变形/破坏点，通过它的破坏而保留结构的完整性。

采用少柱结构时，就必须要慎重使用型钢作为柱子，有些时候，方形或圆形就可能是你的唯一选择。

重载箱形梁的破坏，你要是细看或者说你看明白了，你就知道：

真正由弯矩导致的破坏并不很多。

一般情况下，主要是扭转载荷破坏了结构。

扭转载荷首先是破坏了箱形梁的纵横筋板之间的焊缝，导致形变的加大，而形变的增加又进一步破坏了纵横结构，最后导致了翼板（有时称梁的‘上下盖板’）与间隔结构的分离，失去了承载的理论位置，最终使整体结构分崩离析。

煤矿上使用的液压支架就是一种典型的重型承载支撑结构，其顶梁、掩护梁、连杆、底座的设计都比较讲究。

什么地方要加强是非常重要的，也有许多的学问。

在型式试验的时候，虽然只有5000次的循环，看似次数很少，但能撑过试验结束的的架型也并不很多，或多或少都有些问题。

尽管现在是有限元时代了，但根本问题并没有完全解决，特别是偏载试验，从根本上讲还是扭转载荷作用的问题许多人没有完全理解透，或者没计算好。

能设计结构巧妙而又经久耐用的钢梁其实并不是一件非常简单的事情，是很看一个人的功底的，它和在学校的学习和后天的锻炼都有很大的关系，别小看了它。

但像我这样的笨家伙就干不了。

在结构设计的时候，你需要特别重要的是：

除了正常计算弯曲载荷以外，一定要搞清楚最大的扭转载荷，这种载荷可能不一定是什么东西施加给梁体的，也可能是基础的不均匀沉降造成的，假如你当时没有仔细考虑基础沉降的问题，到时候，土建的家伙是救不了你的，你哭都没人理你。

如果是薄板结构，你还必须计算剪切和冲切的问题，你的钢梁是没问题，但人和物件掉到底下去了，你同样有不可推卸的责任。

筋板的联结也是特别重要的东西，焊缝尽可能不放在受力大的位置上，如果必须放在那里，要作额外的加强和支撑，通过增加局部的刚度，减少此处的形变，使变形发生在非焊接位置。

当然，书上说了许多特别细致的东西，都特别重要，我不重复什么，以免引起卖弄的嫌疑。

有人会说：

你说了一大堆没有用的东西，到底用什么来衡量一个家伙是不是行呢？

这个我比较在行，因为我不会干什么，再不知谁会干？

岂不是要饿死？

其实，衡量一个家伙只用一个标准就够了，他自己设计的结构，随便取一个截面，他都能讲得清楚何处的应力是多大？

哪个断面在何种条件下可能破坏，这个截面破坏以后引起的后果是什么？

什么条件下，整体结构会崩溃？

在众人面前可以讲清这件事，他就合格了。

假如是抄图，抄一辈子也还是抄。

假如我们把钢结构叫‘重型结构’的话，铝结构就是‘轻结构’，它的设计与钢结构是完全不同的，或者说根本就是两码事。

有些时候，因为某些需求，你必须设计铝结构。

铝结构得到充分的发展是在二战时期，当时是‘玩命时代’，你的飞机速度快，灵活，载弹量大，生存条件好，你就有了制空权，一旦有了这东西，就可以在人家头上扔炸弹，炸掉滚针轴承厂，潜艇制造厂，Me109 

的组装厂、重水厂，最后纳粹就玩完了。

在这场竞争中，美国佬胜出，直到制造出B29的时候，世界知道，大局已定了。

铝是一种柔软而耐氧化的物质，正是因为这些特点，它不太适合做结构件使用，首先是不宜焊接，另外是比钢材的耐温性能差许多，但对于某些领域又必须使用它，于是人们开发了许多与钢结构完全不同的设计方式来利用铝及其合金结构。

由于铝的机械性能差，美国率先开发所谓的‘硬铝’用作航空材料，除少量必须用钢材的结构以外，当年的大型轰炸机的机身和机翼都是这东西，由于铝的延展性能好，做结构件时，要充分利用这种性能，使应力大的地方实行一体化的结构设计，避免使用铆接，连接的位置可以在‘中性线’上，大大地提高了铝结构的整体承载能力。

这一点和钢结构的设计完全不同。

这种设计思想一直延续到今天，当代的高速列车就采用了大量的铝结构件，这些结构件是大型的铝型材，从车厢的断面上看，是由几块大型型材拼接而成的，受力区域都是连续结构，不会有焊接或铆接的设计结构。

假如你原来是搞钢结构的人，后来转到设计铝结构，你就要特别注意这一点，你必须要能独立拆解一个铝断面，用什么方式提高强度和刚度？

用什么方式进行联结？

同时要知道热挤机是否可以挤出你要的断面，有没有这么大的力能参数。

你觉得很难吗？

其实也不难！

像我这样的笨家伙都是自行拆解铝断面，设计刚度的，你一定可以做到的。

把铝结构联结到一起的方式也不如钢结构多，早年一般是铆接，今天还在用，世界上铆制铝的铆接设备和铆钉并不很多，说白了吧！

就美国佬和欧洲有。

日本准备要造100吨级以上的大飞机了，为什么没有早动手，他不好意思说，我替小鬼子说了：

日本没有合适的航空铆钉。

我不算泄漏日本人的秘密吧！

今天，铝结构可以焊接，当然，方法比较特殊，还有一种被称为‘摩擦搅拌焊’的工艺，做厚结构时也用得比较好。

假如你做铝结构设计，能设计断面，会计算，再能拆了这个结构，分块做型材，再将其联结起来，你就会有饭吃，做这个的家伙比作钢结构挣钱多，这只是我悄悄告诉你的呀！

你可别告诉其他人，否则，别人都学会了和你争饭碗。

随着人们对航空器‘更高、更大、更快、更远、寿命更长、事故条件下的生存能力更强’的多‘更’要求，铝材已经远远不能满足这些要求了。

无论是强度、刚度和温度适应性及稳定性能都不够了。

这时，纤维热压增强材料就开始逐步登上历史舞台了。

这些纤维热压增强材料主要是做结构用的碳纤维结构材料和做蒙皮及结构翼板的凯夫拉夹层材料。

碳纤维的模量很大，用它制作的结构，在有很高的强度的同时可以有很大的刚性，这是其它材料所不具备的。

碳蜂窝结构是历史上最强的蜂窝结构。

凯夫拉夹层结构是由凯夫拉纤维和薄铝板的多层复合体，欧洲称‘凯夫拉三明治’，由于它的模量略小，具有一定的弹力和变形能力，是作轻结构蒙皮的上等材料，有时是唯一的选择。

作碳纤维结构设计时，你主要是考虑用什么结构形式，它和加工方法有密切的关系。

在断面很薄的时候，蜂窝结构是你的唯一选择。

会蜂窝结构的设计，你可以有一碗不错的饭，就可以作真正的白领了。

纤维热压增强材料的联结就比较特殊了，它与钢铁结构和铝结构的联结方式是截然不同的。

这种材料一般是采用粘–铆联结方式。

承载的联结体是环氧或类环氧胶，而铆钉只是辅助固定的方式，无论是哪国的铆钉都不会有这样大的联结强度。

粘–铆结构有其致命的缺陷，腐蚀会沿着边界层渗透，当层间结构被破坏到一定的程度，这种看似无敌的结构体就会瞬间崩溃，而在这之前是没有任何先兆的。

在设计过程中，要特别注意标注材料的表面处理和粘接方式，以及搭接界面的封闭处理。

总体技术要求要标明多长的周期要进行层间结构的探伤处理，探伤显示的损坏结果到什么程度就要报废，而不管它看起来是新还是旧。

否则，发生事故的时候，要拿你是问！

碳纤维还被用来作为结构的增强材料，粘接在梁体的表面以提高强度，它属于专门的学科。

你需要学习的实际是两种东西，一种是碳纤维结构件，一种是碳–钛复合拉杆，学会这两种东西，可以设计F1 

或者设计飞行器。

在工程设计的时候，有时客户会提一两种特殊的结构给你，这是你的附属结构，一种是间隔消音结构，结构体之间要有一定的距离，内表面要粘贴某规格的沥青石棉毡，结构之间要悬挂式布置一定克重的玻璃纤维毡，这是依据声频特性计算出来的，有些时候这些东西你也必须会。

再有一种东西就是防弹结构，防炮弹的东西不是咱设计的范畴，那东西咱搞不了。

防枪弹的结构主要是硬式和软式两种，软式的也是一种凯夫拉夹层复合结构，以前要自己设计，现在可以买得到。

说‘静态结构’和设计，俺就知道这些了，按中国成语说‘坐井观天’，俺就是那只井底的大蛤蟆，也希望有一天爬到井台上来看看世界，但，很难啊！

不过，上面说的这些东西，俺可以替你做，即使是纤维材料，俺从压机替你做，做了设备再替你设计结构。

具体你要知道多少东西，那就要看你自己了，客户要侬作什么，侬没有自己的选择，白相白相以后就得干活，到底是钢结构、铝结构、还是复合结构，你的老板说了算，你说不会，他不给你发薪水，俄着你！

你没辙吧！

你和我毕竟不同，我只是一介混事之徒，谁拿我能怎么样？

说到搞‘运动结构’设计的家伙，有时看不起搞‘静态结构’设计的人，在有些场合也是有一定的道理的。

说到搞‘运动结构’设计的家伙，有时看不起搞‘静态结构’设计的人，在有些场合也是有一定道理的。

设计一个‘运动结构’，不仅要考虑机构在运动过程中的完整性，还有保证在规定的时间内完成规定的任务，这些任务有时是精密的动作，有时是一个变化着的力，有时二者兼备。

既然是为了完成一个运动的任务，从总体上说，各种运动机构都是类似的，从宏观上看都是一样的东西。

运动系统在运动过程中都包含有‘启动、加速、工作运转、减速、停止’等过程，怎么能很好地完成这些动作，才是问题的关键所在。

我习惯上将‘运动系统’分成几大类：

第一类是‘大惯量系统’，其自身的启动惯性较大，而工作载荷并不很大，例如，棒材轧机的定尺飞剪，设计的关键问题是要在规定的时间内启动到位，完成剪切动作，真正的剪切力并不很大。

第二类是‘大载荷系统（或外加大惯性体），这类系统的自身惯性很小，而工作载荷很大。

例如，航母上的蒸汽弹射器，设计的关键是如何在瞬间发出巨大的推动力，而这种大推力又是可以精密控制的，设计这种东西有难度，有时，你设计了也没有条件加以实现。

第三类是混合系统，自身的惯性比较大，工作载荷也特别大，有时载荷还有不确定性，例如，轧机、热带飞剪等冶金设备就是如此。

你无论是设计哪种系统，首先你要分清楚这东西的实质所在，才能选择用什么方式加以驱动。

说到这里，我们不得不说一下驱动一个系统用到的原动机。

原动机主要有各种电动机、活塞式内燃机、涡轮轴式燃气轮机、外燃式的斯特林机、驱动大型风机和压缩机的蒸汽轮机等。

无论如何，我们最多采用的是各种电动机。

各种电动机都有不同的启动特性和负载特性，要根据不同的情况加以选择和控制。

设计棒材轧机的定尺飞剪时，主要考虑电机的启动特性，电机要适应频繁的连续启动，启动过程要准确。

设计轧机的时候，主电机主要考虑的是过载倍数是否合适，过载倍数不够，轧机的力能参数不够，光能转又有什么用？

。

设计冷床的时候，假如你是采用启动/停止的方式，就要选择较大的电机，当采用气动离合器的方式时，电机相对就小些。

这些都是根据计算得出的。

说到计算一个电机驱动的系统时，电机是否合适？

曾经有许多的说法，很多书里说了不同的观点，有时把人说得云山雾罩，不知所以然，有些东西我参考，有些东西只是看看算了。

什么叫电机选择得合适？

就是在工作载荷的条件下基本达到额定状态，留下一点富裕就够了，留多少富裕的功率，那要看你选择的是谁的电机，假如是德国的电机，你在90%的额定条件下可以长期使用，如果是美国的电机，有时可以使到100%。

有些电机，你就要慎重，可以询问厂家，到底可以在什么条件下使用，给你的答复有时是75%，有时还要低，但你也要遵循，谁让你想少花银子呢？

电机到底在什么条件下会烧了，一堆人可能有许多的说法，无论谁说过什么，最终的答案都只是一种：

那就是积累的热量。

请你记住，只有发热超过散热并累计上升到规定的温度，同时持续一定的时间，最终烧毁绝缘的时候，电机就烧了。

在实际的设备设计中，有时，你按工作载荷计算的电机功率是不能满足启动要求的，因为过长的启动时间将瞬间产生大量的热，使系统马上被‘顶掉’。

但你若是按启动工况计算电机的功率，就会严重富裕，这将导致系统的效率下降，对整个的工厂是没什么好处的。

这时，你就要在这两者之间做出平衡，平衡不了的时候，就要另加一个装置专门负责启动，这种东西的工作原理各不相同，最简单的就是两个电机串在一起，用离合器联接，启动的时候，两个电机同时工作，正常工作的时候，断开一个，使用一个。

其实，你只需掌握几点关键的东西：

启动期间的发热是否超限，如果启动的次数很少，首次启动是冷车启动，即使发热略有超过，也不会怎么样，但时间不能太长，长了，对电机的寿命有影响。

电机在工作期间的过载问题必须仔细计算，力能参数满足需求的时候，主要是计算每一个循环的发热是否满足要求，应该使用什么方式进行散热，对于封闭式电机的计算要特别注意使用的环境。

而对于特殊的气候条件，比如湿热带的气候，要使用专门的湿热带电机，以前，有的公司出口设备到印尼去就有这类的问题。

在系统减速阶段，你可能用到某些减速的方式，假如和电机的力能参数有关的话，也要仔细计算，力能参数合适以后，再算发热量，总之，你什么都算过，并且都算对了，在工程中出的错误就少，否则，有些问题不是你轻易能处理的。

当然，你如果只是给别人跑腿的话，有问题时可以躺倒说不明白，但有时说不明白，就不行，要看是谁说！

真正选择电机的时候，你会看到有同步机，异步机，异步机里还有众多的分类，当然还有直流机、各种伺服电机、步进电机、开关磁阻电机，许多我都用过，书里有明确的原理说明，厂家有详细的曲线参数表，这些东西我不能侃，一侃就要露怯，在选电机之前要仔细地想好了，你要驱动的是什么系统，到底会发生什么事情，这才是问题的关键。

以前，遇到一件事，我们打过一个赌，最后我赢了，那是用一个小电机驱动一个惯性比较大的系统，启动的时间很长，按原理说，超过规定的启动时间，电机就可能烧了。

但那电机就是不烧，一个书念得比我好的家伙怎么都不解这是为什么，书里明明说了要烧的，怎么不烧呢？

见鬼！

假如你能猜到为什么，告诉我！

在使用电机不方便的场合下，可能你被迫要使用其他的原动机，例如，在输油中继站要使用柴油机，这东西和电机的特性是完全不同的，要考虑一大堆的东西，比如液力耦合器及控制系统，调速装置，齿轮变速箱，散热器和循环系统等，你别嫌麻烦，挣钱麻烦吗？

应该是不麻烦的，我说的是挣钱，不是从地上捡钱！

在输气的线路上，假如气体的热值和灰份等质量合适又有处理站的话，可能使用涡轮轴燃气轮机，这东西是高速机，减速装置比较复杂，还要有一大堆的监控系统，但它的效率很高，装置比较小。

还有使用斯特林机的，可能场合特殊，那东西很安静，有在车上使用的，我没用过。

侃过驱动的方式以后，还可以侃一下被驱动的结构。

假如一个驱动力可以使系统启动的话，系统就可以开始运转，但运转的过程中还会发生许多的问题。

按我的习惯，我把这些问题归为四类，即：

1控制位置精度的问题。

2平衡问题。

3振动问题。

4润滑问题。

控制位置精度的问题是一个比较复杂的问题，它与控制系统的选择、被驱动件的惯量、控制的算法等一系列因素有关。

对于要求高速运动，而定位准确的物体，减少自身的惯量而提高其刚度是尤其重要的。

有时，你必须放弃钢铁、铝合金等结构而转求采用复合材料。

不管对谁来说，一个大而重的东西比轻的东西就是难以控制。

在提高刚度的同时，还应该提高结构的自振频率，这对于提高位置控制精度都有很大的帮助。

就控制系统来说，不是你选择的系统精度越高就越好，过高的精度有时没有必要，它无故地增加了制造的成本。

有时，你提出的、超高的精度其实是实现不了的，比如，你要求热轧板带的精度到‘缪’级就很难做到。

还有就是，太高的精度引起的系统震荡也是很难处理的，有时是对生产过程的严重干扰，可以大大地降低生产效率。

提高一个系统的位置控制精度和算法还有很大的关系，你的算法比较先进，简单地解出轨迹和正确地修正和差补，都是提高控制精度的有效手段。

作为机械设计者，在设计这类东西时，你应该是先设计好你的所有机构，做完所有的惯量计算，找到最大的惯性力作用点和外载荷的附加点，再和专业的自控公司的家伙谈控制，看他们的伺服电机或步进电机的力能参数是不是可以，控制卡是不是有这么高的响应和适当的电流输出，你就可以得出结论，谁的东西是可以使用的，谁是真正混事的家伙。

只有这样，你设计的东西，你才知道最终是不是可以使用，即使在使用中有问题，也可以知道是在哪里出了问题？

到底是驱动跟不上？

还是算法的问题，或是控制电路的问题。

不知道这些，永远是糊涂的。

说到一个系统的平衡问题，也有许多的讲究，例如大型的棒材轧机的冷床就是一个很好的例子。

从精轧机经过倍尺飞剪上到冷床的棒材的规格随着生产的规格调整时刻在变化中，规格从∮10到∮40都有，究竟在哪一点平衡冷床是有说道的，你要和轧钢工艺的家伙仔细探讨，找到最常生产的规格，还要考虑生产的连续时间，工作做细了，对设备的寿命、电耗都有利，毕竟国家的钱也是钱，和大家都有关系，但能考虑这些东西的家伙是非常少的，说不清为什么！

平衡不好的话，不仅是设备寿命受影响，基础的寿命减低，还可能把床面甩下来，几百吨的家伙，甩飞是什么后果？

你想过吗？

非常可怕的！

所以，当你接手设计这东西的时候，会有许多的人劝你这家伙的可怕后果，但东西设计好，摆在那里，大家能抄许多年，也是一件趣事。

平衡问题与振动问题有时是一个问题，有时是两个问题，有时二者有关系，有时一点关系都没有。

做好平衡在某些场合可以减少振动，有时就不能，甚至根本就不能。

运动系统的振动有许多的原因，一些是由不平衡引起的，这些东西只要简单地加以平衡就可以解决。

有些是由于外界的激振源的振动频率和系统接近而导致振动，附近的空压机、活塞式内燃机、有时甚至是某些液压泵组也可以引起振动，要先找到振动的激励源，做相应的处理，此类问题就可以解决。

比较难以处理的是扭转振动，特别是采用活塞式内燃机驱动的设备。

这种振动一旦发生，很难消除，并严重地影响设备的使用寿命，甚至是很严重的破坏事故，必须事先加以避免。

你在做长轴系的设计的时候，要事先计算整个系统的扭振问题，只有计算完了这东西，才能开展结构设计，你要是说你不会，我估计你的领导不让，一定要扣你的工资，但别人说不会就有正当的理由，比如说正忙着搬家，或是孩子小。

你没什么理由。

即使是人家设计的系统‘扭振’了，领导也会问你为什么？

别人只是瞪着无辜的大眼睛看着，因为人家可以说从来没听说过有这东西，难道是从地下冒出来的东西吗？

这时，你要处理不了，大家都跟你急，问你，你是干什么吃的，这点东西都对付不了？

啊！

劝你还是趁早准备好了，免得到时候着急！

润滑问题是非常庞杂的东西，一个东西一个样，一点规律都没有，你那点所谓的‘经验’在什么时候都不管用，在一个大的设计院里，做不了设备设计的家伙，有时就被派去搞润滑系统，殊不知，润滑这东西也很复杂，像我这类特笨的家伙，在不着人‘待见’的时候，有时就配干点这类杂活。

低速重栽的非精密的场合，许多人愿意用轴套，随便抓一个就用，人家能用，我也能用，但场合不同，材料和使用的方法还真是不同，有时就不能乱用。

见过一个设备的轴套，使不了几天就坏了，换上还是坏，设计者说不知道怎么处理。

看看环境才知道周围的温度特别高，打进去的干油熔化以后流出来结焦，根本就没有润滑作用，当然要烧轴套，换点高温润滑脂试试？

那东西250度都不变色，也不熔化，再打进去什么毛病都没有了，万事大吉。

处理上述的问题有三种方式，第一是选用高温润滑脂。

第二是采用水冷轴承座。

第三是每次运动都打定量的干油，当然这很浪费，但没办法。

还见过烧油膜轴承的，在负荷特重的工况下，油膜轴承的启动要特别小心，有时要考虑用静压先把油打进去，运转以后才可以停掉静压，否则就可能烧了轴承，油膜轴承很贵的，尤其是大型的。

滚动轴承也常有各种各样的问题，有时是选型有问题，包括选型不对，负荷能力不足，润滑有时也有问题。

滚动轴承一般采用脂润滑、油润滑、油气润滑。

在高速的情况下，假如负荷允许的条件下，使用油气的润滑是个不错的选择，既可以帮助散热，也可以充分润滑轴承的滚动体。

总之，设计的时候，一定要仔细确定负荷、转速、冲击等问题，严格按要求润滑，任何‘拍脑门’和想当然的东西都是不可取的。

当人们走过‘坚船利炮’的强打时代，无论是什么设备都逐渐有了自动化的成分。

哪怕今天它是全手动的，恐怕有一天也得加进自动化的装置。

自动化系统的好坏有时是至关重要的，苏霍伊设计局和米高扬设计局的战机设计都是一流的，要论气动布局和动力性能都举世无双，但战斗实力差在计算机系统和自动化控制系统上。

美国的B2是飞翼式气动布局，单从气动布局上看根本就没有人工操纵的可能性，也就是说，假如停掉其自动飞行舵面控制系统，它马上就会从天上掉下来，人工是根本操纵不了它的舵面的。

由此可见，一个好的自动化控制系统是很