学文网机械结构论文第1篇
论文摘要：文章根据机械制造及其自动化专业基础课的教学特点，提出了自顶向下的解剖式动态教学模式，解决了学生在课堂上对原理结构***及实物结构***的三视***读***慢且理解不深的问题。
一、引言
机械类专业基础课、专业课是奠定学生将来从事机械类及相关工作的理论基础、分析能力及实践能力的重要课程。根据机械类学生将来从事结构设计工作的特点，为拓宽他们的视野，提高其设计技能，教材中大量使用了原理结构***及实例结构***，导致教材内容复杂，篇幅长，讲授难度大。为了提高教学效果，许多教师进行了大量、广泛而且深入的教学方法研究，取得了很好的效果。但对于机械类专业基础课、专业课中大量出现的原理结构***及实例结构***，由于学生缺乏感性认识、实践知识和基本结构素材，如果仅靠学生的兴趣和教师讲授效率的提高，学生理解速度还不能适应课堂教学的需要。针对这个问题，我们提出了解剖式动态教学模式。
二、目前的教学状况
机械类专业基础课、专业课中大量出现的原理结构***及实例结构***是以线条式的原理简***或以平面的三视***来表现的。对于原理简***，学生只需“看见”就已经“理解”这些***形了；而对于三视***，根据教育心理学认知理论，学生要理解这些***形，在“看见”这些***形的基础上，必须在大脑中将其重新组合为熟悉的三维立体***形，而这需要花费一定的时间。教材编著者也注意到了学生认知的这些特点，尽可能采用轴测***来表示复杂的实例结构。从教学中不难发现，学生对这些轴测***的理解速度远大于对平面***形尤其是三视***的。为什么会出现这样的结果?从学生学习三视***的过程中不难发现答案。
学生在学习《机械制***》的时候，教师都带有实物教学模型，让学生从三个方向观看，并且运用正投影理论把模型轮廓投影到三个相互垂直的平面上，然后按规定将三个平面展开到同一个平面形成了三视***。为了加深学生的理解，教师通常要求学生亲手制作模型。所以三视***的产生方式是：立体***一三个面轮廓分解一三视***。当学生阅***时，是将三视***的三个平面***形读人大脑，通过空间想像在大脑中拼接成对应的立体***，即三视***一三个平面***形合成一立体***。这个过程看似一个简单的思维逆转，但其思维的难度却不是成比例增加的。因为立体***一三个面轮廓分解一三视***是正向思维，且三个面形成在思维过程中是可以分解进行的，而三视***一三个平面***形合成一立体***是逆向思维，且立体***形的形成在思维过程中必须是整体进行的，所以理解难度大大增强，即使对于经验丰富的工程技术人员，仍会感觉到这两种思维方式在难度上的差别。
机械类专业基础课、专业课教学的主要目的是让学生理解用***形表示的结构原理，掌握设计思路及相关基本概念的应用，而不是让学生单纯地识***，安排的教学时间非常短。这样就难以在规定的时间内达到预期的教学效果。
三、解剖式动态教学模式
随着计算机硬件性能价格比的提高及计算机软件技术的发展，使三维实体的结构造型成为可能，这就为直接用三维结构***进行教学提供了基础。根据教学要求，我们选择了具有自顶向下设计特点的PRO／E软件进行三维实体的结构造型设计。其过程为：先构造零件毛坯实体，然后采用如机械加工及焊接加工过程的实体去除或添加，最终生成所需的零件实体；PRO／E还可根据设计的零件实体自动绘出它的三视***，并标注尺寸，因此从设计步骤上具有自顶向下的特点；除此以外，PRO／E绘制的零件实体还可以装配成总装***，故用PRO／E软件来演示结构的制造和安装过程对学生理解实例结构***有非常好的效果。
在实施过程中，我们拟将常用车刀、钻头、车床主轴箱、典型夹具制作成三维实体结构***。完成此工作后，可以使教材中的平面***形转换为立体***形，学生将抽象的空间想像合成阅***转换为直观的立体阅***，教师将静止的结构形态展示变为动态功能信息讲解，实验由被动的观察转换为主动的装配实践，从而提高学生的理解速度及深度，达到教学要求。经过这样的转化，使学生在读***的过程中，不但克服了平面***形及三视***阅***弊端，而且弥补了轴测***的观察角度单一的不足，还消除了实物模型的内部结构无法看清、不能任意拆卸的缺陷。
更重要的是，利用PRO／E提供的强大功能，还可以形成一套独特的教学模式——自顶向下的解剖式动态教学模式。这种教学模式是根据三维实体结构***，利用学生已掌握的基本知识及已有的结构、产品及实际经验，先讲解来源于生产实际结构***的功用，再讲解各部分结构的设计原则及运动特点，最后讲解其中每个零部件的功用，形成从整体到具体的教学特点，即自顶向下的教学模式。实际上，PRO／E软件还有一个重要的功能——快速装配，利用这个功能，在教学中，可以将实体结构中的零件逐个拆下，并可以在任意方位展示，使学生更容易理解各个零件在产品中的功能及与整体的装配关系，显然，这种方法具有医学中解剖的特点，所以称之为解剖式。此外，不仅这种解剖过程是动态仿真的，而且对于一些结构，还可以实现动态的运动模拟，所以这种教学方法具有动态的特点，因此，称为自顶向下的解剖式动态教学模式。
要达到这种教学要求，需利用PRO／E软件制作大量的三维实体零部件***及装配***，为了实现通用性，拟采用参数化设计方法，对刀具结构、主轴箱、常用夹具结构、常用标准件、先进设备的典型机构实现三维实体造型，这项工作完成后，不但可以达到上述的教学要求，还可以得到一个“副产品”，这就是可以让学生自己设计、装配产品的基本元件库，从而开发出《机械制造技术基础》的一个新的实验——虚拟机械结构拆装实验!
四、解剖式动态教学模式的研究意义
1．以学生在课程学习中遇到的结构三视***阅***难点为研究内容，以学生容易理解的三维实体教学方式为突破口，以学生的理解力提高为目标，形成了自顶向下的解剖式动态教学模式，实现了教学研究以人为本的思想。
2．充分利用了计算机软件及硬件技术带来的***形处理及显示的优势，将实体造型软件PRO／E应用于课堂教学及实验中，使专业知识中涉及到的大量的结构原理***和实例结构***更直观的呈现出来，加快了学生阅***速度，加深了学生对所学内容的理解，实现了教学手段的与时俱进。
3．著名教育理论家及建构主义理论的集大成者皮亚杰认为，“理解就是创造，或通过再创造去进行重构”。运用这一认知理论，鉴于PRO／E软件的特点，创建课程相关***库，使结构原理***和实例结构***具有实践性，学生通过动手设计部分结构，理解程度大大加深。实现了教学方法改革与提高认知能力的有机统一。
4．充分利用PRO／E软件强大的功能，使实例结构***以三维实体造型的形式全方位展现，组成零件可以任意拆装、移位、隐藏，相关运动机构可以动态显示，使学生快速理解实例的组成结构、运动原理及包含的基本理论，实现了教学过程的动态直观。
5．利用PRO／E的快速装配功能，在教学中，可以将实体结构中的零件逐个拆下，并可以在任意方位展示，使学生更容易理解各个零件在产品中的功能及与整体的装配关系，这种解剖过程是动态进行的。此外，对于一些结构还可以实现动态的运动模拟，首创了自顶向下的解剖式动态教学模式。
6．利用研究项目形成的三维实体库及现有的计算机资源，可以开出虚拟结构设计装配实验，不仅解决了实验装备模型的不足，而且提高了学生的学习积极性，培养了学生的设计能力和创新能力，并扩展了三维实体库，使该实验形成了良性循环。此外，利用虚拟造型，可以引进先进设备结构，大大提高实验的技术水平，因此形成了教学实验开发的新模式。
五、结论
1．采用自顶向下的解剖式动态教学的新模式，学生对刀具、机床、夹具等结构的课堂理解速度会有很大提高，轻松、形象、动态的三维实体教学会在很大程度上提高学生对机械类课程的学习兴趣，这样的良性循环将会产生很好的教学效果。
机械结构论文第2篇
德国人发明的这一种变元法，是目前世界上最为科学易懂的变元方法，它能够衍生出许多不同的方法，具有很大的可塑性。这种方法的内涵主要有两部分：它变化内容多样，包括材料、数量、位置、尺寸、形状、连接、工艺七个方面；另一部分是上述七个方面的具体运用，运用的前提条件是机械基本结构，这些元素在其基本结构的基础上进行一定的变化，这样就有不同的形式，新的机械结构设计方案就创造出来了，这样就达到了优化设计机械结构的目的。接下来笔者将会重点介绍七种创新方案在机械结构设计的具体运用，其最终目的还是满足整个机械产品的生产的要求，这也是目前机械工作者普遍使用的方案。
1.1材料变元
现实生活中很多种材料都可以用来设计机械结构，不一样的材料要求的加工方法和手段不一样、适用的结构类别不一样、零件需要的大小也不一样。材料的变元可以变化出不一样的结构模式。比如说：在进行钢材料的结构设计过程中，零件的截面面积越大，材料结构强度就越大、越硬；在铁材料的结构设计中，为了使结构变强变硬，人们通常使用加强筋和隔板的方法；在塑料材料的结构设计中，塑料件的筋板和壁厚应该无差而别且对称均匀。
1.2数量变元
在产品的结构当中主要包括以下几个方面，即零件以及轮廓面、线和加工、工作面共同构成了产品本身，如果想要将机械的结构目的进行改变，那么就可以通过调节上述结构元素而实现。就好比在铸件的过程中，是希望越简单便捷越好的。能够节省一些不必要的零件配置，又能在安装的时候方便人们的使用，这在无形中就提高了工作效率，比如安装一个螺丝钉的时候，如果按照螺钉和垫圈以及弹簧垫圈才能结合在一起的模式去安装，那么就需要最少三个步骤，但是如果把它们设计为一体的话，就可以大量地节省安装的时间，提高了效率。
1.3位置变元
在实际操作过程中，产品结构的元素之间的位置是可以进行调换的，这样可以无形中使结构本身的设计更加完善。比如，零件的焊缝位置应该对应中性轴或者至少需要靠近中性轴，这样便于将收缩力减少或者能够避免产品的变形。除此之外，零件的摆放问题也十分重要，如果杂乱无章则会大大阻碍操作速度。
1.4尺寸变元
零件的尺寸必须符合使用的标准才行，必须在各项标准合格之后才可以进行操作，比如：在冷冲压弯这一工艺中，就需要零件按照既定的需求进行弯曲，如果零件在加工的过程中，实现了标准的弯度，那么就算是一个成品，不需要再度进行加工。如果不符合产品的需求那么还需要进一步的加工整形来达到产品的要求。
1.5形状变元
机械整体的结构目的可以通过调整零件的形状或者改变其规格的大小而实现。比如在弹簧的生产过程中需要考虑多个问题，首先是弹簧的大小及其相对的螺丝垫圈的规格，能否让弹簧和使用的螺旋面以及被需要压紧的零件相吻合，就需要设计出不同规则的产品，无论零件的形状面如何都需要相匹配的弹簧来配合才行，如果零件之间的距离过大，或者不能够将压力有效融合，那么零件在安装过后就不算是合格，如果这一类零件销售在市场中，很可能造成一系列事故，那么为了防止拉簧因为这些问题而失去使用效率，就势必要将弹簧的设计空间放大，并且实现它的自身独特性，即使它在单独使用的过程中也可以实现跟其他零件的配合。
1.6分析连接变元
一是联接方法，主要的模式有焊接、胶结以及螺纹联接等方式。二是联接的方式，根据结构类型的不同而不同，因此为了丰富联接方式以及寻找到最为契合的联接方式，各个联接的结构以及联接的方式都可以进行相对应的合理调整。比如：针对一些需要拆卸的零件，如果在联接的方式上不能选择好，那么就会在联接和拆卸方面造成一定的困难，此类的零件需要便捷的拆卸模式，比如日常生活中所购买的一些产品，像是随声听的后盖，就可以任意拆卸下来安装电池来维持继续使用，这样的结构也方便用户使用，从未为其提供便捷的操作模式。
1.7分析工艺变元
零件在产生之前，往往会有其自己的设计***纸，而设计***纸上面的结构内容直接决定了产品属于何种工艺级别的零件，因为每一个设备的零件都不是完全相同的，所以零件的设计以及成本也千差万别，如果设计工艺在产品出产之前没有得到完善，那么势必会影响到零件自身的质量，一旦零件没有合乎要求，那么产品的整体结构就会受到一定的影响。因此在零件铸造之前对于零件***纸的研究必须给予深度的重视，现在的加工技艺正呈现着不断创新和完善的趋势，但是问题也就随之而来，这些加工工艺虽然具有创新性，但是还不够成熟，并非达到了理想中的需求，因此还需要进一步的对此加大研究的力度。
2机械结构创新的尝试及优化测评
2.1机械结构设计的创新尝试
防腐剂在石油以及一些石化设备中具有十分重要的作用，下文以其为例，阐述变元法在其中重要的作用。石油和石化设备必须进行防腐蚀性的设计，这样一来，在设计的最初就应该考虑到防腐蚀性的大小和影响因素，从而采取必要的保护和防治措施，主要有以下几个方面。首先，在总体的设计上面，对停车间给予了严格的要求，不能堆放杂乱，不能潮湿，不能含有其他不利于防腐的物质存在。其次，设备的使用年限与设备本身一些极为细小的间隙区有着十分重大的联系，这些缝隙极有可能在人眼看不到的地方发生腐蚀问题，或者这些缝隙人是无法凭借手工去进行操作控制的，就像是一些产品的焊接点，这些产品貌似看起来已经不存在腐蚀的可能，但是难免会有看不到的缝隙存在，应该进行必要的封存和填补，或者干脆将缝隙扩大，这样便于对其进行维修补救和防护。再次，温度较高以及质量较高的浓度阶梯，局部势差问题往往在这种情况和产品中产生，一旦发生了腐蚀则不可控制。此外，每一种金属都有着自己独特的属性，产品在构建的过程中不一定是一种金属构建而成，多半是几种金属共同组合而成，但是不同的金属势必会产生接触面的腐蚀，应该对此进行绝缘处理。最后，面积越小腐蚀的点也就越小，因此要针对产品的不同设计缩小表面积从而减少腐蚀。
2.2对机械结构变元创新设计的优化评测
机械结构在完成变元创新实践之后。要根据目前的性能以及使用效果进行一个综合的测评，首先要进行模糊测评，运用理论研究和一些理想化的模型设计一种测评模式，但是这种测评模式并不是实际操作中的模型，而是通过一定的数学模型，根据先进的设计理念和规划，对其进行变化创新设计的检测。在测试的过程中测试者凭借自己多年的使用经验和研究理念进行对其综合评价的过程，并根据现有的先进思维对其进行构建，在测试的过程中还需要考虑到社会实际问题，产品在经过变元之后，使用方面是否安全，便捷，可维修性是否达到了指标，并且要将逻辑推理的思维运用到其中，选择出使用其整体变元的方案，最后针对已经选择好了的方案，进行进一步地修改和完善，从而作用于产品的机械结构构建当中，服务于产品的整体功能。
3结束语
机械结构论文第3篇
1.1辊径参数的确定
通过机械结构设计和数值分析计算得出，辊子的抗弯强度和刚度随着辊径的变化而变化，根据实际工艺经验，辊距与辊径成正比，其关系为D=Kd(其中D为辊直径，K为比例系数，一般取0.75~0.9，d为辊距)。
1.2辊距参数的确定
在实际工程中，辊距参数的选择过大，会造成矫直的钢件的变形不够，造成矫直质量差，并且也不利于机器的入料。辊距参数的选择过小，会直接增加矫直力，使设备容易磨损，同时也容易对工件引起局部应力集中，压溃工件。所以在实际的工程和工艺中，要即保证满足矫直质量，又不损坏工件的情况下，合理选择辊距参数。
1.3矫直质量工艺
矫直要使得型钢弯曲到其材料对应的最大弹复曲率，为保证材料的最大弯曲，应按照***1式子计算。其中，h为轧件高度，单位mm；R为矫直辊半径，单位mm。P是材料的弯曲半径。
1.4最小辊距确定
最小辊距通过接触应力条件或接轴扭转强度确定，选取二者的较大者作为最小辊距。凭借实际经验，在所有工件中，圆钢的高度最低，工字钢最高，一般依据圆钢确定最大辊距，工字钢尺寸确定最小辊距,就能很好的适应加工工艺。最大辊距由矫直质量或满足最小上料条件确定，选取二者的较小值作为最大辊距。
1.5矫直辊强度的设计
矫直辊的自身的强度一般都远远大于工件的强度，所以一般情况下只考虑弯曲强度，弯曲强度不足的时候，可以增加相应的支撑，以多个点来吸收压力。
1.6辊数的确定
一般参照具体的企业生产能力和工艺的需求，对小型钢件一般7到11根，大型钢件取7根左右
1.7矫直速度的确定
钢件的矫直速度一般取决于生产任务的选择，一般在0．8-2m/s的范围内，小型钢件的矫直速度最高，经济效率最好。
1.8辊材料的选择
工作辊直接与型钢接触，并相互挤压，为了尽量减少辊子的磨损，保证矫直机可以长期稳定的工作，长期工作在挤压的恶劣工况下，就要求辊子表面要有足够的硬度，表面要有较高的加工精度，有很好的抗弯抗扭曲强度。按照当前的工艺，若工作辊径D<60mm，采用60CrMoV材料；当D=60～120mm时，采用90CrVMo材料；当D>200mm时，采用9Cr材料。
2软件上位机界面监控和计算
型钢结构参数计算软件的操作界面如***2所示，此软件只要输入钢件材料的规格，就可以直接得到型钢矫直机的结构参数。例如输入以下参数，辊距为1200mm,辊数为7根，型钢圆钢150mm.工字钢190x500mm，矫直速度0．8～2．5m/s软件计算结果：该矫直机辊间距离是1200mm,共有7根矫直辊，钢件矫直加工速度是0．80-2．5m/s。从最终软件计算结果看，该软件计算准确，操作方便。以实际生产中的型钢矫直机为软件设计基础，按照轧钢机械设计的要求，充分考虑了实际生产过程中的工艺，为现代的辊式型钢矫直机的设计提供了较为便捷的方法。
3结束语
机械结构论文第4篇
德国人发明的这一种变元法，是目前世界上最为科学易懂的变元方法，它能够衍生出许多不同的方法，具有很大的可塑性。这种方法的内涵主要有两部分：它变化内容多样，包括材料、数量、位置、尺寸、形状、连接、工艺七个方面；另一部分是上述七个方面的具体运用，运用的前提条件是机械基本结构，这些元素在其基本结构的基础上进行一定的变化，这样就有不同的形式，新的机械结构设计方案就创造出来了，这样就达到了优化设计机械结构的目的。接下来笔者将会重点介绍七种创新方案在机械结构设计的具体运用，其最终目的还是满足整个机械产品的生产的要求，这也是目前机械工作者普遍使用的方案。
1.1材料变元
现实生活中很多种材料都可以用来设计机械结构，不一样的材料要求的加工方法和手段不一样、适用的结构类别不一样、零件需要的大小也不一样。材料的变元可以变化出不一样的结构模式。比如说：在进行钢材料的结构设计过程中，零件的截面面积越大，材料结构强度就越大、越硬；在铁材料的结构设计中，为了使结构变强变硬，人们通常使用加强筋和隔板的方法；在塑料材料的结构设计中，塑料件的筋板和壁厚应该无差而别且对称均匀。
1.2数量变元
在产品的结构当中主要包括以下几个方面，即零件以及轮廓面、线和加工、工作面共同构成了产品本身，如果想要将机械的结构目的进行改变，那么就可以通过调节上述结构元素而实现。就好比在铸件的过程中，是希望越简单便捷越好的。能够节省一些不必要的零件配置，又能在安装的时候方便人们的使用，这在无形中就提高了工作效率，比如安装一个螺丝钉的时候，如果按照螺钉和垫圈以及弹簧垫圈才能结合在一起的模式去安装，那么就需要最少三个步骤，但是如果把它们设计为一体的话，就可以大量地节省安装的时间，提高了效率。
1.3位置变元
在实际操作过程中，产品结构的元素之间的位置是可以进行调换的，这样可以无形中使结构本身的设计更加完善。比如，零件的焊缝位置应该对应中性轴或者至少需要靠近中性轴，这样便于将收缩力减少或者能够避免产品的变形。除此之外，零件的摆放问题也十分重要，如果杂乱无章则会大大阻碍操作速度。
1.4尺寸变元
零件的尺寸必须符合使用的标准才行，必须在各项标准合格之后才可以进行操作，比如：在冷冲压弯这一工艺中，就需要零件按照既定的需求进行弯曲，如果零件在加工的过程中，实现了标准的弯度，那么就算是一个成品，不需要再度进行加工。如果不符合产品的需求那么还需要进一步的加工整形来达到产品的要求。
1.5形状变元
机械整体的结构目的可以通过调整零件的形状或者改变其规格的大小而实现。比如在弹簧的生产过程中需要考虑多个问题，首先是弹簧的大小及其相对的螺丝垫圈的规格，能否让弹簧和使用的螺旋面以及被需要压紧的零件相吻合，就需要设计出不同规则的产品，无论零件的形状面如何都需要相匹配的弹簧来配合才行，如果零件之间的距离过大，或者不能够将压力有效融合，那么零件在安装过后就不算是合格，如果这一类零件销售在市场中，很可能造成一系列事故，那么为了防止拉簧因为这些问题而失去使用效率，就势必要将弹簧的设计空间放大，并且实现它的自身独特性，即使它在单独使用的过程中也可以实现跟其他零件的配合。
1.6分析连接变元
一是联接方法，主要的模式有焊接、胶结以及螺纹联接等方式。二是联接的方式，根据结构类型的不同而不同，因此为了丰富联接方式以及寻找到最为契合的联接方式，各个联接的结构以及联接的方式都可以进行相对应的合理调整。比如：针对一些需要拆卸的零件，如果在联接的方式上不能选择好，那么就会在联接和拆卸方面造成一定的困难，此类的零件需要便捷的拆卸模式，比如日常生活中所购买的一些产品，像是随声听的后盖，就可以任意拆卸下来安装电池来维持继续使用，这样的结构也方便用户使用，从未为其提供便捷的操作模式。
1.7分析工艺变元
零件在产生之前，往往会有其自己的设计***纸，而设计***纸上面的结构内容直接决定了产品属于何种工艺级别的零件，因为每一个设备的零件都不是完全相同的，所以零件的设计以及成本也千差万别，如果设计工艺在产品出产之前没有得到完善，那么势必会影响到零件自身的质量，一旦零件没有合乎要求，那么产品的整体结构就会受到一定的影响。因此在零件铸造之前对于零件***纸的研究必须给予深度的重视，现在的加工技艺正呈现着不断创新和完善的趋势，但是问题也就随之而来，这些加工工艺虽然具有创新性，但是还不够成熟，并非达到了理想中的需求，因此还需要进一步的对此加大研究的力度。
2机械结构创新的尝试及优化测评
2.1机械结构设计的创新尝试
防腐剂在石油以及一些石化设备中具有十分重要的作用，下文以其为例，阐述变元法在其中重要的作用。石油和石化设备必须进行防腐蚀性的设计，这样一来，在设计的最初就应该考虑到防腐蚀性的大小和影响因素，从而采取必要的保护和防治措施，主要有以下几个方面。首先，在总体的设计上面，对停车间给予了严格的要求，不能堆放杂乱，不能潮湿，不能含有其他不利于防腐的物质存在。其次，设备的使用年限与设备本身一些极为细小的间隙区有着十分重大的联系，这些缝隙极有可能在人眼看不到的地方发生腐蚀问题，或者这些缝隙人是无法凭借手工去进行操作控制的，就像是一些产品的焊接点，这些产品貌似看起来已经不存在腐蚀的可能，但是难免会有看不到的缝隙存在，应该进行必要的封存和填补，或者干脆将缝隙扩大，这样便于对其进行维修补救和防护。再次，温度较高以及质量较高的浓度阶梯，局部势差问题往往在这种情况和产品中产生，一旦发生了腐蚀则不可控制。此外，每一种金属都有着自己独特的属性，产品在构建的过程中不一定是一种金属构建而成，多半是几种金属共同组合而成，但是不同的金属势必会产生接触面的腐蚀，应该对此进行绝缘处理。最后，面积越小腐蚀的点也就越小，因此要针对产品的不同设计缩小表面积从而减少腐蚀。
2.2对机械结构变元创新设计的优化评测
机械结构在完成变元创新实践之后。要根据目前的性能以及使用效果进行一个综合的测评，首先要进行模糊测评，运用理论研究和一些理想化的模型设计一种测评模式，但是这种测评模式并不是实际操作中的模型，而是通过一定的数学模型，根据先进的设计理念和规划，对其进行变化创新设计的检测。在测试的过程中测试者凭借自己多年的使用经验和研究理念进行对其综合评价的过程，并根据现有的先进思维对其进行构建，在测试的过程中还需要考虑到社会实际问题，产品在经过变元之后，使用方面是否安全，便捷，可维修性是否达到了指标，并且要将逻辑推理的思维运用到其中，选择出使用其整体变元的方案，最后针对已经选择好了的方案，进行进一步地修改和完善，从而作用于产品的机械结构构建当中，服务于产品的整体功能。
3结束语
机械结构论文第5篇
我公司2000年新建的装置，因为含有易燃、易爆的轻C4介质，所以对机泵的密封性要求较高。现在它采用的大都是机械密封，其中以集装式盒式密封为主。所谓集装式盒式密封就是一种把所有零件组装成为一个部件，然后把此部件装于轴上，拧紧螺钉即可工作的一种密封形式。密封结构如***2所示。该结构示出其中间开口为封液的入口，双端面和单端面比较，双端面密封具有两对摩擦副，有更好的可靠性，适用范围更广，可以完全防止被密封的介质的外漏，但结构较为复杂致造价也较高。（1）它们的动环均采用SIC（或硬质合金），具有高的强度及较高的硬度，不易变形；静环采用的材质是石墨，具有好的耐磨性。（2）较小的端面直径，降低了磨擦副的滑动速度和温升。适合的端面宽度（3-6mm），既保证了端面的温度，又保证了端面强度。（3）采用了蝶形弹簧，具有刚度高，弹力均匀，轴向位移小的特点，这样就使得轴向尺寸减小，从而减小了泵的体积。（4）所有的密封元件通过轴套与轴结为一体，节省了材料，也削弱了轴的强度，更便于统一零件的尺寸。（5）运行中密封状态稳定，泄漏量小，密封性能好，使用寿命长。（6）密封包括端盖是统一整体，如有泄漏无须对泵进行全部解体检修，只需对密封进行拆卸，整体更换即可。更换下来的密封可以拿回检修班更换损坏的元件，这样就节省了检修时间，同时也为生产赢得了时间。（7）集装式盒式密封不需要对安装长度进行测量，且安装简便、快捷，同时也确保了密封安装的清洁度。
集装式盒式密封的辅助系统
为改善机械密封的工作环境，保证密封的正常运行，更好地控制泄漏，防止污染，集装式盒式密封均采用了密封辅助系统，实际工作情况示于***3。密封液的循环系统中包括封液入口、封液出口、液位开关、压力开关等。新建精联装置大多数机泵都采用性能好的白油作为密封液，这一密封的辅助循环系统具有如下的作用：①封液对密封端面具有良好的作用，从而改善条件；②通过液体的循环流动，带走密封因相互摩擦所产生的热量，以达到降低密封的工作温度的作用；③由于密封液压力一般比工作介质压力高0.05-0.15MPa，可以起到堵封工作介质防止其泄漏，尤其对有毒有害、易燃、易爆放射性的介质作用显得尤为重要；④对于带有固体颗粒的介质，密封液还可以防止其进入，控制了介质对密封元件的磨损；⑤对于腐蚀性介质，密封液可起到保护密封元件不受腐蚀的作用；⑥封油系统根据不同的工艺状况，设有液位报警、压力报警等保护设施，对密封状态起到监控作用，是生产安全性的重要保障。
机械密封常用材料
对动、静环材质的性能主要要求：有良好的耐磨性和较高的硬度，导热性好、有较高的热稳定性和化学稳定性，有较大的弹性和较好的抗冲击性。常用材料有：硬质合金、铸铁、石墨及陶瓷等。应注意合理选择机械密封动静环材料，一般采用软硬组合或硬硬组合。
技术借鉴
机械结构论文第6篇
低温波荡器机械结构。支撑杆连接真空室内外大梁，磁结构及夹持机构安装在真空内大梁上，通过控制真空室外大梁的运动，调节磁间隙。低温波荡器运行时，在磁结构表面覆盖一层导电薄膜，以减小束流造成的热负荷。根据低温波荡器结构，低温波荡器的主要热负荷来源包括:内大梁支撑杆的热传导、真空室壁和内大梁之间的辐射换热，以及电子束经过低温波荡器时在导电薄膜表面激发的镜像电流。低温波荡器采用液氮冷却的方式，通过在真空内大梁上布置冷却管道的方式，来降低磁铁温度，同时保证磁铁在束流方向上温度较为均匀，从而避免温度梯度对磁场的不利影响，减小磁场相位误差。
2镨铁硼物性
磁铁是低温波荡器产生周期性强磁场的关键部件。镨铁硼材料在室温和低温下的热学特性和力学特性，是使用数值模拟方法进行结构优化设计的基础。在中国科学院物理所和理化所的帮助下，我们先后测量了镨铁硼在300K到80K之间的热导率、热容、热膨胀系数。此外，还分别测量了300K和80K温度下，镨铁硼的抗压强度、弹性模量和泊松比。
2．1热学特性
镨铁硼材料在低温环境下的热导率和比热容是对磁铁夹持机构进行热分析的必要参数。测量结果表明，镨铁硼样品热导率随着温度的降低而降低，在80K时，垂直和平行于磁化方向的热导率较为接近，均约为4W/m•K，该值约为相同温度下铝合金的5%左右。由于镨铁硼的导热性较差，因此在设计时需要尽量增大磁铁的传热面积。通常，我们使用热扩散系数α来衡量材料内部温度变化传播的速率，即热扩散系数越大的材料，温度变化越容易在该材料中传递。热扩散系数的定义式如公式(1)所示:α=k/(ρcp)(1)式中，k为热导率;ρ为密度;cp为比热容。镨铁硼在80K时的比热容约为185J/kg•K，约为室温下的40%。根据上述测量结果，比较镨铁硼和铝合金6061的热扩散系数，80K时，镨铁硼的热扩散系数约为铝合金的2%，这意味着镨铁硼材料内传递温度的速率远远小于铝合金。因此，在监测磁铁温度与热负荷关系时，应将温度探头布置在比较接近热负荷来源的位置。
2．2力学特性
镨铁硼材料随温度变化的膨胀曲线，。镨铁硼在沿平行于取向方向上的收缩量大于垂直于取向方向上的收缩量。由室温降低到液氮温度时，单位长度的镨铁硼大约收缩0．8mm。300K和77K温度下，镨铁硼样品沿垂直于取向方向和平行于取向方向的的弹性模量Y、泊松比v和抗压强度σbc的测量结果
3传热结构设计
3．1磁铁夹持机构
对低温波荡器而言，磁铁的夹持机构不仅用于固定磁铁的位置，还需要通过良好的热接触，确保磁铁能够被冷却到设计温度，是传热结构设计的关键。磁铁夹持机构设计，与磁铁接触并进行热交换的结构包括:磁铁夹持基座、磁铁压紧块、磁极和磁极夹持基座。在设计时，应尽量增大上述结构与磁铁的接触面积，使热量更多的经过夹持机构传递至冷却管道。使用ANSYS软件模拟工作状态下磁铁的温度分布以及各个结构与磁铁之间的换热量，分析不同结构对磁铁平均温度的影响。假设夹持机构的底面为80K定温，在磁块顶面热负荷为0．35W，此时，镨铁硼磁块的平均温度约为82K，满足设计要求，计算各个接触面的热流量。可以看出，磁极和磁极夹持基座由于与磁铁接触面积最大，其在冷却磁铁时起到的作用最大。因此，在公差设计时应确保磁极和磁极夹持机构在低温条件下与磁铁良好接触。由于低温环境下，铝合金的收缩量大于镨铁硼，因此在设计时需要确保磁极和磁铁在室温条件下接触良好。此外，需要注意的是，机械结构在降温后会发生收缩，这使磁块面临着可能被破坏的风险。因此，模拟计算该温度场下磁铁的受力情况，确保结构设计的可行性。计算得到磁块承受的最大应力约为782MPa，该值约为磁块抗压强度的70%，不会对磁块造成破坏，满足使用需求。
3．2冷却管道
冷却管道和内大梁支撑杆在设计时，会互相影响。一方面，支撑杆引入的热传导是热负荷的主要来源之一，冷却管道在设计时需要提供足够的换热面积，带走系统的全部热负荷。另一方面，内大梁支撑杆需要提供足够的机械强度，使得低温环境下机械结构的收缩造成的相位误差尽可能小。首先，分析热负荷对温度梯度的影响。设定支撑杆的安装位置，通过调整在该面积上加载的热流量大小，比较当采用单冷却通道或者双冷却通道的方案时，磁铁阵列的最大温差。随着热流量的增大，采用单冷却管道的方案时，磁铁沿束流方向的最大温差与采用双冷却通道方案时大得多。为避免支撑杆引入的热负荷对磁铁温度的影响，双冷却通道的方案是使磁铁阵列温度均匀度更小的设计。然后，选择冷却管道的布置方式，比较双冷却管道与单冷却管道方案对磁场相位误差的影响。使用ANSYS软件计算低温环境下内大梁的变形量，分析磁间隙的波动，再使用RADIA程序计算由于机械变形造成的相位误差。考虑液氮的流动方向，共存在如下四种设计方案:单通道同向、单通道反向、双通道同向和双通道反向。磁间隙模拟结果，双冷却通道的方案由于可以减小内大梁在束流方向上的温差，使得磁间隙波动量相对较小。相位误差计算结果，使用双通道的方案造成的相位误差约为0．1度，并且可以忽略液氮的流动方向对相位误差的影响，是非常适合低温波荡器的液氮管道布置方案。而单冷却通道的设计则最好分别在两真空内大梁内采用的相反流动方向。综上所述，低温波荡器内冷却管道采用双冷却通道同向并联的设计方案，每根真空内大梁中开设两条水平排布的冷却通道，使液氮在单梁上往返流动一个来回。该方案不仅可以获得更好的冷却效果，允许使用机械强度较大的支撑杆，还能有效减小降温造成的相位误差。而上下两真空内大梁采用相同的流动方向可以在简化管道的同时，并不造成相位误差额外的增大。
4结论
本文利用测量得到的镨铁硼物性参数，使用数值模拟的方法，综合分析低温波荡器内传热结构的热力耦合场，开展对磁铁及其夹持机构、冷却管道和真空内大梁支撑杆的分析研究。
(1)磁极和磁极夹持机构是冷却磁铁的关键结构，在设计工况下，磁铁的平均温度约为82K。因结构收缩对磁铁造成的压迫在磁铁的抗压强度范围内，不会对磁铁造成破坏。
机械结构论文第7篇
磁铁是低温波荡器产生周期性强磁场的关键部件。镨铁硼材料在室温和低温下的热学特性和力学特性，是使用数值模拟方法进行结构优化设计的基础。在中国科学院物理所和理化所的帮助下，我们先后测量了镨铁硼在300K到80K之间的热导率、热容、热膨胀系数。此外，还分别测量了300K和80K温度下，镨铁硼的抗压强度、弹性模量和泊松比。
1．1热学特性
镨铁硼材料在低温环境下的热导率和比热容是对磁铁夹持机构进行热分析的必要参数。测量结果表明，镨铁硼样品热导率随着温度的降低而降低，在80K时，垂直和平行于磁化方向的热导率较为接近，均约为4W/m•K，该值约为相同温度下铝合金的5%左右。由于镨铁硼的导热性较差，因此在设计时需要尽量增大磁铁的传热面积。通常，我们使用热扩散系数α来衡量材料内部温度变化传播的速率，即热扩散系数越大的材料，温度变化越容易在该材料中传递。热扩散系数的定义式如公式(1)所示:α=k/(ρcp)(1)式中，k为热导率;ρ为密度;cp为比热容。镨铁硼在80K时的比热容约为185J/kg•K，约为室温下的40%。根据上述测量结果，比较镨铁硼和铝合金6061的热扩散系数，80K时，镨铁硼的热扩散系数约为铝合金的2%，这意味着镨铁硼材料内传递温度的速率远远小于铝合金。因此，在监测磁铁温度与热负荷关系时，应将温度探头布置在比较接近热负荷来源的位置。
1．2力学特性
镨铁硼材料随温度变化的膨胀曲线。镨铁硼在沿平行于取向方向上的收缩量大于垂直于取向方向上的收缩量。由室温降低到液氮温度时，单位长度的镨铁硼大约收缩0．8mm。300K和77K温度下，镨铁硼样品沿垂直于取向方向和平行于取向方向的的弹性模量Y、泊松比v和抗压强度σbc。
2传热结构设计
2．1磁铁夹持机构
对低温波荡器而言，磁铁的夹持机构不仅用于固定磁铁的位置，还需要通过良好的热接触，确保磁铁能够被冷却到设计温度，是传热结构设计的关键。磁铁夹持机构设计，与磁铁接触并进行热交换的结构包括:磁铁夹持基座、磁铁压紧块、磁极和磁极夹持基座。在设计时，应尽量增大上述结构与磁铁的接触面积，使热量更多的经过夹持机构传递至冷却管道。使用ANSYS软件模拟工作状态下磁铁的温度分布以及各个结构与磁铁之间的换热量，分析不同结构对磁铁平均温度的影响。假设夹持机构的底面为80K定温，在磁块顶面热负荷为0．35W，此时，镨铁硼磁块的平均温度约为82K，满足设计要求计算各个接触面的热流量。可以看出，磁极和磁极夹持基座由于与磁铁接触面积最大，其在冷却磁铁时起到的作用最大。因此，在公差设计时应确保磁极和磁极夹持机构在低温条件下与磁铁良好接触。由于低温环境下，铝合金的收缩量大于镨铁硼，因此在设计时需要确保磁极和磁铁在室温条件下接触良好。此外，需要注意的是，机械结构在降温后会发生收缩，这使磁块面临着可能被破坏的风险。因此，模拟计算该温度场下磁铁的受力情况，确保结构设计的可行性。计算得到磁块承受的最大应力约为782MPa，该值约为磁块抗压强度的70%，不会对磁块造成破坏，满足使用需求。
2．2冷却管道
冷却管道和内大梁支撑杆在设计时，会互相影响。一方面，支撑杆引入的热传导是热负荷的主要来源之一，冷却管道在设计时需要提供足够的换热面积，带走系统的全部热负荷。另一方面，内大梁支撑杆需要提供足够的机械强度，使得低温环境下机械结构的收缩造成的相位误差尽可能小。首先，分析热负荷对温度梯度的影响。设定支撑杆的安装位置，通过调整在该面积上加载的热流量大小，比较当采用单冷却通道或者双冷却通道的方案时，磁铁阵列的最大温差。随着热流量的增大，采用单冷却管道的方案时，磁铁沿束流方向的最大温差与采用双冷却通道方案时大得多。为避免支撑杆引入的热负荷对磁铁温度的影响，双冷却通道的方案是使磁铁阵列温度均匀度更小的设计。然后，选择冷却管道的布置方式，比较双冷却管道与单冷却管道方案对磁场相位误差的影响。使用ANSYS软件计算低温环境下内大梁的变形量，分析磁间隙的波动，再使用RADIA程序计算由于机械变形造成的相位误差。考虑液氮的流动方向，共存在如下四种设计方案:单通道同向、单通道反向、双通道同向和双通道反向。磁间隙模拟结果，双冷却通道的方案由于可以减小内大梁在束流方向上的温差，使得磁间隙波动量相对较小。相位误差计算结果，使用双通道的方案造成的相位误差约为0．1度，并且可以忽略液氮的流动方向对相位误差的影响，是非常适合低温波荡器的液氮管道布置方案。而单冷却通道的设计则最好分别在两真空内大梁内采用的相反流动方向。综上所述，低温波荡器内冷却管道采用双冷却通道同向并联的设计方案，每根真空内大梁中开设两条水平排布的冷却通道，使液氮在单梁上往返流动一个来回。该方案不仅可以获得更好的冷却效果，允许使用机械强度较大的支撑杆，还能有效减小降温造成的相位误差。而上下两真空内大梁采用相同的流动方向可以在简化管道的同时，并不造成相位误差额外的增大。
3结论
本文利用测量得到的镨铁硼物性参数，使用数值模拟的方法，综合分析低温波荡器内传热结构的热力耦合场，开展对磁铁及其夹持机构、冷却管道和真空内大梁支撑杆的分析研究。
(1)磁极和磁极夹持机构是冷却磁铁的关键结构，在设计工况下，磁铁的平均温度约为82K。因结构收缩对磁铁造成的压迫在磁铁的抗压强度范围内，不会对磁铁造成破坏。