機械結構分析與設計
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機械結構分析與設計范文第1篇
引言
機械結構的整體設計的實現是基于完成了總體設計的前提下，只有把整體的設計完成了才能夠實現接卸結構的調整。那么這樣做的原因主要是要確定好原有的原理圖方案，這樣才能夠得到一些較為細致的原理結構圖，只有這樣才能體現出原理圖具體的作用和其功能；要進行機械結構的設計的主要原因是為了把原來的理論原理變化成為實際中的一些零件或者工具，那么在進行機械設計時就要把零件的參數標示出來等等，這樣才能夠最后在組裝時得到想要的整體部件。本篇文章主要就針對于機械設計中變元法的運用進行了一些說明和簡單的介紹。
一、機械結構設計創新設計的重要性
隨著社會經濟的不斷發展，我們機械制造技術發展也極為迅速，而且，機械制造是我國重大生產行業之一，對推動我國經濟發展有著極大的作用。但是，我國作為一個機械制造大國，在機械結構設計上卻欠缺太多，很多機械制造都是模仿其他發達國家的機械設計工藝來進行生產的，雖然一些機械結構設計也發生了改變，而從本質上卻依然沒有太大的變動，缺乏自主創新設計，一直引用技術會造成我國的機械結構設計會隨著發達國家的后面走，無法將其真正的超越，而且，很多機械企業認為創建機械研發中心較為奢侈，這樣的思想很難為我國的經濟發展、科技發展帶來更大的推動作用。我國作為一個經濟大國、機械制造大國，不能僅將目光停留在機械的生產制造中，更應將目光放在機械結構設計的創新上，同時，還要注重機械結構設計創新人才的培養，這才是機械結構設計創新發展的根本。
二、簡要介紹機械結構設計的七種變元創新
（一）材料變元
現實生活中很多種材料都可以用來設計機械結構，不一樣的材料要求的加工方法和手段不一樣、適用的結構類別不一樣、零件需要的大小也不一樣。材料的變元可以變化出不一樣的結構模式。比如說：在進行鋼材料的結構設計過程中，零件的截面面積越大，材料結構強度就越大、越硬；在鐵材料的結構設計中，為了使結構變強變硬，人們通常使用加強筋和隔板的方法；在塑料材料的結構設計中，塑料件的筋板和壁厚應該無差而別且對稱均勻。
（二）數量變元
機械產品數量變元，是指考慮到把機械產品整個零件或者零件的每一個輪廓、工作和加工的面、線均視為結構基本元素，通過改變調整這些基本元素的數量，來達到對機械產品結構改變的實現目的。比如：為達到力求簡單的目標，我們盡量對鑄件結構的形狀，采用直線形輪廓的設計。又如：為防止螺釘松脫，我們將螺紋連接結構的螺釘、墊圈等設計成一體化，這樣在減少零件數量下，實現了防松措施的目標實現。
（三）形狀變元
根據形狀變元可以看出這一變元法主要就是對于元器件的整體進行調整變形以后得到一些需要的元器件，這樣就可以達到機械設計的目的要求以及想要的元器件的參數。來達到最好的優化效果。舉個例子：充分利用彈簧的彈簧彈性來進行元器件的安裝，那么在進行安裝時彈簧有很多種類型，那么相應的通過彈簧安裝的元器件也就會有很多種不同的形狀，就好像有圓柱型，平面型等等。那么我們可以充分利用這些元器件的形狀來進行設計和優化作用。那么彈簧要考慮它的物理特性不能不起作用也不能過于壓緊，因為前者不能講彈簧的特性發揮出來，而后者將會使彈簧在以后的使用中失去它的彈性作用。那么彈簧一定要保持穩定不能夠輕易的松動，彈簧的特性我們可以充分的利用，因為彈簧不僅體積小而且便于和各個元器件相互進行結合。
（四）工藝的變元
加工工藝技術對機械結構設計的創新有著極大的作用，機械的任何結構在完成理想設計之前，都必須有著可靠的加工工藝作為支持，這樣才能有效的提高機械結構創新的效果。變元法中所提到的工藝變元主要是根據工藝技術選擇的不同，來實現對各個元器件產生相應的作用，從而實現對機械整個結構產生作用。工藝手段與結構尺寸、材料性能等變元有著很大的差異性，工藝手段選取和使用的合理性，直接影響到機械結構的質量和性能，因此，機械結構創新設計必須對工藝手段進行創新設計，利用新穎的工藝手段來確保機械結構設計的創新性。
（五）尺寸的變元
高質量的產品，不僅需要好的產品性能，而且還需要滿足用戶對產品外觀、安裝方式、外形尺寸等要求。 這就需要機械設計師，利用科學的方法對機械零件進行推算，找出對零件最佳的設計方案，并通過對零件外形的修正與優化，使零件在機械產品運轉中達到最好的運轉狀態。 我們對液浮式陀螺羅經的內部零件進行優化設計，在滿足強度的同時縮小了部分零件的尺寸，并采用模塊的結構方式，使液浮式陀螺羅經內部零件得到更好協調，從而大大縮小了產品的外形尺寸，減輕產品的重量。
（六）位置變元
在實際操作過程中，產品結構的元素之間的位置是可以進行調換的，這樣可以無形中使結構本身的設計更加完善。比如，零件的焊縫位置應該對應中性軸或者至少需要靠近中性軸，這樣便于將收縮力減少或者能夠避免產品的變形。
（七）聯接變元
機械產品的聯接變元創新，我們需要考慮應元素的兩層含義：一層是需考慮到對元素連接方式的變化，比如說日常用的鉚接、膠接、焊接、螺紋接等；二是需要考慮到對每一種連接方法不同聯接結構的元素創新，從而獲得多種結構類型方案。
（八）對機械結構變元創新設計的優化評測
對變元創新后的各類機械結構設計方案，往往我們要給一個綜合評測，通常情況下，采用綜合考慮到設計中的七個變元因素，對新的結構設計進行模糊評測。在評測過程中，我們要先在腦海中形成一套基本的設計方案，然后通過建立起一些數學模型，設計者對每一種結構方案進行綜合分析，并憑借自己掌握的經驗及知識能力進行綜合評判。其中，要考慮到一些指標，具體細化為社會效益，工藝性及可操作性、維修性、安全性等方面，同時借助推理、模擬等邏輯方法，最終從多種備用的不同結構方案中，選取一個具有創造性的作為最后優化的創新設計方案。對已確定的結構方案，也可在采用上述評價變元因素基礎上，在變元之間聯動配合修改，達到更加優化的設計目的。
結語
機械創新結構設計對于機械行業的發展而言具有舉足輕重的作用，它不僅能夠更好地滿足當前社會對機械設備不斷升高的要求，實現各類機械零件的最佳組合，同時還可以推動機械行業的可持續發展。因此各機械設計企業理應在機械設備設計過程中充分采用創新設計理念，尋找最佳結構設計，以設計出更多的結構方案，推動企業自身的發展，最終促進社會的良性發展。
參考文獻
[1]徐慧勇.淺析機械結構設計中的創新設計[J].黑龍江科技信息，2010，（30）.
機械結構分析與設計范文第2篇
【關鍵詞】建筑結構設計；設計過程；注意事項
一、建筑結構的設計過程
建筑結構設計簡而言之就是用結構語言來表達建筑師及其它專業工程師所要表達的東西。用基礎，墻，柱，梁，板，樓梯，大樣細部等結構元素來構成建筑物的結構體系，包括豎向和水平的承重及抗力體系。把各種情況產生的荷載以最簡潔的方式傳遞至基礎。結構設計的階段大體可以分為三個階段：結構方案階段，結構計算階段和施工圖設計階段。
1.1方案階段的內容：根據根據建筑的重要性，建筑所在地的抗震設防烈度，工程地質勘查報告，建筑場地的類別及建筑的高度和層數來確定建筑的結構形式（例如，磚混結構，框架結構，框剪結構，剪力墻結構，筒體結構，混合結構等等以及由這些結構來組合而成的結構形式）。確定了結構的形式之后就要根據不同結構形式的特點和要求來布置結構的承重體系和受力構件。
1.2結構計算階段的內容：首先，荷載的計算。荷載包括外部荷載（例如，風荷載，雪荷載，施工荷載，地下水的荷載，地震荷載，人防荷載等等）和內部荷載（例如，結構的自重荷載，使用荷載，裝修荷載等等）上述荷載的計算要根據荷載規范的要求和規定采用不同的組合值系數和準永久值系數等來進行不同工況下的組合計算。其次，構件的試算。根據計算出的荷載值，構造措施要求，使用要求及各種計算手冊上推薦的試算方法來初步確定構件的截面。再次，內力的計算，根據確定的構件截面和荷載值來進行內力的計算，包括彎矩，剪力，扭矩，軸心壓力及拉力等等。最后，構件的計算。根據計算出的結構內力及規范對構件的要求和限制（比如，軸壓比，剪跨比，跨高比，裂縫和撓度等等）來復核結構試算的構件是否符合規范規定和要求。如不滿足要求則要調整構件的截面或布置直到滿足要求為止。
1.3施工圖設計階段的內容：這一階段主要通過圖紙，把設計者的意圖和全部設計結果表達出來，作為施工制作的依據，它是設計和施工工作的橋梁。這一階段主要包括：設計總說明，總平面布置及說明，各專業全項目的說明及室外管線圖，工程總概算；各建筑物、構筑物的設計文件：建筑、結構、水暖、電氣、衛生、熱機等專業圖紙及說明，以及公用設施、工藝設計和設備安裝，非標準設備制造詳圖、單項工程預算等。
二、進行結構設計時應注意的事項
2.1關于箱、筏基礎底板挑板的陽角問題。
2.1.1陽角面積在整個基礎底面積中所占比例極小，可砍成直角或斜角。
2.1.2如果底板鋼筋雙向雙排，且在懸挑部分不變，陽角不必加輻射筋。
2.2關于箱、筏基礎底板的挑板問題從結構角度來講，如果能出挑板，能調勻邊跨底板鋼筋，特別是當底板鋼筋通長布置時，不會因邊跨鋼筋而加大整個底板的通長筋，較節約；出挑板后，能降低基底附加應力，當基礎形式處在天然地基和其他人工地基的坎上時，加挑板就可能采用天然地基；能降低整體沉降，當荷載偏心時，在特定部位設挑板，還可調整沉降差和整體傾斜；窗井部位可以認為是挑板上砌墻，不宜再出長挑板。雖然在計算時此處板并不應按挑板計算。當然此問題并不絕對，當有數層地下室，窗井橫隔墻較密，且橫隔墻能與內部墻體連通時，可靈活考慮；當地下水位很高，出基礎挑板，有利于解決抗浮問題；從建筑角度講，取消挑板，可方便柔性防水做法。
2.3關于梁、板的計算跨度一般的手冊或教科書上所講的計算跨度，如凈跨的1.1倍等，這些規定和概念僅適用于常規的結構設計，在應用日廣的寬扁梁中是不合適的。梁板結構，簡單點講，可認為是在梁的中心線上有一剛性支座，取消梁的概念，將梁板統一認為是一變截面板。在扁梁結構中，梁高比板厚大不了多少時，應將計算長度取至梁中心，選梁中心處的彎距和梁厚，及梁邊彎距和板厚配筋，取二者大值配筋。（借用臺階式獨立基礎變截面處的概念）柱子也可認為是超大截面梁，所以梁配筋時應取柱邊彎距。削峰是正常的，不削峰才有問題。
2.4基坑開挖時，摩擦角范圍內的坑邊的基底土受到約束，不反彈，坑中心的地基土反彈，回彈以彈性為主，回彈部分被人工清除。當基礎較小，坑底受到很大約束，回彈可以忽略，在計算沉降時，應按基底附加應力計算。當基坑很大時，相對受到較小約束，如箱基，計算沉降時應按基底壓力計算，被坑邊土約束的部分當做安全儲備，這也是計算沉降大于實際沉降的原因之一。
2.5抗震縫應加大，經統計，按規范要求設的防震縫在地震時有40%發生了碰撞。故應增大抗震縫間距。
2.6關于回彈再壓縮基坑開挖時，摩擦角范圍內的坑邊的基底土受到約束，不反彈，坑中心的地基土反彈，回彈以彈性為主，回彈部分被人工清除。當基礎較小，坑底受到很大約束，如獨立基礎，回彈可以忽略，在計算沉降時，應按基底附加應力計算。當基坑很大時，相對受到較小約束，如箱基，計算沉降時應按基底壓力計算，被坑邊土約束的部分當做安全儲備，這也是計算沉降大于實際沉降的原因之一。
2.7主梁有次梁處加附加筋：一般應優先加箍筋，附加箍筋可認為是：主梁箍筋在次梁截面范圍無法加箍筋或箍筋短缺，在次梁兩側補上，象板上洞口附加筋。附加筋一般要有，但不應絕對。規范說的清楚，位于梁下部或梁截面高度范圍內的集中荷載，應全部由附加橫向鋼筋承擔。也就是說，位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的墊梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力應加附加筋。但梁截面高度范圍內的集中荷載可根據具體情況而定。當主次梁截面相差不大，次梁荷載較大時，應加附加筋。當主梁高度很高，次梁截面很小、荷載很小時，如快接近板上附加暗梁，主梁可不加附加筋。還有當主次梁截面均很大，如工藝要求形成的主次深梁，而荷載相對不大，主梁也可不加附加筋。總的原則，當主梁上次梁開裂后，從次梁的受壓區頂至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁產生的剪力時，主梁可不加附加筋。梁上集中力，產生的剪力在整個梁范圍內是一樣，所以抗剪滿足，集中力處自然滿足。主次深梁及次梁相對主梁截面、荷載較小時，也可滿足。
2.8一般情況下，懸挑梁宜做成等截面，尤其出挑長度較短時。與挑板不同，挑梁的自重占總荷載的比例很小，作成變截面不能有效減輕自重。變截面挑梁的箍筋，每個都不一樣，加大施工難度。變截面梁的撓度也大于等截面梁。當然，外露的大挑梁，可適當變截面，使感官效果好些。
2.9當建筑大多數房間較小，而僅一兩處房間較大時，如按大房間確定基礎板厚會造成浪費，而按小房間確定則造成配筋困難，當承載力能滿足要求時，可在大房間中部墊聚苯卸載，按小房間確定基礎板厚。
機械結構分析與設計范文第3篇
Abstract： In engineering practice， the mechanical structure analysis is common used analytical tool. ANSYS as a large finite element analytical software has powerful features in structural analysis. Combined with typical examples， this paper introduces the application of ANSYS in mechanical and structural engineering， elaborates the basic methods and simulation of ANSYS structural analysis， and discusses the development trends of ANSYS software in mechanical and structural analysis.
關鍵詞： ANSYS；機械；結構分析；應用
Key words： ANSYS；machinery；structural analysis；application
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）03-0203-02
0 引言
ANSYS是一款以有限元分析為基礎的大型通用CAE軟件，是現代產品設計中的高級CAD工具之一[1]。ANSYS中的Structral模塊提供了完整的結構分析功能，包括幾何非線性、材料非線性、各種動力學分析等計算能力，此程序包在結構分析方面具有強大的功能。在實際生產過程中，常常會遇到各種各樣的機械結構分析問題：如機械結構受力，變形及內部應力情況等等。利用ANSYS軟件對機械模型進行仿真模擬計算，通過應力、應變云圖直觀展示構件的性能特點，從而為解決機械結構中常見的問題提供理論依據。ANSYS仿真分析的結果可以幫助設計人員對實際生產方案作出準確的判斷，節省物力財力，為提高生產效率及縮短設計研發周期的產生有很大的作用。本文結合典型工程實例介紹了ANSYS結構分析的基本方法和分析過程，且對ANSYS軟件在機械結構分析的發展趨勢進行了探討。
1 ANSYS軟件計算分析的原理
ANSYS軟件計算分析的原理是將連續的結構離散成有限多個單元，并在每一個單元中設定有限數量的節點，將連續體看作是只在節點處相連續的一組單元的集合體，同時選定場函數的節點值作為基本未知量，并在第一單元中假設一個插值函數來表示單元中場函數的分布規律，進而利用彈性力學、固體力學、結構力學等力學中的變分原理去建立用以求解節點未知量的有限元方程，從而將一個連續域中的無限自由度問題轉化為離散域中的有限自由度問題[2]。求解后就可以利用解得的節點值和設定的插值函數確定單元上以至整個集合上的場函數。
2 ANSYS機械結構分析的步驟
用戶可以使用ANSYS軟件進行不同類型的分析。從簡單的線性、靜態分析，到復雜的非線性、瞬態分析，無論什么類型的分析，ANSYS都有基本固定的分析流程。ANSYS軟件具有多種有限元分析的能力，一個典型的ANSYS分析過程可分為以下三個步驟[3]：①創建有限元模型。包括創建或讀入幾何模型；定義材料屬性；劃分單元 （節點及單元）；②施加載荷進行求解。包括施加載荷及邊界條件；求解；③查看結果。包括查看分析結果；檢驗分析是否正確。
ANSYS 機械結構分析的具體步驟如圖1所示。
3 工程實例分析
立體鋼架頂面承受1000N/m2的均布載荷，鋼架通過兩個孔的內表面固定在墻上，鋼架材料的彈性模量為2.1×1011N/m2，泊松比為0.3，分析鋼架的變形及應力分布。
①創建立體鋼架幾何模型及有限元模型，如圖2、3；
②加載求解，如圖4；
③查看結果，如圖5、6、7。
通過以上例子闡述了ANSYS在機械結構分析中的基本原理和步驟，將ANSYS用于結構設計中，設計人員可以根據仿真分析的結果進一步了解機構的性能特點，主動地尋求最佳設計方案，使產品的設計更為合理，從而有效地提高產品的質量與工作性能[4]。
4 ANSYS在機械結構分析中的發展趨勢
目前，ANSYS軟件已廣泛應用于機械制造、石油化工、輕工、造船、航空航天、汽車交通、電子、土木工程、水利、鐵道、日用家電等一般工業及科學研究[5]，其技術涵蓋多個學科領域。隨著發展，ANSYS提供的機械工程仿真技術將越來越成熟。設計人員以真正耦合的方式使用 ANSYS技術，可獲得符合現實條件的解決方案，而綜合多物理場產品組合能使用戶利用集成環境中的多個耦合物理場進行仿真與分析。ANSYS軟件可讓用戶更深入地鉆研，從而解決更多種類的問題，處理更為復雜的情況。因此，ANSYS產品以其靈活的仿真性能將會被越來越廣泛地關注和應用。
參考文獻：
[1]谷俊斌，賈宏玉.ANSYS軟件在工程力學專業教學中的應用[J].中國冶金教育，2013（4）.
[2]莫維尼.有限元分析：ANSYS理論與應用[M].北京：電子工業出版社，2005.
[3]鄧凡平.ANSYS 12有限元分析自學手冊[M].北京：人民郵電出版社，2011.
機械結構分析與設計范文第4篇
關鍵詞 機械設計；農業；虛擬樣機技術
中圖分類號 TH166；TP391.9 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）04-0191-01
虛擬樣機技術是指通過使用計算機技術，在沒有建造物理樣機的時候建立數字化的機械模型系統，并使用仿真分析方式，將該系統模型在實際運作中的特性以圖形的形式顯示出來，從而尋找出最佳的機械設計方案。將其應用到農業機械設計中，有利于提高機械設計的效率。
1 虛擬樣機技術在農業機械設計上應用的意義
傳統的農業機械設計中往往需要經歷多個步驟，如再試驗、設計的改進、田間的試驗、試制樣機等。而設計師在設計的時候更多的是以自己的設計經驗進行設計，具體的設計參數也通常靠經驗來確定，這樣設計出來的產品對提高其質量起到了嚴重的阻礙作用。而且我國的農作物和農業用地的地形也具有多樣性的特點，以及對機械的要求也具有差異性，所以研制的農業機械也應當具有針對性，結合作物的實際需求進行設計。而在試制的時候由于受季節和氣候等因素的影響，將會造成設計周期的延長。隨著社會的進步，傳統的設計難以滿足新時期的需求，在虛擬樣機技術應用到農業機械設計中之后，不但能夠模擬農業機械的功能、結構，還能夠及時發現設計階段出現的樣機缺陷，然后做出相應的改進，有效地在設計之初完善機械設計方案。另外，虛擬樣機技術還實現了同步進行設計工作和完善工作的目標，對優化設計方案、做出前瞻性的決策發揮了重要作用。另外，還有利于節約機械原材料，促進機械設計成本的降低[1]。
2 虛擬樣機技術在農業機械設計上的具體應用
虛擬樣機技術在農業機械設計中的應用主要是利用ADAMS仿真方法，或是其他軟件結合ADAMS進行仿真分析農業機械，以此來提高農業機械設計的質量和效率。
2.1 ADAMS在農業機械設計中的應用
這種方法主要是將虛擬樣機的模型建立在ADAMS中，然后再仿真分析樣機的功能等。其優勢在于可以無縫連接數據，但也存在較弱的建模功能的不足之處。較為復雜的、大型的模型很難建立起來。例如在設計農用運輸車的時候，基于原有的多體動力學模型，使用ADAMS仿真分析其平順性，對完善其性能發揮了重要作用；在建造稻麥聯合收割機模型的時候使用ADAMS中的仿真軟件，優化了該模型的結構；在使用ADAMS仿真建立收割機結構的模型時，還仿真設計了割刀的運動，仿真之后得出的結果也比較合理，仿真設計的準確性較高，對機械設計具有極大的幫助[2]。
2.2 結構分析軟件結合ADAMS在農業機械設計中的應用
由于ADAMS的結構分析能力相對較弱，而且剛體是ADAMS主要的分析對象。因此，為了有效地分析柔性體，在仿真的時候就需要結合相關的結構分析軟件。如ANSYS有限元分析軟件結合ADAMS，建立了水稻缽苗模型、水稻移栽機模型，比較物理試驗的結果與仿真結果，驗證模型的可行性，從而設計出質量更優的產品；這2個軟件結合還仿真建立了耕整機的樣機模型，并在實際測量具體的尺寸之后，研究耕整機的實際震動原理，從而根據其性能設計符合農業實際需求的耕整機；另外使用ADAMS與ANSYS結合建模，還需要分析具體的作物特性，如基于了解了甘蔗的物理性能之后，先使用ANSYS將其數字模型建立起來，然后在虛擬樣機ADAMS引入數字模型，構建工作對象甘蔗與虛擬樣機之間的聯系，使收獲機作用于甘蔗，并對機器的具體工作過程進行精確的描述[3]。
2.3 控制系統分析軟件結合ADAMS在農業機械設計中的應用
現代機械設計的主要發展方向是結合控制系統與機械系統，能夠促進機械結構自身復雜性的降低，利用結合的控制系統可實現以往不能完成的復雜運動。同時還能促進結構運動，增強可靠性、精度。如在研究彈性軸軸承系統的時候使用Mat lab結合ADAMS的方法，仿真分析其受到徑向正弦載荷作用之后，所呈現出的動力學的具體特征；在研究馬鈴薯聯合收獲機的特性時，可以先仿真收獲機輸送臂的液壓模塊、機械模型，仿真的時候主要使用的是ADAMS，然后在Simulink中構件其控制模型，最終結合Mat lab與ADAMS集成仿真系統的模型。在分析系統模型之后，就可以實現仿真分析輸送臂工作原理的目的。
3 結語
總之，通過對虛擬樣機技術在農業機械設計中的應用的研究，可以了解目前農業機械設計存在的不足，將虛擬樣機技術廣泛應用到農業機械設計中可以有效解決其不足，還能夠滿足現代化農業機械設計的需求，從而提高機械設計的質量，促進農業機械的發展。
4 參考文獻
[1] 牛.虛擬樣機技術在農業機械設計上的應用和發展初探[J].科技資訊，2013（31）：58，60.
機械結構分析與設計范文第5篇
關鍵詞：高性能塑料 螺桿 擠出纖維 生產線系統
高性能塑料螺桿擠出纖維的系統方法是按照系統的結構特征進行系統開發的方法。要按照系統方法進行機械設計,就要把所要設計的機器看成一個系統,分析其所包含的組成部分與生產系統內部及環境之間的關聯作用,以及系統在更大范圍系統中的地位和作用,并從整體的角度將系統中人、物、能量和信息協調、處理好。在高性能塑料螺桿擠出纖維機械的設計中,往往要處理整體和部分的關系。整個目標、整體功能是一切設計工作的基本出發點,能夠體現出設計工作的最終目的。任何部分,特別是起關鍵作用部分的優劣都會影響到整體功能。從系統科學的觀點來看,部分性能的不協調會在經濟上造成一定程度的浪費或者是在功能上造成一定程度的損失。
1、高性能塑料螺桿擠出纖維的機理
在現今社會,以聚醚醚酮為代表的新型高性能塑料螺桿擠出纖維材料的生產具有非常重要的意義。高性能塑料具有高性能、高附加價值等特點,在能源、電子、航空、信息、石油化工等領域發揮相當大的作用,已經被公認為新材料領域的高技術產業。但是由于高性能塑料的熔點較高、熔體粘度較大,缺乏適宜的溶劑,難以制作預浸料和使復合材料成型,就算是制得預浸料,也會因為缺乏熱固性預浸料所具有的柔性和鋪敷性,制作復雜形狀鋪層很困難,進而限制使用范圍。若是將高性能塑料制成纖維,就可以解決其溶解性較差、熔點較高、熔融粘度較大所造成的加工困難問題。
高性能塑料螺桿擠出纖維生產線的機械優化設計包括兩個主要的內容,就是建立優化問題的數學模型和選擇優化問題的求解方法。解析式的數學模型不僅取決于預定的優化目標,還在相當程度上依賴其對部件的工作情況及理論的認識。三段式螺桿擠出機,物料依次經過固體輸送、熔融和熔體輸送等不同的輸送階段。螺桿優化設計的主要目標是在保證擠出物質量的前提下達到最高生產能力或最小功率消耗。一組基本參數的數值可以表示一個設計方案,高性能塑料螺桿直徑、長徑比、螺紋升角及螺桿槽深等參數直接關系到高性能塑料螺桿的生產能力、承載能力、動力消耗、擠出物質量以及螺桿的機加工性等等。
高性能螺桿擠出機優化設計具有多個特點,例如:設計變量多,多目標與單目標優化設計并存,數學模型的多維性和非線性,設計變量中多種量綱并存；螺桿擠出機優化設計可采用的算法,螺桿優化設計的一般過程根據擠出過程的現象建立物理模型,根據物理模型建立數學模型,應用相關優化設計軟件編寫螺桿優化設計程序,將程序輸入計算機并通過改變優化目標的取值進行優化計算,通過對計算機輸出的優化結果進行分析和驗證,得出螺桿優化設計的參數。
2、高性能塑料螺桿擠出纖維的生產系統
2.1 系統方法與總體設計
高性能塑料螺桿擠出纖維的生產要按照系統方法進行機械設計,將所要設計的機器看成一個系統。在高性能塑料螺桿擠出纖維的機械設計中,經常要處理整體和部分的關系。片面的提高其中的某一部分,忽略各部分的協調作用,都不會提高整體的性能,反而會因為部分的要求太高,使設計和制造費用增大。運用系統科學知識,從各部分的協調匹配中提高機器整體的功能和價值,有可能促成機器整體功能發生質變性突破。
高性能塑料螺桿擠出纖維生產系統所含的要素及其功能確定后,要根據各要素的特點、作用合理地確定其在系統中的地位、層次及順序,按照一定的次序將系統各部分安排在恰當的位置上。高性能塑料螺桿擠出纖維生產系統的專業化程度越來越高,系統總體的某一功能由相應部分專門來實現,各組成部分之間相互協作,形成一個有機的整體。在進行設計的過程中,應該注意協調執行機構速度與動作,適應動力和阻力,負載、強度、壽命及精度要均衡等等。
2.2 總體設計方案
在高性能塑料螺桿擠出纖維的機械設計過程中,要不斷地通過搜集、篩選、吸收有效信息,將處于無序狀態的各個組成部分綜合為有序的機械系統,也就是機器方案的擬定、改進,產品的試制、改型和定型過程。應用系統方法進行機械設計,首先要根據調查研究確定整體目標,再將整體目標分解為若干子目標和功能團,形成多層次、有關聯的目標集。然后根據目標集構造機器的組成部分及其結構方式,合理地安排部署各項設計工作。
在高性能塑料螺桿擠出纖維生產線的機械設計過程中,系統分析的主要內容為目標分析和結構分析。目標分析就是把系統的總目標分解為具有層次性的目標集,為系統的分析奠定基礎。然后進一步分析更低層次的目標,直到確定各功能團的性能、參數和實施辦法。結構分析就是根據系統的目標集確定系統的組成部分及其相互關系。系統的結構和系統的功能是相關的。高性能塑料螺桿擠出纖維生產系統的組成部分和結構方式有所不同,其性能也有所不同。在具體進行設計時,結構分析體現為總體方案的擬定,在進行設計的步驟上總是會根據系統功能和工作原理把系統分為若干的相應部分。進而根據各部分的工作要求將其劃分為若干更小的部分,直到確定其具體的參數和尺寸。根據系統目標分析和結構的科學理論進行系統分析,得出高性能塑料螺桿擠出纖維生產線的目標樹和總體設計方案,為生產線的具體設計打下基礎。
3、結語
高性能塑料螺桿擠出纖維的過程是一個復雜的流變學和傳熱過程。將系統科學知識應用于高性能塑料的螺桿擠出纖維生產線設計中,運用系統方法的觀點,提出高性能塑料螺桿擠出纖維生產線的設計原則,從其中的各部分協調匹配中提高整體的生產線功能與價值,進而降低高性能塑料螺桿擠出纖維的研究成本,提高機械設備的利用效率,形成綜合性的開發、研究優勢。
參考文獻
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