机械结构分析与设计
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机械结构分析与设计范文第1篇
引言
机械结构的整体设计的实现是基于完成了总体设计的前提下，只有把整体的设计完成了才能够实现接卸结构的调整。那么这样做的原因主要是要确定好原有的原理图方案，这样才能够得到一些较为细致的原理结构图，只有这样才能体现出原理图具体的作用和其功能；要进行机械结构的设计的主要原因是为了把原来的理论原理变化成为实际中的一些零件或者工具，那么在进行机械设计时就要把零件的参数标示出来等等，这样才能够最后在组装时得到想要的整体部件。本篇文章主要就针对于机械设计中变元法的运用进行了一些说明和简单的介绍。
一、机械结构设计创新设计的重要性
随着社会经济的不断发展，我们机械制造技术发展也极为迅速，而且，机械制造是我国重大生产行业之一，对推动我国经济发展有着极大的作用。但是，我国作为一个机械制造大国，在机械结构设计上却欠缺太多，很多机械制造都是模仿其他发达国家的机械设计工艺来进行生产的，虽然一些机械结构设计也发生了改变，而从本质上却依然没有太大的变动，缺乏自主创新设计，一直引用技术会造成我国的机械结构设计会随着发达国家的后面走，无法将其真正的超越，而且，很多机械企业认为创建机械研发中心较为奢侈，这样的思想很难为我国的经济发展、科技发展带来更大的推动作用。我国作为一个经济大国、机械制造大国，不能仅将目光停留在机械的生产制造中，更应将目光放在机械结构设计的创新上，同时，还要注重机械结构设计创新人才的培养，这才是机械结构设计创新发展的根本。
二、简要介绍机械结构设计的七种变元创新
（一）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。
（二）数量变元
机械产品数量变元，是指考虑到把机械产品整个零件或者零件的每一个轮廓、工作和加工的面、线均视为结构基本元素，通过改变调整这些基本元素的数量，来达到对机械产品结构改变的实现目的。比如：为达到力求简单的目标，我们尽量对铸件结构的形状，采用直线形轮廓的设计。又如：为防止螺钉松脱，我们将螺纹连接结构的螺钉、垫圈等设计成一体化，这样在减少零件数量下，实现了防松措施的目标实现。
（三）形状变元
根据形状变元可以看出这一变元法主要就是对于元器件的整体进行调整变形以后得到一些需要的元器件，这样就可以达到机械设计的目的要求以及想要的元器件的参数。来达到最好的优化效果。举个例子：充分利用弹簧的弹簧弹性来进行元器件的安装，那么在进行安装时弹簧有很多种类型，那么相应的通过弹簧安装的元器件也就会有很多种不同的形状，就好像有圆柱型，平面型等等。那么我们可以充分利用这些元器件的形状来进行设计和优化作用。那么弹簧要考虑它的物理特性不能不起作用也不能过于压紧，因为前者不能讲弹簧的特性发挥出来，而后者将会使弹簧在以后的使用中失去它的弹性作用。那么弹簧一定要保持稳定不能够轻易的松动，弹簧的特性我们可以充分的利用，因为弹簧不仅体积小而且便于和各个元器件相互进行结合。
（四）工艺的变元
加工工艺技术对机械结构设计的创新有着极大的作用，机械的任何结构在完成理想设计之前，都必须有着可靠的加工工艺作为支持，这样才能有效的提高机械结构创新的效果。变元法中所提到的工艺变元主要是根据工艺技术选择的不同，来实现对各个元器件产生相应的作用，从而实现对机械整个结构产生作用。工艺手段与结构尺寸、材料性能等变元有着很大的差异性，工艺手段选取和使用的合理性，直接影响到机械结构的质量和性能，因此，机械结构创新设计必须对工艺手段进行创新设计，利用新颖的工艺手段来确保机械结构设计的创新性。
（五）尺寸的变元
高质量的产品，不仅需要好的产品性能，而且还需要满足用户对产品外观、安装方式、外形尺寸等要求。 这就需要机械设计师，利用科学的方法对机械零件进行推算，找出对零件最佳的设计方案，并通过对零件外形的修正与优化，使零件在机械产品运转中达到最好的运转状态。 我们对液浮式陀螺罗经的内部零件进行优化设计，在满足强度的同时缩小了部分零件的尺寸，并采用模块的结构方式，使液浮式陀螺罗经内部零件得到更好协调，从而大大缩小了产品的外形尺寸，减轻产品的重量。
（六）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。
（七）联接变元
机械产品的联接变元创新，我们需要考虑应元素的两层含义：一层是需考虑到对元素连接方式的变化，比如说日常用的铆接、胶接、焊接、螺纹接等；二是需要考虑到对每一种连接方法不同联接结构的元素创新，从而获得多种结构类型方案。
（八）对机械结构变元创新设计的优化评测
对变元创新后的各类机械结构设计方案，往往我们要给一个综合评测，通常情况下，采用综合考虑到设计中的七个变元因素，对新的结构设计进行模糊评测。在评测过程中，我们要先在脑海中形成一套基本的设计方案，然后通过建立起一些数学模型，设计者对每一种结构方案进行综合分析，并凭借自己掌握的经验及知识能力进行综合评判。其中，要考虑到一些指标，具体细化为社会效益，工艺性及可操作性、维修性、安全性等方面，同时借助推理、模拟等逻辑方法，最终从多种备用的不同结构方案中，选取一个具有创造性的作为最后优化的创新设计方案。对已确定的结构方案，也可在采用上述评价变元因素基础上，在变元之间联动配合修改，达到更加优化的设计目的。
结语
机械创新结构设计对于机械行业的发展而言具有举足轻重的作用，它不仅能够更好地满足当前社会对机械设备不断升高的要求，实现各类机械零件的最佳组合，同时还可以推动机械行业的可持续发展。因此各机械设计企业理应在机械设备设计过程中充分采用创新设计理念，寻找最佳结构设计，以设计出更多的结构方案，推动企业自身的发展，最终促进社会的良性发展。
参考文献
[1]徐慧勇.浅析机械结构设计中的创新设计[J].黑龙江科技信息，2010，（30）.
机械结构分析与设计范文第2篇
【关键词】建筑结构设计；设计过程；注意事项
一、建筑结构的设计过程
建筑结构设计简而言之就是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。用基础，墙，柱，梁，板，楼梯，大样细部等结构元素来构成建筑物的结构体系，包括竖向和水平的承重及抗力体系。把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。结构设计的阶段大体可以分为三个阶段：结构方案阶段，结构计算阶段和施工图设计阶段。
1.1方案阶段的内容：根据根据建筑的重要性，建筑所在地的抗震设防烈度，工程地质勘查报告，建筑场地的类别及建筑的高度和层数来确定建筑的结构形式（例如，砖混结构，框架结构，框剪结构，剪力墙结构，筒体结构，混合结构等等以及由这些结构来组合而成的结构形式）。确定了结构的形式之后就要根据不同结构形式的特点和要求来布置结构的承重体系和受力构件。
1.2结构计算阶段的内容：首先，荷载的计算。荷载包括外部荷载（例如，风荷载，雪荷载，施工荷载，地下水的荷载，地震荷载，人防荷载等等）和内部荷载（例如，结构的自重荷载，使用荷载，装修荷载等等）上述荷载的计算要根据荷载规范的要求和规定采用不同的组合值系数和准永久值系数等来进行不同工况下的组合计算。其次，构件的试算。根据计算出的荷载值，构造措施要求，使用要求及各种计算手册上推荐的试算方法来初步确定构件的截面。再次，内力的计算，根据确定的构件截面和荷载值来进行内力的计算，包括弯矩，剪力，扭矩，轴心压力及拉力等等。最后，构件的计算。根据计算出的结构内力及规范对构件的要求和限制（比如，轴压比，剪跨比，跨高比，裂缝和挠度等等）来复核结构试算的构件是否符合规范规定和要求。如不满足要求则要调整构件的截面或布置直到满足要求为止。
1.3施工图设计阶段的内容：这一阶段主要通过图纸，把设计者的意图和全部设计结果表达出来，作为施工制作的依据，它是设计和施工工作的桥梁。这一阶段主要包括：设计总说明，总平面布置及说明，各专业全项目的说明及室外管线图，工程总概算；各建筑物、构筑物的设计文件：建筑、结构、水暖、电气、卫生、热机等专业图纸及说明，以及公用设施、工艺设计和设备安装，非标准设备制造详图、单项工程预算等。
二、进行结构设计时应注意的事项
2.1关于箱、筏基础底板挑板的阳角问题。
2.1.1阳角面积在整个基础底面积中所占比例极小，可砍成直角或斜角。
2.1.2如果底板钢筋双向双排，且在悬挑部分不变，阳角不必加辐射筋。
2.2关于箱、筏基础底板的挑板问题从结构角度来讲，如果能出挑板，能调匀边跨底板钢筋，特别是当底板钢筋通长布置时，不会因边跨钢筋而加大整个底板的通长筋，较节约；出挑板后，能降低基底附加应力，当基础形式处在天然地基和其他人工地基的坎上时，加挑板就可能采用天然地基；能降低整体沉降，当荷载偏心时，在特定部位设挑板，还可调整沉降差和整体倾斜；窗井部位可以认为是挑板上砌墙，不宜再出长挑板。虽然在计算时此处板并不应按挑板计算。当然此问题并不绝对，当有数层地下室，窗井横隔墙较密，且横隔墙能与内部墙体连通时，可灵活考虑；当地下水位很高，出基础挑板，有利于解决抗浮问题；从建筑角度讲，取消挑板，可方便柔性防水做法。
2.3关于梁、板的计算跨度一般的手册或教科书上所讲的计算跨度，如净跨的1.1倍等，这些规定和概念仅适用于常规的结构设计，在应用日广的宽扁梁中是不合适的。梁板结构，简单点讲，可认为是在梁的中心线上有一刚性支座，取消梁的概念，将梁板统一认为是一变截面板。在扁梁结构中，梁高比板厚大不了多少时，应将计算长度取至梁中心，选梁中心处的弯距和梁厚，及梁边弯距和板厚配筋，取二者大值配筋。（借用台阶式独立基础变截面处的概念）柱子也可认为是超大截面梁，所以梁配筋时应取柱边弯距。削峰是正常的，不削峰才有问题。
2.4基坑开挖时，摩擦角范围内的坑边的基底土受到约束，不反弹，坑中心的地基土反弹，回弹以弹性为主，回弹部分被人工清除。当基础较小，坑底受到很大约束，回弹可以忽略，在计算沉降时，应按基底附加应力计算。当基坑很大时，相对受到较小约束，如箱基，计算沉降时应按基底压力计算，被坑边土约束的部分当做安全储备，这也是计算沉降大于实际沉降的原因之一。
2.5抗震缝应加大，经统计，按规范要求设的防震缝在地震时有40%发生了碰撞。故应增大抗震缝间距。
2.6关于回弹再压缩基坑开挖时，摩擦角范围内的坑边的基底土受到约束，不反弹，坑中心的地基土反弹，回弹以弹性为主，回弹部分被人工清除。当基础较小，坑底受到很大约束，如独立基础，回弹可以忽略，在计算沉降时，应按基底附加应力计算。当基坑很大时，相对受到较小约束，如箱基，计算沉降时应按基底压力计算，被坑边土约束的部分当做安全储备，这也是计算沉降大于实际沉降的原因之一。
2.7主梁有次梁处加附加筋：一般应优先加箍筋，附加箍筋可认为是：主梁箍筋在次梁截面范围无法加箍筋或箍筋短缺，在次梁两侧补上，象板上洞口附加筋。附加筋一般要有，但不应绝对。规范说的清楚，位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载，应全部由附加横向钢筋承担。也就是说，位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的垫梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力应加附加筋。但梁截面高度范围内的集中荷载可根据具体情况而定。当主次梁截面相差不大，次梁荷载较大时，应加附加筋。当主梁高度很高，次梁截面很小、荷载很小时，如快接近板上附加暗梁，主梁可不加附加筋。还有当主次梁截面均很大，如工艺要求形成的主次深梁，而荷载相对不大，主梁也可不加附加筋。总的原则，当主梁上次梁开裂后，从次梁的受压区顶至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁产生的剪力时，主梁可不加附加筋。梁上集中力，产生的剪力在整个梁范围内是一样，所以抗剪满足，集中力处自然满足。主次深梁及次梁相对主梁截面、荷载较小时，也可满足。
2.8一般情况下，悬挑梁宜做成等截面，尤其出挑长度较短时。与挑板不同，挑梁的自重占总荷载的比例很小，作成变截面不能有效减轻自重。变截面挑梁的箍筋，每个都不一样，加大施工难度。变截面梁的挠度也大于等截面梁。当然，外露的大挑梁，可适当变截面，使感官效果好些。
2.9当建筑大多数房间较小，而仅一两处房间较大时，如按大房间确定基础板厚会造成浪费，而按小房间确定则造成配筋困难，当承载力能满足要求时，可在大房间中部垫聚苯卸载，按小房间确定基础板厚。
机械结构分析与设计范文第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.
关键词： ANSYS；机械；结构分析；应用
Key words： ANSYS；machinery；structural analysis；application
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）03-0203-02
0 引言
ANSYS是一款以有限元分析为基础的大型通用CAE软件，是现代产品设计中的高级CAD工具之一[1]。ANSYS中的Structral模块提供了完整的结构分析功能，包括几何非线性、材料非线性、各种动力学分析等计算能力，此程序包在结构分析方面具有强大的功能。在实际生产过程中，常常会遇到各种各样的机械结构分析问题：如机械结构受力，变形及内部应力情况等等。利用ANSYS软件对机械模型进行仿真模拟计算，通过应力、应变云图直观展示构件的性能特点，从而为解决机械结构中常见的问题提供理论依据。ANSYS仿真分析的结果可以帮助设计人员对实际生产方案作出准确的判断，节省物力财力，为提高生产效率及缩短设计研发周期的产生有很大的作用。本文结合典型工程实例介绍了ANSYS结构分析的基本方法和分析过程，且对ANSYS软件在机械结构分析的发展趋势进行了探讨。
1 ANSYS软件计算分析的原理
ANSYS软件计算分析的原理是将连续的结构离散成有限多个单元，并在每一个单元中设定有限数量的节点，将连续体看作是只在节点处相连续的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量，并在第一单元中假设一个插值函数来表示单元中场函数的分布规律，进而利用弹性力学、固体力学、结构力学等力学中的变分原理去建立用以求解节点未知量的有限元方程，从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中的有限自由度问题[2]。求解后就可以利用解得的节点值和设定的插值函数确定单元上以至整个集合上的场函数。
2 ANSYS机械结构分析的步骤
用户可以使用ANSYS软件进行不同类型的分析。从简单的线性、静态分析，到复杂的非线性、瞬态分析，无论什么类型的分析，ANSYS都有基本固定的分析流程。ANSYS软件具有多种有限元分析的能力，一个典型的ANSYS分析过程可分为以下三个步骤[3]：①创建有限元模型。包括创建或读入几何模型；定义材料属性；划分单元 （节点及单元）；②施加载荷进行求解。包括施加载荷及边界条件；求解；③查看结果。包括查看分析结果；检验分析是否正确。
ANSYS 机械结构分析的具体步骤如图1所示。
3 工程实例分析
立体钢架顶面承受1000N/m2的均布载荷，钢架通过两个孔的内表面固定在墙上，钢架材料的弹性模量为2.1×1011N/m2，泊松比为0.3，分析钢架的变形及应力分布。
①创建立体钢架几何模型及有限元模型，如图2、3；
②加载求解，如图4；
③查看结果，如图5、6、7。
通过以上例子阐述了ANSYS在机械结构分析中的基本原理和步骤，将ANSYS用于结构设计中，设计人员可以根据仿真分析的结果进一步了解机构的性能特点，主动地寻求最佳设计方案，使产品的设计更为合理，从而有效地提高产品的质量与工作性能[4]。
4 ANSYS在机械结构分析中的发展趋势
目前，ANSYS软件已广泛应用于机械制造、石油化工、轻工、造船、航空航天、汽车交通、电子、土木工程、水利、铁道、日用家电等一般工业及科学研究[5]，其技术涵盖多个学科领域。随着发展，ANSYS提供的机械工程仿真技术将越来越成熟。设计人员以真正耦合的方式使用 ANSYS技术，可获得符合现实条件的解决方案，而综合多物理场产品组合能使用户利用集成环境中的多个耦合物理场进行仿真与分析。ANSYS软件可让用户更深入地钻研，从而解决更多种类的问题，处理更为复杂的情况。因此，ANSYS产品以其灵活的仿真性能将会被越来越广泛地关注和应用。
参考文献：
[1]谷俊斌，贾宏玉.ANSYS软件在工程力学专业教学中的应用[J].中国冶金教育，2013（4）.
[2]莫维尼.有限元分析：ANSYS理论与应用[M].北京：电子工业出版社，2005.
[3]邓凡平.ANSYS 12有限元分析自学手册[M].北京：人民邮电出版社，2011.
机械结构分析与设计范文第4篇
关键词 机械设计；农业；虚拟样机技术
中图分类号 TH166；TP391.9 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）04-0191-01
虚拟样机技术是指通过使用计算机技术，在没有建造物理样机的时候建立数字化的机械模型系统，并使用仿真分析方式，将该系统模型在实际运作中的特性以图形的形式显示出来，从而寻找出最佳的机械设计方案。将其应用到农业机械设计中，有利于提高机械设计的效率。
1 虚拟样机技术在农业机械设计上应用的意义
传统的农业机械设计中往往需要经历多个步骤，如再试验、设计的改进、田间的试验、试制样机等。而设计师在设计的时候更多的是以自己的设计经验进行设计，具体的设计参数也通常靠经验来确定，这样设计出来的产品对提高其质量起到了严重的阻碍作用。而且我国的农作物和农业用地的地形也具有多样性的特点，以及对机械的要求也具有差异性，所以研制的农业机械也应当具有针对性，结合作物的实际需求进行设计。而在试制的时候由于受季节和气候等因素的影响，将会造成设计周期的延长。随着社会的进步，传统的设计难以满足新时期的需求，在虚拟样机技术应用到农业机械设计中之后，不但能够模拟农业机械的功能、结构，还能够及时发现设计阶段出现的样机缺陷，然后做出相应的改进，有效地在设计之初完善机械设计方案。另外，虚拟样机技术还实现了同步进行设计工作和完善工作的目标，对优化设计方案、做出前瞻性的决策发挥了重要作用。另外，还有利于节约机械原材料，促进机械设计成本的降低[1]。
2 虚拟样机技术在农业机械设计上的具体应用
虚拟样机技术在农业机械设计中的应用主要是利用ADAMS仿真方法，或是其他软件结合ADAMS进行仿真分析农业机械，以此来提高农业机械设计的质量和效率。
2.1 ADAMS在农业机械设计中的应用
这种方法主要是将虚拟样机的模型建立在ADAMS中，然后再仿真分析样机的功能等。其优势在于可以无缝连接数据，但也存在较弱的建模功能的不足之处。较为复杂的、大型的模型很难建立起来。例如在设计农用运输车的时候，基于原有的多体动力学模型，使用ADAMS仿真分析其平顺性，对完善其性能发挥了重要作用；在建造稻麦联合收割机模型的时候使用ADAMS中的仿真软件，优化了该模型的结构；在使用ADAMS仿真建立收割机结构的模型时，还仿真设计了割刀的运动，仿真之后得出的结果也比较合理，仿真设计的准确性较高，对机械设计具有极大的帮助[2]。
2.2 结构分析软件结合ADAMS在农业机械设计中的应用
由于ADAMS的结构分析能力相对较弱，而且刚体是ADAMS主要的分析对象。因此，为了有效地分析柔性体，在仿真的时候就需要结合相关的结构分析软件。如ANSYS有限元分析软件结合ADAMS，建立了水稻钵苗模型、水稻移栽机模型，比较物理试验的结果与仿真结果，验证模型的可行性，从而设计出质量更优的产品；这2个软件结合还仿真建立了耕整机的样机模型，并在实际测量具体的尺寸之后，研究耕整机的实际震动原理，从而根据其性能设计符合农业实际需求的耕整机；另外使用ADAMS与ANSYS结合建模，还需要分析具体的作物特性，如基于了解了甘蔗的物理性能之后，先使用ANSYS将其数字模型建立起来，然后在虚拟样机ADAMS引入数字模型，构建工作对象甘蔗与虚拟样机之间的联系，使收获机作用于甘蔗，并对机器的具体工作过程进行精确的描述[3]。
2.3 控制系统分析软件结合ADAMS在农业机械设计中的应用
现代机械设计的主要发展方向是结合控制系统与机械系统，能够促进机械结构自身复杂性的降低，利用结合的控制系统可实现以往不能完成的复杂运动。同时还能促进结构运动，增强可靠性、精度。如在研究弹性轴轴承系统的时候使用Mat lab结合ADAMS的方法，仿真分析其受到径向正弦载荷作用之后，所呈现出的动力学的具体特征；在研究马铃薯联合收获机的特性时，可以先仿真收获机输送臂的液压模块、机械模型，仿真的时候主要使用的是ADAMS，然后在Simulink中构件其控制模型，最终结合Mat lab与ADAMS集成仿真系统的模型。在分析系统模型之后，就可以实现仿真分析输送臂工作原理的目的。
3 结语
总之，通过对虚拟样机技术在农业机械设计中的应用的研究，可以了解目前农业机械设计存在的不足，将虚拟样机技术广泛应用到农业机械设计中可以有效解决其不足，还能够满足现代化农业机械设计的需求，从而提高机械设计的质量，促进农业机械的发展。
4 参考文献
[1] 牛.虚拟样机技术在农业机械设计上的应用和发展初探[J].科技资讯，2013（31）：58，60.
机械结构分析与设计范文第5篇
关键词：高性能塑料 螺杆 挤出纤维 生产线系统
高性能塑料螺杆挤出纤维的系统方法是按照系统的结构特征进行系统开发的方法。要按照系统方法进行机械设计,就要把所要设计的机器看成一个系统,分析其所包含的组成部分与生产系统内部及环境之间的关联作用,以及系统在更大范围系统中的地位和作用,并从整体的角度将系统中人、物、能量和信息协调、处理好。在高性能塑料螺杆挤出纤维机械的设计中,往往要处理整体和部分的关系。整个目标、整体功能是一切设计工作的基本出发点,能够体现出设计工作的最终目的。任何部分,特别是起关键作用部分的优劣都会影响到整体功能。从系统科学的观点来看,部分性能的不协调会在经济上造成一定程度的浪费或者是在功能上造成一定程度的损失。
1、高性能塑料螺杆挤出纤维的机理
在现今社会,以聚醚醚酮为代表的新型高性能塑料螺杆挤出纤维材料的生产具有非常重要的意义。高性能塑料具有高性能、高附加价值等特点,在能源、电子、航空、信息、石油化工等领域发挥相当大的作用,已经被公认为新材料领域的高技术产业。但是由于高性能塑料的熔点较高、熔体粘度较大,缺乏适宜的溶剂,难以制作预浸料和使复合材料成型,就算是制得预浸料,也会因为缺乏热固性预浸料所具有的柔性和铺敷性,制作复杂形状铺层很困难,进而限制使用范围。若是将高性能塑料制成纤维,就可以解决其溶解性较差、熔点较高、熔融粘度较大所造成的加工困难问题。
高性能塑料螺杆挤出纤维生产线的机械优化设计包括两个主要的内容,就是建立优化问题的数学模型和选择优化问题的求解方法。解析式的数学模型不仅取决于预定的优化目标,还在相当程度上依赖其对部件的工作情况及理论的认识。三段式螺杆挤出机,物料依次经过固体输送、熔融和熔体输送等不同的输送阶段。螺杆优化设计的主要目标是在保证挤出物质量的前提下达到最高生产能力或最小功率消耗。一组基本参数的数值可以表示一个设计方案,高性能塑料螺杆直径、长径比、螺纹升角及螺杆槽深等参数直接关系到高性能塑料螺杆的生产能力、承载能力、动力消耗、挤出物质量以及螺杆的机加工性等等。
高性能螺杆挤出机优化设计具有多个特点,例如:设计变量多,多目标与单目标优化设计并存,数学模型的多维性和非线性,设计变量中多种量纲并存；螺杆挤出机优化设计可采用的算法,螺杆优化设计的一般过程根据挤出过程的现象建立物理模型,根据物理模型建立数学模型,应用相关优化设计软件编写螺杆优化设计程序,将程序输入计算机并通过改变优化目标的取值进行优化计算,通过对计算机输出的优化结果进行分析和验证,得出螺杆优化设计的参数。
2、高性能塑料螺杆挤出纤维的生产系统
2.1 系统方法与总体设计
高性能塑料螺杆挤出纤维的生产要按照系统方法进行机械设计,将所要设计的机器看成一个系统。在高性能塑料螺杆挤出纤维的机械设计中,经常要处理整体和部分的关系。片面的提高其中的某一部分,忽略各部分的协调作用,都不会提高整体的性能,反而会因为部分的要求太高,使设计和制造费用增大。运用系统科学知识,从各部分的协调匹配中提高机器整体的功能和价值,有可能促成机器整体功能发生质变性突破。
高性能塑料螺杆挤出纤维生产系统所含的要素及其功能确定后,要根据各要素的特点、作用合理地确定其在系统中的地位、层次及顺序,按照一定的次序将系统各部分安排在恰当的位置上。高性能塑料螺杆挤出纤维生产系统的专业化程度越来越高,系统总体的某一功能由相应部分专门来实现,各组成部分之间相互协作,形成一个有机的整体。在进行设计的过程中,应该注意协调执行机构速度与动作,适应动力和阻力,负载、强度、寿命及精度要均衡等等。
2.2 总体设计方案
在高性能塑料螺杆挤出纤维的机械设计过程中,要不断地通过搜集、筛选、吸收有效信息,将处于无序状态的各个组成部分综合为有序的机械系统,也就是机器方案的拟定、改进,产品的试制、改型和定型过程。应用系统方法进行机械设计,首先要根据调查研究确定整体目标,再将整体目标分解为若干子目标和功能团,形成多层次、有关联的目标集。然后根据目标集构造机器的组成部分及其结构方式,合理地安排部署各项设计工作。
在高性能塑料螺杆挤出纤维生产线的机械设计过程中,系统分析的主要内容为目标分析和结构分析。目标分析就是把系统的总目标分解为具有层次性的目标集,为系统的分析奠定基础。然后进一步分析更低层次的目标,直到确定各功能团的性能、参数和实施办法。结构分析就是根据系统的目标集确定系统的组成部分及其相互关系。系统的结构和系统的功能是相关的。高性能塑料螺杆挤出纤维生产系统的组成部分和结构方式有所不同,其性能也有所不同。在具体进行设计时,结构分析体现为总体方案的拟定,在进行设计的步骤上总是会根据系统功能和工作原理把系统分为若干的相应部分。进而根据各部分的工作要求将其划分为若干更小的部分,直到确定其具体的参数和尺寸。根据系统目标分析和结构的科学理论进行系统分析,得出高性能塑料螺杆挤出纤维生产线的目标树和总体设计方案,为生产线的具体设计打下基础。
3、结语
高性能塑料螺杆挤出纤维的过程是一个复杂的流变学和传热过程。将系统科学知识应用于高性能塑料的螺杆挤出纤维生产线设计中,运用系统方法的观点,提出高性能塑料螺杆挤出纤维生产线的设计原则,从其中的各部分协调匹配中提高整体的生产线功能与价值,进而降低高性能塑料螺杆挤出纤维的研究成本,提高机械设备的利用效率,形成综合性的开发、研究优势。
参考文献
[1]郭永彪,范桢,董祥忠.螺杆挤出塑化熔融沉积先进快速成形技术的探讨[J].现代制造工程,2007,(12):76-78.
[2]孙建辉,王平.螺杆挤出机优化设计的现状及发展[J].现代制造工程,2009,(12):9-11.
