CDZ50米登高平臺消防車液壓缸設(shè)計

目錄一、概述……………………1液壓缸的形式…………1液壓缸的結(jié)構(gòu)…………1液壓缸的細(xì)部構(gòu)造……………………21、缸筒…………………22、缸底…………………33、導(dǎo)向套………………34、活塞桿………………45、活塞…………………46、緩沖裝置……………5液壓缸的密封…………51、間隙密封……………62、接觸密封……………6⑴O形密封圈……………………6⑵唇形密封………7⑶組合密封………7液壓缸設(shè)計計算………71、液壓缸的作用力和布置方式………72、液壓缸缸徑計算……………………83、液壓缸壁厚計算……………………84、活塞桿計算…………95、最小導(dǎo)向長度H的確定……………96、活塞桿穩(wěn)定性校核…………………107、活塞桿強度校核……………………11CDZ50米登高平臺消防車液壓缸設(shè)計一、概述液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行機構(gòu)，在工程機械，登高平臺消防車及高空作業(yè)車等多種類型機械中獲得廣泛應(yīng)用。CDZ50米登高平臺消防車（以下稱CDZ50）的伸縮、變幅、折臂、支腿機構(gòu)都是由液壓缸執(zhí)行。為了使登高平臺消防車既有盡可能小的縱向尺寸，又有可能大的作業(yè)范圍，它的臂架具有伸縮功能，猶如電視機的伸縮天線，只是臂架斷面是四邊形，它們是由一只伸縮液壓缸和鋼絲繩滑輪組成機構(gòu)完成五節(jié)臂同步伸縮。變幅液壓缸可使登高平臺消防車臂架作俯仰動作，以改變作業(yè)平臺到回轉(zhuǎn)中心的距離（幅度），這就叫變幅。折臂液壓缸是調(diào)整作業(yè)平臺的工作位置。支腿通常由水平液壓缸的垂直液壓缸構(gòu)成，稱“H”型支腿，它由八個液壓油缸分別驅(qū)動。支腿不僅能承受作業(yè)時的總重，還能大大提高整機作業(yè)時的穩(wěn)定性。如圖1上述四種機構(gòu)所用的液壓缸原理基本相同，本文主要通過對CDZ50變幅液壓缸原理的分析和設(shè)計找到液壓缸設(shè)計的方法。二、液壓缸的形式直線運動的液壓缸有兩類即活塞式（圖2a）和柱塞式（圖2b）?；钊揭簤焊锥嗍请p作用的，即活塞的伸出和縮回均靠液壓力作用，雙作用液壓缸又分單活塞桿和雙活塞桿的。柱塞式液壓缸只能是單作用的，即柱塞伸出靠液壓力而縮回則靠負(fù)載自重、重物或彈簧等。登高平臺消防車大都采用雙作用活塞式單桿液壓缸。三、液壓缸的結(jié)構(gòu)圖2a所示為CDZ50變幅液壓缸結(jié)構(gòu)，它是由缸底2、缸筒8、缸蓋16、導(dǎo)向套15以及活塞7和活塞桿9等主要部件組成。缸筒一端與缸底焊接，另一端則與缸蓋采用螺紋連接，以便拆裝檢修，兩端設(shè)有油口A和B?；钊c活塞桿采用螺紋連接，結(jié)構(gòu)緊湊便于裝卸。缸筒內(nèi)壁表面粗糙度要求較高（0.4），為了避免與活塞直接發(fā)生摩擦而造成拉缸事故，活塞上套有支承環(huán)4，它通常是由聚四氟乙烯或尼龍等耐磨材料制成，但不起密封作用。缸內(nèi)兩腔之間的密封是靠活塞內(nèi)孔的O形密封6，以及外緣安置的兩個組合密封（格來圈）來保證，活塞桿表面同樣具有較高粗糙度（0.2），為了確?；钊麠U的移動不偏離中心線，以免損傷缸壁和密封件，并改善活塞桿與缸蓋孔的摩擦，特在缸蓋一端設(shè)置導(dǎo)向套15，導(dǎo)向套內(nèi)孔上套有支承環(huán)10，還有防止油液外漏的組合密封（斯特封）12和YX型密封圈13，這兩道密封可以防止由于加工誤差造成活塞桿滲油現(xiàn)象。考慮到活塞桿外露部分會粘附塵土，故缸蓋孔口處設(shè)有防塵圈17。在缸底和活塞桿頂端上安裝有油嘴1，為工作機構(gòu)連接用的銷軸提供潤滑油。此外為了減輕活塞在行程終了時對缸底的沖擊，缸底端設(shè)有縫隙節(jié)流緩沖裝置，當(dāng)活塞快速運行臨近缸底時，缸底端部的緩沖柱塞將回流堵住，迫使剩余油液只能從柱塞周圍的縫隙擠出，于是活塞速度迅速減慢實現(xiàn)緩沖。四、液壓缸的細(xì)部構(gòu)造液壓缸主要由缸筒、缸底、缸蓋、活塞、活塞桿、導(dǎo)向套和緩沖裝置等構(gòu)成。如圖2a，下面我們介紹液壓缸主要零部件的材料選擇、工藝要求、構(gòu)造特點。1、缸筒活塞式液壓缸缸筒內(nèi)壁要求精加工，所以它的工藝要求較高，具有一定難度。目前國內(nèi)缸筒內(nèi)孔的加工，主要采用熱軋無縫鋼管的鏜削工藝和冷撥無縫鋼管的珩磨工藝。熱軋管材的鏜削加工工藝過程為：粗鏜→精鏜→浮鏜→滾壓（簡稱三鏜一滾），國內(nèi)同行業(yè)缸筒的加工普遍采用這種工藝過程。工藝要求如圖3所示，缸筒內(nèi)徑一般用H8配合，表面粗糙度0.4。外表面一般不加工。裝配作業(yè)時為了不損傷活塞和導(dǎo)向套上的密封圈，在缸筒的入口處和有密封圈滑過的孔槽口均做成15°的坡口。坡口口徑D′要保證大于密封圈的自由尺寸。缸筒的材料通常采用45號無縫鋼管。45號鋼的切削性能較好，但焊接性能較差，焊接時必須嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝。此外，缸筒內(nèi)徑D的圓度，圓柱度不大于公差直徑的一半，缸筒內(nèi)表面直線度在500mm長度上不大于0.03mm。對形位公差和表面粗糙度和控制能有效避免液壓缸的泄漏。因為目前大多數(shù)密封都屬于擠壓形密封，缸筒超差后直接影響密封件的壓縮量，壓縮量的不均勻可導(dǎo)致密封滲漏。2、缸底缸底可用35號或45號鋼的鍛件、鑄件、圓鋼或焊接件制作，缸底與缸筒的主要連接形式有：焊接式、螺紋式。如圖4，CDZ50變幅壓缸的缸底連接形式采用焊接式。缸底材料主要以45號鋼鍛造成型。圖4a為焊接形式其特點是構(gòu)造簡單，易加工，尺寸小，工作可靠。為了控制焊接變形，缸底嵌入缸筒的部分應(yīng)采用較緊的過渡配合（H7/K6）活塞終點要離開焊縫一定的距離約（20mm以上）。圖4b是螺紋連接，尺寸略大，不適宜大口徑連接，但可拆，清洗方便。3、導(dǎo)向套導(dǎo)向套可選用球墨鑄鐵、鋁青銅或45號鋼加支承環(huán)制成，從降低成本角度考慮目前導(dǎo)向套大都采用鋼材經(jīng)加工后內(nèi)孔安裝支承環(huán)。導(dǎo)向套在結(jié)構(gòu)上不僅要解決與缸筒的密封問題，而且必須考慮與活塞桿的密封和防塵問題，它能保證活塞往復(fù)運動過程中不偏離軸心線，以免產(chǎn)生“拉缸”現(xiàn)象，并保證活塞和活塞桿密封件能正常工作。導(dǎo)向套滑動支承面的長度通常取活塞桿直徑的0.6～1.0倍。圖5是導(dǎo)向套的三種形式。圖5a是導(dǎo)向套與缸筒用卡鍵連接，圖5b通過缸蓋外螺紋與缸筒連接，圖5c是缸筒與導(dǎo)向套內(nèi)螺紋連接。4、活塞桿無論是柱塞式還是活塞式液壓缸，它們的活塞桿（或柱塞）都有較高的加工精度，其表面還有0.03mm～0.05mm厚的鍍鉻層以提高耐磨性和抗腐蝕性。對于工作條件惡劣的環(huán)境，活塞桿表面先進行表面淬火后再鍍鉻，以提高表面硬度，抵御外來的撞擊?；钊麠U常用45號元鋼或無縫鋼管做成實心桿或空心桿，活塞桿強度一般是足夠的，主要是考慮細(xì)長活塞桿在受壓時的穩(wěn)定性，大多活塞桿采用空心桿增大斷面模數(shù)，空心活塞桿一端留出焊接和熱處理用的通氣孔?；钊麠U外徑公差是f9。如圖6，CDZ50變幅液壓缸選用如圖6b的結(jié)構(gòu)形式。5、活塞活塞也有多種結(jié)構(gòu)，通常是通過螺紋或卡鍵與活塞桿相連。圖7a是整體式活塞，它的表面直接與缸筒壁配合，兼起導(dǎo)向作用，工藝上有一定要求且必須是銅或鑄鐵等耐磨材料，盡管它的結(jié)構(gòu)簡單，由于摩擦力較大，壽命較短等原因已逐漸少用。圖7b是組合式活塞；活塞本體與缸壁不接觸，通過與它組合在一起的耐磨材料尼龍或聚四氟已烯與缸筒接觸，并起導(dǎo)向支承作用。導(dǎo)向材料對稱安裝在活塞兩端，同時在O形密封圈外面套一個與支承環(huán)同樣材料的摩擦環(huán)，使O形密封圈脫離與缸壁的滑動摩擦，基本上成為固定密封，故提高了密封件的使用壽命?；钊c活塞桿之間為間隙配合，配合面之間的密封為固定密封，采用O形圈密封，密封槽通常開設(shè)在活塞桿上，這樣加工比較方便。6、緩沖裝置液壓缸在運動速度高或負(fù)載質(zhì)量大的情況下，當(dāng)活塞快速制動或換向時，會產(chǎn)生液壓沖擊。沖擊時的壓力可達(dá)工作壓力的二至四倍，液壓沖擊會引起整機的振動和噪聲，甚至引起有關(guān)機械的破壞。因此在設(shè)計液壓缸時常用節(jié)流原理在缸體里設(shè)置緩沖裝置。如圖8，當(dāng)活塞移至其端部時緩沖柱塞開始插入桿端的緩沖孔槽，活塞桿尾部與缸筒之間形成封閉空間A，A腔中受困擠的剩余油液只能從緩沖柱塞與孔槽之間的節(jié)流環(huán)縫中擠出，因而在A腔形成一個高壓區(qū)迫使液壓缸降低速度實現(xiàn)液壓緩沖。圖9是緩沖柱塞和緩沖腔壓力的曲線。五、液壓缸的密封漏油是液壓傳動的多發(fā)病，漏油有內(nèi)泄和外漏之分。所謂內(nèi)泄是發(fā)生在液壓缸內(nèi)部的漏損，如高壓無桿腔的壓力油通過活塞與缸壁間的間隙流向低壓的有桿腔進入油箱，外漏則是油液漏出液壓缸外部。如油液沿活塞桿漏到液壓缸的外部。內(nèi)泄和外漏都是不允許的。目前防外漏的辦法是采用各種形式的密封裝置，密封形式很多選擇主要介紹。間隙密封間隙密封是利用相對運動件之間的微小間隙起密封作用的。液壓統(tǒng)中的液壓泵和各種控制閥大多采用這類密封，液壓缸基本不使用這種密封。在這里不再過多敘述。接觸密封接觸密封又叫填料密封，填料被充填在兩個需要密封的零件之間，靠密封件本身的彈性變形實現(xiàn)密封。在一定壓力范圍內(nèi)，其密封能力隨壓力升高而提高。在磨損后還有一定的自動補償能力。接觸密封的形式頗多，僅介紹液壓缸中使用的幾種密封。O形密封圈O形密封圈斷面為圓形，它由耐油橡膠等材料制成。它可以用在兩個固定面之間也可用在兩個相對運動面之間起密封作用。圖10是它的密封機理，O形圈裝入密封槽后，由于槽深H小于O形圈斷面直徑d0使O形圈受壓縮狀態(tài)，見圖10a，此時靠O形圈自身的彈性接觸壓力自行密封；當(dāng)彈性接觸壓力Pm比流體壓力P1大時，就不會造成泄漏。避免液壓過高時O形圈被擠入密封槽的間隙中損壞。當(dāng)O形圈用作運動密封時液體壓力超過10MPa。若O形圈是單向受壓的，在它的非受壓側(cè)加一個擋圈，若是雙向受壓，則在它的兩側(cè)各加一個擋圈，見圖10b、c，用在端面固定密封時，由于間隙C較小液體壓力沒超過30Mpa時，一般不加擋圈。O形圈及其擋圈的規(guī)格以及溝槽尺寸均有標(biāo)準(zhǔn)，可從有關(guān)設(shè)計手冊中查閱。由于O形圈密封阻力較大，自動補償能力差，在液壓缸中常常用于固定密封，運動面間密封大多采用唇形密封。唇形密封圈唇形密封圈也有多種形式，現(xiàn)以常用的YX形密封圈來說明它們的機理。YX形密封分軸用和孔用兩種，孔用密封圈用于活塞與缸筒之間的密封，軸用密封圈用于活塞桿與導(dǎo)向套之間的密封，YX形密封中間有一個凹座，凹座朝向被密封的液體，因此液壓就通過唇部直接作用于部分密封面上。通常其底部不與周圍的部件接觸，且密封圈側(cè)面自底部至唇部開始是相平行。壓力升高時，唇口在壓力作用下向外擴展，使唇邊更緊地貼合密封面，隨著壓力的進一步升高，更大部分的密封面與周圍部件相接觸。圖11畫出各種壓力作用下唇形密封圈的典型變形率。組合密封組合密封是一種較理想的密封，通常將改性的聚四氟乙烯制成滑環(huán)和O型圈一起安裝在密封槽里組成?；h(huán)在O形密封圈預(yù)應(yīng)力作用下，始終保持與密封面產(chǎn)生接觸壓力保證密封。組合密封分孔用組合滑環(huán)（格萊圈）如圖12a和軸用組合滑環(huán)（斯特封）如圖12b，組合密封的結(jié)構(gòu)形式，密封機理，材料選擇都與其它密封不同，是一種較新的密封形式。目前國內(nèi)外大多數(shù)廠家普遍采用這種密封。有關(guān)溝槽尺寸可以從產(chǎn)品樣本中查到。六、液壓缸設(shè)計計算液壓缸的作用力和布置方式根據(jù)總體設(shè)計，CDZ50登高平臺消防車用于改變臂架幅度的變幅液壓缸的最大推力F1=61191.98kg，液壓缸系兩端鉸支，液壓缸全縮時兩端鉸點距離L1=2242mm，工作行程L2=2087mm，臂架停止動作時變幅液壓缸進出口閉死，此時液壓缸內(nèi)的封閉壓力叫閉鎖壓力。液壓缸缸徑的計算液壓缸的缸徑指缸筒的內(nèi)徑，它決定了液壓缸的推力和推出速度。工作時因回油管直接與液壓油箱相通，回油壓力PO=0，液壓系統(tǒng)最高工作壓力P=21Mpa，則缸筒內(nèi)徑：D==19.762cm=197.62mm取D=200mm其中：D——缸筒的內(nèi)徑F1——液壓缸最大推力P——液壓缸最高工作壓力η——液壓缸總效率，通常取η=95%液壓缸壁厚計算：當(dāng)壁厚δ大于缸徑的即δ＞時，按厚壁筒公式計算：δ=當(dāng)臂厚δ小于或等于缸徑D的時,按薄壁筒公式計算,δ=式中：P——液壓缸最大工作壓力（MPa）[σ]——許用應(yīng)力（Mpa），[σ]=，其中，σb為材料強度極限，n為安全系數(shù)；通常取n=3.5～5，δ——缸筒的壁厚（mm）45號鋼的強度極限σb=650Mpa，對于臂架式登高平臺消防車，屬中型工況，故安全系數(shù)為4，對應(yīng)的[σ]=。變幅缸閉鎖壓力：P′=閉鎖壓力P′小于最高工作壓力P=21Mpa，所以計算壁后應(yīng)以P作為最大工作壓力，閉鎖壓力小于工作壓力常采用薄壁公式計算：δ=用薄壁筒公式正確。參照無縫鋼管系列（YB231-77），并考慮留有加工余量，選用φ245×25無縫鋼管。活塞桿計算通常由速比μ算出，速比是液壓缸縮回速度與伸出速度之比即μ=。速比總大于1，速度比越大，活塞桿徑越大，越有利于活塞桿穩(wěn)定性通常μ在1.25～2范圍內(nèi)變化?？紤]到活塞桿的穩(wěn)定性和強度，常取μ=2。d=Dmm式中：d——活塞桿外徑D——缸筒內(nèi)徑μ——速度比取d=140mm；參照無縫鋼管系列，選用φ152×25鋼管最小導(dǎo)向長度H的確定：活塞桿全伸時，活塞支承面中點到導(dǎo)向套滑動面中點的距離叫最小導(dǎo)向長度H（見圖13）。通常H≥+。圖中活塞支承面長度B=（0.6～1.0）D，導(dǎo)向套滑動面長度A=（0.6～1.0）d，中間隔套C可在不過分增加A和B的情況下保證最小導(dǎo)向長度。CDZ50變幅液壓缸最小導(dǎo)向長度：H≥mm其中：L2——液壓缸工作行程D——液壓缸缸筒內(nèi)徑H——最小導(dǎo)向長度6、活塞桿穩(wěn)定性校核：當(dāng)受壓作用液壓缸的活塞桿直徑d小于液壓缸安裝長度L的十分之一時，須進行壓桿穩(wěn)定性校核，要求達(dá)到：F1＜式中：F1——液壓缸承受的最大壓力Fk——液壓缸不失穩(wěn)的臨界負(fù)載ηk——安全系數(shù)，ηk=2～4當(dāng)ψ=時，用歐拉公式計算臨界力FkFk=(N)當(dāng)ψ<ψ2時，按下式計算：Fk=(N)CDZ50變幅缸：L=L1+L2=2242+2087=4329(mm)d=140mm，系兩端鉸支，查表ψ2=1J=(其中：d1=102mm活塞桿內(nèi)徑)==13544033.46（mm）4A===7222.52（mm）2rk===43.304(mm)ψ=>ψ1=85采用歐拉公式計算臨界力：Fk==14.49×105(N)n==2.37>2穩(wěn)定性合格式中：ψ——活塞桿計算柔性系數(shù)ψ1——柔性系數(shù)，對于鋼ψ1=85ψ2——取決于液壓缸支承狀況的末端系數(shù)（又稱長度折算系度），由設(shè)計手冊查取。rk——活塞桿橫截面最小回轉(zhuǎn)半徑，rk=(mm)E——活塞桿材料的彈性模量，對于鋼E=2.06×105MpaJ——活塞桿橫截面慣性矩（mm4）A——活塞桿橫截面面積（mm2）F——由材料強度決定的試驗值，對于鋼取f=490Mpaα——系數(shù)，對于鋼取α=以上計算都將變幅油缸看作一個等截面桿，實際上，缸體的截面總是大于活塞桿的，整個變幅缸是一個變截面構(gòu)件，因此上述計算結(jié)果偏于安全的，要作較為經(jīng)濟的計算則應(yīng)按變截面桿件計算臨界力，此處不再論述?；钊麠U強度校核壓桿不失穩(wěn)的液壓缸不一定就不會破壞，還有活塞桿的強度問題，因此必須按下式作強度校核：變幅缸：σ==85.91Mpa〈=180Mpa算得CDZ50變幅液壓缸的強度校核合格。式中：σ——計算應(yīng)力（MPa）σS——活塞桿材料屈服極限，對于45號鋼σS=360Mpaa———由配合間隙和自重引起的液壓缸初撓度，通常取0.5%F1、A、Fk、d、L意義同前。參考資料⑴吉林工業(yè)大學(xué)等校編寫的《工程機械液壓與液力傳動》機械工業(yè)出版社，1979。⑵東北工學(xué)院《機械零件設(shè)計手冊》編寫組編，冶金工業(yè)出版社，1979。⑶雷天覺主編《液壓工程手冊》機械工業(yè)出版社，1990。⑷劉鴻文主編《材料》高等教育出版社，1982。 CDZ50米登高平臺高消防車變幅液壓缸的設(shè)計錦州重型機械股份有限公司技術(shù)中心：機械設(shè)計理論機械設(shè)計是一門通過設(shè)計新產(chǎn)品或者改進老產(chǎn)品來滿足人類需求的應(yīng)用技術(shù)科學(xué)。它涉及工程技術(shù)的各個領(lǐng)域，主要研究產(chǎn)品的尺寸、形狀和詳細(xì)結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)思，還要研究產(chǎn)品在制造、銷售和使用等方面的問題。進行各種機械設(shè)計工作的人員通常被稱為設(shè)計人員或者機械設(shè)計工程師。機械設(shè)計是一項創(chuàng)造性的工作。設(shè)計工程師不僅在工作上要有創(chuàng)造性，還必須在機械制圖、運動學(xué)、工程材料、材料力學(xué)和機械制造工藝學(xué)等方面具有深厚的基礎(chǔ)知識。如前所訴，機械設(shè)計的目的是生產(chǎn)能夠滿足人類需求的產(chǎn)品。發(fā)明、發(fā)現(xiàn)和科技知識本身并不一定能給人類帶來好處，只有當(dāng)它們被應(yīng)用在產(chǎn)品上才能產(chǎn)生效益。因而，應(yīng)該認(rèn)識到在一個特定的產(chǎn)品進行設(shè)計之前，必須先確定人們是否需要這種產(chǎn)品。應(yīng)當(dāng)把機械設(shè)計看成是機械設(shè)計人員運用創(chuàng)造性的才能進行產(chǎn)品設(shè)計、系統(tǒng)分析和制定產(chǎn)品的制造工藝學(xué)的一個良機。掌握工程基礎(chǔ)知識要比熟記一些數(shù)據(jù)和公式更為重要。僅僅使用數(shù)據(jù)和公式是不足以在一個好的設(shè)計中做出所需的全部決定的。另一方面，應(yīng)該認(rèn)真精確的進行所有運算。例如，即使將一個小數(shù)點的位置放錯，也會使正確的設(shè)計變成錯誤的。一個好的設(shè)計人員應(yīng)該勇于提出新的想法，而且愿意承擔(dān)一定的風(fēng)險，當(dāng)新的方法不適用時，就使用原來的方法。因此，設(shè)計人員必須要有耐心，因為所花費的時間和努力并不能保證帶來成功。一個全新的設(shè)計，要求屏棄許多陳舊的，為人們所熟知的方法。由于許多人墨守成規(guī)，這樣做并不是一件容易的事。一位機械設(shè)計師應(yīng)該不斷地探索改進現(xiàn)有的產(chǎn)品的方法，在此過程中應(yīng)該認(rèn)真選擇原有的、經(jīng)過驗證的設(shè)計原理，將其與未經(jīng)過驗證的新觀念結(jié)合起來。新設(shè)計本身會有許多缺陷和未能預(yù)料的問題發(fā)生，只有當(dāng)這些缺陷和問題被解決之后，才能體現(xiàn)出新產(chǎn)品的優(yōu)越性。因此，一個性能優(yōu)越的產(chǎn)品誕生的同時，也伴隨著較高的風(fēng)險。應(yīng)該強調(diào)的是，如果設(shè)計本身不要求采用全新的方法，就沒有必要僅僅為了變革的目的而采用新方法。在設(shè)計的初始階段，應(yīng)該允許設(shè)計人員充分發(fā)揮創(chuàng)造性，不受各種約束。即使產(chǎn)生了許多不切實際的想法，也會在設(shè)計的早期，即繪制圖紙之前被改正掉。只有這樣，才不致于堵塞創(chuàng)新的思路。通常，要提出幾套設(shè)計方案，然后加以比較。很有可能在最后選定的方案中，采用了某些未被接受的方案中的一些想法。心理學(xué)家經(jīng)常談?wù)撊绾问谷藗冞m應(yīng)他們所操作的機器。設(shè)計人員的基本職責(zé)是努力使機器來適應(yīng)人們。這并不是一項容易的工作，因為實際上并不存在著一個對所有人來說都是最優(yōu)的操作范圍和操作過程。另一個重要問題，設(shè)計工程師必須能夠同其他有關(guān)人員進行交流和磋商。在開始階段，設(shè)計人員必須就初步設(shè)計同管理人員進行交流和磋商，并得到批準(zhǔn)。這一般是通過口頭討論，草圖和文字材料進行的。為了進行有效的交流，需要解決下列問題：（1）所設(shè)計的這個產(chǎn)品是否真正為人們所需要？（2）此產(chǎn)品與其他公司的現(xiàn)有同類產(chǎn)品相比有無競爭能力？（3）生產(chǎn)這種產(chǎn)品是否經(jīng)濟？（4）產(chǎn)品的維修是否方便？（5）產(chǎn)品有無銷路？是否可以盈利？只有時間能對上述問題給出正確答案。但是，產(chǎn)品的設(shè)計、制造和銷售只能在對上述問題的初步肯定答案的基礎(chǔ)上進行。設(shè)計工程師還應(yīng)該通過零件圖和裝配圖，與制造部門一起對最終設(shè)計方案進行磋商。通常，在制造過程中會出現(xiàn)某個問題?？赡軙髮δ硞€零件尺寸或公差作一些更改，使零件的生產(chǎn)變得容易。但是，工程上的更改必須要經(jīng)過設(shè)計人員批準(zhǔn)，以保證不會損傷產(chǎn)品的功能。有時，在產(chǎn)品的裝配時或者裝箱外運前的試驗中才發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的某種缺陷。這些事例恰好說明了設(shè)計是一個動態(tài)過程?？偸谴嬖谥玫姆椒▉硗瓿稍O(shè)計工作，設(shè)計人員應(yīng)該不斷努力，尋找這些更好的方法。近些年來，工程材料的選擇已經(jīng)顯得重要。此外，選擇過程應(yīng)該是一個對材料的連續(xù)不斷的重新評價過程。新材料不斷出現(xiàn)，而一些原有的材料的能夠獲得的數(shù)量可能會減少。環(huán)境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面經(jīng)常會對材料選擇附加新的限制條件。為了減輕重量或者節(jié)約能源，可能會要求使用不同的材料。來自國內(nèi)和國際競爭、對產(chǎn)品維修保養(yǎng)方便性要求的提高和顧客的反饋等方面的壓力，都會促使人們對材料進行重新評價。由于材料選用不當(dāng)造成的產(chǎn)品責(zé)任訴訟，已經(jīng)產(chǎn)生了深刻的影響。此外，材料與材料加工之間的相互依賴關(guān)系已經(jīng)被人們認(rèn)識得更清楚。因此，為了能在合理的成本和確保質(zhì)量的前提下獲得滿意的結(jié)果，設(shè)計工程師的制造工程師都必須認(rèn)真仔細(xì)地選擇、確定和使用材料。制造任何產(chǎn)品的第一步工作都是設(shè)計。設(shè)計通常可以分為幾個明確的階段：（a）初步設(shè)計；（b）功能設(shè)計；（c）生產(chǎn)設(shè)計。在初步設(shè)計階段，設(shè)計者著重考慮產(chǎn)品應(yīng)該具有的功能。通常要設(shè)想和考慮幾個方案，然后決定這種思想是否可行；如果可行，則應(yīng)該對其中一個或幾個方案作進一步的改進。在此階段，關(guān)于材料選擇唯一要考慮的問題是：是否有性能符合要求的材料可供選擇；如果沒有的話，是否有較大的把握在成本和時間都允許的限度內(nèi)研制出一種新材料。在功能設(shè)計和工程設(shè)計階段，要做出一個切實可行的設(shè)計。在這個階段要繪制出相當(dāng)完整的圖紙，選擇并確定各種零件的材料。通常要制造出樣機或者實物模型，并對其進行試驗，評價產(chǎn)品的功能、可靠性、外觀和維修保養(yǎng)性等。雖然這種試驗可能會表明，在產(chǎn)品進入到生產(chǎn)階段之前，應(yīng)該更換某些材料，但是，絕對不能將這一點作為不認(rèn)真選擇材料的借口。應(yīng)該結(jié)合產(chǎn)品的功能，認(rèn)真仔細(xì)地考慮產(chǎn)品的外觀、成本和可靠性。一個很有成就的公司在制造所有的樣機時，所選用的材料應(yīng)該和其生產(chǎn)中使用的材料相同，并盡可能使用同樣的制造技術(shù)。這樣對公司是很有好處的。功能完備的樣機如果不能根據(jù)預(yù)期的銷售量經(jīng)濟地制造出來，或者是樣機與正式生產(chǎn)的裝置在質(zhì)量和可靠性方面有很大不同，則這種樣機就沒有多大的價值。設(shè)計工程師最好能在這一階段完全完成材料的分析、選擇和確定工作，而不是將其留到生產(chǎn)設(shè)計階段去做。因為，在生產(chǎn)設(shè)計階段材料的更換是由其他人進行的，這些人對產(chǎn)品的所有功能的了解不如設(shè)計工程師。在生產(chǎn)設(shè)計階段中，與材料有關(guān)的主要問題是應(yīng)該把材料完全確定下來，使它們與現(xiàn)有的設(shè)備相適應(yīng)，能夠利用現(xiàn)有設(shè)備經(jīng)濟地進行加工，而且材料的數(shù)量能夠比較容易保證供應(yīng)。在制造過程中，不可避免地會出現(xiàn)對使用中的材料做一些更改的情況。經(jīng)驗表明，可采用某些便宜材料作為替代品。然而，在大多數(shù)情況下，在進行生產(chǎn)以后改換材料要比在開始生產(chǎn)前改換材料所花費的代價要高。在設(shè)計階段做好材料選擇工作，可以避免多數(shù)這樣的情況。在生產(chǎn)制造開始后出現(xiàn)了可供使用的新材料是更換材料的最常見的原因。當(dāng)然，這些新材料可能降低成本、改進產(chǎn)品的性能。但是，必須對新材料進行認(rèn)真的評價，以確保其所有性能都滿足要求。應(yīng)當(dāng)記住，新材料的性能和可靠性很少像現(xiàn)有材料那樣為人們所了解。大部分的產(chǎn)品失效和產(chǎn)品責(zé)任事故案件是由于在選用新材料作為替代材料之前，沒有真正了解它們的長期使用性能而引起的。產(chǎn)品的責(zé)任訴訟迫使設(shè)計人員和公司在選擇材料時，采用最好的程序。在材料過程中，五個最常見的問題為：（a）不了解或者不會使用關(guān)于材料應(yīng)用方面的最新最好的信息資料；(b)未能預(yù)見和考慮擦黑年品可能的合理用途（如有可能，設(shè)計人員還應(yīng)進一步預(yù)測和考慮由于產(chǎn)品使用方法不當(dāng)造成的后果。在近年來的許多產(chǎn)品責(zé)任訴訟案件中，由于錯誤地使用產(chǎn)品而受到傷害的原告控告生產(chǎn)廠家，并且贏得判決）；(c)所使用的材料的數(shù)據(jù)不全或是有些數(shù)據(jù)不確定，尤其是當(dāng)其長期性能數(shù)據(jù)是如此的時候；(d)質(zhì)量控制方法不適當(dāng)和未經(jīng)驗證；(e)由一些完全不稱職的人員選擇材料。通過對上述五個問題的分析，可以得出這些問題是沒有充分理由存在的結(jié)論。對這些問題的研究分析可以為避免這些問題的出現(xiàn)指明方向。盡管采用最好的材料選擇方法也不能避免發(fā)生產(chǎn)品責(zé)任訴訟，設(shè)計人員和工業(yè)界按照適當(dāng)?shù)某绦蜻M行材料選擇，可以大大減少訴訟的數(shù)量。從以上的討論可以看出，選擇材料的人們應(yīng)該對材料的性質(zhì)，特點和加工方法有一個全面而基本的了解。PAGEPAGE6-MachinedesigntheoryThemachinedesignisthroughdesignsthenewproductorimprovestheoldproducttomeetthehumanneedtheapplicationtechnicalscience.Itinvolvestheprojecttechnologyeachdomain,mainlystudiestheproductthesize,theshapeandthedetailedstructurebasicidea,butalsomuststudytheproductthepersonnelwhichinaspecttheandsoonmanufacture,saleandusequestion.Carriesoneachkindofmachinedesignworktobeusuallycalleddesignsthepersonnelormachinedesignengineer.Themachinedesignisacreativework.Projectengineernotonlymusthavethecreativityinthework,butalsomustinaspectandsoonmechanicaldrawing,kinematics,engineerigmaterial,materialsmechanicsandmachinemanufacturetechnologyhasthedeepelementaryknowledge.Iffrontsues,themachinedesigngoalistheproductioncanmeetthehumanneedtheproduct.Theinvention,thediscoveryandtechnicalknowledgeitselfcertainlynotnecessarilycanbringtheadvantagetothehumanity,onlyhaswhentheyareappliedcanproduceontheproductthebenefit.Thus,shouldrealizetocarriesonbeforethedesigninaspecificproduct,mustfirstdeterminewhetherthepeopledoneedthiskindofproductMustregardasthemachinedesignisthemachinedesignpersonnelcarriesonusingcreativeabilitytheproductdesign,thesystemanalysisandaformulationproductmanufacturetechnologygoodopportunity.Graspstheprojectelementaryknowledgetohavetomemorizesomedataandtheformulaismoreimportantthan.Themerelyservicedataandtheformulaisinsufficienttothecompletelydecisionwhichmakesinagooddesignneeds.Ontheotherhand,shouldbeearnestpreciselycarriesonalloperations.Forexample,evenifplaceswrongadecimalpointposition,alsocancausethecorrectdesigntoturnwrongly.Agooddesignpersonnelshoulddaretoproposethenewidea,moreoveriswillingtoundertakethecertainrisk,whenthenewmethodisnotsuitable,useoriginalmethod.Therefore,designsthepersonneltohavetohavetohavethepatience,becausespendsthetimeandtheendeavorcertainlycannotguaranteebringssuccessfully.Abrand-newdesign,therequestscreenabandonsobsoletelymany,knowsverywellthemethodforthepeople.Becausemanypersonofconservativeness,doesthiscertainlyisnotaneasymatter.Amechanicaldesignershouldunceasinglyexploretheimprovementexistingproductthemethod,shouldearnestlychooseoriginally,theprocessconfirmationprincipleofdesigninthisprocess,withhasnotunifieditaftertheconfirmationnewidea.Newlydesignsitselfcanhavethequestionoccurrencewhichmanyflawsandhasnotbeenabletoexpect,onlyhasaftertheseflawsandthequestionaresolved,canmanifestnewgoodscomeintothemarkettheproductsuperiority.Therefore,aperformancesuperiorproductisbornatthesametime,alsoisfollowingahigherrisk.Shouldemphasize,ifdesignsitselfdoesnotrequesttousethebrand-newmethod,isnotunnecessarymerelyforthegoalwhichtransformtousethenewmethod.Inthedesignpreliminarystage,shouldallowtodesignthepersonnelfullytodisplaythecreativity,noteachkindofrestraint.Evenifhashadmanyimpracticalideas,alsocaninthedesignearlytime,namelyinfrontoftheplanblueprintiscorrected.Onlythen,onlythendoesnotsendtostopsuptheinnovationthementality.Usually,mustproposeseveralsetsofdesignproposals,thenperformthecomparison.Hasthepossibilityverymuchintheplanwhichfinallydesignated,hasusedcertainnotinplansomeideaswhichaccepts.Howdoesthepsychologistfrequentlydiscusscausesthemachinewhichthepeopleadaptsthemtooperate.Designspersonnel''sbasicresponsibilityisdiligentlycausesthemachinetoadaptthepeople.Thiscertainlyisnotaneasywork,becausecertainlydoesnothavetoallpeopletosayinfactallisthemostsuperioroperatingareaandtheoperatingprocess.Anotherimportantquestion,projectengineermustbeabletocarryontheexchangeandtheconsultationwithotherconcernedpersonnel.Intheinitialstage,designsthepersonneltohavetocarryontheexchangeandtheconsultationonthepreliminarydesignwiththeadministrativepersonnel,andisapproved.Thisgenerallyisthroughtheoraldiscussion,theschematicdiagramandthewritingmaterialcarrieson.Inordertocarryontheeffectiveexchange,needstosolvethefollowingproblem:(1)designswhetherthisproducttrulydoesneedforthepeople?Whetherthereiscompetitiveability(2)doesthisproductcomparewithothercompanies''existingsimilarproducts?(3)producesthiskindofproductiswhethereconomical?(4)productserviceiswhetherconvenient?(5)productwhetherthereissale?Whethermaygain?Onlyhasthetimetobeabletoproducethecorrectanswertoabovequestion.But,theproductdesign,themanufactureandthesaleonlycanincarryontotheabovequestionpreliminaryaffirmationanswerfoundationin.Projectengineeralsoshouldthroughthedetaildrawingandtheassemblydrawing,carriesontheconsultationtogetherwiththebranchofmanufacturetothefinallydesignproposal.Usually,canhavesomeprobleminthemanufactureprocess.Possiblycanrequesttosomecomponentssizeorthecommondifferencemakessomechanges,causesthecomponentstheproductiontochangeeasily.But,intheprojectchangemusthavetopassthroughdesignsthepersonneltoauthorize,guaranteedcannotdamagetheproductthefunction.Sometimes,wheninfrontofproductassemblyorinthepackingforeignshipmentexperimentonlythendiscoversinthedesignsomekindofflaw.Theseinstancesexactlyshowedthedesignisadynamicprocess.Alwayshasabettermethodtocompletethedesignwork,designsthepersonneltobesupposedunceasinglydiligently,seeksthesebettermethod.Recentyear,theengineerigmaterialchoicealreadyappearedimportantly.Inaddition,thechoiceprocessshouldbetothematerialcontinuouslytheunceasingagainappraisalprocess.Thenewmaterialunceasinglyappears,butsomeoriginalmaterialscanobtainthequantitypossiblycanreduce.Theenvironmentalpollution,materialrecyclingaspectandsoonuse,worker''shealthandsecurityfrequentlycanattachthenewlimitingconditiontothechoiceofmaterial.Inordertoreducetheweightorsavestheenergy,possiblycanrequesttheusedifferentmaterial.Comesfromdomesticandinternationalcompetition,toproductservicemaintenanceconveniencerequestenhancementandcustomer''saspecttheandsoonfeedbackpressure,canurgethepeopletocarryontothematerialreappraises.Becausethematerialdoesnotselectwhencreatedtheproductresponsibilitylawsuit,hasalreadyhadtheprofoundinfluence.Inaddition,thematerialandbetweenthematerialprocessinginterdependenceisalreadyknownbythepeopleclearly.Therefore,inordertocanandguaranteesthequalityinthereasonablecostunderthepremisetoobtainsatisfactiontheresult,projectengineermakesengineersalltohaveearnestlycarefullytochoose,thedeterminationandtheusematerial.Makesanyproductthefirststepofworkallisdesigns.Designsusuallymaydivideintoseveralexplicitstages:(a)preliminarydesign;(b)functionaldesign;(c)productiondesign.Inthepreliminarydesignstage,thedesigneremphaticallyconsideredtheproductshouldhavefunction.Usuallymustconceiveandconsiderseveralplans,thendecidedthiskindofthoughtiswhetherfeasible;Ifisfeasible,thenshouldmakesthefurtherimprovementtoorseveralplans.Inthisstage,thequestionwhichonlymustconsideraboutthechoiceofmaterialis:Whetherhastheperformancetoconformtotherequestmaterialtobepossibletosupplythechoice;Ifno,whetherhasabiggerassuranceallpermitsinthecostandthetimeinthelimitdevelopsonekindofnewmaterial.Inthefunctionaldesignandtheengineeringdesignstage,needstomakeapracticalfeasibledesign.Mustdrawupthequitecompleteblueprintinthisstage,choosesanddetermineseachkindofcomponentsthematerial.Usuallymustmaketheprototypeortheworkingmodel,andcarriesontheexperimenttoit,theappraisalproductfunction,thereliability,theoutwardappearanceandtheservicemaintenanceandsoon.Althoughthiskindofexperimentpossiblycanindicate,entersintheproducttotheproductionbaseinfrontof,shouldreplacecertainmaterials,but,absolutelycannotthispointtakenotearnestlychoosesthematerialtheexcuse.Shouldunifytheproductthefunction,earnestlycarefullyconsiderstheproducttheoutwardappearance,thecostandthereliability.Hastheachievementverymuchthecompanywhenmanufactureallprototypes,selectsthematerialshouldthematerialwhichuseswithitsproductioninbesame,andusesthesimilarmanufacturetechnologyasfaraspossible.Likethishastheadvantageverymuchtothecompany.Thefunctioncompleteprototypeifcannotactaccordingtotheanticipatedsalesvolumeeconomicallytomake,orisprototypicalandtheofficialproductioninstallmenthasinthequalityandthereliableaspectisverygreatlydifferent,thenthiskindofprototypedoesnothavethegreatvalue.Projectengineerisbestcancompletelycompletethematerialinthisstagetheanalysis,thechoiceandthedeterminationwork,butisnotremainsittotheproductiondesignstagedoes.Because,iscarriesonintheproductiondesignstagematerialreplacementbyotherpeople,thesepeopleareinferiortoprojectengineertotheproductallfunctionsunderstanding.Intheproductiondesignstage,isshouldcompletelydeterminewiththematerialrelatedmainquestionthematerial,causesthemtoadaptwiththeexistingequipment,canusetheexistingequipmenteconomicallytocarryontheprocessing,moreoverthematerialquantitycanquitebeeasytoguaranteethesupply.Inthemanufactureprocess,inevitablycanappeartousesthematerialtomakesomechangesthesituation.Theexperienceindicatedthat,mayusecertaincheapmaterialstotakethesubstitute.However,inthemajoritysituation,inwillcarryontheproductionlatertochangethematerialtohaveintostartbeforetheproductiontochangethepricewhichthematerialwillspendtohavetobehigherthan.Completesthechoiceofmaterialworkinthedesignstage,mayavoidthemostsuchsituations.Startedaftertheproductionmanufacturetoappearhasbeenpossibletosupplytheusethenewmaterialisreplacesthematerialthemostcommonreason.Certainly,thesenewmaterialspossiblyreduceth