探究機械結構性能穩健優化的方法

申家赟

摘 要：在當前，我國現代化發展速度越來越快，工業化對機械性性能和穩健提出了更高要求。同時，對于機械產業本身而言，結構穩定、性能健暢也是一項重要指標。本文從界定機械結構、機械結構性能穩定的概念出發，對優化機械結構穩定性必要性出發，對當前機械結構性能穩健影響因素做出分析，并構想相關建議，旨在為提高機械運作效率做出貢獻。

關鍵詞：機械結構 機械性能 結構穩健

中圖分類號：TH12 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（a）-00-02

目前，隨著神經網絡系統、深度機器學習等高新技術的發展，使得機械產業發展空間得到了前所未有的放大。當然，為了進一步提高產品質量，提高企業競爭力，不僅需要保證結構穩健，還需確保性能優化，以適應機械制造業的時代發展趨勢。在本研究中，筆者對機械的結構穩健性以及性能優化做出探討，旨在為促進現代機械制造業發展做出貢獻。

1 機械結構性能穩健簡介

1.1 機械結構

機械最早起源于古希臘時期，圓柱齒輪是機械的雛形之一。根據股息老機械學家亞歷山大里亞·希羅的表述，機械結構主要可以范圍輪軸、滑車、螺旋等若干部分。在《機構學原理》中，英國機械學家威利斯將機械定義為些許構件發生組合運動的系統。根據該表述，可以將機械結構分為零件和零件構件這兩部分：一方面，零件是指在機械系統中完成某一單獨任務的物件，如電機、風扇等；另一方面，零件構件是指將各部分零件整合為一個系統的物件，比如說導線、輪軸、底座等。

1.2 機械結構性能穩定

在人類社會早期，機械動力主要源于人體內能轉變而來的機械能。隨著時代進步，目前機械運作依賴于電能。然而，無論是何種機械，其結構穩定和性能穩定都是最為重要的兩個方面：一方面，結構穩定。在機械高速、反復運作之中，各個零件以及零件構件存在摩擦，不僅表面形成磨損，而且容易導致脫落、散架等嚴重后果。比如說，在汽車鋼珠式卷收器中，鋼珠與齒輪、頂針、管道之間存在一定摩擦。若零件間距計量不準確，將會導致滾輪轉動遲緩，影響安全帶收緊速度；另一方面，性能穩定。機械運作主要目的在于代替人力，節省企業開支，以及提高管理效率。因而，其性能穩健與否是決定機械價值高低的重要標準。以污水處理泵為例，其性能穩健主要體現在風機轉速、水泵揚程、電功效率等若干方面，需要通過強化風機抗腐蝕抗摩擦，提高水泵電機轉速等來實現。

2 機械結構性能穩健必要性

首先，機械結構性能穩健是實現機械制造效果的要求。在現代化發展中，納入機械是提高企業工業化生產效率，減少人為因子對管理負面影響的重要途徑。而為了達到這一目的，需要確保機械運行時不會出現結構故障，并且保持高效性能，為生產提供強勁動力。比如說，為了增大麻將娛樂的趣味性，全自動麻將機不僅需要實現高速碼牌，而且還需保證沒有遺漏，全部隨機。

其次，機械結構性能穩健是促進當代機械制造業發展的要求。科學技術的不斷發展，催生了當代生活的日新月異。其中，科技創新來源于廢舊革新，即挖掘當前機械結構性能不足之處，提供穩健優化的思路。以早期工業化時期的代表性機械——蒸汽機為例，雖然說該機械最早出現于1679年，被法國物理學家丹尼斯范明。隨著時代的演進，有識之人將其不斷改造，不僅衍生出分離式冷凝器、行星式齒輪等重要器械，而且也催發出了蒸汽提水機、大氣式蒸汽機、高壓蒸汽機等新型蒸汽機的發明。

最后，機械結構性能穩健是提高人類機械制造認知水平的要求。為了促進現代制造業發展，有必要對目前機械制造業狀況進行深思，進一步優化結構性能穩定[1]。比如說，19世紀之前，大多數機械動力來源于機械能，運作成本巨大，并且管理存在難度，不僅無法保證運作效率，而且機械結構本身容易損壞。為此，歐洲學術界展開深入探究，并于1820年成功提出了電流磁效應。在1年之后，英國科學家法拉第發明了世界上第一臺電動機，將機械制造業引入了一個嶄新的紀元。于1873年，大功率電動機在比利時問世了。由此看來，在不斷強化機械結構性能穩健的過程中，人們對于機械制造業的認知不斷提高，有助于衍生出新型機械。

3 機械結構性能穩健因素分析

首先，鋼制零件材料性能。當前，大多數機械由鋼制材料打造，是實現抗震防摔的基礎。在運作中，機械內部存在摩擦、攪動等運動，因而鋼制材料自身性能成為影響機械系統結構功能的重要因素。在鋼材性能方面，影響要素有：第一，化學成分。在鋼制機械中，鐵元素所占比例高達99%，并且隨著鋼材含碳量的提高，鋼材強度增大，但可塑性、韌性降低，硫、氮、磷等元素對于鋼材質地也會造成影響；第二，溫度。在不同溫度條件之下，鋼材的強度和塑性在不斷改變，并且改變速率在不同溫度區間不一致。倘若在不適宜的溫度環境之下運作機械，容易降低鋼材性能，甚至出現冷脆，瞬間降低機械整體運作效率。

其次，機械零件構件布局。在現代機械業中，為確保實現“牽一發而動全身”的整體運作效果，機械零件構件被設計成多個表面，確保能與其他部件接觸，將多個零件運動集成，實現整體化運作。比如說，在機械傳動系統中，齒輪是經常使用的傳遞裝置。為了確保裝置A與裝置B之間能夠實現精準運作對接，齒輪a與齒輪b的輪齒個數、齒槽大小、模數數值、齒厚齒線都需要滿足一定數學關系，整體上要吻合轉速比。

最后，特殊情況性能結構運作。在實際運作中，機械設計需要考慮摔落、高溫、低溫、震動等特殊情況。這不僅有利于保證特殊情形下機械運作效率，而且對于迅速恢復機械結構和性能具備重要意義。比如說，在低溫條件之下，機械電機轉動阻力由于機油粘度增大而增大，發動機啟動困難；倘若從高處摔落，需要保證機械內部零件構成不會受到較大破壞；在多塵土環境，機械內部散熱器容易出現阻塞；在地面多石地區，履帶機械容易出現斷裂、損壞等問題，此時需要備份履帶，檢查履帶完整程度。

4 優化機械結構性能穩健的建議

首先，準確監測機械性能參數。機械性能參數包括電壓、電流、磁場強度等電磁倉鼠，相位、速度和加速度等振動參數，壓力和位移等力學參數，溫度、壓力等液壓參數等，這些參數對于準確把握機械性能意義顯著。在精準測定這些參數之后，能夠判斷機械運行狀態，便于檢測運行問題，保證機械處于最佳運作。

其次，定期對機械實行維護。零件磨損、構件故障等是機械運作常見故障，是機械管理需要避免的問題。在這一方面，相關人員需要落實定期維護工作，對機械機構以及性能機械主動維護。要點在于：其一，為減少意外停機，需要替換出于損耗周期之外的零件；其二，借助以往的結構維修以及性能優化經驗，對機械系統進行定義檢查，排查結構故障以及性能問題[2]；其三，在長時間運轉之后，機械內部零件以及構建因摩擦過多而產生損耗，需要涂抹潤滑油，并且做好密封，減少水分滲入[3]。

5 結語

在提倡高度機械化的今天，我們需要對機械結構性能穩健予以重視，不僅需要掌握相關影響因素，而且要從監測參數、定期維護以及日常管理等方面出發提高機械結構性能穩健程度。

參考文獻

[1] 陳志霞.試論如何優化機械結構動態設計[J].山東工業技術，2016（4）：33.

[2] 房燦.機械結構優化設計應用與趨勢研究[J].科技創新與應用，2016（18）：137.

[3] 殷春雷.機械機構優化設計應用與趨勢研究[J].科學中國人，2016（21）：15-16.