機(jī)械設(shè)計(jì)的點(diǎn)滴體會(huì)(一）

lynx91

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在工程設(shè)計(jì)的各學(xué)科當(dāng)中，機(jī)械設(shè)計(jì)是發(fā)展最早，且已經(jīng)發(fā)展得日臻完善的學(xué)科。機(jī)械這種東西比較直觀，所有的東西都擺在面上，好不好使一目了然，當(dāng)造成破壞和事故的時(shí)候，也更容易遭人詬病，使你無(wú)處遁形，也不好狡辯。

機(jī)械設(shè)計(jì)的范圍很廣，天上飛的，地上跑的各種各樣的東西，當(dāng)你拆了電纜、卸掉管路以后，基本上就算是機(jī)械結(jié)構(gòu)。許多人認(rèn)為：‘水、電、風(fēng)、氣’的家伙都是有專業(yè)的，人家是‘術(shù)業(yè)有專攻’，但你要是搞機(jī)械的，大家就可以認(rèn)為你是‘萬(wàn)金油’，在總結(jié)一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)故障的時(shí)候，當(dāng)別人都有理由逃遁以后，剩下的那個(gè)倒霉家伙就是你，即使就真的是人家的毛病，只要?jiǎng)e人稍稍耍一點(diǎn)賴，說(shuō)他不明白，他就可以安然脫逃，領(lǐng)導(dǎo)是絕對(duì)不會(huì)允許你逃走的，因?yàn)槟闶菣C(jī)械專業(yè)的。所以，為避免尷尬，許多的東西都是你要學(xué)習(xí)的。

在機(jī)械專業(yè)混了不少年的事，雖然機(jī)械行業(yè)看似龐雜，好像沒(méi)有什么頭緒，似乎不知從哪里下手，但我習(xí)慣上總體將機(jī)械分成兩大類：一類是‘運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)’，另一類是‘靜態(tài)結(jié)構(gòu)’。運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)可以從飛行裝置算起，從航天器，到飛行器，再到各種運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，本質(zhì)都是一樣的東西。靜態(tài)結(jié)構(gòu)包含各種橋梁、建筑結(jié)構(gòu)、各種工業(yè)的倉(cāng)體、支撐結(jié)構(gòu)和各種梁體、底座、絎架、網(wǎng)架等等。相對(duì)而言，機(jī)械設(shè)計(jì)的‘人才’也可以分成兩類，一類是擅長(zhǎng)設(shè)計(jì)‘運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)’的家伙，另一類人才是善于設(shè)計(jì)‘靜態(tài)結(jié)構(gòu)’的。

除了人才以外，還有一部分是混在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域里的家伙，這部分人里面有一部分是老板，自稱懂機(jī)械，實(shí)際是一知半解，他們不需要理解具體的結(jié)構(gòu)，只要掙錢就好，這類老板不好相處。另一部分是學(xué)什么都不明白，基本上是抄了一輩子別人的圖紙的笨家伙，鄙人就屬于這類人。

許多搞機(jī)械的、自認(rèn)為是有天賦的家伙自己就瞧不起稿‘靜態(tài)結(jié)構(gòu)’的其他人，他們覺(jué)得設(shè)計(jì)各種支撐梁、連桿、絎架、底座，以至于是設(shè)計(jì)斜拉結(jié)構(gòu)和懸索結(jié)構(gòu)的人都是沒(méi)有什么水平的人，干這種活體現(xiàn)不了人生的價(jià)值，事實(shí)并不是這樣的。當(dāng)一個(gè)重載箱型梁破壞的時(shí)候，能說(shuō)得清楚是什么原因?qū)е缕茐牡娜藢?shí)際上并不是很多，這正說(shuō)明懂得設(shè)計(jì)這種東西的人其實(shí)不多。

除此以外，什么時(shí)候用絎架，什么時(shí)候用箱型梁，其各自的載荷特點(diǎn)和承載方式也是許多‘聰明人’說(shuō)不清楚的。我國(guó)因?yàn)闆](méi)有工程學(xué)的教育，大家又都學(xué)的很窄，純理論的課堂教育。于是，很多的問(wèn)題都說(shuō)不清。

計(jì)算一個(gè)承載結(jié)構(gòu)，不外乎是計(jì)算強(qiáng)度、剛度和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。計(jì)算強(qiáng)度是比較簡(jiǎn)單的事情，你只要上過(guò)中專，你就應(yīng)該很明確地計(jì)算出一個(gè)斷面的強(qiáng)度，無(wú)論斷面的結(jié)構(gòu)有多復(fù)雜，就是花費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)短的問(wèn)題。假如你說(shuō)不會(huì)算，誰(shuí)都幫不上你，只有再回學(xué)校念書(shū)。而剛度的計(jì)算就比較復(fù)雜一些，要考慮各種工況，考慮最復(fù)雜的一種組合狀態(tài)，這就不是學(xué)校里能學(xué)到的東西了，想學(xué)明白了，第一要有好的師父，師父就不明白，你學(xué)不明白。第二，就是你要肯學(xué)，要下功夫。

比較復(fù)雜的問(wèn)題是計(jì)算一個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，它不僅要考慮工況，許多外在的條件你必須要考慮進(jìn)去。比如：當(dāng)你設(shè)計(jì)一個(gè)大型的料倉(cāng)和附屬結(jié)構(gòu)的時(shí)候，要考慮的因素就特別多，例如，風(fēng)雪引起的荷載，地震的不同振型引起的破壞效應(yīng)等等東西。就倉(cāng)體的支撐形式而言，條件許可的時(shí)候，要盡可能采用較為‘柔和’的多柱支撐結(jié)構(gòu)，在地震過(guò)程中，它的‘彈性’和‘柔軟性’都比較好，在承受以‘扭轉(zhuǎn)’振型為主的地震破壞中，邊上的柱子的聯(lián)結(jié)節(jié)點(diǎn)可以‘?dāng)Q斷’，以吸收地震的沖擊波。當(dāng)?shù)卣疬^(guò)后，雖然有些支撐體破壞了，但整體結(jié)構(gòu)是完整的，達(dá)到這種水平，你就基本是‘人才’了。

當(dāng)不允許采用多柱支撐結(jié)構(gòu)時(shí)，支撐形式的的剛度就一定比較大，柱子就不允許被擰斷，這時(shí)的變形就被轉(zhuǎn)移到倉(cāng)體本身上去了，你必須選擇一個(gè)變形/破壞點(diǎn)，通過(guò)它的破壞而保留結(jié)構(gòu)的完整性。

采用少柱結(jié)構(gòu)時(shí)，就必須要慎重使用型鋼作為柱子，有些時(shí)候，方形或圓形就可能是你的唯一選擇。

重載箱形梁的破壞，你要是細(xì)看或者說(shuō)你看明白了，你就知道：真正由彎矩導(dǎo)致的破壞并不很多。一般情況下，主要是扭轉(zhuǎn)載荷破壞了結(jié)構(gòu)。扭轉(zhuǎn)載荷首先是破壞了箱形梁的縱橫筋板之間的焊縫，導(dǎo)致形變的加大，而形變的增加又進(jìn)一步破壞了縱橫結(jié)構(gòu)，最后導(dǎo)致了翼板（有時(shí)稱梁的‘上下蓋板’）與間隔結(jié)構(gòu)的分離，失去了承載的理論位置，最終使整體結(jié)構(gòu)分崩離析。

煤礦上使用的液壓支架就是一種典型的重型承載支撐結(jié)構(gòu)，其頂梁、掩護(hù)梁、連桿、底座的設(shè)計(jì)都比較講究。什么地方要加強(qiáng)是非常重要的，也有許多的學(xué)問(wèn)。在型式試驗(yàn)的時(shí)候，雖然只有5000次的循環(huán)，看似次數(shù)很少，但能撐過(guò)試驗(yàn)結(jié)束的的架型也并不很多，或多或少都有些問(wèn)題。盡管現(xiàn)在是有限元時(shí)代了，但根本問(wèn)題并沒(méi)有完全解決，特別是偏載試驗(yàn)，從根本上講還是扭轉(zhuǎn)載荷作用的問(wèn)題許多人沒(méi)有完全理解透，或者沒(méi)計(jì)算好。

能設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)巧妙而又經(jīng)久耐用的鋼梁其實(shí)并不是一件非常簡(jiǎn)單的事情，是很看一個(gè)人的功底的，它和在學(xué)校的學(xué)習(xí)和后天的鍛煉都有很大的關(guān)系，別小看了它。但像我這樣的笨家伙就干不了。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，你需要特別重要的是：除了正常計(jì)算彎曲載荷以外，一定要搞清楚最大的扭轉(zhuǎn)載荷，這種載荷可能不一定是什么東西施加給梁體的，也可能是基礎(chǔ)的不均勻沉降造成的，假如你當(dāng)時(shí)沒(méi)有仔細(xì)考慮基礎(chǔ)沉降的問(wèn)題，到時(shí)候，土建的家伙是救不了你的，你哭都沒(méi)人理你。

如果是薄板結(jié)構(gòu)，你還必須計(jì)算剪切和沖切的問(wèn)題，你的鋼梁是沒(méi)問(wèn)題，但人和物件掉到底下去了，你同樣有不可推卸的責(zé)任。

筋板的聯(lián)結(jié)也是特別重要的東西，焊縫盡可能不放在受力大的位置上，如果必須放在那里，要作額外的加強(qiáng)和支撐，通過(guò)增加局部的剛度，減少此處的形變，使變形發(fā)生在非焊接位置。當(dāng)然，書(shū)上說(shuō)了許多特別細(xì)致的東西，都特別重要，我不重復(fù)什么，以免引起賣弄的嫌疑。

有人會(huì)說(shuō)：你說(shuō)了一大堆沒(méi)有用的東西，到底用什么來(lái)衡量一個(gè)家伙是不是行呢？這個(gè)我比較在行，因?yàn)槲也粫?huì)干什么，再不知誰(shuí)會(huì)干？豈不是要餓死？其實(shí)，衡量一個(gè)家伙只用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就夠了，他自己設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，隨便取一個(gè)截面，他都能講得清楚何處的應(yīng)力是多大？哪個(gè)斷面在何種條件下可能破壞，這個(gè)截面破壞以后引起的后果是什么？什么條件下，整體結(jié)構(gòu)會(huì)崩潰？在眾人面前可以講清這件事，他就合格了。假如是抄圖，抄一輩子也還是抄。

 

假如我們把鋼結(jié)構(gòu)叫‘重型結(jié)構(gòu)’的話，鋁結(jié)構(gòu)就是‘輕結(jié)構(gòu)’，它的設(shè)計(jì)與鋼結(jié)構(gòu)是完全不同的，或者說(shuō)根本就是兩碼事。

 

待續(xù)------------------

老鷹

好，高手總結(jié)自己的職業(yè)和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)或教訓(xùn)，對(duì)于后來(lái)者實(shí)在是教益良多啊。

憨老馬

是啊，實(shí)在！想想我也是那個(gè)“...學(xué)什么都不明白，基本上是抄了一輩子別人的圖紙的笨家伙，..."，正在、還在努力地想弄明白自己所干的一切。偶爾碰到需要開(kāi)發(fā)研制的時(shí)候，就象小學(xué)生考大學(xué)試一樣，誠(chéng)惶誠(chéng)恐，戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢，沒(méi)一天安穩(wěn)覺(jué)可睡。機(jī)器裝運(yùn)時(shí)，自己就象被押上刑場(chǎng)的感覺(jué)，魂不附體地等待著人家扣扳機(jī)，良久，噫，咋沒(méi)吃到槍子兒，嘔，客戶反映原來(lái)機(jī)器還可以，運(yùn)轉(zhuǎn)正常，此時(shí)才得以解脫。

eyginu

我喜歡老馬

luyilan1198

歸隱大蝦說(shuō)得好啊,如果您像您所說(shuō)的那樣"基本上是抄了一輩子別人的圖紙的笨家伙",那鄙人就是垃圾什么都不是......

wzs1920

講的很實(shí)在也很事實(shí),中國(guó)制造什么時(shí)候才能邊成中國(guó)創(chuàng)造?設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)是第一要素

yenyolonger

歸隱大蝦的總結(jié)就是茫茫機(jī)械海洋里的一盞照明燈

zaghi

我就是大俠所說(shuō)的做“靜態(tài)結(jié)構(gòu)”的，說(shuō)實(shí)在，真的太多東西不懂。那些結(jié)構(gòu)感覺(jué)不穩(wěn)了，就加加強(qiáng)筋；感覺(jué)承重不夠，就加厚....這樣做太沒(méi)底了，結(jié)構(gòu)出來(lái)了，自己老怕出錯(cuò)。很想很系統(tǒng)的學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)，但又覺(jué)得無(wú)從學(xué)起??！迷茫啊...

卓信

嗯 寫的好好看 真專業(yè) 受教了

sunnylkevin08

很受教，也很迷茫。碰到不熟悉的，去查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，可是有時(shí)候還是會(huì)覺(jué)得無(wú)從下手，結(jié)果就是從感覺(jué)上覺(jué)得可以、協(xié)調(diào)就行。久而久之，心里也越來(lái)越?jīng)]底。