CDZ50米登高平臺消防車液壓缸設計

目錄一、概述……………………1液壓缸的形式…………1液壓缸的結構…………1液壓缸的細部構造……………………21、缸筒…………………22、缸底…………………33、導向套………………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計一、概述液壓缸是液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行機構，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)平臺到回轉中心的距離（幅度），這就叫變幅。折臂液壓缸是調整作業(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成，稱“H”型支腿，它由八個液壓油缸分別驅動。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計找到液壓缸設計的方法。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、液壓缸的結構圖2a所示為CDZ50變幅液壓缸結構，它是由缸底2、缸筒8、缸蓋16、導向套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，兩端設有油口A和B?；钊c活塞桿采用螺紋連接，結構緊湊便于裝卸。缸筒內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。缸內兩腔之間的密封是靠活塞內孔的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，特在缸蓋一端設置導向套15，導向套內孔上套有支承環(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象?？紤]到活塞桿外露部分會粘附塵土，故缸蓋孔口處設有防塵圈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，缸底端設有縫隙節(jié)流緩沖裝置，當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緩沖。四、液壓缸的細部構造液壓缸主要由缸筒、缸底、缸蓋、活塞、活塞桿、導向套和緩沖裝置等構成。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、構造特點。1、缸筒活塞式液壓缸缸筒內壁要求精加工，所以它的工藝要求較高，具有一定難度。目前國內缸筒內孔的加工，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，焊接時必須嚴格執(zhí)行焊接工藝。此外，缸筒內徑D的圓度，圓柱度不大于公差直徑的一半，缸筒內表面直線度在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、導向套導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向套大都采用鋼材經加工后內孔安裝支承環(huán)。導向套在結構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，它能保證活塞往復運動過程中不偏離軸心線，以免產生“拉缸”現象，并保證活塞和活塞桿密封件能正常工作。導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是導向套的三種形式。圖5a是導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是缸筒與導向套內螺紋連接。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，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的結構形式。5、活塞活塞也有多種結構，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，盡管它的結構簡單，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，并起導向支承作用。導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載質量大的情況下，當活塞快速制動或換向時，會產生液壓沖擊。沖擊時的壓力可達工作壓力的二至四倍，液壓沖擊會引起整機的振動和噪聲，甚至引起有關機械的破壞。因此在設計液壓缸時常用節(jié)流原理在缸體里設置緩沖裝置。如圖8，當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，漏油有內泄和外漏之分。所謂內泄是發(fā)生在液壓缸內部的漏損，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密封。在一定壓力范圍內，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，在它的非受壓側加一個擋圈，若是雙向受壓，則在它的兩側各加一個擋圈，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準，可從有關設計手冊中查閱。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形密封圈預應力作用下，始終保持與密封面產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，組合密封的結構形式，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。目前國內外大多數廠家普遍采用這種密封。有關溝槽尺寸可以從產品樣本中查到。六、液壓缸設計計算液壓缸的作用力和布置方式根據總體設計，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，則缸筒內徑：D==19.762cm=197.62mm取D=200mm其中：D——缸筒的內徑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：當壁厚δ大于缸徑的即δ＞時，按厚壁筒公式計算：δ=當臂厚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]——許用應力（Mpa），[σ]=，其中，σb為材料強度極限，n為安全系數；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，故安全系數為4，對應的[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?；钊麠U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鋼管最小導向長度H的確定：活塞桿全伸時，活塞支承面中點到導向套滑動面中點的距離叫最小導向長度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向長度。CDZ50變幅液壓缸最小導向長度：H≥mm其中：L2——液壓缸工作行程D——液壓缸缸筒內徑H——最小導向長度6、活塞桿穩(wěn)定性校核：當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)的臨界負載ηk——安全系數，ηk=2～4當ψ=時，用歐拉公式計算臨界力FkFk=(N)當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ψ1——柔性系數，對于鋼ψ1=85ψ2——取決于液壓缸支承狀況的末端系數（又稱長度折算系度），由設計手冊查取。rk——活塞桿橫截面最小回轉半徑，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，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件，因此上述計算結果偏于安全的，要作較為經濟的計算則應按變截面桿件計算臨界力，此處不再論述。活塞桿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東北工學院《機械零件設計手冊》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計錦州重型機械股份有限公司技術中心：機械設計理論機械設計是一門通過設計新產品或者改進老產品來滿足人類需求的應用技術科學。它涉及工程技術的各個領域，主要研究產品的尺寸、形狀和詳細結構的基本構思，還要研究產品在制造、銷售和使用等方面的問題。進行各種機械設計工作的人員通常被稱為設計人員或者機械設計工程師。機械設計是一項創(chuàng)造性的工作。設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、工程材料、材料力學和機械制造工藝學等方面具有深厚的基礎知識。如前所訴，機械設計的目的是生產能夠滿足人類需求的產品。發(fā)明、發(fā)現和科技知識本身并不一定能給人類帶來好處，只有當它們被應用在產品上才能產生效益。因而，應該認識到在一個特定的產品進行設計之前，必須先確定人們是否需要這種產品。應當把機械設計看成是機械設計人員運用創(chuàng)造性的才能進行產品設計、系統(tǒng)分析和制定產品的制造工藝學的一個良機。掌握工程基礎知識要比熟記一些數據和公式更為重要。僅僅使用數據和公式是不足以在一個好的設計中做出所需的全部決定的。另一方面，應該認真精確的進行所有運算。例如，即使將一個小數點的位置放錯，也會使正確的設計變成錯誤的。一個好的設計人員應該勇于提出新的想法，而且愿意承擔一定的風險，當新的方法不適用時，就使用原來的方法。因此，設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。一位機械設計師應該不斷地探索改進現有的產品的方法，在此過程中應該認真選擇原有的、經過驗證的設計原理，將其與未經過驗證的新觀念結合起來。新設計本身會有許多缺陷和未能預料的問題發(fā)生，只有當這些缺陷和問題被解決之后，才能體現出新產品的優(yōu)越性。因此，一個性能優(yōu)越的產品誕生的同時，也伴隨著較高的風險。應該強調的是，如果設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。在設計的初始階段，應該允許設計人員充分發(fā)揮創(chuàng)造性，不受各種約束。即使產生了許多不切實際的想法，也會在設計的早期，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。心理學家經常談論如何使人們適應他們所操作的機器。設計人員的基本職責是努力使機器來適應人們。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，設計工程師必須能夠同其他有關人員進行交流和磋商。在開始階段，設計人員必須就初步設計同管理人員進行交流和磋商，并得到批準。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）所設計的這個產品是否真正為人們所需要？（2）此產品與其他公司的現有同類產品相比有無競爭能力？（3）生產這種產品是否經濟？（4）產品的維修是否方便？（5）產品有無銷路？是否可以盈利？只有時間能對上述問題給出正確答案。但是，產品的設計、制造和銷售只能在對上述問題的初步肯定答案的基礎上進行。設計工程師還應該通過零件圖和裝配圖，與制造部門一起對最終設計方案進行磋商。通常，在制造過程中會出現某個問題?？赡軙髮δ硞€零件尺寸或公差作一些更改，使零件的生產變得容易。但是，工程上的更改必須要經過設計人員批準，以保證不會損傷產品的功能。有時，在產品的裝配時或者裝箱外運前的試驗中才發(fā)現設計中的某種缺陷。這些事例恰好說明了設計是一個動態(tài)過程?？偸谴嬖谥玫姆椒▉硗瓿稍O計工作，設計人員應該不斷努力，尋找這些更好的方法。近些年來，工程材料的選擇已經顯得重要。此外，選擇過程應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，而一些原有的材料的能夠獲得的數量可能會減少。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。來自國內和國際競爭、對產品維修保養(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。由于材料選用不當造成的產品責任訴訟，已經產生了深刻的影響。此外，材料與材料加工之間的相互依賴關系已經被人們認識得更清楚。因此，為了能在合理的成本和確保質量的前提下獲得滿意的結果，設計工程師的制造工程師都必須認真仔細地選擇、確定和使用材料。制造任何產品的第一步工作都是設計。設計通常可以分為幾個明確的階段：（a）初步設計；（b）功能設計；（c）生產設計。在初步設計階段，設計者著重考慮產品應該具有的功能。通常要設想和考慮幾個方案，然后決定這種思想是否可行；如果可行，則應該對其中一個或幾個方案作進一步的改進。在此階段，關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研制出一種新材料。在功能設計和工程設計階段，要做出一個切實可行的設計。在這個階段要繪制出相當完整的圖紙，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，在產品進入到生產階段之前，應該更換某些材料，但是，絕對不能將這一點作為不認真選擇材料的借口。應該結合產品的功能，認真仔細地考慮產品的外觀、成本和可靠性。一個很有成就的公司在制造所有的樣機時，所選用的材料應該和其生產中使用的材料相同，并盡可能使用同樣的制造技術。這樣對公司是很有好處的。功能完備的樣機如果不能根據預期的銷售量經濟地制造出來，或者是樣機與正式生產的裝置在質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設計階段去做。因為，在生產設計階段材料的更換是由其他人進行的，這些人對產品的所有功能的了解不如設計工程師。在生產設計階段中，與材料有關的主要問題是應該把材料完全確定下來，使它們與現有的設備相適應，能夠利用現有設備經濟地進行加工，而且材料的數量能夠比較容易保證供應。在制造過程中，不可避免地會出現對使用中的材料做一些更改的情況。經驗表明，可采用某些便宜材料作為替代品。然而，在大多數情況下，在進行生產以后改換材料要比在開始生產前改換材料所花費的代價要高。在設計階段做好材料選擇工作，可以避免多數這樣的情況。在生產制造開始后出現了可供使用的新材料是更換材料的最常見的原因。當然，這些新材料可能降低成本、改進產品的性能。但是，必須對新材料進行認真的評價，以確保其所有性能都滿足要求。應當記住，新材料的性能和可靠性很少像現有材料那樣為人們所了解。大部分的產品失效和產品責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。產品的責任訴訟迫使設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于材料應用方面的最新最好的信息資料；(b)未能預見和考慮擦黑年品可能的合理用途（如有可能，設計人員還應進一步預測和考慮由于產品使用方法不當造成的后果。在近年來的許多產品責任訴訟案件中，由于錯誤地使用產品而受到傷害的原告控告生產廠家，并且贏得判決）；(c)所使用的材料的數據不全或是有些數據不確定，尤其是當其長期性能數據是如此的時候；(d)質量控制方法不適當和未經驗證；(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論。對這些問題的研究分析可以為避免這些問題的出現指明方向。盡管采用最好的材料選擇方法也不能避免發(fā)生產品責任訴訟，設計人員和工業(yè)界按照適當的程序進行材料選擇，可以大大減少訴訟的數量。從以上的討論可以看出，選擇材料的人們應該對材料的性質，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