淺議機械設計節能基本原理的分析及應用

苗文靜

摘要：機械生產制造行業中，機械設計是最為關鍵的環節，在很大程度上決定著機械產品的質量、生產效率以及市場投放的產量和用戶體驗度等。本文就主要對機械設計節能基本原理相關問題進行了簡要分析。

關鍵詞：機械設計；節能；應用

中圖分類號：S611文獻標識碼： A

時代進步帶動了科技的發展，人們的需求也在不斷提高對質量的要求，從而對機械設計加工的要求也變得更加嚴格。制造業在節能減排中起著至關重要的作用，因此企業要能夠在市場中獲得優勢就要提高自身產品質量，提高產品設計標準，促使產品水平得到提高，也理所當然地肩負著節能減排、減少污染、節約原材料的責任，最終滿足人們對產品需求。

一、機械設計概述

機械設計是指對機械部件以及整體進行設計的過程，在這個過程當中要遵循機械的應用要求，從機械的基本工作原理到各個零件的材料、形狀尺寸和潤滑方法等方面進行整體構思和設計，最后通過設計方案把這些構思裝化為具體的描述和制作的依據。服務于不同產業的不同機械，應用不同的工作原理，要求不同的功能和特性，從而機械設計也存在不同的特點。按其特點，機械設計可分為以下三類：新型設計，在成熟的或經過實驗證明是可行的新技術基礎上，設計從未有過的新型機械；變型設計，為了能較好地適應不同環境，對機械局部加以設計和加工來滿足新的需求；繼承設計，通過對當前已有的機械設計進行更新，來提高其工作效率和性能。

二、現代化機械生產模式分析

分析現代化機械設計的合理性，首先要對現代化的機械生產模式進行分析，再對機械設計的合理性進行實際性解讀。由于現代化技術的發展，機械生產與制造已經突破了傳統的車間與車床生產模式，實現了現代化的生產方式。那么，現代化機械生產模式具體是怎樣的呢？對機械設計又有著哪些影響呢？

1、現代化機械生產模式更加符合市場的需求，符合批量生產的規模

現代化生產模式受市場供需影響較大，隨著機械產品的需求量不斷增大，其生產周期卻在不斷縮減。這在很大程度上刺激了機械生產模式，對于傳統的機械生產更是一種挑戰。因此，在外界的壓力之下，機械生產方式以及機械的設計理念都產生了較大程度的變更，以滿足日益增加的市場需求。在生產方式方面，機械生產采用了自動化遠程控制生產技術，并結合計算機數據處理技術，來實現一種現代化的機械生產模式。

2、現代化機械生產模式引入新技術，從而實現全新的機械制造業

單一的技術發展完全無法滿足市場需求，將各個領域的技術進行結合發展，才能夠實現產業的變革并順應市場。機械制造業領域，要想實現一定的市場競爭力，就必須實現產業整合與技術的結合應用。從傳統的機械生產模式，就可以發現傳統機械模式存在的問題。其具體表現在：大量的人工操作，不僅效率低，而且容易出現錯誤，產品質量不合格的現象時有發生。車間是傳統的機械產品的主要生產基地。即使是一般的工件都需要反復打磨，才能夠符合產品需求。人工的主觀誤差無法避免，在生產的過程中經常會發生工件報廢，不僅造成原料的浪費，還增加了生產成本與時間成本。

車間的安全問題非常重要，經常性安全問題無法避免。傳統的生產車間都是人工對著一臺機床進行操作，一旦操作不當，危險問題就會浮出水面，從而影響其生產質量。在工件加工過程中，人員受傷的現象一直無法真正避免，對于人身安全是一種傷害，而對于生產流程，也常常會連帶產生脫節和拖工的現象，造成整體的產品質量下降。

機械產品的檢測流程不科學，常常出現漏檢問題。傳統的機械產品同樣需要質量檢測，檢測合格之后的產品才能投放市場。但是由于機械的檢測一般為人工進行，不僅檢測結果缺乏科學性，檢測的流程冗長，還容易造成漏檢。因此，對于機械檢測而言，傳統的檢測方法也存在待解決問題。

因此，在原有生產模式的基礎上，機械生產模式開始了全新變革。相對于人工操作，現代化的機械生產采用全自動流水線式生產模式，同時引入大量的現代化遠程控制生產設備，從而最大化地減少了人工操作部分，減少了工作人員的數量。這樣，不僅減少了機械生產的成本，也在一定程度上避免了主觀錯誤和部分生產安全隱患等問題。此外，在檢測方面，現代化機械生產模式引入了計算機技術，使得檢測技術更加科學有效，大幅度提高檢測效率，從而保證了檢測結果的真實有效，促進市場的用戶信譽度提高。

三、機械設計節能的基本原理

機械設計節能基本原理就是對機械系統的動能、勢能、輸出作用力和機械系統所消耗掉的功率進行綜合的函數分析和整理，然后經過歸納總結分析最終提出機械設計節能的基本方案。

1、機械設計在動能方面的節能

工程師們以前主要是針對機械系統動能變化對輸入功率的影響進行研究，主要對于機械波動的調節、提高使用周期以及工作精度等方面進行研究，很少考慮到動能變化對系統的影響，所以，目前我們投入大量精力對這方面進行考慮分析。

在以往設計的機械系統中，動能并沒有得到充分發揮，其主要原因是工作過程中機械的動能沒有得到很好的回收轉換?；跈C械設計節能的基本原理，我們只要使機械系統的動能變化保持在極小范圍內即可達到節能的目的。

2、機械設計在其他輸出力方面的節能

不同的機械設備在工作過程中所表現的輸出力是不一樣的，即便相同種類的機械設備在不同工作過程中的輸出力也不盡相同，所以機械的輸出力在不同的工作階段形式也是不一樣。

在機械工作過程中造成輸出力消耗過高的主要原因，是在比較短的時間內輸出力變化較大，如果把周期函數形式的輸出力消耗變化保持在較小的范圍內就能達到節能目的。

3、在機械設計時要盡量降低無用功的損耗

任何機器在運轉過程中，由于阻力、摩擦、形變等原因一定會產生無用功的損耗，這與機械設計中考慮到的精度、潤滑程度等都有莫大的關系。無用功的損耗大大地降低了機械設備的使用效率，所以在機械設計時，我們要以節能的基本原理為基礎，盡量減少無用功，以期提高機械的節能性。

4、機械設計節能原理綜述

本文主要針對動能的機械設計節能、減少無用功功率以及減少其他輸出力功率等方面對機械設計節能的基本原理進行了簡單的介紹。工程師們在進行機械設計時，只要考慮到將機械系統里的一些參數常量保持在較小的變化范圍內，就能極大地增加機械的節能性。但是，想要做到這一點，還是有一定難度的,需要廣大機械工程師們的不斷努力和進步。

四、機械設計節能基本原理的應用范圍

機械設計節能基本原理應用的范圍較為廣泛，因其原理主要是通過質點系動能定理求證得出，所以它對所有質點組成的研究對象都適用。即，此原理適用于力圖節能的機械產品的設計和其他相關領域的研究，具有廣泛的適用性和應用性。

1、機械節能原理在加工設備設計中的應用

機械設計節能基本原理在加工設備中的應用可以說最為廣泛。以石化煉油設備為例?，F有煉油廠的主要工藝裝置和公用工程與國際先進水平相比，還有較大的差距，因而具有很大的節能潛力。分析存在的問題，綜合能耗高，固有客觀原因，如原料變差、產品質量要求高、加工流程長等因素影響了對能源的利用。從設計角度，可以依據熱力學第一定律分析法（能量守恒定律）、第二定律分析法以及熱經濟學，結合普遍節能原理與方法，進行設計優化。例如，熱進出料的節能效果體現在上游、下游和罐區，可將熱進出料聯合按照溫度從低到高劃分為淺、中、深三個層次，熱聯合程度越深，節能效果越好。避免裝置中熱進料和冷進料直接混合后再進一步升溫，即可加大熱進料的節能效果。

2、機械節能原理在升降機械設計中的應用

升降機械在工作中消耗的功率是相對較大，為此，我們需要對其進行節能設計改善。首先，要分析主要消耗功率的源頭，機械在提升或下降貨物的過程中消耗功率較大。經過試驗，我們得出按照電梯標準進行設計的機械要比傳統的機械消耗功率要小的多。因此，要想對升降機械進行節能設計就要參考電梯的設計方案，將機械設計原理應用在升降機的節能上。

3、機械節能原理在大型沖擊壓路機設計中的應用

大型沖擊壓路機的沖擊輪表面特征并不遵循周期函數體現，其變化幅度較大，給我們的節能設計帶來一定難度。要想達到預期目的，我們就必須控制沖擊輪系統的勢能在重心最低時在最大范圍內進行變化。

結束語

總之，在現代化機械生產模式的基礎上，引入適用的修正機械設計理念，從而保證機械生產模式的整體性改革，是目前機械生產與設計領域中極為重要的問題。加強機械設計的合理性，實現機械的節能減排，使更多的機械產品符合市場需求，從而實現市場占有量的擴大化，促進機械產業的騰飛。

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