淺談影響機械設備整體性能的因素

王思遠

（河北工程大學，河北 邯鄲 056004）

隨著我國工業(yè)化的不斷發(fā)展與進步，在我國現(xiàn)代的工業(yè)化進程中，有各種各樣的工業(yè)設備被不斷地被發(fā)明或引入中國，這其中不乏如工業(yè)生產(chǎn)使用的增材減材一體成型機一類的高精度、高性能的昂貴設備。在這些機械設備為我國工業(yè)生產(chǎn)和國家建設做出貢獻的同時，我們也應注意到，在許多情況下，由于人們對于影響機械設備整體性能因素的不甚了解，有可能會導致生產(chǎn)效率下降，成本升高，甚至導致機械損壞乃至人員傷亡等嚴重后果，為此，結合我國目前的機械設備使用情況，本文對影響機械設備性能的因素依次進行闡述。

1 圖紙設計

千里之堤潰于蟻穴，作為機械制造的第一步，圖紙設計必須參照國家、行業(yè)或國際的現(xiàn)有規(guī)范進行設計；在進行圖紙繪制時，零件的布置是否合理、零件的表達方式是否清晰且不會引起歧義、零件的選擇是否能夠滿足機械設備使用時的強度要求等，均是需要設計人員在進行圖紙設計時需要考慮的。

以一級圓柱齒輪減速器為例，在進行減速器的設計時，確定了輸入、輸出轉速以及扭矩以后，需要通過設計對減速器齒輪傳動裝置的相關參數(shù)進行計算，包括齒根疲勞強度的校核，確定傳動尺寸等。根據(jù)校核計算得來的各種參數(shù)，進行整個減速器中最為重要的零件的設計，即軸的設計，這部分的設計需要綜合前述的各種設計參數(shù)進行綜合設計，是決定減速器能否正常工作的重要因素，最后需要進行滾動軸承的設計計算以及鍵、聯(lián)軸器的選擇等工作。之后在圖紙繪制時，設計者需要參考機械設計手冊，使用國家標準規(guī)定的各種規(guī)范來進行繪圖，例如齒輪嚙合的表達方式、滾動軸承的布置方式等。

圖1 一級圓柱齒輪減速器

又例如傳動方式的選擇，帶傳動、齒輪傳動、摩擦輪傳動等方式，均可實現(xiàn)加速、減速、等速傳動的目標，但不同的傳動方式在不同的應用場合優(yōu)缺點各不相同。

在進行機械設備的圖紙設計時，設計者需要慎之又慎，因為機械設備中的各種零件不是彼此孤立的，而是需要相互配合，才能實現(xiàn)機械設備的預計功能，可以說是環(huán)環(huán)相扣，因此，機械圖紙的設計對于機械設備性能的影響可謂巨大。

2 設備材料性能

眾所周知，一臺完整的機械設備由各種材料組成，諸如碳鋼、合金鋼、有色金屬、塑料、橡膠等等。不同的材料具有各自獨特的性能，在整機設備中各自發(fā)揮著舉足輕重的作用。在材料選擇時，應著重考慮材料的性能，性價比以及可重復利用性[1]。

材料選取時首先要考慮選取盡量高性能的材料，例如出于減重和強度考慮，飛機要選用鋁合金、碳纖維等材料；為了延長使用壽命，機械設備的襯板要用不銹鋼代替普通鋼材。目前許多廠家在生產(chǎn)機械設備時由于可供選擇的原料過于繁多，導致判別高性能材料變得非常困難，這樣不僅可能導致材料的浪費，也會浪費大量的人力及成本，甚至在使用時可能會危及工人的生命安全。

在追求材料的高性能的同時，也要兼顧性價比。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，工廠間的競爭日益激烈，工廠為了提升自身競爭力，往往會引進大量由高性能材料制造的設備進行生產(chǎn)，但是這樣往往會引發(fā)新的問題，即一些機械設備盡管由高性能的材料制成，但高性能的材料往往預示著更高的引進成本以及維修成本，而過高的成本有可能導致工廠處于利益考量等因素削減對于機械設備維護的開銷，這就會可能導致機械設備使用效率的降低以及安全性能的降低。為此，在選擇機械設備材料時，一定要綜合考量實際的使用需求以及生產(chǎn)狀況、資金成本等因素，在保證材料性能的同時，選擇性價比較高的材料。

除以上兩點外，材料的可重復利用性也是影響機械設備性能的因素之一。一些設備材料，尤其是金屬材料，在機械設備的使用過程中可能會因為溫度、酸性等原因使其原有形貌被改變，進而影響機械裝備的使用性能，嚴重時可能會導致機械設備報廢，因此，材料優(yōu)秀的可重復利用性不僅可以減少機械設備上同一零件或部位因形變或其他原因而導致失效時替換導致的資源浪費，減少維護成本，而且可以使機械設備在使用時更加高效可靠。

在各種新型材料不斷出現(xiàn)的今天，一臺機械設備在設計階段就要兼顧使用功能、設備造價、不同消費群體對外觀的奢華程度等不同需求，這就需要設計者綜合以上所述三點，以使設計出的機械設備滿足所需的性能要求。

3 加工精度

不可否認，機械設備在選材確定以后，加工精度直接決定了將來設備性能的發(fā)揮。要提高加工精度，就要從以下幾個方面考慮。

（1）加工設備的選擇。不同的加工設備加工出的產(chǎn)品無論從尺寸精度、表面質量、加工效率上都有很大的區(qū)別，近些年逐漸普及的數(shù)控加工設備在機械加工領域帶來了加工質量和效率上巨大提升，數(shù)控加工技術結合了通信技術、計算機技術等，具有加工范圍廣、加工速度快、加工精度高、加工模塊化和標準化等特征[2],實現(xiàn)了機械生產(chǎn)的自動化，因其生產(chǎn)迅速，對環(huán)境影響較小等特點，目前已被廣泛的應用在航空航天、醫(yī)療、軍工等領域，生產(chǎn)同樣的鑄造加工時使用的模具時，使用數(shù)控加工設備生產(chǎn)的模具精度遠遠高于傳統(tǒng)的機加工設備所生產(chǎn)的模具。由此可見，加工設備的選擇，是影響機械設備性能的重要因素。

（2）加工工藝的選擇。同樣的材料，采用不同的加工工藝，形成的機械設備零部件質量截然不同。例如，鋼鐵材料經(jīng)過鍛壓，可以明顯的提升材料的致密性和韌性,優(yōu)化微觀組織結構，并形成一定的形狀；經(jīng)過車削的零件再經(jīng)過磨削可減小零件表明的粗糙度。

（3）加工操作者的選擇?！按髧そ场币辉~充分詮釋了加工操作者的重要性，“中國火箭發(fā)動機焊接第一人”高鳳林在焊接火箭發(fā)動機噴管上壁厚只有0.33mm的空心管線上展示的精湛技藝充分說明了焊接操作者的重要性。相同的加工環(huán)境、相同的加工設備、相同的加工工藝，由于加工操作者的不同，形成的產(chǎn)品性能則會有很大的差別，給機械設備的后續(xù)使用帶來不小的影響。

4 熱處理工藝

機械零件經(jīng)過鑄造、鍛壓、機加工、焊接等工序處理以后，或是在裝配成成品以后，熱處理工藝開始發(fā)揮作用。經(jīng)過加熱、保溫、冷卻等過程處理以后，可使零件及成品具有更優(yōu)異的機械性能。淬火可以使過冷奧氏體進行馬氏體或貝氏體轉變，得到馬氏體或貝氏體組織，搭配回火處理后可以大幅度改善鋼的硬度，耐磨性，疲勞強度及韌性等性能；滲碳及滲氮工藝可以在保持金屬內(nèi)部塑性的同時使金屬表面獲得極高的硬度和耐磨性；正火和退火可以去除材料的內(nèi)應力，提高材料硬度。綜上，合理的應用各種熱處理工藝可以在很大程度上提升機械零件的質量，進而使機械設備獲得更優(yōu)良的性能。

5 裝配工藝

精良的裝配工藝可以在設計、選材、零部件加工之后為整體機械設備的性能發(fā)揮提供可靠的保障。機械裝配主要包括清洗技術、平衡技術、連接技術及刮削矯正技術等關鍵技術[3]。

在進行裝配時，首先要把控受熱這一影響因素，有些機械設備可以在常溫下進行裝配，有些則需要在低溫環(huán)境進行裝配，裝配成型后常溫環(huán)境使用時由于熱脹冷縮的作用，零部件的配合將更加緊密；其次要嚴格把控裝配誤差，例如一些精密機床的加工和裝配為了避免振動帶來的影響，需要將廠房建在地下；最后要嚴格規(guī)范操作人員的操作，明確機械設備的裝配流程、使用恰當?shù)难b配技術對于提高機械設備的使用效率以及使用性能具有重大意義。

6 電氣控制

隨著機電一體化進程的不斷推進，現(xiàn)代化的機械設備已經(jīng)很難和電氣、自動化劃清界限，一臺現(xiàn)代化的機械設備往往配備了大量的電氣輔助控制設備，不但為機械設備提供電源，還為機械設備整體性能的發(fā)揮提供各種精準的控制，因此，電氣控制的優(yōu)劣不容忽視，完全脫離電氣控制的機械設備也許會變成一堆廢鐵。

目前常見的電氣控制技術包括單片機控制，PLC控制，繼電器相關控制等。電氣控制可以對機械設備的進行精確管控并對作業(yè)進度進行合理的控制，對生產(chǎn)過程中對于生產(chǎn)的時間節(jié)點和完工的時間節(jié)點進行精準的排序，以實現(xiàn)對于生產(chǎn)過程和能源消耗的科學把控?？梢哉f，電氣控制對于提高機械設備生產(chǎn)效率具有非常積極的調控作用。

圖2 PLC控制器

圖3 單片機

7 后期維護

隨著時代的進步，工業(yè)生產(chǎn)在國家發(fā)展過程中所占的地位越來越高，越來越多的工廠為了更高的效益而引進大量的機械設備，并進行日夜不停的生產(chǎn)以求在與同行激烈的競爭中得以立足，由此引發(fā)的問題是，機械長期無休止的使用的同時，常常會因為企業(yè)疏于后期維護和保養(yǎng)而出現(xiàn)故障，輕者導致生產(chǎn)效率降低，使用性能變差，重者可能導致機械設備的報廢。這就要求從業(yè)者要注意機械設備的定期維護與保養(yǎng)，對于一些小型設備，要定期進行一級和二級保養(yǎng)，即定期施加潤滑油，更換老舊或臟污的零件以及定期派遣專業(yè)人員對機械設備內(nèi)部結構進行檢查；對于一些重要零件，還需注意換季保養(yǎng)、更換等等。

正所謂未雨綢繆，定期的對機械設備進行維護，可以大大減少機械設備發(fā)生意外損壞的概率，這對于保證機械設備正常使用以及保證正常的生產(chǎn)安全具有重要意義。

8 結語

機械設備作為人類現(xiàn)代生產(chǎn)作業(yè)中必不可少的工具，對于國家發(fā)展具有重要意義，為了使機械設備可以進行更高效、更可靠地運作，操作者需要進行多方考量，從圖紙設計到后期維護，每一步的細節(jié)都有可能影響機械設備的性能，只有真正對影響機械性能的各個因素提起重視，才能使機械設備做到“物盡其用”，使生產(chǎn)達到利益最大化。