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        非對(duì)稱性思維在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

        2018-10-11 01:30:38姚傳富
        機(jī)電工程技術(shù) 2018年8期
        關(guān)鍵詞:電耗偏移量軸承座

        姚傳富

        (阜陽(yáng)市興華機(jī)械裝備有限公司,安徽阜陽(yáng) 236000)

        0 概述

        中國(guó)文化以對(duì)稱為美,這種文化基因在廣大設(shè)計(jì)人員腦海中留下深深地烙印。對(duì)稱性結(jié)構(gòu)在大多數(shù)情況下具有工藝簡(jiǎn)單、造型美觀的特點(diǎn),舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子,圖1是各種農(nóng)業(yè)機(jī)械中非常常見(jiàn)的軸承座,它的黃油嘴設(shè)計(jì)在軸承座頂端的對(duì)稱軸上,這是一種典型的對(duì)稱性結(jié)構(gòu)。如果把黃油嘴設(shè)計(jì)在左右兩邊,從使用功能上來(lái)看,也許并沒(méi)有太大的不方便,但從制造工藝角度來(lái)看將給工裝設(shè)計(jì)制造帶來(lái)很大麻煩,黃油嘴底孔的鉆模制造難度大大增加,鉆頭引進(jìn)也較為困難[1]。

        圖1 軸承座

        對(duì)稱性結(jié)構(gòu)的美學(xué)特征使它在很多情況下成為設(shè)計(jì)人員的必然選擇。但是設(shè)計(jì)畢竟不能僅從美學(xué)角度出發(fā),更要注重實(shí)用性要求,不管外觀設(shè)計(jì)多么漂亮,不能滿足使用性能要求的產(chǎn)品,其設(shè)計(jì)都是失敗的[2]。

        一只茶杯,為了防止裝滿熱水時(shí)燙手,給它設(shè)計(jì)一個(gè)把手是一個(gè)聰明的主意(圖2),對(duì)于解決問(wèn)題來(lái)說(shuō),這已經(jīng)足夠了。如果非要死守對(duì)稱性思維,從對(duì)面再給他設(shè)計(jì)一個(gè)把手,雖然可能更美觀一點(diǎn),但絕對(duì)是一個(gè)畫蛇添足的設(shè)計(jì),不但浪費(fèi)了材料、使用起來(lái)還非常不方便,在講究環(huán)保節(jié)能實(shí)用的今天,這樣的設(shè)計(jì)當(dāng)然是失敗的,不會(huì)受人歡迎。

        本文作者以實(shí)例論述產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中如何應(yīng)用非對(duì)稱性思維解決問(wèn)題,供設(shè)計(jì)人員探討。

        圖2 杯子

        1 對(duì)稱性結(jié)構(gòu)無(wú)法解決的問(wèn)題

        圖3(a)是錘片式飼料粉碎機(jī)的粉碎室結(jié)構(gòu)圖,轉(zhuǎn)子中心布置在箱體長(zhǎng)度方向的中心線上,基本上是左右對(duì)稱的布局,這種結(jié)構(gòu)方式長(zhǎng)期為行業(yè)技術(shù)人員所采用,看上去合情合理并沒(méi)有什么不妥[3]。某企業(yè)的錘片式粉碎機(jī)也采取了這種傳統(tǒng)的“準(zhǔn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)”,然而該企業(yè)采用“傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)生產(chǎn)的各種型號(hào)錘片式粉碎機(jī)都存在一個(gè)技術(shù)缺陷:噸料電耗指標(biāo)長(zhǎng)期徘徊在12.5~11.5 kW·h/t,達(dá)不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的11.0 kW·h/t,這個(gè)問(wèn)題在其他企業(yè)也普遍存在。為應(yīng)付技術(shù)監(jiān)督部門的質(zhì)量監(jiān)督抽查,行業(yè)內(nèi)普遍采取一些臨時(shí)性應(yīng)對(duì)措施,主要是在物料干燥度上做些文章勉強(qiáng)蒙混過(guò)關(guān)。該企業(yè)曾嘗試采取加大風(fēng)葉直徑增大風(fēng)量,優(yōu)化輸送風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)提高氣流效率,改善輸料管道形狀降低風(fēng)阻等技術(shù)措施,然而效果并不明顯[4]。噸料電耗超標(biāo)成為橫亙?cè)谄髽I(yè)面前一道邁不過(guò)去的坎。

        圖3 粉碎室結(jié)構(gòu)圖

        2 非對(duì)稱性結(jié)構(gòu)的效果

        在對(duì)錘片式粉碎機(jī)風(fēng)機(jī)及物料輸送管道部分進(jìn)行多次改進(jìn)實(shí)驗(yàn)無(wú)果后,本文作者把目光投向了粉碎室結(jié)構(gòu),首先想到的就是把上箱進(jìn)料弧形板由正圓弧型改為漸開(kāi)線性質(zhì)的阿基米德螺線,增大入料量和反射粉碎區(qū)面積。這一改進(jìn)取得了不錯(cuò)的效果,噸料電耗指標(biāo)穩(wěn)定在11.3 kW·h/t附近,接近了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值。徹底改變粉碎室的基本對(duì)稱結(jié)夠,將轉(zhuǎn)子中心前移5mm(圖3(b)),這一技術(shù)革新起到了立竿見(jiàn)影的效果,噸料電耗下降到10.1 kW·h/t

        為找到最佳偏移量,進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn),得到的數(shù)據(jù)如表1所示。

        表1可以看出,隨著轉(zhuǎn)子中心前移,噸料電耗指標(biāo)不斷下降,當(dāng)轉(zhuǎn)子中心偏移量e為5~6 mm時(shí),噸料電耗取得最小值為10.1 kW·h/t;當(dāng)轉(zhuǎn)子中心偏移量繼續(xù)增大時(shí),噸料電耗指標(biāo)不降反升,在轉(zhuǎn)子中心偏移量e為13~15 mm時(shí)噸料電耗已經(jīng)達(dá)到13.5 kW·h/t,很顯然隨著偏移量e的增加,噸料電耗指標(biāo)還會(huì)持續(xù)升高。

        這主要是因?yàn)檗D(zhuǎn)子中心前移時(shí),上箱入料口增大,下箱入料區(qū)同時(shí)增大,而出料區(qū)相應(yīng)減小,物料更易進(jìn)入下箱而很難返回上箱,錘片的撞擊和清底效應(yīng)明顯加強(qiáng),下箱的粉碎效果大幅改善,噸料電耗不斷下降。隨著偏移量進(jìn)一步增大,未經(jīng)上箱齒板和錘片充分粉碎的粗大物料大量進(jìn)入下箱,在下箱也來(lái)不及完全粉碎,大顆粒物料間歇性堵塞篩片孔導(dǎo)致電機(jī)負(fù)載增大,噸料電耗隨之上升[5][6]。

        這次成功的技術(shù)改進(jìn)案例說(shuō)明,設(shè)計(jì)人員要善于運(yùn)用包括非對(duì)稱性思維在內(nèi)的一切逆向思維和發(fā)散性思維,敢于打破常規(guī),在進(jìn)行科學(xué)細(xì)致深入分析的基礎(chǔ)上提出獨(dú)創(chuàng)性見(jiàn)解,才能找到解決問(wèn)題的捷徑[7]。

        表1

        3 結(jié)語(yǔ)

        非對(duì)稱性思維是打破慣性思維的一把鑰匙,本質(zhì)上也是一種逆向發(fā)散性思維。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中充分的利用非對(duì)稱性思維解決技術(shù)難題,極有可能起到“山重水復(fù)疑無(wú)路,柳暗花明又一村”的效果,應(yīng)當(dāng)引起廣大設(shè)計(jì)人員重視[8]!

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