实现变速箱设计卓越

简单和工程判断有助于确保变速箱设计的成功。

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在这个月的专栏中,我们将讨论与卓越设计相关的一般概念。首先是设计上的简单性。总是寻求最简单和最优雅的方式来实现设计目标。几乎任何工程师都能设计和创造一个复杂的设备,但要将一个概念简化到最简单、最可接受的形式,则需要技巧。其他因素通常会增加重量、成本、尺寸、维修和维护的困难、制造、可靠性降低或其他问题。

我喜欢把设计——尤其是变速箱和齿轮传动系统的设计——和它的设计者比作一个雕刻家,他拿起一块石头,从它身上移走材料,直到他在形状、形式和功能上达到了想要的结果。从这个角度来看,安东尼·德·圣-埃克苏佩里(Antoine de Saint-Exupery)的话最有用:“一个设计师知道,他已经达到了完美,不是没有什么可以添加的,而是没有什么可以去掉的。”

正如莲花汽车公司(Lotus Cars)创始人科林•查普曼(Colin Chapman)的名言:“简化,然后增添轻盈。”

这将我们带到下一个重要的概念:知道何时停止设计工作。当没有任何东西需要删除时,这将告诉创建者何时完成设计。

作为工程师,我们很容易忽略这个信号,继续尝试完善和改进设计。通过在地面上放置标桩来宣布设计冻结,并同意进入程序的下一阶段,这是良好设计实践的必要步骤。提醒自己不要让完美成为善良或伟大的敌人,这很好。

对于一个伟大的变速箱设计师,经验和能力提供了一个大小,规模,比例,和组件之间的关系的感觉。

我的一个前同事相信,即使有CAD计算机绘图程序,一个伟大的变速箱设计师应该能够把一张白纸,画一个完整的齿轮箱与所有的内部组件,只有有限的绘图工具或徒手,尽可能准确的规模。当对变速箱及其所有部件进行测量和分析,计算它们的应力和寿命,并发现尺寸正确和充分时,该设计将被发现是可以接受的,并满足设计要求,很少需要修正。这个练习用铅笔在纸上比用CAD计算机绘图程序更好,因为CAD程序不能提供全尺寸纸绘图所能提供的尺寸和比例感。这仍然是一个很好的训练和评估练习。

另一个关于尺寸和规模概念的例子是一个有经验的设计工程师被问到一个特定组件应该有多大的故事。为了表明这一点,工程师把他的两个手指分开一段距离,然后让他的助手测量并记录他的手指之间的间隙。这是零件应该做的正确尺寸,它将是正确的尺寸,在一个很小的误差范围内。这不是猜测或估计,而是真正的认识和理解。

最后,我们进一步探讨工程判断的概念。这些年来,我看到的一个趋势是,我们可以使用的计算机软件工具的功能和能力不断增强。这方面的一个例子是FEA(有限元分析)程序,它通常用于计算和显示相对应力和位移,以及在一个特定组件的应力位置。结果通常是用零件的数字模型显示在电脑屏幕上。应力通常使用各种不同的颜色来表示应力或位移值。结果和准确性取决于输入数据和假设的质量,以及建立和创建FEM(模型)和执行分析的有限元分析人员的技能、能力和熟练程度。

分析的结果必须由有资格和经验的设计工程师进行评估,以解释和总结结果。如果分析人员的工作做得很好,创建了一个准确的模型,在正确的位置应用了正确的力量,等等,那么设计工程师就可以对结果有更多的信心。

然而,为了使用和依赖这些结果,仍然需要他做出良好的工程判断。我们不应该盲目接受数据像有限元分析或其他类似的工程计算和模拟和信息而不考虑结果的范围数据的大小,比例,和规模,正如前面提到的,是否,我们的经验和知识基础,这些数字似乎意义并且准确。有限元结果可以产生漂亮的图片和美丽的颜色,但可能有不正确和不准确的应力、位移和其他相关数据。

在这些方面,相信自己的直觉和判断是很有帮助的。如果某件事看起来不正确或感觉不正确,进一步调查它,并确认和验证结果。

我发现有好的工程分析师,也有好的变速箱和齿轮系统设计工程师。最好的人可以两者都做得很好,但这并不像擅长并专攻其中一种那样普遍。

记住这些想法和概念有助于确保工程设计的卓越和伟大的变速箱和齿轮系统设计。