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物理實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)該注意什么論文
摘要：由于我所主要從事實(shí)驗(yàn)物理相關(guān)研究，需要機(jī)械、電子、光學(xué)等多個(gè)學(xué)科的支撐，機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)作為重要支撐專業(yè)之一，發(fā)揮著舉足輕重的作用，而機(jī)械設(shè)計(jì)是一項(xiàng)技巧性、流程性和技術(shù)性都很強(qiáng)的工作，在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中很容易出現(xiàn)各種各樣的問題，因此要細(xì)化整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)流程，總覽全局，善于查漏補(bǔ)缺，才能提高機(jī)械加工產(chǎn)品的質(zhì)量，最大限度地滿足物理實(shí)驗(yàn)需求。本文分析了物理實(shí)驗(yàn)裝置機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題，闡述了機(jī)械設(shè)計(jì)的有效策略和優(yōu)化措施。
關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)裝置；機(jī)械設(shè)計(jì)；非標(biāo)設(shè)計(jì)
引言
在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的情況下，各個(gè)行業(yè)均離不開機(jī)械的應(yīng)用，機(jī)械制造行業(yè)的體系不斷完善，極大地保證了行業(yè)制造的質(zhì)量，同時(shí)也促進(jìn)了我國其他行業(yè)的快速發(fā)展，在我所大多物理實(shí)驗(yàn)順利完成中，機(jī)械專業(yè)作為其支撐專業(yè)之一，物理實(shí)驗(yàn)裝置機(jī)械設(shè)計(jì)顯得尤為重要，由于物理實(shí)驗(yàn)裝置機(jī)械設(shè)計(jì)加工是一項(xiàng)精密且復(fù)雜的工程，在整個(gè)過程中會(huì)不可避免地出現(xiàn)一些問題，因此需要對機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)問題進(jìn)行探究，以便提高物理實(shí)驗(yàn)裝置整體的質(zhì)量，從而充分發(fā)揮出機(jī)械設(shè)計(jì)在我所物理實(shí)驗(yàn)支撐的重要作用。
1物理實(shí)驗(yàn)裝置中的非標(biāo)機(jī)械設(shè)計(jì)問題
物理實(shí)驗(yàn)機(jī)械裝置中大部分零部件由于物理實(shí)驗(yàn)需求而非標(biāo)件，因此加大了設(shè)計(jì)加工難度，必須有理論知識(shí)積累和一定的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)才能做到。這就對設(shè)計(jì)人員提出了非常高的要求，設(shè)計(jì)人員不但需要掌握一般標(biāo)準(zhǔn)件或者標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備參數(shù)，還需要對物理實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)際需求加以掌握，包括具體的物理需求方面的技術(shù)參數(shù)以及機(jī)械加工精度等要求，除盡可能獲得實(shí)驗(yàn)裝置的詳細(xì)需求信息之外還應(yīng)該注意以下問題。
1.1非標(biāo)設(shè)計(jì)中部分零部件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化
我所用的大多物理實(shí)驗(yàn)機(jī)械裝置都不是通用裝置，許多部件由于物理實(shí)驗(yàn)需求等方面的需要，只能是非標(biāo)設(shè)計(jì)，而在當(dāng)前工業(yè)經(jīng)濟(jì)化、信息化時(shí)代背景下，工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要遵循標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化的原則，并且這些標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品一般都是批量生產(chǎn)，在非標(biāo)設(shè)計(jì)中部分零部件設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)化方法，有利于提高物理實(shí)驗(yàn)機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量并縮短生產(chǎn)周期。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，節(jié)約了材料，降低了成本。標(biāo)準(zhǔn)化的最終目的是為了提高效率和確保質(zhì)量，與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造相比，非標(biāo)設(shè)計(jì)制造具有以下特征：（1）加工時(shí)無法采用通用夾具等輔助工裝；（2）對外協(xié)加工能力要求高；（3）互換性較差；（4）設(shè)計(jì)和加工成本較高。而標(biāo)準(zhǔn)件則是規(guī)格一致，采取批量生產(chǎn)，在保證零件質(zhì)量的基礎(chǔ)上大大減小了成本，因此物理實(shí)驗(yàn)裝置中局部結(jié)構(gòu)有標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)安排：例如密封圈、法蘭、螺釘?shù)冗@些最常用的零部件，既節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間，又便于與其他機(jī)械裝置在裝配過程中配套，實(shí)現(xiàn)較高的互換性和重復(fù)利用率，同時(shí)大大提高了科研生產(chǎn)效率。
1.2堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)零部件的成品首選原則
在非標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)，在保證技術(shù)需求的前提下要盡可能地采用標(biāo)準(zhǔn)零部件的成品件，在我們大多物理實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)中不少的非標(biāo)設(shè)計(jì)者往往不愿采用某些零部件的成品而自行設(shè)計(jì)，而是對此類零件、做出相應(yīng)改進(jìn)或創(chuàng)新，但這種情況下的結(jié)果往往事倍功半，沒有很好的實(shí)際應(yīng)用效果，浪費(fèi)了時(shí)間并且增加了設(shè)計(jì)與制造成本，因此標(biāo)準(zhǔn)零部件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮選擇成品，這樣能有效降低非標(biāo)裝置的設(shè)計(jì)、制造成本。
2物理實(shí)驗(yàn)裝置科學(xué)、合理機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)
2.1合理選擇機(jī)械設(shè)計(jì)加工零件材料
一套大的物理實(shí)驗(yàn)裝置由許多零部件構(gòu)成，各個(gè)零部件對材料的要求參差不齊，在物理實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)中選擇機(jī)械設(shè)計(jì)加工零材料時(shí)，必須要充分考到材料的性價(jià)比、工藝性能、質(zhì)量、價(jià)格等因素，所以對于機(jī)械設(shè)計(jì)中零件材料的選擇需要極其細(xì)心。機(jī)械零件材料選擇必須充分考慮其實(shí)際使用要求、加工工藝性能及高性價(jià)比的要求。（1）根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)需求來選擇材料必須根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)使用需求來選擇材料，所要選用的材料需要符合物理實(shí)驗(yàn)的需求性能，在選用材料的時(shí)候需要認(rèn)真分析材料使用的合理性，首先應(yīng)與需求者溝通，提前獲知需求者對各零部件在物理實(shí)驗(yàn)中對材料物理性能的要求，譬如良好的導(dǎo)電性、絕緣性、弱磁性等。在考慮是否滿足物理實(shí)驗(yàn)要求之后，再對各種材料的強(qiáng)度、剛性等機(jī)械性能方面進(jìn)行考量，以從中挑選出能既滿足物理需求又滿足機(jī)械性能要求的材料。（2）考慮加工工藝與材料性能的適用性必須根據(jù)加工工藝的需求對材料進(jìn)行篩選，做到加工工藝與材料性能的適用性，例如：鋁制件不宜焊接，我們應(yīng)該盡量避免焊接件采用鋁；一些薄壁、非金屬類零件設(shè)計(jì)可能由于尺寸過小、強(qiáng)度不夠等原因?qū)е聶C(jī)械加工工藝無法滿足機(jī)械設(shè)計(jì)；這時(shí)就需要選擇一種既能滿足使用要求又便于加工的材料來替代，諸如此類的情況還有很多，都是我們應(yīng)該要考慮到的。（3）以經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性為原則選擇材料控制機(jī)械設(shè)計(jì)加工的成本，選擇性價(jià)比最高的材料，由于大多物理實(shí)驗(yàn)裝對材料要求較高或者材料比較特殊，所以不能夠僅僅以價(jià)格作為選擇的唯一標(biāo)準(zhǔn)，雖然有些材料的成本比其他材料成本較高，但卻具有加工成本相對比較低或者在使用過程中更能滿足或者接近所需材料的性能指標(biāo)、實(shí)驗(yàn)中檢修費(fèi)用低等優(yōu)勢，其實(shí)使用了這種材料在一定程度上來說節(jié)約了成本，在充分保證使用要求的情況下，盡量選擇能夠重復(fù)利用的材料，盡量選擇常見的、容易獲得的材料來代替很少用的材料，一些稀缺材料在機(jī)械行業(yè)里比較少用、稀缺，帶來了采購困難的問題，因此需要盡可能地降低采購成本、采購周期，從而提高機(jī)械生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，縮短整個(gè)加工周期，盡可能避免因加工周期延長給科研任務(wù)的順利完成帶來的影響。
2.2機(jī)械設(shè)計(jì)中加工精度要求的合理性
在日常科研中用到的各類機(jī)械裝置用途不一，有的僅僅作為升降、支撐等裝置，這些裝置的加工精度要求不高，在滿足使用要求的同時(shí)只需要做到美觀即可，提出過高的精度要求反而增加了加工成本，浪費(fèi)了資源。而有的零部件需要較高的加工精度，像高壓開關(guān)電極、緊配合接插件等需要較好的表面粗糙度、較高的尺寸精度，這就需要精度要求必須達(dá)到物理實(shí)驗(yàn)要求，精度設(shè)計(jì)過低會(huì)直接影響實(shí)驗(yàn)的可靠性。
2.3提高機(jī)械設(shè)計(jì)可靠性
標(biāo)準(zhǔn)化的零部件，一般都是經(jīng)過長期的實(shí)踐得到廣泛認(rèn)可投入市場的，與我們只經(jīng)過初次設(shè)計(jì)、制造的物理實(shí)驗(yàn)中非標(biāo)零部件相比，具有更好的可靠性。在初次設(shè)計(jì)非標(biāo)零部件時(shí)，總會(huì)存在設(shè)計(jì)上的不足，在日�？蒲腥蝿�(wù)中使用了這些帶有缺陷的非標(biāo)零部件后會(huì)降低機(jī)械裝置自身工作效率和科研生產(chǎn)效率，因此，在對零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須注重零部件設(shè)計(jì)的可靠性�？梢酝ㄟ^各種仿真軟件校核要加工的零部件是否滿足強(qiáng)度、剛度要求，同時(shí)考慮零部件的形狀、尺寸大小、加工精度和配合要求對整個(gè)裝置的使用效果影響程度做出正確認(rèn)知和預(yù)判。
2.4考慮人機(jī)學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題
此外，許多物理實(shí)驗(yàn)裝置由于物理實(shí)驗(yàn)的需求，工作人員會(huì)反復(fù)操作其中的機(jī)構(gòu)，這樣需要工作人員經(jīng)常要進(jìn)行舒適而且合理的操作。例如，一些機(jī)構(gòu)高度設(shè)置為適應(yīng)人體舒適性的操作高度；在離操作員手臂較近或者順手操作的位置放置機(jī)械操作機(jī)構(gòu)；操作手柄、旋鈕的大小、形狀應(yīng)使操作人員方便操作并且省力；一些物理實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且還需要反復(fù)拆裝，這就要求在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)要保證零部件拆裝方便，給操作人員留足夠的操作空間，做到操作自如。最終目的是讓工作人員能在身體處于很舒服的狀態(tài)下操作，做到人性化，宜人化。
3機(jī)械設(shè)計(jì)人員與外協(xié)加工單位加強(qiáng)溝通
我所大多物理實(shí)驗(yàn)裝置中機(jī)械部分需要在外協(xié)加工單位的配合下完成，外協(xié)加工單位根據(jù)我所提供的圖紙進(jìn)行加工，制作出相應(yīng)的產(chǎn)品，光潔度、加工精度尺寸公差都是設(shè)計(jì)人員規(guī)定的，沒有一定的范式。在本單位技術(shù)保障中心加工機(jī)械裝置時(shí)設(shè)計(jì)人員可以很方便地和工藝員一對一、面對面交流，而與外協(xié)單位的合作使得雙方的交流不是很方便，外協(xié)單位在進(jìn)行有些零部件的加工時(shí)需要嚴(yán)格按照圖紙要求進(jìn)行，而在這個(gè)過程中存在一些物理實(shí)驗(yàn)裝置中部分機(jī)械加工工序復(fù)雜并且在中途變更加工工藝和工序的可變性較大、機(jī)械加工精度要求過高等問題，由于設(shè)計(jì)人員與外協(xié)加工單位沒有進(jìn)行很好的溝通造成了加工周期的延長，進(jìn)而影響科研生產(chǎn)任務(wù)，因此需要機(jī)械設(shè)計(jì)人員與外協(xié)加工單位提前交流，根據(jù)加工圖紙?zhí)崆皽贤ê迷诩庸み^程中可能遇到的困難、問題，保證外協(xié)加工、科研任務(wù)的順利完成。
結(jié)論
綜上所述，在物理實(shí)驗(yàn)裝置機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，需要注意的問題有很多。物理實(shí)驗(yàn)裝置機(jī)械設(shè)計(jì)的過程既要有扎實(shí)的理論知識(shí)還要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。只有將理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合起來做到面面俱到，才能更好地實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)裝置機(jī)械設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。物理實(shí)驗(yàn)裝置機(jī)械設(shè)計(jì)在日�？蒲腥蝿�(wù)中的作用舉足輕重，一個(gè)優(yōu)秀的物理試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)人員，應(yīng)當(dāng)善于對整個(gè)設(shè)計(jì)加工過程進(jìn)行全面考慮，不僅要周全考慮滿足物理實(shí)驗(yàn)裝置的物理需求，還需要對物理需求造成的加工工藝的可實(shí)現(xiàn)性做出科學(xué)判斷，這樣在加工前做好充分的準(zhǔn)備工作，才能夠達(dá)到機(jī)械設(shè)計(jì)加工的理想狀態(tài)，設(shè)計(jì)制造出性價(jià)比極高并且1滿足物理需求的物理實(shí)驗(yàn)裝置，以便保證各項(xiàng)科研任務(wù)的順利完成。
參考文獻(xiàn)
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