机械设计：喷油器为例，运动，力和应力的计算

liuxiaoran

其实本质和你家的花洒没有区别。唯一的区别就是花洒你随便抄一个，而喷油器你需要设计和控制。

首先，什么是机械，机械是力和运动的系统。所以，如果要设计，我们首先要计算所有的运动和力
运动：启动的时间点，开启过程时间，关闭的时间，开启是速度，关闭的时间点（信号开始后阀门开始响应的时间点计算），关闭的速度。我们喷油的多少，速度就是受这些基本运动控制的，当然，还和很多其他应力例如设计压力，孔的形状，角度，大小有关，细节展开会无穷无尽，不是我这里要表达的。
力的计算：这些运动是力来控制，而且运动和力是耦合的（运动过程力会不断的变化），所以我们需要计算所有相关的力，阀上的电磁力，流体的力，弹簧力，重力（可以忽略），弹簧力比较简单，F=KX。电视电磁力和流体的力就复杂很多了，就严格依靠专业的流体专家和电磁专家。

什么是机械设计，保证我们的力和运动正常完成，所以我们左右的部件需要一定的形状和尺寸。也就是保证结构整个系统在实现运动的过程中不发生破坏。这个就不展开了，这个就是机械设计的部分，本质是一个强度计算的问题，例如安全性，可靠性。

这就是机械设计的一个基本给过程。我们最近在做是事情，就是流体和力和电磁的力是耦合的。因为流体的力会影响阀门的开度，而开度的大小和电磁力是直接相关的，而我们的新的设计结构不同，流体的力计算发生了明显的调整，所以整个电磁阀的开启需要完全重新计算而不是只是改变参数。

写这么多，我想表达的是：
机械设计是一个运动，力和应力计算过过程。从小的教育系统不遗余力的从出来牛顿力学开始就一路在一直教我们这些东西，但是，这个时代，当大家工作的时候，大部分人不再做这些事情了，随便抄一个，或者完全依赖手册（能查手册已经算很强了）。
机械设计是一个极端难的领域，需要一代又一代的相互传承和抄袭，但是这不代表我们只有抄袭和拍脑袋，而没有真正的机械设计的过程（运动，力和应力的计算）。

这周遇到的事情就是，阀的设计发生了明显变化，流体力的计算发生了明显的变化，流体的压降系数需要重新计算，或者用一种其他的变通方法来处理这些，而且流体工程师得到的初步的力的结果也不符合预期，不知道谁对谁错，正在检查问题在哪里。

我知道，不同的人对机械设计的理解差别很大。但是我觉得，教科书就是这么教育我们的，运动，力和应力的计算。作为LOSER和少数派，有时候觉得很无力和孤独，一口气匆匆写这些。。。

liuxiaoran

例如喷油量，就是开启过程的喷油+开启后的喷油+关闭时刻的油。
再细节化：开启过程，阀门位置在迅速变化，那么单位时间喷射的流量也就不断变化，我们把每个时间的喷射流量加起来就是整个喷射的流量。这些细节你不断细化下去会很复杂，因为开启是快慢是不一样的，因为不一样的设计系统，阀门的运动大体一直，但是细节千差万别。。总之就是，你要去设计和计算计算任何一个细节都很有难度。。

再比如，我们最关心的燃油喷射的长度，角度，颗粒大小，均匀程度，压力分布，喷射形状的控制，这些设计的处理就是全球一线公司的永恒的竞争，是传统发动机的最核心的技术点之一，结构专家，机械设计，流体，电磁，材料（例如各种表面涂层），甚至是化学，机械制造。。全球最大的机械产品系统里面一大堆最顶级的机械设计的牛人集中在这领域竞争。当然，现在，电动车的到来，这些核心领域全部崩塌了。

邢云鹤

感谢分享

loury007

都是为了利用有限的原油资源.......

风若冷

直接列方程式，那才叫计算。

liuxiaoran

风若冷 发表于 2022-6-21 12:48
直接列方程式，那才叫计算。

：
这个CASE，球阀受4个力，电磁力，液压力，弹簧力，和重力。我们现在的难点就是设计做了明显的改变，液压力需要完全重新计算，而我们的过去的计算就算基于理论计算+仿真标定的，标定的参数主要是PressRatio，压降系数。

(pi*FuelP*sealdia^2/(4*(1 + PressRatio*(Position/maxstroke)^2))))。

但是现在设计完全变了，液体开启过程中对阀的作用力需要完全重新计算，然后重新拟合一个计算公式。