機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新性探討

陸建榮

（南通廣播電視大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇南通 226006）

機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新性探討

陸建榮

（南通廣播電視大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇南通 226006）

衡量一個國家現(xiàn)代化程度，最主要的標(biāo)準(zhǔn)就是機(jī)械水平的發(fā)展程度。而想要從事機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作，就必須具備良好的創(chuàng)新精神。為了使機(jī)械設(shè)計的結(jié)果令人眼前一亮，創(chuàng)信和改變不可缺少。變元法是所介紹的主要內(nèi)容，將變元法融入到石油和石油化工行業(yè)中，著重解釋如何使用變元法在石化機(jī)械結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計方面進(jìn)行一定的創(chuàng)新和改進(jìn)。

機(jī)械結(jié)構(gòu)；設(shè)計；創(chuàng)新

0 引言

機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作，需要制定明確的實(shí)施方案，此方案應(yīng)該以機(jī)械總體設(shè)計方針為指導(dǎo)，先給出具體的結(jié)構(gòu)圖樣，圖樣要很詳細(xì)并且包括所有應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能；接下來把工作原理變成具體的實(shí)現(xiàn)某個功能的零部件，與此同時要考慮好加工的技藝、加工強(qiáng)度大小、加工材料的軟硬、加工需要的精確程度以及和其他零件的相互作用等方面問題。本文主要介紹了變元法是如何在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新和改進(jìn)中發(fā)揮作用的，并舉例進(jìn)行了說明。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新的重要意義

目前，科技進(jìn)步日新月異，而機(jī)械制造行業(yè)卻魚龍混雜，產(chǎn)品的生產(chǎn)流通同質(zhì)化嚴(yán)重，市場競爭的進(jìn)一步加強(qiáng)迫使著機(jī)械制造企業(yè)的革新，創(chuàng)新才是機(jī)械制造企業(yè)搶占市場份額的關(guān)鍵，創(chuàng)新意味著產(chǎn)品功能和作用的進(jìn)化，只有具獨(dú)特而不可替代的競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品才會給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。這給機(jī)械工作者的啟發(fā)是，堅持機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新和改進(jìn)，必然是一個艱難的過程，要求工作者要有不怕吃苦、持之以恒的決心和毅力，要以現(xiàn)代化的設(shè)計理念武裝自己的頭腦，要重視機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性，改變傳統(tǒng)思路，變換結(jié)構(gòu)模塊的組合方式，努力使機(jī)械結(jié)構(gòu)滿足大部分產(chǎn)品的需要，只有這樣才能獲得市場競爭的勝利，這也成為了當(dāng)下機(jī)械工作者的重要任務(wù)。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計上的七種變元創(chuàng)新方法

德國人發(fā)明的這一種變元法，是目前世界上最為科學(xué)易懂的變元方法，它能夠衍生出許多不同的方法，具有很大的可塑性。這種方法的內(nèi)涵主要有兩部分：它變化內(nèi)容多樣，包括材料、數(shù)量、位置、尺寸、形狀、連接、工藝七個方面；另一部分是上述七個方面的具體運(yùn)用，運(yùn)用的前提條件是機(jī)械基本結(jié)構(gòu)，這些元素在其基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的變化，這樣就有不同的形式，新的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計方案就創(chuàng)造出來了，這樣就達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)的目的[1]。接下來筆者將會重點(diǎn)介紹七種創(chuàng)新方案在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體運(yùn)用，其最終目的還是滿足整個機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)的要求，這也是目前機(jī)械工作者普遍使用的方案。

2.1 材料變元

現(xiàn)實(shí)生活中很多種材料都可以用來設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)，不一樣的材料要求的加工方法和手段不一樣、適用的結(jié)構(gòu)類別不一樣、零件需要的大小也不一樣。材料的變元可以變化出不一樣的結(jié)構(gòu)模式。比如說：在進(jìn)行鋼材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，零件的截面面積越大，材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就越大、越硬；在鐵材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了使結(jié)構(gòu)變強(qiáng)變硬，人們通常使用加強(qiáng)筋和隔板的方法；在塑料材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，塑料件的筋板和壁厚應(yīng)該無差而別且對稱均勻。

2.2 數(shù)量變元

在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)當(dāng)中主要包括以下幾個方面，即零件以及輪廓面、線和加工、工作面共同構(gòu)成了產(chǎn)品本身，如果想要將機(jī)械的結(jié)構(gòu)目的進(jìn)行改變，那么就可以通過調(diào)節(jié)上述結(jié)構(gòu)元素而實(shí)現(xiàn)。就好比在鑄件的過程中，是希望越簡單便捷越好的。能夠節(jié)省一些不必要的零件配置，又能在安裝的時候方便人們的使用，這在無形中就提高了工作效率，比如安裝一個螺絲釘?shù)臅r候，如果按照螺釘和墊圈以及彈簧墊圈才能結(jié)合在一起的模式去安裝，那么就需要最少三個步驟，但是如果把它們設(shè)計為一體的話，就可以大量地節(jié)省安裝的時間，提高了效率。

2.3 位置變元

在實(shí)際操作過程中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的元素之間的位置是可以進(jìn)行調(diào)換的，這樣可以無形中使結(jié)構(gòu)本身的設(shè)計更加完善。比如，零件的焊縫位置應(yīng)該對應(yīng)中性軸或者至少需要靠近中性軸，這樣便于將收縮力減少或者能夠避免產(chǎn)品的變形。除此之外，零件的擺放問題也十分重要，如果雜亂無章則會大大阻礙操作速度。

2.4 尺寸變元

零件的尺寸必須符合使用的標(biāo)準(zhǔn)才行，必須在各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)合格之后才可以進(jìn)行操作，比如：在冷沖壓彎這一工藝中，就需要零件按照既定的需求進(jìn)行彎曲，如果零件在加工的過程中，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的彎度，那么就算是一個成品，不需要再度進(jìn)行加工。如果不符合產(chǎn)品的需求那么還需要進(jìn)一步的加工整形來達(dá)到產(chǎn)品的要求。

2.5 形狀變元

機(jī)械整體的結(jié)構(gòu)目的可以通過調(diào)整零件的形狀或者改變其規(guī)格的大小而實(shí)現(xiàn)。比如在彈簧的生產(chǎn)過程中需要考慮多個問題，首先是彈簧的大小及其相對的螺絲墊圈的規(guī)格，能否讓彈簧和使用的螺旋面以及被需要壓緊的零件相吻合，就需要設(shè)計出不同規(guī)則的產(chǎn)品，無論零件的形狀面如何都需要相匹配的彈簧來配合才行，如果零件之間的距離過大，或者不能夠?qū)毫τ行诤希敲戳慵诎惭b過后就不算是合格，如果這一類零件銷售在市場中，很可能造成一系列事故，那么為了防止拉簧因?yàn)檫@些問題而失去使用效率，就勢必要將彈簧的設(shè)計空間放大，并且實(shí)現(xiàn)它的自身獨(dú)特性，即使它在單獨(dú)使用的過程中也可以實(shí)現(xiàn)跟其他零件的配合。

2.6 分析連接變元

一是聯(lián)接方法，主要的模式有焊接、膠結(jié)以及螺紋聯(lián)接等方式。

二是聯(lián)接的方式，根據(jù)結(jié)構(gòu)類型的不同而不同，因此為了豐富聯(lián)接方式以及尋找到最為契合的聯(lián)接方式，各個聯(lián)接的結(jié)構(gòu)以及聯(lián)接的方式都可以進(jìn)行相對應(yīng)的合理調(diào)整。比如：針對一些需要拆卸的零件，如果在聯(lián)接的方式上不能選擇好，那么就會在聯(lián)接和拆卸方面造成一定的困難，此類的零件需要便捷的拆卸模式，比如日常生活中所購買的一些產(chǎn)品，像是隨聲聽的后蓋，就可以任意拆卸下來安裝電池來維持繼續(xù)使用，這樣的結(jié)構(gòu)也方便用戶使用，從未為其提供便捷的操作模式。

2.7 分析工藝變元

零件在產(chǎn)生之前，往往會有其自己的設(shè)計圖紙，而設(shè)計圖紙上面的結(jié)構(gòu)內(nèi)容直接決定了產(chǎn)品屬于何種工藝級別的零件，因?yàn)槊恳粋€設(shè)備的零件都不是完全相同的，所以零件的設(shè)計以及成本也千差萬別，如果設(shè)計工藝在產(chǎn)品出產(chǎn)之前沒有得到完善，那么勢必會影響到零件自身的質(zhì)量，一旦零件沒有合乎要求，那么產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)就會受到一定的影響。因此在零件鑄造之前對于零件圖紙的研究必須給予深度的重視，現(xiàn)在的加工技藝正呈現(xiàn)著不斷創(chuàng)新和完善的趨勢，但是問題也就隨之而來，這些加工工藝雖然具有創(chuàng)新性，但是還不夠成熟，并非達(dá)到了理想中的需求，因此還需要進(jìn)一步的對此加大研究的力度。

3 機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的嘗試及優(yōu)化測評

3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新嘗試

防腐劑在石油以及一些石化設(shè)備中具有十分重要的作用，下文以其為例，闡述變元法在其中重要的作用。石油和石化設(shè)備必須進(jìn)行防腐蝕性的設(shè)計，這樣一來，在設(shè)計的最初就應(yīng)該考慮到防腐蝕性的大小和影響因素，從而采取必要的保護(hù)和防治措施，主要有以下幾個方面。

首先，在總體的設(shè)計上面，對停車間給予了嚴(yán)格的要求，不能堆放雜亂，不能潮濕，不能含有其他不利于防腐的物質(zhì)存在。

其次，設(shè)備的使用年限與設(shè)備本身一些極為細(xì)小的間隙區(qū)有著十分重大的聯(lián)系，這些縫隙極有可能在人眼看不到的地方發(fā)生腐蝕問題，或者這些縫隙人是無法憑借手工去進(jìn)行操作控制的，就像是一些產(chǎn)品的焊接點(diǎn)，這些產(chǎn)品貌似看起來已經(jīng)不存在腐蝕的可能，但是難免會有看不到的縫隙存在，應(yīng)該進(jìn)行必要的封存和填補(bǔ)，或者干脆將縫隙擴(kuò)大，這樣便于對其進(jìn)行維修補(bǔ)救和防護(hù)。

再次，溫度較高以及質(zhì)量較高的濃度階梯，局部勢差問題往往在這種情況和產(chǎn)品中產(chǎn)生，一旦發(fā)生了腐蝕則不可控制。此外，每一種金屬都有著自己獨(dú)特的屬性，產(chǎn)品在構(gòu)建的過程中不一定是一種金屬構(gòu)建而成，多半是幾種金屬共同組合而成，但是不同的金屬勢必會產(chǎn)生接觸面的腐蝕，應(yīng)該對此進(jìn)行絕緣處理[2]。

最后，面積越小腐蝕的點(diǎn)也就越小，因此要針對產(chǎn)品的不同設(shè)計縮小表面積從而減少腐蝕。

3.2 對機(jī)械結(jié)構(gòu)變元創(chuàng)新設(shè)計的優(yōu)化評測

機(jī)械結(jié)構(gòu)在完成變元創(chuàng)新實(shí)踐之后。要根據(jù)目前的性能以及使用效果進(jìn)行一個綜合的測評，首先要進(jìn)行模糊測評，運(yùn)用理論研究和一些理想化的模型設(shè)計一種測評模式，但是這種測評模式并不是實(shí)際操作中的模型，而是通過一定的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)先進(jìn)的設(shè)計理念和規(guī)劃，對其進(jìn)行變化創(chuàng)新設(shè)計的檢測。在測試的過程中測試者憑借自己多年的使用經(jīng)驗(yàn)和研究理念進(jìn)行對其綜合評價的過程，并根據(jù)現(xiàn)有的先進(jìn)思維對其進(jìn)行構(gòu)建，在測試的過程中還需要考慮到社會實(shí)際問題，產(chǎn)品在經(jīng)過變元之后，使用方面是否安全，便捷，可維修性是否達(dá)到了指標(biāo)，并且要將邏輯推理的思維運(yùn)用到其中，選擇出使用其整體變元的方案，最后針對已經(jīng)選擇好了的方案，進(jìn)行進(jìn)一步地修改和完善，從而作用于產(chǎn)品的機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)建當(dāng)中，服務(wù)于產(chǎn)品的整體功能[3]。

4 結(jié)束語

機(jī)械創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計在目前產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和建設(shè)當(dāng)中占據(jù)著十分重要的比例，因此研究其具有不菲的價值，但是研究機(jī)械創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計并非一件簡單的事情，對于設(shè)計者和研究者都提出了非常高的要求，不僅在專業(yè)知識方面要熟練甚至精通，還要有敏捷的分析能力和發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力，創(chuàng)新的思想和技術(shù)知識更是不用說，這也是前提之一。

［1］徐慧勇.淺析機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的創(chuàng)新設(shè)計［J］.黑龍江科技信息，2010（30）：37-38.

［2］韓鍵美，楊曉敏.機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計研究［J］.科技風(fēng)，2010（10）：21-22.

［3］崔福霞.創(chuàng)新設(shè)計（TRIZ理論）在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用［J］.大眾科技，2010（02）：51-52.

The Innovative Design of Mechanical Structure

LU Jian-rong
（Nantong Radio and Television University，Institute of Mechanical Engineering，Nantong226006，China）

To measure a country modernization degree,the main standard is the development of mechanical level.Work in the mechanical structure design,must have good spirit of innovation.In order to make the results of the mechanical design a bright,the innovation and change are essential.The main content of variable element method is introduced in this paper,it applies change element method into the oil and petrochemical industry,focus on explaining how to use the method of argument in petrochemical mechanical structure anticorrosion design aspect of the certain innovation and improvement.

mechanical；design；innovation

TH12

：A

：1009－9492(2014)12－0243－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.12.063

陸建榮，男，1979年生，江蘇南通人，碩士，講師。研究領(lǐng)域：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、運(yùn)行控制。已發(fā)表論文4篇。

(編輯：王智圣)

2014－09－09