試析機械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計與優(yōu)化

高新紅

摘 要：文章以變元法這一機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方法為例，簡要介紹了變元法包含的七種不同類型的變元方法，并詳細(xì)介紹了機械結(jié)構(gòu)應(yīng)注意的防腐蝕細(xì)節(jié)，最后舉例闡述了機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新方案。

關(guān)鍵詞：機械結(jié)構(gòu)；創(chuàng)新設(shè)計；優(yōu)化；變元法

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）05-0104-02

當(dāng)前，人們在對機械結(jié)構(gòu)設(shè)計展開評價時，通常所使用的方法為模糊綜合評價法。即在挑選一個最優(yōu)方案時，對機械的關(guān)鍵零部件展開可靠性設(shè)計，以達(dá)成結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化。本文擬選用鉆井轉(zhuǎn)盤為大家詳細(xì)介紹變元法在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運用。

1 變元法簡介

變元法的含義通常有兩個：

①定義機械結(jié)構(gòu)的變元，主要包括如下七個部分：數(shù)量、形狀、材料、位置、聯(lián)接、尺寸、工藝。

②借助改變這七大變元，創(chuàng)新性的構(gòu)造出更多的結(jié)構(gòu)方案。下面為大家詳細(xì)地介紹變元法中所包含的七類變元。

1.1 數(shù)量變元法

機械設(shè)備結(jié)構(gòu)里零件相關(guān)部分的元素，比方說輪廓線、工作面及加工面，甚至于整個零件都可以看成是基本元素，可借助更改機械結(jié)構(gòu)里基本元素的數(shù)量達(dá)成機械結(jié)構(gòu)的改變。

1.2 形狀變元法

更改機械結(jié)構(gòu)零件的表面形狀和零件的類型及規(guī)格均可以獲得不一樣的結(jié)構(gòu)方案。

1.3 材料變元法

零件采用不一樣的工程材料通常會造成此零件尺寸結(jié)構(gòu)的相應(yīng)變化，同時加工工藝也會產(chǎn)生變化，進(jìn)而影響整臺機械的結(jié)構(gòu)，所以借助改變材料變元可以形成不同的結(jié)構(gòu)方案。

1.4 位置變元法

借助改變機械結(jié)構(gòu)里基本元素間的布局位置可獲得不一樣的結(jié)構(gòu)方案。

1.5 聯(lián)接變元法

此變元法通常包含兩層意思：

①聯(lián)接方式，包含螺紋聯(lián)接、鉚接及盈聯(lián)接等。

②對每一類聯(lián)接方式均具有多類聯(lián)接結(jié)構(gòu)。借助改變聯(lián)接方式及聯(lián)接結(jié)構(gòu)獲得不一樣的結(jié)構(gòu)方案。

1.6 尺寸變元法

尺寸包含長度及角度等，借助改變零部件和構(gòu)件的尺寸可獲得一樣的機械結(jié)構(gòu)。

1.7 工藝變元法

結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝有著異常緊密的聯(lián)系。鑒于零件的制造工藝不一樣，零件與機械的制造費用、質(zhì)量和性能也會不一樣，進(jìn)而影響機械設(shè)備的結(jié)構(gòu)。

2 機械結(jié)構(gòu)應(yīng)注意的防腐蝕細(xì)節(jié)

機械結(jié)構(gòu)的防腐蝕設(shè)計對于機械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新及優(yōu)化而言具有至關(guān)重要的意義，為了更好地完成機械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，各機械設(shè)計企業(yè)在進(jìn)行機械設(shè)計的過程中理應(yīng)注意如下防腐蝕細(xì)節(jié)：

①必須確保設(shè)備的機械結(jié)構(gòu)于停車期間完全空干，以防止因介質(zhì)殘留淤積而造成的腐蝕。

②防止間隙結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，以杜絕腐蝕介質(zhì)的入侵。

③高溫及高質(zhì)量濃度將導(dǎo)致沉淀物及冷凝物的出現(xiàn)，進(jìn)而增加腐蝕幾率，因此設(shè)計人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須避免此類現(xiàn)象的出現(xiàn)。

④異類金屬接觸可能導(dǎo)致接觸性腐蝕出現(xiàn)，因此設(shè)計人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時理應(yīng)盡可能地將異類金屬有效地隔絕開來。

⑤避免高速流體接觸流道壁面，以降低侵蝕腐蝕。

⑥遵守最小化表面積原則，也就是說在容積一樣的情況下讓結(jié)構(gòu)被腐蝕的表面積最少，比方說球體結(jié)構(gòu)最好，其次便為圓柱體。

3 機械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計與變元法應(yīng)用

我們在對某一結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案展開評價時，理應(yīng)對其將帶來的經(jīng)濟效益、所具有的工藝性、技術(shù)可行性等相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行綜合的考量，隨后從諸多備選結(jié)構(gòu)方案中選出最佳的結(jié)構(gòu)方案。在機械結(jié)構(gòu)方案已然確定的情形下，也可對重要結(jié)構(gòu)或零件展開不同變元的研究，甚至于變元間展開綜合的聯(lián)合修改，已實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計的目的。此外，也可選用某些數(shù)學(xué)模型，之所以建議大家選擇數(shù)學(xué)模型，主要是由于數(shù)學(xué)模型能夠較好地介紹結(jié)構(gòu)設(shè)計中的尺寸及數(shù)量變元，同時還能夠?qū)Σ牧献冊归_間接的介紹。

以機械設(shè)備的不同要求及特征為依據(jù)，綜合使用不同變元，使用設(shè)計人員掌握的經(jīng)驗和知識，借助創(chuàng)造性思維的方法，設(shè)計出不一樣的機械結(jié)構(gòu)。比方說如下轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)。

在以上三大結(jié)構(gòu)圖里，假如把結(jié)構(gòu)設(shè)計方案1（如圖1所示）里的錐齒輪間與主軸承二者之間的位置進(jìn)行調(diào)整，且借助調(diào)整位置變元，接著再改變水平軸位置的左軸承形狀，即借助更改形狀變元后得到結(jié)構(gòu)設(shè)計方案2（如圖2所示）。假如更改方案1里的主軸承及齒輪的尺寸、大小與數(shù)量，且借助調(diào)整二者的數(shù)量變元與尺寸變元，隨后再調(diào)整齒輪構(gòu)件及軸承零件的位置，再改變位置變元，即能夠得到設(shè)計方案3（如圖3所示）。從以上分析上我們可以得出這樣一個結(jié)論：即以上三大不同類型的轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)方案都可采用變元法較好的實現(xiàn)。如果進(jìn)一步運用變元法，同樣可以獲得更多類型各異的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

借助對比以上三大結(jié)構(gòu)方案，綜合研究社會效益可行性與制造工藝等諸多內(nèi)容，我們可以得出這樣的結(jié)論：方案2系三大方案中最佳結(jié)構(gòu)組合。某一機械結(jié)構(gòu)方案的綜合評估，理應(yīng)以實際使用效果充當(dāng)最后評估的事實依據(jù)。如果對轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)里的齒輪構(gòu)件展開進(jìn)一步的可行性分析與優(yōu)化設(shè)計，同時對滾動軸承和齒輪工作展開彈性流體壓潤滑研究，接著實施精密計算，均能夠為改善轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)設(shè)計提供諸多參考數(shù)據(jù)。

4 結(jié) 語

深入分析機械創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計對于機械行業(yè)的發(fā)展而言具有舉足輕重的作用，它不僅能夠更好地滿足當(dāng)前社會對機械設(shè)備不斷升高的要求，實現(xiàn)各類機械零件的最佳組合，同時還可以推動機械行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此各機械設(shè)計企業(yè)理應(yīng)在機械設(shè)備設(shè)計過程中充分采用創(chuàng)新設(shè)計理念，尋找最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計，以設(shè)計出更多的結(jié)構(gòu)方案，推動企業(yè)自身的發(fā)展，最終促進(jìn)社會的良性發(fā)展。

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