機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中創(chuàng)新設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究

李小會 鄧發(fā)友

摘 要：機(jī)械是一個(gè)國家富強(qiáng)的重要標(biāo)志，對于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說需要具備很強(qiáng)的創(chuàng)造性。在我國社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的背景下，作為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方向在其發(fā)展領(lǐng)域中受到了很大的沖擊，因此創(chuàng)新設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用勢在必行?，F(xiàn)代機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)將機(jī)械制造設(shè)計(jì)與互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，提高我國機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。只有不斷的應(yīng)用創(chuàng)新設(shè)計(jì)，才能使機(jī)械結(jié)構(gòu)越來越符合人們的實(shí)際需要。

關(guān)鍵詞：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新

機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通俗來講，是將機(jī)械師在腦海中形成的抽象設(shè)計(jì)思路，變成具體的、直觀的圖紙。機(jī)械設(shè)計(jì)師在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，還要根據(jù)機(jī)械原理、材料力學(xué)等相關(guān)知識，計(jì)算出機(jī)械零件的尺寸大小，并選擇出能夠承受機(jī)械強(qiáng)度的原材料。機(jī)械構(gòu)件的材料、形狀、尺寸等方面的內(nèi)容，都是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮到的問題。而一些創(chuàng)新的設(shè)計(jì)不僅能夠優(yōu)化傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的弊端，更是促進(jìn)機(jī)械制造可持續(xù)發(fā)展的重要手段。本文通過對變元法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新，來探究機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新。

一、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概述

機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在機(jī)械的零部件設(shè)計(jì)，不同的機(jī)械設(shè)計(jì)對零部件的要求都不同，這主要是由于機(jī)械零部件之間的組合位置來決定。幾何形狀的機(jī)械零部件具有多個(gè)表面，這些表面都會與其他機(jī)械零部件的表面進(jìn)行接觸、銜接及組合，簡稱功能表面。在各個(gè)功能表面之間銜接部分稱為銜接表面。零件的功能表面對這個(gè)機(jī)械而言起著決定因數(shù)，因此機(jī)械零件功能表面的設(shè)計(jì)是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。零件功能表面主要體現(xiàn)為：表面的幾何形狀、尺寸大小、表面數(shù)量、位置、順序等。通過對功能表面的變異設(shè)計(jì)，可以不同的結(jié)構(gòu)方案適用與同一種技術(shù)功能。

二、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中創(chuàng)新設(shè)計(jì)

隨著機(jī)械制造業(yè)的不斷發(fā)展，機(jī)械制造市場的競爭也愈發(fā)激烈。因此，機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方式已經(jīng)成為機(jī)械制造企業(yè)的有力競爭，在產(chǎn)品中引入創(chuàng)造性的思維和其他的學(xué)科技術(shù)，進(jìn)一步應(yīng)用于機(jī)械制造的優(yōu)化設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，有效的提高機(jī)械技術(shù)產(chǎn)品的競爭力。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提是有大量的可能性方案，和優(yōu)化空間，包括對機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝、材料以及連接方式、尺寸形狀等方面的優(yōu)化和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

1.材料的變元

材料的變元是指機(jī)械設(shè)計(jì)中可以選擇的材料眾多，不同性質(zhì)的材料具有不同的加工工藝，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要根據(jù)不同材料的功能進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，這要求設(shè)計(jì)者需要了解不同材料之間的力學(xué)性能，加工性能，使用成本等諸多信息。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)材料如：鋼材受拉和受壓時(shí)的力學(xué)特性基本相同，因此鋼梁結(jié)構(gòu)多為對稱結(jié)構(gòu)。鑄鐵材料的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度，因此承受彎矩的鑄鐵 對于需要熱處理加工的零件，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的要求有如下：零件的幾何形狀應(yīng)力求簡單、對稱，理想的形狀為球形等。

2.位置和工藝變元

位置變元是將元件位置通過改變來得出最優(yōu)化的設(shè)計(jì)如，在焊接部分元器件的過程中操作人員需要掌握好焊接部位，確保中心軸，避免出現(xiàn)元器件變形，或是有不規(guī)則扭曲現(xiàn)象的出現(xiàn)。

工藝變元是在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程通過結(jié)合圖紙把工藝產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來，借助先進(jìn)技術(shù)在開發(fā)及設(shè)計(jì)元器件時(shí)一旦出現(xiàn)問題可進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，降低產(chǎn)品的損耗。運(yùn)用相似理論進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，除應(yīng)考慮零部件結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)特征的相似性外，還應(yīng)考慮諸如：工藝路線（包括加工裝配、拆卸、維修、回收、處理）、材料、精度、毛坯、工藝方法、工序、安裝、工步、操作、動素、設(shè)備、工藝裝備、工時(shí)定額等方面的相似性，在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)工藝的相似程度將零件工藝分為標(biāo)準(zhǔn)工藝、典型工藝和實(shí)例工藝三種原型工藝，根據(jù)待設(shè)計(jì)零件的上述有關(guān)特征與原型工藝有關(guān)特征進(jìn)行加權(quán)對比，迅速生成目標(biāo)零件的工藝。該種方法不僅工藝設(shè)計(jì)效率高，而且質(zhì)量高，成本低，實(shí)用化強(qiáng)，受到企業(yè)的普遍歡迎。這樣，能較徹底地實(shí)現(xiàn)工藝路線、設(shè)備與工藝裝備、工時(shí)定額等工藝文件上一系列要素的有效繼承。

3.零件尺寸變元

尺寸變元是通過改變元器件的形狀，也就是長寬高3參數(shù)的變化。比如，泠沖壓壓彎曲技術(shù)，因?yàn)椴牧暇哂袕椥宰兓阅?，因此需要在泠沖壓之前先變形，同時(shí)結(jié)合相關(guān)的參數(shù)，只有這樣才能使得材料在變元后充分發(fā)揮作用。

4.銜接變元

結(jié)構(gòu)件之間的聯(lián)接在機(jī)器或機(jī)械中，各機(jī)械零部件都是相互依存，不可缺少的。因此在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)除了研究零部件自身的功能及特征外，還需要充分考慮到各零部件相互關(guān)聯(lián)成分，可分為直連部分與間接部分。只要兩個(gè)零部件直接裝配，稱為直連。個(gè)多零部件之間互相裝配，稱為間連。故每個(gè)零件大都具有兩個(gè)或多個(gè)部位在結(jié)構(gòu)上與其它零件有關(guān)。

三、結(jié)語

綜上所述，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)備使用及更新中起到了關(guān)鍵性作用，下至原材料的選取，上至整體設(shè)備的設(shè)計(jì)變動，因此機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)是需要設(shè)計(jì)人員通過不斷加強(qiáng)自身設(shè)計(jì)水平，結(jié)合在實(shí)際設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路和理念提高。

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（作者單位：東莞市沃德精密機(jī)械有限公司）