創(chuàng)新設(shè)計在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用研究

蔣馨

（貴州航天南海科技有限責任公司, 貴州 遵義 563100 ）

引言

目前，在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中使用創(chuàng)新設(shè)計已經(jīng)得到相關(guān)人員的高度重視，主要目的是能更好地利用機械，并最大化地發(fā)揮機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的作用。機械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計通常采用變元法。該方法使用起來比較簡便，在創(chuàng)新設(shè)計過程中使用邏輯化思維能夠?qū)崿F(xiàn)對可變元素的系統(tǒng)化梳理，在此基礎(chǔ)上進一步應用基于發(fā)明問題的解決理論（TRIZ）創(chuàng)新設(shè)計理論，可以進一步提高機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的效率。

一、在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計當中的創(chuàng)新設(shè)計概況

每次將結(jié)構(gòu)運用到新的結(jié)構(gòu)之后往往會出現(xiàn)一定的不適合的情況，進而使得設(shè)計工作人員需要不斷的對結(jié)構(gòu)的性能實施優(yōu)化和創(chuàng)新，借助大量的經(jīng)驗信息數(shù)據(jù)研究和經(jīng)驗的積累，能夠更好的對結(jié)構(gòu)加以完善，為每次新的結(jié)構(gòu)使用創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)，并且給予經(jīng)驗基礎(chǔ)以及檢核標準，這樣對于結(jié)構(gòu)的完善和創(chuàng)業(yè)也會起到積極的作用。往往創(chuàng)設(shè)設(shè)施是為了更好的結(jié)構(gòu)使用，機械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新性設(shè)計務必要保證達到良好的理論力學，并不是單純的想象。

二、創(chuàng)新設(shè)計在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用

（一）材料變元

材料是機械結(jié)構(gòu)零件設(shè)計的最基礎(chǔ)部分，因此在設(shè)計過程中必須要對材料進行合理確定。不同材料的性能不同，適應的各種工作環(huán)境也不同，所以在設(shè)計優(yōu)化的過程中必須充分考慮到實際情況。在材料變元中強調(diào)要充分發(fā)揮使用材料的自身特性與優(yōu)點，要切實保證結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。比如在考慮使用鋼材作為主要材料時要充分發(fā)揮鋼材的強度和硬度特點，為此在設(shè)計時就可以將截面的尺寸進行一定范圍內(nèi)的調(diào)整，找到一個能最大發(fā)揮鋼材效果的參數(shù)。對于鑄鐵而言，其強度和硬度較差，為了讓其在設(shè)計中能夠發(fā)揮出自身的優(yōu)勢就需要將強筋和隔板加入到起中，要在保證原有材料發(fā)揮優(yōu)勢的同時最大程度的保證質(zhì)量。在材料變元時還需要考慮到材料的使用壽命，機械結(jié)構(gòu)的不同位置的使用壽命需求不相同，有些易損壞位置需要經(jīng)常更換而核心位置則需要保證其長期穩(wěn)定，這就要求要對不同位置的材料使用情況進行合理優(yōu)化。

（二）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的位置變元

位置變元，其實質(zhì)就是在開展機械結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的時候，借助最前沿的專業(yè)技術(shù)，對所有的零部件的位置加以綜合的分析，最終確定每個部件的具體位置，這樣才能更好的保證達到前期制定的效果。諸如，在實施機械設(shè)備部件安裝操作的時候，要對整個設(shè)備的運行情況加以分析，最終找到最佳的部件安設(shè)位置，還需要盡可能的將部件的位置設(shè)置在中間位置，利用這種安裝形式可以更好的規(guī)避機械設(shè)備零部件發(fā)生型變的情況，并且提升部件的穩(wěn)固性，這也充分的說明了合理的實施位置變元，不但可以提升設(shè)備空間的利用效率，并且能夠有效的保證設(shè)備穩(wěn)定的運行。

（三）結(jié)構(gòu)便捷化設(shè)計

①加工結(jié)構(gòu)構(gòu)型。設(shè)計機械零件時需要節(jié)省時間，保證裝卡、測量以及加工效率高，成本要加以控制。加工面的外形要簡單實用，便于裝卡實用及刀具拆卸，防止出現(xiàn)斜面鉆孔的情況。由于復雜零件需要經(jīng)歷的工序多，對技術(shù)的要求較高，所以成本也會隨之增加。為節(jié)省成本和加工時間，可以采用零件組合的方法達到同樣的使用效果。②簡化結(jié)構(gòu)。簡化零件結(jié)構(gòu)是機械設(shè)計的目標，能達到同樣使用要求的簡化結(jié)構(gòu)，能更方便拆卸和維修，在提高工作效率的同時，還能節(jié)省檢修時間，避免運行期間出現(xiàn)故障影響經(jīng)濟效益。以塑料結(jié)構(gòu)為例，其特點為強度小、柔性大，若利用螺紋使零件之間聯(lián)結(jié)工作很可能在外力的作用下出現(xiàn)斷裂，而且裝卸和加工階段都較為煩瑣，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應利用塑料的優(yōu)勢，使用搭鉤凹槽連接，能確保裝配和拆卸過程更為簡便、省時、省力。

（四）數(shù)量變元

在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，經(jīng)常存在很多需要進行細微調(diào)整的元素，而最為簡單的變元方法就是通過改變設(shè)計結(jié)構(gòu)中基礎(chǔ)元素的數(shù)量來實現(xiàn)對機械結(jié)構(gòu)的合理調(diào)整。這種創(chuàng)新方式非常普遍。例如，在對鑄件結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，為了可以有效防止螺栓脫落，就使用彈簧墊圈與螺釘2種類型的元件。從物理學原理的角度來說，通過這種方式能夠改變設(shè)計結(jié)構(gòu)中存在的元素數(shù)量，設(shè)計出集多功能于一體的零件，不但可以優(yōu)化整體的機械結(jié)構(gòu)，而且可以簡化機械結(jié)構(gòu)的安裝步驟。

（五）形狀設(shè)計

形狀設(shè)計也是變元法常用的一個手段，通過對機械結(jié)構(gòu)一些零件表面結(jié)構(gòu)或是整體結(jié)構(gòu)的改變，就能讓零件的規(guī)格變換，達到優(yōu)化機械性能的目的。比如，彈簧是機械結(jié)構(gòu)中常見的組成部分，它主要靠自身的彈力來對零件起到壓緊的作用，然而在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)同種規(guī)格的彈簧往往不能對多種形狀的零件同時起到有效的壓緊效果，這時通過改變彈簧接觸端的形狀或是改變零件與彈簧接觸端的形狀就能讓彈簧發(fā)揮其壓緊作用，可以根據(jù)機械結(jié)構(gòu)的需求將零件接觸面設(shè)計為平面或者球面等。

（六）連接變元

機械結(jié)構(gòu)中的鏈接包括兩個方面，其一是指連接方法，通常包括了螺紋、焊接、鉚接、膠接聯(lián)接和盈聯(lián)接。其二則是不同連接方法中的聯(lián)接結(jié)構(gòu)，這就表明可以通過調(diào)整聯(lián)接結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)多種類的結(jié)構(gòu)類型。這類設(shè)計在生活中極為常見，這在生活中也很容易找到原型。例如：為了拆機方便，移動手機的外殼通常設(shè)計成可以快速拆裝的連接結(jié)構(gòu)，滿足人們更換相關(guān)配件的需求。

結(jié)語

機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的發(fā)展都離不開創(chuàng)新，將創(chuàng)新設(shè)計理念引入并實踐應用在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中，是實現(xiàn)機械化發(fā)展，提高機械制造能力的重要方式。械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計不僅有以經(jīng)驗為基礎(chǔ)的試驗創(chuàng)新，也有宏觀方法論的理論體系創(chuàng)新，無論哪一種，都是機械領(lǐng)域重要的創(chuàng)新設(shè)計方法，在面對實際結(jié)構(gòu)問題時，經(jīng)驗與方法論兩類創(chuàng)新思路既是相互彌補，也是相互檢測，只有兩者有機的結(jié)合，才是不斷提高機械創(chuàng)新設(shè)計的最佳方案。當然，隨著技術(shù)不斷發(fā)展，還會有更加巧妙的創(chuàng)新思路出現(xiàn)，這要依賴于科研工作者的不懈奮斗和努力，相信創(chuàng)新設(shè)計將是永恒的話題。