創(chuàng)新設(shè)計(jì)在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

蔣建東

（河南弘康光能科技有限公司，河南 駐馬店 463000）

1 在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中的創(chuàng)新設(shè)計(jì)概況

機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)發(fā)展是從無(wú)到有、從簡(jiǎn)到繁、從粗糙到精密。每一次舊結(jié)構(gòu)在新環(huán)境中的失敗，激勵(lì)了設(shè)計(jì)者對(duì)結(jié)構(gòu)性能改進(jìn)的欲望，通過(guò)早期經(jīng)驗(yàn)一次次的積累，總結(jié)出結(jié)構(gòu)改進(jìn)的規(guī)律和方法，為滿足每一次新的需求，提供經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，這就是創(chuàng)新設(shè)計(jì)。通常創(chuàng)新設(shè)計(jì)從困難與挑戰(zhàn)來(lái)，又要回到困難與挑戰(zhàn)當(dāng)中去。機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)要符合理論力學(xué)的物理規(guī)律，絕不是天馬行空的想象。

2 創(chuàng)新設(shè)計(jì)在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方式

目前機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中最常用的思維方法就是變?cè)ǎ冊(cè)ň褪侵冈谕ㄟ^(guò)改變機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)部或外部的特征元素參數(shù)的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械結(jié)屬性的改變，以此來(lái)達(dá)到預(yù)期的性能指標(biāo)。這些元素包括形狀元素、尺寸元素、材料元素、位置元素、連接元素以及數(shù)量元素等等。變?cè)▌?chuàng)新設(shè)計(jì)，能夠改變?cè)Y(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)特性，清除設(shè)計(jì)缺陷，完善機(jī)械結(jié)構(gòu)的屬性，促進(jìn)加工工藝的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系的完整優(yōu)化和創(chuàng)新。

2.1 形狀元素創(chuàng)新設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)機(jī)械構(gòu)件形狀進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，獲得能夠滿足機(jī)械性能需求的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，形狀的創(chuàng)新是變?cè)ㄖ薪?jīng)常使用的一種方法，對(duì)機(jī)械構(gòu)件外在物理形狀進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，調(diào)整結(jié)構(gòu)系數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)性能的提升。例如彈簧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，根據(jù)不同使用要求，彈簧截面可以設(shè)計(jì)成非圓形的。石化部門(mén)接觸石油類(lèi)產(chǎn)品，為減小化學(xué)類(lèi)產(chǎn)品腐蝕的影響，多將零部件設(shè)計(jì)成曲線面或曲面體，減小表面積。

2.2 尺寸元素創(chuàng)新設(shè)計(jì)

通常形狀元素和尺寸元素是融合在一起的，尺寸元素是在確定了形狀元素基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的，尺寸包括長(zhǎng)度、曲度、角度等參數(shù)。在滿足機(jī)械功能的前提下，對(duì)尺寸做優(yōu)化處理，可提高構(gòu)件維護(hù)的方便性以及靈活性。

2.3 材料元素創(chuàng)新設(shè)計(jì)

材料是機(jī)械結(jié)構(gòu)中最基礎(chǔ)也是最重要的部分，為最終整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。材料的不同也決定著功能和最后呈現(xiàn)效果的不同。所以說(shuō)，選用正確合理的材料對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)尤為重要。在創(chuàng)新設(shè)計(jì)工作開(kāi)展時(shí)，對(duì)材料的選擇不能忽略懈怠，要根據(jù)實(shí)際情況從各種各樣的材料中找出最符合標(biāo)準(zhǔn)和要求的，從而來(lái)保障工作順利進(jìn)行和結(jié)構(gòu)質(zhì)量的良好。假設(shè)以鋼材為選中材料用于機(jī)械結(jié)構(gòu)，那么務(wù)必需要提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和剛硬度，這樣才能充分的將其鋼材的特點(diǎn)發(fā)揮出來(lái)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)結(jié)構(gòu)質(zhì)量。如果要完成這一想法，必須需要對(duì)鋼材進(jìn)行和截面積的加大工作，這樣才能把它的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到最大。鑄鐵材料與鋼材相比，剛硬度有一點(diǎn)不足，并且深受原先傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響，導(dǎo)致它的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)勢(shì)不能發(fā)揮到位，確保不了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全。為了改善這一問(wèn)題，可以將強(qiáng)筋或其他類(lèi)似材料加入到鑄鐵中，這對(duì)質(zhì)量和性質(zhì)都有質(zhì)的提高。

2.4 位置元素創(chuàng)新設(shè)計(jì)

位置元素是指起功能作用或連接作用的結(jié)構(gòu)在整體機(jī)械構(gòu)件中的坐標(biāo)點(diǎn)位。機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新中除了構(gòu)件的形狀、尺寸、材料的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)創(chuàng)新也是非常重要的一種方法。位置的改變直接影響機(jī)械構(gòu)件裝配和執(zhí)行功能，是創(chuàng)新設(shè)計(jì)中最直觀的表現(xiàn)，也是機(jī)械結(jié)構(gòu)樣式的表達(dá)主體。位置設(shè)計(jì)遵循的是機(jī)械原理和理論力學(xué)，位置合理性的創(chuàng)新是機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中最璀璨的明珠。比如符合人體力學(xué)的曲線式座椅，會(huì)提高舒適性，被廣泛使用。

2.5 連接元素創(chuàng)新設(shè)計(jì)

連接元素是指構(gòu)件和構(gòu)件之間的連接機(jī)構(gòu)，根據(jù)機(jī)械的結(jié)構(gòu)、用途、工作特性的不同，選擇不同的連接方式，會(huì)給實(shí)際使用和維護(hù)帶來(lái)極大的便利，提高工作效率，獲得良好的評(píng)價(jià)，也為機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品帶來(lái)更加寬廣的市場(chǎng)。比如工作強(qiáng)度不高，但使用頻率高的連接機(jī)構(gòu)就要選擇靈活性和互換性強(qiáng)的連接方式。

2.6 數(shù)量元素創(chuàng)新設(shè)計(jì)

量變影響質(zhì)變。由此可見(jiàn)，零件的數(shù)量在機(jī)械結(jié)構(gòu)中也有著重要地位。設(shè)計(jì)零件數(shù)量時(shí)，務(wù)必需要根據(jù)實(shí)際情況和企業(yè)的需求量來(lái)制作?；谧?cè)ǎ瑢?duì)零件的改變加工都依據(jù)最先進(jìn)的技術(shù)來(lái)進(jìn)行的，運(yùn)用創(chuàng)新理念做出一定的優(yōu)化。對(duì)數(shù)量的改變和調(diào)整，最終也會(huì)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生一定的影響。比如在對(duì)直線進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化時(shí)，注重簡(jiǎn)易性和適用性；對(duì)螺絲進(jìn)行改變時(shí)，注重牢固性和穩(wěn)定性。針對(duì)性的創(chuàng)新改革，對(duì)最終整體機(jī)械結(jié)構(gòu)起到不可磨滅的功勞和積極作用，有效地提高了工作效率，用最優(yōu)最少的零件來(lái)完成機(jī)械結(jié)構(gòu)，合理減少消耗成本和資源，這也表現(xiàn)出了數(shù)量變?cè)?/p>

2.7 工藝元素創(chuàng)新設(shè)計(jì)

在所有材料種類(lèi)，數(shù)量等等條件都相同的情況下，由于加工工藝的不一樣，在最后所展現(xiàn)出來(lái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)也都各不相同。由此可見(jiàn)，工藝對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)也有著不可忽視的地位和作用。工藝變?cè)ň褪歉鶕?jù)實(shí)際情況選擇合適的工藝來(lái)改善創(chuàng)新機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，聯(lián)系現(xiàn)在運(yùn)用最先進(jìn)的工藝來(lái)對(duì)材料進(jìn)行加工合成。只有這樣，才能幫助材料發(fā)揮出其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，使得機(jī)械結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)期效果。

3 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)不僅有以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的試驗(yàn)創(chuàng)新，也有宏觀方法論的理論體系創(chuàng)新，無(wú)論哪一種，都是機(jī)械領(lǐng)域重要的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，在面對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)問(wèn)題時(shí)，經(jīng)驗(yàn)與方法論兩類(lèi)創(chuàng)新思路既是相互彌補(bǔ)，也是相互檢測(cè)，只有兩者有機(jī)的結(jié)合，才是不斷提高機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的最佳方案。當(dāng)然，隨著技術(shù)不斷發(fā)展，還會(huì)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(jì)將是永恒的話題。