機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的創(chuàng)新設(shè)計應(yīng)用研究

張家寧

摘 要：機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計可以幫助產(chǎn)品進(jìn)行功能創(chuàng)新與多樣的提高，從而滿足人們的實際使用需求。所以，設(shè)計人員在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要時刻創(chuàng)新，確保機(jī)械結(jié)構(gòu)除了高精準(zhǔn)的特色之外，還有足夠的創(chuàng)新性，進(jìn)而才能在機(jī)械設(shè)備市場中站穩(wěn)腳跟。機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中結(jié)構(gòu)的設(shè)計十分重要，結(jié)構(gòu)設(shè)計的好壞決定了機(jī)械設(shè)備的性能，因此，設(shè)計時需要在材料、尺寸與多方面因素的基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)計質(zhì)量的保障。

關(guān)鍵詞：機(jī)械結(jié)構(gòu);創(chuàng)新設(shè)計;應(yīng)用

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計概述與重要性

機(jī)械結(jié)構(gòu)決定了機(jī)械性能的質(zhì)量，機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新可以在原理、形狀與性能等方面進(jìn)行研究，在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新時不能對機(jī)械的實用性產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)的機(jī)械的使用模式已經(jīng)十分固定，而創(chuàng)新設(shè)計則可以將這種固定打破，進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的大膽嘗試。在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)在傳統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)上進(jìn)行經(jīng)驗的總結(jié)，然后再進(jìn)行創(chuàng)新型的改變，保證創(chuàng)新后的機(jī)械機(jī)構(gòu)還是可以正常使用的。因此，需要設(shè)計人員進(jìn)行創(chuàng)新意識的提高，摒棄傳統(tǒng)設(shè)計理念，使用新工藝、新材料、新技術(shù)等方式進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，從而進(jìn)行機(jī)械制造領(lǐng)域生命力的提高，完善機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性與安全性。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計方式

2.1 材料變元法

機(jī)械產(chǎn)品中的每個不同零件的原材料也是不同的。形狀一致、材料卻不同的零件在相同的機(jī)械結(jié)構(gòu)中的作用也是不一樣的，現(xiàn)在已經(jīng)在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計構(gòu)成中大量使用材料變元法。材料變元十分科學(xué)，可以將各個模塊進(jìn)行優(yōu)化，再進(jìn)行合理的組合，最終成為全新的產(chǎn)品。

2.2 數(shù)量變元法

每個機(jī)械產(chǎn)品設(shè)備都是整體的機(jī)械系統(tǒng)，設(shè)備的作用與零件都各不相同。在進(jìn)行計算與設(shè)計時，研究人員需要針對各個不同的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行仔細(xì)的研究，最后再選擇最適合的組合排列方法。

有些設(shè)備中的零件較多，研究人員需要耐心的進(jìn)行數(shù)據(jù)的盤查，也可以在保障產(chǎn)品性能與設(shè)計的前提下，尋找功能一致的零件進(jìn)行替換。

2.3 位置變元法

零件的位置若發(fā)生變化，那么同樣數(shù)量與零件的機(jī)械產(chǎn)品也會發(fā)生功能與特性的改變，因此，設(shè)計人員需要進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中尺寸變元的保證，尋找最合適的零件尺寸，從而優(yōu)化零件應(yīng)用方案。

3 機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的應(yīng)用

3.1 結(jié)構(gòu)變異化設(shè)計

（1）功能面。利用零件間的關(guān)系與位置進(jìn)行功能作用的發(fā)揮。零件的表面控制了零件的形狀，為了確保其作用的有效發(fā)揮，零件中的功能面會偏多。機(jī)械的實際運行過程中，零件的表面、零件與加工物體之間會頻繁的進(jìn)行接觸摩擦，而這些接觸摩擦的零件表面就屬于功能面。功能面會對機(jī)械性能產(chǎn)生本質(zhì)的影響，利用變異化設(shè)計進(jìn)行各種方案的呈現(xiàn)，從而帶來不同的效果。順序、尺寸、位置、數(shù)量與形狀等參數(shù)會對功能表面帶來影響，各個參數(shù)在變異的情況下都會產(chǎn)生不一樣的功能面效果。

（2）材料的種類。在加工工藝各不相同時，首先需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的確認(rèn)，再進(jìn)行材料的科學(xué)選擇，按照不同的材料進(jìn)行工藝的明確，并在工藝確定結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)優(yōu)勢的發(fā)揮。材料選擇時需要考慮其成本高低、質(zhì)量好壞與性能強(qiáng)弱等情況。在設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)時，首先要確認(rèn)材料的性能，例如鑄鐵材料，其抗壓性能強(qiáng)，抗拉性能卻很弱，所以，在使用鑄鐵材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要保持其抗壓狀態(tài)。

3.2 結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計

（1）提高剛、強(qiáng)度。機(jī)械在運轉(zhuǎn)的過程中，局部會產(chǎn)生受力偏大的情況，為了避免此情況的發(fā)生，可以在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，合理的分散荷載力，與此同時再將結(jié)構(gòu)分擔(dān)里提高，在使用機(jī)械設(shè)備時，將支撐套加在集中受力的區(qū)域，也可以進(jìn)行荷載的有效分擔(dān)。機(jī)械在傳動作業(yè)過程中，不做功的力無法將物體進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)移，因此，需要進(jìn)行零件與其他荷載間平衡力的保持，從而保證整體的平衡，結(jié)構(gòu)的承受力也得到了有效的提高。為了確保零件的剛度，除了進(jìn)行材料的優(yōu)選之外，還要進(jìn)行應(yīng)力集中的避免，減少結(jié)構(gòu)承載出現(xiàn)問題的概率。

（2）提升工藝性。切削類的機(jī)床需要利用夾持面來進(jìn)行裝卡的輔助工作，所以，需要確保夾持面剛度足夠，為了提高工作效率，還可以減少加工物裝卡的頻率。若可以同時進(jìn)行多個產(chǎn)品的加工操作，就能有效的減少工作時間，提升切削效率。

（3）提高精度。在機(jī)械結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計與制造過程中，會產(chǎn)生誤差，從而對機(jī)械帶來多少不等的影響。因此，需要從結(jié)構(gòu)設(shè)計這個源頭進(jìn)行因為結(jié)構(gòu)變形、材料較差或溫度變化原因?qū)е碌恼`差的減少，提高機(jī)械的精度。除此之外，還需要進(jìn)行對誤差敏感度的提升，在減少創(chuàng)新結(jié)構(gòu)誤差的同時，進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量的保證。另外，機(jī)械內(nèi)部構(gòu)件中連接處過多，也會對產(chǎn)品的精度造成影響。

3.3 結(jié)構(gòu)宜人化設(shè)計

（1）減少疲累感。大多工作人員會長時間使用同樣的姿勢進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的操作，所以，在設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)時，要降低操作壓力，避免操作人員因為過分疲累而影響工作質(zhì)量。在創(chuàng)新設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)時，要注重機(jī)械外形的柔和性，滿足工作人員的需求，在進(jìn)行長時間操作后也不會感覺十分疲累，保證設(shè)計的宜人化。

（2）確保操作性。工作人員在進(jìn)行機(jī)械操作時，會因為位置、方向與力度的不同而產(chǎn)生不一樣的操作感。正常情況下，右手的力度更大，力度大小也會因為身體姿勢的區(qū)別而產(chǎn)生不同，工作人員在坐著的時候，腳部的力度是最大的，因此，當(dāng)設(shè)備需要很大的力度才能操作時，操作人員可以使用腳力來取代手動。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要注意手柄、手輪與杠桿宜人化的設(shè)計，在使用時確保不會產(chǎn)生移動的情況。在使用腳部發(fā)力時，需要有合適的座椅，踏板放在中間，還要安排靠背做后部力量的支撐。

4 結(jié)語

綜上所述，機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新是機(jī)械發(fā)展過程中的重要環(huán)節(jié)，其可以保證零件的有效組合與使用，進(jìn)行機(jī)械質(zhì)量與效率的提升，從而推動我國國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。設(shè)計人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要將專業(yè)的理論知識與實踐經(jīng)驗進(jìn)行有效的結(jié)合，激發(fā)其強(qiáng)大的創(chuàng)新能力，從變異化、性能化、宜人化與便捷化等方面進(jìn)行結(jié)構(gòu)矛盾的解決，將機(jī)械設(shè)備的安全性與可靠性提升，從而推動機(jī)械設(shè)備的不斷發(fā)展與企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的有效提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜俊斌，張海強(qiáng).機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的創(chuàng)新設(shè)計應(yīng)用研究[J].中國設(shè)備工程，2019（12）：210-211.

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（沈陽工學(xué)院，遼寧 鞍山114031）