機械結構設計中的創新設計

關全

（池州學院，安徽 池州 247100）

機械結構設計中的創新設計

Innovative design in mechanical structure design

關全

（池州學院，安徽 池州 247100）

隨著社會的發展和進步，不斷研究科學技術，越來越重視機械結構設計，從國家規劃方面來說，創新設計機械結構能夠體現國家綜合國力；從企業和其他方面來說，只有經過不斷創新，才能充分滿足人們對于機械設計的實際需求。本文主要依據變元分析方式，創新機械結構設計。

機械；結構設計；創新設計

民族發展的基礎就是創新，同時也是國家發展和興旺的動力，對于設計機械結構來說也具有同樣的道理。在設計機械結構的時候需要合理進行創新，保證了解創新機械結構的作用和意義，確保能夠獲得最符合規范的設計效果。

1 結構創新設計新方法——變元法

（1）數量變元。設計機械產品結構的時候，基本元素有工作面、加工面，輪廓線、輪廓面以及零件本身。改變和調整設計結構中的基本元素數量來達到改變設計機械結構的目的。例如，設計鑄件結構的時候要求簡單，盡可能利用直線來修飾輪廓。連接螺紋結構的時候，為避免出現松脫螺栓問題，需要同時使用和安裝彈簧墊圈和螺釘。但是在設計的時候也可以把螺釘設計為具備彈簧墊圈、墊圈、螺釘等功能的零件，安裝螺釘的時候具備一定防松螺釘，不但能夠方便安裝，也可以適當降低零件使用數量。

（2）形狀變元。調整機械零件的整體形狀、零件類型、零件表面、零件規格、零件整體輪廓也能達到改變設計機械結構的目的。例如，想要利用彈簧形成的壓緊力來達到壓緊零件的目的，保障具備正確的位置。設計過程中可以從以下彈簧中進行選擇，板簧、壓簧、拉簧、扭簧，被壓緊零件具備螺旋面、球面、圓柱面、平面，合理組合上述因素就能得到多種設計方案。設計中不適合設計過大的壓簧壓縮距離，要不然會十分容易導致出現失穩彈簧，如果需要比較大距離的時候，需要合理安裝一定的導向結構，促使不會出現失穩現象，受到比較小的空間約束，不僅能夠單獨應用，也可以與繩索、遙桿等配合應用[1]。

（3）材料變元。設計機械結構的時候，具備多種設計材料，不同設計材料需要不同的零件尺寸、結構類型、加工工藝。合理調整材料變元也能達到創新設計結構的目的。如在設計鋼材材料機械結構的時候，加大零件尺寸能夠起到提高設計結構剛度和強度的目的。設計鑄鐵結構的時候，利用隔板和加強筋來達到提高結構強度和剛度的目的。設計塑料結構的時候，具備勻稱并且相近的壁厚和筋板。

（4）位置變元。適當調整設計機械結構中各種元素之間的相應位置，能夠達到優化設計結構的目的。例如，對焊縫位置進行安排的時候，焊縫需要靠近中性軸或者對應中性軸，以便于盡可能降低彎曲變形和收縮力矩。此外，把零件安裝在有限空間中，不同擺放零件的位置會不同程序影響機械操作[2]。

（5）聯接變元。聯接變元主要具備兩種含義：一是，聯接方法主要有膠接方式、焊接方式、螺紋聯接、鉚接聯接等；二是每種聯接形式都具備不同的結構，所以，調整聯接方式以及聯接結構來達到多種設計結構的目的。例如，聯接結構如果需要經常進行拆卸，就需要可靠聯接結構，盡可能方便的進行拆卸，日常生活中經常能夠發現上述結構，例如，在設計玩具的時候，結合螺釘和卡扣的方式，設計手機機蓋的時候，建立方便進行拆卸的結構，給用戶帶來極大方便[3]。

（6）尺寸變元。尺寸變元包括距離、長度、角度等方便內容，調整零件尺寸能夠達到整體改變結構的作用。如，在操作冷沖壓彎曲工藝的時候，因為材料具備一定彈性形變，促使設計中需要嚴格規范角度，彎曲件成型之后，需要對工件進行整形。如果彎曲件增加Δα彎曲角度，存在2~3°變形是合理的，此時不需要進行整形。

（7）工藝變元。機械結構設計中不同工藝會一定程度影響整體結構，在制造機械零件的時候應用不同施工工藝、性能、質量差異、制造成本等會對機械零件結構造成影響。所以，分析設計機械零件結構工藝的時候，需要合理分析以及規范零件設計圖紙，檢測是否具備合理良好的零件結構，提出符合情況的修改建議。現階段，不斷研究和發展轉配技術和加工工藝，推廣應用機械手、機械人等，形成了很多新結構，相比較傳統結構來說，需要注重新結構的研究和分析[4]。

2 結構的防腐蝕設計要點

結構防腐蝕性主要就是設備必須具備的功能，所以，在設計結構圖紙的時候，需要合理分析上述問題，不僅需要選擇合理的材料、零件，還需要從以下幾方面來分析：一是機械設備防腐結構設計，確保具備完全干、空的停車期間，盡可能不在其中殘留淤積介質，達到降低腐蝕設備的作用。二是重視結構間隙腐蝕。在設計機械結構的時候，會形成一定盲區結構，也就是手和視線不能觸及的縫隙[5]。上述縫隙很有可能會因為沉積等因素導致嚴重破壞和腐蝕機械結構，從而會嚴重影響機械設備使用期限。如容器襯板結構、柳接結構、螺紋聯接處、焊接點等。盡可能防止形成間隙結構來達到確保設計結構質量的目的。如果不能避免，在間隙中合理添加介質活著的密封間隙。如果上述方式都不能實現設計的根本目的，此時需要反之進行，合理擴大間隙，來達到保證設計質量的目的。三是直接接觸不同金屬有可能會促使結構出現腐蝕，應該合理隔離不同金屬。四是減少高質量和高溫度濃度梯度。高濃度梯度會在一定程度上形成沉淀物或者冷凝物，也會出現局部勢差，從而導致腐蝕更嚴重。五是，設計中符合最小表面積規范，盡可能降低表面積。最合理的就是球體結構，其次就是圓柱體。

3 結構方案的評價與優化

綜合分析多種設計方案，確保能夠優中選優，在合理分析的前提下，評價的時候應用模糊綜合評判方式。主要需要考慮的評價因素包括：社會效益，是否導致出現事故；經濟指標，即人員、成本等；可操作性；是否具備成熟、完善的施工工藝；安全性和維修性等，基于此，在分析和研究機械結構的時候，對設計中比較關鍵和重要的機械或者零件建立一定數學模型，來不斷優化結構設計。如果設計模型能夠切實反映機械設備實際特點，此時優化結果能夠為調整和改進機械設計結構提供保障和依據，從而最終達到綜合優化產品設計結構的目的。增加國家實力就是需要不斷發展和創新機械設工藝以及設備，隨著不斷發展創新科學技術，已經開始逐漸創新設計機械結構和測控設備的方法以及設計思路。為了能夠完全符合實際發展需求，設計滿足社會發展的機械設備，需要相關人員不斷進行創新和實踐，在設計機械結構的時候不斷引進新技術、新理念[6]。

總而言之，不斷創新機械設計結構對于社會發展以及滿足人們需求十分重要，能夠在一定程度上帶動國家經濟的發展。對于機械結構設計人員來說，不斷優化設計結構，發展新的機械結構設計理念和思路，相比較傳統設計方式來說，創新理念、創新思維能夠促使具備更高水平的機械結構，要求設計人員具備敏銳洞察力、高昂斗志以及設計靈感，并且擁有相應專業素養，從而達到不斷優化創新機械設計結構的目的。

[1] 萬勝，王誼平，蔣伍，等. 淺析機械結構設計中的創新設計[J].科技風，2015（3）：110~110.

[2] 蔡逸夫. 探究機械結構設計中的創新設計[J]. 科技與企業，2013（12）：348~348+350.

[3] 翟普選. 淺談機械結構設計中的創新設計 [J]. 中國機械，2014（5）：50~51.

[4] 陳吉豐. 機械結構設計中的創新設計應用[J]. 城市建設理論研究（電子版），2015（19）：8 319~8 320.

[5] 徐慧勇.淺析機械結構設計中的創新設計[J]. 黑龍江科技信息，2010（30）：46.

[6] 林榮森.試探究當前機械結構設計中的創新設計應用[J].中國機械，2015（6）：29~30.

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TH122

1009-797X (2015) 24-0204-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.083

關全（1993-），男，本科學歷，畢業于池洲學院，主要研究方向為機械設計制造及其自動化。

2015-11-22