創意性的機械結構設計探析

單佳珺

（安徽東風機電科技股份有限公司安徽 合肥 231202）

創意性的機械結構設計探析

單佳珺

（安徽東風機電科技股份有限公司安徽 合肥 231202）

傳統機械已經無法很好的應對現代社會發展，其主要原因在于現有機械結構設計缺乏創意性，基本上所有的機械在結構設計上都相同，尤其是在科技與經濟快速發展的今天，對機械結構設計的要求也在不斷提升，因此，做好機械結構創意性設計就成為機械工程師十分關注的內容。本文將從創意性機械結構設計的意義入手，聯系實際情況從五方面提出實現創意性機械結構設計的措施。

創意性；機械結構設計；部件設計

前言

對于機械設計來說，最重要的就是部件設計，也就是常說的軟硬件設計，要做好機械設計就要關注機械性能，確定好相應參數，然后用圖紙將所設定的方案展示出來。同時，利用相應的加工機械將圖紙上所展現的內容設計出來，經過這一系列工作就完成了機械的軟硬件設計。但為進一步滿足大眾實際需求，還需要在機械結構設計中融入新創意。

1 創意性機械結構設計的意義

為了滿足人們對機械的需求，大量相同質量的機械出現在人們生產生活中，但這樣一來卻出現了嚴重的機械雷同化，在市場競爭不斷愈演愈烈的今天，機械制造企業要想占領市場先機，就要優化機械結構設計，將更多的先進科技融入到機械結構設計中，只有讓機械結構設計更具創意性，才能使企業從激烈的市場競爭中脫穎而出。由此可見，創意性機械結構設計對企業發展來說至關重要。為實現這一目標就需要機械結構設計工程師投入更多心血，將最先進的機械設計理念融入其中，引入新方法，將各個結構模塊完美的搭配在一起，這也是做好機械結構設計的關鍵。

2 實現創意性機械結構設計的措施

2.1 控制好力流

通常情況下，在機械結構設計的力流傳遞中，傳遞長度如何，現有傳遞方式是否合理都會影響到機械運行狀況。對于力流長度而言，其合理性多指工程量較大的機架，如果缺少了機架，應力中回線長度就要比軋機短很多，此時軋機剛性也會上升，這樣就讓原有軋機的應力大幅度縮短。如果力流線長度過長，使用也會更方便，通過研究發現，其主要原因在于軸發生了扭轉與變形，同時也與其齒面截荷不同又一定關系[1]。此外，在對機械結構設計創新的過程中，還要重視結構部件需要承擔的力，如在使用剪切機的軋件時（詳見圖1所示），主要是讓處于上下刀臺的拉桿承受力所產生的力，而不是機架來承受。所以，在設計機械結構的過程中，一定要正是這些力的作用。

圖1 剪切機

2.2 保證荷載分布均勻

在設計機械結構的過程中，還需要重視傳力零件的分布，也可以集中荷載這些零件，這樣就可以讓各個零部件所承擔的荷載變得更加均勻。對于機械結構中的減速器來說，與兩軸承支撐相比并不存在對稱問題，這也就意味著如果發生受載，軸也會發生彎曲或變形的情況，同時，軸上的齒輪也會在這種情況下發生偏斜，齒輪也將在荷載的作用下無法均勻分布。在這一過程中，若將齒輪截面變成鼓形，很容易讓兩端齒輪的中部變小，齒輪也會在工作的過程中出現過于依賴齒面的情況，并以此為基礎變形彈性截荷也會實現均勻分布。在連接普通螺栓的過程中，如果螺栓受到拉力影響或螺母受到擠壓，由于螺母和螺桿兩者間受到旋合段軸向力的影響很大，所以兩者間就產生了一定的差異性，在這種情況下各個圈旋合所面對的紋牙間所受到的荷載也并不相同，通過研究得知，這與力流在設計中選擇了最短傳輸路徑有很大關系，如果要改變這一現實就要重新改進螺母結構，只有這樣才能讓處于旋合段上的所有螺紋牙截荷得以均勻分布[2]。

2.3 平衡好設計力

對于很多機械來說，在正常運行期間不僅會受到工作荷載的影響，由于其內部還有很多零件，這些零件應受自身結構特殊性的影響很容易產生外力。在運作的過程中，工作荷載是不可缺少的，主要是由于這些力均屬于有用力，而來自于零件的外力則不是機械運作中必須要應用的，其原因在于這些力并沒有多大用處，其典型代表為圓錐型齒輪和圓柱型齒輪所產生的軸向力。對于設計力平衡來說，就是在機械設計結構的作用下，基本可以不將這些無用力納入到考慮范疇中，通過這樣的方式減少其為機械設計所帶來的損害。對于力平衡的設計來說，最重要的是采用對抗的方式來完成設計，這種設計方式的典型代表為人字形齒輪（詳見圖2所示）。在確定齒輪或斜齒的過程中，一定要采用相同或相似的方向，其作用在于消除軸向力，同時也可以存在于軸承上的荷載降到最低。

圖2 人字形齒輪

對于鑄錠機而言，如果要降低槽輪機構，則很容易發生圓盤回轉速度發生偏差的情況，有時也可能出現停位，一旦發生這樣的情況就需要將盤式液壓制動器應用其中。此外，為讓存在于壓缸中的不良影響全部去除，可以采用對稱理論完成設計，只有讓上下油缸配置保持對稱，壓缸才可以在圓盤的幫助下發生較為平衡的軸向力，這些都是創新機械結構設計的方法。

2.4 重視自適應性

一些機械在正常運作中，經常會受很多因素影響而導致系統部件在工作中發揮改變，很容易導致機械運轉故障。為減少這種不利影響，就要在機械運行中適當調整一些部件的工作情況，也就是讓構件更好的適應機械運轉。對于器械中的各個零部件來說，要實現自主適應，就要先控制好速度，確定好位置及壓力等，同時在適應中還要對軸承中的各個支撐部件設計，即正確運用好游動端和固定管。對于固定段來說，就是將軸向的實際位置送到軸向荷載中，如果游動端因受熱膨脹，很容易讓軸承位置發生改變，這樣也可以讓機械軸承處于良性運行狀態。

在傳動人字輪或雙齒輪期間，扭矩傳遞多為分流形式，所以在安裝中，存在于機械的齒輪，其兩端經常會受轉角影響發生偏差，這樣一來在傳動的作用下，其中的齒輪也會發生咬合的情況，如果兩端齒輪出現咬合不勻稱，那么自適應壓力也會因此產生，進而發生軸向移動的現象。在設計機械結構期間，就是通過改變人字輪兩端齒輪的咬合壓力來確定自適應實際位置，直至兩端咬合力相同為止。此外，在設計機械結構的過程中，還要控制好尺寸，不僅要重視長度，還要將角度、距離等作為設計的一部分，所以，看在創新這些元素的過程中就要聯系實際情況適當改變零部件尺寸大小，只有這樣才可以將機械結構整體效果改變。如要將某種物料的細度改變，就可以適當調整機架所處位置，這樣就可以起到應有作用，經過調整后，物料的細度就會被原有縮減一半左右[3]。

2.5 加強模塊化設計

對于機械結構的模塊化設計來說，其模塊化設計方式與電子線路模塊化設計十分相似，要做好機械機構模塊化設計最重要的就是將產品相關部件按照一定的實施標準進行設計，最終構成新型模塊，如對于大型起重機來說就是利用三合一驅動設計，其主要部分包括減速設備、電動設備等，其中，電動設備主要是促進電動機運行，而減速設備的形式有兩種：①行星減速設備；②擺線針減速設備，之所以要應用減速設備，其原因在于該設備不僅重量較輕，整體結構也很緊湊尤其是組合原理的應用，可以讓一些模塊現有功能不斷提升，此外，還與其可以與各種機床相結合有一定關系，在兩者結合以后，機械的運行也要比以前便利很多。

3 結論

通過以上研究得知，原有的機械難以滿足社會發展需要，且多數機械在構成上過于相似，無法給使用者帶來新意，針對這種情況就需要機械設計工程師聯系實際情況，將現代先進技術融入到機械結構設計中，并從力流控制、均勻分布荷載、平衡設計力、重視自適應力以及加強模塊化設計等方面入手，只有這樣為機械結構設計創新奠定基礎。

[1]田君，韓立發.基于卓越工程師培養目標下機械設計基礎課程教學的改革[J].東莞理工學院學報，2013，01：100～104.

[2]陸建榮.機械結構設計的創新性探討[J].機電工程技術，2014，12：243～245.

[3]談惠娟.對機械結構設計的創新性探討[J].科技資訊，2014，02：96.

TH122

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1004-7344（2016）16-0320-02

2016-5-22