關全

（池州學院，安徽 池州 247100）

機械結(jié)構(gòu)設計中的創(chuàng)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(fā)展和進步，不斷研究科學技術，越來越重視機械結(jié)構(gòu)設計，從國家規(guī)劃方面來說，創(chuàng)新設計機械結(jié)構(gòu)能夠體現(xiàn)國家綜合國力；從企業(yè)和其他方面來說，只有經(jīng)過不斷創(chuàng)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(jù)變元分析方式，創(chuàng)新機械結(jié)構(gòu)設計。

機械；結(jié)構(gòu)設計；創(chuàng)新設計

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

1 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設計新方法——變元法

（1）數(shù)量變元。設計機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(diào)整設計結(jié)構(gòu)中的基本元素數(shù)量來達到改變設計機械結(jié)構(gòu)的目的。例如，設計鑄件結(jié)構(gòu)的時候要求簡單，盡可能利用直線來修飾輪廓。連接螺紋結(jié)構(gòu)的時候，為避免出現(xiàn)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?shù)裙δ艿牧慵惭b螺釘?shù)臅r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(shù)量。

（2）形狀變元。調(diào)整機械零件的整體形狀、零件類型、零件表面、零件規(guī)格、零件整體輪廓也能達到改變設計機械結(jié)構(gòu)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(xiàn)失穩(wěn)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(jié)構(gòu)，促使不會出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)類型、加工工藝。合理調(diào)整材料變元也能達到創(chuàng)新設計結(jié)構(gòu)的目的。如在設計鋼材材料機械結(jié)構(gòu)的時候，加大零件尺寸能夠起到提高設計結(jié)構(gòu)剛度和強度的目的。設計鑄鐵結(jié)構(gòu)的時候，利用隔板和加強筋來達到提高結(jié)構(gòu)強度和剛度的目的。設計塑料結(jié)構(gòu)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(diào)整設計機械結(jié)構(gòu)中各種元素之間的相應位置，能夠達到優(yōu)化設計結(jié)構(gòu)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(lián)接變元。聯(lián)接變元主要具備兩種含義：一是，聯(lián)接方法主要有膠接方式、焊接方式、螺紋聯(lián)接、鉚接聯(lián)接等；二是每種聯(lián)接形式都具備不同的結(jié)構(gòu)，所以，調(diào)整聯(lián)接方式以及聯(lián)接結(jié)構(gòu)來達到多種設計結(jié)構(gòu)的目的。例如，聯(lián)接結(jié)構(gòu)如果需要經(jīng)常進行拆卸，就需要可靠聯(lián)接結(jié)構(gòu)，盡可能方便的進行拆卸，日常生活中經(jīng)常能夠發(fā)現(xiàn)上述結(jié)構(gòu)，例如，在設計玩具的時候，結(jié)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(jié)構(gòu)，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(nèi)容，調(diào)整零件尺寸能夠達到整體改變結(jié)構(gòu)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(guī)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(jié)構(gòu)設計中不同工藝會一定程度影響整體結(jié)構(gòu)，在制造機械零件的時候應用不同施工工藝、性能、質(zhì)量差異、制造成本等會對機械零件結(jié)構(gòu)造成影響。所以，分析設計機械零件結(jié)構(gòu)工藝的時候，需要合理分析以及規(guī)范零件設計圖紙，檢測是否具備合理良好的零件結(jié)構(gòu)，提出符合情況的修改建議?，F(xiàn)階段，不斷研究和發(fā)展轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)，相比較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)來說，需要注重新結(jié)構(gòu)的研究和分析[4]。

2 結(jié)構(gòu)的防腐蝕設計要點

結(jié)構(gòu)防腐蝕性主要就是設備必須具備的功能，所以，在設計結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhì)，達到降低腐蝕設備的作用。二是重視結(jié)構(gòu)間隙腐蝕。在設計機械結(jié)構(gòu)的時候，會形成一定盲區(qū)結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，從而會嚴重影響機械設備使用期限。如容器襯板結(jié)構(gòu)、柳接結(jié)構(gòu)、螺紋聯(lián)接處、焊接點等。盡可能防止形成間隙結(jié)構(gòu)來達到確保設計結(jié)構(gòu)質(zhì)量的目的。如果不能避免，在間隙中合理添加介質(zhì)活著的密封間隙。如果上述方式都不能實現(xiàn)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(zhì)量的目的。三是直接接觸不同金屬有可能會促使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)腐蝕，應該合理隔離不同金屬。四是減少高質(zhì)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(xiàn)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(guī)范，盡可能降低表面積。最合理的就是球體結(jié)構(gòu)，其次就是圓柱體。

3 結(jié)構(gòu)方案的評價與優(yōu)化

綜合分析多種設計方案，確保能夠優(yōu)中選優(yōu)，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(xiàn)事故；經(jīng)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(jié)構(gòu)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(shù)學模型，來不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)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(yōu)化結(jié)果能夠為調(diào)整和改進機械設計結(jié)構(gòu)提供保障和依據(jù)，從而最終達到綜合優(yōu)化產(chǎn)品設計結(jié)構(gòu)的目的。增加國家實力就是需要不斷發(fā)展和創(chuàng)新機械設工藝以及設備，隨著不斷發(fā)展創(chuàng)新科學技術，已經(jīng)開始逐漸創(chuàng)新設計機械結(jié)構(gòu)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(fā)展需求，設計滿足社會發(fā)展的機械設備，需要相關人員不斷進行創(chuàng)新和實踐，在設計機械結(jié)構(gòu)的時候不斷引進新技術、新理念[6]。

總而言之，不斷創(chuàng)新機械設計結(jié)構(gòu)對于社會發(fā)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(jīng)濟的發(fā)展。對于機械結(jié)構(gòu)設計人員來說，不斷優(yōu)化設計結(jié)構(gòu)，發(fā)展新的機械結(jié)構(gòu)設計理念和思路，相比較傳統(tǒng)設計方式來說，創(chuàng)新理念、創(chuàng)新思維能夠促使具備更高水平的機械結(jié)構(gòu)，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(yè)素養(yǎng)，從而達到不斷優(yōu)化創(chuàng)新機械設計結(jié)構(gòu)的目的。

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

[2] 蔡逸夫. 探究機械結(jié)構(gòu)設計中的創(chuàng)新設計[J]. 科技與企業(yè)，2013（12）：348~348+350.

[3] 翟普選. 淺談機械結(jié)構(gòu)設計中的創(chuàng)新設計 [J]. 中國機械，2014（5）：50~51.

[4] 陳吉豐. 機械結(jié)構(gòu)設計中的創(chuàng)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(jié)構(gòu)設計中的創(chuàng)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(jié)構(gòu)設計中的創(chuàng)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(yè)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