喬 石 邵 婉

（煙臺北方星空自控科技有限公司，山東 煙臺 264670）

科技創(chuàng)新論壇

當(dāng)前機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的創(chuàng)新設(shè)計分析

喬 石 邵 婉

（煙臺北方星空自控科技有限公司，山東 煙臺 264670）

隨著時代的發(fā)展與科技的進(jìn)步，人們對于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計日益重視。從國家層面來講，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新反映了一個國家的綜合實力；從小處說，只有不斷進(jìn)行創(chuàng)新，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計才能不斷滿足人們的需要。論文結(jié)合筆者研究，以變元法為基礎(chǔ)，探討了新時期機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的創(chuàng)新。

機(jī)械；結(jié)構(gòu)設(shè)計；創(chuàng)新；設(shè)計

時代的發(fā)展與社會的進(jìn)步對創(chuàng)新提出了進(jìn)一步的要求。創(chuàng)新是一個民族進(jìn)步的靈魂，是一個國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動力，對于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計來說也同樣如此。對于設(shè)計者來說，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中進(jìn)行創(chuàng)新是一項非常具有挑戰(zhàn)的任務(wù)。只有充分了解機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的必要性，才能取得最佳的設(shè)計效果。

一、新時期機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中創(chuàng)新的必要性分析

時代的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步對機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的思想與理念提出了新的要求。新時期，如何使機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足社會發(fā)展與人們?nèi)粘５墓ぷ髋c生活的需求成為必須迫切思考的問題。解決這一問題的有效途徑就是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中融入創(chuàng)新精神與創(chuàng)新理念。創(chuàng)新并不是憑空創(chuàng)造，而是在現(xiàn)有理論與實踐的基礎(chǔ)上進(jìn)行有效的發(fā)展。對于機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計來說，設(shè)計者就是要思考如何利用已經(jīng)存在的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理念，將其與創(chuàng)新思維相結(jié)合，從而實現(xiàn)不同構(gòu)件、模塊的優(yōu)化組合，以便制造出能夠滿足人們需求的機(jī)械結(jié)構(gòu)部件。新時期機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新就是要求設(shè)計者能夠從機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)在規(guī)律入手，不斷實踐。

二、基于變元法的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新

（一）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計時進(jìn)行材料變元

機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計離不開材料的科學(xué)選擇，可以說機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的成敗決定了合理的材料選擇。比如說在設(shè)計液浮式陀螺時，如果馬達(dá)定子殼所使用鋁質(zhì)材料，而將合金鋼作為轉(zhuǎn)子軸的材料，那么因為其膨脹系數(shù)的不同導(dǎo)致其在運行時可能因為定子與轉(zhuǎn)子軸向尺寸的變化，導(dǎo)致液浮式陀螺馬達(dá)運行故障。所以設(shè)計時就必須重視材料變元的科學(xué)運用，合理利用材料。

（二）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計時進(jìn)行數(shù)量變元

眾所周知，完整的機(jī)械結(jié)構(gòu)是一個成熟的系統(tǒng)，包含各種不同的零件，這些零件雖然作用不同但是都發(fā)揮著作用。在設(shè)計時，設(shè)計人員就必須不斷計算，并將計算結(jié)果與機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計相比對，及時改進(jìn)。如果發(fā)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在冗余零件結(jié)構(gòu)，則需要及時更換淘汰。對于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新就要求設(shè)計人員及時調(diào)整機(jī)械結(jié)構(gòu)的零部件，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)、合理。設(shè)計時可以減少零件或者將部分零件合并，通過減少了零件的數(shù)量，提高其互換性，從而提高了機(jī)械結(jié)構(gòu)的性能。比如說鑄件的結(jié)構(gòu)性裝必須簡單，此時就應(yīng)該采用直線型的輪廓。而螺紋連接結(jié)構(gòu)中，要想避免螺絲松動問題，就可以把螺釘、墊圈以及彈簧墊片功能整合，減少零件數(shù)量并滿足功能。

（三）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計時進(jìn)行位置變元

機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中如果調(diào)整零件的位置，則可能導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的整體性能發(fā)生變化。在一些機(jī)械設(shè)備中，其傳動裝置的齒輪要求必須貼合無間隙，但是在加工過程中往往做不到這樣的要求，齒輪的孔距難以得到有效的控制。雖然可以采取其他的設(shè)計形式，但是可能又會受到空間的限制。所以設(shè)計師必須通過位置變元，以此來不斷調(diào)整機(jī)械機(jī)構(gòu)各零部件之間的孔距與距離，進(jìn)而實現(xiàn)創(chuàng)新，改善性能。

（四）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計時進(jìn)行尺寸變元

機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新時還應(yīng)該保證機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的外觀、外形尺寸以及安裝等屬性與要求。所以說，設(shè)計者必須保證機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計時的尺寸變元，不斷找到最佳的零件應(yīng)用尺寸，實現(xiàn)零件應(yīng)用方案的優(yōu)化。除了要注重零件的性能外，還應(yīng)該對零件的外形、尺寸進(jìn)行一定的變化或者修正，保證機(jī)械結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)的正常。在平時對機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)該盡量縮小零件的尺寸并且將機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊化，以便內(nèi)部零件的不斷協(xié)調(diào)運行。這樣可以直接縮小機(jī)械結(jié)構(gòu)的外形。

（五）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計時進(jìn)行形狀變元

設(shè)計人員要關(guān)注機(jī)械結(jié)構(gòu)中零件表面極其整體形狀、輪廓等，通過設(shè)計實現(xiàn)零件形狀的改變，從而改善機(jī)械結(jié)構(gòu)的性能、外形或者功能。例如在設(shè)計某一機(jī)械結(jié)構(gòu)時，要求其發(fā)揮彈簧壓力壓緊零件，就可以在設(shè)計時將彈簧類型（壓簧、拉簧、扭簧、板簧等）和被壓零件形狀（圓柱面、平面、螺旋面、球面等）進(jìn)行反復(fù)組合，在所得到的各種方案中選擇最佳組合。

（六）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計時進(jìn)行連接變元

機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的連接方式與方法比較多，不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)需要選擇不同的連接方式。所以設(shè)計人員要具有將不同連接結(jié)構(gòu)以及連接方式進(jìn)行相互調(diào)換、調(diào)整以及改變的思維，從而獲得眾多不同類型的機(jī)械結(jié)構(gòu)類型。比如說一些機(jī)械部件需要經(jīng)常拆卸，在選擇連接結(jié)構(gòu)時就應(yīng)該選用一些既能夠連接可靠也能夠便于拆卸的連接結(jié)構(gòu)。這種類型在生活中可以經(jīng)常看到，尤其是手機(jī)機(jī)蓋或者兒童玩具產(chǎn)品中較為多見。

（七）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計時進(jìn)行工藝變元

使用不同工藝方法裝配起來的機(jī)械結(jié)構(gòu)可能其性能也不同，在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)該考慮到這一點，否則可能出現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品無法滿足設(shè)計需求的局面。設(shè)計人員所要做的就是要熟練掌握各種加工工藝，并能夠在此基礎(chǔ)上進(jìn)行反復(fù)試驗。通過仔細(xì)分析，找到零件結(jié)構(gòu)工藝中可能存在的問題，從而提出相應(yīng)的修改意見。在一些機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計與推廣中，一些機(jī)械結(jié)構(gòu)的加工與制造可能與傳統(tǒng)方法不同，設(shè)計人員需要予以極大的關(guān)注，以便其能夠保證機(jī)械結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與性能。

結(jié)語

綜上所述，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新具有非常重要的意義，是滿足人們需求，促進(jìn)社會進(jìn)步與發(fā)展的不竭動力。對于設(shè)計者來說，要不斷探尋機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新點，不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用創(chuàng)新思維、創(chuàng)新理念替代傳統(tǒng)設(shè)計理念與方法。這就要求設(shè)計者必須具備高昂的斗志、敏銳的觀察力以及源源不斷的靈感，最重要的則是要有較高的專業(yè)素質(zhì)。只有這樣才能不斷創(chuàng)新機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，滿足社會與生活的需要。

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