机械结构设计中的创新设计应用

机械结构设计中的创新设计应用

发表时间：2017-06-14T12:07:25.367Z 来源：《电力设备》2017年第6期作者：王帅

[导读] 摘要：进行机械结构设计的创新具有极为重要的现实意义，并且是当前机械结构设计的重点发展趋势。

（哈尔滨电气股份有限公司河北秦皇岛 066206）

摘要：进行机械结构设计的创新具有极为重要的现实意义，并且是当前机械结构设计的重点发展趋势，而采用变元法的方式来调整与改变机械结构中的各个因素，能够实现整体机械结构的优化，进而创造出更多的优质机械产品，对机械结构设计起到了重要的作用，值得积极推广与应用。基于此，本文就针对机械结构设计中的创新设计进行分析。

关键词：机械结构设计；创新设计；应用

引言

对于机械设计而言引进变元法具有积极的作用和深远的意义。那么对于产品设计中元器件而言变元法将起到至为关键的作用很有可能将会影响产品的最后施工质量和好坏。那么对于机械设计而言寻找新的更为合适的方法来代替原来的老方法是目前我们迫切需要研究和进行思考的地方，这不仅要求我们的工作人员具有相当高的专业知识而且要求我们的工作人员具有相当高的实际操作意识和深厚的实际操作技能。变元法不仅只是能够运用在机械设计里面，对于我们生活中或者其它的工程施工一样能够起到帮助和优化的作用。

1 机械结构创新设计的重要性分析

当前机械已成为了我国重点产业之一，其生产与设计对机械制造行业发展而言有着重要的作用。其中机械结构设计不但与机械产品的实用性与可靠性息息相关，而且还与我国机械制造水平以及行业今后的发展有着重要的影响。但是就现阶段而言，我国虽已是机械制造大国，但我国大部分机械工艺都是在模仿西方国家先进机械工艺而来，而机械创造却难以得到有效突破，这在很大程度上制约了我国机械行业的发展水平。因此对我国机械结构进行创新设计，不但是提高我国机械行业的市场竞争力的有力途径，更是促进我国机械制造可持续发展的重要手段。

2 结构设计中的创新

2.1材料变元

在机械结构创新设计中，会涉及多种多样的材料，每种材料都有其相对应的零件规格标准、结构类型，以及加工工艺，使用不同的材料，设计和加工出来的零件在尺寸和结构上应当有所不同，而且零件加工的技术要求、加工时间也会有变化，这些不同和变化对整个产品的结构特征和质量产生了直接影响。因此，设计者在创新机械结构设计时，应当从材料变元的角度来思考和制定不同的设计方案，比如，在对钢材料的结构进行创新设计时，应当加大横截面的面积，这样能保证增加零件的刚度和强度。

2.2 数量变元

在机械产品中有很多的元素，像轮廓面、加工面、轮廓线和工作面等都属于机械元素，产品的结构中包括着工作面和加工面两类基本元素，数量变元就是从机械产品的每一个面和线等这些元素来考虑，通过改变机械产品中的这些元素的数量来改变产品的结构，从而可以得到更多的机械结构。

2.3 位置变元

所谓位置变元就是通过改变或者重新布置机械产品内部的基础元件的位置，来优化机械结构设计，获得新的设计方案，这就要求设计者在进行创新设计时要考虑产品每个基础元件的功能和作用，以及它们相互之间的联系，在科学合理的基础上改变它们的位置。比如，在空间有效的箱体内装配若干个零件，零件放置的位置不同，其装配的顺序也会不同，而且装配完毕后，具体的操作步骤和操作性能也不相同。同时，位置变元主要具有两方面作用：①机械产品经位置变元后能够有效地优化其空间，从而能够空出一定空间将更多元件安装进去，以此提升机械产品性能；②由于机械产品是由众多元器件所组成，通过对其进行位置变元处理而使得某些重要元器件得以安装在中兴轴上（或靠近），如此一来能够起到有效降低元器件因收缩力增强而出现变形扭曲。

2.4 尺寸变元

从尺寸变元可以看出就是讲一些元器件的形状进行改变从而达到优化的目的。我们可以调整的主要就是一些类似于长宽高等元器件的参数。举个例子：在一些冷冲压弯曲技术中，有些是需要材料进行弹性的变化的，那么如果非要材料达到方案中的角度就需要在材料冷冲以后再进行一些另外的整形，那么对于这些可以弯曲的材料的角度在进行变元前要进行严格的考虑和计算，避免材料不合格引起整体设计的变形和扭曲。其性能将会发生变化（如图 1 所示）。

2.5 工艺变元

工艺变元指的是通过调整机械零件制造工艺来对整体机械结构进行优化。由于元器件工艺决定着整体元器件的性能与结构，其选择的类型不同，对相应的产品所产生的影响也不相同。如若所选择的工艺技术不合理，则会直接影响到元器件的工艺参数以及整体元器件的质量。因此，在设计机械结构时，应当严格把关各个产品的制造工艺，并结合设计图纸来合理选择相应工艺，或是审核原定工艺是否合理、良好，并给出科学的修改意见。当前，随着转配工艺、加工工艺水平的提高，不少适用于新条件结构的工艺如机械手、机械人均得到了应

用于推广，相较于传统的机械加工而言有了很大差距，因此对该类工艺予以重视与研究。

2.6联接变元

联接变元主要指的是通过改变联接结构和联接方式而获得不同的结构方案的一种方式。其主要包括了两层含义：①联接方式，主要有铆接、焊接、胶接、螺纹联接以及过盈联接等。②各种联接方式均有树种联接结构。所以能够通过联接变元而得到树种结构类型。例如，常常需要拆卸的零部件结构，不仅应确保连接稳固，而且还应尽可能让拆卸变得便捷。如手机机盖设计成快速连接拆装结构，便于用户拆

卸；玩具产品中将螺钉与卡扣相结合安装等。

2.7形状变元

根据形状变元可以看出这一变元法主要就是对于元器件的整体进行调整变形以后得到一些需要的元器件，这样就可以达到机械设计的目的要求以及想要的元器件的参数。来达到最好的优化效果。举个例子：充分利用弹簧的弹簧弹性来进行元器件的安装，那么在进行安装时弹簧有很多种类型，那么相应的通过弹簧安装的元器件也就会有很多种不同的形状，就好像有圆柱型，平面型等等。那么我们可以充分利用这些元器件的形状来进行设计和优化作用。那么弹簧要考虑它的物理特性不能不起作用也不能过于压紧，因为前者不能讲弹簧的特性发挥出来，而后者将会使弹簧在以后的使用中失去它的弹性作用。那么弹簧一定要保持稳定不能够轻易的松动，弹簧的特性我们可以充分的利用，因为弹簧不仅体积小而且便于和各个元器件相互进行结合。

3 结构方案的评价与优化

综合分析多种设计方案，确保能够优中选优，在合理分析的前提下，评价的时候应用模糊综合评判方式。主要需要考虑的评价因素包括：社会效益，是否导致出现事故；经济指标，即人员、成本等；可操作性；是否具备成熟、完善的施工工艺；安全性和维修性等，基于此，在分析和研究机械结构的时候，对设计中比较关键和重要的机械或者零件建立一定数学模型，来不断优化结构设计。如果设计模型能够切实反映机械设备实际特点，此时优化结果能够为调整和改进机械设计结构提供保障和依据，从而最终达到综合优化产品设计结构的目的。增加国家实力就是需要不断发展和创新机械设工艺以及设备，随着不断发展创新科学技术，已经开始逐渐创新设计机械结构和测控设备的方法以及设计思路。为了能够完全符合实际发展需求，设计满足社会发展的机械设备，需要相关人员不断进行创新和实践，在设计机械结构的时候不断引进新技术、新理念。

结束语

总之，机械结构设计的任务主要在于根据特定方案来绘制出详细结构图，并将其所需功能实现的过程。其设计质量直接决定着最终机械产品质量。而机械结构设计工作是一项极具创新能力的工作，只有不断进行创新设计才能有效设计出优质的、与时代要求相符的机械产品。

参考文献

[1]展京洲.机械结构多对称及其在设计中的应用[D].浙江大学,2015.

[2]万胜,王谊平,蒋伍.浅析机械结构设计中的创新设计[J].科技风,2015,03:110.