机械结构设计中的创新设计

关全

（池州学院，安徽 池州 247100）

机械结构设计中的创新设计

Innovative design in mechanical structure design

关全

（池州学院，安徽 池州 247100）

随着社会的发展和进步，不断研究科学技术，越来越重视机械结构设计，从国家规划方面来说，创新设计机械结构能够体现国家综合国力；从企业和其他方面来说，只有经过不断创新，才能充分满足人们对于机械设计的实际需求。本文主要依据变元分析方式，创新机械结构设计。

机械；结构设计；创新设计

民族发展的基础就是创新，同时也是国家发展和兴旺的动力，对于设计机械结构来说也具有同样的道理。在设计机械结构的时候需要合理进行创新，保证了解创新机械结构的作用和意义，确保能够获得最符合规范的设计效果。

1 结构创新设计新方法——变元法

（1）数量变元。设计机械产品结构的时候，基本元素有工作面、加工面，轮廓线、轮廓面以及零件本身。改变和调整设计结构中的基本元素数量来达到改变设计机械结构的目的。例如，设计铸件结构的时候要求简单，尽可能利用直线来修饰轮廓。连接螺纹结构的时候，为避免出现松脱螺栓问题，需要同时使用和安装弹簧垫圈和螺钉。但是在设计的时候也可以把螺钉设计为具备弹簧垫圈、垫圈、螺钉等功能的零件，安装螺钉的时候具备一定防松螺钉，不但能够方便安装，也可以适当降低零件使用数量。

（2）形状变元。调整机械零件的整体形状、零件类型、零件表面、零件规格、零件整体轮廓也能达到改变设计机械结构的目的。例如，想要利用弹簧形成的压紧力来达到压紧零件的目的，保障具备正确的位置。设计过程中可以从以下弹簧中进行选择，板簧、压簧、拉簧、扭簧，被压紧零件具备螺旋面、球面、圆柱面、平面，合理组合上述因素就能得到多种设计方案。设计中不适合设计过大的压簧压缩距离，要不然会十分容易导致出现失稳弹簧，如果需要比较大距离的时候，需要合理安装一定的导向结构，促使不会出现失稳现象，受到比较小的空间约束，不仅能够单独应用，也可以与绳索、遥杆等配合应用[1]。

（3）材料变元。设计机械结构的时候，具备多种设计材料，不同设计材料需要不同的零件尺寸、结构类型、加工工艺。合理调整材料变元也能达到创新设计结构的目的。如在设计钢材材料机械结构的时候，加大零件尺寸能够起到提高设计结构刚度和强度的目的。设计铸铁结构的时候，利用隔板和加强筋来达到提高结构强度和刚度的目的。设计塑料结构的时候，具备匀称并且相近的壁厚和筋板。

（4）位置变元。适当调整设计机械结构中各种元素之间的相应位置，能够达到优化设计结构的目的。例如，对焊缝位置进行安排的时候，焊缝需要靠近中性轴或者对应中性轴，以便于尽可能降低弯曲变形和收缩力矩。此外，把零件安装在有限空间中，不同摆放零件的位置会不同程序影响机械操作[2]。

（5）联接变元。联接变元主要具备两种含义：一是，联接方法主要有胶接方式、焊接方式、螺纹联接、铆接联接等；二是每种联接形式都具备不同的结构，所以，调整联接方式以及联接结构来达到多种设计结构的目的。例如，联接结构如果需要经常进行拆卸，就需要可靠联接结构，尽可能方便的进行拆卸，日常生活中经常能够发现上述结构，例如，在设计玩具的时候，结合螺钉和卡扣的方式，设计手机机盖的时候，建立方便进行拆卸的结构，给用户带来极大方便[3]。

（6）尺寸变元。尺寸变元包括距离、长度、角度等方便内容，调整零件尺寸能够达到整体改变结构的作用。如，在操作冷冲压弯曲工艺的时候，因为材料具备一定弹性形变，促使设计中需要严格规范角度，弯曲件成型之后，需要对工件进行整形。如果弯曲件增加Δα弯曲角度，存在2~3°变形是合理的，此时不需要进行整形。

（7）工艺变元。机械结构设计中不同工艺会一定程度影响整体结构，在制造机械零件的时候应用不同施工工艺、性能、质量差异、制造成本等会对机械零件结构造成影响。所以，分析设计机械零件结构工艺的时候，需要合理分析以及规范零件设计图纸，检测是否具备合理良好的零件结构，提出符合情况的修改建议。现阶段，不断研究和发展转配技术和加工工艺，推广应用机械手、机械人等，形成了很多新结构，相比较传统结构来说，需要注重新结构的研究和分析[4]。

2 结构的防腐蚀设计要点

结构防腐蚀性主要就是设备必须具备的功能，所以，在设计结构图纸的时候，需要合理分析上述问题，不仅需要选择合理的材料、零件，还需要从以下几方面来分析：一是机械设备防腐结构设计，确保具备完全干、空的停车期间，尽可能不在其中残留淤积介质，达到降低腐蚀设备的作用。二是重视结构间隙腐蚀。在设计机械结构的时候，会形成一定盲区结构，也就是手和视线不能触及的缝隙[5]。上述缝隙很有可能会因为沉积等因素导致严重破坏和腐蚀机械结构，从而会严重影响机械设备使用期限。如容器衬板结构、柳接结构、螺纹联接处、焊接点等。尽可能防止形成间隙结构来达到确保设计结构质量的目的。如果不能避免，在间隙中合理添加介质活着的密封间隙。如果上述方式都不能实现设计的根本目的，此时需要反之进行，合理扩大间隙，来达到保证设计质量的目的。三是直接接触不同金属有可能会促使结构出现腐蚀，应该合理隔离不同金属。四是减少高质量和高温度浓度梯度。高浓度梯度会在一定程度上形成沉淀物或者冷凝物，也会出现局部势差，从而导致腐蚀更严重。五是，设计中符合最小表面积规范，尽可能降低表面积。最合理的就是球体结构，其次就是圆柱体。

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[6]。

总而言之，不断创新机械设计结构对于社会发展以及满足人们需求十分重要，能够在一定程度上带动国家经济的发展。对于机械结构设计人员来说，不断优化设计结构，发展新的机械结构设计理念和思路，相比较传统设计方式来说，创新理念、创新思维能够促使具备更高水平的机械结构，要求设计人员具备敏锐洞察力、高昂斗志以及设计灵感，并且拥有相应专业素养，从而达到不断优化创新机械设计结构的目的。

[1] 万胜，王谊平，蒋伍，等. 浅析机械结构设计中的创新设计[J].科技风，2015（3）：110~110.

[2] 蔡逸夫. 探究机械结构设计中的创新设计[J]. 科技与企业，2013（12）：348~348+350.

[3] 翟普选. 浅谈机械结构设计中的创新设计 [J]. 中国机械，2014（5）：50~51.

[4] 陈吉丰. 机械结构设计中的创新设计应用[J]. 城市建设理论研究（电子版），2015（19）：8 319~8 320.

[5] 徐慧勇.浅析机械结构设计中的创新设计[J]. 黑龙江科技信息，2010（30）：46.

[6] 林荣森.试探究当前机械结构设计中的创新设计应用[J].中国机械，2015（6）：29~30.

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TH122

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

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.083

关全（1993-），男，本科学历，毕业于池洲学院，主要研究方向为机械设计制造及其自动化。

2015-11-22