关于机械结构设计的研究

王巍巍

吉林吉恩镍业股份有限公司 吉林 磐石 132311

引言

机械结构设计的好坏,直接决定该产品的使用寿命以及力学性能,因此机械结构设计,在整个工程或产品中尤为重要。下面讲述了有关机械结构设计的内容。

1 机械结构设计中创新设计的意义

基于新时期,社会发展呈现多元化,机械结构也要与时俱进,实现多样化发展,切实提升机械产品的性能,为整个社会工作效率的提升奠定基础。基于此,要突破传统设计的限制与束缚,摆脱结构单一与应用范畴的限制,为行业发展开拓新思路。为此,机械结构设计人员要增强创新思想,加快新材料、新工艺与新结构等的应用,突破常规设计思想的限制,在本质上对机械结构设计进行创新,为现代机械制造业的发展融入新的活力与生命力,推动其实现稳定与健康发展。

2 机械产品结构设计的相关要点

2.1 设计创新

在一般情况下,机械产品的结构设计主要包括功能与质量两大内容,对于产品功能,结构设计体现在材料、技术以及使用可靠性等方面,而质量设计,则应该在满足各大要求与标准的前提下,提升产品的性价比,为其市场的拓展奠定基础,这是现代设计的特点。设计创新是在满足以上要求的基础上,通过一定的结构设计,创造产品在安全、环保以及价格方面的优势,例如利用变元设计,能够构造出更佳的结构空间,节省材料,提升产品性能与内涵,这都将成为机械产品结构设计的竞争优势。

2.2 优化方案

机械产品结构设计具有一个重要的目的,即优化方案,在一般情况下,结构设计主要是在大量的设计方案中找到具有可行性的最优方案,首先,设计人员应该创造出众多可供选择的方案;然后再对挑选出的方案进行一定的结构优化,在材料、衔接方式以及外观等各方面挖掘方案的优化潜力;最后,再使用变元法对结构设计赋予一定的内涵,对变元法的使用应该在明确产品主要结构的基础上拓展出多种的其他结构,从而实现对结构的变元。不断的变元与比较,能够有利于设计人员选择出最优的设计方案,从而设计出更具有市场与性价比的产品,为企业创造更大的经济效益。

2.3 提升结构设计质量

机械产品结构设计质量的提升一般从结构的强度、精度与硬度三大方面的入手,第一,为了满足结构的强度要求,在设计过程中工作人员应该最大程度降低结构的悬臂长度,从而提升结构的牢固性与稳定性;第二,在产品的使用过程中,极其容易产生振动,从而造成各大零件的摩擦,因此,为了避免零件变形对结构稳定性的干扰,设计人员应该尽量降低局部压力的传播,避免产生结构受力不平衡;第三,设计过程中,应该避免由于零件拉力增大造成了结构扭曲,因此,设计人员应该重视对材料的选择与应用,减小产品结构在局部受到的强度冲击;最后,结构设计应该严格遵守阿贝原则,从而更好地避免精度误差的产生,降低对结构的损坏。总而言之,提升机械产品结构设计质量对产品性能来说起着非常重要的作用。

3 变元法的具体应用解析

3.1 工艺变元

不同的制造工艺,对机械元件的性能也有影响,不同性能的机械元件会影响到整个产品的结构和质量。因此在机械结构设计中,要充分考虑到机械整体性能和特点,分析和研究零件的结构工艺、加工工艺是否合理,一旦发现问题,应及时予以纠正。

3.2 材料变元

机械设计和制造过程中,可以利用的材料很多,每一种材料的作用、性能、加工方式及加工后的性能都各不相同,利用变元法进行材料变元,就是为了寻找最符合机械设计要求的材料,将材料性能和机械本身的性能完全发挥出来,达到最优的设计效果。例如在配电机械中,阀门部分除了应考虑其绝缘属性外,还应考虑阀门推拉时的灵活性,因此,瓷器和橡胶制品虽然都具有绝缘属性,但在实配件应用中,瓷制器元件比塑胶元件更符合机械应用。

3.3 数量变元

产品结构中存在的基本元素包括加工面、工作面、轮廓面、轮廓线及零件本身。数量变元就是从这些基本元素入手,通过对其调整,达到改变机械结构的目的。这在生活中极为常见。例如：在螺纹连接结构中,通常需要弹簧垫圈和螺钉两个元件同时安装使用,这样在实际操作中,太过繁杂[1]。若采用数量变元的方法,将螺钉、垫圈和弹簧垫圈设计成三功能合一的带有防松措施的防松螺钉,提前将其组装备好,既减少零件数量又方便产品施工时的装配。

3.4 形状变元

形状变元就是将元器件进行形状调整之后得到机械结构设计中所需要的形状。在机械结构设计中将零部件进行形状变元是为了更好的达到机械设计的目的。 例如：在设计石化设备时,考虑到石油的腐蚀性,为了尽量减少器元件的接触面积,相关元器件应遵循面积最小的原则,尽量设计成球体结构或者圆柱体结构。

3.5 连接变元

机械结构中的链接包括两个方面,其一是指连接方法,通常包括了螺纹、焊接、铆接、胶接联接和盈联接。其二则是不同连接方法中的联接结构,这就表明可以通过调整联接结构,实现多种类的结构类型。这类设计在生活中极为常见,这在生活中也很容易找到原型[2]。例如：为了拆机方便,移动手机的外壳通常设计成可以快速拆装的连接结构,满足人们更换相关配件的需求。

3.6 尺寸变元

尺寸变元简单来说就是通过改变器元件的尺寸,使该元件达到能满足机器的安装使用的最优效果。要做到这一点,通常要考虑元件的长短、距离及角度等方面的因素[3]。例如：在冷冲压弯曲工艺中,考虑到材料产生的弹性变形,对弯曲件的弯曲度要求比较严格,在弯曲件在成型后,则需再次进行工序修复,以满足对弯曲度的要求。

3.7 位置变元

一个机械往往有很多种不同的器元件组成,器元件有于其各自的联系不同、作用不同,其最优位置也各有不同。对机械设计进行位置变元,通俗来讲就是通过对元件的空间位置进行调动、测试,以确定其最优位置,最终达到整体优化的目的[4]。例如在焊接元器件的时候应该把焊接的位置固定在对称抽的位置,这样就可以有效防止器元件发生变形扭曲,增加部件群的整体协调性、美观性,同时能有效的利用空间,置放其它元件,实现有限空间的高效利用。

结语

机械结构设计对机械设计的成败起着举足轻重的作用,机械结构设计中要求设计者具备扎实的专业和技术知识,同时用敏锐的分析能力和思维创新能力,发挥出极大的想象空间来设计,从而创造出新的机械结构方案,最终实现提高机械产品竞争优势,达到机械制造加工企业的社会经济效益最大化。