機械結構設計中的創新設計及應用方法探究

陳信機

摘 要：在機械結構設計中引入變元法，能夠較好的提高機械設計的效果。變元法中的形狀變元、位置變元、尺寸變元、數量變元和材料變元等都對機械結構設計中元器件的設計起到了非常重要的作用。然而，對于機械設計來說，創新設計方法研究的道路仍需要不斷的探索。

關鍵詞：機械結構設計；創新設計；應用方法

1導言

機械結構要在總體設計完成的情況下才能夠進行整體設計，整體的機械結構設計完成之后才能夠進行接卸結構的調整。要想得到比較精細化的機械結構設計原理圖，就是要將總體設計進行完善，然后將機械結構的整體設計進行調整之后，這樣才能夠體現出機械結構設計原理圖的作用及功能。在進行實際的機械結構設計時，要將其中的零件的參數進行標注，這樣一來有助于零部件進行組裝。在將零部件進行參數的標注時，還要對零部件的精準度進行詳細的檢查，保證每一個零部件的精準度都符合標準。變元法起源于德國，作為一種創新方法，在機械結構設計行業得到了廣泛應用。機械結構設計中應用變元法時，要對機械設計的基本結構進行深入的研究，在對機械設計的基本框架有了深入的了解之后才能夠將機械的零部件進行合理的調整和完善。變元法重要內容有兩方面，一是將機械零部件中的一些部件進行注釋說明，對零部件中的主要含義進行解釋，對于零部件的數量、位置、尺寸、形狀、連接和工藝這些內容進行重點的研究和分析。二是在對機械結構設計中的零部件檢查和調整之后，研究其創新設計，改善原來的方案，從而使機械結構設計更加完美，更適應機械設計的發展。

2機構運動方案實驗設計

2.1實驗教學目的

實驗教學具有兩個目的：一是深化理解機構運動的基礎知識，熟悉基本桿組概念，奠定好創新型實驗設計的理論基石；二是利用各類相關聯的桿組，拼接對應的平面機構，激發學生的創新設計思維，培養學生的綜合技能。

2.2實驗平臺搭建

根據機構運動的基礎知識，擬定實驗所需的機構運動尺寸、運動方案，利用實驗臺所提供的各類桿組零件，依照實驗內容搭建機構運動的傳遞順序。實驗時，一是區分各類機構件所運動的區域范圍，避免發生運動干涉；二是按照預定機構運動方案搭接或拼接，需注意，拼接的參考面和構件運動平面達到外伸的機構運動層面數愈小，其運動平穩度愈好。因此，在實驗時將機構件的運動層面采用交錯排列方式進行拼接，可使運動平穩。所使用的實驗平臺由五根沿 X 方向可移動的鉛垂立柱和在立柱上有若干可沿 Y 方向移動的滑塊組成，如圖 1 所示。實驗時，以面對操作者的鉛垂面為機構拼接的參考面，操作者先雙手扶穩立柱，輕推立柱左右移動，到達預定位置后將立柱兩端的螺栓擰緊鎖住立柱；然后，輕推滑塊上下移動，到達預定位置后將滑塊螺栓擰緊鎖定在立柱上。通過此類操作方式，人們可在 X、Y 平面內確定活動構件相對機架的連接位置。

圖 1 實驗臺 機架

2.3典型機構運動創新設計

可實驗的機構運動方案均具有基礎知識與實踐相結合的特性，每個機構運動方案都可根據運動示意圖推算出機構件的尺寸或相對位置，再進行機構桿組的拼接拆分完成實驗目的。能完成機構運動創新實驗的有：蒸汽機機構、插床的插削機構、刨床導桿機構、曲柄滑塊機構與齒輪齒條機構的組合等 16 種機構。因此，可要求學生發揮創新思維和實踐動手能力來進行機構創新實驗。

3材料變元

機械結構的設計中具有多種類型的原材料，每一種原材料都具有不盡相同的作用，因此在面對不同的機械結構設計時，要根據各自要求對原材料進行不同方式的選擇。這時，不同原材料的作用和功能就能夠較好地體現出來。將原材料進行不同方式的加工之后就能夠運用到機械結構設計中，進行新型設計方法的研究。通過運用變元法，能夠較好地實現新方案研發。變元法在實際的運用中就是將機械結構設計中的各種變量進行改變沒然后得到的結果不會改變的情況下，來實現機械結構中的接卸設計。

4數量變元

變元法中的零部件的結構原理包含兩個基本元素，加工面和工作面。除此以外，產品的結構原理中還包含對零部件整體和零部件自身等一些元素。這些元素決定了產品質量的好壞，因此，通過將這些基本元素進行調整之后就能夠得到想要的產品。例如，對于一些設計相對較為簡單的產品來說，通常都是采用直線形狀，比如螺絲的設計主要因素就是防止松動脫落，因此，在進行螺絲的設計時，要考慮到用什么方法降低螺絲的松動率。可以利用彈簧墊，能夠使彈簧起到有效的緩沖作用。這樣一來能夠有效的提高機械設計的工作效率，減少施工量。

5位置變元

位置變元，從表面意思上看是將機械結構設計中的每一個零部件進行位置的變化，來實現位置變元，從而達到理想的結果。例如，在進行一些零部件的焊接時，應當盡量將零部件的位置進行合理的調整，使其焊接的位置盡量靠中間，這種焊接方法能夠有效的降低零部件發生變形，防止元器件發生不規則扭曲的現象。通過位置變元，還能夠將整體的部件結構空間降低，提高了空間的使用率。

6尺寸變元

尺寸變元的意思就是將零部件進行尺寸上的調整，然后使零部件得到最好的優化。尺寸變元在實際的機械機構設計中是將零部件進行形狀上的改變，也就是說對零部件的形狀進行適當的優化。這一點可以通過改變零部件的長、寬、高和各方面的尺寸參數，將零部件進行優化完善。例如，在進行冷沖壓彎曲設計時，就需要將材料的適當的變化之后，更好的進行冷沖壓彎曲設計。通過將草料進行冷沖之后還能夠進行一定的角度改變，使零部件的角度更加完美。同時，如果要對零部件進行尺寸的變化，在此之前要將零部件的彎曲角度進行詳細的測量和計算，保證零部件變換之后不會影響材料整體的質量。

7形狀變元

形狀變元就是將元器件進行形狀的調整之后得到機械結構設計中所需要的形狀。在機械結構設計中將零部件進行形狀變元是為了更好的達到機械設計的目的。例如，在進行彈簧的安裝時，由于彈簧具有很多不同的種類，因此，通過應用彈簧進行安裝的元器件也就有多種不同的類型。在實際的機械結構設計中應用彈簧時，要根據彈簧不同的物理特點，不能夠將彈簧過分的進行壓緊，這樣會導致彈簧失去了彈性作用。

8結語

創新是行業發展的靈魂，是實現企業競爭力的源泉，有利于企業獲得更大的上升空間，以滿足社會的發展需求。現階段，市場需求開始呈多元化趨勢，傳統的設計理念使企業的發展受到了限制，無法發揮其實際作用。對此，應強化創新設計理念，對機械結構進行優化，從而實現最優設計效果。

參考文獻

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（作者單位：東莞鈿威電子科技有限公司）