試析機械結構的創新設計與優化

高新紅

摘 要：文章以變元法這一機械結構設計方法為例，簡要介紹了變元法包含的七種不同類型的變元方法，并詳細介紹了機械結構應注意的防腐蝕細節，最后舉例闡述了機械結構設計的創新方案。

關鍵詞：機械結構；創新設計；優化；變元法

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）05-0104-02

當前，人們在對機械結構設計展開評價時，通常所使用的方法為模糊綜合評價法。即在挑選一個最優方案時，對機械的關鍵零部件展開可靠性設計，以達成結構的最優化。本文擬選用鉆井轉盤為大家詳細介紹變元法在機械結構設計中的運用。

1 變元法簡介

變元法的含義通常有兩個：

①定義機械結構的變元，主要包括如下七個部分：數量、形狀、材料、位置、聯接、尺寸、工藝。

②借助改變這七大變元，創新性的構造出更多的結構方案。下面為大家詳細地介紹變元法中所包含的七類變元。

1.1 數量變元法

機械設備結構里零件相關部分的元素，比方說輪廓線、工作面及加工面，甚至于整個零件都可以看成是基本元素，可借助更改機械結構里基本元素的數量達成機械結構的改變。

1.2 形狀變元法

更改機械結構零件的表面形狀和零件的類型及規格均可以獲得不一樣的結構方案。

1.3 材料變元法

零件采用不一樣的工程材料通常會造成此零件尺寸結構的相應變化，同時加工工藝也會產生變化，進而影響整臺機械的結構，所以借助改變材料變元可以形成不同的結構方案。

1.4 位置變元法

借助改變機械結構里基本元素間的布局位置可獲得不一樣的結構方案。

1.5 聯接變元法

此變元法通常包含兩層意思：

①聯接方式，包含螺紋聯接、鉚接及盈聯接等。

②對每一類聯接方式均具有多類聯接結構。借助改變聯接方式及聯接結構獲得不一樣的結構方案。

1.6 尺寸變元法

尺寸包含長度及角度等，借助改變零部件和構件的尺寸可獲得一樣的機械結構。

1.7 工藝變元法

結構設計和工藝有著異常緊密的聯系。鑒于零件的制造工藝不一樣，零件與機械的制造費用、質量和性能也會不一樣，進而影響機械設備的結構。

2 機械結構應注意的防腐蝕細節

機械結構的防腐蝕設計對于機械結構的創新及優化而言具有至關重要的意義，為了更好地完成機械結構的優化，各機械設計企業在進行機械設計的過程中理應注意如下防腐蝕細節：

①必須確保設備的機械結構于停車期間完全空干，以防止因介質殘留淤積而造成的腐蝕。

②防止間隙結構的出現，以杜絕腐蝕介質的入侵。

③高溫及高質量濃度將導致沉淀物及冷凝物的出現，進而增加腐蝕幾率，因此設計人員在結構設計時必須避免此類現象的出現。

④異類金屬接觸可能導致接觸性腐蝕出現，因此設計人員在進行結構設計時理應盡可能地將異類金屬有效地隔絕開來。

⑤避免高速流體接觸流道壁面，以降低侵蝕腐蝕。

⑥遵守最小化表面積原則，也就是說在容積一樣的情況下讓結構被腐蝕的表面積最少，比方說球體結構最好，其次便為圓柱體。

3 機械結構創新設計與變元法應用

我們在對某一結構的設計方案展開評價時，理應對其將帶來的經濟效益、所具有的工藝性、技術可行性等相關指標進行綜合的考量，隨后從諸多備選結構方案中選出最佳的結構方案。在機械結構方案已然確定的情形下，也可對重要結構或零件展開不同變元的研究，甚至于變元間展開綜合的聯合修改，已實現優化設計的目的。此外，也可選用某些數學模型，之所以建議大家選擇數學模型，主要是由于數學模型能夠較好地介紹結構設計中的尺寸及數量變元，同時還能夠對材料變元展開間接的介紹。

以機械設備的不同要求及特征為依據，綜合使用不同變元，使用設計人員掌握的經驗和知識，借助創造性思維的方法，設計出不一樣的機械結構。比方說如下轉盤結構。

在以上三大結構圖里，假如把結構設計方案1（如圖1所示）里的錐齒輪間與主軸承二者之間的位置進行調整，且借助調整位置變元，接著再改變水平軸位置的左軸承形狀，即借助更改形狀變元后得到結構設計方案2（如圖2所示）。假如更改方案1里的主軸承及齒輪的尺寸、大小與數量，且借助調整二者的數量變元與尺寸變元，隨后再調整齒輪構件及軸承零件的位置，再改變位置變元，即能夠得到設計方案3（如圖3所示）。從以上分析上我們可以得出這樣一個結論：即以上三大不同類型的轉盤結構方案都可采用變元法較好的實現。如果進一步運用變元法，同樣可以獲得更多類型各異的結構設計方案。

借助對比以上三大結構方案，綜合研究社會效益可行性與制造工藝等諸多內容，我們可以得出這樣的結論：方案2系三大方案中最佳結構組合。某一機械結構方案的綜合評估，理應以實際使用效果充當最后評估的事實依據。如果對轉盤結構里的齒輪構件展開進一步的可行性分析與優化設計，同時對滾動軸承和齒輪工作展開彈性流體壓潤滑研究，接著實施精密計算，均能夠為改善轉盤結構設計提供諸多參考數據。

4 結 語

深入分析機械創新結構設計對于機械行業的發展而言具有舉足輕重的作用，它不僅能夠更好地滿足當前社會對機械設備不斷升高的要求，實現各類機械零件的最佳組合，同時還可以推動機械行業的可持續發展。因此各機械設計企業理應在機械設備設計過程中充分采用創新設計理念，尋找最佳結構設計，以設計出更多的結構方案，推動企業自身的發展，最終促進社會的良性發展。

參考文獻：

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