機械結構設計中創新設計的應用研究

李小會 鄧發友

摘 要：機械是一個國家富強的重要標志，對于機械結構設計來說需要具備很強的創造性。在我國社會經濟不斷發展的背景下，作為我國經濟發展的基礎，機械結構設計方向在其發展領域中受到了很大的沖擊，因此創新設計的具體應用勢在必行。現代機械結構設計應當將機械制造設計與互聯網等先進的科學技術相結合，提高我國機械結構設計水平。只有不斷的應用創新設計，才能使機械結構越來越符合人們的實際需要。

關鍵詞：機械結構設計創新

機械結構設計通俗來講，是將機械師在腦海中形成的抽象設計思路，變成具體的、直觀的圖紙。機械設計師在進行設計的時候，還要根據機械原理、材料力學等相關知識，計算出機械零件的尺寸大小，并選擇出能夠承受機械強度的原材料。機械構件的材料、形狀、尺寸等方面的內容，都是機械結構設計需要考慮到的問題。而一些創新的設計不僅能夠優化傳統機械結構設計的弊端，更是促進機械制造可持續發展的重要手段。本文通過對變元法在機械設計中的創新，來探究機械結構設計中的創新。

一、機械結構設計的概述

機械結構設計主要體現在機械的零部件設計，不同的機械設計對零部件的要求都不同，這主要是由于機械零部件之間的組合位置來決定。幾何形狀的機械零部件具有多個表面，這些表面都會與其他機械零部件的表面進行接觸、銜接及組合，簡稱功能表面。在各個功能表面之間銜接部分稱為銜接表面。零件的功能表面對這個機械而言起著決定因數，因此機械零件功能表面的設計是機械結構設計的核心內容。零件功能表面主要體現為：表面的幾何形狀、尺寸大小、表面數量、位置、順序等。通過對功能表面的變異設計，可以不同的結構方案適用與同一種技術功能。

二、機械結構設計中創新設計

隨著機械制造業的不斷發展，機械制造市場的競爭也愈發激烈。因此，機械產品結構的創新設計方式已經成為機械制造企業的有力競爭，在產品中引入創造性的思維和其他的學科技術，進一步應用于機械制造的優化設計和創新設計，有效的提高機械技術產品的競爭力。結構優化設計的前提是有大量的可能性方案，和優化空間，包括對機械產品的生產工藝、材料以及連接方式、尺寸形狀等方面的優化和創新設計。

1.材料的變元

材料的變元是指機械設計中可以選擇的材料眾多，不同性質的材料具有不同的加工工藝，在機械結構設計中需要根據不同材料的功能進行合理設計，這要求設計者需要了解不同材料之間的力學性能，加工性能，使用成本等諸多信息。結構設計材料如：鋼材受拉和受壓時的力學特性基本相同，因此鋼梁結構多為對稱結構。鑄鐵材料的抗壓強度遠大于抗拉強度，因此承受彎矩的鑄鐵 對于需要熱處理加工的零件，在進行結構設計時的要求有如下：零件的幾何形狀應力求簡單、對稱，理想的形狀為球形等。

2.位置和工藝變元

位置變元是將元件位置通過改變來得出最優化的設計如，在焊接部分元器件的過程中操作人員需要掌握好焊接部位，確保中心軸，避免出現元器件變形，或是有不規則扭曲現象的出現。

工藝變元是在機械結構設計過程通過結合圖紙把工藝產品設計出來，借助先進技術在開發及設計元器件時一旦出現問題可進行及時調整，降低產品的損耗。運用相似理論進行工藝設計時，除應考慮零部件結構等設計特征的相似性外，還應考慮諸如：工藝路線（包括加工裝配、拆卸、維修、回收、處理）、材料、精度、毛坯、工藝方法、工序、安裝、工步、操作、動素、設備、工藝裝備、工時定額等方面的相似性，在進行工藝設計時，根據工藝的相似程度將零件工藝分為標準工藝、典型工藝和實例工藝三種原型工藝，根據待設計零件的上述有關特征與原型工藝有關特征進行加權對比，迅速生成目標零件的工藝。該種方法不僅工藝設計效率高，而且質量高，成本低，實用化強，受到企業的普遍歡迎。這樣，能較徹底地實現工藝路線、設備與工藝裝備、工時定額等工藝文件上一系列要素的有效繼承。

3.零件尺寸變元

尺寸變元是通過改變元器件的形狀，也就是長寬高3參數的變化。比如，泠沖壓壓彎曲技術，因為材料具有彈性變化性能，因此需要在泠沖壓之前先變形，同時結合相關的參數，只有這樣才能使得材料在變元后充分發揮作用。

4.銜接變元

結構件之間的聯接在機器或機械中，各機械零部件都是相互依存，不可缺少的。因此在進行機械結構設計時除了研究零部件自身的功能及特征外，還需要充分考慮到各零部件相互關聯成分，可分為直連部分與間接部分。只要兩個零部件直接裝配，稱為直連。個多零部件之間互相裝配，稱為間連。故每個零件大都具有兩個或多個部位在結構上與其它零件有關。

三、結語

綜上所述，機械結構設計在機械設備使用及更新中起到了關鍵性作用，下至原材料的選取，上至整體設備的設計變動，因此機械設計的創新設計是需要設計人員通過不斷加強自身設計水平，結合在實際設計中的經驗不斷優化結構設計，將機械結構設計的思路和理念提高。

參考文獻

[1]農應斌.機械設計制造及其自動化發展方向的研究[J].科技傳播，2013（2）：65.

[2] 魏鼎，荊學東，康思聞。基于Pro/E的新型硬幣包卷機的機械結構設計[J].制造業自動化，2013，12（4）。

（作者單位：東莞市沃德精密機械有限公司）