關于機械結構設計的研究

王巍巍

吉林吉恩鎳業股份有限公司 吉林 磐石 132311

引言

機械結構設計的好壞,直接決定該產品的使用壽命以及力學性能,因此機械結構設計,在整個工程或產品中尤為重要。下面講述了有關機械結構設計的內容。

1 機械結構設計中創新設計的意義

基于新時期,社會發展呈現多元化,機械結構也要與時俱進,實現多樣化發展,切實提升機械產品的性能,為整個社會工作效率的提升奠定基礎。基于此,要突破傳統設計的限制與束縛,擺脫結構單一與應用范疇的限制,為行業發展開拓新思路。為此,機械結構設計人員要增強創新思想,加快新材料、新工藝與新結構等的應用,突破常規設計思想的限制,在本質上對機械結構設計進行創新,為現代機械制造業的發展融入新的活力與生命力,推動其實現穩定與健康發展。

2 機械產品結構設計的相關要點

2.1 設計創新

在一般情況下,機械產品的結構設計主要包括功能與質量兩大內容,對于產品功能,結構設計體現在材料、技術以及使用可靠性等方面,而質量設計,則應該在滿足各大要求與標準的前提下,提升產品的性價比,為其市場的拓展奠定基礎,這是現代設計的特點。設計創新是在滿足以上要求的基礎上,通過一定的結構設計,創造產品在安全、環保以及價格方面的優勢,例如利用變元設計,能夠構造出更佳的結構空間,節省材料,提升產品性能與內涵,這都將成為機械產品結構設計的競爭優勢。

2.2 優化方案

機械產品結構設計具有一個重要的目的,即優化方案,在一般情況下,結構設計主要是在大量的設計方案中找到具有可行性的最優方案,首先,設計人員應該創造出眾多可供選擇的方案;然后再對挑選出的方案進行一定的結構優化,在材料、銜接方式以及外觀等各方面挖掘方案的優化潛力;最后,再使用變元法對結構設計賦予一定的內涵,對變元法的使用應該在明確產品主要結構的基礎上拓展出多種的其他結構,從而實現對結構的變元。不斷的變元與比較,能夠有利于設計人員選擇出最優的設計方案,從而設計出更具有市場與性價比的產品,為企業創造更大的經濟效益。

2.3 提升結構設計質量

機械產品結構設計質量的提升一般從結構的強度、精度與硬度三大方面的入手,第一,為了滿足結構的強度要求,在設計過程中工作人員應該最大程度降低結構的懸臂長度,從而提升結構的牢固性與穩定性;第二,在產品的使用過程中,極其容易產生振動,從而造成各大零件的摩擦,因此,為了避免零件變形對結構穩定性的干擾,設計人員應該盡量降低局部壓力的傳播,避免產生結構受力不平衡;第三,設計過程中,應該避免由于零件拉力增大造成了結構扭曲,因此,設計人員應該重視對材料的選擇與應用,減小產品結構在局部受到的強度沖擊;最后,結構設計應該嚴格遵守阿貝原則,從而更好地避免精度誤差的產生,降低對結構的損壞。總而言之,提升機械產品結構設計質量對產品性能來說起著非常重要的作用。

3 變元法的具體應用解析

3.1 工藝變元

不同的制造工藝,對機械元件的性能也有影響,不同性能的機械元件會影響到整個產品的結構和質量。因此在機械結構設計中,要充分考慮到機械整體性能和特點,分析和研究零件的結構工藝、加工工藝是否合理,一旦發現問題,應及時予以糾正。

3.2 材料變元

機械設計和制造過程中,可以利用的材料很多,每一種材料的作用、性能、加工方式及加工后的性能都各不相同,利用變元法進行材料變元,就是為了尋找最符合機械設計要求的材料,將材料性能和機械本身的性能完全發揮出來,達到最優的設計效果。例如在配電機械中,閥門部分除了應考慮其絕緣屬性外,還應考慮閥門推拉時的靈活性,因此,瓷器和橡膠制品雖然都具有絕緣屬性,但在實配件應用中,瓷制器元件比塑膠元件更符合機械應用。

3.3 數量變元

產品結構中存在的基本元素包括加工面、工作面、輪廓面、輪廓線及零件本身。數量變元就是從這些基本元素入手,通過對其調整,達到改變機械結構的目的。這在生活中極為常見。例如：在螺紋連接結構中,通常需要彈簧墊圈和螺釘兩個元件同時安裝使用,這樣在實際操作中,太過繁雜[1]。若采用數量變元的方法,將螺釘、墊圈和彈簧墊圈設計成三功能合一的帶有防松措施的防松螺釘,提前將其組裝備好,既減少零件數量又方便產品施工時的裝配。

3.4 形狀變元

形狀變元就是將元器件進行形狀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：在設計石化設備時,考慮到石油的腐蝕性,為了盡量減少器元件的接觸面積,相關元器件應遵循面積最小的原則,盡量設計成球體結構或者圓柱體結構。

3.5 連接變元

機械結構中的鏈接包括兩個方面,其一是指連接方法,通常包括了螺紋、焊接、鉚接、膠接聯接和盈聯接。其二則是不同連接方法中的聯接結構,這就表明可以通過調整聯接結構,實現多種類的結構類型。這類設計在生活中極為常見,這在生活中也很容易找到原型[2]。例如：為了拆機方便,移動手機的外殼通常設計成可以快速拆裝的連接結構,滿足人們更換相關配件的需求。

3.6 尺寸變元

尺寸變元簡單來說就是通過改變器元件的尺寸,使該元件達到能滿足機器的安裝使用的最優效果。要做到這一點,通常要考慮元件的長短、距離及角度等方面的因素[3]。例如：在冷沖壓彎曲工藝中,考慮到材料產生的彈性變形,對彎曲件的彎曲度要求比較嚴格,在彎曲件在成型后,則需再次進行工序修復,以滿足對彎曲度的要求。

3.7 位置變元

一個機械往往有很多種不同的器元件組成,器元件有于其各自的聯系不同、作用不同,其最優位置也各有不同。對機械設計進行位置變元,通俗來講就是通過對元件的空間位置進行調動、測試,以確定其最優位置,最終達到整體優化的目的[4]。例如在焊接元器件的時候應該把焊接的位置固定在對稱抽的位置,這樣就可以有效防止器元件發生變形扭曲,增加部件群的整體協調性、美觀性,同時能有效的利用空間,置放其它元件,實現有限空間的高效利用。

結語

機械結構設計對機械設計的成敗起著舉足輕重的作用,機械結構設計中要求設計者具備扎實的專業和技術知識,同時用敏銳的分析能力和思維創新能力,發揮出極大的想象空間來設計,從而創造出新的機械結構方案,最終實現提高機械產品競爭優勢,達到機械制造加工企業的社會經濟效益最大化。