創(chuàng)新設(shè)計優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)論文

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1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計上的七種變元創(chuàng)新方法

德國人發(fā)明的這一種變元法，是目前世界上最為科學(xué)易懂的變元方法，它能夠衍生出許多不同的方法，具有很大的可塑性。這種方法的內(nèi)涵主要有兩部分：它變化內(nèi)容多樣，包括材料、數(shù)量、位置、尺寸、形狀、連接、工藝七個方面；另一部分是上述七個方面的具體運(yùn)用，運(yùn)用的前提條件是機(jī)械基本結(jié)構(gòu)，這些元素在其基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的變化，這樣就有不同的形式，新的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計方案就創(chuàng)造出來了，這樣就達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)的目的。接下來筆者將會重點(diǎn)介紹七種創(chuàng)新方案在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體運(yùn)用，其最終目的還是滿足整個機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)的要求，這也是目前機(jī)械工作者普遍使用的方案。

1.1材料變元

現(xiàn)實(shí)生活中很多種材料都可以用來設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)，不一樣的材料要求的加工方法和手段不一樣、適用的結(jié)構(gòu)類別不一樣、零件需要的大小也不一樣。材料的變元可以變化出不一樣的結(jié)構(gòu)模式。比如說：在進(jìn)行鋼材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，零件的截面面積越大，材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就越大、越硬；在鐵材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了使結(jié)構(gòu)變強(qiáng)變硬，人們通常使用加強(qiáng)筋和隔板的方法；在塑料材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，塑料件的筋板和壁厚應(yīng)該無差而別且對稱均勻。

1.2數(shù)量變元

在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)當(dāng)中主要包括以下幾個方面，即零件以及輪廓面、線和加工、工作面共同構(gòu)成了產(chǎn)品本身，如果想要將機(jī)械的結(jié)構(gòu)目的進(jìn)行改變，那么就可以通過調(diào)節(jié)上述結(jié)構(gòu)元素而實(shí)現(xiàn)。就好比在鑄件的過程中，是希望越簡單便捷越好的。能夠節(jié)省一些不必要的零件配置，又能在安裝的時候方便人們的使用，這在無形中就提高了工作效率，比如安裝一個螺絲釘?shù)臅r候，如果按照螺釘和墊圈以及彈簧墊圈才能結(jié)合在一起的模式去安裝，那么就需要最少三個步驟，但是如果把它們設(shè)計為一體的話，就可以大量地節(jié)省安裝的時間，提高了效率。

1.3位置變元

在實(shí)際操作過程中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的元素之間的位置是可以進(jìn)行調(diào)換的，這樣可以無形中使結(jié)構(gòu)本身的設(shè)計更加完善。比如，零件的焊縫位置應(yīng)該對應(yīng)中性軸或者至少需要靠近中性軸，這樣便于將收縮力減少或者能夠避免產(chǎn)品的變形。除此之外，零件的擺放問題也十分重要，如果雜亂無章則會大大阻礙操作速度。

1.4尺寸變元

零件的尺寸必須符合使用的標(biāo)準(zhǔn)才行，必須在各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)合格之后才可以進(jìn)行操作，比如：在冷沖壓彎這一工藝中，就需要零件按照既定的需求進(jìn)行彎曲，如果零件在加工的過程中，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的彎度，那么就算是一個成品，不需要再度進(jìn)行加工。如果不符合產(chǎn)品的需求那么還需要進(jìn)一步的加工整形來達(dá)到產(chǎn)品的要求。

1.5形狀變元

機(jī)械整體的結(jié)構(gòu)目的可以通過調(diào)整零件的形狀或者改變其規(guī)格的大小而實(shí)現(xiàn)。比如在彈簧的生產(chǎn)過程中需要考慮多個問題，首先是彈簧的大小及其相對的螺絲墊圈的規(guī)格，能否讓彈簧和使用的螺旋面以及被需要壓緊的零件相吻合，就需要設(shè)計出不同規(guī)則的產(chǎn)品，無論零件的形狀面如何都需要相匹配的彈簧來配合才行，如果零件之間的距離過大，或者不能夠?qū)毫τ行诤希敲戳慵诎惭b過后就不算是合格，如果這一類零件銷售在市場中，很可能造成一系列事故，那么為了防止拉簧因?yàn)檫@些問題而失去使用效率，就勢必要將彈簧的設(shè)計空間放大，并且實(shí)現(xiàn)它的自身獨(dú)特性，即使它在單獨(dú)使用的過程中也可以實(shí)現(xiàn)跟其他零件的配合。

1.6分析連接變元

一是聯(lián)接方法，主要的模式有焊接、膠結(jié)以及螺紋聯(lián)接等方式。二是聯(lián)接的方式，根據(jù)結(jié)構(gòu)類型的不同而不同，因此為了豐富聯(lián)接方式以及尋找到最為契合的聯(lián)接方式，各個聯(lián)接的結(jié)構(gòu)以及聯(lián)接的方式都可以進(jìn)行相對應(yīng)的合理調(diào)整。比如：針對一些需要拆卸的零件，如果在聯(lián)接的方式上不能選擇好，那么就會在聯(lián)接和拆卸方面造成一定的困難，此類的零件需要便捷的拆卸模式，比如日常生活中所購買的一些產(chǎn)品，像是隨聲聽的后蓋，就可以任意拆卸下來安裝電池來維持繼續(xù)使用，這樣的結(jié)構(gòu)也方便用戶使用，從未為其提供便捷的操作模式。

1.7分析工藝變元

零件在產(chǎn)生之前，往往會有其自己的設(shè)計圖紙，而設(shè)計圖紙上面的結(jié)構(gòu)內(nèi)容直接決定了產(chǎn)品屬于何種工藝級別的零件，因?yàn)槊恳粋€設(shè)備的零件都不是完全相同的，所以零件的設(shè)計以及成本也千差萬別，如果設(shè)計工藝在產(chǎn)品出產(chǎn)之前沒有得到完善，那么勢必會影響到零件自身的質(zhì)量，一旦零件沒有合乎要求，那么產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)就會受到一定的影響。因此在零件鑄造之前對于零件圖紙的研究必須給予深度的重視，現(xiàn)在的加工技藝正呈現(xiàn)著不斷創(chuàng)新和完善的趨勢，但是問題也就隨之而來，這些加工工藝雖然具有創(chuàng)新性，但是還不夠成熟，并非達(dá)到了理想中的需求，因此還需要進(jìn)一步的對此加大研究的力度。

2機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的嘗試及優(yōu)化測評

2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新嘗試

防腐劑在石油以及一些石化設(shè)備中具有十分重要的作用，下文以其為例，闡述變元法在其中重要的作用。石油和石化設(shè)備必須進(jìn)行防腐蝕性的設(shè)計，這樣一來，在設(shè)計的最初就應(yīng)該考慮到防腐蝕性的大小和影響因素，從而采取必要的保護(hù)和防治措施，主要有以下幾個方面。首先，在總體的設(shè)計上面，對停車間給予了嚴(yán)格的要求，不能堆放雜亂，不能潮濕，不能含有其他不利于防腐的物質(zhì)存在。其次，設(shè)備的使用年限與設(shè)備本身一些極為細(xì)小的間隙區(qū)有著十分重大的聯(lián)系，這些縫隙極有可能在人眼看不到的地方發(fā)生腐蝕問題，或者這些縫隙人是無法憑借手工去進(jìn)行操作控制的，就像是一些產(chǎn)品的焊接點(diǎn)，這些產(chǎn)品貌似看起來已經(jīng)不存在腐蝕的可能，但是難免會有看不到的縫隙存在，應(yīng)該進(jìn)行必要的封存和填補(bǔ)，或者干脆將縫隙擴(kuò)大，這樣便于對其進(jìn)行維修補(bǔ)救和防護(hù)。再次，溫度較高以及質(zhì)量較高的濃度階梯，局部勢差問題往往在這種情況和產(chǎn)品中產(chǎn)生，一旦發(fā)生了腐蝕則不可控制。此外，每一種金屬都有著自己獨(dú)特的屬性，產(chǎn)品在構(gòu)建的過程中不一定是一種金屬構(gòu)建而成，多半是幾種金屬共同組合而成，但是不同的金屬勢必會產(chǎn)生接觸面的腐蝕，應(yīng)該對此進(jìn)行絕緣處理。最后，面積越小腐蝕的點(diǎn)也就越小，因此要針對產(chǎn)品的不同設(shè)計縮小表面積從而減少腐蝕。

2.2對機(jī)械結(jié)構(gòu)變元創(chuàng)新設(shè)計的優(yōu)化評測

機(jī)械結(jié)構(gòu)在完成變元創(chuàng)新實(shí)踐之后。要根據(jù)目前的性能以及使用效果進(jìn)行一個綜合的測評，首先要進(jìn)行模糊測評，運(yùn)用理論研究和一些理想化的模型設(shè)計一種測評模式，但是這種測評模式并不是實(shí)際操作中的模型，而是通過一定的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)先進(jìn)的設(shè)計理念和規(guī)劃，對其進(jìn)行變化創(chuàng)新設(shè)計的檢測。在測試的過程中測試者憑借自己多年的使用經(jīng)驗(yàn)和研究理念進(jìn)行對其綜合評價的過程，并根據(jù)現(xiàn)有的先進(jìn)思維對其進(jìn)行構(gòu)建，在測試的過程中還需要考慮到社會實(shí)際問題，產(chǎn)品在經(jīng)過變元之后，使用方面是否安全，便捷，可維修性是否達(dá)到了指標(biāo)，并且要將邏輯推理的思維運(yùn)用到其中，選擇出使用其整體變元的方案，最后針對已經(jīng)選擇好了的方案，進(jìn)行進(jìn)一步地修改和完善，從而作用于產(chǎn)品的機(jī)械結(jié)構(gòu)構(gòu)建當(dāng)中，服務(wù)于產(chǎn)品的整體功能。

3結(jié)束語

機(jī)械創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計在目前產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和建設(shè)當(dāng)中占據(jù)著十分重要的比例，因此研究其具有不菲的價值，但是研究機(jī)械創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計并非一件簡單的事情，對于設(shè)計者和研究者都提出了非常高的要求，不僅在專業(yè)知識方面要熟練甚至精通，還要有敏捷的分析能力和發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力，創(chuàng)新的思想和技術(shù)知識更是不用說，這也是前提之一。

作者：陸建榮 單位：南通廣播電視大學(xué)