機械結構設計中的創新設計應用研究

徐楊

摘要：機械結構的創新是機械發展過程中的重要環節，其可以保證零件的有效組合與使用，進行機械質量與效率的提升，從而推動我國國民經濟的穩定發展。

關鍵詞：機械結構設計;創新設計;應用

引言

機械產品的生產過程中結構的設計十分重要，結構設計的好壞決定了機械設備的性能，因此，設計時需要在材料、尺寸與多方面因素的基礎上，進行設計質量的保障。

1機械結構創新設計方式

1.1材料變元法

機械產品中的每個不同零件的原材料也是不同的。形狀一致、材料卻不同的零件在相同的機械結構中的作用也是不一樣的，現在已經在機械創新設計構成中大量使用材料變元法。材料變元十分科學，可以將各個模塊進行優化，再進行合理的組合，最終成為全新的產品。

1.2數量變元法

每個機械產品設備都是整體的機械系統，設備的作用與零件都各不相同。在進行計算與設計時，研究人員需要針對各個不同的結構尺寸進行仔細的研究，最后再選擇最適合的組合排列方法。有些設備中的零件較多，研究人員需要耐心的進行數據的盤查，也可以在保障產品性能與設計的前提下，尋找功能一致的零件進行替換。

1.3位置變元法

零件的位置若發生變化，那么同樣數量與零件的機械產品也會發生功能與特性的改變，因此，設計人員需要進行機械結構設計過程中尺寸變元的保證，尋找最合適的零件尺寸，從而優化零件應用方案。除此之外，還需要進行零件性能的重視，對零件的尺寸與樣式進行合理的改變，確保機械結構的正常運轉。設計人員在設計機械結構時，需要盡可能的將零件尺寸進行縮小，再將機械結構設計進行模式化，讓內部零件可以持續的協調與運行后，再將機械結構的外形進行縮小。

1.4聯通變元

機械結構的聯接方式包括了盈聯接、螺紋聯接與鉚接等，不一樣的聯接方式都有不一樣的聯接結構。將聯接結構與聯接方式進行改變，就會將結構方案進行改變。

1.5尺寸變元

尺寸變元可以幫助部分元器件從形狀發生，從而促進其優化目的。主要可以針對長、寬且高的元器件進行尺寸變元。部分機械生產技術在進行材料彈性的改變時，可以針對這些材料進行嚴格的計算與核查后再進行改變，減少因為材料不合格而引發的整體設計扭曲與變形情況。

1.6工藝變元

結構設計與工藝的聯系十分緊密，因為零件的制造工藝各不相同，所以，零件與機械的制造成本、性能與質量也有很大的區別，也因此對機械設備的結構產生影響。

2機械結構創新設計的應用

2.1結構變異化設計

（1）功能面。利用零件間的關系與位置進行功能作用的發揮。零件的表面控制了零件的形狀，為了確保其作用的有效發揮，零件中的功能面會偏多。機械的實際運行過程中，零件的表面、零件與加工物體之間會頻繁的進行接觸摩擦，而這些接觸摩擦的零件表面就屬于功能面。功能面會對機械性能產生本質的影響，利用變異化設計進行各種方案的呈現，從而帶來不同的效果。順序、尺寸、位置、數量與形狀等參數會對功能表面帶來影響，各個參數在變異的情況下都會產生不一樣的功能面效果。（2）材料的種類。在加工工藝各不相同時，首先需要進行結構創新的確認，再進行材料的科學選擇，按照不同的材料進行工藝的明確，并在工藝確定結構的基礎上，進行創新性結構優勢的發揮。材料選擇時需要考慮其成本高低、質量好壞與性能強弱等情況。在設計機械結構時，首先要確認材料的性能，例如鑄鐵材料，其抗壓性能強，抗拉性能卻很弱，所以，在使用鑄鐵材料進行結構設計時，需要保持其抗壓狀態。

2.2結構性能化設計

（1）提高剛、強度。機械在運轉的過程中，局部會產生受力偏大的情況，為了避免此情況的發生，可以在進行結構設計的時候，合理的分散荷載力，與此同時再將結構分擔里提高，在使用機械設備時，將支撐套加在集中受力的區域，也可以進行荷載的有效分擔。機械在傳動作業過程中，不做功的力無法將物體進行有效的轉移，因此，需要進行零件與其他荷載間平衡力的保持，從而保證整體的平衡，結構的承受力也得到了有效的提高。為了確保零件的剛度，除了進行材料的優選之外，還要進行應力集中的避免，減少結構承載出現問題的概率。（2）提升工藝性。切削類的機床需要利用夾持面來進行裝卡的輔助工作，所以，需要確保夾持面剛度足夠，為了提高工作效率，還可以減少加工物裝卡的頻率。若可以同時進行多個產品的加工操作，就能有效的減少工作時間，提升切削效率。（3）提高精度。在機械結構建筑的設計與制造過程中，會產生誤差，從而對機械帶來多少不等的影響。因此，需要從結構設計這個源頭進行因為結構變形、材料較差或溫度變化原因導致的誤差的減少，提高機械的精度。除此之外，還需要進行對誤差敏感度的提升，在減少創新結構誤差的同時，進行產品質量的保證。另外，機械內部構件中連接處過多，也會對產品的精度造成影響。

2.3結構宜人化設計

（1）減少疲累感。大多工作人員會長時間使用同樣的姿勢進行機械設備的操作，所以，在設計機械結構時，要降低操作壓力，避免操作人員因為過分疲累而影響工作質量。在創新設計機械結構時，要注重機械外形的柔和性，滿足工作人員的需求，在進行長時間操作后也不會感覺十分疲累，保證設計的宜人化。（2）確保操作性。工作人員在進行機械操作時，會因為位置、方向與力度的不同而產生不一樣的操作感。正常情況下，右手的力度更大，力度大小也會因為身體姿勢的區別而產生不同，工作人員在坐著的時候，腳部的力度是最大的，因此，當設備需要很大的力度才能操作時，操作人員可以使用腳力來取代手動。在進行結構設計時，需要注意手柄、手輪與杠桿宜人化的設計，在使用時確保不會產生移動的情況。在使用腳部發力時，需要有合適的座椅，踏板放在中間，還要安排靠背做后部力量的支撐。

2.4結構便捷化設計

（1）加工結構構型。在設計機械零件過程中，需要進行裝卡工序、測量工序與加工工序效率的提升，從而進行成本的降低。加工面的外形設計成簡單實用的樣式，才能方便裝卡和拆卸道具，避免發生斜面鉆孔的情況。因此，可以使用零件組合的方法，在提高使用效果的同時，還能進行時間與成本的節約。（2）簡化結構。機械設計的目的是為了可以簡化零件結構，滿足了設備去修之后，再進行結構簡化，可以加快拆卸設備與維修設備的速度，提高工作效率，防止在設備運行時間產生對經濟利益造成影響的故障。例如有著強度較小、柔性較大特點的塑料結構，如果使用螺紋進行零件間的聯接，則會導致其承受不住外力而引發斷裂情況，而且還有著繁瑣的加工與裝卸工序，所以，在結構設計時，應該有效利用塑料的優勢，利用搭鉤凹槽進行聯接，以提高裝配與拆卸過程的便捷性與效率性。

結束語

設計人員在進行結構設計時，需要將專業的理論知識與實踐經驗進行有效的結合，激發其強大的創新能力，從變異化、性能化、宜人化與便捷化等方面進行結構矛盾的解決，將機械設備的安全性與可靠性提升，從而推動機械設備的不斷發展與企業經濟效益的有效提高。

參考文獻

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