對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性探討

談惠娟

摘 要：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)非常有創(chuàng)新性的工作，作為一名機(jī)械設(shè)計(jì)工作者，務(wù)必需要保持不竭的創(chuàng)新思緒動(dòng)力，時(shí)刻想著對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，達(dá)到設(shè)計(jì)最大優(yōu)化，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品缺陷或用途擴(kuò)大的完善與改進(jìn)。本文從對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新必要性入手，結(jié)合自己實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，闡述了用于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的變?cè)獎(jiǎng)?chuàng)新方法，最后通過(guò)綜合測(cè)評(píng)達(dá)到設(shè)計(jì)方案優(yōu)化最大值，促進(jìn)企業(yè)保持競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力取得經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益雙豐收。

關(guān)鍵詞：機(jī)械 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 變?cè)獎(jiǎng)?chuàng)新 方案探討

中圖分類號(hào)：TH112 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）01（b）-0096-01

創(chuàng)新是發(fā)展的不竭動(dòng)力，而機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常有創(chuàng)造性的工作。因此，要求從事機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作者，應(yīng)該具備有效的創(chuàng)新思維與意識(shí)，用于在日常的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐工作進(jìn)行中，去努力創(chuàng)新機(jī)械結(jié)構(gòu)的功能完善和用途適宜范圍擴(kuò)大，以達(dá)到設(shè)計(jì)優(yōu)化最大值，從而為促進(jìn)行業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)國(guó)之夢(mèng)做出應(yīng)有貢獻(xiàn)力量。

1 對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的必要性

隨著科技水平的飛速發(fā)展，機(jī)械制造企業(yè)產(chǎn)品同質(zhì)化的現(xiàn)象非常嚴(yán)重，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，機(jī)械制造產(chǎn)品要想占有更多的市場(chǎng)份額，必須對(duì)其功能與用途不斷改進(jìn)與完善，以獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在市場(chǎng)中勝出競(jìng)爭(zhēng)對(duì)象的產(chǎn)品，從而取得經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益最大化。這也就要求我們從事機(jī)械設(shè)計(jì)的工作者，要花心思，下苦功夫，將工作重心放在對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)上，特別是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理念，不斷創(chuàng)新方法，優(yōu)化各種結(jié)構(gòu)模塊的組合，構(gòu)建起滿足整個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)需要的機(jī)械結(jié)構(gòu)，與企業(yè)一道去贏得市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，這也是當(dāng)下機(jī)械設(shè)計(jì)工作者的一項(xiàng)重要而迫切的工作任務(wù)。

2 簡(jiǎn)要介紹機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的七種變?cè)獎(jiǎng)?chuàng)新

起源于德國(guó)，用于機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的一種變?cè)?，它是一種最為科學(xué)簡(jiǎn)便的新方法，極具富有創(chuàng)造性的內(nèi)涵，主要含有兩個(gè)方面：一方面是變化法創(chuàng)新有七個(gè)變?cè)獌?nèi)容，指的是材料、數(shù)量、位置、尺寸、形狀、聯(lián)接和工藝變無(wú)元素[1]；另一方面是變?cè)獎(jiǎng)?chuàng)新在設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，是在先期確定機(jī)械基本結(jié)構(gòu)的前提條件下，將將這些變?cè)剡M(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖冋{(diào)整，從而研究多種變異和改進(jìn)新的機(jī)械結(jié)構(gòu)方案，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。下面，筆者接合自己的實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，分別介紹七種變?cè)獎(jiǎng)?chuàng)新具體運(yùn)用在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上創(chuàng)新方案，以便滿足機(jī)械產(chǎn)品整體系統(tǒng)的要求，這也是當(dāng)前機(jī)械工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新工作主要采用的手段。

2.1 材料變?cè)?/p>

機(jī)械產(chǎn)品的材料變?cè)?，主要是指通過(guò)考慮對(duì)產(chǎn)品材料的選擇和替換，促使機(jī)械零件尺寸結(jié)構(gòu)隨之改變，也就直接導(dǎo)致了機(jī)械產(chǎn)品加工工藝的隨之變化發(fā)生，從而達(dá)到改變整個(gè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的目的。此元素設(shè)計(jì)創(chuàng)新，讓我們看到了通過(guò)調(diào)整材料變?cè)?，可以?chuàng)新出不同結(jié)構(gòu)方案。比如要增加機(jī)械產(chǎn)品元件結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，可采用對(duì)鑄鐵通過(guò)加強(qiáng)筋和隔板，對(duì)鋼材料通過(guò)加大零件截面尺寸和對(duì)塑料材料要求料件筋板與壁厚相近，并均勻?qū)ΨQ的[2]不同結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法。

2.2 數(shù)量變?cè)?/p>

機(jī)械產(chǎn)品數(shù)量變?cè)?，是指考慮到把機(jī)械產(chǎn)品整個(gè)零件或者零件的每一個(gè)輪廓、工作和加工的面、線均視為結(jié)構(gòu)基本元素，通過(guò)改變調(diào)整這些基本元素的數(shù)量，來(lái)達(dá)到對(duì)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)改變的實(shí)現(xiàn)目的。比如：為達(dá)到力求簡(jiǎn)單的目標(biāo)，我們盡量對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)的形狀，采用直線形輪廓的設(shè)計(jì)。又如：為防止螺釘松脫，我們將螺紋連接結(jié)構(gòu)的螺釘、墊圈等設(shè)計(jì)成一體化，這樣在減少零件數(shù)量下，實(shí)現(xiàn)了防松措施的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

2.3 尺寸變?cè)?/p>

機(jī)械產(chǎn)品的尺寸變?cè)?，包括有長(zhǎng)度和角度以及距離等內(nèi)容，我們?cè)诶么嗽貏?chuàng)新時(shí)，可考慮通過(guò)改變調(diào)整零部件構(gòu)件的尺寸大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)整體結(jié)構(gòu)改變的效果。比如：這增加對(duì)破碎物料的細(xì)度，我們將兩個(gè)對(duì)稱的動(dòng)力副在機(jī)架上的位置進(jìn)行了調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)了改變后對(duì)破碎物料的細(xì)度，比原有的細(xì)小了一半的比例。

2.4 形狀變?cè)?/p>

機(jī)械產(chǎn)品的形狀變?cè)侵肝覀兛梢詮慕Y(jié)構(gòu)的形狀上去考慮對(duì)整體形狀和主要輪廓、設(shè)計(jì)表面和所用零件等類型和規(guī)格進(jìn)行嘗試改變，從而得到不同的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方案，實(shí)現(xiàn)改變機(jī)械整體結(jié)構(gòu)的目的。此種元素的創(chuàng)新是在機(jī)械設(shè)計(jì)中，將機(jī)械工作原理變成技術(shù)圖紙的主要過(guò)程環(huán)節(jié)。同時(shí)為確保結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)正確可靠，形狀變?cè)獎(jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)還須遵循8大準(zhǔn)則，包括防腐蝕、支承、公差配合、應(yīng)力學(xué)、工藝等[3]。比如：熱電企業(yè)的冷渣機(jī)，為達(dá)到最大化程度的對(duì)高溫爐渣的快速降溫，我們對(duì)滾筒式冷渣機(jī)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行了形狀變?cè)膭?chuàng)新，對(duì)其原有的一個(gè)腔體進(jìn)行了分腔處置，從而形成多腔式滾筒冷渣機(jī)，在工作作業(yè)過(guò)程中，攤薄了高溫爐渣的厚度，實(shí)現(xiàn)快速達(dá)到理想的降溫參數(shù)指標(biāo)。

2.5 聯(lián)接變?cè)?/p>

機(jī)械產(chǎn)品的聯(lián)接變?cè)獎(jiǎng)?chuàng)新，我們需要考慮應(yīng)元素的兩層含義[4]：一層是需考慮到對(duì)元素連接方式的變化，比如說(shuō)日常用的鉚接、膠接、焊接、螺紋接等；二是需要考慮到對(duì)每一種連接方法不同聯(lián)接結(jié)構(gòu)的元素創(chuàng)新，從而獲得多種結(jié)構(gòu)類型方案。比如：我們將玩具產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)成卡扣與螺釘相結(jié)合的安裝方法，這樣不但連接可靠，而且拆卸操作也很方便。而對(duì)手機(jī)的機(jī)蓋設(shè)計(jì)，我們將其設(shè)計(jì)成快速連接拆裝的結(jié)構(gòu)，這樣就極其方便了用戶的操作。

2.6 位置變?cè)?/p>

機(jī)械產(chǎn)品的位置變?cè)獎(jiǎng)?chuàng)新，我們需要考慮的是通過(guò)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)位置的變換，來(lái)得到不同的方案設(shè)計(jì)優(yōu)化。比如：我們將焊縫零件的焊縫位置安排在靠近中性軸的創(chuàng)新，從而實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件不會(huì)因收縮減少力矩或彎曲變形。

2.7 工藝變?cè)?/p>

機(jī)械產(chǎn)品的工藝變?cè)獎(jiǎng)?chuàng)新，是要充分考慮到各個(gè)機(jī)械產(chǎn)品零件在制造過(guò)程中選用不同的創(chuàng)新工藝，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整體機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變化。對(duì)當(dāng)前機(jī)械人、機(jī)械手工藝創(chuàng)新的推廣應(yīng)用，不斷提高了加工生產(chǎn)能力和自動(dòng)化程度，比起傳統(tǒng)的機(jī)械加工制造，有了很大的進(jìn)步。

3 對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)變?cè)獎(jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)的優(yōu)化評(píng)測(cè)

對(duì)變?cè)獎(jiǎng)?chuàng)新后的各類機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，往往我們要給一個(gè)綜合評(píng)測(cè)，通常情況下，采用綜合考慮到設(shè)計(jì)中的七個(gè)變?cè)蛩?，?duì)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行模糊評(píng)測(cè)。在評(píng)測(cè)過(guò)程中，我們要先在腦海中形成一套基本的設(shè)計(jì)方案，然后通過(guò)建立起一些數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)者對(duì)每一種結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行綜合分析，并憑借自己掌握的經(jīng)驗(yàn)及知識(shí)能力進(jìn)行綜合評(píng)判。其中，要考慮到一些指標(biāo)，具體細(xì)化為社會(huì)效益，工藝性及可操作性、維修性、安全性等方面，同時(shí)借助推理、模擬等邏輯方法，最終從多種備用的不同結(jié)構(gòu)方案中，選取一個(gè)具有創(chuàng)造性的作為最后優(yōu)化的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案。對(duì)已確定的結(jié)構(gòu)方案，也可在采用上述評(píng)價(jià)變?cè)蛩鼗A(chǔ)上，在變?cè)g聯(lián)動(dòng)配合修改，達(dá)到更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)目的。

4 結(jié)語(yǔ)

要逐步實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，必須要求設(shè)計(jì)者擁有扎實(shí)的專業(yè)和技術(shù)知識(shí)，用敏銳的分析能力和思維創(chuàng)新能力，發(fā)揮出極大的想象空間來(lái)設(shè)計(jì)，從而創(chuàng)造出新的機(jī)械結(jié)構(gòu)方案，最終實(shí)現(xiàn)提高機(jī)械產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，達(dá)到機(jī)械制造加工企業(yè)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

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