機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的創(chuàng)新設(shè)計及應(yīng)用方法探究

閆軼 佟名琬

摘要：機械結(jié)構(gòu)要在總體設(shè)計完成的情況下才能夠進行整體設(shè)計，整體的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計完成之后才能夠進行接卸結(jié)構(gòu)的調(diào)整。要想得到比較精細化的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計原理圖，就是要將總體設(shè)計進行完善，然后將機械結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計進行調(diào)整之后，這樣才能夠體現(xiàn)出機械結(jié)構(gòu)設(shè)計原理圖的作用及功能。在進行實際的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要將其中的零件的參數(shù)進行標注，這樣一來有助于零部件進行組裝。在將零部件進行參數(shù)的標注時，還要對零部件的精準度進行詳細的檢查，保證每一個零部件的精準度都符合標準。

關(guān)鍵字：機械結(jié)構(gòu)設(shè)計；創(chuàng)新設(shè)計；應(yīng)用方法

1創(chuàng)新設(shè)計對機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性

現(xiàn)階段，我國社會經(jīng)濟發(fā)展較快，人們的思想意識發(fā)生了轉(zhuǎn)變，開始向多元化方向發(fā)展，要求機械結(jié)構(gòu)滿足多元化的發(fā)展需求，使其具備良好的功能和性能，以保障工作效率。在此背景下，傳統(tǒng)設(shè)計理念的劣勢尤為凸顯，其結(jié)構(gòu)單一、應(yīng)用范圍有限，使其行業(yè)價值受到了影響。對此，要求設(shè)計人員提高創(chuàng)新意識，采用新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)等設(shè)計方式，以打破常規(guī)設(shè)計理念的限制，對機械結(jié)構(gòu)的本質(zhì)進行創(chuàng)新，從而提高機械制造領(lǐng)域的生命力，保證其安全、穩(wěn)定的發(fā)展。

2機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的創(chuàng)新設(shè)計

2.1結(jié)構(gòu)模塊的優(yōu)化設(shè)計

這種優(yōu)化方式，即結(jié)合產(chǎn)品規(guī)劃不同角度提出不同優(yōu)化方法。也就是說，結(jié)構(gòu)模塊優(yōu)化是按照產(chǎn)品規(guī)劃出發(fā)，將規(guī)劃分解成單獨的任務(wù)，從源頭處解決優(yōu)化問題，在減少產(chǎn)品問題的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)高效的工作效率。用這樣的方式，能夠在保障優(yōu)化設(shè)計質(zhì)量的同時，提高優(yōu)化設(shè)計的效率。機械機構(gòu)設(shè)計應(yīng)尊重產(chǎn)品的原設(shè)計和規(guī)劃，站在細節(jié)方面進行優(yōu)化。

結(jié)合Feldman理念，在優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)時，需要涉及到產(chǎn)品四個任務(wù)功能，包括功能原件、功能組件、功能組成、產(chǎn)品。優(yōu)秀高品質(zhì)的模塊結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)配合與連接并行，有標準化接口，能夠在靈便化、通用化、經(jīng)濟化、層次化、系列化、集成化的過程中，產(chǎn)生相容性、互換性、相關(guān)性特征。在此基礎(chǔ)上，進行機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計與優(yōu)化時，還要結(jié)合CAD制圖技術(shù)與軟件設(shè)計，實現(xiàn)優(yōu)化過程中的變形設(shè)計與組合設(shè)計。

2.2系統(tǒng)模塊的優(yōu)化設(shè)計

系統(tǒng)優(yōu)化指的是，設(shè)計人員先將機械機構(gòu)視作一個整體，將優(yōu)化流程看作是完整的結(jié)構(gòu)。將每一個優(yōu)化元素視作單獨的部件，明確這些單獨部件存在密切聯(lián)系的關(guān)系。這樣的層次化設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計元素既是單獨的個體，又是共同的整體，能夠達成整體優(yōu)化的目的。目前來看，機械機構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)模式一般是按照德國VDI2221設(shè)計方式。當然也有一些機構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)采用的是我國自主研發(fā)的系統(tǒng)設(shè)想。

根據(jù)用戶需求進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，質(zhì)量功能分部位首先根據(jù)用戶需求明確機械結(jié)構(gòu)基本功能和特征，之后根據(jù)機械結(jié)構(gòu)的功能特征確定各個零部件的特征。將零部件特征作為核心，在討論和實驗的過程中明確零件工藝特征。最后按照工藝特征分析，得出系統(tǒng)優(yōu)化作業(yè)特征，決定最后的系統(tǒng)優(yōu)化方法。

系統(tǒng)優(yōu)化與設(shè)計建立在將產(chǎn)品視作整體系統(tǒng)，通過不同區(qū)域和不同特征的規(guī)劃與明確，實現(xiàn)產(chǎn)品的整體性設(shè)計，最終得出產(chǎn)品成品的設(shè)計結(jié)果。代表性設(shè)計方法包括鍵合圖法、舉證設(shè)計法、構(gòu)思設(shè)計法、圖形建模法、設(shè)計元素法等。每一種方法都需要結(jié)合系統(tǒng)完成優(yōu)化設(shè)計方法與方案的制定。

2.3產(chǎn)品特征的優(yōu)化設(shè)計

在優(yōu)化設(shè)計機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)時，需要根據(jù)產(chǎn)品發(fā)展特點，進行相對應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計。在此過程中最重要的技術(shù)就是計算機輔助，計算機輔助貫穿于機械產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計的始終，能夠幫助設(shè)計人員提高優(yōu)化設(shè)計效果和自動化水平，完成機械機構(gòu)優(yōu)化的管理、協(xié)調(diào)、表達。總結(jié)來說，現(xiàn)如今產(chǎn)品特征優(yōu)化主要包括如下方法。首先是實例法。實例法通過框架結(jié)構(gòu)完成概念實體、工程實例描述。在推理的過程中獲取候選資源，并將候選資源匹配進入到優(yōu)化防范與匹配設(shè)計。其次為編碼法，這種方式結(jié)合運動轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)機構(gòu)整理與分離。通過知識庫搜集與整理方式，完成機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，確定優(yōu)化設(shè)計的方案。最后是混合性表達，這種方式將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、框架、過程、規(guī)則進行整合，實現(xiàn)高質(zhì)量的產(chǎn)品特征設(shè)計。CAD軟件中，常用NEXPERT-OBJECT完成優(yōu)化方案制定。在結(jié)束目錄優(yōu)化與否設(shè)計以后，實現(xiàn)機構(gòu)組、功能模塊、功能分解的組織優(yōu)化，為優(yōu)化提供輔助工效。上述方法全部需要在實際應(yīng)用中，根據(jù)產(chǎn)品自身特點進行選擇。

3機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)用

3.1材料變元

機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計中具有多種類型的原材料，每一種原材料都具有不盡相同的作用，因此在面對不同的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要根據(jù)各自要求對原材料進行不同方式的選擇。這時，不同原材料的作用和功能就能夠較好地體現(xiàn)出來。將原材料進行不同方式的加工之后就能夠運用到機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中，進行新型設(shè)計方法的研究。通過運用變元法，能夠較好地實現(xiàn)新方案研發(fā)。變元法在實際的運用中就是將機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的各種變量進行改變沒然后得到的結(jié)果不會改變的情況下，來實現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)中的接卸設(shè)計。

3.2數(shù)量變元

變元法中的零部件的結(jié)構(gòu)原理包含兩個基本元素，加工面和工作面。除此以外，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)原理中還包含對零部件整體和零部件自身等一些元素。這些元素決定了產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，因此，通過將這些基本元素進行調(diào)整之后就能夠得到想要的產(chǎn)品。例如，對于一些設(shè)計相對較為簡單的產(chǎn)品來說，通常都是采用直線形狀，比如螺絲的設(shè)計主要因素就是防止松動脫落，因此，在進行螺絲的設(shè)計時，要考慮到用什么方法降低螺絲的松動率?？梢岳脧椈蓧|，能夠使彈簧起到有效的緩沖作用。這樣一來能夠有效的提高機械設(shè)計的工作效率，減少施工量。

3.3位置變元

位置變元，從表面意思上看是將機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的每一個零部件進行位置的變化，來實現(xiàn)位置變元，從而達到理想的結(jié)果。例如，在進行一些零部件的焊接時，應(yīng)當盡量將零部件的位置進行合理的調(diào)整，使其焊接的位置盡量靠中間，這種焊接方法能夠有效的降低零部件發(fā)生變形，防止元器件發(fā)生不規(guī)則扭曲的現(xiàn)象。通過位置變元，還能夠?qū)⒄w的部件結(jié)構(gòu)空間降低，提高了空間的使用率。

3.4尺寸變元

尺寸變元的意思就是將零部件進行尺寸上的調(diào)整，然后使零部件得到最好的優(yōu)化。尺寸變元在實際的機械機構(gòu)設(shè)計中是將零部件進行形狀上的改變，也就是說對零部件的形狀進行適當?shù)膬?yōu)化。這一點可以通過改變零部件的長、寬、高和各方面的尺寸參數(shù)，將零部件進行優(yōu)化完善。例如，在進行冷沖壓彎曲設(shè)計時，就需要將材料的適當?shù)淖兓螅玫倪M行冷沖壓彎曲設(shè)計。通過將草料進行冷沖之后還能夠進行一定的角度改變，使零部件的角度更加完美。同時，如果要對零部件進行尺寸的變化，在此之前要將零部件的彎曲角度進行詳細的測量和計算，保證零部件變換之后不會影響材料整體的質(zhì)量。

3.5形狀變元

形狀變元就是將元器件進行形狀的調(diào)整之后得到機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中所需要的形狀。在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中將零部件進行形狀變元是為了更好的達到機械設(shè)計的目的。例如，在進行彈簧的安裝時，由于彈簧具有很多不同的種類，因此，通過應(yīng)用彈簧進行安裝的元器件也就有多種不同的類型。在實際的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用彈簧時，要根據(jù)彈簧不同的物理特點，不能夠?qū)椈蛇^分的進行壓緊，這樣會導致彈簧失去了彈性作用。

結(jié)語

總之，目前，傳統(tǒng)的設(shè)計理念存在很多的限制性問題，已不符合現(xiàn)代社會的發(fā)展需求。因此，要求機械結(jié)構(gòu)設(shè)計人員創(chuàng)新設(shè)計理念，優(yōu)化設(shè)計方式，以提高機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量，實現(xiàn)其應(yīng)有的效益。

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