關(guān)于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究

王巍巍

吉林吉恩鎳業(yè)股份有限公司 吉林 磐石 132311

引言

機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞,直接決定該產(chǎn)品的使用壽命以及力學(xué)性能,因此機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在整個(gè)工程或產(chǎn)品中尤為重要。下面講述了有關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中創(chuàng)新設(shè)計(jì)的意義

基于新時(shí)期,社會發(fā)展呈現(xiàn)多元化,機(jī)械結(jié)構(gòu)也要與時(shí)俱進(jìn),實(shí)現(xiàn)多樣化發(fā)展,切實(shí)提升機(jī)械產(chǎn)品的性能,為整個(gè)社會工作效率的提升奠定基礎(chǔ)?；诖?要突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的限制與束縛,擺脫結(jié)構(gòu)單一與應(yīng)用范疇的限制,為行業(yè)發(fā)展開拓新思路。為此,機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要增強(qiáng)創(chuàng)新思想,加快新材料、新工藝與新結(jié)構(gòu)等的應(yīng)用,突破常規(guī)設(shè)計(jì)思想的限制,在本質(zhì)上對機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新,為現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展融入新的活力與生命力,推動其實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定與健康發(fā)展。

2 機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)要點(diǎn)

2.1 設(shè)計(jì)創(chuàng)新

在一般情況下,機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括功能與質(zhì)量兩大內(nèi)容,對于產(chǎn)品功能,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體現(xiàn)在材料、技術(shù)以及使用可靠性等方面,而質(zhì)量設(shè)計(jì),則應(yīng)該在滿足各大要求與標(biāo)準(zhǔn)的前提下,提升產(chǎn)品的性價(jià)比,為其市場的拓展奠定基礎(chǔ),這是現(xiàn)代設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)創(chuàng)新是在滿足以上要求的基礎(chǔ)上,通過一定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),創(chuàng)造產(chǎn)品在安全、環(huán)保以及價(jià)格方面的優(yōu)勢,例如利用變元設(shè)計(jì),能夠構(gòu)造出更佳的結(jié)構(gòu)空間,節(jié)省材料,提升產(chǎn)品性能與內(nèi)涵,這都將成為機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的競爭優(yōu)勢。

2.2 優(yōu)化方案

機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一個(gè)重要的目的,即優(yōu)化方案,在一般情況下,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是在大量的設(shè)計(jì)方案中找到具有可行性的最優(yōu)方案,首先,設(shè)計(jì)人員應(yīng)該創(chuàng)造出眾多可供選擇的方案;然后再對挑選出的方案進(jìn)行一定的結(jié)構(gòu)優(yōu)化,在材料、銜接方式以及外觀等各方面挖掘方案的優(yōu)化潛力;最后,再使用變元法對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)賦予一定的內(nèi)涵,對變元法的使用應(yīng)該在明確產(chǎn)品主要結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上拓展出多種的其他結(jié)構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的變元。不斷的變元與比較,能夠有利于設(shè)計(jì)人員選擇出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案,從而設(shè)計(jì)出更具有市場與性價(jià)比的產(chǎn)品,為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量

機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量的提升一般從結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、精度與硬度三大方面的入手,第一,為了滿足結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求,在設(shè)計(jì)過程中工作人員應(yīng)該最大程度降低結(jié)構(gòu)的懸臂長度,從而提升結(jié)構(gòu)的牢固性與穩(wěn)定性;第二,在產(chǎn)品的使用過程中,極其容易產(chǎn)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的干擾,設(shè)計(jì)人員應(yīng)該盡量降低局部壓力的傳播,避免產(chǎn)生結(jié)構(gòu)受力不平衡;第三,設(shè)計(jì)過程中,應(yīng)該避免由于零件拉力增大造成了結(jié)構(gòu)扭曲,因此,設(shè)計(jì)人員應(yīng)該重視對材料的選擇與應(yīng)用,減小產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在局部受到的強(qiáng)度沖擊;最后,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該嚴(yán)格遵守阿貝原則,從而更好地避免精度誤差的產(chǎn)生,降低對結(jié)構(gòu)的損壞?？偠灾?提升機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量對產(chǎn)品性能來說起著非常重要的作用。

3 變元法的具體應(yīng)用解析

3.1 工藝變元

不同的制造工藝,對機(jī)械元件的性能也有影響,不同性能的機(jī)械元件會影響到整個(gè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量。因此在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,要充分考慮到機(jī)械整體性能和特點(diǎn),分析和研究零件的結(jié)構(gòu)工藝、加工工藝是否合理,一旦發(fā)現(xiàn)問題,應(yīng)及時(shí)予以糾正。

3.2 材料變元

機(jī)械設(shè)計(jì)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(jìn)行材料變元,就是為了尋找最符合機(jī)械設(shè)計(jì)要求的材料,將材料性能和機(jī)械本身的性能完全發(fā)揮出來,達(dá)到最優(yōu)的設(shè)計(jì)效果。例如在配電機(jī)械中,閥門部分除了應(yīng)考慮其絕緣屬性外,還應(yīng)考慮閥門推拉時(shí)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(shí)配件應(yīng)用中,瓷制器元件比塑膠元件更符合機(jī)械應(yīng)用。

3.3 數(shù)量變元

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)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(shù)量變元就是從這些基本元素入手,通過對其調(diào)整,達(dá)到改變機(jī)械結(jié)構(gòu)的目的。這在生活中極為常見。例如：在螺紋連接結(jié)構(gòu)中,通常需要彈簧墊圈和螺釘兩個(gè)元件同時(shí)安裝使用,這樣在實(shí)際操作中,太過繁雜[1]。若采用數(shù)量變元的方法,將螺釘、墊圈和彈簧墊圈設(shè)計(jì)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(shù)量又方便產(chǎn)品施工時(shí)的裝配。

3.4 形狀變元

形狀變元就是將元器件進(jìn)行形狀調(diào)整之后得到機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中所需要的形狀。在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中將零部件進(jìn)行形狀變元是為了更好的達(dá)到機(jī)械設(shè)計(jì)的目的。 例如：在設(shè)計(jì)石化設(shè)備時(shí),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(guān)元器件應(yīng)遵循面積最小的原則,盡量設(shè)計(jì)成球體結(jié)構(gòu)或者圓柱體結(jié)構(gòu)。

3.5 連接變元

機(jī)械結(jié)構(gòu)中的鏈接包括兩個(gè)方面,其一是指連接方法,通常包括了螺紋、焊接、鉚接、膠接聯(lián)接和盈聯(lián)接。其二則是不同連接方法中的聯(lián)接結(jié)構(gòu),這就表明可以通過調(diào)整聯(lián)接結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)多種類的結(jié)構(gòu)類型。這類設(shè)計(jì)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(jī)方便,移動手機(jī)的外殼通常設(shè)計(jì)成可以快速拆裝的連接結(jié)構(gòu),滿足人們更換相關(guān)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(dá)到能滿足機(jī)器的安裝使用的最優(yōu)效果。要做到這一點(diǎn),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(chǎn)生的彈性變形,對彎曲件的彎曲度要求比較嚴(yán)格,在彎曲件在成型后,則需再次進(jìn)行工序修復(fù),以滿足對彎曲度的要求。

3.7 位置變元

一個(gè)機(jī)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(lián)系不同、作用不同,其最優(yōu)位置也各有不同。對機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行位置變元,通俗來講就是通過對元件的空間位置進(jìn)行調(diào)動、測試,以確定其最優(yōu)位置,最終達(dá)到整體優(yōu)化的目的[4]。例如在焊接元器件的時(shí)候應(yīng)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(fā)生變形扭曲,增加部件群的整體協(xié)調(diào)性、美觀性,同時(shí)能有效的利用空間,置放其它元件,實(shí)現(xiàn)有限空間的高效利用。

結(jié)語

機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對機(jī)械設(shè)計(jì)的成敗起著舉足輕重的作用,機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要求設(shè)計(jì)者具備扎實(shí)的專業(yè)和技術(shù)知識,同時(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)品競爭優(yōu)勢,達(dá)到機(jī)械制造加工企業(yè)的社會經(jīng)濟(jì)效益最大化。