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创新设计在机械结构设计中的应用研究周建行

发表时间：2021/6/28 来源：《基层建设》2021年第6期作者：周建行

[导读] 摘要：由于机械结构的设计过程相对比较繁杂，众多因素都可能影响到设计活动。

        身份证号码：33078119890104xxxx
        摘要：由于机械结构的设计过程相对比较繁杂，众多因素都可能影响到设计活动。鉴于此，要加强机械结构设计的创新，保证机械结构设计层次明显得到提高。在创新思维的指导下，不断提高机械结构的科学性、合理性。在行业设计规范统一指导下，走创新化的机械结构设计之路不仅能推动国内机械制造行业的发展，同时还能有效促进科技与机械之间的融合。本文主要针对创新设计在机械结构设计中的应用进行简要分析。
        关键词：创新设计；机械结构；设计；应用
        1当前机械结构设计创新的必要性
        在工业化时代，机械结构的优异程度关乎相应产品的质量与所需成本。这就要依据各个行业的有关规定进行机械结构设计。从企业方面看，创新思维指导机械结构设计，能促进有关工作者形成创造性的理念，把各种机械零件和模块间进一步组合，改进结构的性能，提高机械设备质量，促进生产，降低成本。从国家，提倡机械结构设计创新是一个民族能够立于不败之地的重要保障。创新推动生产发展，并直接增强国家综合实力。因此，有必要强化机械结构设计创新的过程，特别是在工业现代化的发展目标下，创新之路，势在必行。
        2 机械结构创新设计方式
        2.1 材料变元法
        机械产品中的每个不同零件的原材料也是不同的。形状一致、材料却不同的零件在相同的机械结构中的作用也是不一样的，现在已经在机械创新设计构成中大量使用材料变元法。材料变元十分科学，可以将各个模块进行优化，再进行合理的组合，最终成为全新的产品。
        2.2 数量变元法
        每个机械产品设备都是整体的机械系统，设备的作用与零件都各不相同。在进行计算与设计时，研究人员需要针对各个不同的结构尺寸进行仔细的研究，最后再选择最适合的
        组合排列方法。有些设备中的零件较多，研究人员需要耐心的进行数据的盘查，也可以在保障产品性能与设计的前提下，寻找功能一致的零件进行替换。
        2.3 位置变元法
        零件的位置若发生变化，那么同样数量与零件的机械产品也会发生功能与特性的改变，因此，设计人员需要进行机械结构设计过程中尺寸变元的保证，寻找最合适的零件尺寸，从而优化零件应用方案。除此之外，还需要进行零件性能的重视，对零件的尺寸与样式进行合理的改变，确保机械结构的正常运转。设计人员在设计机械结构时，需要尽可能的将零件尺寸进行缩小，再将机械结构设计进行模式化，让内部零件可以持续的协调与运行后，再将机械结构的外形进行缩小。
        2.4 联通变元
        机械结构的联接方式包括了盈联接、螺纹联接与铆接等，不一样的联接方式都有不一样的联接结构。将联接结构与联接方式进行改变，就会将结构方案进行改变。
        2.5 尺寸变元
        尺寸变元可以帮助部分元器件从形状发生，从而促进其优化目的。主要可以针对长、宽且高的元器件进行尺寸变元。部分机械生产技术在进行材料弹性的改变时，可以针对这些材料进行严格的计算与核查后再进行改变，减少因为材料不合格而引发的整体设计扭曲与变形情况。
        2.6 工艺变元
        结构设计与工艺的联系十分紧密，因为零件的制造工艺各不相同，所以，零件与机械的制造成本、性能与质量也有很大的区别，也因此对机械设备的结构产生影响。
        3 机械结构创新设计的应用
        3.1 结构变异化设计
        3.1.1功能面
        利用零件间的关系与位置进行功能作用的发挥。零件的表面控制了零件的形状，为了确保其作用的有效发挥，零件中的功能面会偏多。机械的实际运行过程中，零件的表面、零件与加工物体之间会频繁的进行接触摩擦，而这些接触摩擦的零件表面就属于功能面。功能面会对机械性能产生本质的影响，利用变异化设计进行各种方案的呈现，从而带来不同的效果。顺序、尺寸、位置、数量与形状等参数会对功能表面带来影响，各个参数在变异的情况下都会产生不一样的功能面效果。

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        3.1.2材料的种类
        在加工工艺各不相同时，首先需要进行结构创新的确认，再进行材料的科学选择，按照不同材料进行工艺的明确，并在工艺确定结构的基础上，进行创新性结构优势的发挥。材料选择时需要考虑其成本高低、质量好坏与性能强弱等情况。在设计机械结构时，首先要确认材料的性能，例如铸铁材料，其抗压性能强，抗拉性能却很弱，所以，在使用铸铁材料进行结构设计时，需要保持其抗压状态。
        3.1.3联接点
        零件在互相不接触的前提下会包含六个自由度，当零件进行互相联接时，会对自由度产生多少不等的局限性，保留有需要的自由度，让其维持原有运动关系工作，再针对其他的自由度展开创新与改变。联接指的是零件之间在摩擦接触时，方法的不同会导致零件功能面产生不一样的功能面形态，而零件之间不同的紧固力也会造成自由度的不同。
        3.2 结构性能化设计
        3.2.1提高刚、强度
        机械在运转的过程中，局部会产生受力偏大的情况，为了避免此情况的发生，可以在进行结构设计的时候，合理的分散荷载力，与此同时再将结构分担里提高，在使用机械设备时，将支撑套加在集中受力的区域，也可以进行荷载的有效分担。机械在传动作业过程中，不做功的力无法将物体进行有效的转移，因此，需要进行零件与其他荷载间平衡力的保持，从而保证整体的平衡，结构的承受力也得到了有效的提高。为了确保零件的刚度，除了进行材料的优选之外，还要进行应力集中的避免，减少结构承载出现问题的概率。
        3.2.2提升工艺性
        切削类的机床需要利用夹持面来进行装卡的辅助工作，所以，需要确保夹持面刚度足够，为了提高工作效率，还可以减少加工物装卡的频率。若可以同时进行多个产品的加工操作，就能有效的减少工作时间，提升切削效率。
        3.2.3提高精度
        在机械结构建筑的设计与制造过程中，会产生误差，从而对机械带来多少不等的影响。因此，需要从结构设计这个源头进行因为结构变形、材料较差或温度变化原因导致的误差的减少，提高机械的精度。除此之外，还需要进行对误差敏感度的提升，在减少创新结构误差的同时，进行产品质量的保证。另外，机械内部构件中连接处过多，也会对产品的精度造成影响。
        3.3 结构宜人化设计
        3.3.1减少疲累感
        大多工作人员会长时间使用同样的姿势进行机械设备的操作，所以，在设计机械结构时，要降低操作压力，避免操作人员因为过分疲累而影响工作质量。在创新设计机械结构时，要注重机械外形的柔和性，满足工作人员的需求，在进行长时间操作后也不会感觉十分疲累，保证设计的宜人化。
        3.3.2确保操作性
        工作人员在进行机械操作时，会因为位置、方向与力度的不同而产生不一样的操作感。正常情况下，右手的力度更大，力度大小也会因为身体姿势的区别而产生不同，工作人员在坐着的时候，脚部的力度是最大的，因此，当设备需要很大的力度才能操作时，操作人员可以使用脚力来取代手动。在进行结构设计时，需要注意手柄、手轮与杠杆宜人化的设计，在使用时确保不会产生移动的情况。在使用脚部发力时，需要有合适的座椅，踏板放在中间，还要安排靠背做后部力量的支撑。
        3.3.3预防错误使用
        设计零件时以形状简单、易辨认为主。在使用机械设备时，工作人员需要有足够的操作区域，在工作人员可视范围之内进行仪器仪表的放置，在实际操作过程中可以进行设备的管理与控制，防止因为工作人员的错误使用对产品质量造成的影响。
        4结束语
        综上所述，机械结构的创新是机械发展过程中的重要环节，其可以保证零件的有效组合与使用，进行机械质量与效率的提升，从而推动我国国民经济的稳定发展。设计人员在进行结构设计时，需要将专业的理论知识与实践经验进行有效的结合，激发其强大的创新能力，从变异化、性能化、宜人化与便捷化等方面进行结构矛盾的解决，将机械设备的安全性与可靠性提升，从而推动机械设备的不断发展与企业经济效益的有效提高。
        参考文献：
        [1]机械结构设计中的创新设计应用研究[J].杜俊斌，张海强.中国设备工程.2019（12）
        [2]机械结构设计中的创新设计应用研究[J].戚文梁.科技经济导刊.2020（24）
        作者简介：周建行（1989.01-）；性别，男；民族：汉族；籍贯：浙江兰溪；职称：助理工程师；研究方向：计算机辅助设计（产品外观及结构设计，机械设计及其自动化等）。