机械结构设计与分析

　　摘要：机械结构设计具体是指机械工程师完成机械产品构思之后，按照设计方案的要求，再进行机械工程图纸的绘制，并且将设计思路通过机械图纸具体反映出来。通俗来讲，机械设计的最终目的是将机械师在脑海中形成的抽象设计思路，变成具体的、直观的图纸。机械设计师在进行设计的时候，还要根据机械原理、材料力学等相关知识，计算出机械零件的尺寸大小，并选择出能够承受机械强度的原材料。本文通过对变元法在机械设计中的创新，来探究机械结构设计中的创新。 　　关键词：机械结构；设计；创新 　　引言 　　机械结构的整体设计的实现是基于完成了总体设计的前提下，只有把整体的设计完成了才能够实现接卸结构的调整。那么这样做的原因主要是要确定好原有的原理图方案，这样才能够得到一些较为细致的原理结构图，只有这样才能体现出原理图具体的作用和其功能；要进行机械结构的设计的主要原因是为了把原来的理论原理变化成为实际中的一些零件或者工具，那么在进行机械设计时就要把零件的参数标示出来等等，这样才能够最后在组装时得到想要的整体部件。本篇文章主要就针对于机械设计中变元法的运用进行了一些说明和简单的介绍。 　　一、机械结构设计创新设计的重要性 　　随着社会经济的不断发展，我们机械制造技术发展也极为迅速，而且，机械制造是我国重大生产行业之一，对推动我国经济发展有着极大的作用。但是，我国作为一个机械制造大国，在机械结构设计上却欠缺太多，很多机械制造都是模仿其他发达国家的机械设计工艺来进行生产的，虽然一些机械结构设计也发生了改变，而从本质上却依然没有太大的变动，缺乏自主创新设计，一直引用技术会造成我国的机械结构设计会随着发达国家的后面走，无法将其真正的超越，而且，很多机械企业认为创建机械研发中心较为奢侈，这样的思想很难为我国的经济发展、科技发展带来更大的推动作用。我国作为一个经济大国、机械制造大国，不能仅将目光停留在机械的生产制造中，更应将目光放在机械结构设计的创新上，同时，还要注重机械结构设计创新人才的培养，这才是机械结构设计创新发展的根本。 　　二、简要介绍机械结构设计的七种变元创新 　　（一）材料变元 　　现实生活中很多种材料都可以用来设计机械结构，不一样的材料要求的加工方法和手段不一样、适用的结构类别不一样、零件需要的大小也不一样。材料的变元可以变化出不一样的结构模式。比如说：在进行钢材料的结构设计过程中，零件的截面面积越大，材料结构强度就越大、越硬；在铁材料的结构设计中，为了使结构变强变硬，人们通常使用加强筋和隔板的方法；在塑料材料的结构设计中，塑料件的筋板和壁厚应该无差而别且对称均匀。 　　（二）数量变元 　　机械产品数量变元，是指考虑到把机械产品整个零件或者零件的每一个轮廓、工作和加工的面、线均视为结构基本元素，通过改变调整这些基本元素的数量，来达到对机械产品结构改变的实现目的。比如：为达到力求简单的目标，我们尽量对铸件结构的形状，采用直线形轮廓的设计。又如：为防止螺钉松脱，我们将螺纹连接结构的螺钉、垫圈等设计成一体化，这样在减少零件数量下，实现了防松措施的目标实现。 　　（三）形状变元 　　根据形状变元可以看出这一变元法主要就是对于元器件的整体进行调整变形以后得到一些需要的元器件，这样就可以达到机械设计的目的要求以及想要的元器件的参数。来达到最好的优化效果。举个例子：充分利用弹簧的弹簧弹性来进行元器件的安装，那么在进行安装时弹簧有很多种类型，那么相应的通过弹簧安装的元器件也就会有很多种不同的形状，就好像有圆柱型，平面型等等。那么我们可以充分利用这些元器件的形状来进行设计和优化作用。那么弹簧要考虑它的物理特性不能不起作用也不能过于压紧，因为前者不能讲弹簧的特性发挥出来，而后者将会使弹簧在以后的使用中失去它的弹性作用。那么弹簧一定要保持稳定不能够轻易的松动，弹簧的特性我们可以充分的利用，因为弹簧不仅体积小而且便于和各个元器件相互进行结合。 　　（四）工艺的变元 　　加工工艺技术对机械结构设计的创新有着极大的作用，机械的任何结构在完成理想设计之前，都必须有着可靠的加工工艺作为支持，这样才能有效的提高机械结构创新的效果。变元法中所提到的工艺变元主要是根据工艺技术选择的不同，来实现对各个元器件产生相应的作用，从而实现对机械整个结构产生作用。工艺手段与结构尺寸、材料性能等变元有着很大的差异性，工艺手段选取和使用的合理性，直接影响到机械结构的质量和性能，因此，机械结构创新设计必须对工艺手段进行创新设计，利用新颖的工艺手段来确保机械结构设计的创新性。 　　（五）尺寸的变元 　　高质量的产品，不仅需要好的产品性能，而且还需要满足用户对产品外观、安装方式、外形尺寸等要求。 这就需要机械设计师，利用科学的方法对机械零件进行推算，找出对零件最佳的设计方案，并通过对零件外形的修正与优化，使零件在机械产品运转中达到最好的运转状态。 我们对液浮式陀螺罗经的内部零件进行优化设计，在满足强度的同时缩小了部分零件的尺寸，并采用模块的结构方式，使液浮式陀螺罗经内部零件得到更好协调，从而大大缩小了产品的外形尺寸，减轻产品的重量。 　　（六）位置变元 　　在实际操作过程中，产品结构的元素之间的位置是可以进行调换的，这样可以无形中使结构本身的设计更加完善。比如，零件的焊缝位置应该对应中性轴或者至少需要靠近中性轴，这样便于将收缩力减少或者能够避免产品的变形。 　　（七）联接变元 　　机械产品的联接变元创新，我们需要考虑应元素的两层含义：一层是需考虑到对元素连接方式的变化，比如说日常用的铆接、胶接、焊接、螺纹接等；二是需要考虑到对每一种连接方法不同联接结构的元素创新，从而获得多种结构类型方案。 　　（八）对机械结构变元创新设计的优化评测 　　对变元创新后的各类机械结构设计方案，往往我们要给一个综合评测，通常情况下，采用综合考虑到设计中的七个变元因素，对新的结构设计进行模糊评测。在评测过程中，我们要先在脑海中形成一套基本的设计方案，然后通过建立起一些数学模型，设计者对每一种结构方案进行综合分析，并凭借自己掌握的经验及知识能力进行综合评判。其中，要考虑到一些指标，具体细化为社会效益，工艺性及可操作性、维修性、安全性等方面，同时借助推理、模拟等逻辑方法，最终从多种备用的不同结构方案中，选取一个具有创造性的作为最后优化的创新设计方案。对已确定的结构方案，也可在采用上述评价变元因素基础上，在变元之间联动配合修改，达到更加优化的设计目的。 　　结语 　　机械创新结构设计对于机械行业的发展而言具有举足轻重的作用，它不仅能够更好地满足当前社会对机械设备不断升高的要求，实现各类机械零件的最佳组合，同时还可以推动机械行业的可持续发展。因此各机械设计企业理应在机械设备设计过程中充分采用创新设计理念，寻找最佳结构设计，以设计出更多的结构方案，推动企业自身的发展，最终促进社会的良性发展。 　　参考文献 　　[1]徐慧勇.浅析机械结构设计中的创新设计[J].黑龙江科技信息，2010，（30）. 　　[2]徐慧勇 . 浅析机械结构设计中的创新设计 [J]. 黑龙江科技信息 ，2013（30）. 　　[3]许瑛琪.关于机械结构创新设计的新思考[J].中国科技纵横，2011（15）.