机械结构设计中的创新设计及应用方法探究

陈信机

摘 要：在机械结构设计中引入变元法，能够较好的提高机械设计的效果。变元法中的形状变元、位置变元、尺寸变元、数量变元和材料变元等都对机械结构设计中元器件的设计起到了非常重要的作用。然而，对于机械设计来说，创新设计方法研究的道路仍需要不断的探索。

关键词：机械结构设计；创新设计；应用方法

1导言

机械结构要在总体设计完成的情况下才能够进行整体设计，整体的机械结构设计完成之后才能够进行接卸结构的调整。要想得到比较精细化的机械结构设计原理图，就是要将总体设计进行完善，然后将机械结构的整体设计进行调整之后，这样才能够体现出机械结构设计原理图的作用及功能。在进行实际的机械结构设计时，要将其中的零件的参数进行标注，这样一来有助于零部件进行组装。在将零部件进行参数的标注时，还要对零部件的精准度进行详细的检查，保证每一个零部件的精准度都符合标准。变元法起源于德国，作为一种创新方法，在机械结构设计行业得到了广泛应用。机械结构设计中应用变元法时，要对机械设计的基本结构进行深入的研究，在对机械设计的基本框架有了深入的了解之后才能够将机械的零部件进行合理的调整和完善。变元法重要内容有两方面，一是将机械零部件中的一些部件进行注释说明，对零部件中的主要含义进行解释，对于零部件的数量、位置、尺寸、形状、连接和工艺这些内容进行重点的研究和分析。二是在对机械结构设计中的零部件检查和调整之后，研究其创新设计，改善原来的方案，从而使机械结构设计更加完美，更适应机械设计的发展。

2机构运动方案实验设计

2.1实验教学目的

实验教学具有两个目的：一是深化理解机构运动的基础知识，熟悉基本杆组概念，奠定好创新型实验设计的理论基石；二是利用各类相关联的杆组，拼接对应的平面机构，激发学生的创新设计思维，培养学生的综合技能。

2.2实验平台搭建

根据机构运动的基础知识，拟定实验所需的机构运动尺寸、运动方案，利用实验台所提供的各类杆组零件，依照实验内容搭建机构运动的传递顺序。实验时，一是区分各类机构件所运动的区域范围，避免发生运动干涉；二是按照预定机构运动方案搭接或拼接，需注意，拼接的参考面和构件运动平面达到外伸的机构运动层面数愈小，其运动平稳度愈好。因此，在实验时将机构件的运动层面采用交错排列方式进行拼接，可使运动平稳。所使用的实验平台由五根沿 X 方向可移动的铅垂立柱和在立柱上有若干可沿 Y 方向移动的滑块组成，如图 1 所示。实验时，以面对操作者的铅垂面为机构拼接的参考面，操作者先双手扶稳立柱，轻推立柱左右移动，到达预定位置后将立柱两端的螺栓拧紧锁住立柱；然后，轻推滑块上下移动，到达预定位置后将滑块螺栓拧紧锁定在立柱上。通过此类操作方式，人们可在 X、Y 平面内确定活动构件相对机架的连接位置。

图 1 实验台 机架

2.3典型机构运动创新设计

可实验的机构运动方案均具有基礎知识与实践相结合的特性，每个机构运动方案都可根据运动示意图推算出机构件的尺寸或相对位置，再进行机构杆组的拼接拆分完成实验目的。能完成机构运动创新实验的有：蒸汽机机构、插床的插削机构、刨床导杆机构、曲柄滑块机构与齿轮齿条机构的组合等 16 种机构。因此，可要求学生发挥创新思维和实践动手能力来进行机构创新实验。

3材料变元

机械结构的设计中具有多种类型的原材料，每一种原材料都具有不尽相同的作用，因此在面对不同的机械结构设计时，要根据各自要求对原材料进行不同方式的选择。这时，不同原材料的作用和功能就能够较好地体现出来。将原材料进行不同方式的加工之后就能够运用到机械结构设计中，进行新型设计方法的研究。通过运用变元法，能够较好地实现新方案研发。变元法在实际的运用中就是将机械结构设计中的各种变量进行改变没然后得到的结果不会改变的情况下，来实现机械结构中的接卸设计。

4数量变元

变元法中的零部件的结构原理包含两个基本元素，加工面和工作面。除此以外，产品的结构原理中还包含对零部件整体和零部件自身等一些元素。这些元素决定了产品质量的好坏，因此，通过将这些基本元素进行调整之后就能够得到想要的产品。例如，对于一些设计相对较为简单的产品来说，通常都是采用直线形状，比如螺丝的设计主要因素就是防止松动脱落，因此，在进行螺丝的设计时，要考虑到用什么方法降低螺丝的松动率。可以利用弹簧垫，能够使弹簧起到有效的缓冲作用。这样一来能够有效的提高机械设计的工作效率，减少施工量。

5位置变元

位置变元，从表面意思上看是将机械结构设计中的每一个零部件进行位置的变化，来实现位置变元，从而达到理想的结果。例如，在进行一些零部件的焊接时，应当尽量将零部件的位置进行合理的调整，使其焊接的位置尽量靠中间，这种焊接方法能够有效的降低零部件发生变形，防止元器件发生不规则扭曲的现象。通过位置变元，还能够将整体的部件结构空间降低，提高了空间的使用率。

6尺寸变元

尺寸变元的意思就是将零部件进行尺寸上的调整，然后使零部件得到最好的优化。尺寸变元在实际的机械机构设计中是将零部件进行形状上的改变，也就是说对零部件的形状进行适当的优化。这一点可以通过改变零部件的长、宽、高和各方面的尺寸参数，将零部件进行优化完善。例如，在进行冷冲压弯曲设计时，就需要将材料的适当的变化之后，更好的进行冷冲压弯曲设计。通过将草料进行冷冲之后还能够进行一定的角度改变，使零部件的角度更加完美。同时，如果要对零部件进行尺寸的变化，在此之前要将零部件的弯曲角度进行详细的测量和计算，保证零部件变换之后不会影响材料整体的质量。

7形状变元

形状变元就是将元器件进行形状的调整之后得到机械结构设计中所需要的形状。在机械结构设计中将零部件进行形状变元是为了更好的达到机械设计的目的。例如，在进行弹簧的安装时，由于弹簧具有很多不同的种类，因此，通过应用弹簧进行安装的元器件也就有多种不同的类型。在实际的机械结构设计中应用弹簧时，要根据弹簧不同的物理特点，不能够将弹簧过分的进行压紧，这样会导致弹簧失去了弹性作用。

8结语

创新是行业发展的灵魂，是实现企业竞争力的源泉，有利于企业获得更大的上升空间，以满足社会的发展需求。现阶段，市场需求开始呈多元化趋势，传统的设计理念使企业的发展受到了限制，无法发挥其实际作用。对此，应强化创新设计理念，对机械结构进行优化，从而实现最优设计效果。

参考文献

[1]胡臣勇.研究创新设计在机械结构设计中的应用[J].科技经济导刊，2017（25）：40.

[2]杜春艳.创新设计在机械结构设计中的应用[J].中国新技术新产品，2017（15）：49-50.

[3]乔栋，郭鹏.机械结构设计中的创新设计应用[J].机械管理开发，2016，31（08）：5-6+9.

[4]王峰.工业机器人应用中的机械结构设计方法研究[J].科技经济导刊，2016（08）：79.

（作者单位：东莞钿威电子科技有限公司）