林振生

（三贏科技（深圳）有限公司，廣東 深圳 518000）

機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以幫助產(chǎn)品進(jìn)行功能創(chuàng)新與多樣的提高，從而滿足人們的實(shí)際使用需求。所以，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要時(shí)刻創(chuàng)新，確保機(jī)械結(jié)構(gòu)除了高精準(zhǔn)的特色之外，還有足夠的創(chuàng)新性，進(jìn)而才能在機(jī)械設(shè)備市場(chǎng)中站穩(wěn)腳跟。機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)十分重要，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞決定了機(jī)械設(shè)備的性能，因此，設(shè)計(jì)時(shí)需要在材料、尺寸與多方面因素的基礎(chǔ)上，進(jìn)行設(shè)計(jì)質(zhì)量的保障。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)概述與重要性

機(jī)械結(jié)構(gòu)決定了機(jī)械性能的質(zhì)量，機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新可以在原理、形狀與性能等方面進(jìn)行研究，在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新時(shí)不能對(duì)機(jī)械的實(shí)用性產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)的機(jī)械的使用模式已經(jīng)十分固定，而創(chuàng)新設(shè)計(jì)則可以將這種固定打破，進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的大膽嘗試。在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)上進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，然后再進(jìn)行創(chuàng)新型的改變，保證創(chuàng)新后的機(jī)械機(jī)構(gòu)還是可以正常使用的。因此，需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行創(chuàng)新意識(shí)的提高，摒棄傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，使用新工藝、新材料、新技術(shù)等方式進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，從而進(jìn)行機(jī)械制造領(lǐng)域生命力的提高，完善機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性與安全性。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方式

2.1 材料變?cè)?/h3>

機(jī)械產(chǎn)品中的每個(gè)不同零件的原材料也是不同的。形狀一致、材料卻不同的零件在相同的機(jī)械結(jié)構(gòu)中的作用也是不一樣的，現(xiàn)在已經(jīng)在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)構(gòu)成中大量使用材料變?cè)?。材料變?cè)挚茖W(xué)，可以將各個(gè)模塊進(jìn)行優(yōu)化，再進(jìn)行合理的組合，最終成為全新的產(chǎn)品。

2.2 數(shù)量變?cè)?/h3>

每個(gè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)備都是整體的機(jī)械系統(tǒng)，設(shè)備的作用與零件都各不相同。在進(jìn)行計(jì)算與設(shè)計(jì)時(shí)，研究人員需要針對(duì)各個(gè)不同的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行仔細(xì)的研究，最后再選擇最適合的組合排列方法。

有些設(shè)備中的零件較多，研究人員需要耐心的進(jìn)行數(shù)據(jù)的盤查，也可以在保障產(chǎn)品性能與設(shè)計(jì)的前提下，尋找功能一致的零件進(jìn)行替換。

2.3 位置變?cè)?/h3>

零件的位置若發(fā)生變化，那么同樣數(shù)量與零件的機(jī)械產(chǎn)品也會(huì)發(fā)生功能與特性的改變，因此，設(shè)計(jì)人員需要進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中尺寸變?cè)谋ＷC，尋找最合適的零件尺寸，從而優(yōu)化零件應(yīng)用方案。除此之外，還需要進(jìn)行零件性能的重視，對(duì)零件的尺寸與樣式進(jìn)行合理的改變，確保機(jī)械結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，需要盡可能的將零件尺寸進(jìn)行縮小，再將機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行模式化，讓內(nèi)部零件可以持續(xù)的協(xié)調(diào)與運(yùn)行后，再將機(jī)械結(jié)構(gòu)的外形進(jìn)行縮小。

2.4 聯(lián)通變?cè)?/h3>

機(jī)械結(jié)構(gòu)的聯(lián)接方式包括了盈聯(lián)接、螺紋聯(lián)接與鉚接等，不一樣的聯(lián)接方式都有不一樣的聯(lián)接結(jié)構(gòu)。將聯(lián)接結(jié)構(gòu)與聯(lián)接方式進(jìn)行改變，就會(huì)將結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行改變。

2.5 尺寸變?cè)?/h3>

尺寸變?cè)梢詭椭糠衷骷男螤畎l(fā)生，從而促進(jìn)其優(yōu)化目的。主要可以針對(duì)長(zhǎng)、寬且高的元器件進(jìn)行尺寸變?cè)?。部分機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)在進(jìn)行材料彈性的改變時(shí)，可以針對(duì)這些材料進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算與核查后再進(jìn)行改變，減少因?yàn)椴牧喜缓细穸l(fā)的整體設(shè)計(jì)扭曲與變形情況。

2.6 工藝變?cè)?/h3>

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝的聯(lián)系十分緊密，因?yàn)榱慵闹圃旃に嚫鞑幌嗤?，所以，零件與機(jī)械的制造成本、性能與質(zhì)量也有很大的區(qū)別，也因此對(duì)機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

3 機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的應(yīng)用

3.1 結(jié)構(gòu)變異化設(shè)計(jì)

使用變異化設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化，獨(dú)立設(shè)計(jì)方案時(shí)需要滿足技術(shù)要素的支持。正常情況下，材料、聯(lián)結(jié)點(diǎn)與零件形狀等要素都屬于結(jié)構(gòu)技術(shù)，下面就從功能面、材料種類與聯(lián)接點(diǎn)進(jìn)行分析。

（1）功能面。利用零件間的關(guān)系與位置進(jìn)行功能作用的發(fā)揮。零件的表面控制了零件的形狀，為了確保其作用的有效發(fā)揮，零件中的功能面會(huì)偏多。機(jī)械的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，零件的表面、零件與加工物體之間會(huì)頻繁的進(jìn)行接觸摩擦，而這些接觸摩擦的零件表面就屬于功能面。功能面會(huì)對(duì)機(jī)械性能產(chǎn)生本質(zhì)的影響，利用變異化設(shè)計(jì)進(jìn)行各種方案的呈現(xiàn)，從而帶來(lái)不同的效果。順序、尺寸、位置、數(shù)量與形狀等參數(shù)會(huì)對(duì)功能表面帶來(lái)影響，各個(gè)參數(shù)在變異的情況下都會(huì)產(chǎn)生不一樣的功能面效果。

（2）材料的種類。在加工工藝各不相同時(shí)，首先需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的確認(rèn)，再進(jìn)行材料的科學(xué)選擇，按照不同的材料進(jìn)行工藝的明確，并在工藝確定結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。材料選擇時(shí)需要考慮其成本高低、質(zhì)量好壞與性能強(qiáng)弱等情況。在設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，首先要確認(rèn)材料的性能，例如鑄鐵材料，其抗壓性能強(qiáng)，抗拉性能卻很弱，所以，在使用鑄鐵材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要保持其抗壓狀態(tài)。

（3）聯(lián)接點(diǎn)。零件在互相不接觸的前提下會(huì)包含六個(gè)自由度，當(dāng)零件進(jìn)行互相聯(lián)接時(shí)，會(huì)對(duì)自由度產(chǎn)生多少不等的局限性，保留有需要的自由度，讓其維持原有運(yùn)動(dòng)關(guān)系工作，再針對(duì)其他的自由度展開創(chuàng)新與改變。聯(lián)接指的是零件之間在摩擦接觸時(shí)，方法的不同會(huì)導(dǎo)致零件功能面產(chǎn)生不一樣的功能面形態(tài)，而零件之間不同的緊固力也會(huì)造成自由度的不同。

3.2 結(jié)構(gòu)性能化設(shè)計(jì)

（1）提高剛、強(qiáng)度。機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，局部會(huì)產(chǎn)生受力偏大的情況，為了避免此情況的發(fā)生，可以在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，合理的分散荷載力，與此同時(shí)再將結(jié)構(gòu)分擔(dān)里提高，在使用機(jī)械設(shè)備時(shí)，將支撐套加在集中受力的區(qū)域，也可以進(jìn)行荷載的有效分擔(dān)。機(jī)械在傳動(dòng)作業(yè)過(guò)程中，不做功的力無(wú)法將物體進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)移，因此，需要進(jìn)行零件與其他荷載間平衡力的保持，從而保證整體的平衡，結(jié)構(gòu)的承受力也得到了有效的提高。為了確保零件的剛度，除了進(jìn)行材料的優(yōu)選之外，還要進(jìn)行應(yīng)力集中的避免，減少結(jié)構(gòu)承載出現(xiàn)問(wèn)題的概率。

（2）提升工藝性。切削類的機(jī)床需要利用夾持面來(lái)進(jìn)行裝卡的輔助工作，所以，需要確保夾持面剛度足夠，為了提高工作效率，還可以減少加工物裝卡的頻率。若可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)產(chǎn)品的加工操作，就能有效的減少工作時(shí)間，提升切削效率。

（3）提高精度。在機(jī)械結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生誤差，從而對(duì)機(jī)械帶來(lái)多少不等的影響。因此，需要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這個(gè)源頭進(jìn)行因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)變形、材料較差或溫度變化原因?qū)е碌恼`差的減少，提高機(jī)械的精度。除此之外，還需要進(jìn)行對(duì)誤差敏感度的提升，在減少創(chuàng)新結(jié)構(gòu)誤差的同時(shí)，進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量的保證。另外，機(jī)械內(nèi)部構(gòu)件中連接處過(guò)多，也會(huì)對(duì)產(chǎn)品的精度造成影響。

3.3 結(jié)構(gòu)宜人化設(shè)計(jì)

（1）減少疲累感。大多工作人員會(huì)長(zhǎng)時(shí)間使用同樣的姿勢(shì)進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的操作，所以，在設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，要降低操作壓力，避免操作人員因?yàn)檫^(guò)分疲累而影響工作質(zhì)量。在創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，要注重機(jī)械外形的柔和性，滿足工作人員的需求，在進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間操作后也不會(huì)感覺十分疲累，保證設(shè)計(jì)的宜人化。

（2）確保操作性。工作人員在進(jìn)行機(jī)械操作時(shí)，會(huì)因?yàn)槲恢?、方向與力度的不同而產(chǎn)生不一樣的操作感。正常情況下，右手的力度更大，力度大小也會(huì)因?yàn)樯眢w姿勢(shì)的區(qū)別而產(chǎn)生不同，工作人員在坐著的時(shí)候，腳部的力度是最大的，因此，當(dāng)設(shè)備需要很大的力度才能操作時(shí)，操作人員可以使用腳力來(lái)取代手動(dòng)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意手柄、手輪與杠桿宜人化的設(shè)計(jì)，在使用時(shí)確保不會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)的情況。在使用腳部發(fā)力時(shí)，需要有合適的座椅，踏板放在中間，還要安排靠背做后部力量的支撐。

（3）預(yù)防錯(cuò)誤使用。設(shè)計(jì)零件時(shí)以形狀簡(jiǎn)單、易辨認(rèn)為主。在使用機(jī)械設(shè)備時(shí)，工作人員需要有足夠的操作區(qū)域，在工作人員可視范圍之內(nèi)進(jìn)行儀器儀表的放置，在實(shí)際操作過(guò)程中可以進(jìn)行設(shè)備的管理與控制，防止因?yàn)楣ぷ魅藛T的錯(cuò)誤使用對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成的影響。

3.4 結(jié)構(gòu)便捷化設(shè)計(jì)

（1）加工結(jié)構(gòu)構(gòu)型。在設(shè)計(jì)機(jī)械零件過(guò)程中，需要進(jìn)行裝卡工序、測(cè)量工序與加工工序效率的提升，從而進(jìn)行成本的降低。加工面的外形設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)單實(shí)用的樣式，才能方便裝卡和拆卸道具，避免發(fā)生斜面鉆孔的情況。因此，可以使用零件組合的方法，在提高使用效果的同時(shí)，還能進(jìn)行時(shí)間與成本的節(jié)約。

（2）簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。機(jī)械設(shè)計(jì)的目的是為了可以簡(jiǎn)化零件結(jié)構(gòu)，滿足了設(shè)備去修之后，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，可以加快拆卸設(shè)備與維修設(shè)備的速度，提高工作效率，防止在設(shè)備運(yùn)行時(shí)間產(chǎn)生對(duì)經(jīng)濟(jì)利益造成影響的故障。例如有著強(qiáng)度較小、柔性較大特點(diǎn)的塑料結(jié)構(gòu)，如果使用螺紋進(jìn)行零件間的聯(lián)接，則會(huì)導(dǎo)致其承受不住外力而引發(fā)斷裂情況，而且還有著繁瑣的加工與裝卸工序，所以，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該有效利用塑料的優(yōu)勢(shì)，利用搭鉤凹槽進(jìn)行聯(lián)接，以提高裝配與拆卸過(guò)程的便捷性與效率性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新是機(jī)械發(fā)展過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，其可以保證零件的有效組合與使用，進(jìn)行機(jī)械質(zhì)量與效率的提升，從而推動(dòng)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要將專業(yè)的理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行有效的結(jié)合，激發(fā)其強(qiáng)大的創(chuàng)新能力，從變異化、性能化、宜人化與便捷化等方面進(jìn)行結(jié)構(gòu)矛盾的解決，將機(jī)械設(shè)備的安全性與可靠性提升，從而推動(dòng)機(jī)械設(shè)備的不斷發(fā)展與企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的有效提高。