前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了創(chuàng)新設(shè)計在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要：為最大化地發(fā)揮機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的作用，對機械結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新進行研究。分析創(chuàng)新設(shè)計對機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性，闡述創(chuàng)新設(shè)計在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體應(yīng)用，介紹基于發(fā)明問題的解決理論(teoriyaresheniyaizobreatatelskikhzadatch，TRIZ)創(chuàng)新設(shè)計理論變元法的創(chuàng)新設(shè)計實例。結(jié)果表明：通過使用創(chuàng)新設(shè)計可以進一步提高機械的質(zhì)量與性能，并促使機械制造業(yè)實現(xiàn)更好的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新設(shè)計；機械結(jié)構(gòu)設(shè)計；重要性；應(yīng)用

0引言

目前，在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中使用創(chuàng)新設(shè)計已經(jīng)得到相關(guān)人員的高度重視，主要目的是能更好地利用機械，并最大化地發(fā)揮機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的作用。機械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計通常采用變元法。該方法使用起來比較簡便，在創(chuàng)新設(shè)計過程中使用邏輯化思維能夠?qū)崿F(xiàn)對可變元素的系統(tǒng)化梳理，在此基礎(chǔ)上進一步應(yīng)用基于發(fā)明問題的解決理論(TRIZ)創(chuàng)新設(shè)計理論，可以進一步提高機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的效率。

1創(chuàng)新設(shè)計對機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性

近年來，我國社會經(jīng)濟的發(fā)展速度持續(xù)加快，人們的思想觀念也開始朝著多元化的方向發(fā)展，因此，對機械結(jié)構(gòu)設(shè)計也提出了更高要求。在這種情況下，傳統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計理念逐漸顯示出許多不足，例如，設(shè)計出來的機械結(jié)構(gòu)相對單一，能夠使用的范圍也相對較小，導(dǎo)致機械結(jié)構(gòu)的實際作用難以發(fā)揮。機械結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須要提高自身的創(chuàng)新意識，使用新工藝、新結(jié)構(gòu)、新材料等設(shè)計方式來彌補傳統(tǒng)設(shè)計理念的不足，以提高機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的效率，促使機械制造行業(yè)實現(xiàn)更好的發(fā)展[1]。

2創(chuàng)新設(shè)計在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

2.1材料變元

在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，通常要按照不同的結(jié)構(gòu)類型選擇不同的材料，在選擇材料時，通過材料變元可以得到很多意料之外的成果。通過改變材料的特性，或者利用材料特性設(shè)計更穩(wěn)定可靠的機械結(jié)構(gòu)。例如，在玻璃外表易損器件的固定結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可利用柔性材料和剛性材料不同的特性，設(shè)計一種能夠提高敏感光學(xué)器件抗沖擊能力的結(jié)構(gòu)，從而達到將敏感光學(xué)器件運用在高沖擊高振動環(huán)境中。在易損器件的固定設(shè)計中，摒棄了傳統(tǒng)剛性固定的設(shè)計，采用了橡膠約束墊進行徑向的固定，然后通過金屬固定環(huán)和固定線路板進行軸向固定的設(shè)計。2種不同特性的材料相互作用，不僅可以最大限度地利用產(chǎn)品內(nèi)部空間，而且提高了易損器件在高沖擊高振動環(huán)境中的可靠性。

2.2數(shù)量變元

在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，經(jīng)常存在很多需要進行細(xì)微調(diào)整的元素，而最為簡單的變元方法就是通過改變設(shè)計結(jié)構(gòu)中基礎(chǔ)元素的數(shù)量來實現(xiàn)對機械結(jié)構(gòu)的合理調(diào)整。這種創(chuàng)新方式非常普遍[2]。例如，在對鑄件結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，為了可以有效防止螺栓脫落，就使用彈簧墊圈與螺釘2種類型的元件。從物理學(xué)原理的角度來說，通過這種方式能夠改變設(shè)計結(jié)構(gòu)中存在的元素數(shù)量，設(shè)計出集多功能于一體的零件，不但可以優(yōu)化整體的機械結(jié)構(gòu)，而且可以簡化機械結(jié)構(gòu)的安裝步驟。

2.3尺寸變元

尺寸變元主要通過改變元器件的形狀來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計的最優(yōu)化，即把元器件長寬高的參數(shù)都進行適當(dāng)改變。

2.4工藝變元

機械產(chǎn)品的質(zhì)量由機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與機械制造工藝決定。設(shè)計人員需要在每個零件的性能、精確度和安全標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上設(shè)計出對應(yīng)的結(jié)構(gòu)方案，根據(jù)制造工藝的相關(guān)要求，來保證零件的精準(zhǔn)度與外觀的美觀性，以保證機械產(chǎn)品的質(zhì)量。

2.5位置變元

在進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，通過改變機械結(jié)構(gòu)中每個零件的位置來實現(xiàn)對機械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。在對焊縫位置進行分配的過程中，可以適當(dāng)?shù)匕蚜慵{(diào)整到中性軸或是臨近中性軸的位置，不但能夠縮短力矩、減少彎曲變形的可能性，而且也可以使機械操作變得更為穩(wěn)定。

2.6外形變元

機械結(jié)構(gòu)外型的改變也可以實現(xiàn)對整體產(chǎn)品性能的改變。在確保機械產(chǎn)品外形美觀的前提下，設(shè)計人員需要對機械結(jié)構(gòu)的外形展開優(yōu)化設(shè)計，以此來進一步提高產(chǎn)品的精確度，從而實現(xiàn)對整體產(chǎn)品性能的優(yōu)化。

2.7TRIZ創(chuàng)新設(shè)計

在解決問題初期，先將各種客觀限制條件進行隔離，通過理想化來定義問題的最終理想解(idealfinalresult，IFR)，以確定理想解所在的方向和位置，保證在問題解決過程中始終向著確定的方向和位置前進并獲得最終理想解，從而避免了傳統(tǒng)創(chuàng)新中缺乏目標(biāo)的弊端，進而加快創(chuàng)新設(shè)計的進程、提高創(chuàng)新設(shè)計的質(zhì)量。TRIZ創(chuàng)新設(shè)計可以將復(fù)雜問題簡單化，從而擺脫傳統(tǒng)固化思維和單一的專業(yè)知識，打破知識領(lǐng)域界限，實現(xiàn)跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的創(chuàng)新設(shè)計突破。

3機械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計實例

以基于TRIZ創(chuàng)新設(shè)計理論的變元法設(shè)計為例進行創(chuàng)新設(shè)計。TRIZ理論認(rèn)為，創(chuàng)造性問題是指包含至少一個矛盾的問題，問題的種類則可歸納為物理矛盾、技術(shù)矛盾和管理矛盾3類。在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中，矛盾主要為物理矛盾和技術(shù)矛盾：物理矛盾是指系統(tǒng)中的問題由一個參數(shù)正負(fù)方向要求導(dǎo)致的；技術(shù)矛盾則是指系統(tǒng)中的問題由2個參數(shù)導(dǎo)致。在經(jīng)過TRIZ分析明確設(shè)計的矛盾點后，針對矛盾點通過不同的變元法進行創(chuàng)新性設(shè)計，從而達到預(yù)期的效果。這種創(chuàng)新設(shè)計方法可提高單一變元法的設(shè)計效率和成功率。以一種需要在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下保持高壓力的結(jié)構(gòu)為例，這種結(jié)構(gòu)需要在一定的密封結(jié)構(gòu)以保持高壓力的狀態(tài)，同時旋轉(zhuǎn)阻力又需要足夠小以滿足小電機的驅(qū)動能力。在創(chuàng)新設(shè)計時，首先通過TRIZ創(chuàng)新設(shè)計理論確定物理矛盾為該結(jié)構(gòu)的密封設(shè)計，既需要密封結(jié)構(gòu)達到一定的密封效果，又對由密封結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)阻力提出了足夠小的要求。確定了矛盾方向和目標(biāo)后，通過運用TRIZ創(chuàng)新發(fā)明原理中第40項“復(fù)合材料”—用復(fù)合材料替代均質(zhì)材料，并結(jié)合材料變元的方法對密封結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)新性設(shè)計。在需要旋轉(zhuǎn)的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計中常用○型圈來作為密封結(jié)構(gòu)，通過○型圈受壓力變形后的自密封作用，可產(chǎn)生較好的密封效果。但是○型圈受壓力變形后，因為本身橡膠材質(zhì)的特性和接觸面變大，會產(chǎn)生較大的滑動摩擦力。通過改變材料特性的辦法，將○型圈直徑圓周的一半涂覆摩擦系數(shù)很小的聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，簡寫為PTFE)材料，改變○型圈本身材質(zhì)的特性。當(dāng)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)工作時，○型圈的自密封作用可達到高壓力空間的密封效果要求，而PTFE材質(zhì)本身具有的摩擦系數(shù)低的特點也可以達到旋轉(zhuǎn)阻力小的要求。經(jīng)過實驗，采用普通橡膠材質(zhì)○型圈設(shè)計，在保持高壓力空間30MPa壓力的同時，旋轉(zhuǎn)扭力為2.7N。采用涂覆了PTFE材質(zhì)○型圈設(shè)計，在保持高壓力空間30MPa壓力的同時，旋轉(zhuǎn)扭力僅為0.38N，達到設(shè)計要求的目標(biāo)。

4結(jié)束語

從機械設(shè)計的現(xiàn)狀來看，在之后的機械創(chuàng)新設(shè)計過程中還存在很多需要改進的地方。在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，應(yīng)該加大對創(chuàng)新設(shè)計的應(yīng)用力度，以提高機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量與效率，從而促使機械制造行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]吳小四,營夢,張芹,等.四足平臺機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制作[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2017(3):80-82.

[2]李寧,李林,李千山.深井鉆機鉆桿自動傳送裝置載重臂的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].機械制造與自動化,2018,47(1):213-217

作者：蔣良葒 劉濛 王逸鳴 單位：上海電控研究所滅火抑爆研發(fā)中心