创意性的机械结构设计探析

单佳珺

（安徽东风机电科技股份有限公司安徽 合肥 231202）

创意性的机械结构设计探析

单佳珺

（安徽东风机电科技股份有限公司安徽 合肥 231202）

传统机械已经无法很好的应对现代社会发展，其主要原因在于现有机械结构设计缺乏创意性，基本上所有的机械在结构设计上都相同，尤其是在科技与经济快速发展的今天，对机械结构设计的要求也在不断提升，因此，做好机械结构创意性设计就成为机械工程师十分关注的内容。本文将从创意性机械结构设计的意义入手，联系实际情况从五方面提出实现创意性机械结构设计的措施。

创意性；机械结构设计；部件设计

前言

对于机械设计来说，最重要的就是部件设计，也就是常说的软硬件设计，要做好机械设计就要关注机械性能，确定好相应参数，然后用图纸将所设定的方案展示出来。同时，利用相应的加工机械将图纸上所展现的内容设计出来，经过这一系列工作就完成了机械的软硬件设计。但为进一步满足大众实际需求，还需要在机械结构设计中融入新创意。

1 创意性机械结构设计的意义

为了满足人们对机械的需求，大量相同质量的机械出现在人们生产生活中，但这样一来却出现了严重的机械雷同化，在市场竞争不断愈演愈烈的今天，机械制造企业要想占领市场先机，就要优化机械结构设计，将更多的先进科技融入到机械结构设计中，只有让机械结构设计更具创意性，才能使企业从激烈的市场竞争中脱颖而出。由此可见，创意性机械结构设计对企业发展来说至关重要。为实现这一目标就需要机械结构设计工程师投入更多心血，将最先进的机械设计理念融入其中，引入新方法，将各个结构模块完美的搭配在一起，这也是做好机械结构设计的关键。

2 实现创意性机械结构设计的措施

2.1 控制好力流

通常情况下，在机械结构设计的力流传递中，传递长度如何，现有传递方式是否合理都会影响到机械运行状况。对于力流长度而言，其合理性多指工程量较大的机架，如果缺少了机架，应力中回线长度就要比轧机短很多，此时轧机刚性也会上升，这样就让原有轧机的应力大幅度缩短。如果力流线长度过长，使用也会更方便，通过研究发现，其主要原因在于轴发生了扭转与变形，同时也与其齿面截荷不同又一定关系[1]。此外，在对机械结构设计创新的过程中，还要重视结构部件需要承担的力，如在使用剪切机的轧件时（详见图1所示），主要是让处于上下刀台的拉杆承受力所产生的力，而不是机架来承受。所以，在设计机械结构的过程中，一定要正是这些力的作用。

图1 剪切机

2.2 保证荷载分布均匀

在设计机械结构的过程中，还需要重视传力零件的分布，也可以集中荷载这些零件，这样就可以让各个零部件所承担的荷载变得更加均匀。对于机械结构中的减速器来说，与两轴承支撑相比并不存在对称问题，这也就意味着如果发生受载，轴也会发生弯曲或变形的情况，同时，轴上的齿轮也会在这种情况下发生偏斜，齿轮也将在荷载的作用下无法均匀分布。在这一过程中，若将齿轮截面变成鼓形，很容易让两端齿轮的中部变小，齿轮也会在工作的过程中出现过于依赖齿面的情况，并以此为基础变形弹性截荷也会实现均匀分布。在连接普通螺栓的过程中，如果螺栓受到拉力影响或螺母受到挤压，由于螺母和螺杆两者间受到旋合段轴向力的影响很大，所以两者间就产生了一定的差异性，在这种情况下各个圈旋合所面对的纹牙间所受到的荷载也并不相同，通过研究得知，这与力流在设计中选择了最短传输路径有很大关系，如果要改变这一现实就要重新改进螺母结构，只有这样才能让处于旋合段上的所有螺纹牙截荷得以均匀分布[2]。

2.3 平衡好设计力

对于很多机械来说，在正常运行期间不仅会受到工作荷载的影响，由于其内部还有很多零件，这些零件应受自身结构特殊性的影响很容易产生外力。在运作的过程中，工作荷载是不可缺少的，主要是由于这些力均属于有用力，而来自于零件的外力则不是机械运作中必须要应用的，其原因在于这些力并没有多大用处，其典型代表为圆锥型齿轮和圆柱型齿轮所产生的轴向力。对于设计力平衡来说，就是在机械设计结构的作用下，基本可以不将这些无用力纳入到考虑范畴中，通过这样的方式减少其为机械设计所带来的损害。对于力平衡的设计来说，最重要的是采用对抗的方式来完成设计，这种设计方式的典型代表为人字形齿轮（详见图2所示）。在确定齿轮或斜齿的过程中，一定要采用相同或相似的方向，其作用在于消除轴向力，同时也可以存在于轴承上的荷载降到最低。

图2 人字形齿轮

对于铸锭机而言，如果要降低槽轮机构，则很容易发生圆盘回转速度发生偏差的情况，有时也可能出现停位，一旦发生这样的情况就需要将盘式液压制动器应用其中。此外，为让存在于压缸中的不良影响全部去除，可以采用对称理论完成设计，只有让上下油缸配置保持对称，压缸才可以在圆盘的帮助下发生较为平衡的轴向力，这些都是创新机械结构设计的方法。

2.4 重视自适应性

一些机械在正常运作中，经常会受很多因素影响而导致系统部件在工作中发挥改变，很容易导致机械运转故障。为减少这种不利影响，就要在机械运行中适当调整一些部件的工作情况，也就是让构件更好的适应机械运转。对于器械中的各个零部件来说，要实现自主适应，就要先控制好速度，确定好位置及压力等，同时在适应中还要对轴承中的各个支撑部件设计，即正确运用好游动端和固定管。对于固定段来说，就是将轴向的实际位置送到轴向荷载中，如果游动端因受热膨胀，很容易让轴承位置发生改变，这样也可以让机械轴承处于良性运行状态。

在传动人字轮或双齿轮期间，扭矩传递多为分流形式，所以在安装中，存在于机械的齿轮，其两端经常会受转角影响发生偏差，这样一来在传动的作用下，其中的齿轮也会发生咬合的情况，如果两端齿轮出现咬合不匀称，那么自适应压力也会因此产生，进而发生轴向移动的现象。在设计机械结构期间，就是通过改变人字轮两端齿轮的咬合压力来确定自适应实际位置，直至两端咬合力相同为止。此外，在设计机械结构的过程中，还要控制好尺寸，不仅要重视长度，还要将角度、距离等作为设计的一部分，所以，看在创新这些元素的过程中就要联系实际情况适当改变零部件尺寸大小，只有这样才可以将机械结构整体效果改变。如要将某种物料的细度改变，就可以适当调整机架所处位置，这样就可以起到应有作用，经过调整后，物料的细度就会被原有缩减一半左右[3]。

2.5 加强模块化设计

对于机械结构的模块化设计来说，其模块化设计方式与电子线路模块化设计十分相似，要做好机械机构模块化设计最重要的就是将产品相关部件按照一定的实施标准进行设计，最终构成新型模块，如对于大型起重机来说就是利用三合一驱动设计，其主要部分包括减速设备、电动设备等，其中，电动设备主要是促进电动机运行，而减速设备的形式有两种：①行星减速设备；②摆线针减速设备，之所以要应用减速设备，其原因在于该设备不仅重量较轻，整体结构也很紧凑尤其是组合原理的应用，可以让一些模块现有功能不断提升，此外，还与其可以与各种机床相结合有一定关系，在两者结合以后，机械的运行也要比以前便利很多。

3 结论

通过以上研究得知，原有的机械难以满足社会发展需要，且多数机械在构成上过于相似，无法给使用者带来新意，针对这种情况就需要机械设计工程师联系实际情况，将现代先进技术融入到机械结构设计中，并从力流控制、均匀分布荷载、平衡设计力、重视自适应力以及加强模块化设计等方面入手，只有这样为机械结构设计创新奠定基础。

[1]田君，韩立发.基于卓越工程师培养目标下机械设计基础课程教学的改革[J].东莞理工学院学报，2013，01：100～104.

[2]陆建荣.机械结构设计的创新性探讨[J].机电工程技术，2014，12：243～245.

[3]谈惠娟.对机械结构设计的创新性探讨[J].科技资讯，2014，02：96.

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1004-7344（2016）16-0320-02

2016-5-22