單佳珺

（安徽東風(fēng)機(jī)電科技股份有限公司安徽 合肥 231202）

創(chuàng)意性的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析

單佳珺

（安徽東風(fēng)機(jī)電科技股份有限公司安徽 合肥 231202）

傳統(tǒng)機(jī)械已經(jīng)無(wú)法很好的應(yīng)對(duì)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展，其主要原因在于現(xiàn)有機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏創(chuàng)意性，基本上所有的機(jī)械在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上都相同，尤其是在科技與經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也在不斷提升，因此，做好機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)意性設(shè)計(jì)就成為機(jī)械工程師十分關(guān)注的內(nèi)容。本文將從創(chuàng)意性機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義入手，聯(lián)系實(shí)際情況從五方面提出實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意性機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的措施。

創(chuàng)意性；機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；部件設(shè)計(jì)

前言

對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，最重要的就是部件設(shè)計(jì)，也就是常說(shuō)的軟硬件設(shè)計(jì)，要做好機(jī)械設(shè)計(jì)就要關(guān)注機(jī)械性能，確定好相應(yīng)參數(shù)，然后用圖紙將所設(shè)定的方案展示出來(lái)。同時(shí)，利用相應(yīng)的加工機(jī)械將圖紙上所展現(xiàn)的內(nèi)容設(shè)計(jì)出來(lái)，經(jīng)過(guò)這一系列工作就完成了機(jī)械的軟硬件設(shè)計(jì)。但為進(jìn)一步滿(mǎn)足大眾實(shí)際需求，還需要在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中融入新創(chuàng)意。

1 創(chuàng)意性機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義

為了滿(mǎn)足人們對(duì)機(jī)械的需求，大量相同質(zhì)量的機(jī)械出現(xiàn)在人們生產(chǎn)生活中，但這樣一來(lái)卻出現(xiàn)了嚴(yán)重的機(jī)械雷同化，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不斷愈演愈烈的今天，機(jī)械制造企業(yè)要想占領(lǐng)市場(chǎng)先機(jī)，就要優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將更多的先進(jìn)科技融入到機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，只有讓機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更具創(chuàng)意性，才能使企業(yè)從激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。由此可見(jiàn)，創(chuàng)意性機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)企業(yè)發(fā)展來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)就需要機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師投入更多心血，將最先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)理念融入其中，引入新方法，將各個(gè)結(jié)構(gòu)模塊完美的搭配在一起，這也是做好機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

2 實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意性機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的措施

2.1 控制好力流

通常情況下，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的力流傳遞中，傳遞長(zhǎng)度如何，現(xiàn)有傳遞方式是否合理都會(huì)影響到機(jī)械運(yùn)行狀況。對(duì)于力流長(zhǎng)度而言，其合理性多指工程量較大的機(jī)架，如果缺少了機(jī)架，應(yīng)力中回線長(zhǎng)度就要比軋機(jī)短很多，此時(shí)軋機(jī)剛性也會(huì)上升，這樣就讓原有軋機(jī)的應(yīng)力大幅度縮短。如果力流線長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，使用也會(huì)更方便，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，其主要原因在于軸發(fā)生了扭轉(zhuǎn)與變形，同時(shí)也與其齒面截荷不同又一定關(guān)系[1]。此外，在對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的過(guò)程中，還要重視結(jié)構(gòu)部件需要承擔(dān)的力，如在使用剪切機(jī)的軋件時(shí)（詳見(jiàn)圖1所示），主要是讓處于上下刀臺(tái)的拉桿承受力所產(chǎn)生的力，而不是機(jī)架來(lái)承受。所以，在設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，一定要正是這些力的作用。

圖1 剪切機(jī)

2.2 保證荷載分布均勻

在設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，還需要重視傳力零件的分布，也可以集中荷載這些零件，這樣就可以讓各個(gè)零部件所承擔(dān)的荷載變得更加均勻。對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)中的減速器來(lái)說(shuō)，與兩軸承支撐相比并不存在對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，這也就意味著如果發(fā)生受載，軸也會(huì)發(fā)生彎曲或變形的情況，同時(shí)，軸上的齒輪也會(huì)在這種情況下發(fā)生偏斜，齒輪也將在荷載的作用下無(wú)法均勻分布。在這一過(guò)程中，若將齒輪截面變成鼓形，很容易讓兩端齒輪的中部變小，齒輪也會(huì)在工作的過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)于依賴(lài)齒面的情況，并以此為基礎(chǔ)變形彈性截荷也會(huì)實(shí)現(xiàn)均勻分布。在連接普通螺栓的過(guò)程中，如果螺栓受到拉力影響或螺母受到擠壓，由于螺母和螺桿兩者間受到旋合段軸向力的影響很大，所以?xún)烧唛g就產(chǎn)生了一定的差異性，在這種情況下各個(gè)圈旋合所面對(duì)的紋牙間所受到的荷載也并不相同，通過(guò)研究得知，這與力流在設(shè)計(jì)中選擇了最短傳輸路徑有很大關(guān)系，如果要改變這一現(xiàn)實(shí)就要重新改進(jìn)螺母結(jié)構(gòu)，只有這樣才能讓處于旋合段上的所有螺紋牙截荷得以均勻分布[2]。

2.3 平衡好設(shè)計(jì)力

對(duì)于很多機(jī)械來(lái)說(shuō)，在正常運(yùn)行期間不僅會(huì)受到工作荷載的影響，由于其內(nèi)部還有很多零件，這些零件應(yīng)受自身結(jié)構(gòu)特殊性的影響很容易產(chǎn)生外力。在運(yùn)作的過(guò)程中，工作荷載是不可缺少的，主要是由于這些力均屬于有用力，而來(lái)自于零件的外力則不是機(jī)械運(yùn)作中必須要應(yīng)用的，其原因在于這些力并沒(méi)有多大用處，其典型代表為圓錐型齒輪和圓柱型齒輪所產(chǎn)生的軸向力。對(duì)于設(shè)計(jì)力平衡來(lái)說(shuō)，就是在機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的作用下，基本可以不將這些無(wú)用力納入到考慮范疇中，通過(guò)這樣的方式減少其為機(jī)械設(shè)計(jì)所帶來(lái)的損害。對(duì)于力平衡的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，最重要的是采用對(duì)抗的方式來(lái)完成設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方式的典型代表為人字形齒輪（詳見(jiàn)圖2所示）。在確定齒輪或斜齒的過(guò)程中，一定要采用相同或相似的方向，其作用在于消除軸向力，同時(shí)也可以存在于軸承上的荷載降到最低。

圖2 人字形齒輪

對(duì)于鑄錠機(jī)而言，如果要降低槽輪機(jī)構(gòu)，則很容易發(fā)生圓盤(pán)回轉(zhuǎn)速度發(fā)生偏差的情況，有時(shí)也可能出現(xiàn)停位，一旦發(fā)生這樣的情況就需要將盤(pán)式液壓制動(dòng)器應(yīng)用其中。此外，為讓存在于壓缸中的不良影響全部去除，可以采用對(duì)稱(chēng)理論完成設(shè)計(jì)，只有讓上下油缸配置保持對(duì)稱(chēng)，壓缸才可以在圓盤(pán)的幫助下發(fā)生較為平衡的軸向力，這些都是創(chuàng)新機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法。

2.4 重視自適應(yīng)性

一些機(jī)械在正常運(yùn)作中，經(jīng)常會(huì)受很多因素影響而導(dǎo)致系統(tǒng)部件在工作中發(fā)揮改變，很容易導(dǎo)致機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)故障。為減少這種不利影響，就要在機(jī)械運(yùn)行中適當(dāng)調(diào)整一些部件的工作情況，也就是讓構(gòu)件更好的適應(yīng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于器械中的各個(gè)零部件來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)自主適應(yīng)，就要先控制好速度，確定好位置及壓力等，同時(shí)在適應(yīng)中還要對(duì)軸承中的各個(gè)支撐部件設(shè)計(jì)，即正確運(yùn)用好游動(dòng)端和固定管。對(duì)于固定段來(lái)說(shuō)，就是將軸向的實(shí)際位置送到軸向荷載中，如果游動(dòng)端因受熱膨脹，很容易讓軸承位置發(fā)生改變，這樣也可以讓機(jī)械軸承處于良性運(yùn)行狀態(tài)。

在傳動(dòng)人字輪或雙齒輪期間，扭矩傳遞多為分流形式，所以在安裝中，存在于機(jī)械的齒輪，其兩端經(jīng)常會(huì)受轉(zhuǎn)角影響發(fā)生偏差，這樣一來(lái)在傳動(dòng)的作用下，其中的齒輪也會(huì)發(fā)生咬合的情況，如果兩端齒輪出現(xiàn)咬合不勻稱(chēng)，那么自適應(yīng)壓力也會(huì)因此產(chǎn)生，進(jìn)而發(fā)生軸向移動(dòng)的現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)期間，就是通過(guò)改變?nèi)俗州唭啥她X輪的咬合壓力來(lái)確定自適應(yīng)實(shí)際位置，直至兩端咬合力相同為止。此外，在設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，還要控制好尺寸，不僅要重視長(zhǎng)度，還要將角度、距離等作為設(shè)計(jì)的一部分，所以，看在創(chuàng)新這些元素的過(guò)程中就要聯(lián)系實(shí)際情況適當(dāng)改變零部件尺寸大小，只有這樣才可以將機(jī)械結(jié)構(gòu)整體效果改變。如要將某種物料的細(xì)度改變，就可以適當(dāng)調(diào)整機(jī)架所處位置，這樣就可以起到應(yīng)有作用，經(jīng)過(guò)調(diào)整后，物料的細(xì)度就會(huì)被原有縮減一半左右[3]。

2.5 加強(qiáng)模塊化設(shè)計(jì)

對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，其模塊化設(shè)計(jì)方式與電子線路模塊化設(shè)計(jì)十分相似，要做好機(jī)械機(jī)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)最重要的就是將產(chǎn)品相關(guān)部件按照一定的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終構(gòu)成新型模塊，如對(duì)于大型起重機(jī)來(lái)說(shuō)就是利用三合一驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，其主要部分包括減速設(shè)備、電動(dòng)設(shè)備等，其中，電動(dòng)設(shè)備主要是促進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，而減速設(shè)備的形式有兩種：①行星減速設(shè)備；②擺線針減速設(shè)備，之所以要應(yīng)用減速設(shè)備，其原因在于該設(shè)備不僅重量較輕，整體結(jié)構(gòu)也很緊湊尤其是組合原理的應(yīng)用，可以讓一些模塊現(xiàn)有功能不斷提升，此外，還與其可以與各種機(jī)床相結(jié)合有一定關(guān)系，在兩者結(jié)合以后，機(jī)械的運(yùn)行也要比以前便利很多。

3 結(jié)論

通過(guò)以上研究得知，原有的機(jī)械難以滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展需要，且多數(shù)機(jī)械在構(gòu)成上過(guò)于相似，無(wú)法給使用者帶來(lái)新意，針對(duì)這種情況就需要機(jī)械設(shè)計(jì)工程師聯(lián)系實(shí)際情況，將現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)融入到機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，并從力流控制、均勻分布荷載、平衡設(shè)計(jì)力、重視自適應(yīng)力以及加強(qiáng)模塊化設(shè)計(jì)等方面入手，只有這樣為機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。

[1]田君，韓立發(fā).基于卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)下機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)的改革[J].東莞理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，01：100～104.

[2]陸建榮.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性探討[J].機(jī)電工程技術(shù)，2014，12：243～245.

[3]談惠娟.對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性探討[J].科技資訊，2014，02：96.

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1004-7344（2016）16-0320-02

2016-5-22