機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)及其優(yōu)化分析

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1結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)新方法—變?cè)?/p>

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為機(jī)械設(shè)計(jì)過程中至關(guān)重要的組成部分，所完成的工作是按照的機(jī)械原理進(jìn)行機(jī)械圖紙的設(shè)計(jì)。變?cè)ㄊ怯傻聡茖W(xué)家發(fā)明的方法，主要應(yīng)用于機(jī)械相關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖紙的設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)是具有創(chuàng)新性。本文針對(duì)變?cè)ㄗ鞒隽艘欢ǖ男薷暮屯晟?，目的是讓這種方法更容易被應(yīng)用和理解。變?cè)ㄔ跈C(jī)械行業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域有較為廣泛的應(yīng)用。我們?cè)谑褂米冊(cè)ǖ耐瓿山Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，是以完成這種產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)為前提，再進(jìn)行其他新型設(shè)計(jì)思路的研發(fā)。變?cè)ǖ暮x主要包含兩個(gè)方面：一方面，機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，這方面的變?cè)ㄖ饕ㄆ邆€(gè)種類；另一方面，針對(duì)這部分的變?cè)M(jìn)行改變，創(chuàng)新性的實(shí)現(xiàn)不同種類的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。以下是對(duì)7個(gè)變?cè)年U述：

1.1數(shù)量變?cè)?/p>

數(shù)量變?cè)傅氖茄芯繖C(jī)械設(shè)備的所有的零部件或構(gòu)件的全部的外形、工作面以及生產(chǎn)的點(diǎn)、線、面等都看做是構(gòu)成零部件的基本元素，對(duì)這些基本元素的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，完成針對(duì)機(jī)械設(shè)備構(gòu)件的優(yōu)化的目標(biāo)。例如：為了實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化的目的，在設(shè)計(jì)鑄件零件的外形時(shí)，多使用直線設(shè)計(jì)的外形輪廓。

1.2形狀變?cè)?/p>

形狀變?cè)傅氖菑臋C(jī)械的形狀方面對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的外形和重要輪廓、加工表面以及所使用零部件的種類和尺寸進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，進(jìn)而得出多種結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，從而對(duì)整個(gè)機(jī)械進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。機(jī)械設(shè)計(jì)過程中這類因素的創(chuàng)新是把機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行原理轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)圖紙的過程。例如，火力發(fā)電廠的冷渣機(jī)，為了能夠把高溫爐渣以最快的速度降低溫度，技術(shù)人員采用了形狀變?cè)姆椒▽?duì)冷渣機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，改變?cè)械膯吻惑w為多腔體，提高了降低溫度速率這一難題。

1.3材料變?cè)?/p>

零部件選取多種類型的材料一般會(huì)改變這種零件的尺寸，進(jìn)而生產(chǎn)工藝也會(huì)相應(yīng)的變化，以至于改變了整體機(jī)械的外形和構(gòu)造。我們可以針對(duì)材料的改變而設(shè)計(jì)出多種類型的構(gòu)造方案。

1.4位置變?cè)?/p>

位置變?cè)傅氖前凑諜C(jī)械設(shè)備的構(gòu)造位置的改變，實(shí)現(xiàn)多種類型設(shè)計(jì)方案的形成。例如，在針對(duì)焊縫零部件的焊接方法時(shí)，選擇焊縫的位置非常重要，當(dāng)我們選擇在中心軸附近時(shí)，避免了零件由于收縮造成的彎曲變形。

1.5聯(lián)接變?cè)?/p>

聯(lián)接變?cè)傅氖窃谠O(shè)計(jì)過程中應(yīng)該注意元素的兩個(gè)方面：一方面，我們需要確定元素聯(lián)接方法的改變。例如，工作中常見的焊接、熱熔連接等；另一方面，我們需要研究針對(duì)任意一種聯(lián)接方式的不同類型的聯(lián)接結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，進(jìn)而得到不同類型的方案。例如，兒童玩具在設(shè)計(jì)過程中要盡量做到安全聯(lián)接，我們可以設(shè)計(jì)成卡扣聯(lián)接方式，這樣不容易出現(xiàn)小孩誤食螺絲的現(xiàn)象。

1.6尺寸變?cè)?/p>

尺寸變?cè)傅氖歉叨?、寬度、直線度、彎曲度等方面的內(nèi)容。技術(shù)人員在針對(duì)這些元素進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)時(shí)，一般側(cè)重于改變零件的尺寸。完成對(duì)機(jī)械系統(tǒng)構(gòu)件完善的目的。例如，技術(shù)人員想提升粉碎機(jī)的物料目數(shù)，針對(duì)動(dòng)力副在整體機(jī)構(gòu)上的相對(duì)位置做出了改變，進(jìn)而完成了粉碎目數(shù)的提升，效果是原來的2倍。

1.7工藝變?cè)?/p>

設(shè)計(jì)和工藝的關(guān)系是相互銜接和相輔相成的。每種零部件的加工方法和制造工藝各不相同，各類零部件與設(shè)備的加工和制造質(zhì)量、生產(chǎn)周期、成本和使用年限也千差萬別，進(jìn)而制約著設(shè)備產(chǎn)品的構(gòu)造。按照相應(yīng)產(chǎn)品的工藝特性，結(jié)合使用以上7類變?cè)?，按照進(jìn)行根據(jù)所設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的特點(diǎn),靈活地運(yùn)用上述7個(gè)變?cè)?同時(shí)設(shè)計(jì)者依據(jù)所具備的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn),運(yùn)用創(chuàng)造性思維方法,如類比、推理、歸納、模擬、想象、直覺及靈感等,可構(gòu)思出很多種結(jié)構(gòu)方案。

2精密儀器與精密機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的必要性

當(dāng)今社會(huì)是科技高速發(fā)展的時(shí)代，測(cè)量設(shè)備和機(jī)械構(gòu)造的設(shè)計(jì)理念和方式都進(jìn)行著完善和提升。如何讓青年人可以快速的適應(yīng)企業(yè)對(duì)適應(yīng)性和才能的要求，成為我們大家亟待思考的問題。因此，在進(jìn)行實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)的課程教學(xué)過程中，引入前沿的、適應(yīng)企業(yè)需求的人才培養(yǎng)方法和相應(yīng)的實(shí)習(xí)方式和裝備變成了必須考慮的問題。所有的測(cè)量設(shè)備或控制裝置都具有相應(yīng)的適應(yīng)所在系統(tǒng)需求的系統(tǒng)或構(gòu)造，那么在測(cè)量設(shè)備、控制裝置確定的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求的基礎(chǔ)上，如何使用先進(jìn)的設(shè)計(jì)思路和多種類型的機(jī)械構(gòu)造構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化整合，建造適應(yīng)系統(tǒng)需求的高端機(jī)械構(gòu)件，是我們當(dāng)前工程設(shè)計(jì)的重要方法。根據(jù)企業(yè)對(duì)人員的需求，按照建造機(jī)械系統(tǒng)和構(gòu)造的整個(gè)階段，依據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，側(cè)重對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)內(nèi)容、方式、理念的研究；注重對(duì)系統(tǒng)構(gòu)造的探索；注重研究、分析問題的方式方法和創(chuàng)新水平的提升。建立一整套面向企業(yè)所需求的能夠操作精密設(shè)備和高科技儀器人才的培養(yǎng)方式非常重要。

3結(jié)構(gòu)方案的評(píng)價(jià)與優(yōu)化

為了得到最優(yōu)化的方案，我們針對(duì)所有的方案都進(jìn)行了全面的分析研究，按照模糊綜合評(píng)價(jià)的方法實(shí)現(xiàn)所有方案的評(píng)判。首先選定的評(píng)判指標(biāo)是在構(gòu)造方案的性能標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)濟(jì)效益、可實(shí)現(xiàn)性、保養(yǎng)維修以及技術(shù)性能等方面進(jìn)行選取。通過這種全面的評(píng)價(jià)方式在所有方案中選擇出最適合的方案。其次是在完成上述評(píng)價(jià)之后，針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中主要的零件和構(gòu)件建立模型，通過對(duì)數(shù)學(xué)模型的的計(jì)算完成模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在建立數(shù)學(xué)模型的過程中，完善數(shù)學(xué)模型以達(dá)到盡量復(fù)合機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特征，這樣的數(shù)學(xué)模型得到的數(shù)據(jù)結(jié)果能夠?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)的研究分析和產(chǎn)品優(yōu)化提供更為真實(shí)準(zhǔn)確度數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。數(shù)學(xué)模型可以表達(dá)機(jī)械構(gòu)造中的各類變?cè)?，但是也有一些變化是不能夠或者較難描述。當(dāng)我們?cè)趦?yōu)化設(shè)計(jì)中過度的依靠數(shù)學(xué)模型的數(shù)據(jù)，那么我們就被模型所局限而不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的完善合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)也很難被應(yīng)用在實(shí)踐當(dāng)中。另外，我們還應(yīng)該針對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)中的主要零件或者構(gòu)件進(jìn)行可靠性和有限元方面的研究分析，針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)件和力矩分析，來實(shí)現(xiàn)從多角度為機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位的優(yōu)化分析，來實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的創(chuàng)新研究。

作者：董立占 單位：黑龍江農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院