试析机械结构的创新设计与优化

摘 要：文章以变元法这一机械结构设计方法为例，简要介绍了变元法包含的七种不同类型的变元方法，并详细介绍了机械结构应注意的防腐蚀细节，最后举例阐述了机械结构设计的创新方案。

关键词：机械结构；创新设计；优化；变元法

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）05-0104-02

当前，人们在对机械结构设计展开评价时，通常所使用的方法为模糊综合评价法。即在挑选一个最优方案时，对机械的关键零部件展开可靠性设计，以达成结构的最优化。本文拟选用钻井转盘为大家详细介绍变元法在机械结构设计中的运用。

1 变元法简介

变元法的含义通常有两个：

①定义机械结构的变元，主要包括如下七个部分：数量、形状、材料、位置、联接、尺寸、工艺。

②借助改变这七大变元，创新性的构造出更多的结构方案。下面为大家详细地介绍变元法中所包含的七类变元。

1.1 数量变元法

机械设备结构里零件相关部分的元素，比方说轮廓线、工作面及加工面，甚至于整个零件都可以看成是基本元素，可借助更改机械结构里基本元素的数量达成机械结构的改变。

1.2 形状变元法

更改机械结构零件的表面形状和零件的类型及规格均可以获得不一样的结构方案。

1.3 材料变元法

零件采用不一样的工程材料通常会造成此零件尺寸结构的相应变化，同时加工工艺也会产生变化，进而影响整台机械的结构，所以借助改变材料变元可以形成不同的结构方案。

1.4 位置变元法

借助改变机械结构里基本元素间的布局位置可获得不一样的结构方案。

1.5 联接变元法

此变元法通常包含两层意思：

①联接方式，包含螺纹联接、铆接及盈联接等。

②对每一类联接方式均具有多类联接结构。借助改变联接方式及联接结构获得不一样的结构方案。

1.6 尺寸变元法

尺寸包含长度及角度等，借助改变零部件和构件的尺寸可获得一样的机械结构。

1.7 工艺变元法

结构设计和工艺有着异常紧密的联系。鉴于零件的制造工艺不一样，零件与机械的制造费用、质量和性能也会不一样，进而影响机械设备的结构。

2 机械结构应注意的防腐蚀细节

机械结构的防腐蚀设计对于机械结构的创新及优化而言具有至关重要的意义，为了更好地完成机械结构的优化，各机械设计企业在进行机械设计的过程中理应注意如下防腐蚀细节：

①必须确保设备的机械结构于停车期间完全空干，以防止因介质残留淤积而造成的腐蚀。

②防止间隙结构的出现，以杜绝腐蚀介质的入侵。

③高温及高质量浓度将导致沉淀物及冷凝物的出现，进而增加腐蚀几率，因此设计人员在结构设计时必须避免此类现象的出现。

④异类金属接触可能导致接触性腐蚀出现，因此设计人员在进行结构设计时理应尽可能地将异类金属有效地隔绝开来。

⑤避免高速流体接触流道壁面，以降低侵蚀腐蚀。

⑥遵守最小化表面积原则，也就是说在容积一样的情况下让结构被腐蚀的表面积最少，比方说球体结构最好，其次便为圆柱体。

3 机械结构创新设计与变元法应用

我们在对某一结构的设计方案展开评价时，理应对其将带来的经济效益、所具有的工艺性、技术可行性等相关指标进行综合的考量，随后从诸多备选结构方案中选出最佳的结构方案。在机械结构方案已然确定的情形下，也可对重要结构或零件展开不同变元的研究，甚至于变元间展开综合的联合修改，已实现优化设计的目的。此外，也可选用某些数学模型，之所以建议大家选择数学模型，主要是由于数学模型能够较好地介绍结构设计中的尺寸及数量变元，同时还能够对材料变元展开间接的介绍。

以机械设备的不同要求及特征为依据，综合使用不同变元，使用设计人员掌握的经验和知识，借助创造性思维的方法，设计出不一样的机械结构。比方说如下转盘结构。

在以上三大结构图里，假如把结构设计方案1（如图1所示）里的锥齿轮间与主轴承二者之间的位置进行调整，且借助调整位置变元，接着再改变水平轴位置的左轴承形状，即借助更改形状变元后得到结构设计方案2（如图2所示）。假如更改方案1里的主轴承及齿轮的尺寸、大小与数量，且借助调整二者的数量变元与尺寸变元，随后再调整齿轮构件及轴承零件的位置，再改变位置变元，即能够得到设计方案3（如图3所示）。从以上分析上我们可以得出这样一个结论：即以上三大不同类型的转盘结构方案都可采用变元法较好的实现。如果进一步运用变元法，同样可以获得更多类型各异的结构设计方案。

借助对比以上三大结构方案，综合研究社会效益可行性与制造工艺等诸多内容，我们可以得出这样的结论：方案2系三大方案中最佳结构组合。某一机械结构方案的综合评估，理应以实际使用效果充当最后评估的事实依据。如果对转盘结构里的齿轮构件展开进一步的可行性分析与优化设计，同时对滚动轴承和齿轮工作展开弹性流体压润滑研究，接着实施精密计算，均能够为改善转盘结构设计提供诸多参考数据。

4 结 语

深入分析机械创新结构设计对于机械行业的发展而言具有举足轻重的作用，它不仅能够更好地满足当前社会对机械设备不断升高的要求，实现各类机械零件的最佳组合，同时还可以推动机械行业的可持续发展。因此各机械设计企业理应在机械设备设计过程中充分采用创新设计理念，寻找最佳结构设计，以设计出更多的结构方案，推动企业自身的发展，最终促进社会的良性发展。

参考文献：

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