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浅谈机械制造和机械设计创新的实现方超群

发表时间：2021/5/19 来源：《基层建设》2020年第35期作者：方超群

[导读] 摘要：机械制造业是衡量一个国家科技发展水平的重要指标之一。

        浙江圣石激光科技股份有限公司
        摘要：机械制造业是衡量一个国家科技发展水平的重要指标之一。如今机械设备的结构设计已经日趋成熟，随着社会发展，机械设备不断的更新换代，机械设计师需要在机械结构设计中进行优化设计，不断提高设备的性能。本文对机械结构设计中创新设计的运用进行分析。
        关键词：机械制造：机械设计；创新
        引言
        由于机械结构的设计过程相对比较繁杂，众多因素都可能影响到设计活动。鉴于此，要加强机械结构设计的创新，保证机械结构设计层次明显得到提高。在创新思维的指导下，不断提高机械结构的科学性、合理性。在行业设计规范统一指导下，走创新化的机械结构设计之路不仅能推动国内机械制造行业的发展，同时还能有效促进科技与机械之间的融合[1]。
        1机械结构设计中的创新设计必要性
        随着我国社会经济的进一步发展，科学技术也在不断创新。因此人类在开展各项活动中对于相关机械设备的要求很高，这就要求各行各业在开展及其应用的过程中，应当推动机械结构设计创新，通过应用一系列创新设计方法，最终提高机体结构的设计效果，从而满足人类对于这些设备的需求。通过对机械结构设计进行创新，也能够减少机械设备在运行过程中出现的问题，工作人员也能够对机械设计相关理念以及要求有全面地了解，除此之外，在进行机械结构设计创新的过程中，应当与思维两者相结合，通过强化机械结构模块与模块之间的衔接，最终优化机械结构的相关性能，保证机械设备能在应用过程中能够发挥自身的最大效用。与此同时，在机械结构设计的过程中也会受到一些外界因素的干扰，通过加强机械结构的创新设计，能够提升机械结构的最终设计效果，在确保设计水平的同时，也能够提高设备的安全质量[1]。
        2机械结构设计中的创新设计应用
        2.1结构变异化设计
        通过变异化设计能确保结构参数的优化，在满足一定技术要素的支持下获得独立设计方案。通常来讲，结构的技术要素分为零件形状、材料、联结点以处理方式等，本文主要从功能面、联结点及材料种类3方面入手进行阐述。
        （1）功能面。机械机构发挥其功能作用主要通过零件与零件之间的位置和关系实现。零件的形状由表面控制，为发挥作用，零件功能面较多。当机械工作时，零件表面会互相接触，还会与被加工物体之间形成接触，这些产生接触的表面被称为功能面。从本质上讲，功能面是影响机械性能的主要因素之一，通过变异化设计能呈现出多种不同方案，效果也皆为不同。影响功能表面的参数有顺序、尺寸、形状、位置、数量等，任意参数变异都将得到不同的功能面效果。
        （2）联结点。零件在不接触的情况下包含六个自由度，当需要与其他零件联结时，自由度将会受到一定程度的限制，应将必需的自由度保留使其能按照原有的运动关系工作，其他自由度可完成创新性转变。联结是当零件间出现接触时，不同的方法将导致零件功能面的形态存在差距，而相互之间紧固力的不同也会导致自由度有所不同。例如,轴毂在联结时存在以下几种情况：其一，固定联结，此时六个自由度受到限制；其二，转动联结，五个自由度受到限制；其三滑动联结，五个自由度受到限制；其四，移动或转动联结，五个自由度受到限制。联结方式的不同可将固定式轴毂分化成两种形式，力锁合联结及形锁合联结。

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力锁合是利用零件接触过程中产生的摩擦力和轴向力，设置不同的结构能使零件表面产生不同大小的压力。常见的结构为过盈配合，这种结构简单且压力较大，能满足使用需求，但是缺陷在于装卸难度高。形锁合又可分为成形联结、平键联结、切向键联结、销联结、花键联结等，装配时要求不存在过盈现象，在调整阶段产生过盈，拆卸则反之。
        （3）材料种类。机械材料对应不同的加工工艺，在结构创新中应科学选材，根据材料明确工艺，根据工艺明确结构，发挥创新性结构的优势。选材时还要考虑到成本、性能、质量等方面的因素。在结构设计时,要确保材料的性能，如铸铁材料抗压性能强，但抗拉略弱，需要在结构设计时注意保持抗压状态而非抗拉状态；再如陶瓷局部强度较差，在结构设计时应防止局部受力出现破损情况。
        2.2结构宜人化设计
        （1）降低疲劳感。工作人员在操作设备时可能要长时间保持同样的姿势，在设计结构时要尽量减轻操作压力，避免操作人员身体疲劳，影响工作质量。机械经过创新性改进后外形要柔和，满足工作人员的需求，在长期作业状态下也不会过度劳累，确保设计的宜人化。
        （2）确保操作性。工作人员处于不同位置，不同方向施加不同大小的力时，机械操作感皆有不同。一般来讲，右手比左手的力度要大，施加的力度与身体姿势也有关，脚部的
        力量在坐姿的情况下力度最大，当设备需要较大的作用力时需要脚力代替手动。手部的杠杆、手轮以及手柄都要确保设计的宜人化，在使用时不会出现滑动、不舒适的情况。脚部发力时要提供舒适的座椅，踏板在中间位置，后部提供靠背。
        （3）避免使用错误。零件形状要实用且简单，容易清晰辨认。当设备投入使用时，要求为工作人员提供操作空间，相关的仪器仪表都设置在视力可见范围内，作业过程中就能实现监督和管控，防止出现使用错误情况，影响产品质量。
        （4）色彩与形状。在确保机械设备性能的同时还要完善零件的色彩与形状，使形状和谐、美观、稳定，色彩搭配要大气、简单，组合而成的设备要匀称。外观的大方也能使机械在市场的激烈竞争中脱颖而出，确保经济效益。
        2.3提高工艺性
        在进行机械结构创新设计的过程中，应当考虑各项因素。在进行设计之前，应当合理规划可能使用的各项工艺，确保最终的设计效果，将应用过程中有可能出现的各项问题降到最低。然而传统的机械结构设计工艺并不能够考虑到及其应用过程中有可能出现的问题，因此也不能够满足当下社会发展对于机械结构以及相关设备的具体要求，因此作为设计人员应当进一步加强对于机械结构设计的工艺创新，只有强化工艺在机械结构设计过程中的应用效果，严格控制各方面因素对于工艺创新的不良影响，从而提高机械结构设计的工艺性，设计人员应当明确创新工艺的重要性，严格把握机械设计过程中可能出现的缺陷，使得整体设计呈现创新化发展。与此同时，作为设计人员也可以将信息化技术应用于机械结构设计工艺创新中，使得机械结构能够满足当下的时代发展需求[3]。
        3结束语
        创新设计对于机械结构设计的可靠性以及实用性具有十分重要的作用，这能够直接提现当下我国机械设计的水平，因此通过将创新设计应用于机械设计中能够对传统的机械设计进行优化，进而推动机械制造业健康发展。结构创新是新时期机械发展的必然要求，目的是确保零件的科学组合和外形实用，提高机械工作质量和效率。设计人员要掌握专业的理论知识，具备丰富的实践经验，激发创新能力的生成，从变异化、性能化、宜人化以及便捷化的角度出发，解决结构矛盾，保证机械设备的可靠实用。