机械结构的创新设计及其优化

机械结构的创新设计及其优化 结构创新设计新方法——变元法 0 7 级机自 2 班 殷俊 学号 1 4 0 7 1 9 0 3 2 3 4 结构设计是机械设计中最主要的环节，是将机械的工作原理变成技术图纸的过程。变元法源于德国，是用于机械产品结构设计的一种富有创造性内涵的新方法［1 ］ 。笔者对变元法作了补充和改写，使之变得简洁和易于理解。该方法适用范围广，很适合石油与石化机械的结构设计。 在应用变元法进行产品结构设计时，必须首先确定该产品的一种基本结构方案，然后在此基础上开发出多种新的结构方案。 变元法的内涵有两个：第一是定义机械结构的变元，这些变元有数量、形状、材料、位置、联接、尺寸和工艺共 7 个；第二是通过改变这些变元创造性地构造出多个结构方案。下面对 7 个变元逐一介绍。 1 .数量变元 机械产品结构中零件的轮廓线、轮廓面、工作面、加工面以至整个零件均可视为基本元素，可通过改变产品结构中基本元素的数量以实现产品结构的改变。 2 .形状变元 改变结构零件的轮廓形状、表面形状、整体形状以及改变零件的类型和规格都可以得到不同的结构方案。 3 .材料变元 零件选用不同的工程材料往往导致该零件的尺寸结构随之改变，因而加工工艺也发生变化，从而影响整个产品的结构，因此通过改变材料变元可以构造出不同的结构方案。 4 .位置变元 通过改变产品结构中基本元素之间的布置位置可得到不同的结构方案。 5 .联接变元 联接变元有两层含义：一是联接方式，有螺纹联接、焊接、铆接、胶接及过盈联接等；二是对于每一种联接方式都有多种联接结构。通过改变联接方式和联接结构可得到不同的结构方案。 6 .尺寸变元 尺寸包括长度、距离和角度等，通过改变零部件及构件的尺寸可改变产品的结构。 7 .工艺变元 结构设计与工艺是紧密相关的。由于零件的制造工艺不同，零件和产品的制造成本、质量以及性能也不同，从而影响产品的结构。 根据所设计机械产品的特点，灵活地运用上述 7 个变元，同时设计者依据所具备的知识、经验，运用创造性思维方法，如类比、推理、归纳、模拟、想象、直觉及灵感等，可构思出很多种结构方案。 为保证产品结构方案设计的正确与可靠，在结构设计时应遵循力学准则、工艺准则、材料准则、装配准则、防腐蚀准则、公差配合准则、支承准则和安全与外观准则等 8 大项准则，这些大项准则中又都有很多项小准则，其详细内容及其图示结构可参见文献［1］。 结构的...