机械结构设计创新

机械结构设计创新结构设计：指零件的结构形状及零件间的联接关系的设计。是机械设计的主要组成部分，是涉及问题最多、最具体、工作量最大的工作阶段。据统计，在整个机械设计过程中，平均约80%的时间用于结构设计。结构设计需要考虑的因素：材料的力学性能，零部件的功能，工作条件，加工工艺，装配，使用，成本，安全，环保等。结构设计的特点是：实践性、细节性、多样性与创造性工程知识是从事结构设计的前提，巧妙构型与组合是结构设计创造性设计的核心。机械结构设计创新零件的功能分析结构的功能组合功能移植结构元素的变异与演化材料特性利用加工工艺结构构型联接结构的简化宜人结构零件的功能分析零件在机械中各自承担一定的功能，结构设计时需要根据每种零件的功能构造它们的形状。每个零件将把功能分解，零件的每个部分会起着不同的作用。在进行零件创新设计时，要弄清楚零件的和功能本质，再根据具体情况进行结构设计。螺钉的功能分析头部：装拆作用尾部：导向作用杆身：受力作用结构的功能组合功能组合是指一个零件可以实现多种功能，这样可以使机械系统趋于简单化。功能组合一般是在零件原有的基础上增加新的功能。自钻自攻螺钉的尾部齿轮变形补偿轴的变形受力小处齿轮刚度大，受力大处齿轮刚度小功能移植指相同或相似的结构可以实现不同的功能。可以通过联想、类比、移植等创新技法获得新功能。如通过齿轮的啮合，可以产生齿式联轴器螺栓的摩擦防松，可以移植产生出星盘联接、容差环联接、压套联接。液压传动本来是用于动力传动，若将液压产生的动力用于变形就可以移植到联接功能上来。功能移植实例结构元素的变异与演化结构元素主要是指结构的形状、数量、位置、联接等要素。经过变异的结构元素可适应不同的工作要求，或比原的结构具有更良好而完善的功能。轴毂联接的主要结构是键联接，单健有方键、半圆键，主要靠键的侧面来工作。当传递的转矩较大时，可以采用双键联接。如果转矩再大，就要采作花键联接，按照工作要求的不同，花键又有矩形花键、三角形花键、梯形花键。离合器根据不同的要求也有不同的形式。材料特性利用结构形状要有利于材料性能的发挥。如铸铁的抗压强度比抗拉强度高，因此铸铁就要设计成承受抗压状态，以充分发挥其优势。陶瓷材料承受局部集中载荷的能力差，在与金属件的连接中，应避免其弱点。塑料是常用的加工材料之一，质量轻，成本低，能制成很复杂的形状，但强度、刚度低，易老化。材料的性能互补将刚性与柔性材料合理搭配，在刚性部件中对某些零件赋予柔性，使其能用接触时的变形不补偿工作表面几何形状的误差。为提高材料的耐磨性，常采用铜合金，白合金等耐磨性好的材料，但它们的价格较贵，而且强度低。因此一般只把它们粘附有零件的表面。形状适应不同的材料选用不同的材料，往往会有不同的结构形状。如夹子，分别是木材、塑料与金属时的形状。加工工艺结构构型对于机械加工的零件，在构型上要考虑到使装卡、加工与测量时间比较短，设备费用低等因素。加工面的形状力求简单，尺寸尽量小，位置就方便装卡与刀具的退出，避免在斜面上钻孔，避免在内表面上进行复杂的加工等。对于复杂的零件，加工工序增加，材料浪费、成本将增加。为改变这样的结构可采用组合来实现同瓢泼大雨的功能。结构构型实例安装方便，便于运输联接结构的简化只有精炼的，简单的才是设计的进步，也是设计者的愿望。联接结构中，可以充分利用塑料零件的弹性变形，使搭钩与凹槽实现联接，装配过程简单、准确、操作方便。金属缺点成的铰链结构复杂，对于常用的载荷很少的铰链结构，若用塑料制作就可以将结构大大简化。宜人结构宜人结构是指机械设备的结构形状应该适合人的生理和心理要求，使得操作安全，准确、省力、简便、减轻操作的疲劳，提高工作效率。减少操作疲劳的结构应使操作者保持一种自然状态。提高操作能力结构，应考虑人的手与脚的用力方法，使之容易操作。减少操作错误的结构：操作零件的外形要简单，容易辨认；操作位置要合适，应力求使操作零件位于操作者的手或脚够得着的位置。零件的外形除应与功能、材料、加工方便等因素有关外，还可考虑适应人的反映。