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機械結構的創(chuàng )新設計及其優(yōu)化分析論文
1結構創(chuàng )新設計新方法—變元法
結構設計作為機械設計過(guò)程中至關(guān)重要的組成部分，所完成的工作是按照的機械原理進(jìn)行機械圖紙的設計。變元法是由德國科學(xué)家發(fā)明的方法，主要應用于機械相關(guān)設備的結構圖紙的設計，其特點(diǎn)是具有創(chuàng )新性。本文針對變元法作出了一定的修改和完善，目的是讓這種方法更容易被應用和理解。變元法在機械行業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域有較為廣泛的應用。我們在使用變元法的完成結構設計的過(guò)程中，是以完成這種產(chǎn)品的基本結構為前提，再進(jìn)行其他新型設計思路的研發(fā)。變元法的含義主要包含兩個(gè)方面：一方面，機械結構方面，這方面的變元法主要包括七個(gè)種類(lèi)；另一方面，針對這部分的變元進(jìn)行改變，創(chuàng )新性的實(shí)現不同種類(lèi)的結構設計。以下是對7個(gè)變元的闡述：
1.1數量變元
數量變元指的是研究機械設備的所有的零部件或構件的全部的外形、工作面以及生產(chǎn)的點(diǎn)、線(xiàn)、面等都看做是構成零部件的基本元素，對這些基本元素的數據進(jìn)行修改，完成針對機械設備構件的優(yōu)化的目標。例如：為了實(shí)現簡(jiǎn)化的目的，在設計鑄件零件的外形時(shí)，多使用直線(xiàn)設計的外形輪廓。
1.2形狀變元
形狀變元指的是從機械的形狀方面對機械結構的外形和重要輪廓、加工表面以及所使用零部件的種類(lèi)和尺寸進(jìn)行優(yōu)化調整，進(jìn)而得出多種結構的創(chuàng )新設計，從而對整個(gè)機械進(jìn)行優(yōu)化調整。機械設計過(guò)程中這類(lèi)因素的創(chuàng )新是把機械設備的運行原理轉化為設計圖紙的過(guò)程。例如，火力發(fā)電廠(chǎng)的冷渣機，為了能夠把高溫爐渣以最快的速度降低溫度，技術(shù)人員采用了形狀變元的方法對冷渣機進(jìn)行優(yōu)化設計，改變原有的單腔體為多腔體，提高了降低溫度速率這一難題。
1.3材料變元
零部件選取多種類(lèi)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 )相應的變化，以至于改變了整體機械的外形和構造。我們可以針對材料的改變而設計出多種類(lèi)型的構造方案。
1.4位置變元
位置變元指的是按照機械設備的構造位置的改變，實(shí)現多種類(lèi)型設計方案的形成。例如，在針對焊縫零部件的焊接方法時(shí)，選擇焊縫的位置非常重要，當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)接變元
聯(lián)接變元指的是在設計過(guò)程中應該注意元素的兩個(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(jiàn)的焊接、熱熔連接等；另一方面，我們需要研究針對任意一種聯(lián)接方式的不同類(lèi)型的聯(lián)接結構的創(chuàng )新，進(jìn)而得到不同類(lèi)型的方案。例如，兒童玩具在設計過(guò)程中要盡量做到安全聯(lián)接，我們可以設計成卡扣聯(lián)接方式，這樣不容易出現小孩誤食螺絲的現象。
1.6尺寸變元
尺寸變元指的是高度、寬度、直線(xiàn)度、彎曲度等方面的內容。技術(shù)人員在針對這些元素進(jìn)行創(chuàng )新設計時(shí)，一般側重于改變零件的尺寸。完成對機械系統構件完善的目的。例如，技術(shù)人員想提升粉碎機的物料目數，針對動(dòng)力副在整體機構上的相對位置做出了改變，進(jìn)而完成了粉碎目數的提升，效果是原來(lái)的2倍。
1.7工藝變元
設計和工藝的關(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(lèi)零部件與設備的加工和制造質(zhì)量、生產(chǎn)周期、成本和使用年限也千差萬(wàn)別，進(jìn)而制約著(zhù)設備產(chǎn)品的構造。按照相應產(chǎn)品的工藝特性，結合使用以上7類(lèi)變元，按照進(jìn)行根據所設計機械產(chǎn)品的特點(diǎn),靈活地運用上述7個(gè)變元,同時(shí)設計者依據所具備的知識、經(jīng)驗,運用創(chuàng )造性思維方法,如類(lèi)比、推理、歸納、模擬、想象、直覺(jué)及靈感等,可構思出很多種結構方案。
2精密儀器與精密機械結構創(chuàng )新的必要性
當今社會(huì )是科技高速發(fā)展的時(shí)代，測量設備和機械構造的設計理念和方式都進(jìn)行著(zhù)完善和提升。如何讓青年人可以快速的適應企業(yè)對適應性和才能的要求，成為我們大家亟待思考的問(wèn)題。因此，在進(jìn)行實(shí)習設計的課程教學(xué)過(guò)程中，引入前沿的、適應企業(yè)需求的人才培養方法和相應的實(shí)習方式和裝備變成了必須考慮的問(wèn)題。所有的測量設備或控制裝置都具有相應的適應所在系統需求的系統或構造，那么在測量設備、控制裝置確定的機械結構設計需求的基礎上，如何使用先進(jìn)的設計思路和多種類(lèi)型的機械構造構件進(jìn)行優(yōu)化整合，建造適應系統需求的高端機械構件，是我們當前工程設計的重要方法。根據企業(yè)對人員的需求，按照建造機械系統和構造的整個(gè)階段，依據以往的經(jīng)驗，側重對機械設計的基礎內容、方式、理念的研究；注重對系統構造的探索；注重研究、分析問(wèn)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備和高科技儀器人才的培養方式非常重要。
3結構方案的評價(jià)與優(yōu)化
為了得到最優(yōu)化的方案，我們針對所有的方案都進(jìn)行了全面的分析研究，按照模糊綜合評價(jià)的方法實(shí)現所有方案的評判。首先選定的評判指標是在構造方案的性能標準、經(jīng)濟效益、可實(shí)現性、保養維修以及技術(shù)性能等方面進(jìn)行選取。通過(guò)這種全面的評價(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價(jià)之后，針對整個(gè)系統中主要的零件和構件建立模型，通過(guò)對數學(xué)模型的的計算完成模型的優(yōu)化設計。在建立數學(xué)模型的過(guò)程中，完善數學(xué)模型以達到盡量復合機構的運動(dòng)特征，這樣的數學(xué)模型得到的數據結果能夠為機械結構的研究分析和產(chǎn)品優(yōu)化提供更為真實(shí)準確度數據，最終實(shí)現產(chǎn)品結構的最佳結構設計。數學(xué)模型可以表達機械構造中的各類(lèi)變元，但是也有一些變化是不能夠或者較難描述。當我們在優(yōu)化設計中過(guò)度的依靠數學(xué)模型的數據，那么我們就被模型所局限而不能實(shí)現真正意義上的完善合理的優(yōu)化設計，同時(shí)也很難被應用在實(shí)踐當中。另外，我們還應該針對機械結構中的主要零件或者構件進(jìn)行可靠性和有限元方面的研究分析，針對機械系統中的轉動(dòng)件和力矩分析，來(lái)實(shí)現從多角度為機械設備結構進(jìn)行全方位的優(yōu)化分析，來(lái)實(shí)現優(yōu)化設計的創(chuàng )新研究。
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