機械結構設計中的創新設計分析
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1.變元法的主要內容
1.1對機械設備的材料進行必要的科學變元
在機械結構設計中，選擇合理的材料非常重要。液浮式陀螺中馬達定子殼材料為鋁，轉子軸的材料為合金鋼，鋁的溫度線膨脹系數是22×10-6/℃，合金鋼為16.7×10-6/℃。當溫度變化時，由于兩種材料的膨脹系數不一樣，馬達定子和轉子的軸向尺寸發生變化。將使馬達重心偏移引起對浮子中心的不平衡力矩。采用同一種材料,減少了溫度對陀螺漂移的影響。剩余誤差用電路再進行一次溫度誤差的精確補償，從而保證陀螺在不采取溫控措施的情況下獲得較高精度。
1.2對機械產品數量進行科學變元
一個完整的產品包含著許多不同的零件，這些零件都將起到了一定的作用。然而，機械設計師可以通過反復推算和設計，對機械產品進行改進，對于那些不必要的零件，盡量給予淘汰。因此，通過對機械產品零件的調整，從而得到更加科學合理的設計。在這種情況下，即可以減少機械零件品種，同時便于企業現代化管理。在陀螺羅經的設計過程中，采用類似零件的合并設計,減少零部件的個數,提高了零件的互換性,并且保證了產品性能的。
1.3對機械設備零件的位置進行變元
機械零件的位置變化，往往會導致產品性能發生根本性的變化，陀螺羅經中的傳動裝置要求齒輪嚙合盡量無間隙，而在加工外環中的齒輪孔距及齒輪都很難得到保證，采用雙聯齒輪軸又受到空間限制,通過用偏心套來調整兩齒輪之間的距離,可以消除齒輪傳動中的空迴。經過驗證,達到了設計精度要求,能滿足產品的整體性能。
1.4對機械設備零件尺寸進行科學變元
高質量的產品,不僅需要好的產品性能,而且還需要滿足用戶對產品外觀、安裝方式、外形尺寸等要求。這就需要機械設計師，利用科學的方法對機械零件進行推算，找出對零件最佳的設計方案，并通過對零件外形的修正與優化，使零件在機械產品運轉中達到最好的運轉狀態。我們對液浮式陀螺羅經的內部零件進行優化設計，在滿足強度的同時縮小了部分零件的尺寸，并采用模塊的結構方式,使液浮式陀螺羅經內部零件得到更好協調，從而大大縮小了產品的外形尺寸,減輕產品的重量。
1.5對機械設備的形狀進行科學變元
機械產品中零件的形狀變化往往也會導致整個產品性能發生變化。陀螺羅經中陀螺浮子以氟油作支承，在溫度變化時支承液的體積也要隨著變化。貯液缸蓋上有個通汽孔，缸蓋內有一空腔，支承液體積的變化在空腔內調節。這樣的結構在運動狀態支承液的自由表面會跟隨運動，造成對陀螺的干擾；另外，由于支承液與外界相通，空氣在支承液中的溶解度會隨壓力、溫度、濕度等因素而變化，形成對陀螺的干擾而影響精度。但由于結構簡單，在陀螺精度要求不高時仍被采用。用波紋管對支承液的體積變化進行補償可以避免出現上述存在問題。能在較大程度上降低氣壓、溫度、濕度和加速度等因素對陀螺精度的影響。
1.6對機械設備零件的聯接方式進行科學變元
從機械設計的角度來講，傳統的機械零件的聯接方式有很多種，主要的方式有焊接方式，膠接方式，以及螺紋聯接方式等等。對于不同的聯接環境要用不同的聯接方式，當機械產品的聯接需要非常緊密，并且以后不需要進行拆開的情況下，就需要選擇焊接的聯接方式，例如支架間進行聯接就需要運用焊接方式。如果只是需要零件間聯接在一起，并且需要在初裝、維修等情況下拆開時，就需要選擇螺紋聯接的方式[4]。因此，在機械零件的聯接過程中，具體需要什么樣的聯接方式，需要機械設計師具體問題具體分析。在陀螺羅經的設計過程，大量采用螺紋加彈性擋圈聯接方式,軸與齒輪采用軸銷的聯接方式,保證了零件之間無竄動,也便于產品的裝拆和維修。
1.7對機械設備工藝方法進行科學變元
不同的工藝方法可能會使裝配起來的產品達不到設計的要求，因此，就需要機械設計師掌據零件的加工工藝和熱處理工藝,對關、重件工藝方法進行反復試驗，最終找到最適合工藝過程進行固化,并對重要尺寸進行記錄。然而，對于不同批次、自然時效過短及更換新的材料,則需要對具體情況進行具體分析，對工藝適當更改，滿足產品性能要求。扭絲是液浮式陀螺儀中的重要零件，由于其細長，加工難度很大,所以采用了專用機床、專用工裝和專業技師來完成機加工,對不同批次、自然時效過短的材料進行多次冷、熱處理,大大提高了產品的合格率。
2.結束語
隨著時代的不斷進步，科技水平得到了快速的發展，人們對產品的要求也越來越高。我們已經進入了一個機械化與自動化的時代，我們的生活和工作越來越離不開機械設備。因此，為了提高我們這個時代的生產力水平，讓機械化更好地服務于我們這個時代，就需要機械設計師通過科學的推算和試驗，對機械設計的各個環節進行創新，在保證機械設備安全運轉的情況下，不斷提高機械設備的工作效率，最終推動社會生產力的提高，讓機械設備更好地造福于民。
作者：吳小華 單位：九江市中船儀表有限責任公司
