摘要：在经济与科技高速发展的前提下，传统简单的机械已经无法适应新时代发展的需要，因此，机械的创意性设计至关重要。文章就机械设计功能性进行了分析，探讨了机械结构设计的特点与任务，分析了在科学技术高速发展背景下，为机械结构的设计迎来新机遇，出现多学科相关渗透与交叉，使机械结构设计具备新颖、创意性的设计。

关键词：创意性；机械结构设计；机械功能；硬件设计；软件设计 文献标识码：A

中图分类号：TH122 文章编号：1009-2374（2015）29-0032-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.016

机械设计主要由硬件设计与软件设计两部分组成，设计机械的主要任务就是按照机械自身性能与相关使用要求参数在润滑机械设计方案、工作原理与形状等方面实行构思、计算与分析，再使其可以通过图纸表达与描述图形的方式来呈现，这个设计过程就是机械的软设计，然而机械的硬设计方面，则是按照工程设计图使用各种加工机械来进行加工，将设计过程转为设计的实体，这个过程就是机械的硬设计。而具备优良的机械软、硬设计都是机械设计得以保证的前提。

1 功能性质

不管是什么样的零部件，均具备自身无可替代的功能，设计结构的过程中，必须充分保证设计功能可以实现，这也是创意设计的基本目的，自身结构存在差异性的机械零部件功能也基本不同，就机械工程零部件来说，功能基本包含相对位置、力学功能与运动学的功能。其中力学功能由承载力与传递力两个部分组成，而力的传递就是把各个零部件之间的传递作为前提，作为力流必经通道，在力传递过程中必然会承受荷载作用，例如一些连接键就具备该功能。同时承载全部机械设备的工作过程承受的结构部件带来的力作用，例如一些浮动轴平行刃的剪切机实行剪切轧件的过程中，都是通过充分连接上刀台与下刀台中大拉杆来承受力的作用，而一般机架不用承受任何外力，而运动学的功能则是由运动加速度、轨迹与速度共同构成，且相对位置一般是两个以上结构的零部件按照相关规定来确定轨迹与位置，其中减速器的墙体中成轴孔一般是用来确保各轴间齿轮齿合准确咬合实际位置。

但是部分结构零件功能较少，甚至只有一种，而部分零件功能却比较多样，例如轧钢机主的机列中方向的接轴。方向的接轴既可以传送运动与动力，还可以与轧辊辊缝的改变相适应，当两轧辊中心距发生突变时，许多机械在结构方面存在较大的差异性，但是接轴各端叉头的镗孔中心相对应位置不一样，因此滑块磨损与运动学上就存在差异性，应用的场合也不一样。

2 力流的合理性

在结构中进行力流传递时，其传递路径的长短以及合理性对机械运行有着重要影响。而力流长度的合理性通常包含比较普通的轧机，这类轧机具有高大工程的机架，另一种则是没有机架的轧机。因为没有相关机架，应力中回线的长度与普通的轧机比起来较短，而轧机的刚度会变大，使得其成为短应力的线轧机。相反的是，许多力流线的长度较长的实例，使用起来也较好，主要是由于轴扭转、变形出现齿面截荷不同程度的

现象。

3 荷载分布的均匀化

把受力不均的传力零件进行分布或是进行集中载荷，让零部件中所承受载荷变成几近均匀载荷。而关于二级展开圆柱的减速器相对两轴承的支撑来说是没有对称性的，一旦受载，因为轴出现弯曲与变形情况，相应轴上齿轮容易出现偏斜，导致齿轮作用荷载沿的接触线不能均匀分布。如果把齿轮中截面改成鼓形，会让两端齿厚比较中部来说较小，齿轮在工作过程中，都是依靠齿面变形弹性截荷均匀分布。

普通螺栓实行连接过程中，螺栓受拉或者是螺母在受压时，因为螺母与螺杆中所受旋合段轴向力具有差异性，使得各圈旋合纹牙间载荷也不同，这也是由于力流按照最短传输路径进行流动而导致的。因此只有改进设计螺母的结构，才可以让旋合段各个螺纹牙截荷可以均匀分布。

4 设计力平衡

一般机器在运转过程中，不只具备工作荷载的作用，机械系统的内部，部分零件因为自身结构特殊性会产生外力。工作中前者必不可少，也就是有用的力；而后者一般在工作中可有可无，也就是没有用的力，例如圆锥齿轮与圆柱齿轮轴向力。其中设计力平衡也就是在机械设计结构的辅助下，全部或者是部分都可以不用考虑无用力，从而消除或是减轻其所带给机械设计的不利影响。设计力平衡也就是使用以毒攻毒的方式，其中人字齿轮产生就是较为典型的实例。且对于第二支轴上轮齿、斜齿方向选取要尽可能相同，这样能够抵消一些轴向力，然后降低轴承上的荷载。就铜阳极类圆盘的铸锭机来说，通常为降低槽轮机构在圆盘回转方面出现速度差异与停位影响，往往使用盘式液压的制动器。同时为将压缸在制动圆盘的偏心加载导致的垂直变距与轴向力方面不利的影响消除，一般使用对称性理念来进行设计。只有上下均对称的配置油缸才能在圆盘作用上产生平衡轴向力。

5 关于自适应的性质

部分机械设备进行运转的过程中，往往因为诸多原因造成系统部分部件中工作状态会不定时地发生变化，而为了确保机器可以正常运转，某些零部件工作状态应该做相关调整，也就是构件自己适应机械运转的状态。其中器械中零部件自适应通常由速度与位置以及压力的自适应共同组成，进行适应的工作过程中，必须设计轴胀轴承的支撑部件，也就是使用游动端与固定端。其中固定端把轴向具体位置传输到轴向的荷载中，而游动端一旦受热发生膨胀，会导致轴承随机移动到某特定位置，进而确保机械轴承正常的运行。

而对于部分人字轮、双持斜轮进行传动的过程中，一般扭矩的传递都是分流进行的，关于安装制造过程中，机械中齿轮的两侧容易存在转角偏差的问题，传动过程经常是一侧齿轮首先出现咬合状态，这样两侧齿轮就会因为咬合不均而出现自适应压力，导致轴向出现移动趋势。设计结构的过程中，主要是把人字轮的两侧齿轮咬合压力进行变化实施来实现自适应的定位，一直到两侧的咬合力一样大。

6 模块化的设计

与设计电子线路模块化基本相同，产生器械结构模块化的设计，也就把器械产品相关零部件实施标准化设计，组成新型模式的基块，例如一些大型起重机主要运行结构设计通常使用三合一的驱动式，其一般包含减速器、电动机与制动器三个主要部分。同时制动的电动机会带动电动机运行，其中减速器一般是由行星类减速器与摆线针的减速器等共同组成。其还具备重量轻与结构紧凑的优点，同时使用组合的原理，能够把部分模块设计出多种功能；还可以把功能不同的机床与夹具用来组合机床，方便运行。

参考文献

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[2] 孙振燕.气动搬运机械手的机械结构设计思考[J].装备制造技术，2013，34（3）.

[3] 魏鼎，荆学东，康思闻.基于Pro/E的新型硬币包卷机的机械结构设计[J].制造业自动化，2013，12（4）.

作者简介：陈炳榛（1983-），男，江西九江人，同方电子科技有限公司助理工程师，研究方向：机械电子。

（责任编辑：周 琼）