摘要：机械结构设计具体是指机械工程师完成机械产品构思之后，按照设计方案的要求，再进行机械工程图纸的绘制，并且将设计思路通过机械图纸具体反映出来。也就是说，机械设计的最终目的是将机械师在脑海中形成的抽象设计思路，变成具体的、直观的图纸。机械设计师在进行设计的时候，还要根据机械原理、材料力学等相关知识，计算出机械零件的尺寸大小，并选择出能够承受机械强度的原材料。本文通过机械设计实例来探究机械结构设计中的创新。
关键词：机械结构设计；全自动压膜机；控制方法
引言：机械结构设计的好坏，直接决定该产品的使用寿命以及力学性能，因此机械结构设计，在整个工程或产品中尤为重要。下面讲述了有关机械结构设计的内容。
一、机械结构基本设计准则
产品的设计主要目的是为了实现预定的功能要求，因此实现预期功能的设计准则是结构设计首先考虑的问题。要满足功能要求，必须做到以下几点:
（1）结构设计是要根据其在机器中的功能和与其他零部件相互的连接关系，确定参数尺寸和结构形状。零部件主要的功能有承受载荷、传递运动和动力，以及保证或保持有关零件或部件之间的相对位置或运动轨迹等。设计的结构应能满足从机器整体考虑对它的功能要求。
（2）产品设计时，根据具体情况，通常有必要将任务进行合理的分配，即将一个功能分解为多个分功能。每个分功能都要有确定的结构承担，各部分结构之间应具有合理、协调的联系，以达到总功能的实现。多结构零件承担同一功能可以减轻零件负担，延长使用寿命。V型带截面的结构是任务合理分配的一个例子。纤维绳用来承受拉力；橡胶填充层承受带弯曲时的拉伸和压缩；包布层与带轮轮槽作用，产生传动所需的摩擦力。例如，若只靠螺栓预紧产生的摩擦力来承受横向载荷时，会使螺栓的尺寸过大，可增加抗剪元件，如销、套筒和键等，以分担横向载荷来解决这一问题。
（3）为了简化机械产品的结构，降低加工成本，便于安装，在某些情况下，可由一个零件或部件承担多个功能。功能集中会使零件的形状更加复杂，但要有度，否则反而影响加工工艺、增加加工成本，设计时应根据具体情况而定。
二、机械产品结构设计的相关要点
2.1 设计创新
在一般情况下，机械产品的结构设计主要包括功能与质量两大内容，对于产品功能，结构设计体现在材料、技术以及使用可靠性等方面，而质量设计，则应该在满足各大要求与标准的前提下，提升产品的性价比，为其市场的拓展奠定基础，这是现代设计的特点。设计创新是在满足以上要求的基础上，通过一定的结构设计，创造产品在安全、环保以及价格方面的优势，例如利用变元设计，能够构造出更佳的结构空间，节省材料，提升产品性能与内涵，这都将成为机械产品结构设计的竞争优势。
2.2 优化方案
机械产品结构设计具有一个重要的目的，即优化方案，在一般情况下，结构设计主要是在大量的设计方案中找到具有可行性的最优方案，首先，设计人员应该创造出众多可供选择的方案；然后再对挑选出的方案进行一定的结构优化，在材料、衔接方式以及外观等各方面挖掘方案的优化潜力；最后，再使用变元法对结构设计赋予一定的内涵，对变元法的使用应该在明确产品主要结构的基础上拓展出多种的其他结构，从而实现对结构的变元。不断的变元与比较，能够有利于设计人员选择出最优的设计方案，从而设计出更具有市场与性价比的产品，为企业创造更大的经济效益。
2.3 提升结构设计质量
机械产品结构设计质量的提升一般从结构的强度、精度与硬度三大方面的入手，第一，为了满足结构的强度要求，在设计过程中工作人员应该最大程度降低结构的悬臂长度，从而提升结构的牢固性与稳定性；第二，在产品的使用过程中，极其容易产生振动，从而造成各大零件的摩擦，因此，为了避免零件变形对结构稳定性的干扰，设计人员应该尽量降低局部压力的传播，避免产生结构受力不平衡；第三，设计过程中，应该避免由于零件拉力增大造成了结构扭曲，因此，设计人员应该重视对材料的选择与应用，减小产品结构在局部受到的强度冲击；最后，结构设计应该严格遵守阿贝原则，从而更好地避免精度误差的产生，降低对结构的损坏。总而言之，提升机械产品结构设计质量对产品性能来说起着非常重要的作用。
三、机械结构设计应用实例
全自动压膜机的设计，设计图如下：
图1 图2
（注：图1为全自动压膜机的结构示意图，图2为全自动压膜机上层结构放大图。）
全自动压膜机的设计中包含底座、固定在底座上表面的底板以及设置在底板上的压模组件，还设置了压模组件上料与卸料的移料组件以及与压模组件和移料组件控制连接的控制组件。全自动压膜机的控制方法是采用双压模工位和双机械上料摆臂配合循环操作，两套移料组件包括关于走线杆对称设置的用于上料的第一移料组件和用于下料的第二移料组件，它们各负责180度范围内的运动区域，左右运动90度即可将膜料送至压模工位或从压模工位卸料送至出料流水线，该控制方法中的协同设置有效地提高了生产效率和降低了控制难度，比双移料组件联排设置更加紧凑，效率更高。
全自动压膜机的具体工作原理如图3所示：
图3
（注：第一移料组件的取料摆臂为1#取料摆臂，第二移料组件的取料摆臂为2#取料摆臂；第一压模组件的压模工位为1#工位，第二压模组件的压模工位为2#工位。）
全自动压膜机采用双压模工位和双机械上料摆臂配合循环操作，结合伺服电机、真空吸等电气化控制方式，在PLC控制系统的控制下实现了膜料的协同流水化连续生产；它保证了生产效率，节省了人力；操作界面采用人机界面，整体结构精致，性能稳定可靠。
四、结束语
机械结构设计对机械设计的成败起着举足轻重的作用，机械结构设计中要求设计者具备扎实的专业和技术知识，同时用敏锐的分析能力和思维创新能力，发挥出极大的想象空间来设计，从而创造出新的机械结构方案，最终实现提高机械产品竞争优势，达到机械制造加工企业的社会经济效益最大化。
参考文献：
[1]张磊. 小议机械零件结构设计的方法及重要性. 城市建设理论研究，2012；
[2]孙洪伟.谈对机械结构创新设计的分析[J]中小企业管理与科技，2008（8）；
[3] 刘扬松.机械结构的创新设计及其优化[J].石油机械，2009（2）。
论文作者:龚辉
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/20
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