机械结构设计中的创新设计分析

1.变元法的主要内容

1.1对机械设备的材料进行必要的科学变元

在机械结构设计中，选择合理的材料非常重要。液浮式陀螺中马达定子壳材料为铝，转子轴的材料为合金钢，铝的温度线膨胀系数是22×10-6/℃，合金钢为16.7×10-6/℃。当温度变化时，由于两种材料的膨胀系数不一样，马达定子和转子的轴向尺寸发生变化。将使马达重心偏移引起对浮子中心的不平衡力矩。采用同一种材料,减少了温度对陀螺漂移的影响。剩余误差用电路再进行一次温度误差的精确补偿，从而保证陀螺在不采取温控措施的情况下获得较高精度。

1.2对机械产品数量进行科学变元

一个完整的产品包含着许多不同的零件，这些零件都将起到了一定的作用。然而，机械设计师可以通过反复推算和设计，对机械产品进行改进，对于那些不必要的零件，尽量给予淘汰。因此，通过对机械产品零件的调整，从而得到更加科学合理的设计。在这种情况下，即可以减少机械零件品种，同时便于企业现代化管理。在陀螺罗经的设计过程中，采用类似零件的合并设计,减少零部件的个数,提高了零件的互换性,并且保证了产品性能的。

1.3对机械设备零件的位置进行变元

机械零件的位置变化，往往会导致产品性能发生根本性的变化，陀螺罗经中的传动装置要求齿轮啮合尽量无间隙，而在加工外环中的齿轮孔距及齿轮都很难得到保证，采用双联齿轮轴又受到空间限制,通过用偏心套来调整两齿轮之间的距离,可以消除齿轮传动中的空迴。经过验证,达到了设计精度要求,能满足产品的整体性能。

1.4对机械设备零件尺寸进行科学变元

高质量的产品,不仅需要好的产品性能,而且还需要满足用户对产品外观、安装方式、外形尺寸等要求。这就需要机械设计师，利用科学的方法对机械零件进行推算，找出对零件最佳的设计方案，并通过对零件外形的修正与优化，使零件在机械产品运转中达到最好的运转状态。我们对液浮式陀螺罗经的内部零件进行优化设计，在满足强度的同时缩小了部分零件的尺寸，并采用模块的结构方式,使液浮式陀螺罗经内部零件得到更好协调，从而大大缩小了产品的外形尺寸,减轻产品的重量。

1.5对机械设备的形状进行科学变元

机械产品中零件的形状变化往往也会导致整个产品性能发生变化。陀螺罗经中陀螺浮子以氟油作支承，在温度变化时支承液的体积也要随着变化。贮液缸盖上有个通汽孔，缸盖内有一空腔，支承液体积的变化在空腔内调节。这样的结构在运动状态支承液的自由表面会跟随运动，造成对陀螺的干扰；另外，由于支承液与外界相通，空气在支承液中的溶解度会随压力、温度、湿度等因素而变化，形成对陀螺的干扰而影响精度。但由于结构简单，在陀螺精度要求不高时仍被采用。用波纹管对支承液的体积变化进行补偿可以避免出现上述存在问题。能在较大程度上降低气压、温度、湿度和加速度等因素对陀螺精度的影响。

1.6对机械设备零件的联接方式进行科学变元

从机械设计的角度来讲，传统的机械零件的联接方式有很多种，主要的方式有焊接方式，胶接方式，以及螺纹联接方式等等。对于不同的联接环境要用不同的联接方式，当机械产品的联接需要非常紧密，并且以后不需要进行拆开的情况下，就需要选择焊接的联接方式，例如支架间进行联接就需要运用焊接方式。如果只是需要零件间联接在一起，并且需要在初装、维修等情况下拆开时，就需要选择螺纹联接的方式[4]。因此，在机械零件的联接过程中，具体需要什么样的联接方式，需要机械设计师具体问题具体分析。在陀螺罗经的设计过程，大量采用螺纹加弹性挡圈联接方式,轴与齿轮采用轴销的联接方式,保证了零件之间无窜动,也便于产品的装拆和维修。

1.7对机械设备工艺方法进行科学变元

不同的工艺方法可能会使装配起来的产品达不到设计的要求，因此，就需要机械设计师掌据零件的加工工艺和热处理工艺,对关、重件工艺方法进行反复试验，最终找到最适合工艺过程进行固化,并对重要尺寸进行记录。然而，对于不同批次、自然时效过短及更换新的材料,则需要对具体情况进行具体分析，对工艺适当更改，满足产品性能要求。扭丝是液浮式陀螺仪中的重要零件，由于其细长，加工难度很大,所以采用了专用机床、专用工装和专业技师来完成机加工,对不同批次、自然时效过短的材料进行多次冷、热处理,大大提高了产品的合格率。

2.结束语

随着时代的不断进步，科技水平得到了快速的发展，人们对产品的要求也越来越高。我们已经进入了一个机械化与自动化的时代，我们的生活和工作越来越离不开机械设备。因此，为了提高我们这个时代的生产力水平，让机械化更好地服务于我们这个时代，就需要机械设计师通过科学的推算和试验，对机械设计的各个环节进行创新，在保证机械设备安全运转的情况下，不断提高机械设备的工作效率，最终推动社会生产力的提高，让机械设备更好地造福于民。

作者：吴小华 单位：九江市中船仪表有限责任公司