產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 什么是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是針對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)、機(jī)械部分的設(shè)計(jì)；一個(gè)好產(chǎn)品首先要實(shí)用，因此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)首先是功能，其次才是形狀。產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)其各項(xiàng)功能完全取決于一個(gè)優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容之一，也是整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中最復(fù)雜的一個(gè)工作環(huán)節(jié)，在產(chǎn)品形成過(guò)程中，起著至關(guān)重要的作用。 設(shè)計(jì)者既要構(gòu)想一系列關(guān)聯(lián)零件來(lái)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，又要考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀；既要安全耐用、性能優(yōu)良，又要易于制造、降低成本。所以說(shuō)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)具有全方位和多目標(biāo)的空間想象力，并具有和跨領(lǐng)域的協(xié)調(diào)整合能力。根據(jù)各種要求與限制條件尋求對(duì)立中的統(tǒng)一。 編輯改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法及案

2、例 一、改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 用價(jià)值工程理論指導(dǎo)改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即以最低的總成本可靠地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的必要功能(主要功能和次要功能)，去掉不必要功能(過(guò)剩功能)。減少不必要的材料消耗，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡量做到縮小體積，減輕重雖，降低單位產(chǎn)品材料消耗量。不影響產(chǎn)品功能和使用性能等部位，應(yīng)當(dāng)考慮緊縮設(shè)計(jì)(減小、體積和重量)節(jié)約檢料，縮小占地(殘空間)面積，減少運(yùn)輸費(fèi)用。如現(xiàn)在的袖珍計(jì)算器，非常方便可裝在衣服口袋里。電規(guī)機(jī)的體積比原來(lái)也縮小很多，一方面由于電視視元器件的小型化，由電子管-晶體管-集成電路-大規(guī)模集成電路。另外顯像管的電子槍也由長(zhǎng)尾改為短尾，其軸助零件也盡司，能地小型化了，因此仗電

3、視機(jī)的外形尺寸大大縮小。 例如，菜電真空設(shè)備廠生產(chǎn)的雙位立式氫氣爐，原來(lái)體積很大， 占地面積也很大。現(xiàn)在生產(chǎn)的雙位立式氫氣爐修改了設(shè)計(jì)方案，機(jī)架高度增加了一些而占地面積縮小了一倍，效率照蕩略近一倍，使用壽命大大提高，性能好，節(jié)約了樹料，降低了產(chǎn)品成本。 有些物品在裝運(yùn)前常常被壓縮，如氣態(tài)燃料和化學(xué)品用高壓氣瓶裝運(yùn)，油漆用濃縮的形式裝運(yùn)，這些都是編小體積節(jié)約包裝材料和節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用的方法。這些都是編小體積節(jié)約包裝材料和節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用的方法。 二、改進(jìn)產(chǎn)品零件、部件結(jié)構(gòu) 零件、部件是組成產(chǎn)品的重要單元。零件、部件設(shè)計(jì)的如何直接關(guān)系到整個(gè)產(chǎn)品的性能，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo)。為了提高產(chǎn)品性能，簡(jiǎn)化裝配工作，在

4、保證機(jī)械性能和某些特殊功能的情況下，盡可能地簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，節(jié)約材料。 (一)積木化，整體化 如果某一部件可廣泛應(yīng)用于不同的產(chǎn)品，則做成標(biāo)準(zhǔn)部件就比較經(jīng)濟(jì)，如收音機(jī)中的調(diào)諧器，放大器和喇叭都是一個(gè)個(gè)。計(jì)算器的鍵板等也是標(biāo)準(zhǔn)部件，同樣的鍵板可使用于各種不同的計(jì)算器。又如真空設(shè)備上的各種閥，水冷擋板，管路零部件，控制機(jī)柜等，均可分離成獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)或?qū)Ｓ昧慵?、部件。在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中除少部分具有特殊要求為專用零件、部件外，大部分可選用已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化或通用化的零件、部件，就可大大縮短設(shè)計(jì)周期、試制周期，保證產(chǎn)品質(zhì)量，便于裝配，維修，又可組織專業(yè)化大批量生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約材料，降低產(chǎn)品成本。 整體化設(shè)計(jì)，可減少零

5、件數(shù)量及各零件間的交界面，減少逐個(gè)零件裝配，減少了零件、部件的重量和復(fù)雜性；整體化構(gòu)建由于連接件少，應(yīng)力集中點(diǎn)也較少，既簡(jiǎn)化了裝配又提高了證件的力學(xué)性能。由于結(jié)果連續(xù)強(qiáng)度高，可達(dá)到雖小體積，節(jié)約材料的木筆，有些整體化設(shè)計(jì)還可達(dá)到集中和程序控制的目的。例如真空機(jī)組上的真空組合閥，如下圖所示。 圖示位置（手柄在第 I 位置上）為全關(guān)閉，機(jī)械汞停止工作。當(dāng)手柄轉(zhuǎn)至第 II 位置時(shí)，全打開接通容器抽預(yù)真空。當(dāng)手柄轉(zhuǎn)至第 III 位置上時(shí)，接通擴(kuò)散汞前級(jí)，關(guān)閉預(yù)真空，抽低真空。該閥可代替預(yù)真空閥和低真空閥工作，一閥兩用。節(jié)省了一個(gè)部件，節(jié)約了材料和加工工時(shí)。 （二）以焊接件代鍛件 例 1，50 超高真空

6、閥其漏率不大于托*升/秒，該閥的閥體是 50 超高真空閥的逐漸，原設(shè)計(jì)體位整體，材料 1Cr13，如下圖所示 改進(jìn)前的閥體為整體鍛件，加工掏成空腔，浪費(fèi)材料，大量的不銹鋼變成切屑，加工工作量大而且較難加工，零件體厚笨重，同時(shí)需三方接真空管道，90 度蜜蜂止口部便裝配，沒(méi)拆裝一次需要更換一次密封墊，也浪費(fèi)密封墊材料紫銅。 改進(jìn)后的閥體，材料 Cr18Ni9Ti，如下圖所示，將原來(lái)的整體分解成若干個(gè)小零件，基本上時(shí)不銹鋼管和法蘭組合焊接而成，采用焊接結(jié)構(gòu)后，大大減輕了重量，節(jié)約材料達(dá) 60%-70%。 (三)簡(jiǎn)化裝配工作的按扣配合件 按扣配合是一種節(jié)省勞動(dòng)力的裝配方法，它安裝快，省力，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單

7、且無(wú)零散小件，公差要求也不太嚴(yán)格，價(jià)廉，廣泛用于可拆和不可拆的裝配，如下圖所示。 過(guò)盈量 i(i=D-d)，必須小于槽寬 S。 1按扣配合的條件 i/Sl 2按扣配合的特點(diǎn) (1)按扣配合零件較少，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，節(jié)約材料和加工工時(shí)，裝配比其它所有連接方式(壓配合，螺紋連接，焊接等)都簡(jiǎn)便得多。 （2)按扣配合比壓配合更牢固可靠，壓入配合的抗撥出力是由摩擦而來(lái)的，且與壓入力大小差不多。按扣配合的配合力是由機(jī)械鎖紫及摩擦兩者產(chǎn)生的，其抗撥出力可比年入力大幾百倍 b 在裝配過(guò)程中按扣配合伴隨“卡搭”聲是經(jīng)歷一次能量轉(zhuǎn)換，一早裝配完成，部件亡就不再有載荷了。而壓入配合的部件，長(zhǎng)期承受裝配過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力

8、，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間后應(yīng)力松弛和蠕變可能使壓入配合失效。按扣配合的強(qiáng)度卻不會(huì)隨時(shí)間而減弱。 (3)用于可拆卸裝配時(shí)，按扣配合能與螺紋連接競(jìng)爭(zhēng)，在振動(dòng)情況下摩擦力降低，螺釘和螺母會(huì)松動(dòng)。按扣配合的零件處于低勢(shì)能狀態(tài)，因此這種配合早防震的。用于刁；可拆卸裝配時(shí)，按扣配合可與壓入配合，焊接媲美。焊接要求兩種材料問(wèn)要能匹配，最好是同樣的材料，而按扣配合可用于不同材料間的連接(如玻璃和金屬等)。 (4)按扣配合的過(guò)盈量就是裝配過(guò)程中兩相配件變形量的總和。過(guò)盈量太大會(huì)造成裝配困難，而過(guò)盈量太小則使抗拔出力過(guò)低。 (5)按扣配合也有失敗的可能，因彈性件的永久變形或斷裂。磨損或嚴(yán)重油污無(wú)摩 (四)節(jié)約材料保證機(jī)械設(shè)能

9、的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 既要節(jié)約材料，又要保證構(gòu)件的機(jī)械性能(強(qiáng)度，剛度等)，作到兩全其美。這樣首先要考慮的問(wèn)題就是結(jié)構(gòu)屈曲變形的問(wèn)題， “屈曲”是由于剛度不足而產(chǎn)生的破壞，則度又叫剛性或回彈率 c 屈曲是薄殼，梁常見(jiàn)的破壞方式，局部屈曲分：受壓屈曲，受彎屈曲和扭轉(zhuǎn)屈曲三種。如何強(qiáng)化薄殼，梁和柱是解決屈曲問(wèn)題的主要方案。預(yù)防屈曲的措施如下： (1)采用加強(qiáng)方法，加筋，壓瓦楞，表面網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)，均可提高構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度，以防止局部屈曲。 (2)選用具有較高彈性模量 B 和較高剪切模量 G 的硬質(zhì)材料。 (3)梁和拄的設(shè)計(jì)，用管子代替實(shí)心棒承受的轉(zhuǎn)載荷大，因空心管其重量x、y、z：軸三座標(biāo)的慣性矩較大，故在抗彎曲

10、和抗扭轉(zhuǎn)方面比實(shí)心棒效果更好。 (4)增加壁厚，選用令直徑厚壁管，承受彎曲時(shí)不致于屈曲。 (5)薄壁管彎形時(shí)，可裝入填充物如砂子、蠟或樹脂等，彎形時(shí)這些填充鉤可加強(qiáng)管壁并產(chǎn)生流體靜壓力，彎形后將填充物熔化，回收以備再用。 (五)節(jié)約樹料助產(chǎn)品(零件、部件)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 電子元器件中，有許多產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不單是為了確保其機(jī)械強(qiáng)度，而更多地考慮其電性能。如變壓器的功能，導(dǎo)磁率是它的主要質(zhì)量指標(biāo)和設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想，如何在保證質(zhì)量的條件下縮小體積，減少材料消耗，就是改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方向。 例如變壓器阻流圈鐵；路的設(shè)計(jì)，有 CD 型和 ED 型兩種，其鐵芯均需用冷軋硅鋼帶(D310)制造。ED 型采用沖壓片重疊裝

11、配而成，CD 型采用卷繞工藝制成。但 CD 型鐵芯比 ED 型鐵芯有顯著的優(yōu)點(diǎn)；它質(zhì)量穩(wěn)定，損耗小，導(dǎo)磁串高，相同橫截面積的 c 型鐵芯導(dǎo)磁率 B 位為 15000-17000 高斯，而 E 型結(jié)構(gòu)的鐵芯 B 值一般在 900012000 高斯；相同容量的 C 型鐵芯比 E 型欽芯重員可減輕三分之一左右，節(jié)約了鋼材。生產(chǎn)一臺(tái) 250 瓦的同功率的變壓器按采用 C型鐵芯耗用繼鋼片 1.88 公斤，而采用 E 型鐵芯需耗用硅鋼片 3.04 公斤；同時(shí)C 型銀芯外形美觀，裝越簡(jiǎn)便。因此，在各種變壓器和阻流圈的設(shè)計(jì)中均應(yīng)盡量采用 C 型鐵芯結(jié)構(gòu)，既提高了產(chǎn)品質(zhì)量，每臺(tái)又減少消耗硅鋼片 1.16 公斤(約 38)。 三、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化就是通過(guò)對(duì)產(chǎn)品發(fā)展規(guī)律的分析研究，和對(duì)國(guó)內(nèi)、國(guó)外產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，結(jié)合本單位的生產(chǎn)技術(shù)條件，經(jīng)過(guò)全面地技術(shù)、經(jīng)濟(jì)論證，將產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、型式、主要參數(shù)、尺寸、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法和包裝運(yùn)輸?shù)茸鞒鼋y(tǒng)一規(guī)范，以減少產(chǎn)品與零、部件的品種，達(dá)到節(jié)約材料的目的。 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中實(shí)行零、部件的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，為實(shí)行集中專業(yè)化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，從而有效地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和材料利用率，節(jié)約材料并降低產(chǎn)品的制造成本。零件以