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1結構設計

結構設計的前題是要理解該產品的相關標準，包括國標及出口國家的標準，使參數設計符合要求。結構設計最重要，基本上就是定型產品了，包括各個零部件的材料、質量及加工工藝，可以預計產品的價格、功能情況。同時，好的結構設計可以節約能源和原材料，提高勞動生產率，并使得裝配容易等。例舉產品的機頭內部圖如圖2所示。

1.1產品結構設計遵循自頂向下的裝配思路，通常畫出裝配草圖。先簡單畫出零件功能造型，經裝配后再修改成實際形狀。創建標準零件庫，可重復地使用庫里的零件，也可通過修改參數做出一個新零件，提高了設計效率。

1.2干涉檢查是三維設計軟件最大的優點，非常實用與方便，其目的是減小設計過程中的疏忽。運行干涉檢查，可在本裝配中以警告色顯示干涉處，也可在不同的剖切面直觀顯示，檢查移動零件有無碰撞情況，修改好零部件直到沒有出現干涉。

1.3按設計要求模擬出機構的動作，提高設計的成功率。通過運動模擬，可以擺脫大量的復雜計算，避免了重復的制圖，減少了設計人員的勞動。曲軸與給進刀架簡化運動分析結果如圖3所示。圖中的曲軸以500r／min的轉速旋轉，進刀架按水平方向做往返運動。通過運動分析及綜合模擬情況的反饋，進一步地調整結構，使產品設計更合理。

1.4靜態應力分析，其歸屬于有限元分析，是軟件的高級應用。如圖4所示為數控插針機上部的圓盤支架中心軸靜態應力分析配置圖。指定中心軸為普通碳鋼（屈服強度為220MPa，密度為7800kg／m3），固定好約束面，對中心軸施加1000N的靜態壓力，網格化分析零件（網格尺寸5mm×5mm，網格公差±0．25mm）。圖5所示為分析的結果圖，最大應力處在中心軸的根部為32．7MPa，最大位移處在中心軸的頭部0．02mm處。分析結果符合使用要求。工程材料的力學性能有屈服強度、塑性性能、硬度等參數，他們是設計結構與選用材料的主要依據，關系到產品的質量與使用壽命。在實際設計中設計人員時常是通過對相同材料、形狀相近的樣件與設計件進行比較，記錄好數據，來提高對結構的判定能力與選擇材料的經驗。

2知識擴展

知識擴展對設計人員也很重要，只有學到這方面的知識，才能設計出真正的產品，才能正確加工設計件，使結構設計得以成功實現。工業產品設計中常用的知識如下。

2.1鈑金知識鈑金歸屬于沖模，如圖6所示為機床前蓋的外形與鈑金展開圖。在實際應用中，可通過修改折彎系數（K因子）與軟件內置計算表，來提高展開尺寸的準確度，通過調整鈑金件的形狀，來改善實際生產中的合理排料。級進模設計有Logopress插件，UG為Pro－gressive、Die、Wizard，軟件中的模擬程序可方便地計算沖模的中心重力點、材料的使用率及需要的沖床壓力噸位。特別是Logopress插件，正確裝配好模具零件后，在軟件中設定好進料步距、沖頭行程、卸料行程，可以模擬出沖孔、翻邊、拉深等各個工位狀態的動畫。

2.2模具知識模具廣泛應用于汽車、家用電器等領域。工程塑料具有質量輕，耐化學腐蝕等優點，設計合理的塑料件可代替復雜加工的金屬件。隨著高分子工程塑料的性能提高，更多的金屬零件被塑料零件所代替。如圖7所示是本機器內部電器盒的模具分解圖，在圖中可以看到產品、已分開的靜模腔、動模芯、銅極及側抽芯。此產品的材料為阻燃聚碳酸酯，可順利脫模，模具工藝正確，設計件符合注塑加工。注塑模、壓鑄模設計有Imold插件，UG為Moldwizord，包括設計初始化、模具修補、分型、標圖7電器盒的模具分解圖準模架的添加、標準件的添加和管理、澆注系統和冷卻系統的設計等。

2.3測量知識測量要依據機械制圖的繪圖原理，合理選擇基準面與參照點。在測量各零部件的尺寸中，遇到難以測量的配合尺寸，要制作專用量具或必要時剖切產品來測量。對高精度的曲面可借助三坐標測量儀。

3結語

結構設計應盡量地簡單化，簡單代表可靠與穩定，可簡化裝配，減小成本。隨著裝配件的增加，相互傳遞過程功耗會增加，容易增加故障的范圍。設計產品要以市場為目標，也要與企業生產能力相結合，聯系實際情況，設計才會有價值，設計才會持續創新與發展。當今產品的生命周期越來越短，設計人員更要緊跟社會技術的步伐，擴展相關行業的知識，使設計產品在品質、美觀等方面逐步地完善，更好地滿足人們的要求。

作者：雷小建單位：浙江嘉興學院機電一體化