Page 147 - 机械设计制造与自动化技术研究

第五章 机电一体化系统设计

中设计师只有很少的可能性方案供优选，往往是先想到什么，就采用什么，显然
这具有很大的偶然性和局限性。结构设计变元这一概念就是为解决这一问题而提
出的。

结构设计变元有两层含义：其一，什么是机械构造的基本元素；其二，如何
系统地、有规律地改变这些元素，从而产生多个可能性设计方案。
点是线的基本元素，线是面的基本元素，面是构件、零件的基本元素，构件
零件是部件的基本元素，部件继而组成机械设备，机械设备可进一步组成更复杂

的技术系统。这些基本元素可用数量、大小、形状、方位、相互连接方式、表面
特性、材料和工艺等变原来描述，因此。结构设计解空间的构造可以通过对基本
元素的变元进行变化及组合来实现。
提出新的结构设计方案是一种从无到有的创造性思维。它需要想象、联想、

灵感。结构设计变元是一种系统化的、逻辑推理性的思维方法。它虽不能取代创
造性思维方式及灵感，但可以有力地促进它们。提出大量可能性的供选择的结构
设计新方案，是结构设计创造发明及结构优化设计的关键问题。下面分别对结构
设计变元的变化性质及其应用做专门的论述。

（5）力平衡原理。为了实现总功能，各机构或零件需要传递做功的力和力矩，
如圆周力、驱动力矩等。这种力（矩）称为有功力（矩）。然而，与此同时常常
伴随产生一些无功力，如斜齿轮的轴向力、惯性力等，这些无功力使轴和轴承等
零件负荷增大，并且造成附加的摩擦损失，降低机器的传动效率。

（6）稳定性原理。所谓系统结构稳定性，是指倾翻力与恢复力平衡，或者
恢复力大于、等于倾翻力时，系统处于稳定状态。
（7）降低噪声原理。机械振动引起噪声，过大的噪声影响人的身心健康。
噪声引起操作者疲劳，可能导致事故发生。噪声是机器质量的重要评价指标之一。

根据中国“工业企业卫生标准”的规定，生产车间和作业场地噪声不得超过
85dB（90dB），机床噪声应小于 75~85dB，小型电机应小于 50~80dB，汽油发
动机应小于 80dB，家用电器如电冰箱应控制噪声小于 45dB，而洗衣机噪声则应
小于 65dB。 a

机械噪声是由固体振动产生的，在冲击、摩擦、交变载荷和磁应力作用下，

a 黄筱调，赵松年 . 机电一体化技术基础及应用 [M]. 北京：机械工业出版社，2011.

·133·