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創(chuàng)新設計在機械結構設計中的應用:創(chuàng)新設計在機械結構設計中的應用

【摘要】在機械結構設計中引入創(chuàng)新思維，能夠促使機械結構更為優(yōu)化，進而能夠促使機械設備發(fā)揮更大的效能。本文主要從機械結構設計的基礎談起，進一步探討創(chuàng)新性思維在機械結構設計中的應用。

【關鍵字】創(chuàng)新設計；機械結構；應用

機械產(chǎn)品設計的核心在于產(chǎn)品功能的創(chuàng)新性性以及多樣化，進而才能夠滿足人們對于機械設備的應用需求，這就要求機械產(chǎn)品中必須展示其獨特性以及創(chuàng)新性，進而才能夠促使機械產(chǎn)品獲得較為廣闊的市場空間。結構設計是機械產(chǎn)品設計中的重要環(huán)節(jié)，是將機械理論變成實際的產(chǎn)品設計圖紙的過程結構設計不僅需要考慮到機械產(chǎn)品的材料構成、尺寸大小、表面處理工藝以及表面粗糙度等等，還需要考慮到與其他零件之間的連接方式以及產(chǎn)品方式等等。創(chuàng)新設計指的就是改變機械結構設計的相關因素，得到機械產(chǎn)品功能創(chuàng)新以及性能創(chuàng)新的目的。

1機械結構設計的基本要求

（1）功能設計。機械產(chǎn)品需要滿足主要機械功能需求，進而滿足人們的應用需求。在功能方面不僅需要展示出創(chuàng)新性，設計產(chǎn)品還要符合相關的機械工作原理，滿足機械產(chǎn)品穩(wěn)定性、工藝力學、材料力學以及裝配性能等相關因素的要求。

（2）質(zhì)量設計。需要考慮到構成機械產(chǎn)品質(zhì)量體系的相關因素，包括產(chǎn)品精度、產(chǎn)品剛度、產(chǎn)品結構力學的要求等等，進而通過控制相關因素提升機械產(chǎn)品的質(zhì)量特性以及性價比。此外還需要考慮到機械產(chǎn)品的其他特性，如操作便捷性、產(chǎn)品外觀、安全特性、節(jié)能環(huán)保等等。產(chǎn)品的質(zhì)量不僅需要在機械加工工藝以及材料方面進行控制，在機械設計階段也應該考慮。

（3）優(yōu)化設計與創(chuàng)新設計。機械產(chǎn)品結構創(chuàng)新設計的方式為利用結構設計變元等方式系統(tǒng)度構造優(yōu)化設計空間，在產(chǎn)品中引入創(chuàng)造性思維或者其他學科的技術。優(yōu)化設計和創(chuàng)新設計在機械產(chǎn)品結構設計中的應用，能夠有效地提高機械技術產(chǎn)品開發(fā)的競爭力。結構優(yōu)化設計的前提是要能構造出大量可供優(yōu)選的可能性方案，即構造出大量的優(yōu)化求解空間，這也是結構設計最具創(chuàng)造性的地方。目前，結構設計的優(yōu)化與創(chuàng)新僅展現(xiàn)于數(shù)理模型運算方面。并未綜合考慮到機械產(chǎn)品的本身特性，如產(chǎn)品的加工工藝、材料、連接方式、尺寸形狀等等，而且對于機械結構變元法設計也應該建立在這些因素的基礎上。

2機械結構設計準則以及創(chuàng)新設計的基本方式

為了保證產(chǎn)品結構設計方案的穩(wěn)定性，在進行機械結構設計時應滿足力學、工藝、材料、裝配、支承等各項準則，進而促使機械產(chǎn)品能夠滿足科學性的要求。具體舉例如下：

2.1滿足力學要求的設計準則

在進行機械產(chǎn)品結構設計過程中，必須要考慮到材料力學、彈性力學、疲勞力學等相關的力學準則，并根據(jù)機械產(chǎn)品的使用位置進行相應的力學強度運算，進而才能夠設計出較為合格的機械產(chǎn)品。如疲勞力學直接關系著軸承、齒輪以及軸的使用壽命，在設計過程中需要根據(jù)不同機械零件的載荷變化進行相應的力學計算，優(yōu)化產(chǎn)品的結構，進而對機械產(chǎn)品壽命周期進行設計。如圖一所示，虛線為等強度軸外形，實線為實際外形。零件截面尺寸的變化與其內(nèi)應力變化相適應，使各截面的強度相等。按等強度原理設計的結構，材料可以得到充分的利用，提高經(jīng)濟效益。

2.2考慮加工工藝的設計準則

在進行機械產(chǎn)品結構設計時，往往要考慮到機械加工工藝規(guī)程的制定，進而需要考慮相關的結構設計是否能夠滿足機械加工工藝的需求，如某些機械結構需要采用特殊的成型方式，則需要考慮相應機械結構是否有利于機械加工。如圖二所示，圖中所示的機械結構以鑄件為主，只有改變（a）＼（c）相應的零件結構，才能夠保證機械產(chǎn)品的質(zhì)量特性。

3通過變元法完成機械結構設計的創(chuàng)新

如今，機械結構創(chuàng)新設計是指采用機械結構設計變元法，改變機械結構設計的相關因素，進而獲得機械結構的創(chuàng)新，但是創(chuàng)新性結構需要滿足于應用需求，并且在性能、經(jīng)濟性方面優(yōu)于原始的設計結構，變元法所研究的內(nèi)容主要包括：數(shù)量變元、形狀變元、材料變元、位置變元以及裝配聯(lián)接變元等等，通過進行變元往往能夠得到許多機械結構的設計方案，作為設計者來說，就需要根據(jù)數(shù)學模型對機械結構性能的計算測試并且綜合其他因素進行考慮，進而選擇出最優(yōu)化的機械結構設計。

事實上，機械結構的創(chuàng)新設計不僅僅要對其結構、空間構造、材料等相關因素進行改變，其中對于機械結構產(chǎn)品創(chuàng)新性的評估也是一項重要的工程。如今，隨著計算機技術的不斷發(fā)展以及機械制圖、建模軟件的功能化發(fā)展，機械結構設計工作變得更為簡便。通過二維圖紙的制作以及三維建模，并進行模擬仿真加工，完全能夠發(fā)現(xiàn)出機械結構設計中的相關問題，有利于設計者對于機械結構設計方案的完善、因此，對于現(xiàn)代化的機械結構設計而言，往往通過變元法，修改三維模型中的數(shù)據(jù)，能夠通過3D模型對機械結構設計進行優(yōu)化，進而體現(xiàn)出機械產(chǎn)品設計的創(chuàng)新性。

4總結

綜上，對于機械產(chǎn)品設計研發(fā)來講，創(chuàng)新設計在機械結構設計中的應用具有一定的價值意義，本文主要探究了機械結構設計的基本要求以及機械結構設計的相關準則，并進一步表述了機械結構設計的創(chuàng)新方式，結合三維建模技術的發(fā)展，對于機械結構設計的優(yōu)化及創(chuàng)新提供了一定的技術支持。

創(chuàng)新設計在機械結構設計中的應用:探究機械結構設計中的創(chuàng)新設計

【摘要】本文主要探討了機械結構設計中采用變元法的創(chuàng)新設計，其中講述了七種不同類型變元方法；同時，結合實際結構設計論述或舉例說明結構設計中的創(chuàng)新方案。

【關鍵詞】創(chuàng)新設計；機械結構設計；變元法

機械結構設計的任務是在總體設計的基礎上，根據(jù)所確定的原理方案，確定并繪出具體的結構圖，以體現(xiàn)所要求的功能；是將抽象的工作原理具體化為某類構件或零部件，具體內(nèi)容為在確定結構件的材料、形狀、尺寸、公差、熱處理方式和表面狀況的同時，還需考慮其加工工藝、強度、剛度、精度以及與其它零件相互之間關系等問題。本文主要介紹變元法在機械結構創(chuàng)新優(yōu)化設計中的運用，并結合實際結構設計論述或舉例說明結構設計中的創(chuàng)新方案。

1、變元法

變元法源于德國，是用于機械產(chǎn)品結構設計的一種富有創(chuàng)造性內(nèi)涵的新方法[1]。采用該方法來開展產(chǎn)品結構設計工作前，需要明確基本結構內(nèi)容，并在基本結構確定前提下研發(fā)新型結構方案。變元法的內(nèi)涵有兩個：（1）定義產(chǎn)品結構中的變元內(nèi)容，主要包括七個：①材料；②數(shù)量；③位置；④尺寸；⑤形狀；⑥聯(lián)接；⑦工藝；（2）將這些變元進行適當改變調(diào)整，然后構造出不同類型結構方案，達到優(yōu)化設計目的。

1.1材料變元

機械設計中可以選擇的材料很多，不同的材料對應不用的加工工藝，結構類型，零件尺寸。通過調(diào)整材料變元可以創(chuàng)新性制定不同結構方案。例如：在運用鋼材料的結構設計中，通常加大零件的截面尺寸以增加結構的強度和剛度；而在鑄鐵的結構設計中，則是通過加強筋和隔板的方法加強結構的剛度和強度；塑料材料的結構設計中，塑料件的筋板與壁厚相近并均勻?qū)ΨQ。

1.2數(shù)量變元

產(chǎn)品結構中存在的基本元素包括加工面和工作面，輪廓面和輪廓線，零件本身。可以對結構中具有的基本元素數(shù)量進行調(diào)整、改變以達到改變機械結構的目的。例如：鑄件結構形狀力求簡單，在可能情況下盡量采用直線形的輪廓。在螺紋連接結構中，為防止螺釘松脫，往往需要螺釘與彈簧墊圈同時安裝使用；但也可以把螺釘設計成將螺釘、墊圈和彈簧墊圈的功能集成為一體的在螺釘頭安裝接觸面帶有防松措施的防松螺釘，既減少零件數(shù)量又方便裝配。

1.3位置變元

對產(chǎn)品結構中各個元素間的對應位置進行適當改變，可以獲得結構設計的優(yōu)化。例如：在安排零件的焊縫位置時，焊縫應相對構件中性軸，或靠近中性軸，以減少收縮力矩或彎曲變形。另外，在有限空間箱體中裝配若干零件，零件擺放位置不同也會影響裝配操作的操作性。

1.4尺寸變元

其中尺寸變元內(nèi)容有角度、長度以及距離等內(nèi)容，調(diào)整構件、零件尺寸大小能起到改變整體結構的效果。例如：在冷沖壓彎曲工藝中，由于材料的彈性變形，彎曲件如果嚴格要求某角度，則需要在彎曲件成形后，再附加整形工序修復工件；彎曲件如果增加彎曲角度Δα，允許2°～3°變形，彎曲后不需整形。

1.5形狀變元

通過調(diào)整結構零件表面及整體形狀、整體輪廓以及零件規(guī)格、零件類型，也能實現(xiàn)改變機械整體結構的目的。例如：要實現(xiàn)用彈簧產(chǎn)生的（彈）壓緊力壓緊某零件，使其保持確定位置。設計時可以選擇的彈簧類型有拉簧、壓簧、扭簧、板簧，被壓緊的零件形狀可以有平面、圓柱面、球面、螺旋面，通過對這些因素的組合可以得到多種方案。其中壓簧的壓縮距離不應過大，否則容易引起彈簧的失穩(wěn)，如確需要使用較大的壓縮距離則應設置導向結構，拉簧因無失穩(wěn)問題，設計中受空間約束較小，即可單獨使用，也可以與搖桿及繩索等配合使用。

1.6分析連接變元

其包含2層意思：①聯(lián)接方法，其中包括焊接方式、膠接方式還有鉚接、螺紋聯(lián)接等；②每種連接方法均有幾種不同聯(lián)接結構，因此可以將聯(lián)接結構及方式進行調(diào)整或是改變之后獲得多種結構類型。例如：對于需要經(jīng)常拆卸的零部件結構，不但應使連接可靠，還應使拆卸操作盡量方便。這方面的結構在我們生活經(jīng)常可見，如玩具產(chǎn)品中經(jīng)常使用卡扣與螺釘相結合的安裝方法，而手機產(chǎn)品的機蓋設計成快速連接拆裝結構，方便用戶操作。

1.7分析工藝變元

工藝的不同也會對結構設計產(chǎn)生重大影響，因為各個設備零件在制造過程中選用工藝不同，制造成本差異以及性能、質(zhì)量差異都會影響產(chǎn)品整體結構。因此在擬定機械零件的工藝規(guī)程時，應該充分研究零件圖紙，對其進行分析，審查零件的結構工藝是否良好、合理，并提出相應的修改意見。當前，由于加工工藝、轉(zhuǎn)配工藝（自動化程度）的不斷提高，如機械人、機械手的推廣應用，出現(xiàn)了不少適合于新條件的新結構，與傳統(tǒng)的機械加工有較大的差別，這些工藝應該給予注意與研究。

2、機械結構優(yōu)化設計以及變元法運用

對于每一個結構設計方案的評價，應該綜合考慮結構方案中的社會效益、結構系統(tǒng)可行性、工藝性以及技術經(jīng)濟相關指標要求等內(nèi)容。然后從各個備選結構方案中挑出最優(yōu)的結構方案。在機械結構方案已經(jīng)確定的情況下，也可以對關鍵構件或零件構進行不同變元的分析，以及變元之間聯(lián)動配合修改，已達到優(yōu)化設計目的。另外，也可以建議一些數(shù)學模型，因為數(shù)學模型可以很好描述結構設計中的尺寸和數(shù)量變元，還可以對材料變元進行間接描述（但是很難描述其他變元類型[2]）。按照機械產(chǎn)品不同要求和特征，綜合運用不同變元，結合設計者掌握的經(jīng)驗及知識能力，通過發(fā)揮創(chuàng)造性思維，構造出不同機械結構。例如以下轉(zhuǎn)盤結構。

在這三個結構圖中，如果將結構設計方案1（圖一）中的調(diào)整錐齒輪間和主軸承兩者位置，及通過調(diào)整位置變元，然后再調(diào)整水平軸方向上的左軸承形狀，也就是通過改變形狀變元之后獲得了結構設計方案2（如圖二）。如果改變方案1中的主軸承和齒輪的尺寸大小和個數(shù)，及通過調(diào)整兩者的數(shù)量變元、尺寸變元，于此同時，在調(diào)整齒輪構件和軸承構件的位置，及改變位置變元，就可以獲得結構方案3（圖三）所以，上述3種不同類型的轉(zhuǎn)盤結構方案均可以利用變元法很好的實現(xiàn)，若進一步采用變元法也可以實現(xiàn)多種不同的結構設計方案。通過對比這3種結構方案，綜合分析社會效益、成本需要、可行性以及制造工藝過程等方面內(nèi)容，可以獲得方案2是最優(yōu)結構組合。一個機械結構方案的整體評價，都要經(jīng)過實際使用效果來作為最總檢驗的事實依據(jù)。若對轉(zhuǎn)盤結構模型中歐的齒輪構件作進一步可行性設計以及優(yōu)化設計，并對滾動軸承以及齒輪運行進行彈性流體壓潤滑分析，然后進行精密計算，都可以為優(yōu)化轉(zhuǎn)盤結構設計提供大量參考數(shù)據(jù)。

3、結束語

深入研究機械創(chuàng)新結構設計具有重要的現(xiàn)實意義。想要逐步實現(xiàn)結構創(chuàng)新設計，不僅要求設計者擁有扎實的專業(yè)知識、技術知識，還要不斷提高敏銳的問題分析能力、以及創(chuàng)新思維能力。變元法在設計中的運用可以衍生出很多種結構，為機械設計者最終選擇優(yōu)化方案提供了一種創(chuàng)新工具。在明確設備功能或是零件基本作用的基礎上，如何將現(xiàn)代機械結構設計方法靈活運用，并實現(xiàn)各個構件零件的最優(yōu)組合，以便滿足機械系統(tǒng)要求，這是當前工程設計工作采用的主要手段。創(chuàng)新設計屬于先進技術范疇理論，在機械機構設計過程中利用創(chuàng)新設計理念能幫助構造出多種結構方案，從而尋找出最優(yōu)結構設計。這不僅為促進了企業(yè)自身發(fā)展，在另個層面上也推動了社會不斷發(fā)展。

創(chuàng)新設計在機械結構設計中的應用:淺談機械結構設計中的創(chuàng)新設計

摘要：一個國家的發(fā)展離不開機械的創(chuàng)新，設計一個好的機械結構是一項極具創(chuàng)新能力的工作。我們在設計機械結構時，必須以改進和創(chuàng)新為目的，設計出更加優(yōu)化的機械。本文主要是探討了機械結構設計中用到的七中不同類型的變元法，根據(jù)這些變元法選擇出最優(yōu)的設計方案，達到機械結構設計的優(yōu)化。

關鍵詞：機械結構；變元法；創(chuàng)新設計

1.結構創(chuàng)新設計變元法

目前機械結構設計中使用最多的就是變元法，這種方法既科學又便利，在設計的過程中，可以通過變元法將可變的元素梳理的更加邏輯化，大大提高了機械創(chuàng)新的步伐。機械設計中最主要的環(huán)節(jié)就是結構設計，結構設計就是將一些機械式的原理通過圖案的方式畫在圖紙上面的過程。變元法的適用范圍非常廣泛，在使用變元法設計設計創(chuàng)新產(chǎn)品時，必須先對設計的產(chǎn)品進行分析，然后選出最優(yōu)的變元法方案進行設計創(chuàng)新。

1.1.位置變元

位置變元就是將產(chǎn)品內(nèi)部的每個基礎元件的位置改變，重新布置，從而得到各種新的結構方案，它考慮到各個產(chǎn)品的基本元素相互之間的一些位置變換。例如：在有限的空間箱子里面裝配好若干構件零件，如果各個零件的擺放位置不同，就會導致裝配操作后的操作性能的不同。

1.2.材料變元

材料變元主要就是考慮機械設計創(chuàng)新中材料的選擇和一些材料的更替。在機械創(chuàng)新設計的過程中，不同的材料會對應著不同的零件尺寸、結構類型和加工工藝，如果零件采用不同的材料，那么該零件設計出來的產(chǎn)品的尺寸大小或者結構也會隨之發(fā)生變化，它的加工時間和加工工藝也會隨之發(fā)生改變，這種變化直接影響著整個產(chǎn)品結構的改變。例如：在使用鋼材料的結構設計時，通常在設計的時候故意加大鋼的橫截面積，這樣就起到了剛度和強度的雙增加。因此，如果通過材料變元，可以創(chuàng)新設計出許多類型的方案來。

1.3.尺寸變元

尺寸變元中的尺寸主要是指距離、角度和長度等，它考慮了變元元件中元素之間的距離、長短度和角度等方面的問題，通過改變機械零件和其構件的尺寸大小，使機械的整體結構發(fā)生變化。就因為尺寸變元的主要內(nèi)容是長度、角度和距離等的變元，這樣便是機械的整體結構發(fā)生了變化，不同的尺寸對應著一個創(chuàng)新設計，從而起到了改變整體機械構件的效果。例如，在一些彎曲工藝里面會使用到尺寸變元，因為每個材料的彎曲彈性變形不一樣，所以對元件的彎曲程度不同，角度的要求也不相同，需要在彎曲構件成形之后，然后再對所彎曲的構件進行加工和修復，如果在彎曲構件之前直接確定一個角度，并且構件允許小范圍的變形，那么彎曲后就不用再加工修復了。

1.4.數(shù)量變元

在機械產(chǎn)品中有很多的元素，像輪廓面、加工面、輪廓線和工作面等都屬于機械元素，產(chǎn)品的結構中包括著工作面和加工面兩類基本元素，數(shù)量變元就是從機械產(chǎn)品的每一個面和線等這些元素來考慮，通過改變機械產(chǎn)品中的這些元素的數(shù)量來改變產(chǎn)品的結構，從而可以得到更多的機械結構。例如在一些結構比較簡單、形狀比較單一的情況下，就可以采用不同輪廓的線來改變機械的結構，但如果是螺釘這類比較復雜的結構時，因為要防止螺絲的脫落，所以螺絲的邊緣盡量要深陷一下，同時也可以加一個螺絲帽使之更固定。

1.5.聯(lián)接變元

聯(lián)接變元就是一種連接方式，它考慮了每個元素之間的聯(lián)接方式，補一個方式不同，主要有鉚接、焊接、膠結等，而不同的機械產(chǎn)品有不同的聯(lián)接方式，可以通過改變聯(lián)接方式來改變機械產(chǎn)品結構方案。例如一些需要經(jīng)常拆卸的元件，就需要在設計的時候考慮到零件的結構連接是否可靠、拆卸是否方便等這些問題。在生活中也有很多利用聯(lián)接變元的產(chǎn)品，像手機產(chǎn)品的蓋子的拆裝結構就很方便，利于使用者的方便操作。

1.6.形狀變元

形狀變元主要是通過改變機械結構零件的表面形和輪廓形狀來改變元件的規(guī)格和類型，從而得到各種各樣的創(chuàng)新方案。例如彈簧可以做成不同種類的，有板簧、壓簧等產(chǎn)品。

1.7.工藝變元

結構設計與工藝設計是緊密相關的，工藝變元需要考慮零件本身的工藝的變化，工藝的不同也會對結構設計造成巨大的影響，如果每個機械零件在制造的過程中選擇了不同的工藝，那么制造出來的產(chǎn)品的功能、質(zhì)量等都會不同，這些直接改變著產(chǎn)品整體的結構和性能。因此，在機械創(chuàng)新時，必須首先做到設計好圖紙，只有擁有了一份優(yōu)秀的圖紙，才能創(chuàng)造出一臺更加優(yōu)質(zhì)的機械設備。

2.機械結構創(chuàng)新的必要性

在機械方面我們國家雖然是制造大國，但卻不是創(chuàng)造大國，我們國家的很多機械工藝都停留在模仿發(fā)達國家的機械工藝上。中國的制造業(yè)在國民生產(chǎn)總值中占到了40%，正是因為這樣，在機械創(chuàng)新上也更加有必要進步，我們不能一直都是引進國外的技術，引進技術我們是不能進步的，我國的很多企業(yè)，機械制造不搞自主創(chuàng)新，甚至一些知名的機械企業(yè)連研發(fā)中心都沒有。我們對于機械，對于機械結構的設計太過于死板，很多情況都是在前人基礎上修修改改，沒有實質(zhì)上的改變。機械行業(yè)對于機械結構和系統(tǒng)的創(chuàng)新，像監(jiān)控設備，測量儀器等一些方面更是需要哪些可以從機械系統(tǒng)內(nèi)部結構的某些規(guī)律上總結，創(chuàng)新的人才。

3.機械結構創(chuàng)新的評價與優(yōu)化

在對每種結構方案進行綜合分析進行優(yōu)化的時候需要采用模糊綜合評判的方法，我們需要從結構方案的社會效益、可操作性、經(jīng)濟指標、安全性能等方面來確定評價。我們在這樣的基礎上，也可以根據(jù)需要在結構中的重要部分例如關鍵性的零部件上面進行數(shù)學模型的建立。之所以建立數(shù)學模型，是因為數(shù)學模型能夠很清晰地反應出結構特征，這樣我們便可以認識到需要優(yōu)化或者改善的地方，最后便可以達到標準。數(shù)學模型雖然比較麻煩與復雜，但是他在描述數(shù)量變元和材料變元上面有著其他的方式所無法超越的優(yōu)勢。結構方案是應該與最終的實際的應用效果的好壞來進行評價的，在機械結構中，轉(zhuǎn)盤的結構是一個比較常見的結構，我們在對齒輪傳動和滾動軸承進行流體與潤滑的分析，還要對這些零件進行裝配的密封性能的分析，這樣才能完善最后的轉(zhuǎn)盤結構。機械設備中重中之重便是機械結構的設計，他關系著機械的功能，機械是否能夠運行，是否能夠達到目的。雖然這些年來科學技術的不斷加強，各種機械設備的設計也在不斷進行著改變和創(chuàng)新，但是我們更需要的是將設計和創(chuàng)新與實踐結合在一起，只有將智慧投入到實際的機械結構設計中，才能提高我們的結構設計能力。

圖（一）是我國早期出現(xiàn)的轉(zhuǎn)盤結構圖紙，圖（二）是我國機械設計中運用最為廣泛的轉(zhuǎn)盤結構類型，圖（三）是我國目前國內(nèi)最輕便類型的轉(zhuǎn)盤結構。如果通過變元法里的位置變元就可以得到圖（一）方案；如果再在圖（一）的基礎上進行形狀變元就得到了圖（二）方案；如果將圖（一）方案進行數(shù)量變元、尺寸變元和位置變元就可以得到圖（三）方案了，比較上面三種方案，圖（二）方案之所以應用最為廣泛，其主要原因在于它在技術、經(jīng)濟等方面的綜合評價比較高。總的來說，這三種方案其實都是通過不同的變元得到不同的結構，通過變元法，我們可以設計出更多的機械結構方案出來。

4.總結

機械創(chuàng)新結構設計本身具有非常重要的意義，如果想要完美實現(xiàn)機械結構的創(chuàng)新設計，設計者必須具有非常高的智慧、技術知識、專業(yè)知識，在分析問題上，設計者的頭腦必須高度敏銳，思維創(chuàng)新能力好。變元法在機械結構設計中起到了關鍵的作用，同時也為設計者在創(chuàng)新時帶來了便捷。目前工程設計者需要在選擇各個構件零件的時候選擇最優(yōu)的組合，這樣可以使機械系統(tǒng)設計方法得到靈活運用。

創(chuàng)新設計在機械結構設計中的應用:試探究當前機械結構設計中的創(chuàng)新設計應用

摘要：眾所周知，機械制造結構設計的主要任務是在總體設計的基礎上，根據(jù)一定的方案繪制出具體的結構圖，并實現(xiàn)所需功能。這個過程也就是將抽象的工作原理具體為機械構建的過程，因此，設計質(zhì)量與最終的機械產(chǎn)品有著直接的關系。本文就當前機械結構設計中的基本要求和質(zhì)量控制要點為基礎，以機械結構設計的一些創(chuàng)新方式展開討論。

關鍵詞：機械結構設計；創(chuàng)新設計應用；變元法；優(yōu)化設計

引言

作為我國當前的重點產(chǎn)業(yè)，機械設計與生產(chǎn)對于機械制造行業(yè)來講非常重要。機械結構設計不僅關系著機械產(chǎn)品的最終可靠性與實用性，更關系著我國機械制造水平的高低和機械制造行業(yè)的未來發(fā)展。包括機械構件的材料、形狀、尺寸等方面的內(nèi)容，都是機械結構設計需要考慮到的問題。而一些創(chuàng)新的設計不僅能夠優(yōu)化傳統(tǒng)機械結構設計的弊端，更是促進機械制造可持續(xù)發(fā)展的重要手段。

1.機械結構設計的基本要求

1.1功能設計要點

眾所周知，機械制造的主要目的就是滿足人們對于機械的功能需求對原材料進行加工并形成成品的一個過程。作為機械制造的初始階段，機械的功能設計不僅要滿足客戶的實際需求，更要展現(xiàn)出創(chuàng)新性，要求設計的產(chǎn)品必須滿足相關的機械工作原理，還要保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性、工藝力學以及材料力學和裝配性能等相關因素的要求。

1.2質(zhì)量控制要點

機械在鑄造的過程中不僅要考慮到功能的實現(xiàn)，更多的還要考慮到產(chǎn)品的最終質(zhì)量。包括產(chǎn)品的精度、剛度以及結構力學等標準是否符合，針對會影響機械產(chǎn)品制造質(zhì)量的因素進行分析。一方面，通過控制這些質(zhì)量影響因素來控制機械產(chǎn)品的質(zhì)量和性價比，有效保障其質(zhì)量和經(jīng)濟性。另一方面，還要充分考慮到機械的操作便捷性、外觀以及安全特性和節(jié)能環(huán)保等方面的內(nèi)容。因產(chǎn)品的質(zhì)量不僅是由施工工藝和材料來決定的，所以要做到全面的考慮。

1.3優(yōu)化與創(chuàng)新設計

隨著機械制造業(yè)的不斷發(fā)展，機械制造市場的競爭也愈發(fā)激烈。因此，機械產(chǎn)品結構的創(chuàng)新設計方式已經(jīng)成為機械制造企業(yè)的有力競爭，在產(chǎn)品中引入創(chuàng)造性的思維和其他的學科技術，進一步應用于機械制造的優(yōu)化設計和創(chuàng)新設計，有效的提高機械技術產(chǎn)品的競爭力。結構優(yōu)化設計的前提是有大量的可能性方案，和優(yōu)化空間，包括對機械產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝、材料以及連接方式、尺寸形狀等方面的優(yōu)化和創(chuàng)新設計。

2.機械結構設計的創(chuàng)新方法

2.1材料、數(shù)量變元法

在機械設計的過程中，材料的選擇有很多種，針對不同的材料會沿用不同的加工工藝和結構類型設計以及零件尺寸確立。機械結構的創(chuàng)新設計可以通過調(diào)整材料比的方式，制定出不同的結構方案。另外，機械產(chǎn)品的結構元素也較多，包括加工面和工作面、輪廓面以及輪廓線甚至零件本身等很多元素。機械結構的優(yōu)化和創(chuàng)新設計可以通過對結構中的元素數(shù)量進行調(diào)整和改變，以實現(xiàn)改變機械結構的目的，達到創(chuàng)新的機械結構設計。

2.2位置、尺寸、形狀變元法

前面提到，機械產(chǎn)品的位置、尺寸以及形狀設計是影響最終機械產(chǎn)品質(zhì)量的最主要因素。針對產(chǎn)品結構設計中的各個元素的位置進行適當?shù)卣{(diào)整和改變，以獲得更加優(yōu)化的設計。例如，機械產(chǎn)品的零件非常多，在安排零件的焊縫位置時，應對應中性軸或者靠近中性軸等位置，避免增大收縮力或者導致變形彎曲。另外，通過對機械設計的零件尺寸變元，對其角度、長度以及距離等因素進行調(diào)整，或者對機械構建和零件進行改變，以實現(xiàn)整個結構優(yōu)化，最終設計出最佳的方案。此外，還可以通過改變機械的結構零件表面和整體形狀、輪廓以及零件的規(guī)格、類型等內(nèi)容來實現(xiàn)機械結構的整體創(chuàng)新優(yōu)化效果，也是創(chuàng)新機械結構設計的途徑之一。

3.機械結構優(yōu)化設計創(chuàng)新方法的運用需要注意的事項

3.1保障結構的社會效益與系統(tǒng)可行性

就當前的情況來看，對于機械結構的創(chuàng)新設計采用的是變元法的方式，通過改變和調(diào)整機械結構設計的相關因素，來獲得創(chuàng)新的機械結構設計方法。但事實上，在利用變元法的結構設計時還必須基于市場應用的實際需求，在性能、經(jīng)濟上進行充分考慮。變元法研究的內(nèi)容包括機械結構設計的數(shù)量、形狀、材料位置以及裝配連接變元等，主要通過對這些元素進行變元來設計出更多的優(yōu)化和創(chuàng)新設計方案。但作為企業(yè)來講，機械生產(chǎn)的目的就是要滿足市場需求，創(chuàng)新結構設計的目的就是保障企業(yè)的經(jīng)濟效益，從而實現(xiàn)提高企業(yè)競爭力的目標。所以，在對機械結構創(chuàng)新設計的工作中，應充分考慮用戶的實際需求和企業(yè)的實際發(fā)展情況，保障結構設計的社會效益與系統(tǒng)可行性。

3.2綜合分析成本需求和制造工藝內(nèi)容

其實，機械結構設計的創(chuàng)新設計不僅包括對結構、空間構造以及材料的調(diào)整和改變，還包括制造工藝、功能等方面的設計創(chuàng)新。機械結構的創(chuàng)新性評估作為機械制造行業(yè)的重點工作，逐漸開始受到行業(yè)內(nèi)的關注。隨著計算機技術的發(fā)展和機械制圖、建模等技術的發(fā)展，機械創(chuàng)新工作越來越得到重視，很多企業(yè)都加大了對其的成本投入，導致其成本不斷增加。因此，控制好機械結構設計的成本需求，再針對性的進行創(chuàng)新結構設計成為了當前發(fā)展的趨向。

4.結語

綜上所述，創(chuàng)新設計是當前機械結構設計的主要發(fā)展方向，通過變元法的方式對機械結構中的各因素進行調(diào)整和改變，以實現(xiàn)更加優(yōu)化的結構設計，以此創(chuàng)造出更多更優(yōu)秀的機械成品。