试论创新设计在机械结构设计的运用马维山

试论创新设计在机械结构设计的运用马维山

马维山

身份证号码：1202221982****2610

摘要：立足机械设计领域，创新设计是引领行业进步与发展的核心要素，对提升机械质量和性能意义重大。通常来讲，机械泛指一切能帮人降低工作难度或省力的工具装置。现代生活中，大到卫星发射的发射台、大厦修建的各类机器，小到人们的日常生活中的钟表、自行车都离不开机械的帮助。随着人们生产发展和生活水平的提高，人们对生产及生活中的机械，有了更高品质的要求，因此，把创新设计元素融入机械结构设计中，已成为提高机械的质量和性能，推动相关产业发展，满足人类生产生活需求的必然要求。本文将针对机械结构设计的创新研究，浅谈如何进行创新设计，怎样高效的进行创新设计的实施。

关键词：创新设计；机械结构；结构设计

前言：

在机械结构设计领域，市场需求也呈现多元化的特征，传统设计思想彰显滞后性，很难实现对行业发展的推动作用，因此，创新设计理念亟待增强，强化结构设计的深度、全面的优化，提升设计效果。同时，创新设计是推动科技进步的必要途径，是实现产业发展的重要手段。在商业竞争中，创新设计能促进产品的优化升级，扩大利润空间；在生产中，创新设计能打破现有的生产力桎梏，推动社会发展进步。机械结构设计中的创新设计，不仅能顺应市场多元化发展，满足人们日常生活中的“功能外需求”，还能提升现有的机械水平，实现设计最优化，对社会发展具有重大意义。下文将从变元法入手，分析创新设计在机械结构设计的运用。

1机械结构设计中创新设计的意义

基于新时期，社会发展呈现多元化，机械结构也要与时俱进，实现多样化发展，切实提升机械产品的性能，为整个社会工作效率的提升奠定基础。基于此，要突破传统设计的限制与束缚，摆脱结构单一与应用范畴的限制，为行业发展开拓新思路。为此，机械结构设计人员要增强创新思想，加快新材料、新工艺与新结构等的应用，突破常规设计思想的限制，在本质上对机械结构设计进行创新，为现代机械制造业的发展融入新的活力与生命力，推动其实现稳定与健康发展。

2机械结构设计特征及变元法分析

2.1机械结构设计特征及变元法概述

对于机械结构而言，需要立足总体设计，强化整体设计，而后实现机械结构的针对性调整。具体讲，机械结构设计图的精度离不开总体设计的完善性，同时，也与整体设计与调整息息相关，强化对结构设计原理与功能的体现。在设计过程中，要对参数进行准确标明，目的是为组装提供便利，同时，对部件精度进行检查确认，保证符合设计标准。在机械结构设计领域，变元法代表了一种创新，应用十分广泛。这种方法的应用需要对设计的基本结构进行深入、广泛的研究，掌握机械设计基本框架，强化对零部件的合理调整与优化。在变元法应用过程中，涉及两个方面的内容，首先，对机械零部件进行标注，解释零部件的性能，确定零部件的数量、位置、规格、形状等，重点进行工艺的研究与分析。另外，在设计过程中，对零部件进行检查与调整，对设计方案进行改善与创新，强化对机械结构设计的完善与优化，适应新时期机械设计发展的要求。

2.2变元法的基本内容和优势

变元法是目前机械结构创新设计中最常用的办法。简单来讲，变元法是在基于对机械结构的充分认识和了解，在保证其他结构不变的前提下，分别对其材料、数量、工艺、形状、连接、尺寸以及位置等关键点进行调整测试，进而优化出新的设计方案。通过变元法，可以将原结构设计中的不足和缺陷剔除，寻找更优的材料、尺寸、工艺的解决方案，使机械设计整体优化。

3变元法的具体应用解析

3.1工艺变元

不同的制造工艺，对机械元件的性能也有影响，不同性能的机械元件会影响到整个产品的结构和质量。因此在机械结构设计中，要充分考虑到机械整体性能和特点，分析和研究零件的结构工艺、加工工艺是否合理，一旦发现问题，应及时予以纠正。

3.2材料变元

机械设计和制造过程中，可以利用的材料很多，每一种材料的作用、性能、加工方式及加工后的性能都各不相同，利用变元法进行材料变元，就是为了寻找最符合机械设计要求的材料，将材料性能和机械本身的性能完全发挥出来，达到最优的设计效果。例如在配电机械中，阀门部分除了应考虑其绝缘属性外，还应考虑阀门推拉时的灵活性，因此，瓷器和橡胶制品虽然都具有绝缘属性，但在实配件应用中，瓷制器元件比塑胶元件更符合机械应用。

3.3数量变元

产品结构中存在的基本元素包括加工面、工作面、轮廓面、轮廓线及零件本身。数量变元就是从这些基本元素入手，通过对其调整，达到改变机械结构的目的。这在生活中极为常见。例如：在螺纹连接结构中，通常需要弹簧垫圈和螺钉两个元件同时安装使用，这样在实际操作中，太过繁杂[1]。若采用数量变元的方法，将螺钉、垫圈和弹簧垫圈设计成三功能合一的带有防松措施的防松螺钉，提前将其组装备好，既减少零件数量又方便产品施工时的装配。

3.4形状变元

形状变元就是将元器件进行形状调整之后得到机械结构设计中所需要的形状。在机械结构设计中将零部件进行形状变元是为了更好的达到机械设计的目的。例如：在设计石化设备时，考虑到石油的腐蚀性，为了尽量减少器元件的接触面积，相关元器件应遵循面积最小的原则，尽量设计成球体结构或者圆柱体结构。

3.5连接变元

机械结构中的链接包括两个方面，其一是指连接方法，通常包括了螺纹、焊接、铆接、胶接联接和盈联接。其二则是不同连接方法中的联接结构，这就表明可以通过调整联接结构，实现多种类的结构类型。这类设计在生活中极为常见，这在生活中也很容易找到原型[2]。例如：为了拆机方便，移动手机的外壳通常设计成可以快速拆装的连接结构，满足人们更换相关配件的需求。

3.6尺寸变元

尺寸变元简单来说就是通过改变器元件的尺寸，使该元件达到能满足机器的安装使用的最优效果。要做到这一点，通常要考虑元件的长短、距离及角度等方面的因素[3]。例如：在冷冲压弯曲工艺中，考虑到材料产生的弹性变形，对弯曲件的弯曲度要求比较严格，在弯曲件在成型后，则需再次进行工序修复，以满足对弯曲度的要求。

3.7位置变元

一个机械往往有很多种不同的器元件组成，器元件有于其各自的联系不同、作用不同，其最优位置也各有不同。对机械设计进行位置变元，通俗来讲就是通过对元件的空间位置进行调动、测试，以确定其最优位置，最终达到整体优化的目的[4]。例如在焊接元器件的时候应该把焊接的位置固定在对称抽的位置，这样就可以有效防止器元件发生变形扭曲，增加部件群的整体协调性、美观性，同时能有效的利用空间，置放其它元件，实现有限空间的高效利用。

结束语：

总之，不论是过去、现在、还是未来，机械结构设计的发展都离不开创新，将创新设计理念引入并实践应用在机械结构设计中，是实现机械化发展，提高机械制造能力的重要方式。机械制造发展对实现我国的“强国梦”具有极大的现实意义，不仅是换元法的创新应用，在我国机械制造发展的过程中，我们应将创新意识进行到底，不断将新科技、新材料、新理论创新应用到机械结构设计和制造中来，贯彻创新意识的实践应用。

参考文献：

[1]陆建荣.机械结构设计的创新性探讨[J].机电工程技术，2014，43（12）：243-245.

[2]孙艳芬.基于变元法的机械结构创新设计研究[J].科技展望，2015，25（13）：72.

[3]胡晓芳.解析运动力学在机械结构设计中的应用[J].山东工业技术，2015（16）：258.

[4]马钰汶.基于新形势背景下机械结构设计创新模式研究[J].科技与创新，2017（09）：39.