创新设计在机械结构设计的运用

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摘要：机械通常来讲，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；机械结构设计；应用

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。

一、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。

二、变元法的具体应用解析

（一）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。（二）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。[1]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。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。（三）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。（四）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。[2]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。（五）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。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。（六）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。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]（七）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。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。

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]李永超，孙振兴.机械结构设计中的创新设计及应用方法探究[J].科技经济导刊，2018，26（06）：36.

[2]贾雷雷，刘文俊，李中林.结构仿生学在工程机械结构设计中的应用研究[J].信息记录材料，2017，18（07）：36-37.

[3]万胜，王谊平，蒋伍.浅析机械结构设计中的创新设计[J].科技风，2015（03）：110.

作者:吴夏宣 单位:西安市铁一中学