對機械結構設計的創新性探討

談惠娟

摘 要：機械結構設計是一個非常有創新性的工作，作為一名機械設計工作者，務必需要保持不竭的創新思緒動力，時刻想著對機械結構設計的創新，達到設計最大優化，以期實現對機械產品缺陷或用途擴大的完善與改進。本文從對機械結構設計的創新必要性入手，結合自己實踐經驗，闡述了用于機械結構設計的變元創新方法，最后通過綜合測評達到設計方案優化最大值，促進企業保持競爭實力取得經濟社會效益雙豐收。

關鍵詞：機械 結構設計 變元創新 方案探討

中圖分類號：TH112 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0096-01

創新是發展的不竭動力，而機械結構設計是一項非常有創造性的工作。因此，要求從事機械結構設計的工作者，應該具備有效的創新思維與意識，用于在日常的機械結構設計實踐工作進行中，去努力創新機械結構的功能完善和用途適宜范圍擴大，以達到設計優化最大值，從而為促進行業發展，實現強國之夢做出應有貢獻力量。

1 對機械結構設計創新的必要性

隨著科技水平的飛速發展，機械制造企業產品同質化的現象非常嚴重，隨著市場競爭加劇，機械制造產品要想占有更多的市場份額，必須對其功能與用途不斷改進與完善，以獨特的優勢在市場中勝出競爭對象的產品，從而取得經濟社會效益最大化。這也就要求我們從事機械設計的工作者，要花心思，下苦功夫，將工作重心放在對機械設計上，特別是機械結構設計，利用現代機械設計理念，不斷創新方法，優化各種結構模塊的組合，構建起滿足整個產品系統需要的機械結構，與企業一道去贏得市場的競爭，這也是當下機械設計工作者的一項重要而迫切的工作任務。

2 簡要介紹機械結構設計的七種變元創新

起源于德國，用于機械產品結構設計創新的一種變元法，它是一種最為科學簡便的新方法，極具富有創造性的內涵，主要含有兩個方面：一方面是變化法創新有七個變元內容，指的是材料、數量、位置、尺寸、形狀、聯接和工藝變無元素[1]；另一方面是變元創新在設計中的運用，是在先期確定機械基本結構的前提條件下，將將這些變元元素進行適當的改變調整，從而研究多種變異和改進新的機械結構方案，達到優化設計的目的。下面，筆者接合自己的實踐工作經驗，分別介紹七種變元創新具體運用在機械結構設計上創新方案，以便滿足機械產品整體系統的要求，這也是當前機械工程結構設計創新工作主要采用的手段。

2.1 材料變元

機械產品的材料變元，主要是指通過考慮對產品材料的選擇和替換，促使機械零件尺寸結構隨之改變，也就直接導致了機械產品加工工藝的隨之變化發生，從而達到改變整個產品結構的目的。此元素設計創新，讓我們看到了通過調整材料變元，可以創新出不同結構方案。比如要增加機械產品元件結構的強度和剛度，可采用對鑄鐵通過加強筋和隔板，對鋼材料通過加大零件截面尺寸和對塑料材料要求料件筋板與壁厚相近，并均勻對稱的[2]不同結構創新設計方法。

2.2 數量變元

機械產品數量變元，是指考慮到把機械產品整個零件或者零件的每一個輪廓、工作和加工的面、線均視為結構基本元素，通過改變調整這些基本元素的數量，來達到對機械產品結構改變的實現目的。比如：為達到力求簡單的目標，我們盡量對鑄件結構的形狀，采用直線形輪廓的設計。又如：為防止螺釘松脫，我們將螺紋連接結構的螺釘、墊圈等設計成一體化，這樣在減少零件數量下，實現了防松措施的目標實現。

2.3 尺寸變元

機械產品的尺寸變元，包括有長度和角度以及距離等內容，我們在利用此元素創新時，可考慮通過改變調整零部件構件的尺寸大小，實現對整體結構改變的效果。比如：這增加對破碎物料的細度，我們將兩個對稱的動力副在機架上的位置進行了調整，從而實現了改變后對破碎物料的細度，比原有的細小了一半的比例。

2.4 形狀變元

機械產品的形狀變元，是指我們可以從結構的形狀上去考慮對整體形狀和主要輪廓、設計表面和所用零件等類型和規格進行嘗試改變，從而得到不同的結構創新方案，實現改變機械整體結構的目的。此種元素的創新是在機械設計中，將機械工作原理變成技術圖紙的主要過程環節。同時為確保結構方案設計正確可靠，形狀變元創新設計還須遵循8大準則，包括防腐蝕、支承、公差配合、應力學、工藝等[3]。比如：熱電企業的冷渣機，為達到最大化程度的對高溫爐渣的快速降溫，我們對滾筒式冷渣機機械產品進行了形狀變元的創新，對其原有的一個腔體進行了分腔處置，從而形成多腔式滾筒冷渣機，在工作作業過程中，攤薄了高溫爐渣的厚度，實現快速達到理想的降溫參數指標。

2.5 聯接變元

機械產品的聯接變元創新，我們需要考慮應元素的兩層含義[4]：一層是需考慮到對元素連接方式的變化，比如說日常用的鉚接、膠接、焊接、螺紋接等；二是需要考慮到對每一種連接方法不同聯接結構的元素創新，從而獲得多種結構類型方案。比如：我們將玩具產品創新設計成卡扣與螺釘相結合的安裝方法，這樣不但連接可靠，而且拆卸操作也很方便。而對手機的機蓋設計，我們將其設計成快速連接拆裝的結構，這樣就極其方便了用戶的操作。

2.6 位置變元

機械產品的位置變元創新，我們需要考慮的是通過對機械產品結構位置的變換，來得到不同的方案設計優化。比如：我們將焊縫零件的焊縫位置安排在靠近中性軸的創新，從而實現了構件不會因收縮減少力矩或彎曲變形。

2.7 工藝變元

機械產品的工藝變元創新，是要充分考慮到各個機械產品零件在制造過程中選用不同的創新工藝，來實現對整體機械產品結構產生的變化。對當前機械人、機械手工藝創新的推廣應用，不斷提高了加工生產能力和自動化程度，比起傳統的機械加工制造，有了很大的進步。

3 對機械結構變元創新設計的優化評測

對變元創新后的各類機械結構設計方案，往往我們要給一個綜合評測，通常情況下，采用綜合考慮到設計中的七個變元因素，對新的結構設計進行模糊評測。在評測過程中，我們要先在腦海中形成一套基本的設計方案，然后通過建立起一些數學模型，設計者對每一種結構方案進行綜合分析，并憑借自己掌握的經驗及知識能力進行綜合評判。其中，要考慮到一些指標，具體細化為社會效益，工藝性及可操作性、維修性、安全性等方面，同時借助推理、模擬等邏輯方法，最終從多種備用的不同結構方案中，選取一個具有創造性的作為最后優化的創新設計方案。對已確定的結構方案，也可在采用上述評價變元因素基礎上，在變元之間聯動配合修改，達到更加優化的設計目的。

4 結語

要逐步實現機械結構創新設計，必須要求設計者擁有扎實的專業和技術知識，用敏銳的分析能力和思維創新能力，發揮出極大的想象空間來設計，從而創造出新的機械結構方案，最終實現提高機械產品競爭優勢，達到機械制造加工企業的社會經濟效益最大化。

參考文獻

[1] 許瑛琪.關于機械結構創新設計的新思考[J].中國科技縱橫，2011（15）.

[2] 孫洪偉.談對機械結構創新設計的分析[J]中小企業管理與科技，2008（8）.

[3] 劉揚松.機械結構的創新設計及其優化[J].石油機械，2009（2）.

[4] 陳小強.劉京誠精密機械結構設計創新實驗[J].實驗技術與管理，2008（7）.endprint