機械結構設計中的創新設計及應用方法探究

閆軼 佟名琬

摘要：機械結構要在總體設計完成的情況下才能夠進行整體設計，整體的機械結構設計完成之后才能夠進行接卸結構的調整。要想得到比較精細化的機械結構設計原理圖，就是要將總體設計進行完善，然后將機械結構的整體設計進行調整之后，這樣才能夠體現出機械結構設計原理圖的作用及功能。在進行實際的機械結構設計時，要將其中的零件的參數進行標注，這樣一來有助于零部件進行組裝。在將零部件進行參數的標注時，還要對零部件的精準度進行詳細的檢查，保證每一個零部件的精準度都符合標準。

關鍵字：機械結構設計；創新設計；應用方法

1創新設計對機械結構設計的重要性

現階段，我國社會經濟發展較快，人們的思想意識發生了轉變，開始向多元化方向發展，要求機械結構滿足多元化的發展需求，使其具備良好的功能和性能，以保障工作效率。在此背景下，傳統設計理念的劣勢尤為凸顯，其結構單一、應用范圍有限，使其行業價值受到了影響。對此，要求設計人員提高創新意識，采用新材料、新工藝、新結構等設計方式，以打破常規設計理念的限制，對機械結構的本質進行創新，從而提高機械制造領域的生命力，保證其安全、穩定的發展。

2機械結構設計中的創新設計

2.1結構模塊的優化設計

這種優化方式，即結合產品規劃不同角度提出不同優化方法。也就是說，結構模塊優化是按照產品規劃出發，將規劃分解成單獨的任務，從源頭處解決優化問題，在減少產品問題的基礎上，實現高效的工作效率。用這樣的方式，能夠在保障優化設計質量的同時，提高優化設計的效率。機械機構設計應尊重產品的原設計和規劃，站在細節方面進行優化。

結合Feldman理念，在優化產品結構時，需要涉及到產品四個任務功能，包括功能原件、功能組件、功能組成、產品。優秀高品質的模塊結構能夠實現配合與連接并行，有標準化接口，能夠在靈便化、通用化、經濟化、層次化、系列化、集成化的過程中，產生相容性、互換性、相關性特征。在此基礎上，進行機械結構的設計與優化時，還要結合CAD制圖技術與軟件設計，實現優化過程中的變形設計與組合設計。

2.2系統模塊的優化設計

系統優化指的是，設計人員先將機械機構視作一個整體，將優化流程看作是完整的結構。將每一個優化元素視作單獨的部件，明確這些單獨部件存在密切聯系的關系。這樣的層次化設計，能夠實現設計元素既是單獨的個體，又是共同的整體，能夠達成整體優化的目的。目前來看，機械機構優化系統模式一般是按照德國VDI2221設計方式。當然也有一些機構優化系統采用的是我國自主研發的系統設想。

根據用戶需求進行機械結構設計，質量功能分部位首先根據用戶需求明確機械結構基本功能和特征，之后根據機械結構的功能特征確定各個零部件的特征。將零部件特征作為核心，在討論和實驗的過程中明確零件工藝特征。最后按照工藝特征分析，得出系統優化作業特征，決定最后的系統優化方法。

系統優化與設計建立在將產品視作整體系統，通過不同區域和不同特征的規劃與明確，實現產品的整體性設計，最終得出產品成品的設計結果。代表性設計方法包括鍵合圖法、舉證設計法、構思設計法、圖形建模法、設計元素法等。每一種方法都需要結合系統完成優化設計方法與方案的制定。

2.3產品特征的優化設計

在優化設計機械系統的結構時，需要根據產品發展特點，進行相對應的優化設計。在此過程中最重要的技術就是計算機輔助，計算機輔助貫穿于機械產品優化設計的始終，能夠幫助設計人員提高優化設計效果和自動化水平，完成機械機構優化的管理、協調、表達。總結來說，現如今產品特征優化主要包括如下方法。首先是實例法。實例法通過框架結構完成概念實體、工程實例描述。在推理的過程中獲取候選資源，并將候選資源匹配進入到優化防范與匹配設計。其次為編碼法，這種方式結合運動轉換，實現機構整理與分離。通過知識庫搜集與整理方式，完成機械結構優化設計，確定優化設計的方案。最后是混合性表達，這種方式將網絡系統、框架、過程、規則進行整合，實現高質量的產品特征設計。CAD軟件中，常用NEXPERT-OBJECT完成優化方案制定。在結束目錄優化與否設計以后，實現機構組、功能模塊、功能分解的組織優化，為優化提供輔助工效。上述方法全部需要在實際應用中，根據產品自身特點進行選擇。

3機械結構優化應用

3.1材料變元

機械結構的設計中具有多種類型的原材料，每一種原材料都具有不盡相同的作用，因此在面對不同的機械結構設計時，要根據各自要求對原材料進行不同方式的選擇。這時，不同原材料的作用和功能就能夠較好地體現出來。將原材料進行不同方式的加工之后就能夠運用到機械結構設計中，進行新型設計方法的研究。通過運用變元法，能夠較好地實現新方案研發。變元法在實際的運用中就是將機械結構設計中的各種變量進行改變沒然后得到的結果不會改變的情況下，來實現機械結構中的接卸設計。

3.2數量變元

變元法中的零部件的結構原理包含兩個基本元素，加工面和工作面。除此以外，產品的結構原理中還包含對零部件整體和零部件自身等一些元素。這些元素決定了產品質量的好壞，因此，通過將這些基本元素進行調整之后就能夠得到想要的產品。例如，對于一些設計相對較為簡單的產品來說，通常都是采用直線形狀，比如螺絲的設計主要因素就是防止松動脫落，因此，在進行螺絲的設計時，要考慮到用什么方法降低螺絲的松動率。可以利用彈簧墊，能夠使彈簧起到有效的緩沖作用。這樣一來能夠有效的提高機械設計的工作效率，減少施工量。

3.3位置變元

位置變元，從表面意思上看是將機械結構設計中的每一個零部件進行位置的變化，來實現位置變元，從而達到理想的結果。例如，在進行一些零部件的焊接時，應當盡量將零部件的位置進行合理的調整，使其焊接的位置盡量靠中間，這種焊接方法能夠有效的降低零部件發生變形，防止元器件發生不規則扭曲的現象。通過位置變元，還能夠將整體的部件結構空間降低，提高了空間的使用率。

3.4尺寸變元

尺寸變元的意思就是將零部件進行尺寸上的調整，然后使零部件得到最好的優化。尺寸變元在實際的機械機構設計中是將零部件進行形狀上的改變，也就是說對零部件的形狀進行適當的優化。這一點可以通過改變零部件的長、寬、高和各方面的尺寸參數，將零部件進行優化完善。例如，在進行冷沖壓彎曲設計時，就需要將材料的適當的變化之后，更好的進行冷沖壓彎曲設計。通過將草料進行冷沖之后還能夠進行一定的角度改變，使零部件的角度更加完美。同時，如果要對零部件進行尺寸的變化，在此之前要將零部件的彎曲角度進行詳細的測量和計算，保證零部件變換之后不會影響材料整體的質量。

3.5形狀變元

形狀變元就是將元器件進行形狀的調整之后得到機械結構設計中所需要的形狀。在機械結構設計中將零部件進行形狀變元是為了更好的達到機械設計的目的。例如，在進行彈簧的安裝時，由于彈簧具有很多不同的種類，因此，通過應用彈簧進行安裝的元器件也就有多種不同的類型。在實際的機械結構設計中應用彈簧時，要根據彈簧不同的物理特點，不能夠將彈簧過分的進行壓緊，這樣會導致彈簧失去了彈性作用。

結語

總之，目前，傳統的設計理念存在很多的限制性問題，已不符合現代社會的發展需求。因此，要求機械結構設計人員創新設計理念，優化設計方式，以提高機械結構的設計質量，實現其應有的效益。

參考文獻：

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