機械結構設計中的創新應用

范志勇

（佛山市力禾機械有限公司，廣東 佛山 528000）

機械結構的設計是機械制造業發展的重中之重，其設計的成果不僅決定著機械產品的質量，同時還影響著機械制造業的發展。傳統的機械設計在實際運行過程中經常會因為受到各種因素的影響，呈現出多種問題，而創新設計則能很好地解決傳統機械結構的問題，從而極大地提升機械生產的效率。

1 當前機械結構設計的概述

1.1 機械結構設計

機械結構設計的基本內容包括：對機械產品材料的選擇、機械產品的外觀設計、機械產品的大小型號設計、機械零件的連接方式和機械功能的設計等。由于時代的發展，傳統機械結構的設計早已不能滿足機械制造業的供給需求，必須研發出新型的機械結構，以滿足市場需要。特別需要注意的是，機械結構的創新設計必須符合機械制造業的標準，不能違背機械運行的常理，否則將會引發安全事故。

1.2 機械結構設計的關鍵因素

根據以往的實踐經驗可以得知，機械結構設計的關鍵因素主要分為兩點：一是機械產品的質量。眾所周知，產品的實用價值是通過其質量體現的，只有在確保其質量過關的情況下才能將機械產品投入使用。為保障產品的質量，設計者在設計其結構時，必須提前對產品的質量進行檢驗，在確保產品的結構、硬度、精確度都能符合相關使用標準后，再考慮機械結構的設計。二是機械產品的創新。產品的創新性是機械結構設計的核心，且其創新性還能在一定程度上提高機械產品的市場競爭力。因此，機械產品的設計師在設計時需從產品的創新性著手。充分考量產品的性能、外型及其操作等方面的創新。

2 機械結構設計創新的必要性和機械結構設計的基本要求

2.1 機械結構設計創新的必要性

隨著社會經濟的發展和科學技術水平的提高，機械制造產品的同質化競爭愈發激烈。因此，我國若想擺脫同質化現象，從而在機械制造產業占有更大的份額，就必須對機械產品的設計進行改良創新，利用新穎的設計提升產品的暢銷度和競爭力，才能在激烈的市場競爭中以獨特的優勢勝出。這就對機械產品的設計人員提出了一定的要求，要求工作人員不斷地提高創新意識，運用現代化機械的設計理念對機械結構進行實質性的創新與改良，從而提升機械設備的整體效果。

2.2 機械結構設計的基本要求

（1）功能設計要點。機械制造的主要目的是為了滿足人們對機械生產的需求。而在機械制造的初級階段，機械功能的設計不僅要滿足人們的需求，同時還要充分體現出其創新性。設計出的產品還要符合機械制造業的生產標準，這樣才能最大限度地保障產品的質量和產品的實用性。

（2）質量控制要點。產品的質量監控不僅是對產品的工藝和產品材料的監控，同時還是對產品的剛度、精密度及產品的結構力學等的監控，這些都是考量產品質量的重要指標。只有通過控制這些影響產品質量的因素，才能確保產品的質量和性價比。除此之外，還要對機械產品的安全性、環保性、便捷性等進行一系列的控制，以防在機械產品的使用過程中增添不必要的麻煩。

（3）優化與創新設計。隨著全球化趨勢的發展，我國的機械制造業正面臨著全球化發展的機遇和挑戰，在激烈的國際市場競爭下，機械產業的發展必須擁有先進的創新技術才能在國際市場立足。由此可見，機械產品的創新設計已成為機械制造業在國際市場搶得先機的重要手段。因此，在機械產品的設計過程中，必須打破傳統的設計理念，引入創新型思維，才能有效地提高產品的競爭力。除此之外，機械產品的優化創新必須結合相應的科學理論知識和實際經驗，對機械產品的本質進行創新，例如機械產品的生產工藝、尺寸大小、形狀、外型等都要進行一系列的創新與優化。

3 創新設計在機械結構設計中的應用

3.1 機械機構設計中的材料變元

在進行機械結構的材料選擇時，只有選擇高質量的材料，才能保障機械產品后續的長期使用。然而，由于部分機械產業的工作人員缺乏相應的工作經驗，不懂得如何采購機械結構的材料，導致采購的機械材料與機械性能存在極大的差別，當出現這種情況時，要及時地對機械材料進行變元處理，以便于調整產品的整體結構，完善產品的性能，進而增強機械產品的實用性。

3.2 機械結構設計中的位置變元

位置變元，實際上就是在機械結構的設計中，運用科學的手段，合理地移動每個零件的位置，實現位置變元，從而使機械結構達到理想的效果。譬如，在安裝機械設備的零部件時，要盡可能地將零部件調整到合適的位置上，讓其安裝的位置盡量向中間部位靠攏。采用這種安裝方法能有效避免機械設備的零部件出現變形的現象，同時降低了元器件扭曲的概率。由此可見，合理地進行位置變元，不但能夠提高設備空間的利用率，還能降低設備出現故障的可能性。

3.3 機械結構設計中的數量變元

數量變元是機械結構設計中的一個基本變元，通過對產品零件數量的改變，從而達到對產品功能和性能的改變。例如：機械結構的設計師在設計產品時，為了能夠充分體現出產品的功能性與實用性，通常會采用直線設計的方法。在直線設計中，螺絲是其中最重要的基礎要素。一旦螺絲出現松動或者偏移的現象將直接影響整個機構的設計，為有效降低這種問題發生的概率，設計師通常會選擇采用增加彈簧墊的方式增強彈簧的穩定性，這樣不但不會造成彈簧歪斜，同時還能發揮很好的緩沖作用。除此之外，在進行設計時，設計師還可以將一些冗雜的元素進行適當的整合，不但方便攜帶與安裝，還能極大地縮短工作時間。這就是數量變元的優勢。

3.4 機械結構設計中的尺寸變元

機械結構零件的尺寸也是影響機械結構設計創新的重要因素，零件尺寸不符將嚴重影響機械結構的設計。為有效地避免這種問題的發生，機械結構的設計人員可以通過尺寸變元的方式，優化零件的尺寸，以此達到零件應用優化的目的。在采用尺寸變元法時，需特別注意零件的自身尺寸及具體形狀，采取適當的手法進行尺寸變元，以免妨礙機械設備的穩定運行。同時，要嚴控零件尺寸，采用模塊化的方法進行設計。這樣才能使機械設備的運行達到相對穩定的狀態。

3.5 機械結構設計中的連接變元

焊接、螺紋固定、膠水粘接等是機械產品零件連接的主要方式，只有根據機械產品的實際情況選擇合適的連接方式，才能保障機械產品的長久運行。因此，機械結構設計師在進行機械結構的創新設計時，要結合實際情況，對產品的連接方式進行相應的創新。譬如對那些過于牢固無法拆卸的產品零部件，可以采用焊接的方式處理，這樣就能確保產品零件的穩定。而那些能夠隨時拆卸的零件，可結合實際情況，選擇膠水粘接或者螺紋固定的方式進行處理。

3.6 機械結構設計中的工藝變元

根據以往的設計經驗來看，機械結構的制造工藝影響著機械產品的實用性，一旦制造環節出現差池，將導致機械產品的整個結構都無法正常運行。因此，為保障機械產品的實用性，機械產品的設計師必須結合產品的實際性能，為零件設計出合理的結構方案，同時，嚴格遵循制造工藝的設計標準，在保障產品質量的基礎上通過工藝變元法實現對機械結構的創新設計。

4 機械結構設計的優化創新方法

4.1 創新設計與產品成本相協調

隨著機械制造業的快速發展，機械結構的創新設計已成為大勢所趨、人心所向，機械結構的創新能擺脫產品同質化，極大地提升機械產品的市場競爭力。然而，在機械結構創新趨勢的潮流下，機械結構創新設計的投資成本也在不斷地加大，甚至超過了部分企業所能預支的成本，這種情況不但沒有為企業增加效益，還加重了企業的負擔。由此可見，機械產品的創新設計必須與投資成本相協調，在充分保障產品效益的基礎上對機械產品的結構進行合理的創新和優化，這樣才能充分協調產品的創新性與經濟效益性，從而實現互利共贏的目的。

4.2 保障結構社會效益與系統可行性

當今時代下，機械結構的創新設計主要是通過變元法的方式實現的，通過改變機械結構的基本要素達到機械結構整體優化的目的。但在利用變元法創新的實施過程中，必須結合機械設備的實際情況進行創新，不能違背機械運行的原理，否則將會極大地影響機械設備的運行。與此同時，在進行機械結構的創新設計時，必須考慮其結構設計的經濟性和實用性，這樣才能滿足客戶的市場需求，進一步保障結構設計的社會效益與系統可行性。

5 結語

根據我國機械制造業的現狀來看，未來機械結構的創新設計仍存在諸多不足。因此，要求機械制造業的設計人員在機械結構創新設計的應用過程中，必須結合產品的實際情況對機械結構的本質進行創新，同時還要不斷地提升創新意識，打破傳統的設計理念，通過變元法的合理運用，設計出經濟實用的獨特性產品，這樣才能保障機械產品的社會效益與系統可行性，推動機械制造業的進一步發展。