淺談創新設計在機械結構設計中的應用

劉君

摘要：無論是個人還是集體，創新都是實現發展不可缺少的強大驅動力。而作為工業發展水平的主要表征之一，機械結構設計是一類創新性非常強的工作。因此，在設計機械結構時應該高度重視創新設計的應用，積極開展創新設計，以求獲得最佳的設計效果。本文重點探討了機械結構設計的創新設計方法——變元法的元法應用，旨在促進機械結構設計的創新。

關鍵詞：機械結構設計;創新設計;設計應用

機械結構設計在制造業中的作用非常關鍵，它會直接影響機械設備和產品的性能。在設計機械結構時主要需要考慮的因素包括機械的尺寸、材料、形狀、使用環境、運行參數等等。創新設計的應用目的是解決傳統機械結構設計存在的問題，促進機械制造業健康溫度發展。而作為現階段比較高效便捷的機械結構設計方法，變元法可以幫助設計人員系統梳理機械結構設計中的各種可變元素，從而提高機械結構設計水平，確保創新設計的高效開展。為此，本文針對機械結構設計中的創新設計方法——變元法的應用展開探討。

一、機械結構設計基本原則

1、功能設計

機械制造是指根據實際需求使用相應的原材料加工制作出各種機械產品。在制造初始，機械功能設計需要符合客戶要求，同時要盡量創新。設計機械的功能時必須確保機械產品符合機械工作原理，具有良好的可靠性，同時符合滿足材料、力學、裝配性能等方面的要求。

2、質量控制

在機械設計中要在滿足功能要求的基礎上考慮其質量，分析與質量有關的各種因素，確保機械產品的各項指標，如結構強度、精度、結構力學必須符合相關標準。合理控制影響機械產品質量的各種因素以確保機械產品的質量。此外，在設計時還需考慮其可操作性，盡量提高機械產品的安全性，環保性。

3、優化創新

機械制造技術的持續發展，機械設計與制造領域的競爭日趨激烈。在此背景下，機械結構的創新設計成為機械制造企業提升核心競爭力的重要途徑，在設計機械結構時積極穿鞋，引入創造性思維和技術，可以顯著提升機械產品的市場競爭力。因此，機械結構的優化與創新必須考慮大量可能性方案，對機械產品的工藝、尺寸、材料等方面進行優化創新。

二、創新設計在機械結構設計中的應用

1、材料變元

機械設計制造設計到很多種原材料，每種原材料的作用不盡相同。因此，在設計機械結構時，設計人員可以按照實際要求在原材料的選用上加以創新，根據不同原材料的作用和功能，將其進行創新加工后用于機械結構設計開展創新設計。通過材料變元實現設計創新。例如，在設計鋼材材料的機械結構時，零件尺寸與機械結構強度直接相關，設計人員可以創新零件使用，如更換尺寸更大的零件或更換零件材料，以提高機械結構強度，使機械產品更加耐用。在鑄鐵材料機械結構設計中可增加隔板、強筋等材料，從而增強機械結構穩固性。

2、數量變元

變元法中零部件結構原理包含加工面、工作面兩個要素。機械產品結構原理包括零部件整體、零部件自身等因素。它們一起決定了機械產品的質量優劣，因此，在機械結構設計中可以通過調整這些因素實現設計創新。例如，對于設計要求比較低的機械產品而言，一般選用直線形，如在設計螺絲時需要考慮的一個重要因素就是防松動，在設計時要考慮如何減少螺絲的松動可能性，如借助彈簧墊的緩沖作用實現設計要求。

3、位置變元

位置變元是指講變換調整機械結構中的零部件位置實現機械結構創新設計，以優化機械結構設計效果。例如，在焊接零部件時需要合理調整其位置，是焊接位盡量處于中間位置，可以有效減少零部件變形，避免出現元器件不扭曲現象。此外，通過位置還可以充分利用結構空間，縮小機械產品的體積。

4、尺寸變元

尺寸變元是指通過調整機械零部件的尺寸實現機械結構創新設計。通過對零部件形狀化進行優化，調整其長、寬、高等尺寸參數，完善零部件性能，從而提高機械結構設計效果。例如，在進行冷沖壓彎曲設計時，通過冷沖草料，并進行角度調整，優化零部件角度。在調整零部件尺寸之前要詳細量算其彎曲角度，以確保零部件變換后不影響機械結構整體設計效果。

5、形狀變元

形狀變元是指通過調整元器件形狀實現機械結構設計創新。例如，在安裝彈簧時，考慮到彈簧的不同類型，因此，在設計彈簧的安裝時要根據元器件的類型和彈簧的物理特點進行形狀調節，既不能過于壓緊彈簧也不能太松，以便彈簧失去彈性作用。

6、機械結構設計方案的評價與優化

可以運用模糊綜合評判法從方案的經濟效益、社會效益、工藝性、可操作性、可維護性、安全性等方面進行評價，優選最佳方案。在此基礎上對結構方案設計的零部件進行建模以反映結構特征，為機械結構創新設計提供依據，數學模型可以描述上述的數量變元、尺寸變元、材料變元。此外可對方案的可靠性設計進行有限元分析，對傳動件、軸承作潤滑計算，為產品結構創新設計提供參考依據。例如，在傳統轉盤結構設計方案基礎上通過位置變元法調整主軸承、錐齒輪之間的位置，通過形狀變元法調整水平軸左軸承的形狀可以得到主流轉盤結構設計方案;通過數量變元法調整傳統轉盤結構的齒輪、主軸承數量以及尺寸（尺寸變元），同時調整其位置（位置變元）就可以得到更加理想的結構設計方案。如果進一步應用變元法還能得到更多的結構設計方案。這是需要多方位評價方案，優選最佳答案，以應用效果為最終檢驗依據。

三、結束語

綜上所述，機械結構設計是機械制造的重要組成部分，精妙的機械結構設計往往能夠更好地滿足人們的需求，同時更好地促進經濟發展。只有創新設計才能不斷提高機械結構設計水平，設計人員應該積極探索，敢于創新，不斷提高機械結構設計水平。

參考文獻：

[1]王賓瑞.創新設計在機械結構設計中的應用分析[J].科技風，2018 （6）：5-5.

[2]韓寧.基于創新設計的機械結構實訓項目開發[J].現代制造技術與裝備，2018 （2）.

[3]胡臣勇.研究創新設計在機械結構設計中的應用[J].科技經濟導刊，2017 （25）：46.