時間：2022-07-23 11:18:53
序論：在您撰寫創(chuàng)新設(shè)計在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的1篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
【摘要】在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中引入創(chuàng)新思維，能夠促使機(jī)械結(jié)構(gòu)更為優(yōu)化，進(jìn)而能夠促使機(jī)械設(shè)備發(fā)揮更大的效能。本文主要從機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)談起，進(jìn)一步探討創(chuàng)新性思維在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用。
【關(guān)鍵字】創(chuàng)新設(shè)計；機(jī)械結(jié)構(gòu)；應(yīng)用
機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的核心在于產(chǎn)品功能的創(chuàng)新性性以及多樣化，進(jìn)而才能夠滿足人們對于機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用需求，這就要求機(jī)械產(chǎn)品中必須展示其獨(dú)特性以及創(chuàng)新性，進(jìn)而才能夠促使機(jī)械產(chǎn)品獲得較為廣闊的市場空間。結(jié)構(gòu)設(shè)計是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，是將機(jī)械理論變成實際的產(chǎn)品設(shè)計圖紙的過程結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅需要考慮到機(jī)械產(chǎn)品的材料構(gòu)成、尺寸大小、表面處理工藝以及表面粗糙度等等，還需要考慮到與其他零件之間的連接方式以及產(chǎn)品方式等等。創(chuàng)新設(shè)計指的就是改變機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)因素，得到機(jī)械產(chǎn)品功能創(chuàng)新以及性能創(chuàng)新的目的。
1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求
（1）功能設(shè)計。機(jī)械產(chǎn)品需要滿足主要機(jī)械功能需求，進(jìn)而滿足人們的應(yīng)用需求。在功能方面不僅需要展示出創(chuàng)新性，設(shè)計產(chǎn)品還要符合相關(guān)的機(jī)械工作原理，滿足機(jī)械產(chǎn)品穩(wěn)定性、工藝力學(xué)、材料力學(xué)以及裝配性能等相關(guān)因素的要求。
（2）質(zhì)量設(shè)計。需要考慮到構(gòu)成機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量體系的相關(guān)因素，包括產(chǎn)品精度、產(chǎn)品剛度、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)力學(xué)的要求等等，進(jìn)而通過控制相關(guān)因素提升機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量特性以及性價比。此外還需要考慮到機(jī)械產(chǎn)品的其他特性，如操作便捷性、產(chǎn)品外觀、安全特性、節(jié)能環(huán)保等等。產(chǎn)品的質(zhì)量不僅需要在機(jī)械加工工藝以及材料方面進(jìn)行控制，在機(jī)械設(shè)計階段也應(yīng)該考慮。
（3）優(yōu)化設(shè)計與創(chuàng)新設(shè)計。機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的方式為利用結(jié)構(gòu)設(shè)計變元等方式系統(tǒng)度構(gòu)造優(yōu)化設(shè)計空間，在產(chǎn)品中引入創(chuàng)造性思維或者其他學(xué)科的技術(shù)。優(yōu)化設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計在機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，能夠有效地提高機(jī)械技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)的競爭力。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的前提是要能構(gòu)造出大量可供優(yōu)選的可能性方案，即構(gòu)造出大量的優(yōu)化求解空間，這也是結(jié)構(gòu)設(shè)計最具創(chuàng)造性的地方。目前，結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化與創(chuàng)新僅展現(xiàn)于數(shù)理模型運(yùn)算方面。并未綜合考慮到機(jī)械產(chǎn)品的本身特性，如產(chǎn)品的加工工藝、材料、連接方式、尺寸形狀等等，而且對于機(jī)械結(jié)構(gòu)變元法設(shè)計也應(yīng)該建立在這些因素的基礎(chǔ)上。
2機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則以及創(chuàng)新設(shè)計的基本方式
為了保證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的穩(wěn)定性，在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)滿足力學(xué)、工藝、材料、裝配、支承等各項準(zhǔn)則，進(jìn)而促使機(jī)械產(chǎn)品能夠滿足科學(xué)性的要求。具體舉例如下：
2.1滿足力學(xué)要求的設(shè)計準(zhǔn)則
在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，必須要考慮到材料力學(xué)、彈性力學(xué)、疲勞力學(xué)等相關(guān)的力學(xué)準(zhǔn)則，并根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品的使用位置進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)強(qiáng)度運(yùn)算，進(jìn)而才能夠設(shè)計出較為合格的機(jī)械產(chǎn)品。如疲勞力學(xué)直接關(guān)系著軸承、齒輪以及軸的使用壽命，在設(shè)計過程中需要根據(jù)不同機(jī)械零件的載荷變化進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)計算，優(yōu)化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對機(jī)械產(chǎn)品壽命周期進(jìn)行設(shè)計。如圖一所示，虛線為等強(qiáng)度軸外形，實線為實際外形。零件截面尺寸的變化與其內(nèi)應(yīng)力變化相適應(yīng)，使各截面的強(qiáng)度相等。按等強(qiáng)度原理設(shè)計的結(jié)構(gòu)，材料可以得到充分的利用，提高經(jīng)濟(jì)效益。
2.2考慮加工工藝的設(shè)計準(zhǔn)則
在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計時，往往要考慮到機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定，進(jìn)而需要考慮相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否能夠滿足機(jī)械加工工藝的需求，如某些機(jī)械結(jié)構(gòu)需要采用特殊的成型方式，則需要考慮相應(yīng)機(jī)械結(jié)構(gòu)是否有利于機(jī)械加工。如圖二所示，圖中所示的機(jī)械結(jié)構(gòu)以鑄件為主，只有改變（a）＼（c）相應(yīng)的零件結(jié)構(gòu)，才能夠保證機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量特性。
3通過變元法完成機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新
如今，機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計是指采用機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計變元法，改變機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)因素，進(jìn)而獲得機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，但是創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)需要滿足于應(yīng)用需求，并且在性能、經(jīng)濟(jì)性方面優(yōu)于原始的設(shè)計結(jié)構(gòu)，變元法所研究的內(nèi)容主要包括：數(shù)量變元、形狀變元、材料變元、位置變元以及裝配聯(lián)接變元等等，通過進(jìn)行變元往往能夠得到許多機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，作為設(shè)計者來說，就需要根據(jù)數(shù)學(xué)模型對機(jī)械結(jié)構(gòu)性能的計算測試并且綜合其他因素進(jìn)行考慮，進(jìn)而選擇出最優(yōu)化的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計。
事實上，機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計不僅僅要對其結(jié)構(gòu)、空間構(gòu)造、材料等相關(guān)因素進(jìn)行改變，其中對于機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品創(chuàng)新性的評估也是一項重要的工程。如今，隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展以及機(jī)械制圖、建模軟件的功能化發(fā)展，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計工作變得更為簡便。通過二維圖紙的制作以及三維建模，并進(jìn)行模擬仿真加工，完全能夠發(fā)現(xiàn)出機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的相關(guān)問題，有利于設(shè)計者對于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的完善、因此，對于現(xiàn)代化的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，往往通過變元法，修改三維模型中的數(shù)據(jù)，能夠通過3D模型對機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而體現(xiàn)出機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的創(chuàng)新性。
4總結(jié)
綜上，對于機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)來講，創(chuàng)新設(shè)計在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用具有一定的價值意義，本文主要探究了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求以及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)準(zhǔn)則，并進(jìn)一步表述了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新方式，結(jié)合三維建模技術(shù)的發(fā)展，對于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化及創(chuàng)新提供了一定的技術(shù)支持。
【摘要】本文主要探討了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用變元法的創(chuàng)新設(shè)計，其中講述了七種不同類型變元方法；同時，結(jié)合實際結(jié)構(gòu)設(shè)計論述或舉例說明結(jié)構(gòu)設(shè)計中的創(chuàng)新方案。
【關(guān)鍵詞】創(chuàng)新設(shè)計；機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計；變元法
機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是在總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)所確定的原理方案，確定并繪出具體的結(jié)構(gòu)圖，以體現(xiàn)所要求的功能；是將抽象的工作原理具體化為某類構(gòu)件或零部件，具體內(nèi)容為在確定結(jié)構(gòu)件的材料、形狀、尺寸、公差、熱處理方式和表面狀況的同時，還需考慮其加工工藝、強(qiáng)度、剛度、精度以及與其它零件相互之間關(guān)系等問題。本文主要介紹變元法在機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計中的運(yùn)用，并結(jié)合實際結(jié)構(gòu)設(shè)計論述或舉例說明結(jié)構(gòu)設(shè)計中的創(chuàng)新方案。
1、變元法
變元法源于德國，是用于機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的一種富有創(chuàng)造性內(nèi)涵的新方法[1]。采用該方法來開展產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計工作前，需要明確基本結(jié)構(gòu)內(nèi)容，并在基本結(jié)構(gòu)確定前提下研發(fā)新型結(jié)構(gòu)方案。變元法的內(nèi)涵有兩個：（1）定義產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的變元內(nèi)容，主要包括七個：①材料；②數(shù)量；③位置；④尺寸；⑤形狀；⑥聯(lián)接；⑦工藝；（2）將這些變元進(jìn)行適當(dāng)改變調(diào)整，然后構(gòu)造出不同類型結(jié)構(gòu)方案，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計目的。
1.1材料變元
機(jī)械設(shè)計中可以選擇的材料很多，不同的材料對應(yīng)不用的加工工藝，結(jié)構(gòu)類型，零件尺寸。通過調(diào)整材料變元可以創(chuàng)新性制定不同結(jié)構(gòu)方案。例如：在運(yùn)用鋼材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通常加大零件的截面尺寸以增加結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度；而在鑄鐵的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，則是通過加強(qiáng)筋和隔板的方法加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度；塑料材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，塑料件的筋板與壁厚相近并均勻?qū)ΨQ。
1.2數(shù)量變元
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中存在的基本元素包括加工面和工作面，輪廓面和輪廓線，零件本身。可以對結(jié)構(gòu)中具有的基本元素數(shù)量進(jìn)行調(diào)整、改變以達(dá)到改變機(jī)械結(jié)構(gòu)的目的。例如：鑄件結(jié)構(gòu)形狀力求簡單，在可能情況下盡量采用直線形的輪廓。在螺紋連接結(jié)構(gòu)中，為防止螺釘松脫，往往需要螺釘與彈簧墊圈同時安裝使用；但也可以把螺釘設(shè)計成將螺釘、墊圈和彈簧墊圈的功能集成為一體的在螺釘頭安裝接觸面帶有防松措施的防松螺釘，既減少零件數(shù)量又方便裝配。
1.3位置變元
對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中各個元素間的對應(yīng)位置進(jìn)行適當(dāng)改變，可以獲得結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化。例如：在安排零件的焊縫位置時，焊縫應(yīng)相對構(gòu)件中性軸，或靠近中性軸，以減少收縮力矩或彎曲變形。另外，在有限空間箱體中裝配若干零件，零件擺放位置不同也會影響裝配操作的操作性。
1.4尺寸變元
其中尺寸變元內(nèi)容有角度、長度以及距離等內(nèi)容，調(diào)整構(gòu)件、零件尺寸大小能起到改變整體結(jié)構(gòu)的效果。例如：在冷沖壓彎曲工藝中，由于材料的彈性變形，彎曲件如果嚴(yán)格要求某角度，則需要在彎曲件成形后，再附加整形工序修復(fù)工件；彎曲件如果增加彎曲角度Δα，允許2°～3°變形，彎曲后不需整形。
1.5形狀變元
通過調(diào)整結(jié)構(gòu)零件表面及整體形狀、整體輪廓以及零件規(guī)格、零件類型，也能實現(xiàn)改變機(jī)械整體結(jié)構(gòu)的目的。例如：要實現(xiàn)用彈簧產(chǎn)生的（彈）壓緊力壓緊某零件，使其保持確定位置。設(shè)計時可以選擇的彈簧類型有拉簧、壓簧、扭簧、板簧，被壓緊的零件形狀可以有平面、圓柱面、球面、螺旋面，通過對這些因素的組合可以得到多種方案。其中壓簧的壓縮距離不應(yīng)過大，否則容易引起彈簧的失穩(wěn)，如確需要使用較大的壓縮距離則應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，拉簧因無失穩(wěn)問題，設(shè)計中受空間約束較小，即可單獨(dú)使用，也可以與搖桿及繩索等配合使用。
1.6分析連接變元
其包含2層意思：①聯(lián)接方法，其中包括焊接方式、膠接方式還有鉚接、螺紋聯(lián)接等；②每種連接方法均有幾種不同聯(lián)接結(jié)構(gòu)，因此可以將聯(lián)接結(jié)構(gòu)及方式進(jìn)行調(diào)整或是改變之后獲得多種結(jié)構(gòu)類型。例如：對于需要經(jīng)常拆卸的零部件結(jié)構(gòu)，不但應(yīng)使連接可靠，還應(yīng)使拆卸操作盡量方便。這方面的結(jié)構(gòu)在我們生活經(jīng)?？梢?，如玩具產(chǎn)品中經(jīng)常使用卡扣與螺釘相結(jié)合的安裝方法，而手機(jī)產(chǎn)品的機(jī)蓋設(shè)計成快速連接拆裝結(jié)構(gòu)，方便用戶操作。
1.7分析工藝變元
工藝的不同也會對結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生重大影響，因為各個設(shè)備零件在制造過程中選用工藝不同，制造成本差異以及性能、質(zhì)量差異都會影響產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)。因此在擬定機(jī)械零件的工藝規(guī)程時，應(yīng)該充分研究零件圖紙，對其進(jìn)行分析，審查零件的結(jié)構(gòu)工藝是否良好、合理，并提出相應(yīng)的修改意見。當(dāng)前，由于加工工藝、轉(zhuǎn)配工藝（自動化程度）的不斷提高，如機(jī)械人、機(jī)械手的推廣應(yīng)用，出現(xiàn)了不少適合于新條件的新結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的機(jī)械加工有較大的差別，這些工藝應(yīng)該給予注意與研究。
2、機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計以及變元法運(yùn)用
對于每一個結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的評價，應(yīng)該綜合考慮結(jié)構(gòu)方案中的社會效益、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可行性、工藝性以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)相關(guān)指標(biāo)要求等內(nèi)容。然后從各個備選結(jié)構(gòu)方案中挑出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)方案。在機(jī)械結(jié)構(gòu)方案已經(jīng)確定的情況下，也可以對關(guān)鍵構(gòu)件或零件構(gòu)進(jìn)行不同變元的分析，以及變元之間聯(lián)動配合修改，已達(dá)到優(yōu)化設(shè)計目的。另外，也可以建議一些數(shù)學(xué)模型，因為數(shù)學(xué)模型可以很好描述結(jié)構(gòu)設(shè)計中的尺寸和數(shù)量變元，還可以對材料變元進(jìn)行間接描述（但是很難描述其他變元類型[2]）。按照機(jī)械產(chǎn)品不同要求和特征，綜合運(yùn)用不同變元，結(jié)合設(shè)計者掌握的經(jīng)驗及知識能力，通過發(fā)揮創(chuàng)造性思維，構(gòu)造出不同機(jī)械結(jié)構(gòu)。例如以下轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)。
在這三個結(jié)構(gòu)圖中，如果將結(jié)構(gòu)設(shè)計方案1（圖一）中的調(diào)整錐齒輪間和主軸承兩者位置，及通過調(diào)整位置變元，然后再調(diào)整水平軸方向上的左軸承形狀，也就是通過改變形狀變元之后獲得了結(jié)構(gòu)設(shè)計方案2（如圖二）。如果改變方案1中的主軸承和齒輪的尺寸大小和個數(shù)，及通過調(diào)整兩者的數(shù)量變元、尺寸變元，于此同時，在調(diào)整齒輪構(gòu)件和軸承構(gòu)件的位置，及改變位置變元，就可以獲得結(jié)構(gòu)方案3（圖三）所以，上述3種不同類型的轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)方案均可以利用變元法很好的實現(xiàn)，若進(jìn)一步采用變元法也可以實現(xiàn)多種不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。通過對比這3種結(jié)構(gòu)方案，綜合分析社會效益、成本需要、可行性以及制造工藝過程等方面內(nèi)容，可以獲得方案2是最優(yōu)結(jié)構(gòu)組合。一個機(jī)械結(jié)構(gòu)方案的整體評價，都要經(jīng)過實際使用效果來作為最總檢驗的事實依據(jù)。若對轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)模型中歐的齒輪構(gòu)件作進(jìn)一步可行性設(shè)計以及優(yōu)化設(shè)計，并對滾動軸承以及齒輪運(yùn)行進(jìn)行彈性流體壓潤滑分析，然后進(jìn)行精密計算，都可以為優(yōu)化轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)設(shè)計提供大量參考數(shù)據(jù)。
3、結(jié)束語
深入研究機(jī)械創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要的現(xiàn)實意義。想要逐步實現(xiàn)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計，不僅要求設(shè)計者擁有扎實的專業(yè)知識、技術(shù)知識，還要不斷提高敏銳的問題分析能力、以及創(chuàng)新思維能力。變元法在設(shè)計中的運(yùn)用可以衍生出很多種結(jié)構(gòu)，為機(jī)械設(shè)計者最終選擇優(yōu)化方案提供了一種創(chuàng)新工具。在明確設(shè)備功能或是零件基本作用的基礎(chǔ)上，如何將現(xiàn)代機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計方法靈活運(yùn)用，并實現(xiàn)各個構(gòu)件零件的最優(yōu)組合，以便滿足機(jī)械系統(tǒng)要求，這是當(dāng)前工程設(shè)計工作采用的主要手段。創(chuàng)新設(shè)計屬于先進(jìn)技術(shù)范疇理論，在機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計過程中利用創(chuàng)新設(shè)計理念能幫助構(gòu)造出多種結(jié)構(gòu)方案，從而尋找出最優(yōu)結(jié)構(gòu)設(shè)計。這不僅為促進(jìn)了企業(yè)自身發(fā)展，在另個層面上也推動了社會不斷發(fā)展。
摘要：一個國家的發(fā)展離不開機(jī)械的創(chuàng)新，設(shè)計一個好的機(jī)械結(jié)構(gòu)是一項極具創(chuàng)新能力的工作。我們在設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)時，必須以改進(jìn)和創(chuàng)新為目的，設(shè)計出更加優(yōu)化的機(jī)械。本文主要是探討了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中用到的七中不同類型的變元法，根據(jù)這些變元法選擇出最優(yōu)的設(shè)計方案，達(dá)到機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化。
關(guān)鍵詞：機(jī)械結(jié)構(gòu)；變元法；創(chuàng)新設(shè)計
1.結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計變元法
目前機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中使用最多的就是變元法，這種方法既科學(xué)又便利，在設(shè)計的過程中，可以通過變元法將可變的元素梳理的更加邏輯化，大大提高了機(jī)械創(chuàng)新的步伐。機(jī)械設(shè)計中最主要的環(huán)節(jié)就是結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計就是將一些機(jī)械式的原理通過圖案的方式畫在圖紙上面的過程。變元法的適用范圍非常廣泛，在使用變元法設(shè)計設(shè)計創(chuàng)新產(chǎn)品時，必須先對設(shè)計的產(chǎn)品進(jìn)行分析，然后選出最優(yōu)的變元法方案進(jìn)行設(shè)計創(chuàng)新。
1.1.位置變元
位置變元就是將產(chǎn)品內(nèi)部的每個基礎(chǔ)元件的位置改變，重新布置，從而得到各種新的結(jié)構(gòu)方案，它考慮到各個產(chǎn)品的基本元素相互之間的一些位置變換。例如：在有限的空間箱子里面裝配好若干構(gòu)件零件，如果各個零件的擺放位置不同，就會導(dǎo)致裝配操作后的操作性能的不同。
1.2.材料變元
材料變元主要就是考慮機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新中材料的選擇和一些材料的更替。在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計的過程中，不同的材料會對應(yīng)著不同的零件尺寸、結(jié)構(gòu)類型和加工工藝，如果零件采用不同的材料，那么該零件設(shè)計出來的產(chǎn)品的尺寸大小或者結(jié)構(gòu)也會隨之發(fā)生變化，它的加工時間和加工工藝也會隨之發(fā)生改變，這種變化直接影響著整個產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改變。例如：在使用鋼材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，通常在設(shè)計的時候故意加大鋼的橫截面積，這樣就起到了剛度和強(qiáng)度的雙增加。因此，如果通過材料變元，可以創(chuàng)新設(shè)計出許多類型的方案來。
1.3.尺寸變元
尺寸變元中的尺寸主要是指距離、角度和長度等，它考慮了變元元件中元素之間的距離、長短度和角度等方面的問題，通過改變機(jī)械零件和其構(gòu)件的尺寸大小，使機(jī)械的整體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。就因為尺寸變元的主要內(nèi)容是長度、角度和距離等的變元，這樣便是機(jī)械的整體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，不同的尺寸對應(yīng)著一個創(chuàng)新設(shè)計，從而起到了改變整體機(jī)械構(gòu)件的效果。例如，在一些彎曲工藝?yán)锩鏁褂玫匠叽缱冊驗槊總€材料的彎曲彈性變形不一樣，所以對元件的彎曲程度不同，角度的要求也不相同，需要在彎曲構(gòu)件成形之后，然后再對所彎曲的構(gòu)件進(jìn)行加工和修復(fù)，如果在彎曲構(gòu)件之前直接確定一個角度，并且構(gòu)件允許小范圍的變形，那么彎曲后就不用再加工修復(fù)了。
1.4.數(shù)量變元
在機(jī)械產(chǎn)品中有很多的元素，像輪廓面、加工面、輪廓線和工作面等都屬于機(jī)械元素，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)中包括著工作面和加工面兩類基本元素，數(shù)量變元就是從機(jī)械產(chǎn)品的每一個面和線等這些元素來考慮，通過改變機(jī)械產(chǎn)品中的這些元素的數(shù)量來改變產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，從而可以得到更多的機(jī)械結(jié)構(gòu)。例如在一些結(jié)構(gòu)比較簡單、形狀比較單一的情況下，就可以采用不同輪廓的線來改變機(jī)械的結(jié)構(gòu)，但如果是螺釘這類比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)時，因為要防止螺絲的脫落，所以螺絲的邊緣盡量要深陷一下，同時也可以加一個螺絲帽使之更固定。
1.5.聯(lián)接變元
聯(lián)接變元就是一種連接方式，它考慮了每個元素之間的聯(lián)接方式，補(bǔ)一個方式不同，主要有鉚接、焊接、膠結(jié)等，而不同的機(jī)械產(chǎn)品有不同的聯(lián)接方式，可以通過改變聯(lián)接方式來改變機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案。例如一些需要經(jīng)常拆卸的元件，就需要在設(shè)計的時候考慮到零件的結(jié)構(gòu)連接是否可靠、拆卸是否方便等這些問題。在生活中也有很多利用聯(lián)接變元的產(chǎn)品，像手機(jī)產(chǎn)品的蓋子的拆裝結(jié)構(gòu)就很方便，利于使用者的方便操作。
1.6.形狀變元
形狀變元主要是通過改變機(jī)械結(jié)構(gòu)零件的表面形和輪廓形狀來改變元件的規(guī)格和類型，從而得到各種各樣的創(chuàng)新方案。例如彈簧可以做成不同種類的，有板簧、壓簧等產(chǎn)品。
1.7.工藝變元
結(jié)構(gòu)設(shè)計與工藝設(shè)計是緊密相關(guān)的，工藝變元需要考慮零件本身的工藝的變化，工藝的不同也會對結(jié)構(gòu)設(shè)計造成巨大的影響，如果每個機(jī)械零件在制造的過程中選擇了不同的工藝，那么制造出來的產(chǎn)品的功能、質(zhì)量等都會不同，這些直接改變著產(chǎn)品整體的結(jié)構(gòu)和性能。因此，在機(jī)械創(chuàng)新時，必須首先做到設(shè)計好圖紙，只有擁有了一份優(yōu)秀的圖紙，才能創(chuàng)造出一臺更加優(yōu)質(zhì)的機(jī)械設(shè)備。
2.機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的必要性
在機(jī)械方面我們國家雖然是制造大國，但卻不是創(chuàng)造大國，我們國家的很多機(jī)械工藝都停留在模仿發(fā)達(dá)國家的機(jī)械工藝上。中國的制造業(yè)在國民生產(chǎn)總值中占到了40%，正是因為這樣，在機(jī)械創(chuàng)新上也更加有必要進(jìn)步，我們不能一直都是引進(jìn)國外的技術(shù)，引進(jìn)技術(shù)我們是不能進(jìn)步的，我國的很多企業(yè)，機(jī)械制造不搞自主創(chuàng)新，甚至一些知名的機(jī)械企業(yè)連研發(fā)中心都沒有。我們對于機(jī)械，對于機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計太過于死板，很多情況都是在前人基礎(chǔ)上修修改改，沒有實質(zhì)上的改變。機(jī)械行業(yè)對于機(jī)械結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的創(chuàng)新，像監(jiān)控設(shè)備，測量儀器等一些方面更是需要哪些可以從機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的某些規(guī)律上總結(jié)，創(chuàng)新的人才。
3.機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的評價與優(yōu)化
在對每種結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行綜合分析進(jìn)行優(yōu)化的時候需要采用模糊綜合評判的方法，我們需要從結(jié)構(gòu)方案的社會效益、可操作性、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、安全性能等方面來確定評價。我們在這樣的基礎(chǔ)上，也可以根據(jù)需要在結(jié)構(gòu)中的重要部分例如關(guān)鍵性的零部件上面進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的建立。之所以建立數(shù)學(xué)模型，是因為數(shù)學(xué)模型能夠很清晰地反應(yīng)出結(jié)構(gòu)特征，這樣我們便可以認(rèn)識到需要優(yōu)化或者改善的地方，最后便可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)學(xué)模型雖然比較麻煩與復(fù)雜，但是他在描述數(shù)量變元和材料變元上面有著其他的方式所無法超越的優(yōu)勢。結(jié)構(gòu)方案是應(yīng)該與最終的實際的應(yīng)用效果的好壞來進(jìn)行評價的，在機(jī)械結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)是一個比較常見的結(jié)構(gòu)，我們在對齒輪傳動和滾動軸承進(jìn)行流體與潤滑的分析，還要對這些零件進(jìn)行裝配的密封性能的分析，這樣才能完善最后的轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)。機(jī)械設(shè)備中重中之重便是機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，他關(guān)系著機(jī)械的功能，機(jī)械是否能夠運(yùn)行，是否能夠達(dá)到目的。雖然這些年來科學(xué)技術(shù)的不斷加強(qiáng)，各種機(jī)械設(shè)備的設(shè)計也在不斷進(jìn)行著改變和創(chuàng)新，但是我們更需要的是將設(shè)計和創(chuàng)新與實踐結(jié)合在一起，只有將智慧投入到實際的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中，才能提高我們的結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。
圖（一）是我國早期出現(xiàn)的轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)圖紙，圖（二）是我國機(jī)械設(shè)計中運(yùn)用最為廣泛的轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)類型，圖（三）是我國目前國內(nèi)最輕便類型的轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)。如果通過變元法里的位置變元就可以得到圖（一）方案；如果再在圖（一）的基礎(chǔ)上進(jìn)行形狀變元就得到了圖（二）方案；如果將圖（一）方案進(jìn)行數(shù)量變元、尺寸變元和位置變元就可以得到圖（三）方案了，比較上面三種方案，圖（二）方案之所以應(yīng)用最為廣泛，其主要原因在于它在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面的綜合評價比較高。總的來說，這三種方案其實都是通過不同的變元得到不同的結(jié)構(gòu)，通過變元法，我們可以設(shè)計出更多的機(jī)械結(jié)構(gòu)方案出來。
4.總結(jié)
機(jī)械創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計本身具有非常重要的意義，如果想要完美實現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計，設(shè)計者必須具有非常高的智慧、技術(shù)知識、專業(yè)知識，在分析問題上，設(shè)計者的頭腦必須高度敏銳，思維創(chuàng)新能力好。變元法在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中起到了關(guān)鍵的作用，同時也為設(shè)計者在創(chuàng)新時帶來了便捷。目前工程設(shè)計者需要在選擇各個構(gòu)件零件的時候選擇最優(yōu)的組合，這樣可以使機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計方法得到靈活運(yùn)用。
摘要：眾所周知，機(jī)械制造結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要任務(wù)是在總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)一定的方案繪制出具體的結(jié)構(gòu)圖，并實現(xiàn)所需功能。這個過程也就是將抽象的工作原理具體為機(jī)械構(gòu)建的過程，因此，設(shè)計質(zhì)量與最終的機(jī)械產(chǎn)品有著直接的關(guān)系。本文就當(dāng)前機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的基本要求和質(zhì)量控制要點(diǎn)為基礎(chǔ)，以機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的一些創(chuàng)新方式展開討論。
關(guān)鍵詞：機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計；創(chuàng)新設(shè)計應(yīng)用；變元法；優(yōu)化設(shè)計
引言
作為我國當(dāng)前的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)，機(jī)械設(shè)計與生產(chǎn)對于機(jī)械制造行業(yè)來講非常重要。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅關(guān)系著機(jī)械產(chǎn)品的最終可靠性與實用性，更關(guān)系著我國機(jī)械制造水平的高低和機(jī)械制造行業(yè)的未來發(fā)展。包括機(jī)械構(gòu)件的材料、形狀、尺寸等方面的內(nèi)容，都是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮到的問題。而一些創(chuàng)新的設(shè)計不僅能夠優(yōu)化傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的弊端，更是促進(jìn)機(jī)械制造可持續(xù)發(fā)展的重要手段。
1.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求
1.1功能設(shè)計要點(diǎn)
眾所周知，機(jī)械制造的主要目的就是滿足人們對于機(jī)械的功能需求對原材料進(jìn)行加工并形成成品的一個過程。作為機(jī)械制造的初始階段，機(jī)械的功能設(shè)計不僅要滿足客戶的實際需求，更要展現(xiàn)出創(chuàng)新性，要求設(shè)計的產(chǎn)品必須滿足相關(guān)的機(jī)械工作原理，還要保證產(chǎn)品的穩(wěn)定性、工藝力學(xué)以及材料力學(xué)和裝配性能等相關(guān)因素的要求。
1.2質(zhì)量控制要點(diǎn)
機(jī)械在鑄造的過程中不僅要考慮到功能的實現(xiàn)，更多的還要考慮到產(chǎn)品的最終質(zhì)量。包括產(chǎn)品的精度、剛度以及結(jié)構(gòu)力學(xué)等標(biāo)準(zhǔn)是否符合，針對會影響機(jī)械產(chǎn)品制造質(zhì)量的因素進(jìn)行分析。一方面，通過控制這些質(zhì)量影響因素來控制機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和性價比，有效保障其質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性。另一方面，還要充分考慮到機(jī)械的操作便捷性、外觀以及安全特性和節(jié)能環(huán)保等方面的內(nèi)容。因產(chǎn)品的質(zhì)量不僅是由施工工藝和材料來決定的，所以要做到全面的考慮。
1.3優(yōu)化與創(chuàng)新設(shè)計
隨著機(jī)械制造業(yè)的不斷發(fā)展，機(jī)械制造市場的競爭也愈發(fā)激烈。因此，機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計方式已經(jīng)成為機(jī)械制造企業(yè)的有力競爭，在產(chǎn)品中引入創(chuàng)造性的思維和其他的學(xué)科技術(shù)，進(jìn)一步應(yīng)用于機(jī)械制造的優(yōu)化設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計，有效的提高機(jī)械技術(shù)產(chǎn)品的競爭力。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的前提是有大量的可能性方案，和優(yōu)化空間，包括對機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝、材料以及連接方式、尺寸形狀等方面的優(yōu)化和創(chuàng)新設(shè)計。
2.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新方法
2.1材料、數(shù)量變元法
在機(jī)械設(shè)計的過程中，材料的選擇有很多種，針對不同的材料會沿用不同的加工工藝和結(jié)構(gòu)類型設(shè)計以及零件尺寸確立。機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計可以通過調(diào)整材料比的方式，制定出不同的結(jié)構(gòu)方案。另外，機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)元素也較多，包括加工面和工作面、輪廓面以及輪廓線甚至零件本身等很多元素。機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和創(chuàng)新設(shè)計可以通過對結(jié)構(gòu)中的元素數(shù)量進(jìn)行調(diào)整和改變，以實現(xiàn)改變機(jī)械結(jié)構(gòu)的目的，達(dá)到創(chuàng)新的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計。
2.2位置、尺寸、形狀變元法
前面提到，機(jī)械產(chǎn)品的位置、尺寸以及形狀設(shè)計是影響最終機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的最主要因素。針對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計中的各個元素的位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整和改變，以獲得更加優(yōu)化的設(shè)計。例如，機(jī)械產(chǎn)品的零件非常多，在安排零件的焊縫位置時，應(yīng)對應(yīng)中性軸或者靠近中性軸等位置，避免增大收縮力或者導(dǎo)致變形彎曲。另外，通過對機(jī)械設(shè)計的零件尺寸變元，對其角度、長度以及距離等因素進(jìn)行調(diào)整，或者對機(jī)械構(gòu)建和零件進(jìn)行改變，以實現(xiàn)整個結(jié)構(gòu)優(yōu)化，最終設(shè)計出最佳的方案。此外，還可以通過改變機(jī)械的結(jié)構(gòu)零件表面和整體形狀、輪廓以及零件的規(guī)格、類型等內(nèi)容來實現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的整體創(chuàng)新優(yōu)化效果，也是創(chuàng)新機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的途徑之一。
3.機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計創(chuàng)新方法的運(yùn)用需要注意的事項
3.1保障結(jié)構(gòu)的社會效益與系統(tǒng)可行性
就當(dāng)前的情況來看，對于機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計采用的是變元法的方式，通過改變和調(diào)整機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)因素，來獲得創(chuàng)新的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。但事實上，在利用變元法的結(jié)構(gòu)設(shè)計時還必須基于市場應(yīng)用的實際需求，在性能、經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行充分考慮。變元法研究的內(nèi)容包括機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的數(shù)量、形狀、材料位置以及裝配連接變元等，主要通過對這些元素進(jìn)行變元來設(shè)計出更多的優(yōu)化和創(chuàng)新設(shè)計方案。但作為企業(yè)來講，機(jī)械生產(chǎn)的目的就是要滿足市場需求，創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的就是保障企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，從而實現(xiàn)提高企業(yè)競爭力的目標(biāo)。所以，在對機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的工作中，應(yīng)充分考慮用戶的實際需求和企業(yè)的實際發(fā)展情況，保障結(jié)構(gòu)設(shè)計的社會效益與系統(tǒng)可行性。
3.2綜合分析成本需求和制造工藝內(nèi)容
其實，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新設(shè)計不僅包括對結(jié)構(gòu)、空間構(gòu)造以及材料的調(diào)整和改變，還包括制造工藝、功能等方面的設(shè)計創(chuàng)新。機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新性評估作為機(jī)械制造行業(yè)的重點(diǎn)工作，逐漸開始受到行業(yè)內(nèi)的關(guān)注。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和機(jī)械制圖、建模等技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械創(chuàng)新工作越來越得到重視，很多企業(yè)都加大了對其的成本投入，導(dǎo)致其成本不斷增加。因此，控制好機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的成本需求，再針對性的進(jìn)行創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計成為了當(dāng)前發(fā)展的趨向。
4.結(jié)語
綜上所述，創(chuàng)新設(shè)計是當(dāng)前機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要發(fā)展方向，通過變元法的方式對機(jī)械結(jié)構(gòu)中的各因素進(jìn)行調(diào)整和改變，以實現(xiàn)更加優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以此創(chuàng)造出更多更優(yōu)秀的機(jī)械成品。
