机械结构设计中的创新设计探析

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时代的发展与社会的进步对创新提出了进一步的要求。创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力，对于机械结构设计来说也同样如此。对于设计者来说，在机械结构设计中进行创新是一项非常具有挑战的任务。只有充分了解机械结构创新的必要性，才能取得最佳的设计效果。

一、新时期机械结构设计中创新的必要性分析

时代的发展与科学技术的进步对机械结构设计的思想与理念提出了新的要求。新时期，如何使机械结构设计满足社会发展与人们日常的工作与生活的需求成为必须迫切思考的问题。解决这一问题的有效途径就是机械结构设计过程中融入创新精神与创新理念。创新并不是凭空创造，而是在现有理论与实践的基础上进行有效的发展。对于机械机构设计来说，设计者就是要思考如何利用已经存在的现代机械设计理念，将其与创新思维相结合，从而实现不同构件、模块的优化组合，以便制造出能够满足人们需求的机械结构部件。新时期机械结构设计创新就是要求设计者能够从机械结构设计的内在规律入手，不断实践。

二、基于变元法的机械结构设计创新

（一）机械结构设计时进行材料变元

机械结构设计离不开材料的科学选择，可以说机械结构创新的成败决定了合理的材料选择。比如说在设计液浮式陀螺时，如果马达定子壳所使用铝质材料，而将合金钢作为转子轴的材料，那么因为其膨胀系数的不同导致其在运行时可能因为定子与转子轴向尺寸的变化，导致液浮式陀螺马达运行故障。所以设计时就必须重视材料变元的科学运用，合理利用材料。

（二）机械结构设计时进行数量变元

众所周知，完整的机械结构是一个成熟的系统，包含各种不同的零件，这些零件虽然作用不同但是都发挥着作用。在设计时，设计人员就必须不断计算，并将计算结果与机械结构设计相比对，及时改进。如果发现机械结构设计中存在冗余零件结构，则需要及时更换淘汰。对于机械结构设计的创新就要求设计人员及时调整机械结构的零部件，确保结构设计的科学、合理。设计时可以减少零件或者将部分零件合并，通过减少了零件的数量，提高其互换性，从而提高了机械结构的性能。比如说铸件的结构性装必须简单，此时就应该采用直线型的轮廓。而螺纹连接结构中，要想避免螺丝松动问题，就可以把螺钉、垫圈以及弹簧垫片功能整合，减少零件数量并满足功能。

（三）机械结构设计时进行位置变元

机械结构设计过程中如果调整零件的位置，则可能导致机械结构产品的整体性能发生变化。在一些机械设备中，其传动装置的齿轮要求必须贴合无间隙，但是在加工过程中往往做不到这样的要求，齿轮的孔距难以得到有效的控制。虽然可以采取其他的设计形式，但是可能又会受到空间的限制。所以设计师必须通过位置变元，以此来不断调整机械机构各零部件之间的孔距与距离，进而实现创新，改善性能。

（四）机械结构设计时进行尺寸变元

机械结构设计创新时还应该保证机械结构产品的外观、外形尺寸以及安装等属性与要求。所以说，设计者必须保证机械结构设计时的尺寸变元，不断找到最佳的零件应用尺寸，实现零件应用方案的优化。除了要注重零件的性能外，还应该对零件的外形、尺寸进行一定的变化或者修正，保证机械结构运转的正常。在平时对机械结构设计时，应该尽量缩小零件的尺寸并且将机械结构设计模块化，以便内部零件的不断协调运行。这样可以直接缩小机械结构的外形。

（五）机械结构设计时进行形状变元

设计人员要关注机械结构中零件表面极其整体形状、轮廓等，通过设计实现零件形状的改变，从而改善机械结构的性能、外形或者功能。例如在设计某一机械结构时，要求其发挥弹簧压力压紧零件，就可以在设计时将弹簧类型（压簧、拉簧、扭簧、板簧等）和被压零件形状（圆柱面、平面、螺旋面、球面等）进行反复组合，在所得到的各种方案中选择最佳组合。

（六）机械结构设计时进行连接变元

机械结构设计中的连接方式与方法比较多，不同的机械结构需要选择不同的连接方式。所以设计人员要具有将不同连接结构以及连接方式进行相互调换、调整以及改变的思维，从而获得众多不同类型的机械结构类型。比如说一些机械部件需要经常拆卸，在选择连接结构时就应该选用一些既能够连接可靠也能够便于拆卸的连接结构。这种类型在生活中可以经常看到，尤其是手机机盖或者儿童玩具产品中较为多见。

（七）机械结构设计时进行工艺变元

使用不同工艺方法装配起来的机械结构可能其性能也不同，在进行机械结构设计时应该考虑到这一点，否则可能出现机械结构产品无法满足设计需求的局面。设计人员所要做的就是要熟练掌握各种加工工艺，并能够在此基础上进行反复试验。通过仔细分析，找到零件结构工艺中可能存在的问题，从而提出相应的修改意见。在一些机械结构设计与推广中，一些机械结构的加工与制造可能与传统方法不同，设计人员需要予以极大的关注，以便其能够保证机械结构的质量与性能。

结语

综上所述，机械结构设计创新具有非常重要的意义，是满足人们需求，促进社会进步与发展的不竭动力。对于设计者来说，要不断探寻机械结构设计的创新点，不断优化结构设计，利用创新思维、创新理念替代传统设计理念与方法。这就要求设计者必须具备高昂的斗志、敏锐的观察力以及源源不断的灵感，最重要的则是要有较高的专业素质。只有这样才能不断创新机械结构设计，满足社会与生活的需要。

作者：乔石 邵婉 单位：烟台北方星空自控科技有限公司