浅谈创新设计在机械结构设计中的应用

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摘要：无论是个人还是集体，创新都是实现发展不可缺少的强大驱动力。而作为工业发展水平的主要表征之一，机械结构设计是一类创新性非常强的工作。因此，在设计机械结构时应该高度重视创新设计的应用，积极开展创新设计，以求获得最佳的设计效果。本文重点探讨了机械结构设计的创新设计方法——变元法的元法应用，旨在促进机械结构设计的创新。
关键词：机械结构设计;创新设计;设计应用
机械结构设计在制造业中的作用非常关键，它会直接影响机械设备和产品的性能。在设计机械结构时主要需要考虑的因素包括机械的尺寸、材料、形状、使用环境、运行参数等等。创新设计的应用目的是解决传统机械结构设计存在的问题，促进机械制造业健康温度发展。而作为现阶段比较高效便捷的机械结构设计方法，变元法可以帮助设计人员系统梳理机械结构设计中的各种可变元素，从而提高机械结构设计水平，确保创新设计的高效开展。为此，本文针对机械结构设计中的创新设计方法——变元法的应用展开探讨。
一、机械结构设计基本原则
1、功能设计
机械制造是指根据实际需求使用相应的原材料加工制作出各种机械产品。在制造初始，机械功能设计需要符合客户要求，同时要尽量创新。设计机械的功能时必须确保机械产品符合机械工作原理，具有良好的可靠性，同时符合满足材料、力学、装配性能等方面的要求。
2、质量控制
在机械设计中要在满足功能要求的基础上考虑其质量，分析与质量有关的各种因素，确保机械产品的各项指标，如结构强度、精度、结构力学必须符合相关标准。合理控制影响机械产品质量的各种因素以确保机械产品的质量。此外，在设计时还需考虑其可操作性，尽量提高机械产品的安全性，环保性。
3、优化创新
机械制造技术的持续发展，机械设计与制造领域的竞争日趋激烈。在此背景下，机械结构的创新设计成为机械制造企业提升核心竞争力的重要途径，在设计机械结构时积极穿鞋，引入创造性思维和技术，可以显著提升机械产品的市场竞争力。因此，机械结构的优化与创新必须考虑大量可能性方案，对机械产品的工艺、尺寸、材料等方面进行优化创新。
二、创新设计在机械结构设计中的应用
1、材料变元
机械设计制造设计到很多种原材料，每种原材料的作用不尽相同。因此，在设计机械结构时，设计人员可以按照实际要求在原材料的选用上加以创新，根据不同原材料的作用和功能，將其进行创新加工后用于机械结构设计开展创新设计。通过材料变元实现设计创新。例如，在设计钢材材料的机械结构时，零件尺寸与机械结构强度直接相关，设计人员可以创新零件使用，如更换尺寸更大的零件或更换零件材料，以提高机械结构强度，使机械产品更加耐用。在铸铁材料机械结构设计中可增加隔板、强筋等材料，从而增强机械结构稳固性。
2、数量变元
变元法中零部件结构原理包含加工面、工作面两个要素。机械产品结构原理包括零部件整体、零部件自身等因素。它们一起决定了机械产品的质量优劣，因此，在机械结构设计中可以通过调整这些因素实现设计创新。例如，对于设计要求比较低的机械产品而言，一般选用直线形，如在设计螺丝时需要考虑的一个重要因素就是防松动，在设计时要考虑如何减少螺丝的松动可能性，如借助弹簧垫的缓冲作用实现设计要求。
3、位置变元
位置变元是指讲变换调整机械结构中的零部件位置实现机械结构创新设计，以优化机械结构设计效果。例如，在焊接零部件时需要合理调整其位置，是焊接位尽量处于中间位置，可以有效减少零部件变形，避免出现元器件不扭曲现象。此外，通过位置还可以充分利用结构空间，缩小机械产品的体积。
4、尺寸变元
尺寸变元是指通过调整机械零部件的尺寸实现机械结构创新设计。通过对零部件形状化进行优化，调整其长、宽、高等尺寸参数，完善零部件性能，从而提高机械结构设计效果。例如，在进行冷冲压弯曲设计时，通过冷冲草料，并进行角度调整，优化零部件角度。在调整零部件尺寸之前要详细量算其弯曲角度，以确保零部件变换后不影响机械结构整体设计效果。
5、形状变元
形状变元是指通过调整元器件形状实现机械结构设计创新。例如，在安装弹簧时，考虑到弹簧的不同类型，因此，在设计弹簧的安装时要根据元器件的类型和弹簧的物理特点进行形状调节，既不能过于压紧弹簧也不能太松，以便弹簧失去弹性作用。
6、机械结构设计方案的评价与优化
可以运用模糊综合评判法从方案的经济效益、社会效益、工艺性、可操作性、可维护性、安全性等方面进行评价，优选最佳方案。在此基础上对结构方案设计的零部件进行建模以反映结构特征，为机械结构创新设计提供依据，数学模型可以描述上述的数量变元、尺寸变元、材料变元。此外可对方案的可靠性设计进行有限元分析，对传动件、轴承作润滑计算，为产品结构创新设计提供参考依据。例如，在传统转盘结构设计方案基础上通过位置变元法调整主轴承、锥齿轮之间的位置，通过形状变元法调整水平轴左轴承的形状可以得到主流转盘结构设计方案;通过数量变元法调整传统转盘结构的齿轮、主轴承数量以及尺寸（尺寸变元），同时调整其位置（位置变元）就可以得到更加理想的结构设计方案。如果进一步应用变元法还能得到更多的结构设计方案。这是需要多方位评价方案，优选最佳答案，以应用效果为最终检验依据。
三、结束语
综上所述，机械结构设计是机械制造的重要组成部分，精妙的机械结构设计往往能够更好地满足人们的需求，同时更好地促进经济发展。只有创新设计才能不断提高机械结构设计水平，设计人员应该积极探索，敢于创新，不断提高机械结构设计水平。
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