摘要：现阶段，随着社会的快速发展以及科学技术的不断进步，机械结构设计也得到了越来越广泛的重视。从国家整体规划来看，机械结构的创新设计可以体现出一个国家的综合国力；从企业等方面来看，只有不断进行创新，才可以满足机械设计的各种需求。基于此，本文介绍了变元法的概念和应用情况，指出了创新机械结构设计的关键点，并提出了其方案的最优化设计，仅供参考。
关键词：机械结构；创新设计；应用
目前，机械结构创新设计已经获得了广泛的关注，进行创新是为了能够更好地使用机械，使其功效能够更好地发挥出来。有关资料显示，机械结构创新设计以变元法为主，它科学、容易操作，针对设计中的可变元素，进行了系统化梳理，通过逻辑化的思维，实施创新设计。为此，下文章也主要研究了变元法的具体应用情况。
1 介绍变元法的概念和应用情况
创新设计新方法，即变元法已经广泛应用在机械结构设计中。该方法最初是从德国引进的，它被赋予了创新精神。变元法是机械结构设计创新的标志。在应用变元法前，相关人员应认真分析和研究机械的基本结构框架，从而最优化机械结构设计。变元法的内容包括：①诠释了产品设计的意义，主要包括以下方面：工艺、数量、位置、材料及形状等。②通过论证，能对关键点进行调整，弥补传统设计中的缺陷，并提出崭新的设计方案。
1.1 材料变元
对于机械结构设计，其涉及中的原材料种类繁多，不同原材料的作用一般不一样，所以，在设计不同机械结构的过程中，需要结合各自需求，采用不同的方式来进行原材料的选择，这样就可以更好地体现出各种原材料的功能及作用。利用不同的方法将原材料加工以后，再将其应用到机械结构的设计中，并研究新型设计方法。而利用变元法可以较好地研发新方案。通过变元法，就是在具体运用的过程中，改变机械结构设计中的变量，再在不改变结果基础上，完成机械结构设计。
1.2 数量变元
在变元法中，工作面与加工面是零部件结构原理中的基本元素。此外，产品结构原理中还有一些零部件自身及整体等方面的元素。以上元素直接影响着产品的实际质量，所以，适当调整这些元素以后，就可以获得想要的产品。比如，针对那些设计不复杂的产品，常常采用直线形状的形式，如螺丝设计的目的主要就是为了避免松动脱落出现，所以，在设计螺丝的过程中，仅需要考虑如何避免螺丝发生松动，可以通过弹簧垫，充分发挥其缓冲作用。如此，就可以有效提高机械结构设计的实际工作效率，实现工作量的减少。
1.3 位置变元
从表面意思上可以将位置变元理解为对机械结构设计中的所有零部件的位置都进行改变，进而实现理想的效果。比如，在焊接有些零部件的过程中，需要尽可能合理调整零部件的具体位置，使焊接部位尽可能向中间位置靠近，从而实现对零部件变形的有效减少，以防元器件中有不规则扭曲的现象出现。利用位置变元还可以降低部件结构的整体空间，实现了空间使用率的有效提升。
1.4 尺寸变元
通过尺寸变元，可以调整零部件的尺寸，实现零部件的最优化。在机械机构设计的具体过程中，利用尺寸变元主要是为了改变零部件的形状，即适当优化零部件的形状。这种方法就是通过对零部件的实际长、宽、高以及其他方面的尺寸参数进行改变，实现零部件形状的优化与改进。比如，在设计冷冲压弯曲的过程中，必须适当改变材料形状以后，才能更好地设计冷冲压弯曲。对草料实施冷冲处理以后，还可以对角度产生一定的改变，进而获得更加完美的零部件角度。与此同时，当需要改变零部件尺寸的时候，首先需要仔细地计算并测量零部件的具体弯曲角度，确保在进行零部件尺寸的变化以后，不会给对材料的整体质量带来负面影响。
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1.5 形状变元
采用形状变元是为了在调整元器件的形状以后，能获得机械结构设计中所要求的形状。在设计机械结构的过程中，对零部件实施形状变元，就是为了能更好地实现机械结构设计的目的。比如，在安装弹簧的过程中，因为弹簧的种类繁杂，所以，安装了弹簧的元器件也就有很多种类。在具体进行机械结构的设计过程中，如果需要使用弹簧，则需要结合弹簧自身的物理特征来进行设计，不可以将弹簧压得太紧，以防弹簧的弹性作用消失。
2 分析机械结构创新设计要点
防腐性能是机械机构的重要性质，所以，设备必须具有结构防腐蚀性。在进行结构图纸的设计时，选用的零件及材料应合理，同时还应注意以下方面：①在设计机械的防腐结构时，应保证设备是干、空的，尽量不残留淤积介质，以便减少设备的腐蚀。②关心结构间隙腐蚀。在进行机械结构的设计时，会有一些盲区，即视线及手不可到达的缝隙。在这些缝隙中，极易发生因沉积等而对机械结构产生严重腐蚀，给机械设备的实际使用期限带来严重影响。比如螺纹联接处、柳接结构、容器衬板结构及焊接点等结构。为了保证设计结构质量，应尽量避免间隙结构。若无法避免，可以在间隙中，适当添加介质进而密封间隙。否则，可以反向进行，适当地将间隙扩大，从而保证设计质量。③不同金属直接进行接触，则结构较易出现腐蚀，应将不同金属隔离。④降低高温度与高质量浓度梯度。在一定程度上，高浓度梯度会导致冷凝物或沉淀物形成，且局部势差也会发生，进而加重腐蚀。⑤设计应和最小表面积规范一致，尽量减小表面积。球体是首选结构，其次是圆柱体。
3 最优化机械结构设计方案
设计方案直接关系着机械结构的应用效果，所以必须高度重视方案的设计，应通过对比多个设计方案，选取最优的，在对设计方案进行合理分析的基础上，相应地评价设计方案，且应选择科学、合理的评定方法，人们常常采用模糊综合评判方法。综合评定应全面考虑评价因素，主要包括可操作性、安全性、维修性社会效益及经济指标等，其中可操作性一般表现在施工工艺中，主要考虑施工技术方面；社会效益主要考虑的是设备事故方面；经济指标主要考虑成本和人员方面。所以，在分析结构或设计机械结构时，设计人员针对关键结构或零件，建立数学模型，对结构设计进行优化。设计模型必须完美体现机械结构的特点，通过不断的优化及对机械设备的调整，实现对设计结构的改进。随着中国经济的快速发展，机械设备已经逐渐变为体现国家实力的重要因素，所以，应不断创新机械结构设计，不断完善施工技术，从而推进中国科学技术的快速创新和进步，以便不断优化机械结构设计，逐步优化设备的测控方法，同时创新设计思路。此外，相关人员应不断增强创新意识，引入先进的设计理念，不断开发出新技术，实现机械结构设计的完善。
4 结 语
综上所述，为了实现中国的“强国之梦”，则需要不断创新和发展设备与工艺。目前，随着科学技术的不断发展，机械结构设计和测控装置的方法也都在快速创新和进步。为了能更好地满足社会对创新能力和思路的需求，必须不断进行创新，同时在实践中，将创新技术快速地应用到机械结构设计中，实现机械结构的创新设计，从而促进设备更新和改进，最终加快我国经济的发展步伐。
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[5]徐慧勇.浅析机械结构设计中的创新设计[J].黑龙江科技信息，2010（30）.
论文作者:巫俊
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/10/1
标签：机械论文; 结构论文; 结构设计论文; 零部件论文; 形状论文; 过程中论文; 弹簧论文; 《基层建设》2018年第24期论文;