摘要：创新是发展的不竭动力，而机械结构设计是一项非常有创造性的工作。在机械结构设计中引入创新思维，能够促使机械结构更为优化，能够促使机械设备发挥更大的效能。因此，要求从事机械结构设计的工作者，应该具备有效的创新思维与意识，用于在日常的机械结构设计实践工作进行中，去努力创新机械结构的功能完善和用途适宜范围扩大，以达到设计优化最大值，从而为促进行业发展，实现强国之梦做出应有贡献力量。
关键词：机械结构设计；创新设计
引言：
机械制造结构设计的主要任务是在总体设计的基础上，根据一定的方案绘制出具体的结构图，并实现所需功能。这个过程也就是将抽象的工作原理具体为机械构建的过程，因此，设计质量与最终的机械产品有着直接的关系。作为一名机械设计工作者，务必需要保持不竭的创新思绪动力，时刻想着对机械结构设计的创新，达到设计最大优化，以期实现对机械产品缺陷或用途扩大的完善与改进。
一、机械结构设计的基本要求
1.1质量设计
需要考虑到构成机械产品质量体系的相关因素，包括产品精度、产品刚度、产品结构力学的要求等，通过控制相关因素提升机械产品的质量特性以及性价比。此外还需要考虑到机械产品的其他特性，如操作便捷性、产品外观、安全特性、节能环保等等。产品的质量不仅需要在机械加工工艺以及材料方面进行控制，在机械设计阶段也应该考虑。
1.2功能设计
机械产品需要满足主要机械功能需求，满足人们的应用需求。在功能方面不仅需要展示出创新性，设计产品还要符合相关的机械工作原理，满足机械产品稳定性、工艺力学、材料力学以及装配性能等相关因素的要求。
1.3优化设计与创新设计
机械产品结构创新设计的方式为利用结构设计变元等方式系统度构造优化设计空间，在产品中引入创造性思维或者其他学科的技术。优化设计和创新设计在机械产品结构设计中的应用，能够有效地提高机械技术产品开发的竞争力。结构优化设计的前提是要能构造出大量可供优选的可能性方案，即构造出大量的优化求解空间，这也是结构设计最具创造性的地方。目前，结构设计的优化与创新仅展现于数理模型运算方面。并未综合考虑到机械产品的本身特性，如产品的加工工艺、材料、连接方式、尺寸形状等，对于机械结构变元法设计也应该建立在这些因素的基础上。
二、机械结构创新的必要性
在机械方面我们国家虽是制造大国，却不是创造大国，我们国家的很多机械工艺都停留在模仿发达国家的机械工艺上。中国的制造业在国民生产总值中占到了40%，在机械创新上也更加有必要进步，不能一直都是引进国外的技术，我国的很多企业，机械制造不搞自主创新，甚至一些知名的机械企业连研发中心都没有。对于机械结构的设计太过于死板，很多情况都是在前人基础上修修改改，没有实质上的改变。机械行业对于机械结构和系统的创新，像监控设备，测量仪器等一些方面更是需要哪些可以从机械系统内部结构的某些规律上总结，创新的人才。
三、变元法
变元法源于德国，是用于机械产品结构设计的一种富有创造性内涵的新方法。采用该方法来开展产品结构设计工作前，需要明确基本结构内容，并在基本结构确定前提下研发新型结构方案。变元法的内涵有两个：（1）定义产品结构中的变元内容，主要包括七个：①材料；②数量；③位置；④尺寸；⑤形状；⑥联接；⑦工艺；（2）将这些变元进行适当改变调整，然后构造出不同类型结构方案，达到优化设计目的。
3.1材料变元
机械设计中可以选择的材料很多，不同的材料对应不用的加工工艺，结构类型，零件尺寸。通过调整材料变元可以创新性制定不同结构方案。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆例如：在运用钢材料的结构设计中，通常加大零件的截面尺寸以增加结构的强度和刚度；而在铸铁的结构设计中，则是通过加强筋和隔板的方法加强结构的刚度和强度；塑料材料的结构设计中，塑料件的筋板与壁厚相近并均匀对称。
3.2位置变元
对产品结构中各个元素间的对应位置进行适当改变，可以获得结构设计的优化。例如：在安排零件的焊缝位置时，焊缝应相对构件中性轴，或靠近中性轴，以减少收缩力矩或弯曲变形。另外，在有限空间箱体中装配若干零件，零件摆放位置不同也会影响装配操作的操作性。
3.3数量变元
产品结构中存在的基本元素包括加工面和工作面，轮廓面和轮廓线，零件本身。可以对结构中具有的基本元素数量进行调整、改变以达到改变机械结构的目的。例如：铸件结构形状力求简单，在可能情况下尽量采用直线形的轮廓。在螺纹连接结构中，为防止螺钉松脱，往往需要螺钉与弹簧垫圈同时安装使用；也可以把螺钉设计成将螺钉、垫圈和弹簧垫圈的功能集成为一体的在螺钉头安装接触面带有防松措施的防松螺钉，既减少零件数量又方便装配。
3.4形状变元
通过调整结构零件表面及整体形状、整体轮廓以及零件规格、零件类型，也能实现改变机械整体结构的目的。例如：要实现用弹簧产生的压紧力压紧某零件，使其保持确定位置。设计时可以选择的弹簧类型有拉簧、压簧、扭簧、板簧，被压紧的零件形状可以有平面、圆柱面、球面、螺旋面，通过对这些因素的组合可以得到多种方案。其中压簧的压缩距离不应过大，否则容易引起弹簧的失稳，如确需要使用较大的压缩距离则应设置导向结构，拉簧因无失稳问题，设计中受空间约束较小，即可单独使用，也可以与摇杆及绳索等配合使用。
3.5尺寸变元
其中尺寸变元内容有角度、长度以及距离等内容，调整构件、零件尺寸大小能起到改变整体结构的效果。例如：在冷冲压弯曲工艺中，由于材料的弹性变形，弯曲件如果严格要求某角度，则需要在弯曲件成形后，再附加整形工序修复工件；弯曲件如果增加弯曲角度Δα，允许2°～3°变形，弯曲后不需整形。
3.6分析连接变元
①联接方法，其中包括焊接方式、胶接方式还有铆接、螺纹联接等；②每种连接方法均有几种不同联接结构，因此可以将联接结构及方式进行调整或是改变之后获得多种结构类型。例如：对于需要经常拆卸的零部件结构，不但应使连接可靠，还应使拆卸操作尽量方便。这方面的结构在我们生活经常可见，如玩具产品中经常使用卡扣与螺钉相结合的安装方法，而手机产品的机盖设计成快速连接拆装结构，方便用户操作。
3.7分析工艺变元
工艺的不同也会对结构设计产生重大影响，因为各个设备零件在制造过程中选用工艺不同，制造成本差异以及性能、质量差异都会影响产品整体结构。因此在拟定机械零件的工艺规程时，应充分研究零件图纸，对其进行分析，审查零件的结构工艺是否良好、合理，并提出相应的修改意见。由于加工工艺、转配工艺的不断提高，如机械人、机械手的推广应用，出现了不少适合于新条件的新结构，与传统的机械加工有较大差别，这些工艺应该给予注意与研究。
结束语：
深入研究机械创新结构设计具有重要的现实意义。想要逐步实现结构创新设计，不仅要求设计者拥有扎实的专业知识、技术知识，还要不断提高敏锐的问题分析能力、以及创新思维能力。变元法在设计中的运用可以衍生出很多种结构，为机械设计者最终选择优化方案提供了一种创新工具。在明确设备功能或是零件基本作用的基础上，如何将现代机械结构设计方法灵活运用，并实现各个构件零件的最优组合，以便满足机械系统要求，这是当前工程设计工作采用的主要手段。
参考文献：
[1]许瑛琪.关于机械结构创新设计的新思考[J].中国科技纵横.2011.（15）.
[2]何毅.机械结构设计中的创新设计应用[J].中国科技投资，2013，20：173.
论文作者:黎嘉殷
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/11
标签：机械论文; 结构论文; 结构设计论文; 零件论文; 产品论文; 螺钉论文; 工艺论文; 《基层建设》2017年第24期论文;