摘要：机械设计与生产对机械制造行业来讲非常重要。机械结构设计不仅关系着机械产品的最终可靠性与实用性，更关系着我国机械制造水平的高低和机械制造行业的未来发展。包括机械构件的材料、形状、尺寸等方面内容，都是机械结构设计需考虑的问题。而创新设计不仅能优化传统机械结构设计的弊端，更是促进机械制造可持续发展的重要手段。
关键词：创新设计；机械结构设计；应用
引言
一个国家的发展离不开机械创新，设计一个好的机械结构是一项极具创新能力的工作。创新是不竭的动力，是民族发展的基础，只有具备创新的意识和思维，才能在具体的实践工作中提高我国的综合国力。机械是一个国家富强的重要标志，机械结构设计需具备很强的创造性。在机械结构设计中，需要时刻注重改革和创新，才能达到最优化设计，获得最符合规范的设计效果。
一、机械结构设计的基本要求
1.1质量控制要点
机械在铸造的过程中不仅要考虑到功能的实现，还要考虑到产品的最终质量。包括产品精度、刚度及结构力学等标准是否符合，针对会影响机械产品制造质量的因素进行分析。一方面，通过控制这些质量影响因素来控制机械产品的质量和性价比，有效保障其质量和经济性。另一方面，还要充分考虑到机械的操作便捷性、外观及安全特性和节能环保等方面内容。产品质量不仅是由施工工艺和材料来决定的，因此要做到全面考虑。
1.2功能设计要点
机械制造的主要目的是满足人们对机械的功能需求对原材料进行加工并形成成品的一个过程。作为机械制造的初始阶段，机械的功能设计不仅要满足客户的实际需求，更要展现出创新性，要求设计产品必须满足相关的机械工作原理，还要保证产品的稳定性、工艺力学及材料力学和装配性能等相关因素的要求。
1.3优化与创新设计
机械产品结构的创新设计方式已成为机械制造企业的有力竞争，在产品中引入创造性思维与其他学科技术，进一步应用于机械制造的优化设计和创新设计，有效提高机械技术产品的竞争力。结构优化设计的前提是有大量的可能性方案，和优化空间，包括对机械产品的生产工艺、材料及连接方式、尺寸形状等方面优化和创新设计。
二、结构创新设计变元法
2.1材料变元
材料变元主要考虑机械设计创新中材料的选择和一些材料的更替。在机械创新设计的过程中，不同材料对应着不同的零件尺寸、结构类型和加工工艺，若零件采用不同材料，该零件设计出来的产品的尺寸大小或者结构也会随之发生变化，其加工时间和加工工艺也会随之发生改变，这种变化直接影响着整个产品结构的改变。例如在使用钢材料结构设计时，通常在设计时故意加大钢的横截面积，起到刚度和强度的双增加。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，若通过材料变元，可创新设计出许多类型的方案来。
2.2位置变元
位置变元是将产品内部每个基础元件的位置改变，重新布置，得到各种新的结构方案，其考虑到各产品基本元素相互之间的一些位置变换。例如在有限的空间箱子里面装配好若干构件零件，若各零件的摆放位置不同，就会导致装配操作后操作性能的不同。
2.3尺寸变元
尺寸变元中的尺寸主要是指距离、角度和长度等，其考虑变元元件中元素之间的距离、长短度和角度等方面问题，通过改变机械零件和其构件的尺寸大小，使机械的整体结构发生变化。就因为尺寸变元的主要内容是长度、角度和距离等的变元，使机械的整体结构发生变化，不同尺寸对应一个创新设计，起到改变整体机械构件的效果。
2.4数量变元
在机械产品中有很多元素，轮廓面、加工面、轮廓线和工作面等都属于机械元素，产品的结构中包括工作面和加工面两类基本元素，数量变元是从机械产品的每个面和线等这些元素来考虑，通过改变机械产品中这些元素的数量来改变产品结构，从而得到更多的机械结构。例如在一些结构较简单、形状较单一的情况下，可采用不同轮廓的线来改变机械的结构，但若是螺钉这类比较复杂的结构时，因为要防止螺丝的脱落，所以螺丝的边缘尽量要深陷一下，也可以加一个螺丝帽使之更固定。
2.5联接变元
联接变元就是一种连接方式，其考虑每个元素之间的联接方式，补一个方式不同，主要有铆接、焊接、胶结等，而不同的机械产品有不同的联接方式，可通过改变联接方式来改变机械产品结构方案。例如一些需要经常拆卸的元件，就需要在设计时考虑到零件的结构连接是否可靠、拆卸是否方便等这些问题。在生活中也有很多利用联接变元的产品，像手机产品的盖子的拆装结构就很方便，利于使用者的方便操作。
2.6形状变元
形状变元主要通过改变机械结构零件的表面形和轮廓形状来改变元件的规格和类型，得到各种各样的创新方案。例如弹簧可做成不同种类，有板簧、压簧等的产品。
2.7工艺变元
结构设计与工艺设计紧密相关，工艺变元需要考虑零件本身工艺的变化，工艺不同也会对结构设计造成巨大影响，若每个机械零件在制造过程中选择不同工艺，那么制造出来的产品功能、质量等都会不同，这些直接改变产品整体的结构和性能。因此在机械创新时，必须首先做到设计好图纸，只有拥有一份优秀的图纸，才能创造出一台更优质的机械设备。
三、通过变元法完成机械结构设计的创新
机械结构创新设计是指采用机械结构设计变元法，改变机械结构设计的相关因素，获得机械结构的创新，但创新性结构需要满足于应用需求，并在性能、经济性方面优于原始的设计结构，变元法所研究的内容包括：数量变元、形状变元、材料变元、位置变元及装配联接变元等等，通过进行变元往往能得到许多机械结构的设计方案。设计者需要根据数学模型对机械结构性能的计算测试并综合其他因素进行考虑，选择出最优化的机械结构设计。
事实上，机械结构的创新设计不仅要对其结构、空间构造、材料等相关因素进行改变，其中对机械结构产品创新性的评估也是一项重要的工程。随着计算机技术的不断发展及机械制图、建模软件的功能化发展，机械结构设计工作变得更简便。通过二维图纸的制作及三维建模，并进行模拟仿真加工，完全能发现出机械结构设计中的相关问题，有利于设计者对机械结构设计方案的完善。因此，现代化的机械结构设计往往通过变元法，修改三维模型中的数据，通过3D模型对机械结构设计进行优化，体现出机械产品设计的创新性。
结束语：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、及创新思维能力。变元法在设计中的应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一种创新工具。创新设计属于先进技术范畴理论，在机械机构设计过程中利用创新设计理念能帮助构造出多种结构方案，寻找出最优结构设计。
参考文献
[1]宋晓文.生物质常温对坤式成型机型参数的研究[D].北京农业大学，2012.
[2]农应斌.机械设计制造及其自动化发展方向的研究[J].科技传播，2013（2）：65.
论文作者:闫佐辉
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第27期
论文发表时间:2018/2/28
标签：机械论文; 结构论文; 结构设计论文; 产品论文; 材料论文; 尺寸论文; 零件论文; 《建筑学研究前沿》2017年第27期论文;