摘要：机械结构设计在机械产品的生产中具有关键性作用，零部件结构的完整与实际效能的提高对于工业生产的效率有着至关重要的影响。只有充分理解和灵活运用机械产品结构设计中的各项关键技术，推行创新设计理念，才能够实现最佳设计方案，保障机械生产效率与经济效益。
关键词：机械产品；结构设计；要素
1机械结构制造的基本设计要求
（1）功能需求。机械产品制造生产的主要目的在于完成人力能力范围之外的技术工作，提升生产效率，因此功能需求是机械结构制造过程中所要考虑的首要因素。通过机械工作原理的组合运用与实际设计方案的稳定应用，满足材料力学、装配方式与工艺性能等相关因素对机械产品的综合要求，是机械结构制造设计的基础性内容。
（2）质量控制。机械产品的精度、硬度与结构力度是否达到工业生产标准是机械结构制造的重要考核标准。在保障产品具备全面的机械功能的基础上，产品的使用年限与质量控制是衡量机械产品制造是否达标的重要尺度。在重工业实际生产过程中，产品所承受的重量压力与材料韧性是机械产品制造要点与难点。作为注重实用性原则的机械工业产品，其结构的稳定性与产品的高质量是设计方案所应达到的核心要求之一。
（3）优化提升。作为现代化生产链条中的支柱性产业，机械制造业的产品设计导向与行业发展方向息息相关。在产品中引入创造性思维与跨学科技术，能有效提高机械产品的竞争力，为机械制造行业的未来发展提供有益助力。结构优化设计的前提是要有大量的可能性方案和优化空间，包括要对机械产品的生产工艺、材料、连接方式、尺寸形状等方面进行优化和创新，对于物理属性的改造与设计方案的优化是机械结构制造层面的重要要求。
2机械结构设计的核心要素
（1）几何要素。机械结构的功能主要是靠机械零部件的几何形状及各零部件之间的位置关系实现的。零部件的几何形状由其表面不同的物理形态所构成，在机械零件表面中有一部分的表面与其他表面直接接触，这一部分表面也是机械几何形状的决定成分，其在机械设计中被称为菜单面。在菜单面之间的联结部分称为连接表面。作为决定产品核心功能的重要元素，菜单表面的设计与研发是机械结构设计中的重要问题。其主要几何参数包括表面的几何形状、尺寸大小、表面数量、位置顺序等综合因素。在机械产品物理属性参考下，机械产品表面几何形状的设计是结构设计方案的基础要点。
（2）联结要素。机械产品结构设计中，零部件之间的关联与联结是保障机械产品结构稳定的要点。零部件之间通过直接连接形成装配关系的联结被称为直接相关，而通过位移与运动形成联结的关联被称为间接相关。相比直接相关，间接相关在机械产品结构设计中的应用更具有灵活性与可塑性，其类型主要分为位置相关和运动相关两类。位置相关是指两零件在相互位置上有要求，如减速器中两相邻的传动轴，其中心距必须保证一定的精度，轴线位置的相对平行与固定才能保证齿轮之间啮合程度的精准。运动相关是指一零件的运动轨迹与另一零件有关，如车床刀架的运动轨迹必须平行于主轴的中心线，这是为保障机械设备合理运行，对于各部位零部件协作关系的要求。机械产品内部零部件之间的连接关系作为机械产品必不可少的重要因素，在机械结构设计中应当得到进一步的重视与体现。
（3）工艺要素。根据不同的材料属性与产品特质，机械加工过程中应当遵循不同标准的工艺处理模式。尤其是对于需要热处理加工的零部件而言，为保障机械产品结构的完整性与稳定性，产品结构的几何形状应力应具备对称性与简单性，避免锯齿结构或尖锐的角质结构以免增大工艺加工难度。此外对于机械产品材料的区分也是结构设计中对于加工工艺的设计要点。在常见的机械产品材质构成中，钢材材质的产品结构处理与塑料材质的产品结构处理应具有差异性与针对性，充分考虑到材料强度与抗压张力对产品自身产生的影响。
3机械产品结构设计的关键要点
3.1完善设计内容
在对机械产品的结构进行设计时，必须抓住设计的重点，如产品的功能、结构设计的体现等，同时就结构设计的体现来讲，其主要体现在技术、材料及应用时的状态上。此外，还需要基于以上这些内容来创新结构设计，在设计过程中提升产品的安全性及环保性等性能，同时还需要有效地控制价格，促使其具备更强的优势。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆此外还应当重视空间的构建，以实现节约材料、提高性能的目标，从而使机械产品的设计效果得到彰显。
3.2创新方案
在设计的过程中，应当明确设计的目标，通常情况下，应当以完善产品的结构为目标。同时，为了增强结构设计的可行性，设计人员应当基于实际状况及要求来制定有效的方案，并确定备用方案，以此来确定结构优化的范围。另外，对机械产品的核心结构加以定义，并确保其精确性，以此来完成结构的变形。在制定最佳方案的时候，可以利用结构的对比及发展探索方法，促使企业研制出性价比较高的产品。
3.3提高结构设计的质量
一般情况下，设计人员应基于结构的刚性、强度等各个参数来提高产品设计的质量。同时，为了避免产品的稳定性受到部件的影响，设计人员应当严格控制压力，降低其在结构表面的传播，同时降低结构的失衡问题。
4创新设计在机械结构设计中的应用
4.1产品材料变元法
为了有效保证机械产品性能的提升，选择优质原材料制成的零部件非常重要。在进行原材料的选购和设计时，设计者可以针对零部件的材料进行合理的变元处理，以调整产品的整体结构，逐步完善产品的性能，创造优质的机械产品。
4.2产品数量变元法
对机械来说，其最小的构成部分是机械零件，为提高机械的整体产能，机械零部件的性能是关键。机械设计者在选择零部件的时候要考虑其材质和性能，并进行合理的优化和创新。在产品的测试阶段，机械设计者需要对每个零件进行使用频率、安全性能、环保节能以及精确性等方面的综合考评。此外，还要对零件的综合测评指标进行优胜劣汰的考评，综合调整产品的组成数量和排序，以提升产品的结构和性能。
4.3产品外型变元法
机械结构外形的调整意味着产品的整体性能会发生改变。在对产品的外形进行美观设计时，设计者要针对产品的形状和尺寸进行相应的调整和创新，从而进一步提升产品的整体性能。
4.4产品位置变元法
对械产品的零部件位置和排序对产品的质量有非常重要的作用。对某些机械产品来说，产品之间的贴合程度要求是非常高的，设计者可以利用产品位置变元法调整机械产品零件的间距，提升产品的整体质量。
4.5产品连接方式变元法
机械零部件之间的连接方式是影响机械运行的主要因素，其主要有胶水粘接、螺纹固定和焊接三种。为了减低成品的成本，提升经济收益，设计者需根据产品的独特需求，创新和优化产品之间的连接方式。一般来说，要牢牢固定住的零件，可以直接选择焊接连接，提升其稳固性能；要拆卸的零部件视情况而定，选择螺丝或者胶粘的固定方式都可以。
结束语
机械产品的设计与成型是机械行业生产的核心要素。在充分确定机械零件基础材料、生产成本、几何形状与加工工艺等生产要素的基础上，对于机械产品的结构进行组合与优化是机械产品结构设计的主要任务。产品的结构决定了机械产品的质量与效能。在参考各项设计准则的基础上，分析产品结构要素间的相互作用关系，来探究机械产品结构设计方案中的各项要素是研究的核心要义。
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论文作者:潘鑫伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/14
标签：机械论文; 产品论文; 结构论文; 结构设计论文; 零部件论文; 性能论文; 几何论文; 《基层建设》2019年第32期论文;