创新是每个行业的灵魂，对于机械行业也不例外，利用变元法对机械结构进行优化设计，制造出更符合人们需求的机械结构，能够有效促进行业发展。
1在机械结构设计当中的创新设计概况
机械结构的设计发展是从无到有、从简到繁、从粗糙到精密。每一次旧结构在新环境中的失败，激励了设计者对结构性能改进的欲望，通过早期经验一次次的积累，总结出结构改进的规律和方法，为满足每一次新的需求，提供经验基础和检测标准，进而实现结构的改进，这就是创新设计。通常创新设计从困难与挑战来，又要回到困难与挑战当中去。机械结构的创新设计要符合理论力学的物理规律，绝不是天马行空的想象。因此设计创新是为提高构件的强度、刚度、耐磨性等指标，对结构的进一步优化。
2对机械结构设计进行创新工作的必要性
由于机械结构设计市场随着社会和时代的变化变得逐渐多元化，为了充分体现这一特点，必须需要相应的性能与效率，从而保证工作顺利进行。原先的机械结构设计过于单调简单，功能有限，导致应用效果没有达到最佳期望值。为此，创新成为关键之处。运用最先进的材料来进行设计，同时培养工作人员们的创新意识，不再局限于传统结构，要在其基础上做出一定的优化及改善，确保结构质量安全和市场竞争力。
3借助变元法来深层讨论分析机械结构设计方案
3.1材料变元
材料是机械结构中最基础也是最重要的部分，为最终整体结构质量奠定基础。材料的不同也决定着功能和最后呈现效果的不同。所以说，选用正确合理的材料对机械结构尤为重要。在创新设计工作开展时，对材料的选择不能忽略懈怠，要根据实际情况从各种各样的材料中找出最符合标准和要求的，从而来保障工作顺利进行和结构质量的良好。假设以钢材为选中材料用于机械结构，那么务必需要提升结构的稳定性和刚硬度，这样才能充分的将其钢材的特点发挥出来，实现最优结构质量。如果要完成这一想法，必须需要对钢材进行和截面积的加大工作，这样才能把它的优势发挥到最大。铸铁材料与钢材相比，刚硬度有一点不足，并且深受原先传统设计的影响，导致它的优点优势不能发挥到位，确保不了结构的质量和安全。为了改善这一问题，可以将强筋或其他类似材料加入到铸铁中，这对质量和性质都有质的提高。充分利用变元法，将材料进行改变，选用最优材料设计方案，以保障效果最佳。
3.2形状设计
形状设计也是变元法常用的一个手段，通过对机械结构一些零件表面结构或是整体结构的改变，就能让零件的规格变换，达到优化机械性能的目的。比如，弹簧是机械结构中常见的组成部分，它主要靠自身的弹力来对零件起到压紧的作用，然而在实际生产中发现同种规格的弹簧往往不能对多种形状的零件同时起到有效的压紧效果，这时通过改变弹簧接触端的形状或是改变零件与弹簧接触端的形状就能让弹簧发挥其压紧作用，可以根据机械结构的需求将零件接触面设计为平面或者球面等。
3.3数量变元
在进行具体机械结构设计时，要根据需求合理确定内部需要元素的具体数量，这主要体现在加工面和工作面两个部分。进行数量变元仅需要改变结构的内部元素数量即可，在现实生产中这种优化方式显得简单而有效，并且设计得当的情况下能够很好地体现出设计价值所在。比如垫片、螺杆和螺帽是机械结构中最常见的组成部分，三者的有效配合提高了机械结构的稳定性，但是如果一个结构中垫片、螺杆和螺帽数量过多，在拆卸时就会产生很大的难度，并且还有可能因为拆卸方法不当造成对机械结构的损伤。对此在创新时就可以采用数量变元的方法，将其设计成一体化多功能的螺丝，从而减少使用数量保证工作的效率和安全程度。
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4创新设计在机械结构设计中的运用
4.1根据使用场合，优化设计
以某届创新创业大赛的一等奖作品为例，创作的目的是想设计一套行走式组合机构的教学模型，设计的思路，要根据使用场合，适合设计一套结构简单，方便携带，可行走、可远程遥控的装置，该作品利用曲柄摇杆机构，曲轴连杆，双摇杆的相互作用，实现作品的仿生功能，虽然结构简单，但却方便携带，符合用户的使用要求，所以具有较高的使用价值 。
4.2对材料进行优化创新
在机械结构设计过程采用的原材料种类通常有很多，不同类型的原材料有着不同的使用价值及作用。所以，在机械结构设计过程，需要按照设计要求，以不同的方式对原材料进行合理选择，并在此基础上，对原材料进行加工处理，将其运用到机械结构设计中，从根本上保证机械零件的质量。将材料优化创新运用到机械结构设计中，就是在不改变结果的情况下，对机械结构设计中的各种变量进行改变，以此实现对产品性能的优化，进而制造出更有品质的机械产品。
4.3外型优化创新
产品的外形，是留给消费者和使用者的第一印象，通过对机械结构的外型进行改变，在某种程度上也改变了产品的总体性能。在设计过程，既要确保产品的外型美观性，也要进行产品外型的创新设计，对产品零件的形状及尺寸进行调整，使产品的精确度得到提升，使产品的总体性能得到优化。
4.4设计手段优化创新
智能化的设计手段，对于缩短产品设计周期，提升产品设计质量起着极其重要的作用，以机械设计中的标准件为例，标准件的结构、尺寸、画法、标记等各个方面已经实现了标准化，如连接件、滚动轴承、及一些传动件、密封件等都已经实现了标准化，这些零件的设计图纸如果手工绘制是比较麻烦的，绘制周期比较长，而且绘制质量比较差，而智能化设计手段的诞生，解决了这些复杂标准件的绘制问题及设计过程中重复绘制图形的麻烦，提高了产品的设计质量。
4.5结构便捷化设计
（1）加工结构构型。设计机械零件时需要节省时间，保证装卡、测量以及加工效率高，成本要加以控制。加工面的外形要简单实用，便于装卡实用及刀具拆卸，防止出现斜面钻孔的情况。由于复杂零件需要经历的工序多，对技术的要求较高，所以成本也会随之增加。为节省成本和加工时间，可以采用零件组合的方法达到同样的使用效果。（2）简化结构。简化零件结构是机械设计的目标，能达到同样使用要求的简化结构，能更方便拆卸和维修，在提高工作效率的同时，还能节省检修时间，避免运行期间出现故障影响经济效益。以塑料结构为例，其特点为强度小、柔性大，若利用螺纹使零件之间联结工作很可能在外力的作用下出现断裂，而且装卸和加工阶段都较为烦琐，因此在结构设计中应利用塑料的优势，使用搭钩凹槽连接，能确保装配和拆卸过程更为简便、省时、省力。
结语
总而言之，结构创新是新时期机械发展的必然要求，目的是确保零件的科学组合和外形实用，提高机械工作质量和效率。设计人员要掌握专业的理论知识，具备丰富的实践经验，激发创新能力的生成，从变异化、性能化、宜人化以及便捷化的角度出发，解决结构矛盾，保证机械设备的可靠实用。
参考文献
[1]万胜.浅析机械结构设计中的创新设计[J].科技风,2015(03):39.
[2]曲姣.从结构分析的角度探究平面机构的创新设计[J].电子制作,2015(06):73.
论文作者:郭亚
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/26
标签：结构论文; 机械论文; 结构设计论文; 零件论文; 材料论文; 质量论文; 产品论文; 《中国西部科技》2019年第24期论文;