对机械结构设计的创新性探讨

谈惠娟

摘 要：机械结构设计是一个非常有创新性的工作，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。本文从对机械结构设计的创新必要性入手，结合自己实践经验，阐述了用于机械结构设计的变元创新方法，最后通过综合测评达到设计方案优化最大值，促进企业保持竞争实力取得经济社会效益双丰收。

关键词：机械 结构设计 变元创新 方案探讨

中图分类号：TH112 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0096-01

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。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。

1 对机械结构设计创新的必要性

随着科技水平的飞速发展，机械制造企业产品同质化的现象非常严重，随着市场竞争加剧，机械制造产品要想占有更多的市场份额，必须对其功能与用途不断改进与完善，以独特的优势在市场中胜出竞争对象的产品，从而取得经济社会效益最大化。这也就要求我们从事机械设计的工作者，要花心思，下苦功夫，将工作重心放在对机械设计上，特别是机械结构设计，利用现代机械设计理念，不断创新方法，优化各种结构模块的组合，构建起满足整个产品系统需要的机械结构，与企业一道去赢得市场的竞争，这也是当下机械设计工作者的一项重要而迫切的工作任务。

2 简要介绍机械结构设计的七种变元创新

起源于德国，用于机械产品结构设计创新的一种变元法，它是一种最为科学简便的新方法，极具富有创造性的内涵，主要含有两个方面：一方面是变化法创新有七个变元内容，指的是材料、数量、位置、尺寸、形状、联接和工艺变无元素[1]；另一方面是变元创新在设计中的运用，是在先期确定机械基本结构的前提条件下，将将这些变元元素进行适当的改变调整，从而研究多种变异和改进新的机械结构方案，达到优化设计的目的。下面，笔者接合自己的实践工作经验，分别介绍七种变元创新具体运用在机械结构设计上创新方案，以便满足机械产品整体系统的要求，这也是当前机械工程结构设计创新工作主要采用的手段。

2.1 材料变元

机械产品的材料变元，主要是指通过考虑对产品材料的选择和替换，促使机械零件尺寸结构随之改变，也就直接导致了机械产品加工工艺的随之变化发生，从而达到改变整个产品结构的目的。此元素设计创新，让我们看到了通过调整材料变元，可以创新出不同结构方案。比如要增加机械产品元件结构的强度和刚度，可采用对铸铁通过加强筋和隔板，对钢材料通过加大零件截面尺寸和对塑料材料要求料件筋板与壁厚相近，并均匀对称的[2]不同结构创新设计方法。

2.2 数量变元

机械产品数量变元，是指考虑到把机械产品整个零件或者零件的每一个轮廓、工作和加工的面、线均视为结构基本元素，通过改变调整这些基本元素的数量，来达到对机械产品结构改变的实现目的。比如：为达到力求简单的目标，我们尽量对铸件结构的形状，采用直线形轮廓的设计。又如：为防止螺钉松脱，我们将螺纹连接结构的螺钉、垫圈等设计成一体化，这样在减少零件数量下，实现了防松措施的目标实现。

2.3 尺寸变元

机械产品的尺寸变元，包括有长度和角度以及距离等内容，我们在利用此元素创新时，可考虑通过改变调整零部件构件的尺寸大小，实现对整体结构改变的效果。比如：这增加对破碎物料的细度，我们将两个对称的动力副在机架上的位置进行了调整，从而实现了改变后对破碎物料的细度，比原有的细小了一半的比例。

2.4 形状变元

机械产品的形状变元，是指我们可以从结构的形状上去考虑对整体形状和主要轮廓、设计表面和所用零件等类型和规格进行尝试改变，从而得到不同的结构创新方案，实现改变机械整体结构的目的。此种元素的创新是在机械设计中，将机械工作原理变成技术图纸的主要过程环节。同时为确保结构方案设计正确可靠，形状变元创新设计还须遵循8大准则，包括防腐蚀、支承、公差配合、应力学、工艺等[3]。比如：热电企业的冷渣机，为达到最大化程度的对高温炉渣的快速降温，我们对滚筒式冷渣机机械产品进行了形状变元的创新，对其原有的一个腔体进行了分腔处置，从而形成多腔式滚筒冷渣机，在工作作业过程中，摊薄了高温炉渣的厚度，实现快速达到理想的降温参数指标。

2.5 联接变元

机械产品的联接变元创新，我们需要考虑应元素的两层含义[4]：一层是需考虑到对元素连接方式的变化，比如说日常用的铆接、胶接、焊接、螺纹接等；二是需要考虑到对每一种连接方法不同联接结构的元素创新，从而获得多种结构类型方案。比如：我们将玩具产品创新设计成卡扣与螺钉相结合的安装方法，这样不但连接可靠，而且拆卸操作也很方便。而对手机的机盖设计，我们将其设计成快速连接拆装的结构，这样就极其方便了用户的操作。

2.6 位置变元

机械产品的位置变元创新，我们需要考虑的是通过对机械产品结构位置的变换，来得到不同的方案设计优化。比如：我们将焊缝零件的焊缝位置安排在靠近中性轴的创新，从而实现了构件不会因收缩减少力矩或弯曲变形。

2.7 工艺变元

机械产品的工艺变元创新，是要充分考虑到各个机械产品零件在制造过程中选用不同的创新工艺，来实现对整体机械产品结构产生的变化。对当前机械人、机械手工艺创新的推广应用，不断提高了加工生产能力和自动化程度，比起传统的机械加工制造，有了很大的进步。

3 对机械结构变元创新设计的优化评测

对变元创新后的各类机械结构设计方案，往往我们要给一个综合评测，通常情况下，采用综合考虑到设计中的七个变元因素，对新的结构设计进行模糊评测。在评测过程中，我们要先在脑海中形成一套基本的设计方案，然后通过建立起一些数学模型，设计者对每一种结构方案进行综合分析，并凭借自己掌握的经验及知识能力进行综合评判。其中，要考虑到一些指标，具体细化为社会效益，工艺性及可操作性、维修性、安全性等方面，同时借助推理、模拟等逻辑方法，最终从多种备用的不同结构方案中，选取一个具有创造性的作为最后优化的创新设计方案。对已确定的结构方案，也可在采用上述评价变元因素基础上，在变元之间联动配合修改，达到更加优化的设计目的。

4 结语

要逐步实现机械结构创新设计，必须要求设计者拥有扎实的专业和技术知识，用敏锐的分析能力和思维创新能力，发挥出极大的想象空间来设计，从而创造出新的机械结构方案，最终实现提高机械产品竞争优势，达到机械制造加工企业的社会经济效益最大化。

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] 孙洪伟.谈对机械结构创新设计的分析[J]中小企业管理与科技，2008（8）.

[3] 刘扬松.机械结构的创新设计及其优化[J].石油机械，2009（2）.

[4] 陈小强.刘京诚精密机械结构设计创新实验[J].实验技术与管理，2008（7）.endprint