探究机械结构设计中的创新设计

时 旭

现阶段，科学技术不断发展，创新设计已经深入到社会中的各个领域，在机械结构设计中也摒弃了传统的设计方式。在机械结构设计的发展进程中，经历了从简到繁、从粗糙到精密的改革，当陈旧的构件在新环境中实验失败时，激励了人们对机械结构创新设计的欲望。变元法是机械创新设计中常用的机械方法，而TRIZ 设计理论是在技术发展演化规律基础上进行的创新发明创造，二者对机械设计的发展具有重要意义。

一、变元法在机械结构中的创新设计运用

（一）形状元素的设计应用

变元法是指通过改变机械的内部或外部结构设计，来实现机械预期的性能指标。形状元素的创新设计，是指设计机械外表形状，令机械性能够满足形状元素的创新设计，合理调整零件的规格，令机械构件的结构性能愈发完善。比如，在弹簧的设计理念中，主要通过弹力来压紧零件。通过将形状元素创新设计，使弹簧形状、类型的选择更加多样化，令压紧件的形状可以改变。需要注意的是，实际设计中需要充分考虑弹簧与零件之间的距离，合理施加压紧力，保障机械零件的整体结构质量。

（二）数量元素的设计应用

机械创新设计中的数量变元，需要结合相关行业的具体使用需求来适当改变机械结构内部的数量。基于变元法的设计理念，机械构件原理包括工作面与加工面，在结构原理中包含了个体元素与整体元素。调整相关元素，将会产生新的产品。例如，在直线设计中，注重产品的实用性与简单性。在进行螺丝设计时，需要考虑稳定性，通过增加弹簧垫的方法可以起到缓冲作用。通过对数量元素的整合，可以有效增加机械安装的便捷性。在不影响机械构件使用性能的基础上，降低零件的使用量，积极开发一体化螺丝的应用，可以减少工作内容，提升工作效率。

（三）材料元素创新设计

机械的设计材料将会直接影响机械结构质量，因此，合理选择机械结构的材料，可以保障机械正常发挥自身的效用。不同的设计材料具有本质上的区别，在创新设计的过程当中会产生不同效用。在优化设计不同的机械结构时，需要严格根据材料的实际情况进行，确保机械构件的设计质量。比如，当机械创新结构设计中应用钢材为主体材料时，需要在构件设计中发挥出钢材的优势，进一步提高钢结构的强度与硬度。扩大钢结构的横截面面积，可以增强钢结构的使用质量。如果在机械结构创新设计中应用铸铁材料，需要提升其使用性能，由于铸铁材料的强度和硬度相对较差，在传统设计理念中无法保障机械构件的使用寿命。对于此种情况，可以在铸铁中加入强筋或隔板，来增强机械结构使用性能。

（四）位置元素的设计应用

在机械构件的组成当中，往往具有多种多样的元器件，并且各个元器件之间有不同的联系与作用，所处的位置与功能也各有差异。位置变元在变元法中的应用也十分普遍，简单来说，在机械构造中对原件进行空间位置上的移动与调试，来找到构件设计的最佳位置。例如，在元器件焊接的过程中，可将焊接位置设置在机械的对称轴处，有效防止机械构件产生变形，影响整体部件的协调性美观性，同时实现了将有限资源合理利用的目标。此外，在变元设计的过程中，还需应用科学的加工工艺。例如，在模具的设计当中，采用特殊工艺来提升斜顶的设计质量，使材料的刚度更强。

二、机械结构中TRIZ 创新设计理论的应用

TRIZ 创新设计理论的核心为“解决冲突”，改进系统中结构与性能，同时不对系统中的其他构件与结构产生影响。在机械结构的创新设计中可以应用这一理念，避免在机械设计中发生物理冲突或技术冲突。物理冲突指的是机械中的构件之间产生了相反行为，导致机械中某部分的行为偏离正常运行状态；技术冲突是指机械系统中增强某一部分的性能对整体结构产生了有害结果。有效运用TRIZ 创新设计理论，可以调节和澄清机械系统中存在的矛盾，将“完全解决矛盾”作为目标，获得最终的理想结果。TRIZ 理论基于技术的演化规律，加快了人们发明创造的进程。

综上所述，在机械结构的创新设计中，可以在基础经验之上进行实验创新，也可以从宏观的角度切入，实现理论体系的创新。在解决实际设计问题时，将经验与方法相结合，既是互相弥补也是互相检验。当下的各项技术在日益更新，未来将出现更加巧妙的新思路，推动机械创新设计的发展。