机械结构设计中的创新与优化探究

许晓琳

（辽宁装备制造职业技术学院，辽宁沈阳 110000）

0 引言

机械结构设计对机械产品的实用性及可靠性有着较大的影响作用，也体现着我国机械制造水平的高低，在机械制造业的发展中占有重要地位。进行机械结构设计时，需要充分考虑到机械构件的尺寸、形状或位置及材料等各方面因素，而创新设计能够实现对传统机械结构设计的优化，使机械结构设计的整体水平得到提高，进而促进机械制造业的可持续发展。通过深入分析创新设计在机械结构设计中的运用，有利于发挥创新设计的运用价值，为机械结构设计业的发展提供有利支持。

1 机械结构设计的基本要求

1.1 用户至上的设计理念

机械设计或产品设计都是基于用户的需求而建立起来的，充分了解市场及用户使用需求，尽量优化产品的使用性能，才能顺应市场、获得更高的经济价值。所以，机械设计的前提，要有实际的使用需求数据作为基础，不脱离使用价值的设计才具有实际意义。

1.2 质量控制

机械产品质量的好坏，直接影响其使用价值的发挥。在机械制造过程，需要充分考虑到产品的最终质量，保证机械产品的强度、刚度、及稳定性达到标准要求，并深入分析产品质量的影响因素，通过对这些影响因素进行把控，使机械产品质量得到有效的保障，有效提升产品的性价比。同时，还要考虑到机械产品使用的便捷性，节能环保性、使用安全性等各方面的内容，整个过程不能仅仅以材料及工艺决定产品质量，而是要充分考虑到各个方面[1]。产品的过程控制，是提高产品合格率的有效途径，也就是在机械产品设计及加工过程中，进行动态控制，发现问题及时处理或修复，并且将发现的问题及时反馈到设计过程中，会极大优化产品设计，降低经济损失。

1.3 功能设计

在满足机械产品功能需求的基础上，需要对产品的原材料进行加工，使其能够形成新的成品。在机械制造过程，其功能设计不仅要充分满足使用者的实际需求，也要充分体现出创新性。设计出的机械产品要满足工作原则，确保机械运行的稳定性，符合装配性能及材料的力学性等各因素的要求。

1.4 优化及创新设计

在我国经济的快速发展背景下，机械制造业的竞争越来越激烈，产品质量及使用性能已经成为企业存亡的关键。机械结构的创新就成为了提高企业竞争力的重要手段。在进行机械结构设计时，引入创造性思维及先进的科学技术，有利于提高产品的市场价值。同时，对机械结构进行优化设计，需要具备一定的优化空间及可能性方案，其中包括对机械产品的尺寸、形状或位置、表面粗糙度、制造工艺等各方面的优化及创新。

1.5 智能化的设计

在当前的技术环境下，智能化在机械设计中的应用不断深入，就设计过程而言，智能化的设计其具有以下方面的优势：第一，实现了另加装备环境的有效模拟，对零件形状、大小及位置的把控具有重大影响，其确保了机械零件设计的高效进行。第二，在智能化技术平台支撑下，不同零件的装配路径得以有效演示，其在避免不匹配现象发生的同时，实现了零件装配的直观把控。第三，就智能化应用过程来看，其尚处于发展成熟阶段，使得机械设计工期得以有效缩短，其保证了机械效率的有效提升。第四，与传统设计方式相比，虚拟设计、有限元分析等技术的应用使得机械产品的设计质量得以有效提升。

2 创新设计在机械结构设计中的运用

2.1 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，由此可以看出了解市场、了解用户的使用需求，才能获得更高的设计价值。

2.2 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[2]。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。

2.3 对数量进行优化创新

以最少的成本获取最大的经济利益是企业的生存之本，机械零件使用的数量直接影响着产品的价值及作用，这就需要对机械零件的数量进行合理选用，并做出一定优化。首先，要制定零件测评方案，对机械零件的精确度、节能性、安全性及使用频率进行综合测评。其次，需要依据综合测评的指数对机械零件进行筛选，整个过程要遵循优胜劣汰的原则，并针对产品零件组成数量进行调整，不断优化产品的结构，使产品更具有性价比。

2.4 安装位置优化创新

机械零件是构成机械产品的基础单位，而零件的排列位置及方式对产品质量有一定的影响作用。在设计过程，设计人员要满足某些零件的高贴合要求，利用位置的改变对机械零件之间的距离进行控制，对机械零件的位置进行调整，进而实现提高产品质量的作用[3]。

2.5 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。

2.6 制造工艺优化创新

在保证制造工艺的质量的前提下，可以对原有工艺流程进行创新改进，以提高运行效率，降低生产成本。由于不同企业的设备生产能力、工人熟练程度等因素都大不相同，所以同一种产品，不同企业生产，工艺也会有所不同，需要按照各零件的精确度、基本性能及安全标准进行综合分析，制定科学的结构方案。根据制造工艺的相关准则，保证机械零件的美观性及精确性，使机械产品的整体质量及品质得到保障。

2.7 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。

2.8 绿色化的优化创新

任何形式的优化创新，都应该遵循“绿色化”的设计主题。绿色化是当前社会发展的重要趋势；在机械设计领域内，设计的绿色化发展是其行业建设的内在要求。具体而言，机械设计人员应实现材料、位置、数量等设计方案的合理规划，从而在节约基础资源的同时，实现机械零件设计的节能环保化发展，确保机械设计工程意义与生态意义的全面协调，从而推动社会及经济的可持续发展。

3 结语

综上所述，机械结构的创新设计、机械设计的智能化能够有效提升机械设计水平，优化产品设计性能。通过明确用户至上的设计理念进而对零件的材料、数量、形状或位置及制造工艺等因素的改变，能够解决传统结构设计中的弊端，使机械结构设计能够适应社会发展的需求，为机械制造业的发展提供有利支持。对于机械结构设计来说，其创新设计方法的研究道路还很长，相关从业人员要加强对创新设计在机械结构设计中的运用研究，使其更加科学、有效。