创新设计在机械结构设计中的应用

蒋建东

（河南弘康光能科技有限公司，河南 驻马店 463000）

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。

2 创新设计在机械结构设计中的应用方式

目前机械结构创新设计中最常用的思维方法就是变元法，变元法就是指在通过改变机械结构内部或外部的特征元素参数的设计来实现对机械结属性的改变，以此来达到预期的性能指标。这些元素包括形状元素、尺寸元素、材料元素、位置元素、连接元素以及数量元素等等。变元法创新设计，能够改变原结构中的设计特性，清除设计缺陷，完善机械结构的属性，促进加工工艺的改进，实现机械结构设计体系的完整优化和创新。

2.1 形状元素创新设计

通过对机械构件形状进行重新设计，获得能够满足机械性能需求的创新结构。机械结构创新设计中，形状的创新是变元法中经常使用的一种方法，对机械构件外在物理形状进行创新设计，调整结构系数，实现机械结构性能的提升。例如弹簧结构设计的时候，根据不同使用要求，弹簧截面可以设计成非圆形的。石化部门接触石油类产品，为减小化学类产品腐蚀的影响，多将零部件设计成曲线面或曲面体，减小表面积。

2.2 尺寸元素创新设计

通常形状元素和尺寸元素是融合在一起的，尺寸元素是在确定了形状元素基础上进行改进的，尺寸包括长度、曲度、角度等参数。在满足机械功能的前提下，对尺寸做优化处理，可提高构件维护的方便性以及灵活性。

2.3 材料元素创新设计

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。

2.4 位置元素创新设计

位置元素是指起功能作用或连接作用的结构在整体机械构件中的坐标点位。机械结构创新中除了构件的形状、尺寸、材料的设计，结构创新也是非常重要的一种方法。位置的改变直接影响机械构件装配和执行功能，是创新设计中最直观的表现，也是机械结构样式的表达主体。位置设计遵循的是机械原理和理论力学，位置合理性的创新是机械结构创新设计中最璀璨的明珠。比如符合人体力学的曲线式座椅，会提高舒适性，被广泛使用。

2.5 连接元素创新设计

连接元素是指构件和构件之间的连接机构，根据机械的结构、用途、工作特性的不同，选择不同的连接方式，会给实际使用和维护带来极大的便利，提高工作效率，获得良好的评价，也为机械设计产品带来更加宽广的市场。比如工作强度不高，但使用频率高的连接机构就要选择灵活性和互换性强的连接方式。

2.6 数量元素创新设计

量变影响质变。由此可见，零件的数量在机械结构中也有着重要地位。设计零件数量时，务必需要根据实际情况和企业的需求量来制作。基于变元法，对零件的改变加工都依据最先进的技术来进行的，运用创新理念做出一定的优化。对数量的改变和调整，最终也会对机械结构和性能产生一定的影响。比如在对直线进行创新优化时，注重简易性和适用性；对螺丝进行改变时，注重牢固性和稳定性。针对性的创新改革，对最终整体机械结构起到不可磨灭的功劳和积极作用，有效地提高了工作效率，用最优最少的零件来完成机械结构，合理减少消耗成本和资源，这也表现出了数量变元。

2.7 工艺元素创新设计

在所有材料种类，数量等等条件都相同的情况下，由于加工工艺的不一样，在最后所展现出来的机械结构也都各不相同。由此可见，工艺对于机械结构来说也有着不可忽视的地位和作用。工艺变元法就是根据实际情况选择合适的工艺来改善创新机械结构设计，联系现在运用最先进的工艺来对材料进行加工合成。只有这样，才能帮助材料发挥出其独有的优势，使得机械结构达到预期效果。

3 结语

机械结构创新设计不仅有以经验为基础的试验创新，也有宏观方法论的理论体系创新，无论哪一种，都是机械领域重要的创新设计方法，在面对实际结构问题时，经验与方法论两类创新思路既是相互弥补，也是相互检测，只有两者有机的结合，才是不断提高机械创新设计的最佳方案。当然，随着技术不断发展，还会有更加巧妙的创新思路出现，这要依赖于科研工作者的不懈奋斗和努力，相信创新设计将是永恒的话题。