机械结构设计中的创新设计应用研究

张家宁

摘 要：机械产品设计可以帮助产品进行功能创新与多样的提高，从而满足人们的实际使用需求。所以，设计人员在进行机械结构设计时需要时刻创新，确保机械结构除了高精准的特色之外，还有足够的创新性，进而才能在机械设备市场中站稳脚跟。机械产品的生产过程中结构的设计十分重要，结构设计的好坏决定了机械设备的性能，因此，设计时需要在材料、尺寸与多方面因素的基础上，进行设计质量的保障。

关键词：机械结构;创新设计;应用

1 机械结构创新设计概述与重要性

机械结构决定了机械性能的质量，机械结构的创新可以在原理、形状与性能等方面进行研究，在进行机械结构创新时不能对机械的实用性产生影响。传统的机械的使用模式已经十分固定，而创新设计则可以将这种固定打破，进行结构转型的大胆尝试。在进行机械结构创新设计时，设计人员应当在传统设计的技术上进行经验的总结，然后再进行创新型的改变，保证创新后的机械机构还是可以正常使用的。因此，需要设计人员进行创新意识的提高，摒弃传统设计理念，使用新工艺、新材料、新技术等方式进行机械结构的创新，从而进行机械制造领域生命力的提高，完善机械设备的稳定性与安全性。

2 机械结构创新设计方式

2.1 材料变元法

机械产品中的每个不同零件的原材料也是不同的。形状一致、材料却不同的零件在相同的机械结构中的作用也是不一样的，现在已经在机械创新设计构成中大量使用材料变元法。材料变元十分科学，可以将各个模块进行优化，再进行合理的组合，最终成为全新的产品。

2.2 数量变元法

每个机械产品设备都是整体的机械系统，设备的作用与零件都各不相同。在进行计算与设计时，研究人员需要针对各个不同的结构尺寸进行仔细的研究，最后再选择最适合的组合排列方法。

有些设备中的零件较多，研究人员需要耐心的进行数据的盘查，也可以在保障产品性能与设计的前提下，寻找功能一致的零件进行替换。

2.3 位置变元法

零件的位置若发生变化，那么同样数量与零件的机械产品也会发生功能与特性的改变，因此，设计人员需要进行机械结构设计过程中尺寸变元的保证，寻找最合适的零件尺寸，从而优化零件应用方案。

3 机械结构创新设计的应用

3.1 结构变异化设计

（1）功能面。利用零件间的关系与位置进行功能作用的发挥。零件的表面控制了零件的形状，为了确保其作用的有效发挥，零件中的功能面会偏多。机械的实际运行过程中，零件的表面、零件与加工物体之间会频繁的进行接触摩擦，而这些接触摩擦的零件表面就属于功能面。功能面会对机械性能产生本质的影响，利用变异化设计进行各种方案的呈現，从而带来不同的效果。顺序、尺寸、位置、数量与形状等参数会对功能表面带来影响，各个参数在变异的情况下都会产生不一样的功能面效果。

（2）材料的种类。在加工工艺各不相同时，首先需要进行结构创新的确认，再进行材料的科学选择，按照不同的材料进行工艺的明确，并在工艺确定结构的基础上，进行创新性结构优势的发挥。材料选择时需要考虑其成本高低、质量好坏与性能强弱等情况。在设计机械结构时，首先要确认材料的性能，例如铸铁材料，其抗压性能强，抗拉性能却很弱，所以，在使用铸铁材料进行结构设计时，需要保持其抗压状态。

3.2 结构性能化设计

（1）提高刚、强度。机械在运转的过程中，局部会产生受力偏大的情况，为了避免此情况的发生，可以在进行结构设计的时候，合理的分散荷载力，与此同时再将结构分担里提高，在使用机械设备时，将支撑套加在集中受力的区域，也可以进行荷载的有效分担。机械在传动作业过程中，不做功的力无法将物体进行有效的转移，因此，需要进行零件与其他荷载间平衡力的保持，从而保证整体的平衡，结构的承受力也得到了有效的提高。为了确保零件的刚度，除了进行材料的优选之外，还要进行应力集中的避免，减少结构承载出现问题的概率。

（2）提升工艺性。切削类的机床需要利用夹持面来进行装卡的辅助工作，所以，需要确保夹持面刚度足够，为了提高工作效率，还可以减少加工物装卡的频率。若可以同时进行多个产品的加工操作，就能有效的减少工作时间，提升切削效率。

（3）提高精度。在机械结构建筑的设计与制造过程中，会产生误差，从而对机械带来多少不等的影响。因此，需要从结构设计这个源头进行因为结构变形、材料较差或温度变化原因导致的误差的减少，提高机械的精度。除此之外，还需要进行对误差敏感度的提升，在减少创新结构误差的同时，进行产品质量的保证。另外，机械内部构件中连接处过多，也会对产品的精度造成影响。

3.3 结构宜人化设计

（1）减少疲累感。大多工作人员会长时间使用同样的姿势进行机械设备的操作，所以，在设计机械结构时，要降低操作压力，避免操作人员因为过分疲累而影响工作质量。在创新设计机械结构时，要注重机械外形的柔和性，满足工作人员的需求，在进行长时间操作后也不会感觉十分疲累，保证设计的宜人化。

（2）确保操作性。工作人员在进行机械操作时，会因为位置、方向与力度的不同而产生不一样的操作感。正常情况下，右手的力度更大，力度大小也会因为身体姿势的区别而产生不同，工作人员在坐着的时候，脚部的力度是最大的，因此，当设备需要很大的力度才能操作时，操作人员可以使用脚力来取代手动。在进行结构设计时，需要注意手柄、手轮与杠杆宜人化的设计，在使用时确保不会产生移动的情况。在使用脚部发力时，需要有合适的座椅，踏板放在中间，还要安排靠背做后部力量的支撑。

4 结语

综上所述，机械结构的创新是机械发展过程中的重要环节，其可以保证零件的有效组合与使用，进行机械质量与效率的提升，从而推动我国国民经济的稳定发展。设计人员在进行结构设计时，需要将专业的理论知识与实践经验进行有效的结合，激发其强大的创新能力，从变异化、性能化、宜人化与便捷化等方面进行结构矛盾的解决，将机械设备的安全性与可靠性提升，从而推动机械设备的不断发展与企业经济效益的有效提高。

参考文献：

[1]杜俊斌，张海强.机械结构设计中的创新设计应用研究[J].中国设备工程，2019（12）：210-211.

[2]戚文梁.机械结构设计中的创新设计应用研究[J].科技经济导刊，2018（24）：36-37.

（沈阳工学院，辽宁 鞍山114031）