浅谈机械结构设计中的创新设计

一个国家的发展离不开机械的创新，设计一个好的机械结构是一项极具创新能力的工作。我们在设计机械结构时，必须以改进和创新为目的，设计出更加优化的机械。本文主要是探讨了机械结构设计中用到的七中不同类型的变元法，根据这些变元法选择出最优的设计方案，达到机械结构设计的优化。
    结构创新设计变元法
    目前机械结构设计中使用最多的就是变元法，这种方法既科学又便利，在设计的过程中，可以通过变元法将可变的元素梳理的更加逻辑化，大大提高了机械创新的步伐。机械设计中最主要的环节就是结构设计，结构设计就是将一些机械式的原理通过图案的方式画在图纸上面的过程。变元法的适用范围非常广泛，在使用变元法设计设计创新产品时，必须先对设计的产品进行分析，然后选出最优的变元法方案进行设计创新。
    1.1.位置变元
    位置变元就是将产品内部的每个基础元件的位置改变，重新布置，从而得到各种新的结构方案，它考虑到各个产品的基本元素相互之间的一些位置变换。例如：在有限的空间箱子里面装配好若干构件零件，如果各个零件的摆放位置不同，就会导致装配操作后的操作性能的不同。
    1.2.材料变元
    材料变元主要就是考虑机械设计创新中材料的选择和一些材料的更替。在机械创新设计的过程中，不同的材料会对应着不同的零件尺寸、结构类型和加工工艺，如果零件采用不同的材料，那么该零件设计出来的产品的尺寸大小或者结构也会随之发生变化，它的加工时间和加工工艺也会随之发生改变，这种变化直接影响着整个产品结构的改变。例如：在使用钢材料的结构设计时，通常在设计的时候故意加大钢的横截面积，这样就起到了刚度和强度的双增加。因此，如果通过材料变元，可以创新设计出许多类型的方案来。
    1.3.尺寸变元
    尺寸变元中的尺寸主要是指距离、角度和长度等，它考虑了变元元件中元素之间的距离、长短度和角度等方面的问题，通过改变机械零件和其构件的尺寸大小，使机械的整体结构发生变化。就因为尺寸变元的主要内容是长度、角度和距离等的变元，这样便是机械的整体结构发生了变化，不同的尺寸对应着一个创新设计，从而起到了改变整体机械构件的效果。例如，在一些弯曲工艺里面会使用到尺寸变元，因为每个材料的弯曲弹性变形不一样，所以对元件的弯曲程度不同，角度的要求也不相同，需要在弯曲构件成形之后，然后再对所弯曲的构件进行加工和修复，如果在弯曲构件之前直接确定一个角度，并且构件允许小范围的变形，那么弯曲后就不用再加工修复了。
    1.4.数量变元
    在机械产品中有很多的元素，像轮廓面、加工面、轮廓线和工作面等都属于机械元素，产品的结构中包括着工作面和加工面两类基本元素，数量变元就是从机械产品的每一个面和线等这些元素来考虑，通过改变机械产品中的这些元素的数量来改变产品的结构，从而可以得到更多的机械结构。例如在一些结构比较简单、形状比较单一的情况下，就可以采用不同轮廓的线来改变机械的结构，但如果是螺钉这类比较复杂的结构时，因为要防止螺丝的脱落，所以螺丝的边缘尽量要深陷一下，同时也可以加一个螺丝帽使之更固定。
    1.5.联接变元
    联接变元就是一种连接方式，它考虑了每个元素之间的联接方式，补一个方式不同，主要有铆接、焊接、胶结等，而不同的机械产品有不同的联接方式，可以通过改变联接方式来改变机械产品结构方案。例如一些需要经常拆卸的元件，就需要在设计的时候考虑到零件的结构连接是否可靠、拆卸是否方便等这些问题。在生活中也有很多利用联接变元的产品，像手机产品的盖子的拆装结构就很方便，利于使用者的方便操作。
    1.6.形状变元
    形状变元主要是通过改变机械结构零件的表面形和轮廓形状来改变元件的规格和类型，从而得到各种各样的创新方案。例如弹簧可以做成不同种类的，有板簧、压簧等产品。
    1.7.工艺变元
    结构设计与工艺设计是紧密相关的，工艺变元需要考虑零件本身的工艺的变化，工艺的不同也会对结构设计造成巨大的影响，如果每个机械零件在制造的过程中选择了不同的工艺，那么制造出来的产品的功能、质量等都会不同，这些直接改变着产品整体的结构和性能。因此，在机械创新时，必须首先做到设计好图纸，只有拥有了一份优秀的图纸，才能创造出一台更加优质的机械设备。
    机械结构创新的必要性
    在机械方面我们国家虽然是制造大国，但却不是创造大国，我们国家的很多机械工艺都停留在模仿发达国家的机械工艺上。中国的制造业在国民生产总值中占到了40%，正是因为这样，在机械创新上也更加有必要进步，我们不能一直都是引进国外的技术，引进技术我们是不能进步的，我国的很多企业，机械制造不搞自主创新，甚至一些知名的机械企业连研发中心都没有。我们对于机械，对于机械结构的设计太过于死板，很多情况都是在前人基础上修修改改，没有实质上的改变。机械行业对于机械结构和系统的创新,像监控设备，测量仪器等一些方面更是需要哪些可以从机械系统内部结构的某些规律上总结，创新的人才。
    机械结构创新的评价与优化
    在对每种结构方案进行综合分析进行优化的时候需要采用模糊综合评判的方法，我们需要从结构方案的社会效益、可操作性、经济指标、安全性能等方面来确定评价。我们在这样的基础上，也可以根据需要在结构中的重要部分例如关键性的零部件上面进行数学模型的建立。之所以建立数学模型，是因为数学模型能够很清晰地反应出结构特征，这样我们便可以认识到需要优化或者改善的地方，最后便可以达到标准。数学模型虽然比较麻烦与复杂，但是他在描述数量变元和材料变元上面有着其他的方式所无法超越的优势。结构方案是应该与最终的实际的应用效果的好坏来进行评价的，在机械结构中，转盘的结构是一个比较常见的结构，我们在对齿轮传动和滚动轴承进行流体与润滑的分析，还要对这些零件进行装配的密封性能的分析，这样才能完善最后的转盘结构。机械设备中重中之重便是机械结构的设计，他关系着机械的功能，机械是否能够运行，是否能够达到目的。虽然这些年来科学技术的不断加强，各种机械设备的设计也在不断进行着改变和创新，但是我们更需要的是将设计和创新与实践结合在一起，只有将智慧投入到实际的机械结构设计中，才能提高我们的结构设计能力。

    机械创新结构设计本身具有非常重要的意义，如果想要完美实现机械结构的创新设计，设计者必须具有非常高的智慧、技术知识、专业知识，在分析问题上，设计者的头脑必须高度敏锐，思维创新能力好。变元法在机械结构设计中起到了关键的作用，同时也为设计者在创新时带来了便捷。目前工程设计者需要在选择各个构件零件的时候选择最优的组合，这样可以使机械系统设计方法得到灵活运用。