机械结构设计中的创新设计及应用方法探究

闫轶 佟名琬

摘要：机械结构要在总体设计完成的情况下才能够进行整体设计，整体的机械结构设计完成之后才能够进行接卸结构的调整。要想得到比较精细化的机械结构设计原理图，就是要将总体设计进行完善，然后将机械结构的整体设计进行调整之后，这样才能够体现出机械结构设计原理图的作用及功能。在进行实际的机械结构设计时，要将其中的零件的参数进行标注，这样一来有助于零部件进行组装。在将零部件进行参数的标注时，还要对零部件的精准度进行详细的检查，保证每一个零部件的精准度都符合标准。

关键字：机械结构设计；创新设计；应用方法

1创新设计对机械结构设计的重要性

现阶段，我国社会经济发展较快，人们的思想意识发生了转变，开始向多元化方向发展，要求机械结构满足多元化的发展需求，使其具备良好的功能和性能，以保障工作效率。在此背景下，传统设计理念的劣势尤为凸显，其结构单一、应用范围有限，使其行业价值受到了影响。对此，要求设计人员提高创新意识，采用新材料、新工艺、新结构等设计方式，以打破常规设计理念的限制，对机械结构的本质进行创新，从而提高机械制造领域的生命力，保证其安全、稳定的发展。

2机械结构设计中的创新设计

2.1结构模块的优化设计

这种优化方式，即结合产品规划不同角度提出不同优化方法。也就是说，结构模块优化是按照产品规划出发，将规划分解成单独的任务，从源头处解决优化问题，在减少产品问题的基础上，实现高效的工作效率。用这样的方式，能够在保障优化设计质量的同时，提高优化设计的效率。机械机构设计应尊重产品的原设计和规划，站在细节方面进行优化。

结合Feldman理念，在优化产品结构时，需要涉及到产品四个任务功能，包括功能原件、功能组件、功能组成、产品。优秀高品质的模块结构能够实现配合与连接并行，有标准化接口，能够在灵便化、通用化、经济化、层次化、系列化、集成化的过程中，产生相容性、互换性、相关性特征。在此基础上，进行机械结构的设计与优化时，还要结合CAD制图技术与软件设计，实现优化过程中的变形设计与组合设计。

2.2系统模块的优化设计

系统优化指的是，设计人员先将机械机构视作一个整体，将优化流程看作是完整的结构。将每一个优化元素视作单独的部件，明确这些单独部件存在密切联系的关系。这样的层次化设计，能够实现设计元素既是单独的个体，又是共同的整体，能够达成整体优化的目的。目前来看，机械机构优化系统模式一般是按照德国VDI2221设计方式。当然也有一些机构优化系统采用的是我国自主研发的系统设想。

根据用户需求进行机械结构设计，质量功能分部位首先根据用户需求明确机械结构基本功能和特征，之后根据机械结构的功能特征确定各个零部件的特征。将零部件特征作为核心，在讨论和实验的过程中明确零件工艺特征。最后按照工艺特征分析，得出系统优化作业特征，决定最后的系统优化方法。

系统优化与设计建立在将产品视作整体系统，通过不同区域和不同特征的规划与明确，实现产品的整体性设计，最终得出产品成品的设计结果。代表性设计方法包括键合图法、举证设计法、构思设计法、图形建模法、设计元素法等。每一种方法都需要结合系统完成优化设计方法与方案的制定。

2.3产品特征的优化设计

在优化设计机械系统的结构时，需要根据产品发展特点，进行相对应的优化设计。在此过程中最重要的技术就是计算机辅助，计算机辅助贯穿于机械产品优化设计的始终，能够帮助设计人员提高优化设计效果和自动化水平，完成机械机构优化的管理、协调、表达。总结来说，现如今产品特征优化主要包括如下方法。首先是实例法。实例法通过框架结构完成概念实体、工程实例描述。在推理的过程中获取候选资源，并将候选资源匹配进入到优化防范与匹配设计。其次为编码法，这种方式结合运动转换，实现机构整理与分离。通过知识库搜集与整理方式，完成机械结构优化设计，确定优化设计的方案。最后是混合性表达，这种方式将网络系统、框架、过程、规则进行整合，实现高质量的产品特征设计。CAD软件中，常用NEXPERT-OBJECT完成优化方案制定。在结束目录优化与否设计以后，实现机构组、功能模块、功能分解的组织优化，为优化提供辅助工效。上述方法全部需要在实际应用中，根据产品自身特点进行选择。

3机械结构优化应用

3.1材料变元

机械结构的设计中具有多种类型的原材料，每一种原材料都具有不尽相同的作用，因此在面对不同的机械结构设计时，要根据各自要求对原材料进行不同方式的选择。这时，不同原材料的作用和功能就能够较好地体现出来。将原材料进行不同方式的加工之后就能够运用到机械结构设计中，进行新型设计方法的研究。通过运用变元法，能够较好地实现新方案研发。变元法在实际的运用中就是将机械结构设计中的各种变量进行改变没然后得到的结果不会改变的情況下，来实现机械结构中的接卸设计。

3.2数量变元

变元法中的零部件的结构原理包含两个基本元素，加工面和工作面。除此以外，产品的结构原理中还包含对零部件整体和零部件自身等一些元素。这些元素决定了产品质量的好坏，因此，通过将这些基本元素进行调整之后就能够得到想要的产品。例如，对于一些设计相对较为简单的产品来说，通常都是采用直线形状，比如螺丝的设计主要因素就是防止松动脱落，因此，在进行螺丝的设计时，要考虑到用什么方法降低螺丝的松动率。可以利用弹簧垫，能够使弹簧起到有效的缓冲作用。这样一来能够有效的提高机械设计的工作效率，减少施工量。

3.3位置变元

位置变元，从表面意思上看是将机械结构设计中的每一个零部件进行位置的变化，来实现位置变元，从而达到理想的结果。例如，在进行一些零部件的焊接时，应当尽量将零部件的位置进行合理的调整，使其焊接的位置尽量靠中间，这种焊接方法能够有效的降低零部件发生变形，防止元器件发生不规则扭曲的现象。通过位置变元，还能够将整体的部件结构空间降低，提高了空间的使用率。

3.4尺寸变元

尺寸变元的意思就是将零部件进行尺寸上的调整，然后使零部件得到最好的优化。尺寸变元在实际的机械机构设计中是将零部件进行形状上的改变，也就是说对零部件的形状进行适当的优化。这一点可以通过改变零部件的长、宽、高和各方面的尺寸参数，将零部件进行优化完善。例如，在进行冷冲压弯曲设计时，就需要将材料的适当的变化之后，更好的进行冷冲压弯曲设计。通过将草料进行冷冲之后还能够进行一定的角度改变，使零部件的角度更加完美。同时，如果要对零部件进行尺寸的变化，在此之前要将零部件的弯曲角度进行详细的测量和计算，保证零部件变换之后不会影响材料整体的质量。

3.5形状变元

形状变元就是将元器件进行形状的调整之后得到机械结构设计中所需要的形状。在机械结构设计中将零部件进行形状变元是为了更好的达到机械设计的目的。例如，在进行弹簧的安装时，由于弹簧具有很多不同的种类，因此，通过应用弹簧进行安装的元器件也就有多种不同的类型。在实际的机械结构设计中应用弹簧时，要根据弹簧不同的物理特点，不能够将弹簧过分的进行压紧，这样会导致弹簧失去了弹性作用。

结语

总之，目前，传统的设计理念存在很多的限制性问题，已不符合现代社会的发展需求。因此，要求机械结构设计人员创新设计理念，优化设计方式，以提高机械结构的设计质量，实现其应有的效益。

参考文献：

[1]乔石，邵婉.当前机械结构设计中的创新设计分析[J].中国新技术新产品，2015（22）：189.

[2]林荣森.试探究当前机械结构设计中的创新设计应用[J].中国机械，.2015（6）：29-30.

[3]弯晓芳，林永鹏.试探究当前机械结构设计中的创新设计应用[J].工业b，2015（7）：90.