創新設計在機械結構設計中的應用研究

蔣馨

（貴州航天南?？萍加邢挢熑喂? 貴州 遵義 563100 ）

引言

目前，在機械結構設計中使用創新設計已經得到相關人員的高度重視，主要目的是能更好地利用機械，并最大化地發揮機械結構設計的作用。機械結構的創新設計通常采用變元法。該方法使用起來比較簡便，在創新設計過程中使用邏輯化思維能夠實現對可變元素的系統化梳理，在此基礎上進一步應用基于發明問題的解決理論（TRIZ）創新設計理論，可以進一步提高機械結構設計的效率。

一、在機械結構設計當中的創新設計概況

每次將結構運用到新的結構之后往往會出現一定的不適合的情況，進而使得設計工作人員需要不斷的對結構的性能實施優化和創新，借助大量的經驗信息數據研究和經驗的積累，能夠更好的對結構加以完善，為每次新的結構使用創造良好的基礎，并且給予經驗基礎以及檢核標準，這樣對于結構的完善和創業也會起到積極的作用。往往創設設施是為了更好的結構使用，機械結構的創新性設計務必要保證達到良好的理論力學，并不是單純的想象。

二、創新設計在機械結構設計中的應用

（一）材料變元

材料是機械結構零件設計的最基礎部分，因此在設計過程中必須要對材料進行合理確定。不同材料的性能不同，適應的各種工作環境也不同，所以在設計優化的過程中必須充分考慮到實際情況。在材料變元中強調要充分發揮使用材料的自身特性與優點，要切實保證結構的質量。比如在考慮使用鋼材作為主要材料時要充分發揮鋼材的強度和硬度特點，為此在設計時就可以將截面的尺寸進行一定范圍內的調整，找到一個能最大發揮鋼材效果的參數。對于鑄鐵而言，其強度和硬度較差，為了讓其在設計中能夠發揮出自身的優勢就需要將強筋和隔板加入到起中，要在保證原有材料發揮優勢的同時最大程度的保證質量。在材料變元時還需要考慮到材料的使用壽命，機械結構的不同位置的使用壽命需求不相同，有些易損壞位置需要經常更換而核心位置則需要保證其長期穩定，這就要求要對不同位置的材料使用情況進行合理優化。

（二）機械結構設計中的位置變元

位置變元，其實質就是在開展機械結構設計工作的時候，借助最前沿的專業技術，對所有的零部件的位置加以綜合的分析，最終確定每個部件的具體位置，這樣才能更好的保證達到前期制定的效果。諸如，在實施機械設備部件安裝操作的時候，要對整個設備的運行情況加以分析，最終找到最佳的部件安設位置，還需要盡可能的將部件的位置設置在中間位置，利用這種安裝形式可以更好的規避機械設備零部件發生型變的情況，并且提升部件的穩固性，這也充分的說明了合理的實施位置變元，不但可以提升設備空間的利用效率，并且能夠有效的保證設備穩定的運行。

（三）結構便捷化設計

①加工結構構型。設計機械零件時需要節省時間，保證裝卡、測量以及加工效率高，成本要加以控制。加工面的外形要簡單實用，便于裝卡實用及刀具拆卸，防止出現斜面鉆孔的情況。由于復雜零件需要經歷的工序多，對技術的要求較高，所以成本也會隨之增加。為節省成本和加工時間，可以采用零件組合的方法達到同樣的使用效果。②簡化結構。簡化零件結構是機械設計的目標，能達到同樣使用要求的簡化結構，能更方便拆卸和維修，在提高工作效率的同時，還能節省檢修時間，避免運行期間出現故障影響經濟效益。以塑料結構為例，其特點為強度小、柔性大，若利用螺紋使零件之間聯結工作很可能在外力的作用下出現斷裂，而且裝卸和加工階段都較為煩瑣，因此在結構設計中應利用塑料的優勢，使用搭鉤凹槽連接，能確保裝配和拆卸過程更為簡便、省時、省力。

（四）數量變元

在機械結構設計過程中，經常存在很多需要進行細微調整的元素，而最為簡單的變元方法就是通過改變設計結構中基礎元素的數量來實現對機械結構的合理調整。這種創新方式非常普遍。例如，在對鑄件結構進行設計的過程中，為了可以有效防止螺栓脫落，就使用彈簧墊圈與螺釘2種類型的元件。從物理學原理的角度來說，通過這種方式能夠改變設計結構中存在的元素數量，設計出集多功能于一體的零件，不但可以優化整體的機械結構，而且可以簡化機械結構的安裝步驟。

（五）形狀設計

形狀設計也是變元法常用的一個手段，通過對機械結構一些零件表面結構或是整體結構的改變，就能讓零件的規格變換，達到優化機械性能的目的。比如，彈簧是機械結構中常見的組成部分，它主要靠自身的彈力來對零件起到壓緊的作用，然而在實際生產中發現同種規格的彈簧往往不能對多種形狀的零件同時起到有效的壓緊效果，這時通過改變彈簧接觸端的形狀或是改變零件與彈簧接觸端的形狀就能讓彈簧發揮其壓緊作用，可以根據機械結構的需求將零件接觸面設計為平面或者球面等。

（六）連接變元

機械結構中的鏈接包括兩個方面，其一是指連接方法，通常包括了螺紋、焊接、鉚接、膠接聯接和盈聯接。其二則是不同連接方法中的聯接結構，這就表明可以通過調整聯接結構，實現多種類的結構類型。這類設計在生活中極為常見，這在生活中也很容易找到原型。例如：為了拆機方便，移動手機的外殼通常設計成可以快速拆裝的連接結構，滿足人們更換相關配件的需求。

結語

機械結構設計的發展都離不開創新，將創新設計理念引入并實踐應用在機械結構設計中，是實現機械化發展，提高機械制造能力的重要方式。械結構創新設計不僅有以經驗為基礎的試驗創新，也有宏觀方法論的理論體系創新，無論哪一種，都是機械領域重要的創新設計方法，在面對實際結構問題時，經驗與方法論兩類創新思路既是相互彌補，也是相互檢測，只有兩者有機的結合，才是不斷提高機械創新設計的最佳方案。當然，隨著技術不斷發展，還會有更加巧妙的創新思路出現，這要依賴于科研工作者的不懈奮斗和努力，相信創新設計將是永恒的話題。