機械結構設計中的創新與優化探究

許曉琳

（遼寧裝備制造職業技術學院，遼寧沈陽 110000）

0 引言

機械結構設計對機械產品的實用性及可靠性有著較大的影響作用，也體現著我國機械制造水平的高低，在機械制造業的發展中占有重要地位。進行機械結構設計時，需要充分考慮到機械構件的尺寸、形狀或位置及材料等各方面因素，而創新設計能夠實現對傳統機械結構設計的優化，使機械結構設計的整體水平得到提高，進而促進機械制造業的可持續發展。通過深入分析創新設計在機械結構設計中的運用，有利于發揮創新設計的運用價值，為機械結構設計業的發展提供有利支持。

1 機械結構設計的基本要求

1.1 用戶至上的設計理念

機械設計或產品設計都是基于用戶的需求而建立起來的，充分了解市場及用戶使用需求，盡量優化產品的使用性能，才能順應市場、獲得更高的經濟價值。所以，機械設計的前提，要有實際的使用需求數據作為基礎，不脫離使用價值的設計才具有實際意義。

1.2 質量控制

機械產品質量的好壞，直接影響其使用價值的發揮。在機械制造過程，需要充分考慮到產品的最終質量，保證機械產品的強度、剛度、及穩定性達到標準要求，并深入分析產品質量的影響因素，通過對這些影響因素進行把控，使機械產品質量得到有效的保障，有效提升產品的性價比。同時，還要考慮到機械產品使用的便捷性，節能環保性、使用安全性等各方面的內容，整個過程不能僅僅以材料及工藝決定產品質量，而是要充分考慮到各個方面[1]。產品的過程控制，是提高產品合格率的有效途徑，也就是在機械產品設計及加工過程中，進行動態控制，發現問題及時處理或修復，并且將發現的問題及時反饋到設計過程中，會極大優化產品設計，降低經濟損失。

1.3 功能設計

在滿足機械產品功能需求的基礎上，需要對產品的原材料進行加工，使其能夠形成新的成品。在機械制造過程，其功能設計不僅要充分滿足使用者的實際需求，也要充分體現出創新性。設計出的機械產品要滿足工作原則，確保機械運行的穩定性，符合裝配性能及材料的力學性等各因素的要求。

1.4 優化及創新設計

在我國經濟的快速發展背景下，機械制造業的競爭越來越激烈，產品質量及使用性能已經成為企業存亡的關鍵。機械結構的創新就成為了提高企業競爭力的重要手段。在進行機械結構設計時，引入創造性思維及先進的科學技術，有利于提高產品的市場價值。同時，對機械結構進行優化設計，需要具備一定的優化空間及可能性方案，其中包括對機械產品的尺寸、形狀或位置、表面粗糙度、制造工藝等各方面的優化及創新。

1.5 智能化的設計

在當前的技術環境下，智能化在機械設計中的應用不斷深入，就設計過程而言，智能化的設計其具有以下方面的優勢：第一，實現了另加裝備環境的有效模擬，對零件形狀、大小及位置的把控具有重大影響，其確保了機械零件設計的高效進行。第二，在智能化技術平臺支撐下，不同零件的裝配路徑得以有效演示，其在避免不匹配現象發生的同時，實現了零件裝配的直觀把控。第三，就智能化應用過程來看，其尚處于發展成熟階段，使得機械設計工期得以有效縮短，其保證了機械效率的有效提升。第四，與傳統設計方式相比，虛擬設計、有限元分析等技術的應用使得機械產品的設計質量得以有效提升。

2 創新設計在機械結構設計中的運用

2.1 根據使用場合，優化設計

以某屆創新創業大賽的一等獎作品為例，創作的目的是想設計一套行走式組合機構的教學模型，設計的思路，要根據使用場合，適合設計一套結構簡單，方便攜帶，可行走、可遠程遙控的裝置，該作品利用曲柄搖桿機構，曲軸連桿，雙搖桿的相互作用，實現作品的仿生功能，雖然結構簡單，但卻方便攜帶，符合用戶的使用要求，所以具有較高的使用價值，由此可以看出了解市場、了解用戶的使用需求，才能獲得更高的設計價值。

2.2 對材料進行優化創新

在機械結構設計過程采用的原材料種類通常有很多，不同類型的原材料有著不同的使用價值及作用。所以，在機械結構設計過程，需要按照設計要求，以不同的方式對原材料進行合理選擇，并在此基礎上，對原材料進行加工處理，將其運用到機械結構設計中，從根本上保證機械零件的質量[2]。將材料優化創新運用到機械結構設計中，就是在不改變結果的情況下，對機械結構設計中的各種變量進行改變，以此實現對產品性能的優化，進而制造出更有品質的機械產品。

2.3 對數量進行優化創新

以最少的成本獲取最大的經濟利益是企業的生存之本，機械零件使用的數量直接影響著產品的價值及作用，這就需要對機械零件的數量進行合理選用，并做出一定優化。首先，要制定零件測評方案，對機械零件的精確度、節能性、安全性及使用頻率進行綜合測評。其次，需要依據綜合測評的指數對機械零件進行篩選，整個過程要遵循優勝劣汰的原則，并針對產品零件組成數量進行調整，不斷優化產品的結構，使產品更具有性價比。

2.4 安裝位置優化創新

機械零件是構成機械產品的基礎單位，而零件的排列位置及方式對產品質量有一定的影響作用。在設計過程，設計人員要滿足某些零件的高貼合要求，利用位置的改變對機械零件之間的距離進行控制，對機械零件的位置進行調整，進而實現提高產品質量的作用[3]。

2.5 外型優化創新

產品的外形，是留給消費者和使用者的第一印象，通過對機械結構的外型進行改變，在某種程度上也改變了產品的總體性能。在設計過程，既要確保產品的外型美觀性，也要進行產品外型的創新設計，對產品零件的形狀及尺寸進行調整，使產品的精確度得到提升，使產品的總體性能得到優化。

2.6 制造工藝優化創新

在保證制造工藝的質量的前提下，可以對原有工藝流程進行創新改進，以提高運行效率，降低生產成本。由于不同企業的設備生產能力、工人熟練程度等因素都大不相同，所以同一種產品，不同企業生產，工藝也會有所不同，需要按照各零件的精確度、基本性能及安全標準進行綜合分析，制定科學的結構方案。根據制造工藝的相關準則，保證機械零件的美觀性及精確性，使機械產品的整體質量及品質得到保障。

2.7 設計手段優化創新

智能化的設計手段，對于縮短產品設計周期，提升產品設計質量起著極其重要的作用，以機械設計中的標準件為例，標準件的結構、尺寸、畫法、標記等各個方面已經實現了標準化，如連接件、滾動軸承、及一些傳動件、密封件等都已經實現了標準化，這些零件的設計圖紙如果手工繪制是比較麻煩的，繪制周期比較長，而且繪制質量比較差，而智能化設計手段的誕生，解決了這些復雜標準件的繪制問題及設計過程中重復繪制圖形的麻煩，提高了產品的設計質量。

2.8 綠色化的優化創新

任何形式的優化創新，都應該遵循“綠色化”的設計主題。綠色化是當前社會發展的重要趨勢；在機械設計領域內，設計的綠色化發展是其行業建設的內在要求。具體而言，機械設計人員應實現材料、位置、數量等設計方案的合理規劃，從而在節約基礎資源的同時，實現機械零件設計的節能環保化發展，確保機械設計工程意義與生態意義的全面協調，從而推動社會及經濟的可持續發展。

3 結語

綜上所述，機械結構的創新設計、機械設計的智能化能夠有效提升機械設計水平，優化產品設計性能。通過明確用戶至上的設計理念進而對零件的材料、數量、形狀或位置及制造工藝等因素的改變，能夠解決傳統結構設計中的弊端，使機械結構設計能夠適應社會發展的需求，為機械制造業的發展提供有利支持。對于機械結構設計來說，其創新設計方法的研究道路還很長，相關從業人員要加強對創新設計在機械結構設計中的運用研究，使其更加科學、有效。