機械結構設計中的創新設計應用研究

張家寧

摘 要：機械產品設計可以幫助產品進行功能創新與多樣的提高，從而滿足人們的實際使用需求。所以，設計人員在進行機械結構設計時需要時刻創新，確保機械結構除了高精準的特色之外，還有足夠的創新性，進而才能在機械設備市場中站穩腳跟。機械產品的生產過程中結構的設計十分重要，結構設計的好壞決定了機械設備的性能，因此，設計時需要在材料、尺寸與多方面因素的基礎上，進行設計質量的保障。

關鍵詞：機械結構;創新設計;應用

1 機械結構創新設計概述與重要性

機械結構決定了機械性能的質量，機械結構的創新可以在原理、形狀與性能等方面進行研究，在進行機械結構創新時不能對機械的實用性產生影響。傳統的機械的使用模式已經十分固定，而創新設計則可以將這種固定打破，進行結構轉型的大膽嘗試。在進行機械結構創新設計時，設計人員應當在傳統設計的技術上進行經驗的總結，然后再進行創新型的改變，保證創新后的機械機構還是可以正常使用的。因此，需要設計人員進行創新意識的提高，摒棄傳統設計理念，使用新工藝、新材料、新技術等方式進行機械結構的創新，從而進行機械制造領域生命力的提高，完善機械設備的穩定性與安全性。

2 機械結構創新設計方式

2.1 材料變元法

機械產品中的每個不同零件的原材料也是不同的。形狀一致、材料卻不同的零件在相同的機械結構中的作用也是不一樣的，現在已經在機械創新設計構成中大量使用材料變元法。材料變元十分科學，可以將各個模塊進行優化，再進行合理的組合，最終成為全新的產品。

2.2 數量變元法

每個機械產品設備都是整體的機械系統，設備的作用與零件都各不相同。在進行計算與設計時，研究人員需要針對各個不同的結構尺寸進行仔細的研究，最后再選擇最適合的組合排列方法。

有些設備中的零件較多，研究人員需要耐心的進行數據的盤查，也可以在保障產品性能與設計的前提下，尋找功能一致的零件進行替換。

2.3 位置變元法

零件的位置若發生變化，那么同樣數量與零件的機械產品也會發生功能與特性的改變，因此，設計人員需要進行機械結構設計過程中尺寸變元的保證，尋找最合適的零件尺寸，從而優化零件應用方案。

3 機械結構創新設計的應用

3.1 結構變異化設計

（1）功能面。利用零件間的關系與位置進行功能作用的發揮。零件的表面控制了零件的形狀，為了確保其作用的有效發揮，零件中的功能面會偏多。機械的實際運行過程中，零件的表面、零件與加工物體之間會頻繁的進行接觸摩擦，而這些接觸摩擦的零件表面就屬于功能面。功能面會對機械性能產生本質的影響，利用變異化設計進行各種方案的呈現，從而帶來不同的效果。順序、尺寸、位置、數量與形狀等參數會對功能表面帶來影響，各個參數在變異的情況下都會產生不一樣的功能面效果。

（2）材料的種類。在加工工藝各不相同時，首先需要進行結構創新的確認，再進行材料的科學選擇，按照不同的材料進行工藝的明確，并在工藝確定結構的基礎上，進行創新性結構優勢的發揮。材料選擇時需要考慮其成本高低、質量好壞與性能強弱等情況。在設計機械結構時，首先要確認材料的性能，例如鑄鐵材料，其抗壓性能強，抗拉性能卻很弱，所以，在使用鑄鐵材料進行結構設計時，需要保持其抗壓狀態。

3.2 結構性能化設計

（1）提高剛、強度。機械在運轉的過程中，局部會產生受力偏大的情況，為了避免此情況的發生，可以在進行結構設計的時候，合理的分散荷載力，與此同時再將結構分擔里提高，在使用機械設備時，將支撐套加在集中受力的區域，也可以進行荷載的有效分擔。機械在傳動作業過程中，不做功的力無法將物體進行有效的轉移，因此，需要進行零件與其他荷載間平衡力的保持，從而保證整體的平衡，結構的承受力也得到了有效的提高。為了確保零件的剛度，除了進行材料的優選之外，還要進行應力集中的避免，減少結構承載出現問題的概率。

（2）提升工藝性。切削類的機床需要利用夾持面來進行裝卡的輔助工作，所以，需要確保夾持面剛度足夠，為了提高工作效率，還可以減少加工物裝卡的頻率。若可以同時進行多個產品的加工操作，就能有效的減少工作時間，提升切削效率。

（3）提高精度。在機械結構建筑的設計與制造過程中，會產生誤差，從而對機械帶來多少不等的影響。因此，需要從結構設計這個源頭進行因為結構變形、材料較差或溫度變化原因導致的誤差的減少，提高機械的精度。除此之外，還需要進行對誤差敏感度的提升，在減少創新結構誤差的同時，進行產品質量的保證。另外，機械內部構件中連接處過多，也會對產品的精度造成影響。

3.3 結構宜人化設計

（1）減少疲累感。大多工作人員會長時間使用同樣的姿勢進行機械設備的操作，所以，在設計機械結構時，要降低操作壓力，避免操作人員因為過分疲累而影響工作質量。在創新設計機械結構時，要注重機械外形的柔和性，滿足工作人員的需求，在進行長時間操作后也不會感覺十分疲累，保證設計的宜人化。

（2）確保操作性。工作人員在進行機械操作時，會因為位置、方向與力度的不同而產生不一樣的操作感。正常情況下，右手的力度更大，力度大小也會因為身體姿勢的區別而產生不同，工作人員在坐著的時候，腳部的力度是最大的，因此，當設備需要很大的力度才能操作時，操作人員可以使用腳力來取代手動。在進行結構設計時，需要注意手柄、手輪與杠桿宜人化的設計，在使用時確保不會產生移動的情況。在使用腳部發力時，需要有合適的座椅，踏板放在中間，還要安排靠背做后部力量的支撐。

4 結語

綜上所述，機械結構的創新是機械發展過程中的重要環節，其可以保證零件的有效組合與使用，進行機械質量與效率的提升，從而推動我國國民經濟的穩定發展。設計人員在進行結構設計時，需要將專業的理論知識與實踐經驗進行有效的結合，激發其強大的創新能力，從變異化、性能化、宜人化與便捷化等方面進行結構矛盾的解決，將機械設備的安全性與可靠性提升，從而推動機械設備的不斷發展與企業經濟效益的有效提高。

參考文獻：

[1]杜俊斌，張海強.機械結構設計中的創新設計應用研究[J].中國設備工程，2019（12）：210-211.

[2]戚文梁.機械結構設計中的創新設計應用研究[J].科技經濟導刊，2018（24）：36-37.

（沈陽工學院，遼寧 鞍山114031）