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摘要：机械结构设计的任务是在总体设计的基础上，根据所确定的原理方案，确定并绘出具体的结构图，以体现所要求的功能；是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件，具体内容为在确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表面状况的同时，还需考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问题。基于此，本文就从机械结构设计中的创新设计展开分析。
关键词：机械结构设计；创新设计；分析
1、当前机械结构设计的概述
1.1机械结构设计
机械结构设计是保证机械产品质量的根基。机械结构设计的内容主要包括机械产品材料的选择、机械产品的外形设计、机械产品的尺寸型号设计、机械零件的连接方式设计以及机械功能的设计等。随着社会和科技的飞速发展，机械结构设计的创新也迫在眉睫。创新是一个民族走向繁荣昌盛的必要条件，也是促进机械制造行业发展不可或缺的重要因素。机械结构创新应建立在科学理论和实践之上，利用科学技术对现有的机械结构设计进行合理优化，完善机械产品的各部分零件、结构，其中变元法创新设计的应用最为广泛。
1.2机械结构设计的关键因素
1.2.1保障机械产品的最优质量。质量是机械产品的重要价值体现，只有过硬的质量才可保证机械产品的长远发展。因此，设计者在进行机械结构设计时，首先要考虑机械产品的结构是否合理、硬度是否达标、精确度是否合格等；其次要在实现最大化经济效益的前提下，合理设计机械产品的造型、环保节能性能、操作简便性等，以便保障产品质量的优质性。
1.2.2保障机械产品的创新和优化。机械结构设计的创新和优化可通过产品的独特性能、外型的新颖性、操作的便捷度等方面表现，其创新性决定了产品的畅销度和竞争力，是机械结构设计的核心内容。
2、机械结构设计的基本要求
2.1功能设计
机械产品需要满足主要机械功能需求，进而满足人们的应用需求。在功能方面不仅需要展示出创新性，设计产品还要符合相关的机械工作原理，满足机械产品稳定性、工艺力学、材料力学以及装配性能等相关因素的要求。
2.2质量设计
需要考虑到构成机械产品质量体系的相关因素，包括产品精度、产品刚度、产品结构力学的要求等等，进而通过控制相关因素提升机械产品的质量特性以及性价比。此外还需要考虑到机械产品的其他特性，如操作便捷性、产品外观、安全特性、节能环保等等。产品的质量不仅需要在机械加工工艺以及材料方面进行控制，在机械设计阶段也应该考虑。
2.3优化设计与创新设计
机械产品结构创新设计的方式为利用结构设计变元等方式系统度构造优化设计空间，在产品中引入创造性思维或者其他学科的技术。优化设计和创新设计在机械产品结构设计中的应用，能够有效地提高机械技术产品开发的竞争力。结构优化设计的前提是要能构造出大量可供优选的可能性方案，即构造出大量的优化求解空间，这也是结构设计最具创造性的地方。目前，结构设计的优化与创新仅展现于数理模型运算方面。并未综合考虑到机械产品的本身特性，如产品的加工工艺、材料、连接方式、尺寸形状等等，而且对于机械结构变元法设计也应该建立在这些因素的基础上。
3、机械结构设计中的创新设计
3.1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。
3.2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。
3.3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。
3.4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。
3.5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。
3.6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。
3.7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。
结束语：
总之，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专业技能和认知，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。
参考文献：
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