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摘要：機械通常來講，泛指一切能幫人降低工作難度或省力的工具裝置。現代生活中，大到衛星發射的發射臺、大廈修建的各類機器，小到人們的日常生活中的鐘表、自行車都離不開機械的幫助。隨著人們生產發展和生活水平的提高，人們對生產及生活中的機械，有了更高品質的要求，因此，把創新設計元素融入機械結構設計中，已成為提高機械的質量和性能，推動相關產業發展，滿足人類生產生活需求的必然要求。本文將針對機械結構設計的創新研究，淺談如何進行創新設計，怎樣高效的進行創新設計的實施。

關鍵詞：創新設計；機械結構設計；應用

創新設計是推動科技進步的必要途徑，是實現產業發展的重要手段。在商業競爭中，創新設計能促進產品的優化升級，擴大利潤空間；在生產中，創新設計能打破現有的生產力桎梏，推動社會發展進步。機械結構設計中的創新設計，不僅能順應市場多元化發展，滿足人們日常生活中的“功能外需求”，還能提升現有的機械水平，實現設計最優化，對社會發展具有重大意義。下文將從變元法入手，分析創新設計在機械結構設計的運用。

一、變元法的基本內容和優勢

變元法是目前機械結構創新設計中最常用的辦法。簡單來講，變元法是在基于對機械結構的充分認識和了解，在保證其他結構不變的前提下，分別對其材料、數量、工藝、形狀、連接、尺寸以及位置等關鍵點進行調整測試，進而優化出新的設計方案。通過變元法，可以將原結構設計中的不足和缺陷剔除，尋找更優的材料、尺寸、工藝的解決方案，使機械設計整體優化。

二、變元法的具體應用解析

（一）材料變元。機械設計和制造過程中，可以利用的材料很多，每一種材料的作用、性能、加工方式及加工后的性能都各不相同，利用變元法進行材料變元，就是為了尋找最符合機械設計要求的材料，將材料性能和機械本身的性能完全發揮出來，達到最優的設計效果。例如在配電機械中，閥門部分除了應考慮其絕緣屬性外，還應考慮閥門推拉時的靈活性，因此，瓷器和橡膠制品雖然都具有絕緣屬性，但在實配件應用中，瓷制器元件比塑膠元件更符合機械應用。（二）數量變元。產品結構中存在的基本元素包括加工面、工作面、輪廓面、輪廓線及零件本身。[1]數量變元就是從這些基本元素入手，通過對其調整，達到改變機械結構的目的。這在生活中極為常見。例如：在螺紋連接結構中，通常需要彈簧墊圈和螺釘兩個元件同時安裝使用，這樣在實際操作中，太過繁雜。若采用數量變元的方法，將螺釘、墊圈和彈簧墊圈設計成三功能合一的帶有防松措施的防松螺釘，提前將其組裝備好，既減少零件數量又方便產品施工時的裝配。（三）工藝變元不同的制造工藝，對機械元件的性能也有影響，不同性能的機械元件會影響到整個產品的結構和質量。因此在機械結構設計中，要充分考慮到機械整體性能和特點，分析和研究零件的結構工藝、加工工藝是否合理，一旦發現問題，應及時予以糾正。（四）形狀變元。形狀變元就是將元器件進行形狀調整之后得到機械結構設計中所需要的形狀。在機械結構設計中將零部件進行形狀變元是為了更好的達到機械設計的目的。[2]例如：在設計石化設備時，考慮到石油的腐蝕性，為了盡量減少器元件的接觸面積，相關元器件應遵循面積最小的原則，盡量設計成球體結構或者圓柱體結構。（五）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。（六）尺寸變元。尺寸變元簡單來說就是通過改變器元件的尺寸，使該元件達到能滿足機器的安裝使用的最優效果。要做到這一點，通常要考慮元件的長短、距離及角度等方面的因素。例如：在冷沖壓彎曲工藝中，考慮到材料產生的彈性變形，對彎曲件的彎曲度要求比較嚴格，在彎曲件在成型后，則需再次進行工序修復，以滿足對彎曲度的要求。[3]（七）位置變元一個機械往往有很多種不同的器元件組成，器元件有于其各自的聯系不同、作用不同，其最優位置也各有不同。對機械設計進行位置變元，通俗來講就是通過對元件的空間位置進行調動、測試，以確定其最優位置，最終達到整體優化的目的。例如在焊接元器件的時候應該把焊接的位置固定在對稱抽的位置，這樣就可以有效防止器元件發生變形扭曲，增加部件群的整體協調性、美觀性，同時能有效的利用空間，置放其它元件，實現有限空間的高效利用。

不論是過去、現在、還是未來，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。機械制造發展對實現我國的“強國夢”具有極大的現實意義，不僅是換元法的創新應用，在我國機械制造發展的過程中，我們應將創新意識進行到底，不斷將新科技、新材料、新理論創新應用到機械結構設計和制造中來，貫徹創新意識的實踐應用。

參考文獻：

[1]李永超，孫振興.機械結構設計中的創新設計及應用方法探究[J].科技經濟導刊，2018，26（06）：36.

[2]賈雷雷，劉文俊，李中林.結構仿生學在工程機械結構設計中的應用研究[J].信息記錄材料，2017，18（07）：36-37.

[3]萬勝，王誼平，蔣伍.淺析機械結構設計中的創新設計[J].科技風，2015（03）：110.

作者:吳夏宣 單位:西安市鐵一中學