創新設計在機械結構設計中的應用研究

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摘要：對于一個國家來說，創新是不竭的動力，是民族發展的基礎，只有具備創新的意識和思維，才能在具體的的實踐工作中提高我國的綜合國力。機械是一個國家富強的重要標志，對于機械結構設計來說需要具備很強的創造性。在機械結構設計中，需要時刻注重改革和創新，只有這樣才能達到最優化設計，才能獲得最符合規范的設計效果。

關鍵詞：機械結構設計；創新設計；應用

0.引言

當前，對于機械結構的創新設計已經得到了較為廣泛的關注，創新是為了對機械進行更好地利用，同時也是為了將其實際效能發揮出來。對于機械結構創新設計來說，一般其思維都較為統一，且以變元法為主，因為這種方法使用簡單，在創新設計中利用邏輯化的思維可以對可變元素進行系統化的梳理。對于機械結構設計來說，它是一項非常具有創造性的工作，在設計機械結構時需要時刻對其進行改進和創新，這樣才能讓設計達到最優化效果。在本文中，主要論述了變元法在機械結構創新設計中的應用，以期能得到更好的機械結構設計效果。

1.變元法

在機械創新設計中變元法的應用較為廣泛，該法是從德國引進的，它同時還被賦予了創新的精神，將變元法應用在機械結構設計中就是創新的重要標志。變元法系統化和邏輯化地梳理了設計中的一些可變元素，便于更加有效和可靠地進行設計創新。在應用變元法前，工作人員需要首先分析和研究好機械結構設計的基本框架，這樣才能確保最優化的機械結構設計。對于變元法來說，它對產品的設計定義具有極好的詮釋作用。論證過的變元法可以對關鍵點進行有效調整，便于改變原先設計中的弊端，以便提供更好的設計方案，將變元法自身的優勢發揮出來。

1.1材料變元和其數量

在機械設計中會涉及很多的原材料，這些材料種類繁多，同時每種材料的價值不一，功能也各不相同。如果從另一個角度來考慮，原材料的加工工藝差別性也較大，有效加工后才能符合某種需求，并成為理想地達到參數要求的材料。還有部分材料是不能加工的，需要對材料實施變元法才能達到要求。比如，設計剛性材料，要想達到設計要求一般會使用增大面積的方法，讓其成為理想中的感性材料。鐵性材料可以通過將隔板增強等措施來進行調整。這些例子都是通過變元法來實現的，也就是說變元法通過變量的形式將一種或是多種變量改變，但是并沒有改變結果，屬于全新的設計模式。加工面和工作面是機械結構原理的兩個重要基本元素，此外還包括產品本身和產品整體等。產品性能可以通過這幾種元素進行衡量，操作人員在實際的工作中需要調整好這些產品元素，這樣得到的產品原件才能達到理想效果。

1.2位置和工藝變元

所謂的位置變元指的是將元件位置改變，以此來優化設計。比如，在焊接部分元器件的過程中操作人員需要選擇好焊接位置，確保焊接位置靠近中心軸，避免元器件出現變形，或是有不規則扭曲現象出現。所謂的工藝變元指的是在機械結構設計過程中需要嚴格把好施工工藝關，同時結合好圖紙將最優的工藝產品設計出來，同時借助先進工藝技術的幫助，開發和設計元器件，一旦出現問題要及時對其進行調整。

1.3尺寸變元

所謂的尺寸變元指的是將元器件的形狀改變，以此來達到最優化，也就是將元器件的長寬高3個基本參數改變。比如，泠沖壓壓彎曲技術，因為材料是能進行彈性變化的，但是需要在泠沖壓之前先變形，同時還要考慮到和計算相關的參數，只有這樣才能使得材料在變元后充分發揮作用，如圖1所示。

2.機械結構創新設計的關鍵點分析

在機械結構設計中設計人員需要重點考慮好防腐性能，在選擇材料和零部件的過程中需要考慮到如圖2所示因素的影響作用，另外，還需要考慮到如下元素：設計防腐設備：機械設備需要給予其完善的空間，特別是需要確保其處于干燥的環境中，淤積介質千萬不能出現，這樣可以有效減少設備的腐蝕。結構間隙腐蝕：在設計結構過程中，一般都會出現結構盲區，這些盲區位于眼睛看不到或是手觸摸不到的地方。這些區域很容易沉淀物質，這些物質不僅能損害機械設備，同時還會對設備造成腐蝕，設備的使用年限會大大降低，主要體現在如下方面：焊接點、鉚接結構和容器襯板結構等。設計人員在設計這些部分時一定不要出現間隙結構，從而將結構質量提高。如果上述問題不能得到解決，就需要將密封間隙增加。如果上面的設計不能達到要求，可以將間隙進行合理擴大，使得設計質量得到保證。避免直接接觸金屬：在結構設計中盡量不要直接接觸金屬，這是因為金屬容易出現腐蝕現象，所以需要將不同的金屬隔離出來。不要出現高濃度梯度：從某種意義上講容易出現沉淀物或是冷凝物，這樣會導致局部勢差出現，從而使得設備的腐蝕速度增快。在機械結構的設計中，需要將最小面積規范體現出來，這樣才能將表面積最大限度地減少，通過分析實驗數據知，球體結構是最好的選擇，圓柱體是僅次于球體結構的選擇。

3.最優化結構設計方案

對于設計方案來說，它會直接影響到機械結構的實際使用效果，所以在設計方案的選擇中需要高度重視，或者是設計出多種方案進行相互的對比和篩選，將最佳方案選擇出來，在對設計方案進行合理分析之后，評價好設計方案，在評價過程中需要采用科學、合理的評價方法，一般使用較多的是模糊綜合評判法。在綜合評定時需要考慮到安全性、經濟指標、社會效益、維修性和可操作性等評價因素的影響。如果是考慮到社會效益的影響，需要考慮到設備是否會經常出現故障等；如果是經濟指標，需要從成本和人員兩方面來考慮；如果是可操作性，需要從施工工藝方面來考慮，主要是從施工技術是否成熟等方面來考慮。所以，綜合上面的因素考慮，在機械結構設計中，需要根據設備的特點對結果進行不斷的優化，這樣不僅能對機械設備進行調整，同時還能對設計結構進行改進。對于結構中的一些關鍵性的結構和零部件要建立起數學模型，這樣才能對其進一步進行優化設計。因為模型能將結構特征真實反映出來，為結構設計的改進和完善提供必要的參考依據，這樣才能綜合性優化。隨著我國當前經濟發展速度的增快，我國的綜合實力的重要衡量參數就是機械設備，所以需要對機械設備的結構設計進行不斷的創新，這樣才能不斷完善好施工技術。隨著我國當前科技創新的發展，機械結構設計也被不斷地進行優化，測控設備的方法也得到了不斷的優化和發展，設計人員的設計思路也需要與時俱進，不斷將自身的創新意識提高，同時不斷引進新的設計理念，使得機械設備結構設計得到不斷地完善和發展。

結語

在設備的使用和更新過程中機械結構設計起到了非常重要的作用，它在很大程度上促進了我國國民經濟的發展。對于機械設計來說找到適合的新方法來替代舊方法是當前需要解決的重點和難點，需要設計人員具有較強的實際操作技能和操作意識，同時不斷優化結構設計，將機械結構設計的思路和理念提高，只有這樣才能提高機械結構設計的質量，實現我國的強國之夢。

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作者:杜春艷 單位:恩比爾機械制造有限公司