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摘要：我国科技领域的创新发展及长足进步，带动机械结构领域同样收获到了喜人的研究成果，并得到了各行业的聚焦关注。基于此，为进一步助推我国工业生产效益的稳步增收，机械结构的创新、科学设计成为了有效法宝。可在强化我国综合国力方面发挥众多积极性作用。对此，投身于机械领域的企业应主动顺应社会发展浪潮，推出创新型机械设计结构，充分满足社会运转、国家发展对机械结构提出的现实性创新要求。本文将立足变元法的实践应用，浅析机械结构的创新设计，以供参阅。
关键词：机械结构设计；创新设计；变元法
机械结构设计的首要任务简化来讲就是立足于总体设计，依托其确定的可行原理方案，绘制出与之契合的细化性结构示意图，以体现预想要求的各类功能；也是将抽象复杂的概念原理向零部件、构件的具化转变。其详细内容可概括为：将结构件的规格大小、尺寸公差、外观形状、材料质地、表层情况、热处理等多项内容的正面确定，以及对加工工艺、刚度强度、精细程度与各类零件间的关系充分考虑等。当前，我国机械结构沿用的设计思路较为单一。而变元法作为前沿性机械设计手段，可运用其对结构设计实现多元创新，增强机械整体设计效果，使其可契合机械使用规程。
1.变元法
“变元法”作为创新性机械结构设计工作中的实效手段，兴起于德国，是一项具备浓厚创新精神的实用性设计方法。在变元法正式应用前，设计师应深度分析机械设备的整体结构框架，保证结构设计的最佳效果。
为深刻诠释机械结构的设计意义，应对其材料、位置、形状、工艺等关键点渗透创新理念，解决以往设计中的部分不足、弊端。推出全新型机械设计方案，多方位展现出变元法的优势效用。
1.1材料变元
机械设计的备选材料较为多元，各材料间的差异性可对应适用于不同的加工技术、外观结构、零件规格。通过材料的科学变元能够收获到诸多创新性结构方案。例如，在钢材料为主的机械结构创新设计中，设计师可采取加大零件剖面的创新设计手段，大幅提高结构整体刚度、强度；再如铸铁设计中，可针对性加强“筋”、“隔板”，同样可提升其完整性。
1.2数量变元
产品结构主要包含“加工面”及“作业面”、“轮廓线”及“轮廓面”、零件主体这些基本元素，可对这类基本元素施以数量方面的调整，继而达到创新变更机械结构这一目标。例如在结构为螺纹的创新连接中，为避免螺栓脱落，可一同安装螺钉与规格对应的弹簧垫圈；而在拉铆螺母、螺丝、垫片的组合安装中，若结构强度达标，运用具备自攻自钻功能的螺丝，可对应减少零件的需求数量，并在结构安装方面实现工艺优化。
1.3位置变元
对产品结构各元素进行位置的创新改变，同样可得到机械整体结构优化的设计效果。例如在焊接零件工作中，可将其中性轴作为焊缝对标参考，或选择较为接近的中性轴最佳位置。进而降低零件自体收缩力矩，防止其变形、弯曲等不良情况发生。而在有限性箱体空间内部开展零件装配作业时，将其放置于不同位置也可决定装配工作的操作性。
1.4尺寸变元
对于尺寸变元，其内容有长度、角度、距离等多方面。且将零件、构件各尺寸采取变化改良，也可起到创新转变机械结构的作用。以“冷冲压弯曲”工艺举例。因材料自身携带的变形弹性特征，当弯曲件需严格遵循某一角度时，则可在其彻底成型后，对其开展创新性整形工序完成工件修复作业。
1.5形状变元
对机械零件的整体表层、外观造型、架构轮廓以及零件的类型、规格等方面加以创新调整，也可达到机械结构变换的设计目标。如在利用弹簧自体压紧力对某零件执行压实作业过程中，为使其位置可长时间固定、保持。在创新设计时，可选用压簧、板簧、拉簧等弹簧类零件。并将待接受压紧工作的零件外观形状设计为圆柱面、螺旋面、平面等，对这些因素实施多样恰当性搭配组合即可获得大量方案。但需重点注意的是，压簧压缩的具体距离应把控在一定标准范围内，不宜过大，否则将造成弹簧失稳问题产生。而当压簧压缩间距必须设置为较大时，应对其配套加设导向结构。而压簧未出现失稳现象，且客观性空间约束影响不大时。可单独对其使用，同样也可打配合绳索、摇杆等构件使用[1]。
2.机械结构创新设计的关键节点
针对机械结构而言，其防腐性能的切实发挥将至关重要。因此，设计师应在构件材料、零件挑选时周全考量。另外，为增强机械结构防腐性。设计师还需对其提供与之契合的空间条件，并保证环境的干燥程度。预防淤积介质的大规模形成，减少机械设备遭遇腐蚀侵害的消极隐患。
而机械结构件间隙的腐蚀问题在传统结构设计中，往往存在一些间隙“盲区”。这些盲区的常规性特点为视野、“手”并不能直观触及，且这类部位较易积累、沉淀多样物质。久而久之可对机械结构引起损害，甚至可腐蚀设备，从而降低设备正常年限寿命。具体可表现在焊接点、铆接结构等。对此，在创新设计指导下，设计师应侧重规避结构间隙的留存，在结构源头处保障机械构件质量。而当以上问题无法针对性避免时，设计师则可通过合规增加其密封间隙的措施办法对问题加以处理。而当这种方法不能契合设计标准时，设计师可采取正当扩大间隙的创新性设计策略，确保机械结构总体设计效果。
除此之外，设计师在机械结构创新设计中，应秉持“最小面积”原则。将结构表面积实现最大化减小，例如可优先选择球体、圆柱体等结构[2]。
3.机械结构方案的创新优化设计
为保证可完成“优中选优”任务，在深度分析大量机械机构设计方案的基础上，可采用综合评判方法，突出评价的现实意义。而重点评价的元素应强调以下几点：一是社会效益。判断创新型设计方法可行性，考量其是否可滋生出安全事故；二是经济利益。预判设计方案实具体实施中所需的人员、材料成本造价等；三是可操作性。预估设计计划落实中的具化便利性；四是安全性。评价根据设计规划制作出的机械构件正式投入使用后的稳定性，后续维修率等。此外，设计师在剖析机械机构工作中，可对设计中的重点零件、构件搭建出立体化模型。并将模型呈现出的细化性表现设定为改进设计的科学凭据，辅助机械设计的优化实效，提升机构设计的可行性。
强化国家综合发展实力应不断创新机械设备、生产工艺，摸索出匹配我国机械结构领域的创新发展路径。因此，相关设计者应积极执行机械结构的创新设计及实践制作工作，助推我国机械领域可早日实现新技术、新概念的创新研发[3]。
4.结语
综上所述，深层次分析、探究机械机构的现实性创新设计具有较高的重要意义。为切实收获到创新性机械结构设计，除了需设计者自身持有扎实、深厚的理论基础与专业知识外，还应逐步加强个体敏锐、高效的问题攻克水平以及创新能力。而变元法在机械设计中的正当使用可随即衍生出大量多元化结构，能够为设计者提供优化机械设计方案的科学条件。对此，在确定设备细化性功能与零件基础性作用发挥的前提下，将前沿性结构设计手段加以灵活、深度应用。并向设计注入创新性思维理念，保证各机械构件间的紧密整合、最佳搭配，以达到机械系统良性运转的合理需求。是当代机械工程结构设计的核心作业思路，也是推动机械设备快速更新、升级的重要工作形式。
参考文献：
[1]徐海威.浅谈自动化设备中有关机械结构设计的几点体会[J].中国设备工程，2020（20）：232-233.
[2]蒋良荭，刘濛，王逸鸣.创新设计在机械结构设计中的应用研究[J].兵工自动化，2019，38（07）：41-42+51.
[3]李芸.基于机械创新设计实训项目的开发[J].兰州石化职业技术学院学报，2020，20（03）：55-58.