摘要：机械结构设计的合理与否，对于机械设备的整体使用效果有着极为重要影响。但是当前机械结构设计任然存在有一些问题，应当进行适当的创新设计，以满足设计应用发展的需要。本文对机械结构设计中的创新设计进行了研究分析。
关键词：机械结构设计；问题；创新设计
引言：创新是发展的不竭动力，而机械结构设计是一项非常有创造性的工作。在日常的机械结构设计实践工作进行中，需要努力创新机械结构的功能，完善和扩大应用范围与用途，以达到设计优化最大值，从而为促进行业发展。
一、新时期机械结构设计中创新的必要性分析
时代的发展与科学技术的进步对机械结构设计的思想与理念提出了新的要求。新时期，如何使机械结构设计满足社会发展与人们日常的工作与生活的需求成为必须迫切思考的问题。解决这一问题的有效途径就是机械结构设计过程中融入创新精神与创新理念。创新并不是凭空创造，而是在现有理论与实践的基础上进行有效的发展。对于机械机构设计来说，设计者就是要思考如何利用已经存在的现代机械设计理念，将其与创新思维相结合，从而实现不同构件、模块的优化组合，以便制造出能够满足人们需求的机械结构部件。新时期机械结构设计创新就是要求设计者能够从机械结构设计的内在规律入手，不断实践。
二、当前机械结构设计中出现的典型问题
（1）较长零部件考虑温度变化的设计问题
较长零部件或者机械结构在温度变化较大时，会产生较大的长度变化，导致拉杆、模板、机架等使用一段时间后产生变形，设备精度、模具使用寿命下降，甚至整机的使用寿命也缩短。这类零件在设计时应考虑温度变化产生的自由伸缩空间，如可以采用能够自由移动的支座、自由胀缩的管道结构等。
（2）带传动、平键传动的结构设计问题
带传动结构设计时，由于紧边下垂较小，而松边下垂较大，应使紧边在下，松边在上使包角加大。但是带传动存在着传动效率不高、打滑、传动位置不准确等这些问题，严重限制了带传动的应用，特别是在要求精密传动的机械设备上。平键传动设计简单、可靠。但在大扭矩、冲击、高频使用等使用工况时，很容易出现变形、粘结等失效现象，需要更换新零部件时，存在拆卸困难、安全风险。
三、机械产品结构设计的相关要点
3.1优化方案
机械产品结构设计具有一个重要的目的，即优化方案。在一般情况下，结构设计主要是在大量的设计方案中找到具有可行性的最优方案。首先，设计人员应该创造出众多可供选择的方案；然后再对挑选出的方案进行一定的结构优化，在材料、衔接方式以及外观等各方面挖掘方案的优化潜力；最后，再使用变元法对结构设计赋予一定的内涵，对变元法的使用应该在明确产品主要结构的基础上拓展出多种的其他结构，从而实现对结构的变元。不断的变元与比较，能够有利于设计人员选择出最优的设计方案，从而设计出更具有市场与性价比的产品，为企业创造更大的经济效益。
3.2设计创新
在一般情况下，机械产品的结构设计主要包括功能与质量两大内容，对于产品功能，结构设计体现在材料、技术以及使用可靠性等方面，而质量设计，则应该在满足各大要求与标准的前提下，提升产品的性价比，为其市场的拓展奠定基础，这是现代设计的特点。设计创新是在满足以上要求的基础上，通过一定的结构设计，创造产品在安全、环保以及价格方面的优势，例如利用变元设计，能够构造出更佳的结构空间，节省材料，提升产品性能与内涵，这都将成为机械产品结构设计的竞争优势。
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四、结构创新设计中变元法的应用
机械产品结构的创新设计方式已经成为机械制造企业的竞争力之一。在产品中应用机械制造的优化设计和创新设计方法，可有效的提高机械技术产品的竞争力。而使用最多的就是变元法，这种方法既科学又便利，在设计的过程中，可以通过变元法将可变的元素梳理的更加逻辑化，大大提高了机械创新的步伐。
4.1机械结构设计时进行位置变元
所谓的位置变元主要就是通过调整每个元件的空间位置来对机械结构的内部进行调整和改变，以达到优化的作用。如在进行注塑机机架结构设计的时候，我们需要焊接一些零配件和支柱，就可以将焊接的位置尽量按中心线两侧对称分布，这样能够防止机架的射台、锁模的安装表面产生不平甚至扭曲，也可以有效的减少机架在后续使用中的变形。在进行机械结构设计的过程中，优化了零配件的位置之后，其结构内部空间变得更多了，这样能够移出一部分空间放置和安装其他的零配件，有效的提升了空间的使用率，有助于机械结构设计性能的优化。
4.2机械结构设计时进行尺寸变元
机械结构设计创新时还应该保证机械结构产品的外观、外形尺寸以及安装等属性与要求。所以说，设计者必须保证机械结构设计时的尺寸变元，不断找到最佳的零件应用尺寸，实现零件应用方案的优化。除了要注重零件的性能外，还应该对零件的外形、尺寸进行一定的变化或者修正，保证机械结构运转的正常。在平时对机械结构设计时，应该尽量缩小零件的尺寸并且将机械结构设计模块化，以便内部零件的不断协调运行。这样可以直接缩小机械结构的外形。
4.3机械结构设计时进行形状变元
机械产品的形状变元，是指我们可以从结构的形状上去考虑对整体形状和主要轮廓、设计表面和所用零件等类型和规格进行尝试改变，从而得到不同的结构创新方案，实现改变机械整体结构的目的。此种元素的创新是在机械设计中，将机械工作原理变成技术图纸的主要过程环节。同时为确保结构方案设计正确可靠，形状变元创新设计还须遵循8大准则，包括防腐蚀、支承、公差配合、应力学、工艺等。比如，注塑行业的注塑机，为提高扭动传动能力，减少传动故障率，对原来的平键传动进行形状变元的创新设计。平键传动依靠单个或双面承受剪切力来传递扭力，传动能力有限。如果改为花键传动，接触面数由单个变化多个，作用面上的压强大大减少，由于强度失效导致的传动故障率大为降低。
4.4机械结构设计时分析工艺变元
零配件的工艺技术选取不同也可能会对零配件产生不同的影响，进而对机械结构设计的整体结构产生影响。因此，在进行机械机构设计的过程中需要在设计施工之前对每个产品的工艺进行把关，要结合原来的设计图纸内容进行合理的工艺选取，在进行零配件的工艺制作时做好零配件的设计与开发工作，在设计过程中一旦发现问题要及时的进行调整，以便更好的开展相关的设计工作，避免由于工艺技术手段选取的不合理引起零配件的不合格。比如，注塑机油制板一般采用钢锻件制作，余量多，机加工效率低，刀具寿命短，制品质量差，成本高。如果由锻件改为连铸件，切割下料，机加工效率、合格率会大幅提升，刀具使用寿命延长，材料与制造加工成本大幅下降。
五、结束语
机械创新结构设计对机械生产有重要的作用，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良好的创新意识、较深厚的专业技术知识基础，对机械加工工艺也有要较广泛的了解与认识。以变元法为代表的优化创新设计方法在机械结构设计中能起到关键的作用，同时也为设计者在创新时带来了便捷。
参考文献：
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[2]马钰汶.基于新形势背景下机械结构设计创新模式研究[J].科技与创新，2017（9）：39-39；
[3]佚名.机械结构设计中的创新设计应用研究[J].科技经济导刊，2018，26（24）：42-43。
论文作者:周彦平
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/11
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