浅谈机械结构方案的创新设计

机械结构设计指零件的结构形状及零件间的联接关系的设计。是机械设计的主要组成部分，是涉及问题最多、最具体、工作量最大的工作阶段。在这些具体化的过程中需要考虑材料的力学性能、零部件的功能、工作条件、加工工艺、装配、使用、成本、安全、环保等各种因素的影响。结构设计不是简单重复的操作性工作，而是创造性工作；丰富知识是从事结构设计工作的前提，巧妙构形组合是结构创造性设计的核心。

1．结构方案的变异设计

目的是寻求满足设计要求的独立的设计方案，以便对其进行参数优化设计。变异设计的基本方法是首先通过对结构设计方案的分析得出一般结构设计方案中所包含的技术要素的构成。然后再分析每一个技术要素的取值范围通过对这些技术要素在各自的取值范围内的充分组合就可以得到足够多的独立的结构设计方案。一般机械结构的技术要素包括零件的几何形状零件之间的联接和零件的材料及热处理方式。以下分别分析这几个技术要素的变异设计方法。

2．提高性能的结构创新设计方法

机械产品的性能不但与原理设计有关结构设计的质量也直接影响产品的性能，甚至影响产品功能的实现。下面分别分析为提高结构的强度、刚度、精度、工艺性等方面性能常采用的设计方法和设计原则.强度和刚度是结构设计的基本问题通过正确的结构设计可以减小单位载荷所引起的材料应力和变形量,提高结构的承载能力。

3． 结构的宜人化设计

宜人结构是指机械设备的结构形状应该适合人的生理和心理要求，使得操作安全、准确省力、简便，减轻操作的疲劳,提高工作效率。

4.1 加工工艺的结构构型

对于机械加工的零件，在构型上要考虑到使装卡、加工与测量时间比较短， 设备费用低等因素。主要体现在加工面的形状力求简单,尺寸力求小，位置应方便装卡与刀具的退出，避免在斜面上钻孔，避免在内表面上进行复杂的加工等。

对于复杂的零件,加工工序增加、材料浪费、成本将增高。为改变这样的结构可采用组合件来实现同样的功能。加工难度较大.但若将小轴改变为用组合方式装配上去，则既改善工艺性，又不失去原有功能。

4.2 简化结构

只有精炼的，简单的才是设计的进步，也是设计者的愿望.

联接结构的简化。例如塑料结构的强度较差，用螺纹联接塑料零件很容易损坏,并且加工制造,安装装配都比较麻烦。若充分利用塑料零件弹性变形量大的特点，使搭钩与凹槽实现联接,装配过程简单、准确、操作方便。

铰链结构的简化。由金属制成的铰链结构比较复杂，对于常用的载荷很小的铰链联接结构用塑料制作就可以将结构大大简化。

5.  总结

机械创新结构设计在目前产业的发展和建设当中占据着十分重要的比例，因此研究其具有不菲的价值，但是研究机械创新结构设计并非一件简单的事情。对于设计者和研究者都提出了非常高的要求，不仅在专业知识方面要熟练甚至精通，还要有敏捷的分析能力和发现问题解决问题的能力，创新的思想和技术知识。机构构型创新不是漫无目的的空想,而是基于现有的技术的改进或者创新以满足生产生活中的新要求。

我认为，要进行机械创新设计要有两个必要条件：一是充分获取适用的知识；二是要使用符合创新设计思维并能激发创新思维的设计系统。设计过程充满了矛盾，所获取的知识应有助于矛盾的迅速解决。另外，人类的创新设计思维模式是在长期的成功设计经验中总结形成的。 从创新设计思维的研究出发，融合知识获取方法，研究创新设计理论，如TRIZ等理论方法。