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机械创新设计论文:变元法创新设计机械结构论文
1机械结构应注意的防腐蚀细节
机械结构的防腐蚀设计对于机械结构的创新及优化而言具有至关重要的意义，为了更好地完成机械结构的优化，各机械设计企业在进行机械设计的过程中理应注意如下防腐蚀细节：
①必须确保设备的机械结构于停车期间空干，以防止因介质残留淤积而造成的腐蚀。
②防止间隙结构的出现，以杜绝腐蚀介质的入侵。
③高温及高质量浓度将导致沉淀物及冷凝物的出现，进而增加腐蚀几率，因此设计人员在结构设计时必须避免此类现象的出现。
④异类金属接触可能导致接触性腐蚀出现，因此设计人员在进行结构设计时理应尽可能地将异类金属有效地隔绝开来。
⑤避免高速流体接触流道壁面，以降低侵蚀腐蚀。
⑥遵守最小化表面积原则，也就是说在容积一样的情况下让结构被腐蚀的表面积最少，比方说球体结构好，其次便为圆柱体。
2机械结构创新设计与变元法应用
我们在对某一结构的设计方案展开评价时，理应对其将带来的经济效益、所具有的工艺性、技术可行性等相关指标进行综合的考量，随后从诸多备选结构方案中选出的结构方案。在机械结构方案已然确定的情形下，也可对重要结构或零件展开不同变元的研究，甚至于变元间展开综合的联合修改，已实现优化设计的目的。此外，也可选用某些数学模型，之所以建议大家选择数学模型，主要是由于数学模型能够较好地介绍结构设计中的尺寸及数量变元，同时还能够对材料变元展开间接的介绍。以机械设备的不同要求及特征为依据，综合使用不同变元，使用设计人员掌握的经验和知识，借助创造性思维的方法，设计出不一样的机械结构。比方说如下转盘结构。在以上三大结构图里，假如把结构设计方案1里的锥齿轮间与主轴承二者之间的位置进行调整，且借助调整位置变元，接着再改变水平轴位置的左轴承形状，即借助更改形状变元后得到结构设计方案2。假如更改方案1里的主轴承及齿轮的尺寸、大小与数量，且借助调整二者的数量变元与尺寸变元，随后再调整齿轮构件及轴承零件的位置，再改变位置变元，即能够得到设计方案3。从以上盘结构方案都可采用变元法较好的实现。如果进一步运用变元法，同样可以获得更多类型各异的结构设计方案。借助对比以上三大结构方案，综合研究社会效益可行性与制造工艺等诸多内容，我们可以得出这样的结论：方案2系三大方案中结构组合。某一机械结构方案的综合评估，理应以实际使用效果充当评估的事实依据。如果对转盘结构里的齿轮构件展开进一步的可行性分析与优化设计，同时对滚动轴承和齿轮工作展开弹性流体压润滑研究，接着实施精密计算，均能够为改善转盘结构设计提供诸多参考数据。
3结语
深入分析机械创新结构设计对于机械行业的发展而言具有举足轻重的作用，它不仅能够更好地满足当前社会对机械设备不断升高的要求，实现各类机械零件的组合，同时还可以推动机械行业的可持续发展。因此各机械设计企业理应在机械设备设计过程中充分采用创新设计理念，寻找结构设计，以设计出更多的结构方案，推动企业自身的发展，最终促进社会的良性发展
作者：高新红 单位：成都航空职业技术学院
机械创新设计论文:创新设计优化机械结构论文
1机械结构设计上的七种变元创新方法
德国人发明的这一种变元法，是目前世界上最为科学易懂的变元方法，它能够衍生出许多不同的方法，具有很大的可塑性。这种方法的内涵主要有两部分：它变化内容多样，包括材料、数量、位置、尺寸、形状、连接、工艺七个方面；另一部分是上述七个方面的具体运用，运用的前提条件是机械基本结构，这些元素在其基本结构的基础上进行一定的变化，这样就有不同的形式，新的机械结构设计方案就创造出来了，这样就达到了优化设计机械结构的目的。接下来笔者将会重点介绍七种创新方案在机械结构设计的具体运用，其最终目的还是满足整个机械产品的生产的要求，这也是目前机械工作者普遍使用的方案。
1.1材料变元
现实生活中很多种材料都可以用来设计机械结构，不一样的材料要求的加工方法和手段不一样、适用的结构类别不一样、零件需要的大小也不一样。材料的变元可以变化出不一样的结构模式。比如说：在进行钢材料的结构设计过程中，零件的截面面积越大，材料结构强度就越大、越硬；在铁材料的结构设计中，为了使结构变强变硬，人们通常使用加强筋和隔板的方法；在塑料材料的结构设计中，塑料件的筋板和壁厚应该无差而别且对称均匀。
1.2数量变元
在产品的结构当中主要包括以下几个方面，即零件以及轮廓面、线和加工、工作面共同构成了产品本身，如果想要将机械的结构目的进行改变，那么就可以通过调节上述结构元素而实现。就好比在铸件的过程中，是希望越简单便捷越好的。能够节省一些不必要的零件配置，又能在安装的时候方便人们的使用，这在无形中就提高了工作效率，比如安装一个螺丝钉的时候，如果按照螺钉和垫圈以及弹簧垫圈才能结合在一起的模式去安装，那么就需要最少三个步骤，但是如果把它们设计为一体的话，就可以大量地节省安装的时间，提高了效率。
1.3位置变元
在实际操作过程中，产品结构的元素之间的位置是可以进行调换的，这样可以无形中使结构本身的设计更加完善。比如，零件的焊缝位置应该对应中性轴或者至少需要靠近中性轴，这样便于将收缩力减少或者能够避免产品的变形。除此之外，零件的摆放问题也十分重要，如果杂乱无章则会大大阻碍操作速度。
1.4尺寸变元
零件的尺寸必须符合使用的标准才行，必须在各项标准合格之后才可以进行操作，比如：在冷冲压弯这一工艺中，就需要零件按照既定的需求进行弯曲，如果零件在加工的过程中，实现了标准的弯度，那么就算是一个成品，不需要再度进行加工。如果不符合产品的需求那么还需要进一步的加工整形来达到产品的要求。
1.5形状变元
机械整体的结构目的可以通过调整零件的形状或者改变其规格的大小而实现。比如在弹簧的生产过程中需要考虑多个问题，首先是弹簧的大小及其相对的螺丝垫圈的规格，能否让弹簧和使用的螺旋面以及被需要压紧的零件相吻合，就需要设计出不同规则的产品，无论零件的形状面如何都需要相匹配的弹簧来配合才行，如果零件之间的距离过大，或者不能够将压力有效融合，那么零件在安装过后就不算是合格，如果这一类零件销售在市场中，很可能造成一系列事故，那么为了防止拉簧因为这些问题而失去使用效率，就势必要将弹簧的设计空间放大，并且实现它的自身独特性，即使它在单独使用的过程中也可以实现跟其他零件的配合。
1.6分析连接变元
一是联接方法，主要的模式有焊接、胶结以及螺纹联接等方式。二是联接的方式，根据结构类型的不同而不同，因此为了丰富联接方式以及寻找到最为契合的联接方式，各个联接的结构以及联接的方式都可以进行相对应的合理调整。比如：针对一些需要拆卸的零件，如果在联接的方式上不能选择好，那么就会在联接和拆卸方面造成一定的困难，此类的零件需要便捷的拆卸模式，比如日常生活中所购买的一些产品，像是随声听的后盖，就可以任意拆卸下来安装电池来维持继续使用，这样的结构也方便用户使用，从未为其提供便捷的操作模式。
1.7分析工艺变元
零件在产生之前，往往会有其自己的设计图纸，而设计图纸上面的结构内容直接决定了产品属于何种工艺级别的零件，因为每一个设备的零件都不是相同的，所以零件的设计以及成本也千差万别，如果设计工艺在产品出产之前没有得到完善，那么势必会影响到零件自身的质量，一旦零件没有合乎要求，那么产品的整体结构就会受到一定的影响。因此在零件铸造之前对于零件图纸的研究必须给予深度的重视，现在的加工技艺正呈现着不断创新和完善的趋势，但是问题也就随之而来，这些加工工艺虽然具有创新性，但是还不够成熟，并非达到了理想中的需求，因此还需要进一步的对此加大研究的力度。
2机械结构创新的尝试及优化测评
2.1机械结构设计的创新尝试
防腐剂在石油以及一些石化设备中具有十分重要的作用，下文以其为例，阐述变元法在其中重要的作用。石油和石化设备必须进行防腐蚀性的设计，这样一来，在设计的最初就应该考虑到防腐蚀性的大小和影响因素，从而采取必要的保护和防治措施，主要有以下几个方面。首先，在总体的设计上面，对停车间给予了严格的要求，不能堆放杂乱，不能潮湿，不能含有其他不利于防腐的物质存在。其次，设备的使用年限与设备本身一些极为细小的间隙区有着十分重大的联系，这些缝隙极有可能在人眼看不到的地方发生腐蚀问题，或者这些缝隙人是无法凭借手工去进行操作控制的，就像是一些产品的焊接点，这些产品貌似看起来已经不存在腐蚀的可能，但是难免会有看不到的缝隙存在，应该进行必要的封存和填补，或者干脆将缝隙扩大，这样便于对其进行维修补救和防护。再次，温度较高以及质量较高的浓度阶梯，局部势差问题往往在这种情况和产品中产生，一旦发生了腐蚀则不可控制。此外，每一种金属都有着自己独特的属性，产品在构建的过程中不一定是一种金属构建而成，多半是几种金属共同组合而成，但是不同的金属势必会产生接触面的腐蚀，应该对此进行绝缘处理。，面积越小腐蚀的点也就越小，因此要针对产品的不同设计缩小表面积从而减少腐蚀。
2.2对机械结构变元创新设计的优化评测
机械结构在完成变元创新实践之后。要根据目前的性能以及使用效果进行一个综合的测评，首先要进行模糊测评，运用理论研究和一些理想化的模型设计一种测评模式，但是这种测评模式并不是实际操作中的模型，而是通过一定的数学模型，根据先进的设计理念和规划，对其进行变化创新设计的检测。在测试的过程中测试者凭借自己多年的使用经验和研究理念进行对其综合评价的过程，并根据现有的先进思维对其进行构建，在测试的过程中还需要考虑到社会实际问题，产品在经过变元之后，使用方面是否安全，便捷，可维修性是否达到了指标，并且要将逻辑推理的思维运用到其中，选择出使用其整体变元的方案，针对已经选择好了的方案，进行进一步地修改和完善，从而作用于产品的机械结构构建当中，服务于产品的整体功能。
3结束语
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更是不用说，这也是前提之一。
作者：陆建荣 单位：南通广播电视大学
机械创新设计论文:创新设计机械结构论文
1机械结构设计上的七种变元创新方法
德国人发明的这一种变元法，是目前世界上最为科学易懂的变元方法，它能够衍生出许多不同的方法，具有很大的可塑性。这种方法的内涵主要有两部分：它变化内容多样，包括材料、数量、位置、尺寸、形状、连接、工艺七个方面；另一部分是上述七个方面的具体运用，运用的前提条件是机械基本结构，这些元素在其基本结构的基础上进行一定的变化，这样就有不同的形式，新的机械结构设计方案就创造出来了，这样就达到了优化设计机械结构的目的。接下来笔者将会重点介绍七种创新方案在机械结构设计的具体运用，其最终目的还是满足整个机械产品的生产的要求，这也是目前机械工作者普遍使用的方案。
1.1材料变元
现实生活中很多种材料都可以用来设计机械结构，不一样的材料要求的加工方法和手段不一样、适用的结构类别不一样、零件需要的大小也不一样。材料的变元可以变化出不一样的结构模式。比如说：在进行钢材料的结构设计过程中，零件的截面面积越大，材料结构强度就越大、越硬；在铁材料的结构设计中，为了使结构变强变硬，人们通常使用加强筋和隔板的方法；在塑料材料的结构设计中，塑料件的筋板和壁厚应该无差而别且对称均匀。
1.2数量变元
在产品的结构当中主要包括以下几个方面，即零件以及轮廓面、线和加工、工作面共同构成了产品本身，如果想要将机械的结构目的进行改变，那么就可以通过调节上述结构元素而实现。就好比在铸件的过程中，是希望越简单便捷越好的。能够节省一些不必要的零件配置，又能在安装的时候方便人们的使用，这在无形中就提高了工作效率，比如安装一个螺丝钉的时候，如果按照螺钉和垫圈以及弹簧垫圈才能结合在一起的模式去安装，那么就需要最少三个步骤，但是如果把它们设计为一体的话，就可以大量地节省安装的时间，提高了效率。
1.3位置变元
在实际操作过程中，产品结构的元素之间的位置是可以进行调换的，这样可以无形中使结构本身的设计更加完善。比如，零件的焊缝位置应该对应中性轴或者至少需要靠近中性轴，这样便于将收缩力减少或者能够避免产品的变形。除此之外，零件的摆放问题也十分重要，如果杂乱无章则会大大阻碍操作速度。
1.4尺寸变元
零件的尺寸必须符合使用的标准才行，必须在各项标准合格之后才可以进行操作，比如：在冷冲压弯这一工艺中，就需要零件按照既定的需求进行弯曲，如果零件在加工的过程中，实现了标准的弯度，那么就算是一个成品，不需要再度进行加工。如果不符合产品的需求那么还需要进一步的加工整形来达到产品的要求。
1.5形状变元
机械整体的结构目的可以通过调整零件的形状或者改变其规格的大小而实现。比如在弹簧的生产过程中需要考虑多个问题，首先是弹簧的大小及其相对的螺丝垫圈的规格，能否让弹簧和使用的螺旋面以及被需要压紧的零件相吻合，就需要设计出不同规则的产品，无论零件的形状面如何都需要相匹配的弹簧来配合才行，如果零件之间的距离过大，或者不能够将压力有效融合，那么零件在安装过后就不算是合格，如果这一类零件销售在市场中，很可能造成一系列事故，那么为了防止拉簧因为这些问题而失去使用效率，就势必要将弹簧的设计空间放大，并且实现它的自身独特性，即使它在单独使用的过程中也可以实现跟其他零件的配合。
1.6分析连接变元
一是联接方法，主要的模式有焊接、胶结以及螺纹联接等方式。二是联接的方式，根据结构类型的不同而不同，因此为了丰富联接方式以及寻找到最为契合的联接方式，各个联接的结构以及联接的方式都可以进行相对应的合理调整。比如：针对一些需要拆卸的零件，如果在联接的方式上不能选择好，那么就会在联接和拆卸方面造成一定的困难，此类的零件需要便捷的拆卸模式，比如日常生活中所购买的一些产品，像是随声听的后盖，就可以任意拆卸下来安装电池来维持继续使用，这样的结构也方便用户使用，从未为其提供便捷的操作模式。
1.7分析工艺变元
零件在产生之前，往往会有其自己的设计图纸，而设计图纸上面的结构内容直接决定了产品属于何种工艺级别的零件，因为每一个设备的零件都不是相同的，所以零件的设计以及成本也千差万别，如果设计工艺在产品出产之前没有得到完善，那么势必会影响到零件自身的质量，一旦零件没有合乎要求，那么产品的整体结构就会受到一定的影响。因此在零件铸造之前对于零件图纸的研究必须给予深度的重视，现在的加工技艺正呈现着不断创新和完善的趋势，但是问题也就随之而来，这些加工工艺虽然具有创新性，但是还不够成熟，并非达到了理想中的需求，因此还需要进一步的对此加大研究的力度。
2机械结构创新的尝试及优化测评
2.1机械结构设计的创新尝试
防腐剂在石油以及一些石化设备中具有十分重要的作用，下文以其为例，阐述变元法在其中重要的作用。石油和石化设备必须进行防腐蚀性的设计，这样一来，在设计的最初就应该考虑到防腐蚀性的大小和影响因素，从而采取必要的保护和防治措施，主要有以下几个方面。首先，在总体的设计上面，对停车间给予了严格的要求，不能堆放杂乱，不能潮湿，不能含有其他不利于防腐的物质存在。其次，设备的使用年限与设备本身一些极为细小的间隙区有着十分重大的联系，这些缝隙极有可能在人眼看不到的地方发生腐蚀问题，或者这些缝隙人是无法凭借手工去进行操作控制的，就像是一些产品的焊接点，这些产品貌似看起来已经不存在腐蚀的可能，但是难免会有看不到的缝隙存在，应该进行必要的封存和填补，或者干脆将缝隙扩大，这样便于对其进行维修补救和防护。再次，温度较高以及质量较高的浓度阶梯，局部势差问题往往在这种情况和产品中产生，一旦发生了腐蚀则不可控制。此外，每一种金属都有着自己独特的属性，产品在构建的过程中不一定是一种金属构建而成，多半是几种金属共同组合而成，但是不同的金属势必会产生接触面的腐蚀，应该对此进行绝缘处理。，面积越小腐蚀的点也就越小，因此要针对产品的不同设计缩小表面积从而减少腐蚀。
2.2对机械结构变元创新设计的优化评测
机械结构在完成变元创新实践之后。要根据目前的性能以及使用效果进行一个综合的测评，首先要进行模糊测评，运用理论研究和一些理想化的模型设计一种测评模式，但是这种测评模式并不是实际操作中的模型，而是通过一定的数学模型，根据先进的设计理念和规划，对其进行变化创新设计的检测。在测试的过程中测试者凭借自己多年的使用经验和研究理念进行对其综合评价的过程，并根据现有的先进思维对其进行构建，在测试的过程中还需要考虑到社会实际问题，产品在经过变元之后，使用方面是否安全，便捷，可维修性是否达到了指标，并且要将逻辑推理的思维运用到其中，选择出使用其整体变元的方案，针对已经选择好了的方案，进行进一步地修改和完善，从而作用于产品的机械结构构建当中，服务于产品的整体功能。
3结束语
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更是不用说，这也是前提之一。
作者：陆建荣 单位：南通广播电视大学机械工程学院
机械创新设计论文:我国机械创新设计论文
1．我国机械创新设计和制造
一般情况下，创新设计先后经过抽象思维、逻辑思维、分析和决策四个环节。抽象思维主要是是通过设计人员充分发挥创新思维和智慧，提出新颖的有可能实施的想法，是创新设计必备过程。有了抽象思维过后再将想法具体化，考察其逻辑性和可行性，结合有关的科学理论知识、原理进行进一步的新颖的、可行的、具体化的机械设计。而分析则包含了创新设计过程中所涉及的所有可能性，综合考虑技术的可行性、成本与性价比，设计出新的可以满足人们生活和生产需要的机器或者其他产品。
1.1我国机械创新设计过程
机械创新设计的目的在于改善机械本身的功能、性能或者以更低的经济成本制造满足生产生活需求的机械。目前，我国技术专家认可的机械创新设计过程一般可分为四个部分，一是根据具体需求确定机械设计的基本原理，二是机械结构的优化和改进，三是机械尺寸设计和参数优化，四是机械运动性能及动力参数优化。机械创新设计与普通的机械设计并没有实质性的差异，主要的区别在于机械创新性设计注重发挥人的主观能动性和创新能力的突破，在充分的调动人的积极性的同时创造出更加符合使用者需求的机械工具。
1.2我国机械创新设计的特点
机械创新设计主要包括四个特点：一是多学科知识交叉运用，互相融合，互相渗透；二是机械创新设计中，数字并非主要思考因素，而是应该充分结合过往经验和相关的理论知识，合理判断和提出可行的新的设计方案；三是机械创新设计不仅需要理论知识和经验，同时也十分注重灵感、想象力、创造力的作用，因此应该较大程度发挥四者的作用；四是凡是设计创造类等实践活动都需要不断重复、尝试，从中吸取经验，多级选择方案。在机械创新设计过程中，只有领略和充分展现以上四个特点，才能做出的创新设计。
2.我国机械创新设计思维
机械创新设计思维对于机械创新设计来说意义重大，只有通过不断的改革创新和开拓进取，勇于突破现有的固定模式和局限，采取新的方法、体制、设计才能使自身在飞速发展的时代中保持经验丰富，走在时代的前沿。
2.1机械创新设计思维的涵义
创新设计思维就是指在原有的科学理论知识、原理以及过往的设计和经验中设想出新颖的、更能满足审美或者实用需求的设计方案。而对于机械设计人员来说，创新无疑是自身最核心的竞争力，通过提高产品的性能、降低产品的成本以及缩短生产时间来提高机械设计的性价比。在机械创新设计过程中，首先应该有创造性思维，在前人的基础上提出更加优化的观念，并将这些优化的观念付诸实践，从而创造出新的不一样的机械设计。创造性思维具有多维多向性的特点，强调联想、灵感和感觉，并不是依靠固定的逻辑思维推理出来的，而是激发于机械创新设计人员的大脑。
2.2机械创造性思维的三大特征
2.2.1自由性
机械创造性思维较大的特征在于自由，创新是自由的，思想是自由的。机械创新设计人员可以在结合有关客观科学理论的基础上自由凭借自己的想象、灵感、直觉设计出新的机械，而不必有太多的思想束缚。在当今变化赶不上计划的经济时代，思维的自由符合现代社会发展的需要。而在机械设计工作中，要不断地有新的进步的成果，就必须突破原有的事物，消除固定思维的束缚，自由地翱翔在创新设计的天空中，只有不断突破和创新才能设计出更令人满意的成果。
2.2.2多向性
每个人的思维方式都不一样，具有多向性的特点。而在机械创造性思维中，同样具有多向性的特点，设计人员可以从不同角度去观察和判断问题，并且设想出不同视角的方案。设计的美妙恰巧在于它的多样性和多向性，没有固定的设想方向，任意一个方向都可以是设计者们延伸的目标。多向性思维与创造力是相辅相成、密不可分的，一个机械产品的设计过程中一定有过多向性的设想，从中择优进行实践得出产品。因此，多向性思维是机械设计中十分重要的一点。
2.2.3独创性
独创性即设计出跟别人不一样的产品，提出不一样的理念，突破原有的固定模式，创造出新颖的进步的成果。独创性是机械创新设计的目标，创新的目的在于独创，拥有别人没有的想法和成果。因此，在机械创新设计过程中，要学会从新的切入点思考问题，掌握不同的设计方法，敢于向原有的观点提出新的看法，从而设计出具有独创性、新颖的机械产品，更好满足生活和生产的需求。
综上所述，在机械创新设计的路途上还有很长一段路要走，在创新设计的过程中对于机械创造的创新思维非常重要，在遵行已有的设计基础上，需要更长远更有想象力的思维去推动机械创新设计的发展。
作者:石建单位:中国特种飞行器研究所
机械创新设计论文:机械方案创新设计管理论文
0引言
机械方案设计是一个创造性很强的活动，其思维过程是形象思维和抽象思维综合作用的结果。目前计算机辅助设计（CAD）主要解决了在计算和绘图等设计后续阶段对设计者的支持。而对于极富创造性的早期方案设计阶段的计算机支持至今没有取得实质性的进展。即使是智能CAD系统，所采用的方法的理论基础仍是基于传统的人工智能的知识表示与推理方法，即逻辑思维为基础，其中多以知识工程和专家系统的方法实现。这种CAD与AI的简单组合，没有也不可能从真正意义上实现方案设计自动化。创造性如何在方案设计过程中体现一直是困扰设计理论研究工作者的棘手问题，也一直没有很好地解决，本文将就这一问题作一探讨。
1机械方案设计的一般过程
一般认为，方案设计阶段主要有两个任务：首先是建立技术系统的功能结构。然后通过选择相应于功能结构中的每个功能的功能载体，并组合这些被选择的功能载体形成整个技术系统的设计方案。
通用设计理论认为，方案设计过程可表述为两个映射过程（图1）：即用户需求域到功能域的映射以及功能域到结构域的映射。由需求域到功能域的映射过程最能体现设计者的创造能力，这一过程涉及到对设计思维规律以及创造性机理认识水平，涉及到自然语言到专业技术语言的转化。尽管有些学者提出通过对设计要求进行层次分解来建立功能结构图的讨论，但一般还要通过人工干预进行。从功能到结构的映射，实际上是功能结构图中的每一个分功能与能实现该分功能的结构进行匹配，一般情况下，总体功能往往包含着许多分功能。而每一功能可以由不同的结构来实现，因此存在组合、协调和评价筛选的问题。具体的机械方案设计过程如图2所示。
图2所示的机械方案设计过程还可通过数学形式进行描述。设总体功能为U，它可分解为一些子功能，分解过程可形式化为：
U＝（U1，U2，…Um）（1）
即总体功能是有m个子功能UI（I＝1，2，…m）组成的。
任何一个子功能UI（I＝1，2，…，m）对应着能够完成该分功能的子结构的集合TI，即
TI＝（tI1，tI2，…，tin）（I＝1，2，…，m）（2）
式中tij（j＝1，2，…，n）对应于能完成子功能UI的所有子结构，n为完成该子功能的子结构总数。如果用UI定义行，tij为元素构成矩阵，即得到功能与结构相联系的“功能—结构技术矩阵”：
（3）
当然能够实现各子功能的子结构数并不相等，可以将能够实现某一子功能的最多子结构数定为n，少于这个数的子功能元素项用零表示。图2所描述的机械方设计的一般过程，看起来很简单，但计算机实现有许多问题需要解决。如总功能如何分解为子功能、功能如何表达（因为从不同的角度提出的功能表达词汇是不相同的）以及如何有效根据功能索引子结构等问题有待进一步探讨和研究。
2基于机构结构类型变异综合方法
自60年代图论理论首次被应用于机构设计以来，它在机构分析与综合方面的应用得到深入的研究。在图论中，封闭的图代表机构，顶点代表连杆，边代表运动副。图可以用矩阵（如邻接矩阵和关联矩阵）表示、分析和计算。1979年，Freudenstein和Maki提出“功能与结构分离”的方法用于机构综合，随后许多学者对这一方法进行研究和深化。该方法包括如下几个环节：
2．1根据用户的需求，提出机构创新设计任务与技术要求：
（1）拓扑结构要求
如运动性质（平面运动或空间运动）、基本回路数（或独立环数目）、运动副类型及数目、构件类型及数目、主动副类型及其位置以及机架的构件类型及其位置；
（2）功能性要求
如输出构件数目及其位置、每一输出构件的任务（如轨迹生成、函数生成、导引以及其它要求、满足对预定的速度及加速度要求、满足对机构整体的动力学性能要求；
（3）约束条件
如运动精度、结构紧凑性、刚度、机械效益、轴销作用反力以及制造、装配、成本等方面的约束。
2．2结构类型综合
通过结构类型综合列出满足设计任务要求的全部结构类型并以适当形式表示。
2．3挑选结构类型
根据功能要求和约束条件，筛选出好的结构类型。
该方法目前研究局限在平面连杆机构的结构类型综合，且一般集中在运动链同构识别、自由度识别方法以及平面运动链自动生成等理论方法研究阶段。尽管有一些应用的研究报道，但都是针对简单机构（如变冲程发动机活塞机构、车门开启机构等）通过人工方式实现。计算机实现还有一些关键技术没有很有效的方法，如运动链同构识别问题，主动副位置确定、机架位置的确定、杆组的自动划分以及对运动链进行评价筛选等问题。
3集成功能推理及结构推理的方案创新设计过程模型
如果用人工智能语言描述，在上述第1小节中讨论的机械方案设计的一般过程是基于功能推理方式，而第2小节中所讨论的机构结构类型变异综合方法是基于结构推理方式。这两种方式有其内在的联系，如何将这两种方式有机地联系在一起对于机械方案创新设计是一件很有意义的工作。功能推理主要解决功能到结构之间的映射，通过结构部件组合途径形成机械方案。而结构推理是从结构部件的拓扑结构上通过机构演绎（机架变换，主动件位置变换以及运动副类型变换）途径对机构进行变异创新，尽管目前结构推理局限在平面连杆机构结构类型综合，但通过本文的研究，该方法可以扩展到一般刚体机械方案创新设计。有鉴于此，作者提出如图3所示的集成功能推理和结构推理的机械方案创新设计过程模型。
该设计过程模型由以下主要步骤组成：
Step1：功能结构图的建立。根据设计要求，建立功能结构图。
Step2：根据建立的功能结构图，寻找满足各子功能要求的功能载体并组合成为原始机械方案。
Step3：将原始机械方案进行抽象化为表达机械方案连接信息的运动链表示。并记录原始方案一些约束信息，如自由度数、杆数、原动件必须是几副杆、输出构件是否必须与机架相连等等。
Step4：运动链发散。列举所有与抽象化表示的运动链具有相同自由度、杆副类型以及杆数的非同构运动链，并进行筛选。
Step5：机械方案元型集的生成。对筛选的运动链进行机架识别、原动件识别、杆组识别，形成用连杆和转动副表达的机械方案元型。
Step6：候选方案集的生成。将以上生成的机械方案元型通过类型替代，形成候选方案集。
Step7：方案的评价决策。得到方案。
Step8：方案的尺度综合。
4机械方案创新设计智能支持系统
根据以上的过程模型，我们开发了机械方案创新设计智能支持系统MCIDISS。系统的结构如图4所示。该系统由五大模块组成：
（1）基于实例功能推理的原始机械方案生成模块：该模块采用两级实例推理的模型，完成从设计任务到功能结构图的建立以及装置提取与组合协调设计生成原始机械方案的
任务。
（2）基于结构推理的方案设计创新模块：该模块在上面模块产生的原始机械方案的基础上，通过抽象化表示，将原始机械方案表达为一般化运动链，从机械方案拓扑联接上进行变异创新。
（3）评价决策模块：该模块主要任务是对各阶段的设计解进行评价决策。系统主要采用模糊综合评价决策方法。
（4）机构尺度综合模块：该模块主要任务是对组成机械方案的机构参数进行综合，以便从尺度上论证方案的可行性。
（5）运动分析及仿真模块：该模块是在完成机构尺度综合后，对其进行运动分析和仿真，以便使设计者对所设计的方案有一个清晰直观的认识。
5结束语
本文先简要分析了机械方案设计一般过程和机构结构类型综合的一般过程，在此基础上，研究并提出了集成功能推理和结构推理的机械方案创新设计过程模型。基于所提出的过程模型，作者开发了机械方案创新设计智能支持原型系统MCIDISS。MCIDISS开发和运行表明，其具有合理的知识库结构，运行情况稳定，用户界面友好，推理控制策略灵活，因此具有很好的实用性和较高的开发效率。
机械创新设计论文:机械创新设计比赛的实践
全国大学生机械创新设计大赛是经教育部高等教育司批准的面向大学生的群众性科技活动。大赛的目的在于引导高等学校在教学中注重培养大学生的创新设计意识、综合设计能力与团队协作精神;加强学生动手能力的培养和工程实践的训练,提高学生针对实际需求通过创新思维,进行机械设计和工艺制作等实际工作能力;吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动,为人才脱颖而出创造条件。特别是对积极探索机械基础课程教学改革、提高课程教学质量和大学生综合素质具有非常重要的作用。大赛自2004年举办以来,在激发学生的学习兴趣、培养创新意识、锻炼学生动手能力和提高教学质量等方面取得了丰硕的成果,因此,很多高校已经将大赛作为创新教育中的一个实践教学环节,并尝试将大赛融入到机械专业教学体系中来[1-2]。
江西理工大学应用科学学院是一所三本性质的独立学院,经过多年的办学实践,培养“应用型”和“创新型”人才已成为学院培养目标[3-4]。依托学科开展多种科技竞赛活动进行创新人才和应用人才的培养是一种行之有效的办法[5]。我院于2008年首次参加了第三届机械创新设计大赛,作品“全自动计量售饭机”获得江西省赛区一等奖,这是江西赛区独立学院获奖作品。改进后的第二代作品代表江西赛区参加全国大赛,荣获二等奖。该作品已申请专利,并有一些企业对此作品很感兴趣,计划进行市场开发。在首次参加比赛就取得较好成绩的基础上,我们积极备战,2010年携3项作品参加了全国第四届机械创新设计大赛江西赛区选拔赛,作品“机械手式机井救援机”获江西省一等奖,“土壤灭火器”获三等奖,“球型抗风暴救生艇”获优胜奖。“机械手式机井救援机”作为江西省选送项目参加全国比赛,并获二等奖。成绩的取得,来源于学生、教师、学校各方面的努力和坚持。在参赛过程中,我们分析问题,总结经验,制定出一套行之有效的操作模式。
一、以赛促学,调动学生学习积极性,激励学生创新欲望
独立学院的学生整体素质与重点高校相比有较大的差距,与省属本科院校相比也有一定的差距。学生的学习兴趣不高,厌学情绪较大,部分学习较主动的学生也容易被大环境同化。在课堂教学过程中,学生总是处于被动状态,很难发挥主观能动性,学习兴趣提不起来。为了更好将大赛融入到学生的学习生活中,以赛促学,我们进行了如下举措:
(一)成立机械创新协会当今大学生对学习兴趣不浓厚,但对社团活动却情有独钟。在机械创新设计大赛组织实施过程中,学院利用学生心理作用于2008年成立了机械创新协会,吸引了一批对机械创新有兴趣的学生,在课余时间以科研兴趣小组为单位开展课外实践活动,包括创新课题讨论、校外实习基地参观、小产品制作、基本加工技能培训、学术报告等。实践活动中,教师以创新理念引导学生,为学生提供了足够的思维发展空间,放手让学生大胆尝试,充分培养学生的创新思维能力、自学能力和动手能力。学生通过课外实践活动,加强了团队合作意识,拓宽了机械创新基础知识面。
(二)建立专用实验室固定的实验场所是顺利开展课外实践活动的基本保障。江西理工大学应用科学学院在实验楼建立专门实验室供学生使用。此实验室由机械创新协会管理,配备专门指导教师和常用加工工具如老虎钳、扳手、电锯、小型钻床等,并与学院实训中心建立联系,利用实训中心现有设备进行机械零部件加工并完成创新小产品的制作。这样学生可以充分利用课余时间,有计划地开展实践活动,避免了受常规实践教学的干扰,提高了学生参与课外实践活动的自觉性和主动性。
(三)定期开展学术报告和专业讲座针对机械爱好者定期开设系列讲座如:机械设计与创新能力培养、机械制造技术现状与发展趋势、传感检测技术在机电产品中的应用、单片机技术应用现状与发展趋势等,涉及设计方法、先进制造技术、测试技术、控制理论等专业技术方面知识。通过启发式、讨论式等多种方式,调动学生的积极性,引导学生思考,激发学生的创造性思维。还有一类报告是由学生自己主持的,由已毕业返校的校友和参加过往届比赛的学生讲述自己的经验,并对学弟学妹提出期望和告诫。系列讲座和学术报告的开设,拓宽了学生的基础,扩大了学生的知识面,培养了学生的创新思维,激励了学生的创新欲望。
二、以赛促教,加强教师队伍建设
教师是培养学生的关键,的指导教师不仅应有较高的理论水平,更需具备较强的动手能力和丰富的实践经验。江西理工大学应用科学学院是2001年组建的独立学院,师资队伍结构不太合理,年轻教师居多,这些教师大多是毕业后直接进入学校参加教学和管理工作,动手能力和实践经验都有欠缺。机械创新设计比赛周期很长,从项目创意、立项、方案设计、具体零部件设计、加工制作、试验调试 到参赛答辩准备等工作,需要指导教师长时间关注指导项目,并对指导教师的综合能力提出较高的要求。针对以上问题,学院在教师培养和提高教师综合素质方面做了很多工作。
(一)加强教师培训江西理工大学历来重视对青年教师的培训工作,通过多种途径来提高教师的水平。针对机械创新设计大赛,安排《机械设计》《机械加工工艺》《机电传动控制》《液压传动》等课程教师参加了教育部高等教育司举办的高校教师网络培训,通过学习先进教学理念和教学技法,借鉴其他院校的教学经验来改变教学观念,提高教学水平。鉴于青年教师实践经验欠缺、动手能力较差等因素,每年利用寒暑假时间,联系实习单位,送教师到工厂和企业进行实地培训,专门针对加工工艺、数控加工等专业操作进行培训。另外,还与本地的多家机械加工企业建立校企合作,定期派教师到生产一线去进行实践,并在合作单位与工人师傅共同指导完成《机械加工工艺课程设计》等实践环节。
(二)丰富课堂教学内容,创新实验教学现如今大学教育还是以课堂教学为主的教育模式,因此课堂教学水平的高低反映了学校的建设水平。江西理工大学应用科学学院针对机械创新设计大赛,丰富《机械原理》《机械设计》等基础课程的教学内容[6-7]。利用校内实训基地、功能实验室和机械创新设计大赛,形成有较强工程背景的教学环境,使直观式教学、现场式教学方式的采用如鱼得水。在这样的教学环境下,通过一系列以机械产品为对象的实训项目,以及采用大量的源于生活、源于生产一线的案例,使教学内容注入更多的工程因素,达到基本知识、基本理论与工程实际紧密结合的目的。为了培养学生的创新设计能力,在课程建设中对实验室进行扩充,在原有传统机械零件模型和机构模型基础上,进行机构创新、轴系创新、机械系统创意组合和慧鱼创新设备的购进,在试验内容上,增加机构创意设计、组合式轴系结构设计、机械传动综合实验等。
(三)建立教师工人相结合指导模式鉴于教师、学生动手能力较差,参赛模型或实物制作过程比较困难这一问题,结合江西理工大学实际情况,制定了教师工人相结合的指导模式。学院的目标是培养应用型人才,因此在实习环境的投入上比较大。学院有完整的金工实习工厂,其中包含了机加工的全部工种:钳、车、焊、热处理和数控机床加工,并配备经验丰富的生产工人进行实习指导。利用学院现有优势,在参赛初期的选题和方案设计阶段由教师指导完成,在模型或样机的加工制作阶段,由教师和工人共同指导,学生具体操作完成零部件的加工和参赛样机的装配。
三、以赛促改,制定科学的教学计划
机械创新设计大赛每两年一次,不利于学校教学计划的安排,难以保障每届学生都有机会参加;比赛筹备时间太长,从题目的公布到参加地区预赛要一年多时间,容易与正常的课程教学相冲突;大赛没有纳入教学计划,作品的设计、制作场地易与教学相冲突;大赛对学生知识面要求很广,涉及的课程多,包括力学系列课程、机械设计基础系列课程、电工电子、计算机控制、程序设计系列课程、机械加工工艺等,学生在低年级没有掌握好大赛需要的一些基本知识和技能,为了完成比赛任务临时抱佛脚,却又耽误了新课程的学习,高年级学生又忙于考研和找工作没有充足的时间参加大赛。针对这一问题,杨叔子院士在《再论机械创新大赛很重要》的报告中已经提出“:这一大赛不是可有可无,建议纳入个性化教学计划,并从体制上加以保障。”鉴于此问题,江西理工大学应用科学学院进行了系列教学改革。
(一)优化课程体系针对机械创新设计大赛我们已完成省教改课题“培养高素质应用型机械专业人才的综合课程设计改革”(课题编号:JXJG-06-84-1)和校级教改课题“以创新设计大赛为切入点的《机械原理》教学改革”的研究工作。通过两课题的研究在原有教学计划基础上,针对机械创新设计大赛和综合课程设计改革[8],将机械专业09级教学计划中的机械原理课程设计、机械设计课程设计和专业课程设计分别改为机械创新设计(一)、(二)、(三),使之成为连续的实践教学环节,并在课题的设置上,增加创新专题,培养学生的创新意识。在课程设置上,增加了《机械创新设计》选修课程,开设互动式和讨论式教学环节,通过参与课堂教学提高学生学习兴趣、培养学生创新思维、掌握创新方法。在10级教学计划中增加了为期一周的《机械创新实训》实践环节,该实训是基于慧鱼创意组合模型和机构创新组合平台开展的,意在培养学生的创新意识和动手能力。
(二)提供政策保障、建立激励措施学院教学改革的重点是放在实践教学改革方面,因此在实验室建设和开展课题研究上给予大力支持。江西理工大学立足学院实际,专门成立了由分管科研的副院长任组长,由教务办公室主任、各系教学主任组成的大学生科技创新领导小组,对不同渠道、不同学科、不同类型、不同级别的赛事,进行策划、组织和管理,统一协调参赛学生、指导教师、方案评审、作品制作、组织参赛、动员宣传等各项工作,有计划有组织地开展学生课外科技创新活动,参与各类科技竞赛。学校投资140万,正在筹建机械创新实验室、机器人实验室和液压测控试验系统(含机械手等设备)。另外学院每年对大赛设立专项资金支持,保障大赛顺利进行,对参赛老师和学生给予充分的支持和一定的奖励。
四、结语
“以赛促学、以赛促教、以赛促改”是各院校开展各项学科竞赛的初衷。江西理工大学应用科学学院通过参加机械创新设计大赛,促进了教学改革,完成多项教改课题的研究,提高了指导教师的理论水平和创新能力。就学生而言通过参加比赛提高了学习兴趣,培养了创新意识,增强了专业综合知识应用能力、工程实践能力和就业竞争实力。通过参加机械创新设计大赛,显示了我院的组织能力和科研能力,宣传了学校办学特色与成果,提高了学校的知名度和影响力。
机械创新设计论文:分析机械加工机床的创新设计
工具箱的上盖和箱底是采用焊接的方式和箱内部框架连接固定在一起的。,工具箱底部的4个万向脚轮和固定支撑是通过焊接的方式固定连接在箱底上的,万向脚轮的作用是可以任意方向移动工具箱,而固定支撑则可以根据需要将其固定在现有位置上,防止接触过程中的工具箱移动。工具箱具体设计分析将工具箱整体分为4层,第1层可以放置部分轻型物品;第2层放置加力杠、扳手等物品;第3层放置中心钻、顶尖等重型物品;第4层则可以放置操作人员的手套、工作服等日常用品。在底部安装4个代步轮子,便于工具箱的移动。(1)上箱门的改进设计。工具箱的上箱门,也可代替及时层的盖子,并且在上箱门的表面应设计凹槽,方便上箱门的开关(充当手柄使用)。另外,在上箱门的背面两边,也可安装一个弹性压条,用于固定机械加工中所需观察的图纸,这样就方便机床操作人员随时观察图纸数据,进行合理调整。(2)前箱门的改进设计。机械加工机床工具箱主要由上箱门、前箱门以及箱体3个部分组成。箱体主要分为4层,除了第1层之外,其余3层都可以分成3个小部分。每一个部分都可以用作不同物品的放置,例如:工件、工具、日用品(手套、工作服)等。一般来说,前箱门采用折页门的形式,这样方便操作者随时取用、放置工件、量具等。安全是前箱门主要的优点,当操作人员拿出工具后,箱门不会自动打开,人员在附近走动也不会触碰到箱门,这样对人身也是一种保护[2]。
工具箱实际案例。1)框架的设计与建模成型。针对以上阐述,我们设计一个实际的工具箱,以便大家能更加直观地了解到工具箱的构造:工具箱整体框架的高度定为0.9m,总宽度0.35m,总长0.4m。框架总体分为4个层次,从上至下,第1层的高度为0.15m;第2层到第4层各为0.25m。根据工具箱技术设计规范,需要采用砂轮对焊缝处进行打磨,之后再用砂纸打磨表面,将一层腻子刮在表面上,再在表面上均匀地涂抹防锈漆。具体框架样式如。2)底板设计与建模成型。为工具箱中每一层的底板,尺寸要求:长0.4m,宽0.35m,厚0.005m。根据工具箱技术设计要求,应先刮一层腻子在层底表面,再均匀地涂抹防锈漆。(4)万向脚轮的尺寸与选择。由于万向脚轮属于标准件,可以在市场上购买到。万向脚轮是车轮安装在具有偏心距的支架上,该支架能自由地绕铅垂几何轴线转动。工业脚轮具体见WP13B-50×20,GB/T14688。材料的选择及零件间的配合(1)材料的选择。根据力学的要求以及实际设计中遇到的情况,最终选择45钢来制作工具箱的两扇门,工具箱的箱盖、内部框架、箱底、固定支撑等均采用Q235。(2)零件间的配合连接。箱底层和万向脚轮可以进行固定支撑之间的配合调整。这3个零件需要通过焊接的方式连接在一起,框架与箱底层、层板和框架之间、框架与层挡板之间也是采用焊接方式。在顶层板、内门、外门以及箱底层之间都需要留出一定的间隙,用做门的旋转和打开。
现在采用的是推拉门;从工具箱脚来看,原来采用的是固定腿,现在使用的是4个代步轮;从层板来看,原先平板是方形,现在采用的是凹槽状板。工具箱设计的完成,不仅可保障机床操作人员的人身安全,避免以往设计中工件、器具掉落对人员的伤害;另外,新型工具箱可方便地随意移动,大幅提升了工具箱的使用效率,从而更好地为提升了为机械加工机床服务的效率,逐渐地转变为直接经济效益。总之,为了更好地满足机械机床加工的要求,新型工具箱就要考虑到以下几方面技术:(1)工具箱主要由上箱门、前箱门、箱体这3个部分组成;(2)整体分成4层,每一层分为3个小部分,以便工具位置的明确;(3)安装脚轮不仅可固定摆放,也可随意移动箱体。如此的改进设计,不仅可避免以往的工具箱设计为机械加工机床操作带来的不便,也能维护人身安全,更好地为机械加工服务。
机械创新设计论文:浅谈机械零部件的创新设计
【摘 要】文章针对传统机械零部件的设计局限性，提出了 现代 设计思想和 方法 。
【关键词】机械制造；零部件设计；现代思想； 科学 发展
一、机械零部件传统的设计局限
传统机械零部件的设计带来了运用中出现的许多 问题 ：零部件容易腐蚀损坏；零部件容易疲劳损坏，断裂、表面剥落等；零部件容易摩擦损坏等等。这些问题的出现，都是机械零部件传统的设计局限性所产生的。机械机械零部件设计是人类为了实现某种预期的目标而进行的一种创造性活动。传统机械机械零部件设计的特点是以长期经验积累为基础，通过力学、数学建模及试验等所形成的经验公式、图表、标准及规范作为依据，运用条件性 计算 或类比等方法进行设计。传统设计在长期运用中得到不断的完善和提高， 目前 在大多数情况下仍然是有效的设计方法，但是它有很多局限：在方案设计时凭借设计者有限的直接经验或间接经验，通过计算、类比 分析 等，以收敛思维方式，过早地确定方案。这种方案设计既不充分又不系统，不强调创新，因此很难得到方案；在机械零部件设计中，仅对重要的零部件根据简化的力学模型或经验公式进行静态的或近似的设计计算，其他零部件只作类比设计，与实际工况有时相差较远，难免造成失误；传统设计偏重于考虑产品自身的功能的实现，忽略人?机?环境之间关系的重要性；传统设计采用手工计算、绘图，设计的性差、工作周期长、效率低。
二、创新思维机械零部件的设计思想
机械零部件设计的本质是创造和革新。现代机械机械零部件设计强调创新设计，要求在设计中更充分地发挥设计者的创造力，利用近期 科技 成果，在现代设计 理论 和方法的指导下，设计出更具有生命力的产品。
（一）运用创造思维
设计者的创造力是多种能力、个性和心理特征的综合表现，它包括观察能力、记忆能力、想象能力、思维能力、表达能力、自控能力、文化修养、理想信念、意志性格、兴趣爱好等因素。其中想象能力和思维能力是创造力的核心，它是将观察、记忆所得信息有控制地进行加工变换，创造表达出新成果的整个创造活动的中心。创造力的开发可以从培养创新意识、提高创新能力和素质、加强创新实践等方面着手。设计者不是把设计工作当成例行公事，而是时刻保持强烈的创新愿望和冲动，掌握必要创新方法，加强 学习 和锻炼，自觉开发创造力，成为一个符合现代设计需要的创新人才。
（二）运用发散思维
发散思维又称辐射思维或求异思维等。它是以欲解决的问题为中心，思维者打破常规，从不同方向，多角度、多层次地考虑问题，求出多种答案的思维方式。例如，若提出“将两零部件联结在一起”的问题，常规的办法有螺纹联结、焊接、胶接、铆接等，但运用发散思维思考，可以得到利用电磁力、摩擦力、压差或真空、绑缚、冷冻等方法。发散思维是创造性思维的主要形式之一，在技术创新和方案设计中具有重要的意义。
（三）运用创新思维
创造力的核心是创新思维。创新思维是一种较高层次的思维活动，它是建立在各类常规思维基础上的。人脑在外界信息激励下，将各种信息重新综合集成，产生新的结果的思维活动过程就是创新思维。机械机械零部件设计的过程是创新的过程。设计者应打破常规思维的惯例，追求新的功能原理、新方案、新结构、新造型、新材料、新工艺等，在求异和突破中体现创新。
三、科学的进行机械零部件设计
（一）把握机械零部件设计的主要 内容
机械零部件设计是机械设计的重要组成部分，机械运动方案中的机构和构件只有通过零部件设计才能得到用于加工的零部件工作图和部件装配图，同时它也是机械总体设计的基础。机械零部件设计的主要内容包括：根据运动方案设计和总体设计的要求，明确零部件的工作要求、性能、参数等，选择零部件的结构构形、材料、精度等，进行失效分析和工作能力计算，画出零部件图和部件装配图。机械产品整机应满足的要求是由零部件设计所决定的，机械零部件设计应满足的要求为：在工作能力上要求具体有强度、刚度、寿命、耐磨性、耐热性、振动稳定性及精度等；在工艺性上要求加工、装配具有良好的工艺性及维修方便；在 经济 性上的要求主要指生产成本要低。此外，还要满足噪声控制、防腐性能、不污染环境等环境保护要求和安全要求等。这些要求往往互相牵制，需综合考虑。
（二）严格 计算 机械零部件的失效形式
机械零部件由于各种原因不能正常工作而失效，其失效形式很多，主要有断裂、表面压碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损等。为了保障零部件能正常工作，在设计零部件时应首先进行零部件的失效 分析 ，预估失效的可能性，采取相应措施，其中包括 理论 计算，计算所依据的条件称为计算准则，常用的计算准则有：一是强度准则。强度是机械零部件抵抗断裂、表面疲劳破坏或过大塑性变形等失效的能力。强度要求是保障机械零部件能正常工作的基本要求。二是刚度准则。刚度是指零部件在载荷（下转第57页）（上接第58页）的作用下，抵抗弹性变形的能力。刚度准则要求零部件在载荷作用下的弹性变形在许用的极限值之内。三是振动稳定性准则。对于高速运动或刚度较小的机械，在工作时应避免发生共振。振动稳定性准则要求所设计的零部件的固有频率与其工作时所受激振源的频率错开。四是耐热性准则。机械零部件在高温工作条件下，由于过度受热，会引起润滑油失效、氧化、胶合、热变形、硬度降低等 问题 ，使零部件失效或机械精度降低。因此，为了保障零部件在高温下正常工作，应合理设计其结构及合理选择材料，必要时须采用水冷或气冷等降温措施。五是耐磨性准则。耐磨性是指相互接触并运动零部件的工作表面抵抗磨损的能力。当零部件过度磨损后，将改变其结构形状和尺寸，削弱其强度，降低机械精度和效率，以致零部件失效报废。因此，机械设计时应采取措施，力求提高零部件的耐磨性。
（三）正确选择机械零部件表面粗糙度
表面粗糙度是反映零部件表面微观几何形状误差的一个重要技术指标，是检验零部件表面质量的主要依据；它选择的合理与否，直接关系到产品的质量、使用寿命和生产成本。机械零部件表面粗糙度的选择 方法 有3种，即计算法、试验法和类比法。在机械零部件设计工作中， 应用 最普通的是类比法，此法简便、迅速、有效。应用类比法需要有充足的 参考 资料，现有的各种机械设计手册中都提供了较的资料和 文献 。最常用的是与公差等级相适应的表面粗糙度。在通常情况下，机械零部件尺寸公差要求越小，机械零部件的表面粗糙度值也越小，但是它们之间又不存在固定的函数关系。在实际工作中，对于不同类型的机器，其零部件在相同尺寸公差的条件下，对表面粗糙度的要求是有差别的。这就是配合的稳定性问题。在机械零部件的设计和制造过程中，对于不同类型的机器，其零部件的配合稳定性和互换性的要求是不同的。在设计工作中，表面粗糙度的选择归根到底还是必须从实际出发，衡量零部件的表面功能和工艺 经济 性，才能作出合理的选择。
（四）优化机械零部件设计方法
要充分运用机械学理论和方法，包括机构学、机械动力学、摩擦学、机械结构强度学、传动机械学等及计算机辅助分析的不断 发展 ，对设计的关键技术问题能作出很好的处理，一系列新型的设计准则和方法正在形成。计算机辅助设计（cad）是把计算机技术引入设计过程，利用计算机完成选型、计算、绘图及其他作业的 现代 设计方法。cad技术促成机械零部件设计发生巨大的变化，并成为现代机械设计的重要组成部分。 目前 ，cad技术向更深更广的方向发展，主要表现为以下基于专家系统的智能cad；cad系统集成化，cad与cam（计算机辅助制造）的集成系统（cad/cam）；动态三维造型技术；基于并行工程，面向制造的设计技术（dfm）；分布式 网络 cad系统。
机械创新设计论文:大学生机械创新设计能力培养方法分析
一、大学生机械设计课程教育背景
我们国家的领导人早在上个世纪，就提出了重要的一点:“创新是一个民族进步的灵魂，也是一个国家兴旺发达的不竭动力。”在现代化的大学生机械创新设计的教学过程中，教师可以运用多种机械设计和制作手段方面的创新，展开丰富多样的大学生机械设计教学活动，多方位提高学生的学习能力和学习水平，激发学生展开工程设计和实践探索的决心。机械创新设计(MechanicalCreativeDesign)要求设计者在机械设计的过程中，兼顾设计的新颖性、创造性，体现制作发明的实用性。为了提高大家对于机械创新的兴趣，学校可以常年性举办创新设计(MCDchampionship)大赛，通过评选“创造之星”的方式，给予参赛选手一定的现金奖励，提高大学生群体的参与热情，增强广大学生群体参赛的积极性。可以针对学生的学习水平展开一系列考量工作，为大学生量身设计一套符合自己已有能力的机械制作课题计划。
二、提高学生机械设计创新能力的方法
(一)从多种渠道出发，培养学生的实际动手操作能力
为了培养学生的创新能力，必须要加强机械设计方面的理念创新工作，普通高等院校的机械创新设计相关负责人，应该安排一些具有教学经验的机械课老师作为能力培训人员，在日常的工作中，机械课教师还应该从多种渠道出发，培养学生的实际动手操作能力。在课堂外，机械课教师可以通过多种形式的补充教学，提高学生的创新水平。在机械创新设计的过程中，老师一定要重视学生知识迁移能力的培养，通过互联网搜索引擎搜集机械创新设计的年度作品的相关设计细节，并且将这些科技作品图片使用办公软件加以编辑和处理，从而做成PPT，可以很好的帮助学生适应与相关领域的各种动手设计操作。除了这些之外，学校应该为学生的知识迁移能力的培养，提供更多的材料储备，机械课教师可以组织学生经常性地去参加一些考察活动，带领学生去参观博物馆和高精尖时代技术运用的现代化科技展览，帮助学生了解现今时代的现今机械设计运用和各种创新性发明，可以给学生的实际动手操作过程提灵感支持。
(二)重视对于学生组织的培养工作
社团组织是普通高等院校开展机械设计等相关技术普及的“前沿阵地，”只有从根本上重视对于学生组织的培养工作，才能够为学生营造一个的动手操作平台。学生参加了学校的机械设计相关组织之后，既可以锻炼自己的团队协作能力，还能够更好地培养自己与人沟通能力，为以后组织更好的科技研发社团关系打下良好的基础。为了满足学生对于当今社会机械产品的思考和创新需要，学校领导还可以联合院系骨干教师和学生社团组织的负责人，召开人才培养的相关联合研发会议。通过成立专门性的组织，开办院系内不得额机械创新设计培训班，学生在课后培训班中，可以学习到更多的理论知识，使用到更多的模具基本设计材料，进行学生基本能力的培养。让学生在学校平台中找到一个发挥自己“光”和“热”的良好组织。除了这些以外，培养学校内部的机械创新设计组织，挖掘学校有发明创造潜力和特殊长处的学生，及时发现学生身上的闪光点。
(三)加大师资力量建设，对学生设计活动提供技术支持
学校领导可以安排担任过机械设计创新方面的社团组织负责人，进入“校企合办”的组织中进行学习，可以提高学校与机械公司联系的紧密度，不仅可以开阔学生的眼界，在今后求职的过程中，有过此种经验的学生往往也会更加具有优势，他们更加具备团队意识和集体思维能力。各种各样的学生机械组织和发明制作社团活动，对于高等院校学生综合素质的提升有很大的帮助。因为，学校的课堂教育往往是不够的，所以，学校可以培养诸如“机器发明创造”等类似的兴趣社团，鼓励学生将所学的知识点与实际的操作相结合，激励学生的学习兴趣。除此之外，学校还应该鼓励学生参加学校内部的各种机械设计“小发明”等相关社团组织，加大对各类科技研究社团组织的资金投入，加大骨干师资力量对于学生设计活动的技术支持，抽调学校实验室的常任教师为学生讲解，从而加强对于大学生科研小组等社团组织的扶植力度。
三、结束语
由于学生的动手能力和创新能力，是支撑大学生在未来的职业发展中的重要能力，机械设计也是进行产品设计和工程项目构件改造的重要技术支持，是广大的大学毕业生从事不同维修操作的理论基础保障。因此，机械课教师可以帮助学生做出科学的学习计划，实现机械设计规划的良性发展，通过实际动手能力的锻炼，开发学生自身的潜能和知识迁移能力水平，实现学生个人能力的发展和提高。
作者：王艳飞 窦东阳 单位:中国矿业大学化工学院
机械创新设计论文:创新设计在机械结构设计中的应用研究
摘要：对于一个国家来说，创新是不竭的动力，是民族发展的基础，只有具备创新的意识和思维，才能在具体的的实践工作中提高我国的综合国力。机械是一个国家富强的重要标志，对于机械结构设计来说需要具备很强的创造性。在机械结构设计中，需要时刻注重改革和创新，只有这样才能达到化设计，才能获得最符合规范的设计效果。
关键词：机械结构设计；创新设计；应用
0.引言
当前，对于机械结构的创新设计已经得到了较为广泛的关注，创新是为了对机械进行更好地利用，同时也是为了将其实际效能发挥出来。对于机械结构创新设计来说，一般其思维都较为统一，且以变元法为主，因为这种方法使用简单，在创新设计中利用逻辑化的思维可以对可变元素进行系统化的梳理。对于机械结构设计来说，它是一项非常具有创造性的工作，在设计机械结构时需要时刻对其进行改进和创新，这样才能让设计达到化效果。在本文中，主要论述了变元法在机械结构创新设计中的应用，以期能得到更好的机械结构设计效果。
1.变元法
在机械创新设计中变元法的应用较为广泛，该法是从德国引进的，它同时还被赋予了创新的精神，将变元法应用在机械结构设计中就是创新的重要标志。变元法系统化和逻辑化地梳理了设计中的一些可变元素，便于更加有效和地进行设计创新。在应用变元法前，工作人员需要首先分析和研究好机械结构设计的基本框架，这样才能确保化的机械结构设计。对于变元法来说，它对产品的设计定义具有极好的诠释作用。论证过的变元法可以对关键点进行有效调整，便于改变原先设计中的弊端，以便提供更好的设计方案，将变元法自身的优势发挥出来。
1.1材料变元和其数量
在机械设计中会涉及很多的原材料，这些材料种类繁多，同时每种材料的价值不一，功能也各不相同。如果从另一个角度来考虑，原材料的加工工艺差别性也较大，有效加工后才能符合某种需求，并成为理想地达到参数要求的材料。还有部分材料是不能加工的，需要对材料实施变元法才能达到要求。比如，设计刚性材料，要想达到设计要求一般会使用增大面积的方法，让其成为理想中的感性材料。铁性材料可以通过将隔板增强等措施来进行调整。这些例子都是通过变元法来实现的，也就是说变元法通过变量的形式将一种或是多种变量改变，但是并没有改变结果，属于全新的设计模式。加工面和工作面是机械结构原理的两个重要基本元素，此外还包括产品本身和产品整体等。产品性能可以通过这几种元素进行衡量，操作人员在实际的工作中需要调整好这些产品元素，这样得到的产品原件才能达到理想效果。
1.2位置和工艺变元
所谓的位置变元指的是将元件位置改变，以此来优化设计。比如，在焊接部分元器件的过程中操作人员需要选择好焊接位置，确保焊接位置靠近中心轴，避免元器件出现变形，或是有不规则扭曲现象出现。所谓的工艺变元指的是在机械结构设计过程中需要严格把好施工工艺关，同时结合好图纸将的工艺产品设计出来，同时借助先进工艺技术的帮助，开发和设计元器件，一旦出现问题要及时对其进行调整。
1.3尺寸变元
所谓的尺寸变元指的是将元器件的形状改变，以此来达到化，也就是将元器件的长宽高3个基本参数改变。比如，泠冲压压弯曲技术，因为材料是能进行弹性变化的，但是需要在泠冲压之前先变形，同时还要考虑到和计算相关的参数，只有这样才能使得材料在变元后充分发挥作用，如图1所示。
2.机械结构创新设计的关键点分析
在机械结构设计中设计人员需要重点考虑好防腐性能，在选择材料和零部件的过程中需要考虑到如图2所示因素的影响作用，另外，还需要考虑到如下元素：设计防腐设备：机械设备需要给予其完善的空间，特别是需要确保其处于干燥的环境中，淤积介质千万不能出现，这样可以有效减少设备的腐蚀。结构间隙腐蚀：在设计结构过程中，一般都会出现结构盲区，这些盲区位于眼睛看不到或是手触摸不到的地方。这些区域很容易沉淀物质，这些物质不仅能损害机械设备，同时还会对设备造成腐蚀，设备的使用年限会大大降低，主要体现在如下方面：焊接点、铆接结构和容器衬板结构等。设计人员在设计这些部分时一定不要出现间隙结构，从而将结构质量提高。如果上述问题不能得到解决，就需要将密封间隙增加。如果上面的设计不能达到要求，可以将间隙进行合理扩大，使得设计质量得到保障。避免直接接触金属：在结构设计中尽量不要直接接触金属，这是因为金属容易出现腐蚀现象，所以需要将不同的金属隔离出来。不要出现高浓度梯度：从某种意义上讲容易出现沉淀物或是冷凝物，这样会导致局部势差出现，从而使得设备的腐蚀速度增快。在机械结构的设计中，需要将最小面积规范体现出来，这样才能将表面积较大限度地减少，通过分析实验数据知，球体结构是好的选择，圆柱体是仅次于球体结构的选择。
3.化结构设计方案
对于设计方案来说，它会直接影响到机械结构的实际使用效果，所以在设计方案的选择中需要高度重视，或者是设计出多种方案进行相互的对比和筛选，将方案选择出来，在对设计方案进行合理分析之后，评价好设计方案，在评价过程中需要采用科学、合理的评价方法，一般使用较多的是模糊综合评判法。在综合评定时需要考虑到安全性、经济指标、社会效益、维修性和可操作性等评价因素的影响。如果是考虑到社会效益的影响，需要考虑到设备是否会经常出现故障等；如果是经济指标，需要从成本和人员两方面来考虑；如果是可操作性，需要从施工工艺方面来考虑，主要是从施工技术是否成熟等方面来考虑。所以，综合上面的因素考虑，在机械结构设计中，需要根据设备的特点对结果进行不断的优化，这样不仅能对机械设备进行调整，同时还能对设计结构进行改进。对于结构中的一些关键性的结构和零部件要建立起数学模型，这样才能对其进一步进行优化设计。因为模型能将结构特征真实反映出来，为结构设计的改进和完善提供必要的参考依据，这样才能综合性优化。随着我国当前经济发展速度的增快，我国的综合实力的重要衡量参数就是机械设备，所以需要对机械设备的结构设计进行不断的创新，这样才能不断完善好施工技术。随着我国当前科技创新的发展，机械结构设计也被不断地进行优化，测控设备的方法也得到了不断的优化和发展，设计人员的设计思路也需要与时俱进，不断将自身的创新意识提高，同时不断引进新的设计理念，使得机械设备结构设计得到不断地完善和发展。
结语
在设备的使用和更新过程中机械结构设计起到了非常重要的作用，它在很大程度上促进了我国国民经济的发展。对于机械设计来说找到适合的新方法来替代旧方法是当前需要解决的重点和难点，需要设计人员具有较强的实际操作技能和操作意识，同时不断优化结构设计，将机械结构设计的思路和理念提高，只有这样才能提高机械结构设计的质量，实现我国的强国之梦。
作者:杜春艳 单位:恩比尔机械制造有限公司
机械创新设计论文:机械结构设计中的创新设计探析
时代的发展与社会的进步对创新提出了进一步的要求。创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力，对于机械结构设计来说也同样如此。对于设计者来说，在机械结构设计中进行创新是一项非常具有挑战的任务。只有充分了解机械结构创新的必要性，才能取得的设计效果。
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、基于变元法的机械结构设计创新
（一）机械结构设计时进行材料变元
机械结构设计离不开材料的科学选择，可以说机械结构创新的成败决定了合理的材料选择。比如说在设计液浮式陀螺时，如果马达定子壳所使用铝质材料，而将合金钢作为转子轴的材料，那么因为其膨胀系数的不同导致其在运行时可能因为定子与转子轴向尺寸的变化，导致液浮式陀螺马达运行故障。所以设计时就必须重视材料变元的科学运用，合理利用材料。
（二）机械结构设计时进行数量变元
众所周知，完整的机械结构是一个成熟的系统，包含各种不同的零件，这些零件虽然作用不同但是都发挥着作用。在设计时，设计人员就必须不断计算，并将计算结果与机械结构设计相比对，及时改进。如果发现机械结构设计中存在冗余零件结构，则需要及时更换淘汰。对于机械结构设计的创新就要求设计人员及时调整机械结构的零部件，确保结构设计的科学、合理。设计时可以减少零件或者将部分零件合并，通过减少了零件的数量，提高其互换性，从而提高了机械结构的性能。比如说铸件的结构性装必须简单，此时就应该采用直线型的轮廓。而螺纹连接结构中，要想避免螺丝松动问题，就可以把螺钉、垫圈以及弹簧垫片功能整合，减少零件数量并满足功能。
（三）机械结构设计时进行位置变元
机械结构设计过程中如果调整零件的位置，则可能导致机械结构产品的整体性能发生变化。在一些机械设备中，其传动装置的齿轮要求必须贴合无间隙，但是在加工过程中往往做不到这样的要求，齿轮的孔距难以得到有效的控制。虽然可以采取其他的设计形式，但是可能又会受到空间的限制。所以设计师必须通过位置变元，以此来不断调整机械机构各零部件之间的孔距与距离，进而实现创新，改善性能。
（四）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障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，设计者必须保障机械结构设计时的尺寸变元，不断找到的零件应用尺寸，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，保障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。
（五）机械结构设计时进行形状变元
设计人员要关注机械结构中零件表面极其整体形状、轮廓等，通过设计实现零件形状的改变，从而改善机械结构的性能、外形或者功能。例如在设计某一机械结构时，要求其发挥弹簧压力压紧零件，就可以在设计时将弹簧类型（压簧、拉簧、扭簧、板簧等）和被压零件形状（圆柱面、平面、螺旋面、球面等）进行反复组合，在所得到的各种方案中选择组合。
（六）机械结构设计时进行连接变元
机械结构设计中的连接方式与方法比较多，不同的机械结构需要选择不同的连接方式。所以设计人员要具有将不同连接结构以及连接方式进行相互调换、调整以及改变的思维，从而获得众多不同类型的机械结构类型。比如说一些机械部件需要经常拆卸，在选择连接结构时就应该选用一些既能够连接也能够便于拆卸的连接结构。这种类型在生活中可以经常看到，尤其是手机机盖或者儿童玩具产品中较为多见。
（七）机械结构设计时进行工艺变元
使用不同工艺方法装配起来的机械结构可能其性能也不同，在进行机械结构设计时应该考虑到这一点，否则可能出现机械结构产品无法满足设计需求的局面。设计人员所要做的就是要熟练掌握各种加工工艺，并能够在此基础上进行反复试验。通过仔细分析，找到零件结构工艺中可能存在的问题，从而提出相应的修改意见。在一些机械结构设计与推广中，一些机械结构的加工与制造可能与传统方法不同，设计人员需要予以极大的关注，以便其能够保障机械结构的质量与性能。
结语
综上所述，机械结构设计创新具有非常重要的意义，是满足人们需求，促进社会进步与发展的不竭动力。对于设计者来说，要不断探寻机械结构设计的创新点，不断优化结构设计，利用创新思维、创新理念替代传统设计理念与方法。这就要求设计者必须具备高昂的斗志、敏锐的观察力以及源源不断的灵感，最重要的则是要有较高的专业素质。只有这样才能不断创新机械结构设计，满足社会与生活的需要。
作者：乔石 邵婉 单位：烟台北方星空自控科技有限公司
机械创新设计论文:机械结构的创新设计及其优化分析
1结构创新设计新方法—变元法
结构设计作为机械设计过程中至关重要的组成部分，所完成的工作是按照的机械原理进行机械图纸的设计。变元法是由德国科学家发明的方法，主要应用于机械相关设备的结构图纸的设计，其特点是具有创新性。本文针对变元法作出了一定的修改和完善，目的是让这种方法更容易被应用和理解。变元法在机械行业及相关领域有较为广泛的应用。我们在使用变元法的完成结构设计的过程中，是以完成这种产品的基本结构为前提，再进行其他新型设计思路的研发。变元法的含义主要包含两个方面：一方面，机械结构方面，这方面的变元法主要包括七个种类；另一方面，针对这部分的变元进行改变，创新性的实现不同种类的结构设计。以下是对7个变元的阐述：
1.1数量变元
数量变元指的是研究机械设备的所有的零部件或构件的全部的外形、工作面以及生产的点、线、面等都看做是构成零部件的基本元素，对这些基本元素的数据进行修改，完成针对机械设备构件的优化的目标。例如：为了实现简化的目的，在设计铸件零件的外形时，多使用直线设计的外形轮廓。
1.2形状变元
形状变元指的是从机械的形状方面对机械结构的外形和重要轮廓、加工表面以及所使用零部件的种类和尺寸进行优化调整，进而得出多种结构的创新设计，从而对整个机械进行优化调整。机械设计过程中这类因素的创新是把机械设备的运行原理转化为设计图纸的过程。例如，火力发电厂的冷渣机，为了能够把高温炉渣以最快的速度降低温度，技术人员采用了形状变元的方法对冷渣机进行优化设计，改变原有的单腔体为多腔体，提高了降低温度速率这一难题。
1.3材料变元
零部件选取多种类型的材料一般会改变这种零件的尺寸，进而生产工艺也会相应的变化，以至于改变了整体机械的外形和构造。我们可以针对材料的改变而设计出多种类型的构造方案。
1.4位置变元
位置变元指的是按照机械设备的构造位置的改变，实现多种类型设计方案的形成。例如，在针对焊缝零部件的焊接方法时，选择焊缝的位置非常重要，当我们选择在中心轴附近时，避免了零件由于收缩造成的弯曲变形。
1.5联接变元
联接变元指的是在设计过程中应该注意元素的两个方面：一方面，我们需要确定元素联接方法的改变。例如，工作中常见的焊接、热熔连接等；另一方面，我们需要研究针对任意一种联接方式的不同类型的联接结构的创新，进而得到不同类型的方案。例如，儿童玩具在设计过程中要尽量做到安全联接，我们可以设计成卡扣联接方式，这样不容易出现小孩误食螺丝的现象。
1.6尺寸变元
尺寸变元指的是高度、宽度、直线度、弯曲度等方面的内容。技术人员在针对这些元素进行创新设计时，一般侧重于改变零件的尺寸。完成对机械系统构件完善的目的。例如，技术人员想提升粉碎机的物料目数，针对动力副在整体机构上的相对位置做出了改变，进而完成了粉碎目数的提升，效果是原来的2倍。
1.7工艺变元
设计和工艺的关系是相互衔接和相辅相成的。每种零部件的加工方法和制造工艺各不相同，各类零部件与设备的加工和制造质量、生产周期、成本和使用年限也千差万别，进而制约着设备产品的构造。按照相应产品的工艺特性，结合使用以上7类变元，按照进行根据所设计机械产品的特点,灵活地运用上述7个变元,同时设计者依据所具备的知识、经验,运用创造性思维方法,如类比、推理、归纳、模拟、想象、直觉及灵感等,可构思出很多种结构方案。
2精密仪器与精密机械结构创新的必要性
当今社会是科技高速发展的时代，测量设备和机械构造的设计理念和方式都进行着完善和提升。如何让青年人可以快速的适应企业对适应性和才能的要求，成为我们大家亟待思考的问题。因此，在进行实习设计的课程教学过程中，引入前沿的、适应企业需求的人才培养方法和相应的实习方式和装备变成了必须考虑的问题。所有的测量设备或控制装置都具有相应的适应所在系统需求的系统或构造，那么在测量设备、控制装置确定的机械结构设计需求的基础上，如何使用先进的设计思路和多种类型的机械构造构件进行优化整合，建造适应系统需求的高端机械构件，是我们当前工程设计的重要方法。根据企业对人员的需求，按照建造机械系统和构造的整个阶段，依据以往的经验，侧重对机械设计的基础内容、方式、理念的研究；注重对系统构造的探索；注重研究、分析问题的方式方法和创新水平的提升。建立一整套面向企业所需求的能够操作精密设备和高科技仪器人才的培养方式非常重要。
3结构方案的评价与优化
为了得到化的方案，我们针对所有的方案都进行了的分析研究，按照模糊综合评价的方法实现所有方案的评判。首先选定的评判指标是在构造方案的性能标准、经济效益、可实现性、保养维修以及技术性能等方面进行选取。通过这种的评价方式在所有方案中选择出最适合的方案。其次是在完成上述评价之后，针对整个系统中主要的零件和构件建立模型，通过对数学模型的的计算完成模型的优化设计。在建立数学模型的过程中，完善数学模型以达到尽量复合机构的运动特征，这样的数学模型得到的数据结果能够为机械结构的研究分析和产品优化提供更为真实度数据，最终实现产品结构的结构设计。数学模型可以表达机械构造中的各类变元，但是也有一些变化是不能够或者较难描述。当我们在优化设计中过度的依靠数学模型的数据，那么我们就被模型所局限而不能实现真正意义上的完善合理的优化设计，同时也很难被应用在实践当中。另外，我们还应该针对机械结构中的主要零件或者构件进行性和有限元方面的研究分析，针对机械系统中的转动件和力矩分析，来实现从多角度为机械设备结构进行多方位的优化分析，来实现优化设计的创新研究。
作者：董立占 单位：黑龙江农业职业技术学院
机械创新设计论文:机械结构设计中的创新设计分析
1.变元法的主要内容
1.1对机械设备的材料进行必要的科学变元
在机械结构设计中，选择合理的材料非常重要。液浮式陀螺中马达定子壳材料为铝，转子轴的材料为合金钢，铝的温度线膨胀系数是22×10-6/℃，合金钢为16.7×10-6/℃。当温度变化时，由于两种材料的膨胀系数不一样，马达定子和转子的轴向尺寸发生变化。将使马达重心偏移引起对浮子中心的不平衡力矩。采用同一种材料,减少了温度对陀螺漂移的影响。剩余误差用电路再进行一次温度误差的补偿，从而保障陀螺在不采取温控措施的情况下获得较高精度。
1.2对机械产品数量进行科学变元
一个完整的产品包含着许多不同的零件，这些零件都将起到了一定的作用。然而，机械设计师可以通过反复推算和设计，对机械产品进行改进，对于那些不必要的零件，尽量给予淘汰。因此，通过对机械产品零件的调整，从而得到更加科学合理的设计。在这种情况下，即可以减少机械零件品种，同时便于企业现代化管理。在陀螺罗经的设计过程中，采用类似零件的合并设计,减少零部件的个数,提高了零件的互换性,并且保障了产品性能的。
1.3对机械设备零件的位置进行变元
机械零件的位置变化，往往会导致产品性能发生根本性的变化，陀螺罗经中的传动装置要求齿轮啮合尽量无间隙，而在加工外环中的齿轮孔距及齿轮都很难得到保障，采用双联齿轮轴又受到空间限制,通过用偏心套来调整两齿轮之间的距离,可以消除齿轮传动中的空迴。经过验证,达到了设计精度要求,能满足产品的整体性能。
1.4对机械设备零件尺寸进行科学变元
高质量的产品,不仅需要好的产品性能,而且还需要满足用户对产品外观、安装方式、外形尺寸等要求。这就需要机械设计师，利用科学的方法对机械零件进行推算，找出对零件的设计方案，并通过对零件外形的修正与优化，使零件在机械产品运转中达到好的运转状态。我们对液浮式陀螺罗经的内部零件进行优化设计，在满足强度的同时缩小了部分零件的尺寸，并采用模块的结构方式,使液浮式陀螺罗经内部零件得到更好协调，从而大大缩小了产品的外形尺寸,减轻产品的重量。
1.5对机械设备的形状进行科学变元
机械产品中零件的形状变化往往也会导致整个产品性能发生变化。陀螺罗经中陀螺浮子以氟油作支承，在温度变化时支承液的体积也要随着变化。贮液缸盖上有个通汽孔，缸盖内有一空腔，支承液体积的变化在空腔内调节。这样的结构在运动状态支承液的自由表面会跟随运动，造成对陀螺的干扰；另外，由于支承液与外界相通，空气在支承液中的溶解度会随压力、温度、湿度等因素而变化，形成对陀螺的干扰而影响精度。但由于结构简单，在陀螺精度要求不高时仍被采用。用波纹管对支承液的体积变化进行补偿可以避免出现上述存在问题。能在较大程度上降低气压、温度、湿度和加速度等因素对陀螺精度的影响。
1.6对机械设备零件的联接方式进行科学变元
从机械设计的角度来讲，传统的机械零件的联接方式有很多种，主要的方式有焊接方式，胶接方式，以及螺纹联接方式等等。对于不同的联接环境要用不同的联接方式，当机械产品的联接需要非常紧密，并且以后不需要进行拆开的情况下，就需要选择焊接的联接方式，例如支架间进行联接就需要运用焊接方式。如果只是需要零件间联接在一起，并且需要在初装、维修等情况下拆开时，就需要选择螺纹联接的方式[4]。因此，在机械零件的联接过程中，具体需要什么样的联接方式，需要机械设计师具体问题具体分析。在陀螺罗经的设计过程，大量采用螺纹加弹性挡圈联接方式,轴与齿轮采用轴销的联接方式,保障了零件之间无窜动,也便于产品的装拆和维修。
1.7对机械设备工艺方法进行科学变元
不同的工艺方法可能会使装配起来的产品达不到设计的要求，因此，就需要机械设计师掌据零件的加工工艺和热处理工艺,对关、重件工艺方法进行反复试验，最终找到最适合工艺过程进行固化,并对重要尺寸进行记录。然而，对于不同批次、自然时效过短及更换新的材料,则需要对具体情况进行具体分析，对工艺适当更改，满足产品性能要求。扭丝是液浮式陀螺仪中的重要零件，由于其细长，加工难度很大,所以采用了专用机床、专用工装和专业技师来完成机加工,对不同批次、自然时效过短的材料进行多次冷、热处理,大大提高了产品的合格率。
2.结束语
随着时代的不断进步，科技水平得到了快速的发展，人们对产品的要求也越来越高。我们已经进入了一个机械化与自动化的时代，我们的生活和工作越来越离不开机械设备。因此，为了提高我们这个时代的生产力水平，让机械化更好地服务于我们这个时代，就需要机械设计师通过科学的推算和试验，对机械设计的各个环节进行创新，在保障机械设备安全运转的情况下，不断提高机械设备的工作效率，最终推动社会生产力的提高，让机械设备更好地造福于民。
作者：吴小华 单位：九江市中船仪表有限责任公司
机械创新设计论文:变元法的机械结构创新设计
1机械结构设计创新设计的重要性
随着社会经济的不断发展，我们机械制造技术发展也极为迅速，而且，机械制造是我国重大生产行业之一，对推动我国经济发展有着极大的作用。但是，我国作为一个机械制造大国，在机械结构设计上却欠缺太多，很多机械制造都是模仿其他发达国家的机械设计工艺来进行生产的，虽然一些机械结构设计也发生了改变，而从本质上却依然没有太大的变动，缺乏自主创新设计，一直引用技术会造成我国的机械结构设计会随着发达国家的后面走，无法将其真正的超越，而且，很多机械企业认为创建机械研发中心较为奢侈，这样的思想很难为我国的经济发展、科技发展带来更大的推动作用。我国作为一个经济大国、机械制造大国，不能仅将目光停留在机械的生产制造中，更应将目光放在机械结构设计的创新上，同时要保障机械设计创新不能过于死板，单纯的按照其他机械设计进行修修改改的很难从实质进行改变，需要从机械结构、系统等多方位进行创新，同时，还要注重机械结构设计创新人才的培养，这才是机械结构设计创新发展的根本，而且，通过不断的对机械结构设计的创新，对促进我国经济发展、科技发展有着极大的作用，更有利于早日超过西方一些发达国家的机械科技水平，从而成为世界机械结构设计创新的“领跑人”。
2机械结构设计中的创新设计
机械结构设计中的创新设计，应切实的走上创新道路，按照科学理论的推理，对其进行科学的设想、勇敢去实践，这样才能实现对机械结构设计的创新目的。变元法是机械结构设计创新设计的重要方法之一，而且，变元法的应用范围也极为广泛，能够给设计人员带来一定的创新思路，主要是对产品的关键点进行考虑，再对各个关键点的设计进行论证和调整，从而实现对机械结构设计方案的调整，去除以往机械结构设计的老套方案，提升机械结构设计效果，达到对结构设计的创新目的，具体分析如下。
2.1尺寸的变元
机械结构设计中涉及到的零部件较多，而且，各项零部件结构的形状有着很大的差异性，每个机械结构尺寸、形状等参数都会根据机械使用的情况进行相应的设定，从而实现机械运行的相应功能。利用变元法对机械结构各个零部件尺寸进行变元设计，实现对形状、尺寸等参数进行优化的目的，不断的提升机械的运行效果。另外，在尺寸变元的基础上，可以对机械结构形态、尺寸等进行创新，主要结合机械市场的发展形势、机械的使用趋势等来实现对机械结构的创新目的。
2.2材料的变元
机械结构设计中应用到的材料种类极为繁多，各部分结构都会结合使用情况的不同采取不同的原材料制成，而且每个零部件材料加工的方式也有所不同，同样材料在加工不同零件的情况下也可能出现不同的加工方式，而最终的目的是要通过合理的加工方式来将材料的效能发挥出来，这样才能有效的提高机械的使用效率。变元法中所提到的材料变元，主要根据对材料的变元方式来实现对机械结构设计的创新和研究。例如，在对一种材料进行加工的过程中，如果想得到理想的刚性材料的作用，需要将这类刚性材料应用到相应的部件，也可以说，对机械结构的设计，需要根据材料的性能来进行相应的调整。因此说，在对机械结构设计创新的过程中，必须注重材料的性能发挥，这样才能更好的完成机械结构的创新设计。
2.3工艺的变元
加工工艺技术对机械结构设计的创新有着极大的作用，机械的任何结构在完成理想设计之前，都必须有着的加工工艺作为支持，这样才能有效的提高机械结构创新的效果。变元法中所提到的工艺变元主要是根据工艺技术选择的不同，来实现对各个元器件产生相应的作用，从而实现对机械整个结构产生作用。工艺手段与结构尺寸、材料性能等变元有着很大的差异性，工艺手段选取和使用的合理性，直接影响到机械结构的质量和性能，因此，机械结构创新设计必须对工艺手段进行创新设计，利用新颖的工艺手段来确保机械结构设计的创新性。
3结语
综上所述，随着社会经济的不断发展，机械行业的发展也极为迅速，但是，我国作为一个机械制造大国，在机械结构创新设计领域做的并不好，总是去模仿一些发达国家的机械设计，不利于我国经济的快速发展，因此，应加强对机械结构设计的创新，才能对我国经济发展起到推进的作用。通过本文对机械结构设计中的创新设计分析，作者结合自身多年的工作经验，以及自身对机械结构创新设计的了解，主要从机械结构创新设计的尺寸的变元、材料的变元、工艺的变元等几方面内容进行分析，希望通过本文的分析，对提高我国机械结构创新设计效率给予一定的启发。
作者：孙艳芬 单位：江苏省常州机电职业技术学院
机械创新设计论文:机械结构设计中的创新设计
1变元法
1.1材料变元
那么在机械设计中拥有很多种不同类型的原材料可谓是种类繁多，那么这些不同的材料都拥有自己各自不同的功能等，而这些原材料对于工艺加工的要求又各自不尽相同，只有通过加工以后才能得到想要的理想材料，才能够达到参数的标准。那么对于有些不可加工的材料就可以运用材料变元法进行新的方案的设计和研究。举个例子：对于刚性材料的设计方案中，我们通常情况是运用增大面积法来获得想要得到的理想刚性材料，而对于铁性材料我们是运用了增强隔板等方法来进行铁性材料的调整。这些都是运用了变元法来达到的，所谓变元法就是改变一种变量或两种变量从而达到的结果不变的道理来实现接卸设计中的创新设计的。
1.2数量变元
那么在产品的结构原理中最为基本的就是加工面和工作面这两个最为重要的基本元素，当然还包括有产品的整体和产品本身等。这些就构成了产品好坏的标准。那么我们就可以通过调节这些元素进行产品的调整得到理想的产品元件。举个例子：对于一些产品我们的设计力求简单和实用，主要就是采用了直线形状的设计。那么对于螺丝来说我们一般为了防止其脱落就使用了弹簧垫来达到防止螺丝松动的目的。而且弹簧垫还可以起到缓冲的目的，那么我们可有把这三种结合在一起形成一个整体，这样做不仅减少了工作量而且对于产品还方便携带和安装，这就是数量的变元，就是将原来需要三个四个等的元器件将它们进行集成化达到减少元件的目的。我们可以在进行产品施工前就把一些能够合成的产品进行合成，减少施工量等。
1.3位置变元
那么位置变元从字面意思就可以看出来就是通过调整每一个元件的空间位置来进行改变，这样就可以达到优化的主要作用。举个实际例子：那么我们在焊接一些元器件的时候应该把焊接的位置尽量的靠近中性对称抽的位置，这样就可以大大减少元器件的变形和元器件的不规则扭曲。那么优化了元器件的位置之后对于一些有限的空间我们就可以腾出一些空间来进行其它元器件的放置和安装，这将大大节约空间的使用率。
1.4尺寸变元
从尺寸变元可以看出就是讲一些元器件的形状进行改变从而达到优化的目的。我们可以调整的主要就是一些类似于长宽高等元器件的参数。举个例子：在一些冷冲压弯曲技术中，有些是需要材料进行弹性的变化的，那么如果非要材料达到方案中的角度就需要在材料冷冲以后再进行一些另外的整形，那么对于这些可以弯曲的材料的角度在进行变元前要进行严格的考虑和计算，避免材料不合格引起整体设计的变形和扭曲。
1.5形状变元
根据形状变元可以看出这一变元法主要就是对于元器件的整体进行调整变形以后得到一些需要的元器件，这样就可以达到机械设计的目的要求以及想要的元器件的参数。来达到好的优化效果。举个例子：充分利用弹簧的弹簧弹性来进行元器件的安装，那么在进行安装时弹簧有很多种类型，那么相应的通过弹簧安装的元器件也就会有很多种不同的形状，就好像有圆柱型，平面型等等。那么我们可以充分利用这些元器件的形状来进行设计和优化作用。那么弹簧要考虑它的物理特性不能不起作用也不能过于压紧，因为前者不能讲弹簧的特性发挥出来，而后者将会使弹簧在以后的使用中失去它的弹性作用。那么弹簧一定要保持稳定不能够轻易的松动，弹簧的特性我们可以充分的利用，因为弹簧不仅体积小而且便于和各个元器件相互进行结合。
1.6分析工艺变元
元器件的工艺技术选取不同也将对于元器件产生不同的影响，这将会对于机械设计的整体结构产生各自的影响。那么如果选取的工艺手段不同得到的元器件的工艺参数和整个元器件的好坏都会有不同的影响。那么我们在进行机械设计时就应该在进行设计施工前对于每个产品的工艺进行要个的把关，结合原来设计的图纸类容进行工艺的选取，在进行元器件的工艺制作时就应该选择最为适合的工艺技术来进行元器件的设计和开发。并且一旦发现问题就要及时的进行工艺技术手段的调整和纠正，避免因为工艺技术手段选取的不合理引起的元器件的不合格。
2结束语
对于机械结构设计而言引进变元法具有积极的作用和深远的意义。那么对于产品设计中元器件而言变元法将起到至为关键的作用很有可能将会影响产品的施工质量和好坏。那么对于机械设计而言寻找新的更为合适的方法来代替原来的老方法是目前我们迫切需要研究和进行思考的地方，这不仅仅要求我们的工作人员具有相当高的专业知识而且要求我们的工作人员具有相当高的实际操作意识和深厚的实际操作技能。变元法不仅仅只是能够运用在机械设计里面，对于我们生活中或者其它的工程施工一样能够起到帮助和优化的作用。
作者：万胜 王谊平 蒋伍 单位：重庆市耐德新明和工业有限公司
机械创新设计论文:行动导向教学法的机械创新设计研究
摘要：在高等院校的机械创新设计课程教学中引入行动导向教学法，实施以工作任务为导向的教学策略，根据学生就业岗位的需求和机械工程设计有关内容，进行教学情景的设计，对提高学生的实际动手操作能力，培养学生的团队合作能力、专业能力和学习能力有着极为重要的意义。
关键词：行动导向教学法；机械创新设计；教学方法
行动导向教学法的主要特点是以职业岗位为特点，以培养学生的能力为主要目的。机械创新设计是机械专业课程体系中的主要拓展课程，是培养学生运用创新思维和专业方法的能力。将行动导向教学法引进到该门课程的教学过程中，强调培养学生的心智技能和动作技能。不仅实现专业培养的目标，更在于将未来职业对创新型人才的要求显性地落实到当前教育活动中。
一、行动导向教学法的实施因素
行动导向教学法中强调将学生个体作为教学行动的主体，将教师作为教学活动的指导，教学目的是提升学生的专业能力和实际应用的能力。教师在授课过程中所追求的教学目标，应该结合目前学生就业岗位的实际需求，选择合适的教学内容，设置合理的教学情景，最终达成期望的教学目标。要想将行动导向教学法顺利实施，需要保障以下的因素能够达成：1）确定课程的职业教学的目标。职业教育的目的是培养动手能力强、专业素养高的企业品质员工。通过对就业于机械制造企业的专业毕业生情况调查，以及对专业岗位需要的社会能力、方法能力、语言表达与思维能力、学习与创新能力等进行系统分析，从而确定本课程的教学目标和需要达到的职业基本能力目标。2）确定课程顺利实施的指导性原则。顺利实施行动导向教学法，应该具备资讯、计划、决策、实施、检查和评估这6个环节，并且缺一不可。通过整套流程，实现将学生的被动式学习转化为主动式学习，体现对学生的自主学习能力与与创新方法能力的教育目标。需要教师向学生提供必要的学习资讯和创设合理的教学情景，使得学习过程变得丰富而生动。3）做好行动导向教学法的教学规划。首先应该了解该职业活动的基本领域和基本的职业法规，由工作内容来确定学习内容，这样确定出的教学目标和教学规划才更具有实践意义。在教学规划时，可以采用项目实施法、工作站法和头脑风暴法等来组织课程；要结合学生的实际基础设计好每一个教学单元和选题任务；采用多种手段和教学媒介调动学生学习的积极性，以达到良好的教学效果。
二、行动导向教学法在机械创新设计教学中的实施
机械选型和零件结构设计是机械专业学生的重要基本能力之一。机械创新设计的课程任务，是帮助学生从机械传动组合、零件的功能与结构等角度进行再审视和分析，学会运用创新思维和技法对其重新定义，进而尝试作出较合理的简单改造或创新设计。这里以减速器的结构创新为例进行分析，其基本的教学实施过程如下：1）咨询阶段。首先教师给学生布置工作任务，引导学生观察学习各种减速器的工作原理、轮系应用、减速器的结构和标准等，让学生通过自学和发现疑问。有助于学生较好地熟悉和掌握减速器的作用特点、基本类型和优缺点评价，并且能够了解减速器的方法和拆卸方法。2）决策阶段。首先对减速器的传动与结构进行再分析。通过反复的装卸、调整和小组分析讨论过程，在学生掌握了资料检索查阅能力、典型机械传动初步计算能力之后，教师提出任务要求，让学生对减速装置进行整体或局部的创新构思设计，拟设出符合基本原理的多种可能的创新方案。3）计划阶段。学生运用所具备的机械分析与计算能力，再对传动方案进行分析选择评估，对装置传动比进行合理分配计算，使得方案符合评价标准。确定创新设计方案，从而实现对减速装置的创新设计目标。4）实施阶段。在这个教学阶段，教师带领学生进行创新型减速器的轮系原理的组装、搭建和调整等基本的操作项目。学生在完成拆装、搭建验证和具体设计以后，再进行结构创新方面就会变得比较简便。5）检查阶段。在这个教学阶段，教师应该指导学生在减速器的拆装调整中，实施安装、齿轮齿衬和精度等方面的测量任务，学会灌注润滑油、检测和更滑零件和调试等技能。6）评估阶段。在此阶段，教师和学生分别对已经完成的创新成果和搭建实验项目进行评价，并提出改进意见和建议。学生从中获得评价能力、语言表达能力和总结分析能力的培养。通过整个过程的学习，学生在掌握对减速装置的拆装调整和传动方案分析的能力基础上，完成了机械传动与结构的。
三、教学实施过程中需要注意的问题
在机械创新设计教学中实施行动导向教学法，需要注意以下几个问题：1）要有科学的教学设计。充分结合学生的知识基础和学习能力设计教学情景，并能根据反馈信息适时调整。尽可能采用多种手段结合的方式，调动学习兴趣和培养学生自主学习能力。2）合理安排教学内容。应考虑学生的心理特征和学习特点精心组织教学题目，巧妙地引导学生的思维，实现知识与能力目标。教师是整个教学过程的引导者和组织者，要重视学生搭配分组情况，保障每组都能完成课题任务。3）及时进行学习效果的评价。可以采用学生自评、互评和教师评价等相结合的方式。评价的内容主要包括解决问题的思路、使用的方法和技能和学习态度等几个方面。
四、结语
在使用行动导向教学法进行机械创新设计教学的过程中，通过将真实的教学项目引进到实际的教学过程中，能够极大程度地调动学生的学习积极性，从而充分体现出以学生为主、教师为辅的教学理念。在整个教学过程中着力营造学生自主学习的氛围，改变传统的以教师为教学中心的教学理念，培养学生的实际动手操作的能力，对提升学生的综合素养有着至关重要的作用。
作者：陈耀华 单位：湖北三峡职业技术学院
