一個(gè)國家的發(fā)展離不開機(jī)械的創(chuàng)新，設(shè)計(jì)一個(gè)好的機(jī)械結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)極具創(chuàng)新能力的工作。我們在設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，必須以改進(jìn)和創(chuàng)新為目的，設(shè)計(jì)出更加優(yōu)化的機(jī)械。本文主要是探討了機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中用到的七中不同類型的變元法，根據(jù)這些變元法選擇出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，達(dá)到機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。
    結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)變元法
    目前機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用最多的就是變元法，這種方法既科學(xué)又便利，在設(shè)計(jì)的過程中，可以通過變元法將可變的元素梳理的更加邏輯化，大大提高了機(jī)械創(chuàng)新的步伐。機(jī)械設(shè)計(jì)中最主要的環(huán)節(jié)就是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是將一些機(jī)械式的原理通過圖案的方式畫在圖紙上面的過程。變元法的適用范圍非常廣泛，在使用變元法設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)創(chuàng)新產(chǎn)品時(shí)，必須先對設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行分析，然后選出最優(yōu)的變元法方案進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新。
    1.1.位置變元
    位置變元就是將產(chǎn)品內(nèi)部的每個(gè)基礎(chǔ)元件的位置改變，重新布置，從而得到各種新的結(jié)構(gòu)方案，它考慮到各個(gè)產(chǎn)品的基本元素相互之間的一些位置變換。例如：在有限的空間箱子里面裝配好若干構(gòu)件零件，如果各個(gè)零件的擺放位置不同，就會(huì)導(dǎo)致裝配操作后的操作性能的不同。
    1.2.材料變元
    材料變元主要就是考慮機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新中材料的選擇和一些材料的更替。在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過程中，不同的材料會(huì)對應(yīng)著不同的零件尺寸、結(jié)構(gòu)類型和加工工藝，如果零件采用不同的材料，那么該零件設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品的尺寸大小或者結(jié)構(gòu)也會(huì)隨之發(fā)生變化，它的加工時(shí)間和加工工藝也會(huì)隨之發(fā)生改變，這種變化直接影響著整個(gè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改變。例如：在使用鋼材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常在設(shè)計(jì)的時(shí)候故意加大鋼的橫截面積，這樣就起到了剛度和強(qiáng)度的雙增加。因此，如果通過材料變元，可以創(chuàng)新設(shè)計(jì)出許多類型的方案來。
    1.3.尺寸變元
    尺寸變元中的尺寸主要是指距離、角度和長度等，它考慮了變元元件中元素之間的距離、長短度和角度等方面的問題，通過改變機(jī)械零件和其構(gòu)件的尺寸大小，使機(jī)械的整體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。就因?yàn)槌叽缱冊闹饕獌?nèi)容是長度、角度和距離等的變元，這樣便是機(jī)械的整體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，不同的尺寸對應(yīng)著一個(gè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，從而起到了改變整體機(jī)械構(gòu)件的效果。例如，在一些彎曲工藝?yán)锩鏁?huì)使用到尺寸變元，因?yàn)槊總€(gè)材料的彎曲彈性變形不一樣，所以對元件的彎曲程度不同，角度的要求也不相同，需要在彎曲構(gòu)件成形之后，然后再對所彎曲的構(gòu)件進(jìn)行加工和修復(fù)，如果在彎曲構(gòu)件之前直接確定一個(gè)角度，并且構(gòu)件允許小范圍的變形，那么彎曲后就不用再加工修復(fù)了。
    1.4.數(shù)量變元
    在機(jī)械產(chǎn)品中有很多的元素，像輪廓面、加工面、輪廓線和工作面等都屬于機(jī)械元素，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)中包括著工作面和加工面兩類基本元素，數(shù)量變元就是從機(jī)械產(chǎn)品的每一個(gè)面和線等這些元素來考慮，通過改變機(jī)械產(chǎn)品中的這些元素的數(shù)量來改變產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，從而可以得到更多的機(jī)械結(jié)構(gòu)。例如在一些結(jié)構(gòu)比較簡單、形狀比較單一的情況下，就可以采用不同輪廓的線來改變機(jī)械的結(jié)構(gòu)，但如果是螺釘這類比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)時(shí)，因?yàn)橐乐孤萁z的脫落，所以螺絲的邊緣盡量要深陷一下，同時(shí)也可以加一個(gè)螺絲帽使之更固定。
    1.5.聯(lián)接變元
    聯(lián)接變元就是一種連接方式，它考慮了每個(gè)元素之間的聯(lián)接方式，補(bǔ)一個(gè)方式不同，主要有鉚接、焊接、膠結(jié)等，而不同的機(jī)械產(chǎn)品有不同的聯(lián)接方式，可以通過改變聯(lián)接方式來改變機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案。例如一些需要經(jīng)常拆卸的元件，就需要在設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮到零件的結(jié)構(gòu)連接是否可靠、拆卸是否方便等這些問題。在生活中也有很多利用聯(lián)接變元的產(chǎn)品，像手機(jī)產(chǎn)品的蓋子的拆裝結(jié)構(gòu)就很方便，利于使用者的方便操作。
    1.6.形狀變元
    形狀變元主要是通過改變機(jī)械結(jié)構(gòu)零件的表面形和輪廓形狀來改變元件的規(guī)格和類型，從而得到各種各樣的創(chuàng)新方案。例如彈簧可以做成不同種類的，有板簧、壓簧等產(chǎn)品。
    1.7.工藝變元
    結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)是緊密相關(guān)的，工藝變元需要考慮零件本身的工藝的變化，工藝的不同也會(huì)對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成巨大的影響，如果每個(gè)機(jī)械零件在制造的過程中選擇了不同的工藝，那么制造出來的產(chǎn)品的功能、質(zhì)量等都會(huì)不同，這些直接改變著產(chǎn)品整體的結(jié)構(gòu)和性能。因此，在機(jī)械創(chuàng)新時(shí)，必須首先做到設(shè)計(jì)好圖紙，只有擁有了一份優(yōu)秀的圖紙，才能創(chuàng)造出一臺(tái)更加優(yōu)質(zhì)的機(jī)械設(shè)備。
    機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的必要性
    在機(jī)械方面我們國家雖然是制造大國，但卻不是創(chuàng)造大國，我們國家的很多機(jī)械工藝都停留在模仿發(fā)達(dá)國家的機(jī)械工藝上。中國的制造業(yè)在國民生產(chǎn)總值中占到了40%，正是因?yàn)檫@樣，在機(jī)械創(chuàng)新上也更加有必要進(jìn)步，我們不能一直都是引進(jìn)國外的技術(shù)，引進(jìn)技術(shù)我們是不能進(jìn)步的，我國的很多企業(yè)，機(jī)械制造不搞自主創(chuàng)新，甚至一些知名的機(jī)械企業(yè)連研發(fā)中心都沒有。我們對于機(jī)械，對于機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)太過于死板，很多情況都是在前人基礎(chǔ)上修修改改，沒有實(shí)質(zhì)上的改變。機(jī)械行業(yè)對于機(jī)械結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的創(chuàng)新,像監(jiān)控設(shè)備，測量儀器等一些方面更是需要哪些可以從機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的某些規(guī)律上總結(jié)，創(chuàng)新的人才。
    機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的評價(jià)與優(yōu)化
    在對每種結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行綜合分析進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)候需要采用模糊綜合評判的方法，我們需要從結(jié)構(gòu)方案的社會(huì)效益、可操作性、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、安全性能等方面來確定評價(jià)。我們在這樣的基礎(chǔ)上，也可以根據(jù)需要在結(jié)構(gòu)中的重要部分例如關(guān)鍵性的零部件上面進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的建立。之所以建立數(shù)學(xué)模型，是因?yàn)閿?shù)學(xué)模型能夠很清晰地反應(yīng)出結(jié)構(gòu)特征，這樣我們便可以認(rèn)識到需要優(yōu)化或者改善的地方，最后便可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)學(xué)模型雖然比較麻煩與復(fù)雜，但是他在描述數(shù)量變元和材料變元上面有著其他的方式所無法超越的優(yōu)勢。結(jié)構(gòu)方案是應(yīng)該與最終的實(shí)際的應(yīng)用效果的好壞來進(jìn)行評價(jià)的，在機(jī)械結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)是一個(gè)比較常見的結(jié)構(gòu)，我們在對齒輪傳動(dòng)和滾動(dòng)軸承進(jìn)行流體與潤滑的分析，還要對這些零件進(jìn)行裝配的密封性能的分析，這樣才能完善最后的轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)。機(jī)械設(shè)備中重中之重便是機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，他關(guān)系著機(jī)械的功能，機(jī)械是否能夠運(yùn)行，是否能夠達(dá)到目的。雖然這些年來科學(xué)技術(shù)的不斷加強(qiáng)，各種機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)也在不斷進(jìn)行著改變和創(chuàng)新，但是我們更需要的是將設(shè)計(jì)和創(chuàng)新與實(shí)踐結(jié)合在一起，只有將智慧投入到實(shí)際的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，才能提高我們的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。

    機(jī)械創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本身具有非常重要的意義，如果想要完美實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者必須具有非常高的智慧、技術(shù)知識、專業(yè)知識，在分析問題上，設(shè)計(jì)者的頭腦必須高度敏銳，思維創(chuàng)新能力好。變元法在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起到了關(guān)鍵的作用，同時(shí)也為設(shè)計(jì)者在創(chuàng)新時(shí)帶來了便捷。目前工程設(shè)計(jì)者需要在選擇各個(gè)構(gòu)件零件的時(shí)候選擇最優(yōu)的組合，這樣可以使機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法得到靈活運(yùn)用。