結(jié)構(gòu)設(shè)計是機械設(shè)計實體化過程中最為重要的一個環(huán)節(jié)。由于機械設(shè)計是以實體為表達形式的，所以機械設(shè)計與軟件設(shè)計不同，它的最終表現(xiàn)形式?jīng)Q定了它必須對結(jié)構(gòu)給以充分的考慮。實體的表達必然涉及以下幾點：

①表現(xiàn)實體的質(zhì)——材料；

②表現(xiàn)實體的魂——機械機構(gòu)的構(gòu)思；

③涉及實體的骨架——結(jié)構(gòu)。

在基本的設(shè)計思想被確定以后，結(jié)構(gòu)設(shè)計將是滿足總體功能設(shè)計要求的最終保證。

所有的設(shè)計結(jié)果都不是憑空產(chǎn)生的，它必然有一定的基礎(chǔ)。所以，結(jié)構(gòu)創(chuàng)新都是以現(xiàn)存的可用結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，而變異則是其最為基本的創(chuàng)新方式。

結(jié)構(gòu)的變異是與結(jié)構(gòu)設(shè)計密切相關(guān)的幾個方面為基礎(chǔ)的，如材料、形狀等；而每一種基本的變異又有多個考慮點。除此以外，實施變異的初始出發(fā)點可能有所不同：有可能是為了實現(xiàn)某種新功能；為了使操作更為便利，為了使操作者不容易犯錯等。但根據(jù)創(chuàng)新活動的基本目標，所有的變異最終都是為了提高產(chǎn)品的理想度。下面將對幾種常用的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方法作簡單的介紹。

一、功能面的變形

天行健管理李老師：機械結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)形式為各機械零部件的幾何形狀以及各部分之間的相互位置關(guān)系。機械零件的形狀決定于它的表面組合，而在其中起關(guān)鍵作用的就是功能面，也就是與工作介質(zhì)或其他物體相接觸或相互作用的表面。與機構(gòu)創(chuàng)新類似，結(jié)構(gòu)創(chuàng)新也是在綜合考慮下獲得的結(jié)果。所以功能面的變形通常涉及多個發(fā)明原理，將它們與某個原理作直接的對應(yīng)是比較困難的，這一困難實際上也存在于其他一些常用的機械創(chuàng)新方法中。下面舉兩例說明功能面變形的實現(xiàn)方式。

表5-3給出了彈簧與壓緊面之間的功能變異實例。從圖中可以看出，當被壓緊面發(fā)生變化以后，結(jié)構(gòu)也相應(yīng)地發(fā)生了改變。如對于圓柱面，采用中間件（中介物），既實現(xiàn)了彈簧的導向、定位，也保證了對圓柱面更好地壓緊；對于球面，則利用了彈簧座圈的定位效能；而平面-圓柱面組合也不妨看成是圓柱面結(jié)構(gòu)的某種變形。在利用功能面變異獲得某種新結(jié)構(gòu)時，必須充分注意結(jié)構(gòu)設(shè)計是與具體的功能實現(xiàn)相關(guān)的，所以脫離功能而討論某種結(jié)構(gòu)優(yōu)于另一種是毫無意義的。在實現(xiàn)某種功能的設(shè)計過程中，開拓思路最為重要，拘泥于某種規(guī)則，本身就不是創(chuàng)新者應(yīng)有的態(tài)度，而所有的發(fā)明原理所給出的只是思考的方向而不是最終的結(jié)果。

螺釘?shù)念^部、尾部和螺紋面是螺釘?shù)墓δ苊?，由于螺釘?shù)穆菁y面通常規(guī)定為粗牙的，所以在進行功能面變形時，能改動的是它的頭部、尾部。圖5-25給出了不同螺釘頭的功能面變形實例。這些形狀上的改變可以看成是維度的改變，也可以認為是局部性能的作用，而頭部的不同設(shè)計，使得螺釘在具體的使用過程中有了不同的特點。

二、材料的變異

材料的變異是機械創(chuàng)新中常用的方法，與發(fā)明原理有著多方位的聯(lián)系。

天行健管理李老師：在機械設(shè)計中，材料選擇的改變不但與性能要求有關(guān)，而且也與加工方式的選擇有關(guān)，比如將鍛鋼改換為鑄鋼時就意味著將選擇鑄造工藝獲得毛坯；將金屬材料改變?yōu)樗芰蠒r，可能意味著零件將采用塑料模進行成品生產(chǎn)。除此以外，材料的選擇也與結(jié)構(gòu)形狀的具體設(shè)計有關(guān)。

彈性聯(lián)軸器是一種常用的機械部件，其主要作用是改善聯(lián)軸器的吸振和緩沖功能，并對兩軸不對心具有一定的補償?shù)淖饔茫瑘D5-27給出了幾種常見的彈性聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，不同的材料選擇在結(jié)構(gòu)設(shè)計中是各不相同的；而同一種材料也可以設(shè)計成不同的形狀，從而獲得不同的性能。

三、彈性結(jié)構(gòu)

彈性結(jié)構(gòu)的合理使用將有效地簡化機械結(jié)構(gòu)的復雜程度，同時也將使結(jié)構(gòu)的設(shè)計更為靈活，彈性結(jié)構(gòu)可以看成動態(tài)化原理在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，而這一動態(tài)化（或柔性化）的獲得則是利用了材料的彈性。

圖5-28所示為一種快動連接結(jié)構(gòu)，通過引入彈性件將原來用螺紋聯(lián)接的結(jié)構(gòu)（圖5-28a）改為了快動連接結(jié)構(gòu)（圖5-28b）。

圖5-29所示為幾種易裝、拆的吊鉤結(jié)構(gòu)，其中也利用了材料的彈性。

利用材料的彈性可以獲得許多有意思的結(jié)構(gòu)，如塑料件中直接利用塑料的彈性制成彈性鉸鏈等，這里就不一一列舉。

四、組合結(jié)構(gòu)

天行健管理李老師：所謂的組合結(jié)構(gòu)就是采用組合的方式將幾個分離的零件組合成一個零件，或構(gòu)成一個組合體。組合結(jié)構(gòu)通常既是構(gòu)形上的組合，更是功能上的組合。

圖5-30所示為一種組合螺釘結(jié)構(gòu)，它將螺釘、墊片和彈簧墊圈的功能集成在一個零件上，既減少了零件的數(shù)量，更加便于裝配。

圖5-31所示為某包裝機中的一個支架構(gòu)件，通過將原設(shè)計中用11個零件組成的結(jié)構(gòu)（圖5-31a）通過形狀組合成為一個零件（圖5-31b）。應(yīng)該說，這種組合使零件的復雜程度大大增加，但由于精密鑄造技術(shù)的發(fā)展，加工難度并不是很大，而當零件的使用量相對較大時，可有效地節(jié)省加工時間，也可以有效地降低成本。

圖5-32所示為兩種自攻螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)。通過對螺釘?shù)念^部進行改變，將攻螺紋和旋入（圖5-32a）動作合二為一；或?qū)@孔、攻螺紋和旋入三種動作組合在一起（圖5-32b）。這兩種自攻螺釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)可以看成是組合原理的應(yīng)用，也可以看成是局部性能原理的應(yīng)用。