機械零部件的創(chuàng)新設(shè)計分析

劉金平

（濮陽市職業(yè)中專 河南 濮陽 457000）

現(xiàn)代機械設(shè)計與制造業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱, 是衡量我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重要指標之一, 其發(fā)展更離不開創(chuàng)新思維和創(chuàng)新人才的支撐.。 對于我們來說，就要培養(yǎng)創(chuàng)新意識，鍛煉創(chuàng)新的思維。 對機械零件進行創(chuàng)新設(shè)計，挖掘創(chuàng)新性思維，就顯得尤為重要。本文就針對機械零部件的創(chuàng)新設(shè)計進行分析。

1 機械零部件傳統(tǒng)的設(shè)計局限

通常機械零部件設(shè)計的特點是以長期的經(jīng)驗積累為制作基礎(chǔ), 通過力學(xué)、 數(shù)學(xué)建?；蛘呤窃囼灥人纬傻慕?jīng)驗公式、圖表、標準及規(guī)范作為依據(jù),來確定其結(jié)構(gòu)和尺寸,但是這樣的設(shè)計不免會帶來一些局限性的問題。 比如腐蝕、磨損、疲勞斷裂、拆后重裝失準、加工費時費料、不夠人性化等，即使運用了一些新材料、新的熱處理、新的表面處理技術(shù)，但疲勞斷裂、加工費時費料、不夠人性化等問題也避免不了，要解決這些問題，這就要求對機械零部件設(shè)計進行大膽創(chuàng)新。

2 機械零部件的創(chuàng)新設(shè)計思想

現(xiàn)代化的機械零部件設(shè)計強調(diào)創(chuàng)新，要求在設(shè)計中更充分地發(fā)揮設(shè)計者的想象力和創(chuàng)造力， 利用最新科技成果，在現(xiàn)代設(shè)計理論和方法的指導(dǎo)下， 設(shè)計出更具有生命力的產(chǎn)品，從而做到結(jié)構(gòu)創(chuàng)新（采用新的技術(shù)手段和技術(shù)原理）和工藝創(chuàng)新（采用先進的生產(chǎn)工藝）。

2.1 運用類比思維

類比思維就是基于某一個相同點或者相似點， 將外觀、性質(zhì)、用途不完全相同的事物進行比較，從而找出能夠達到目的的最佳方案。 如飛機與鳥類、飛機與蜻蜓，由鳥的飛行運動制成了飛機；機械手爪就是與人手類比而設(shè)計出來的。 如果考慮采用這種思維模式或許可以設(shè)計出新零件。

2.2 運用聯(lián)想思維

聯(lián)想思維是指通過對兩種以上事物之間所存在的關(guān)聯(lián)性與可比性，去擴展人腦中固有的思維，從而獲得更多的設(shè)想、預(yù)見和推測。 聯(lián)想思維在機械零件設(shè)計中是不可缺的重要運用，是決定設(shè)計創(chuàng)作成功與否的重要因素之一。 設(shè)計者應(yīng)打破常規(guī)思維的慣例，追求新的功能原理、新方案、新結(jié)構(gòu)、新造型、新材料、新工藝等，在求異和突破中體現(xiàn)創(chuàng)新。

2.3 運用發(fā)散思維

發(fā)散性思維的特征是: 個人的思想沿著眾多不同方向擴展,發(fā)散到各個與其相關(guān)的方面, 多思路、多方面地去思考問題,具有流暢性、變通性和獨特性的特點。 應(yīng)用發(fā)散性思維分析問題、解決問題,要充分利用已有的思維定勢,例如，若提出“將兩零部件聯(lián)結(jié)在一起”的問題，常規(guī)的辦法有螺紋聯(lián)結(jié)、焊接、膠接、鉚接等，但運用發(fā)散思維思考，可以想到利用電磁力、摩擦力、冷凍等方法。 發(fā)散思維是創(chuàng)造性思維的主要形式之一，在技術(shù)創(chuàng)新和方案設(shè)計中具有重要的意義。

3 合理有效地進行機械零部件設(shè)計

3.1 科學(xué)地進行機械零件疲勞強度設(shè)計

隨著我國建設(shè)和生產(chǎn)的快速發(fā)展，對各種機械設(shè)備的需求量及質(zhì)量要求也在快速增加。 疲勞失效的問題也越來越突出越嚴重。 因此掌握疲勞強度設(shè)計的基本原理和方法，并在機械設(shè)計、制造等各個環(huán)節(jié)中予以應(yīng)用，就會防止或大大減少設(shè)備疲勞斷裂事故的發(fā)生。 從而收到巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。 1）機械強度設(shè)計 先以靜強度計算確定零部件的初步尺寸， 然后進行疲勞強度的校核計算。 2） 有限壽命設(shè)計為了充分利用材料的承載能力,減小零部件或構(gòu)件的截面積,減輕重量,在確保零部件使用壽命的前提下,采用超過疲勞極限的工作應(yīng)力來進行疲勞設(shè)計,以避免發(fā)生疲勞破壞。3）常規(guī)疲勞設(shè)計 用標準試樣疲勞試驗先得到材料的疲勞極限及疲勞極限圖等，在考慮零部件由于尺寸、表面狀況等影響因素而進行疲勞設(shè)計。

3.2 把握機械零部件設(shè)計的主要內(nèi)容

機械零部件設(shè)計是機械設(shè)計的重要環(huán)節(jié)之一，機械運動方案中的機構(gòu)和構(gòu)件只有通過零部件設(shè)計才能得到用于加工的零部件工作圖和部件裝配圖，同時機械零部件設(shè)計也是機械總體設(shè)計的基礎(chǔ)。 機械零部件設(shè)計的主要內(nèi)容包括：根據(jù)運動方案設(shè)計和總體設(shè)計的要求， 明確零部件的工作要求、性能、參數(shù)等，選擇零部件的結(jié)構(gòu)構(gòu)形、材料、精度等，進行失效分析和工作能力計算， 畫出零部件圖和部件裝配圖。機械產(chǎn)品整機應(yīng)滿足的要求是由零部件設(shè)計和性能所決定的，機械零部件設(shè)計應(yīng)滿足的要求為：在工作能力上要求具體有強度、剛度、壽命、耐磨性、耐熱性、振動穩(wěn)定性及精度等；在工藝性上要求加工、裝配具有良好的工藝性及維修方便；在經(jīng)濟性上的要求主要指生產(chǎn)成本要低。 這些要求往往互相牽制，需全面綜合考慮。

3.3 準確地進行零部件表面粗糙度的選擇

表面粗糙度是指加工表面具有的較小間距和微小峰谷表面不平整，是檢驗零部件表面質(zhì)量的主要依據(jù)。 通常表面粗糙度大小會影響零件的耐磨性、配合性質(zhì)的穩(wěn)定性、零件的疲勞強度、零件的抗腐蝕性、零件的密封性、零件的接觸剛度以及零件的測量精度。

表面粗糙度大小選擇合理與否，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、使用壽命和生產(chǎn)成本。機械零部件表面粗糙度的選擇方法有3 種，即計算法、試驗法和類比法。在設(shè)計工作中，表面粗糙度的選擇歸根到底還是必須從實際應(yīng)用出發(fā)， 全面衡量零部件的表面功能和工藝經(jīng)濟性，才能作出合理的選擇。

3.4 正確進行機械零部件的失效計算

機械零部件由于各種原因不能正常工作而失效，其失效形式很多，主要有斷裂、過量變形、表面失效、過度磨損等。 為了保證零部件能正常工作，在設(shè)計零部件時應(yīng)首先進行零部件的失效分析，預(yù)估失效的可能性，采取相應(yīng)措施，進行有關(guān)計算： 強度要求是保證機械零部件能正常工作的基本要求；剛度要求零部件在載荷作用下的彈性變形必須在允許的承受范圍之內(nèi)；振動穩(wěn)定性要求所設(shè)計的零部件的固有頻率與其工作時所受激振源的頻率錯開；耐磨性則要求相互接觸并運動零部件的工作表面具有抵抗磨損的能力。

3.5 優(yōu)化機械零部件設(shè)計

機械零部件的優(yōu)化設(shè)計是把優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用到機械零件設(shè)計中，通過對機械零部件的優(yōu)化設(shè)計，確定出它們的最佳參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸，從而提高各種機械產(chǎn)品及技術(shù)裝備的設(shè)計水平。在機械設(shè)計中采用優(yōu)化設(shè)計方法， 在保證零部件機械性能的前提下降低成本，這將為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。 機械零件設(shè)計中包含了許多優(yōu)化問題，例如零件設(shè)計方案的優(yōu)選問題、零件尺寸參數(shù)優(yōu)化問題、零件設(shè)計性能優(yōu)化問題等。 比如對機械零件形狀設(shè)計，在常規(guī)設(shè)計完成后，再對零件的局部形狀進行形狀優(yōu)化設(shè)計，可以使沿邊界應(yīng)力分布發(fā)生變化，并趨向于均布，零件的應(yīng)力現(xiàn)象得到緩減。 隨著CAD/CAM 的技術(shù)的提高，任何表示邊界形狀曲線的可加工性都將成為可能。

［1］王啟，等.常用機械零部件可靠性設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996.

［2］隋明陽.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

［3］趙冬梅.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004.

［4］郭仁生.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

［5］許尚賢.機械零部件現(xiàn)代設(shè)計方法[M].北京:高等教育出版社,1996.