機(jī)械零部件的創(chuàng)新設(shè)計(jì)建議

邵一哲 華北水利水電大學(xué)

一、機(jī)械零部件創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想

傳統(tǒng)機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的弊端日益凸顯，主要表現(xiàn)在四個(gè)方面：首先，傳統(tǒng)機(jī)械零部件設(shè)計(jì)大多建立在設(shè)計(jì)者有限的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)之上，缺乏足夠的理論基礎(chǔ)，所設(shè)計(jì)的方案缺乏系統(tǒng)性與科學(xué)性；其次，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，僅僅只針對(duì)重要的零部件進(jìn)行力學(xué)模型與數(shù)學(xué)模型建立，且計(jì)算過(guò)程是一種靜態(tài)或類似的計(jì)算形式，往往與實(shí)際工況存在著一定程度的差異，導(dǎo)致設(shè)計(jì)出的機(jī)械零部件適用性較差；除此之外，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)將重點(diǎn)放在產(chǎn)品本身的功能之上，而忽略了設(shè)計(jì)者、產(chǎn)品與環(huán)境之間的重要關(guān)系；最后，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)大多以手工計(jì)算與手工繪圖為主，不僅在精確性上存在不足，同時(shí)設(shè)計(jì)工作周期較長(zhǎng)，工作效率低下。

為了適應(yīng)時(shí)代與市場(chǎng)的發(fā)展需求，必須對(duì)機(jī)械零部件設(shè)計(jì)進(jìn)行有效的創(chuàng)新，因此必須運(yùn)用創(chuàng)新思維進(jìn)行思考。從本質(zhì)上來(lái)看，創(chuàng)新思維是一種建立于各類常規(guī)思維基礎(chǔ)之上的高層次的思維活動(dòng)。與之相對(duì)應(yīng)，機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的過(guò)程即是創(chuàng)新的過(guò)程，設(shè)計(jì)者必須具備創(chuàng)新思維，突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的框架，追求現(xiàn)代化、科技化的功能原理、方案、結(jié)構(gòu)造型、材料與工藝等。除此之外，設(shè)計(jì)者還應(yīng)當(dāng)與時(shí)俱進(jìn)，掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)方法，不能把設(shè)計(jì)工作當(dāng)作是例行公事，而應(yīng)該時(shí)刻保持強(qiáng)烈的熱情與創(chuàng)新愿望，以現(xiàn)代化的創(chuàng)新方法與創(chuàng)新思維進(jìn)行機(jī)械零部件創(chuàng)新。

二、機(jī)械零部件的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

（一）把握機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

機(jī)械零部件設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)的重要組成部分，機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案中的機(jī)構(gòu)和構(gòu)件只有通過(guò)零部件設(shè)計(jì)才能得到用于加工的零部件工作圖和部件裝配圖。作為設(shè)計(jì)者，要想實(shí)現(xiàn)科學(xué)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)，首先要充分把握機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，具體如下，首先必須對(duì)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)與總體設(shè)計(jì)要求進(jìn)行充分的結(jié)合，并在此基礎(chǔ)之上對(duì)零部件的功能、性能以及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行有效明確；其次，明確好零部件的相關(guān)設(shè)計(jì)要求與參數(shù)之后，需要對(duì)機(jī)械零部件的結(jié)構(gòu)構(gòu)形、材料以及精度進(jìn)行選擇確定；最后，進(jìn)行科學(xué)的失效分析與工作能力計(jì)算，在此基礎(chǔ)之上畫出零部件圖與裝配圖。在對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程之中，應(yīng)當(dāng)滿足如下幾個(gè)方面的要求：①工作能力方面：機(jī)械零部件設(shè)計(jì)在工作能力上面應(yīng)當(dāng)滿足強(qiáng)度、剛度、耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性、精度、使用年限以及振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的要求；②工藝性方面：要求機(jī)械零部件設(shè)計(jì)加工與裝配具有較強(qiáng)的適用性，且應(yīng)當(dāng)便于維修與維護(hù)；③經(jīng)濟(jì)性方面：要對(duì)設(shè)計(jì)成本與生產(chǎn)成本進(jìn)行一定程度上的控制，提升機(jī)械零部件的經(jīng)濟(jì)效益；④其它方面，除了上述幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)要求，機(jī)械零部件設(shè)計(jì)還應(yīng)當(dāng)滿足噪聲控制、不對(duì)環(huán)境造成污染、安全性高等要求。

（二）機(jī)械零部件失效形式的科學(xué)計(jì)算

機(jī)械零部件投入使用之后，會(huì)受到諸多因素的影響，進(jìn)而可能難以正常工作而失效，機(jī)械零部件的失效形式有多種類型，例如斷裂失效、表面壓碎失效、表面點(diǎn)蝕失效、塑性變形失效、共振失效以及過(guò)度磨損失效等。為了對(duì)機(jī)械零部件的正常工作進(jìn)行有效保證，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)之前首選需要進(jìn)行一定程度的失效分析，綜合考慮各個(gè)方面的影響因素，對(duì)機(jī)械零部件失效的可能性進(jìn)行正確預(yù)估，并針對(duì)其采取有效的應(yīng)對(duì)措施。理論計(jì)算是一種常用的失效分析方法，其依據(jù)的計(jì)算準(zhǔn)則主要有強(qiáng)度準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則以及耐熱性準(zhǔn)則。①?gòu)?qiáng)度準(zhǔn)則：強(qiáng)度是機(jī)械零部件的一項(xiàng)重要參數(shù)，高強(qiáng)度的機(jī)械零部件能夠?qū)嗔咽?、表面失效以及過(guò)大塑性變形失效進(jìn)行一定程度的抵抗；②剛度準(zhǔn)則：剛度指的是機(jī)械零部件在受到荷載的作用下抵抗彈性變形的能力，而剛度準(zhǔn)則要求機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的彈性變形在極限值之內(nèi)；③振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則：在機(jī)械運(yùn)作的過(guò)程中，零部件在高速運(yùn)動(dòng)的作用之下會(huì)發(fā)生一定程度的共振，進(jìn)而造成機(jī)械零部件失效?；谶@種情況，在對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程之中，應(yīng)當(dāng)注意使其固有頻率與其工作過(guò)程中所受激振源的頻率錯(cuò)開；④耐熱性準(zhǔn)則：當(dāng)機(jī)械零部件處于高溫環(huán)境之下，由于熱量較大且受熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，很有可能導(dǎo)致機(jī)械零部件潤(rùn)滑油失效、氧化、膠合、熱變形、硬度降低等情況的出現(xiàn)。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中為了避免這一情況，一方面需要對(duì)材料進(jìn)行有效選擇，另一方面需要提升零部件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性。

（三）優(yōu)化機(jī)械零部件設(shè)計(jì)方法

對(duì)機(jī)械學(xué)理論與方法進(jìn)行充分的運(yùn)用，了解理論力學(xué)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)、摩擦學(xué)、機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度學(xué)、傳動(dòng)機(jī)械學(xué)等方面的內(nèi)容，并將之綜合應(yīng)用到機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)當(dāng)中去。當(dāng)前狀況下，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高以及研究的日益深入，出現(xiàn)了一些新興的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與方法，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）便是較為典型的一種方法。CAD將計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行一定程度的利用，完成機(jī)械零部件設(shè)計(jì)中的選型、計(jì)算與繪圖等工作，設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量得到了很大程度上的提升。CAD技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用極大地促進(jìn)了機(jī)械設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變與發(fā)展，成為現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)的重要組成部分。在對(duì)機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要對(duì)這些現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方法與技術(shù)進(jìn)行有效的利用，將創(chuàng)新思維與科學(xué)方法與技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，從而進(jìn)一步提升機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)質(zhì)量、科學(xué)性與適用性。

結(jié)束語(yǔ)：本文主要針對(duì)機(jī)械零部件的創(chuàng)新設(shè)計(jì)進(jìn)行研究與分析。首先對(duì)機(jī)械零部件創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想進(jìn)行了一定程度的介紹與闡述，然后從把握機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、機(jī)械零部件失效形式的科學(xué)計(jì)算以及優(yōu)化機(jī)械零部件設(shè)計(jì)方法三個(gè)方面分析了機(jī)械零部件的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。