關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中零件結(jié)構(gòu)合理性設(shè)計(jì)的研究

朱繼偉

山東冶金機(jī)械廠有限公司 山東淄博 255064

機(jī)械零件是構(gòu)成機(jī)械的基本元件。隨著機(jī)械制造業(yè)的飛速發(fā)展，如何才能制造出高精度的機(jī)械零件已成為人們研究的重點(diǎn)，其中機(jī)械零件的外觀設(shè)計(jì)是體現(xiàn)零件精度高低的一個(gè)重要因素。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，廠商往往容易忽略對(duì)高精度機(jī)械零件的外觀進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，導(dǎo)致許多機(jī)械零件在外觀設(shè)計(jì)方面無(wú)法滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。三維設(shè)計(jì)技術(shù)廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，可實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)理念，已成為一種常用的機(jī)械零件設(shè)計(jì)技術(shù)。

1 機(jī)械零件結(jié)構(gòu)合理性設(shè)計(jì)的基本原則

1.1 機(jī)械零件結(jié)構(gòu)應(yīng)該與毛坯成形方法相適應(yīng)

由于不同的毛坯成形工藝適用于不同結(jié)構(gòu)形狀的毛坯生產(chǎn)的過(guò)程中，站在某種角度來(lái)說(shuō)，毛坯成型工藝會(huì)對(duì)零件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響。在鑄造成型過(guò)程中，可選擇的工藝很多，往往可以將一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件生產(chǎn)出來(lái)，尤其是在芯子制造上具有多變性特點(diǎn)，為后續(xù)復(fù)雜內(nèi)腔的制定提供了基礎(chǔ)。整體來(lái)看，為了進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)效果，人們可以采用具體的空中結(jié)構(gòu)將零部件的剛性提升，進(jìn)而降低材料用量的消耗程度。像在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體設(shè)計(jì)上，可以利用焊接形式進(jìn)行，但焊接過(guò)程中的箱體內(nèi)腔不能太過(guò)復(fù)雜，否則將會(huì)增加整個(gè)焊接生產(chǎn)工作的難度，最終提升企業(yè)的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)成本。又如，在曲軸生產(chǎn)過(guò)程中，由于鑄造工藝具有較強(qiáng)的成形性，可以進(jìn)一步降低軸的加工余量，提升金屬利用率，其制造成本也要低出鍛軸很多。在曲軸鑄造過(guò)程中，其具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以比較復(fù)雜，但必須與相關(guān)鑄造工藝要求相符，并做到形狀對(duì)稱(chēng)。最后，如果不加工面與分型面相垂直，設(shè)計(jì)人員需要將整體結(jié)構(gòu)斜度突顯出來(lái)[1]。

1.2 整體性

在機(jī)械制造工藝的合理化設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)先制定機(jī)械設(shè)計(jì)方案。在制定設(shè)計(jì)方案的時(shí)候，技術(shù)人員應(yīng)嚴(yán)格遵守整體性原則，以機(jī)械制造工藝作為出發(fā)點(diǎn)，在保證各部件合理的同時(shí)，制定多種機(jī)械設(shè)計(jì)方案，并從中擇取最優(yōu)方案作為最終設(shè)計(jì)方案。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中零件結(jié)構(gòu)合理性設(shè)計(jì)的具體方法

2.1 合理設(shè)計(jì)安全參數(shù)

與常規(guī)安全系數(shù)法，可靠性設(shè)計(jì)法以用戶(hù)要求及實(shí)際情況為出發(fā)點(diǎn)制定科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案，兼顧設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，不止大大節(jié)約加工材料及加工時(shí)間，更為企業(yè)贏得更多的經(jīng)濟(jì)效益，但是常規(guī)安全系數(shù)法設(shè)計(jì)理念過(guò)于傳統(tǒng)保守，早已與時(shí)代發(fā)展相脫節(jié)。同時(shí)，機(jī)械零件可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)能延長(zhǎng)零件自身使用年限大大降低其失效概率，彌補(bǔ)常規(guī)安全系數(shù)法的不足，但是受加工材料自身強(qiáng)度分布及荷載分布資料欠缺的影響，一定程度上阻礙可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用[3]。從理論及實(shí)踐角度來(lái)看，機(jī)械材料特性及機(jī)械構(gòu)件運(yùn)作荷載條件、破壞過(guò)程均存在著不同程度的隨機(jī)性。

2.2 提升加工精確度

對(duì)于零件而言，精確度是檢驗(yàn)其質(zhì)量的一大重要標(biāo)準(zhǔn)。為了確保零件精確度與客戶(hù)需求相符，在合理化機(jī)械設(shè)計(jì)中，需要加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)方式的有效應(yīng)用。首先，測(cè)量工具優(yōu)化方式，在機(jī)械制造工藝生產(chǎn)中，零件精確度主要是利用測(cè)量工具所獲取，一旦測(cè)量工具精確度較低，那么零件產(chǎn)品的精確度參數(shù)也會(huì)明顯降低，所以應(yīng)結(jié)合豐富經(jīng)驗(yàn)，按照客戶(hù)需求，對(duì)測(cè)量工具進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)整，并應(yīng)用到精確度測(cè)量中去，以提高客戶(hù)的滿(mǎn)意度。其次，加工工具改善方式，在機(jī)械制造過(guò)程中，夾具等工具的應(yīng)用會(huì)直接影響零件產(chǎn)品的精確度參數(shù)，因此企業(yè)應(yīng)根據(jù)零件差異，改善夾具等工具，從而增強(qiáng)工具和產(chǎn)品間的契合度。再次，誤差因素控制方式，應(yīng)力、切削磨損和變形等誤差參數(shù)都會(huì)影響產(chǎn)品精度，因此在合理化機(jī)械設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)相關(guān)因素采取與之相適應(yīng)的控制方式，最大程度上控制精確度誤差。

2.3 減少零件加工面

在機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)進(jìn)一步降低加工面積，這樣一來(lái)，整體零件的加工量也會(huì)得到大幅度降低，提升加工效率。在實(shí)際工作中，還會(huì)出現(xiàn)很多零件結(jié)構(gòu)定位，此時(shí)，工作人員需要確保整個(gè)零件加工精度能夠得到大幅提升，并且對(duì)零件裝配進(jìn)行有效控制，長(zhǎng)此以往，會(huì)增加零件的加工量和加工難度。為此，工作人員在加工工作開(kāi)始之前，對(duì)整個(gè)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，進(jìn)而將零件定位到一個(gè)端面之中，提升定位的合理性，為整體加工工作提供便利的同時(shí)，提升加工精準(zhǔn)度。除此之外，在具體的機(jī)械零件加工過(guò)程中，工作人員需要注意的地方有很多，例如不能在封交的內(nèi)表面開(kāi)展加工工作。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械零件的內(nèi)部加工本身存在很大難度，其內(nèi)部表面處于半封閉狀態(tài)，不利于加工工作的全面開(kāi)展。因此，工作人員一定要避免這種情況的出現(xiàn)。

2.4 合理設(shè)計(jì)機(jī)械零件自身尺寸、荷載、強(qiáng)度

機(jī)械零件自身物理量、幾何尺寸、荷載、強(qiáng)度及應(yīng)力均屬于多值參數(shù)且呈現(xiàn)相應(yīng)的分布狀態(tài)，尤其是強(qiáng)度分布及應(yīng)力分布往往被視為正態(tài)分布?？煽啃?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)途徑較為單一，以指定性能指針為約束大大增強(qiáng)機(jī)械零件可靠度，甚至以可靠度為標(biāo)準(zhǔn)促使零件指定指針呈現(xiàn)最優(yōu)化體現(xiàn)，并且二者相比后者方法適用性更強(qiáng)。因此在實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中，技術(shù)人員必須建立體積最小、重量最輕及成本最低的目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合幾何尺寸、剛度、可靠度及強(qiáng)度等設(shè)計(jì)要求，搭建相應(yīng)的可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，再依據(jù)數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜程度、形態(tài)及規(guī)模選擇出最為適宜的優(yōu)化方法求出其最終優(yōu)化設(shè)計(jì)變量。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在機(jī)械制造過(guò)程中，確保設(shè)計(jì)的合理性是十分關(guān)鍵的，合理化機(jī)械設(shè)計(jì)不僅可以確保產(chǎn)品整體質(zhì)量與使用壽命，還可以促使企業(yè)在激烈競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)環(huán)境中占據(jù)有利地位。因此，在具體的機(jī)械零件設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該將其中的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理性地展示出來(lái)，并以實(shí)際情況為主，對(duì)相關(guān)機(jī)械零件性能進(jìn)行優(yōu)化，改善其零件結(jié)構(gòu)，只有這樣，才能確保整個(gè)機(jī)械零件設(shè)計(jì)與現(xiàn)代化機(jī)械生產(chǎn)需求相符。