機(jī)械設(shè)計(jì)過程中零件結(jié)構(gòu)合理性的問題研究

屈揚(yáng)劍

摘要：近年來，隨著我國制造行業(yè)的飛速發(fā)展，極大地促進(jìn)了工業(yè)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，而機(jī)械零件是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，更是機(jī)械產(chǎn)品使用的關(guān)鍵所在。本文簡(jiǎn)單介紹了機(jī)械零件結(jié)構(gòu)合理性設(shè)計(jì)原則，著重從毛坯選擇、零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性提升、零件設(shè)計(jì)精度提升、零件強(qiáng)度改善、零件加工經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性等方面分析機(jī)械設(shè)計(jì)過程中零件結(jié)構(gòu)合理性設(shè)計(jì)的具體方法，促進(jìn)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和經(jīng)濟(jì)性，提高零件的精度和強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì);零件結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)合理性

1引言

零件本身結(jié)構(gòu)的合理性和精度對(duì)機(jī)械加工過程的影響十分嚴(yán)重，隨著現(xiàn)代零件結(jié)構(gòu)的日漸復(fù)雜，人們對(duì)零件設(shè)計(jì)和加工要求越來越高，而零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性設(shè)計(jì)，可以提升其具體的加工效率和質(zhì)量。因此，在具體零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該以合理性和科學(xué)性為原則，將更多的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用其中，進(jìn)而全面提升整個(gè)機(jī)械加工水平和效率。

2機(jī)械設(shè)計(jì)過程中零件結(jié)構(gòu)合理性設(shè)計(jì)方法

2.1合理選擇毛坯類型

首先要確定毛坯的形狀。為了促進(jìn)機(jī)械零件的高效加工，在選擇毛坯形狀是要確定毛坯形狀和尺寸符合機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因?yàn)檫x擇的毛坯形狀與機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相似，可以降低毛坯質(zhì)量問題，提高機(jī)械零件加工效率。為了進(jìn)一步提高機(jī)械零件的加工效率和質(zhì)量，可以選擇先進(jìn)的毛坯加工技術(shù)。其次是確定毛坯結(jié)構(gòu)。根據(jù)機(jī)械零件結(jié)構(gòu)確定毛坯結(jié)構(gòu)，這樣也可以節(jié)省大量的加工時(shí)間。為了確定毛坯結(jié)構(gòu)與機(jī)械零件結(jié)構(gòu)的相似性，可以選擇合并和分解法進(jìn)行對(duì)比分析。所謂的合并和分解法是指在毛坯結(jié)構(gòu)加工時(shí)，可以將簡(jiǎn)單的毛坯組合成為一個(gè)新的略大的毛坯，也可以將一個(gè)較大的毛坯分解成為多個(gè)小毛坯，將這些組合或分解后的毛坯與設(shè)計(jì)的零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，查看是否相符，如果分解或重組后的毛坯結(jié)構(gòu)與機(jī)械零件結(jié)構(gòu)相符則可以直接來加工，可以大幅提高加工效率，節(jié)省加工成本。例如在車床絲杠螺母合口瓦和活塞環(huán)加工過程中，可以對(duì)長(zhǎng)套筒和毛坯進(jìn)行加工，然后將合口瓦分成兩部分，查看機(jī)械零件是否與這兩部分的結(jié)構(gòu)相符，如果相符就對(duì)分解后的毛坯進(jìn)行加工，加工成為符合設(shè)計(jì)要求的活塞環(huán)。

2.2合理簡(jiǎn)化零件結(jié)構(gòu)

在機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，為了節(jié)省原材料，提高設(shè)計(jì)和加工效率，可以簡(jiǎn)化機(jī)械零件的加工面設(shè)計(jì)，使其成為圓面、方面等簡(jiǎn)單的幾何平面，順便簡(jiǎn)化機(jī)械零件結(jié)構(gòu)，為之后的機(jī)械零件加工提供方便。為了簡(jiǎn)化機(jī)械零件結(jié)構(gòu)，還可以根據(jù)機(jī)械零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將機(jī)械零件結(jié)構(gòu)分為合體式和分體式兩種結(jié)構(gòu)類型。合體結(jié)構(gòu)零件的優(yōu)勢(shì)是降低機(jī)械零件連接時(shí)的工作量，提高機(jī)械零件組裝效率。有些機(jī)械零件在加工時(shí)難以進(jìn)行合體加工，此時(shí)就需要使用分體式結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工?？梢詫C(jī)械零件分解為套筒和球形地面墊塊兩個(gè)部分，這樣可以簡(jiǎn)化加工程序，提高機(jī)械零件加工效率。當(dāng)套筒和球形底面墊塊都加工完畢后，只需將球形底面墊塊加入到套筒中即可，使兩個(gè)分體式結(jié)構(gòu)組合成為合體式結(jié)構(gòu)，化復(fù)雜為簡(jiǎn)單，滿足預(yù)期的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

2.3減少零件加工面

為了減少機(jī)械零件加工量，就應(yīng)該減少加工面數(shù)量，所以在機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要盡量減少零件加工面面積和數(shù)量。隨著我國機(jī)械零件加工技術(shù)的不斷進(jìn)步以及機(jī)械生產(chǎn)制造對(duì)精密機(jī)械零件的大量需求，在機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要確保機(jī)械零件具有很高的精度，確保加工過程中也能有很高的精度，并確保機(jī)械零件成品滿足精度設(shè)計(jì)要求。機(jī)械零件精度設(shè)計(jì)要求越高，機(jī)械零件加工量和加工難度也就越高。因此在對(duì)機(jī)械零件加工前，需要對(duì)機(jī)械零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，將機(jī)械零件定位到一個(gè)端面中，通過與端面的對(duì)比，確保機(jī)械零件加工前后具有很高的加工精準(zhǔn)度。為了減少機(jī)械零件加工面，在機(jī)械零件實(shí)際加工過程中，還需要注意很多地方。例如不能在封膠的內(nèi)表面進(jìn)行機(jī)械加工作業(yè)。因?yàn)樵跈C(jī)械零件內(nèi)部進(jìn)行加工作業(yè)難度很大，如果其內(nèi)部表面處于半封閉或全封閉狀態(tài)，就難以進(jìn)行機(jī)械加工作業(yè)，所以在機(jī)械零件加工過程中，要避免出現(xiàn)內(nèi)部表面為半封閉和全封閉的情況。

2.4提高零件設(shè)計(jì)精度

在機(jī)械零件加工前要確保加工車床的加工參數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)相一致，確保加工出來的機(jī)械零件具有和機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相同的精度并能夠與機(jī)械設(shè)備相匹配。如果機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精度或者機(jī)械零件加工精度不符合機(jī)械設(shè)備匹配性要求，就無法應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備成為廢品。由此可見，機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精度與機(jī)械零件加工質(zhì)量息息相關(guān)。在機(jī)械零件加工過程中，其精度受到諸多因素影響。例如在加工空腔型機(jī)械零件時(shí)容易受外力影響，導(dǎo)致整個(gè)機(jī)械零件變形。為了避免機(jī)械零件加工時(shí)變形，需要空腔型機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)將其結(jié)構(gòu)改為盒形，將原來的開口端設(shè)計(jì)為閉口端，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠提高空腔型機(jī)械零件薄弱區(qū)的強(qiáng)度，避免出現(xiàn)零件變形問題。

2.5改善零件形狀提高強(qiáng)度

2.5.1改善零件形狀均勻荷載分布

機(jī)械零件在應(yīng)用過程中會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)、線、面三種類型的接觸，其中以點(diǎn)接觸產(chǎn)生的集中荷載最大，對(duì)機(jī)械零件的破壞性最強(qiáng)，因此要將點(diǎn)接觸的集中荷載轉(zhuǎn)變?yōu)榫€接觸和面接觸的均勻荷載，降低集中荷載對(duì)機(jī)械零件結(jié)果的破壞，這就需要在對(duì)機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)改變其原有的形狀，進(jìn)而降低集中荷載，使荷載均勻分布在接觸面上。大部分的集中荷載主要是由于機(jī)械零件加工和安裝時(shí)的誤差和接觸偏向造成的，建議將機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為鼓形，增加零件之間的接觸面積，就可以將集中荷載變?yōu)榫鶆蚝奢d。對(duì)于軸承類零件，可以將普通滑動(dòng)軸承改為自動(dòng)調(diào)心滑動(dòng)軸承，就可以將集中荷載轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚝奢d。

2.5.2改善零件形狀分散應(yīng)力

在機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分分析零件所受的內(nèi)部應(yīng)力大小與分布，根據(jù)零件應(yīng)力大小與分布設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)，確保機(jī)械零件能夠承受得住工作狀態(tài)下的機(jī)械應(yīng)力。因此在對(duì)梁狀零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要將其截面設(shè)計(jì)為工字型或T字型，軸零件的截面要設(shè)計(jì)成圓形或空心圓形。為了減少集中應(yīng)力，要將機(jī)械零件的交接部分的截面尺寸差適當(dāng)減少，增加機(jī)械零件過度曲線上的曲率半徑，通過卸載結(jié)構(gòu)來減少集中應(yīng)力。

2.6注重零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的環(huán)保性

由于機(jī)械加工行業(yè)對(duì)環(huán)境污染比較嚴(yán)重，為了降低機(jī)械零件加工的污染性需要在機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就遵循綠色環(huán)保理念。在機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中除了要注重經(jīng)濟(jì)性、安全性、效率性等內(nèi)容，環(huán)保性也屬于合理性范疇。因此在選擇機(jī)械零件原材料、加工工藝和使用環(huán)境時(shí)都要注重機(jī)械零件的環(huán)保性，可以在機(jī)械零件加工過程中設(shè)置某些環(huán)保裝置來降低機(jī)械零件加工造成的環(huán)境污染，例如將機(jī)械零件加工作業(yè)環(huán)境封閉起來，降低噪聲污染和光污染等。還要?jiǎng)?chuàng)新機(jī)械零件加工工藝，創(chuàng)新使用綠色環(huán)保材料，提高機(jī)械零件設(shè)計(jì)、加工和使用全過程的環(huán)保性。

3結(jié)論

機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅要符合客戶和機(jī)械設(shè)備應(yīng)用要求，還要考慮機(jī)械加工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，要通過機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減少原材料消耗和工時(shí)，提高機(jī)械零件加工效率和質(zhì)量，進(jìn)而提高機(jī)械制造企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要合理選擇原材料類型和毛坯成型方法，進(jìn)行穩(wěn)健設(shè)計(jì)和試驗(yàn)設(shè)計(jì)，并合理選擇經(jīng)驗(yàn)法、模型法和理論設(shè)計(jì)法等機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，確保機(jī)械零件的外觀和性能符合要求，并提高機(jī)械零件的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和耐用性。

參考文獻(xiàn)

[1]徐彬，張海燕.全柔性化CAD系統(tǒng)在系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2018（4）：71-73.

[2]梁驪龍.關(guān)于端蓋零件機(jī)械加工工藝的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].現(xiàn)代鹽化工，2018，45（2）：61-62.

[3]蘇立青，陳娜，安占召.零件機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)原則的探究[J].南方農(nóng)機(jī)，2018，49（17）：193.

[4]張如星.機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性分析析[J].工程技術(shù)研究，2019，4（09）：07，209.

[5]趙冬.機(jī)械加工零件結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)分析析[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)，2019，46（02）：0-91.