淺談機械零部件的創新設計

摘要：機械零部件的設計必須科學，這是保證機械零部件能夠高效率運行的前提，隨著科技的進步，機械零部件的設計也要求推陳出新，不斷創新設計。本文將從以下幾個方面來分析機械零部件的創新設計。

關鍵詞：機械 零部件 創新 設計

1.前言

機械零部件的設計是一項極為精細化的工程，需要設計人員能夠結合機械的使用領域來展開設計，有針對性的提高機械的使用效果。因此，我們研究機械零部件的創新設計很有意義。

2.機械零部件創新設計的思想

2.1.創造思維。創造能力是設計者的個性特點、心理特征以及各種能力的綜合體現，不僅包括記憶能力、想象能力、思維能力、表達能力、觀察能力，而且還包括設計者的文化修養、興趣愛好、意志性格以及理想信念等各種因素，其中創造能力和想象能力是創造力的核心，它將記憶以及日常觀察得到信息進行加工轉換，從而創造出新的成果。

2.2.發散思維。發散思維又稱為求異思維和輻射思維，發散思維主要是從不同的角度、方向以及層次進行考慮問題，以求出多種答案的思維方式。如在設計的過程中如果說“將兩種零部件聯接起來，常用的聯接方法有焊接、鉚接、鉸接、膠接以及螺紋聯接等多種方式”，如果采用發散思維進行思考，則可以采用摩擦力、電磁力、真空以及壓差、綁縛等方法。發散思維是創造性思維的重要的形式之一，在機械設計方案創新以及技術創新中具有重要的意義。

3.科學地進行機械零部件設計

3.1.把握機械零部件設計的主要內容。機械零部件設計是機械設計的重要組成部分，機械運動方案中的機構和構件只有通過零部件設計才能得到用于加工的零部件工作圖和部件裝配圖，同時它也是機械總體設計的基礎。機械零部件設計的主要內容包括：根據運動方案設計和總體設計的要求，明確零部件的工作要求、性能、參數等，選擇零部件的結構構形、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。機械產品整機應滿足的要求是由零部件設計所決定的，機械零部件設計應滿足的要求為：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；在經濟性上的要求主要指生產成本要低。此外，還要滿足噪聲控制、防腐性能、不污染環境等環境保護要求和安全要求等。這些要求往往互相牽制，需全面綜合考慮。

3.2.嚴格計算機械零部件的失效形式。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、表面壓碎、表面點蝕、塑性變形、過度彈性變形、共振、過熱及過度磨損等。為了保證零部件能正常工作，在設計零部件時應首先進行零部件的失效分析，預估失效的可能性，采取相應措施，其中包括理論計算，計算所依據的條件稱為計算準則，常用的計算準則有：一是強度準則。強度是機械零部件抵抗斷裂、表面疲勞破壞或過大塑性變形等失效的能力。強度要求是保證機械零部件能正常工作的基本要求。二是剛度準則。剛度是指零部件在載荷的作用下，抵抗彈性變形的能力。剛度準則要求零部件在載荷作用下的彈性變形在許用的極限值之內。三是振動穩定性準則。對于高速運動或剛度較小的機械，在工作時應避免發生共振。振動穩定性準則要求所設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。因此，機械設計時應采取措施，力求提高零部件的耐磨性。

3.3.正確選擇機械零部件表面粗糙度。表面粗糙度是反映零部件表面微觀幾何形狀誤差的一個重要技術指標，是檢驗零部件表面質量的主要依據。它選擇的合理與否，直接關系到產品的質量、使用壽命和生產成本。機械零部件表面粗糙度的選擇方法有三種，即計算法、試驗法和類比法。在機械零部件設計工作中，應用最普通的是類比法，此法簡便、迅速、有效。應用類比法需要有充足的參考資料，現有的各種機械設計手冊中都提供了較全面的資料和文獻。最常用的是與公差等級相適應的表面粗糙度。在通常情況下，機械零部件尺寸公差要求越小，機械零部件的表面粗糙度值也越小，但是它們之間又不存在固定的函數關系。在實際工作中，對于不同類型的機器，其零部件在相同尺寸公差的條件下，對表面粗糙度的要求是有差別的。這就是配合的穩定性問題。

4.機械零部件創新設計方法

4.1.智力合成法

這是一種發揮集體智慧的方法。通過集體討論的形式，發散和激勵創新思維。討論時應相互啟發激勵，取長補短，引起創新設想的連鎖反應，使思維自由奔放，新的設想才能涌現。討論的目標要明確，事先有準備。其原則有：鼓勵自由思考，隨心所欲，設想新異；不許批評別人的設想；推遲評價，不過早定論；有的放矢，不泛泛空談；討論者一律平等，不提倡少數服從多數；及時歸納，總結、記錄各種設想，留作下次再議；最后挑選最合適、最有前途的見解，并審查其可行性。

4.2.仿生類比法

通過對自然界生物機能的分析類比，從事物的千差萬別、不同程度的對應和相似之處的類比中得到創新，設計出新機械，這也是最常用的創新設計方法。

4.3.列舉創新法

把問題展開列舉，幫助思維進行構思的方法。按機構的特性、設計者的意愿、毛病的改進等進行列舉，找出改進創新的方案。

4.4.移植技術法

把一個領域內的先進技術移植到另一個領域中，或把一種產品內的先進技術應用到另一種產品中，從而設計出新產品的方法。

5.機械零部件創新設計的幾點建議

我國“十二五”規劃綱要中指出， 堅持把建設資源節約型、環境友好型社會作為加快轉變經濟發展方式的重要著力點。深入貫徹節約資源和保護環境基本國策，節約能源，降低溫室氣體排放強度，發展循環經濟，推廣低碳技術，積極應對全球氣候變化，促進經濟社會發展與人口資源環境相協調，走可持續發展之路。機械制造業要從單純追求規模與效益的模式轉向建設4R（減量化Reduce、再循環Recycle、再利用Reuse和可回收Recover）的循環經濟方向。

我國機械的整體水平與國際先進水平相比尚有差距。在邁向機械制造強國的征途中，機遇和挑戰并存。產品設計是制造業的靈魂，產品的結構、功能、質量、成本、交貨時間及可制造性、可維修性、報廢后處理以及人、機和環境關系等，原則上都是在產品設計階段決定的。產品的創新設計能力已成為決定企業在全球化競爭中地位的首要因素。

機械是消耗資源的大戶、污染的源頭。面對日趨嚴峻的資源和環境約束，緊密圍繞4R的產品全生命周期設計和管理是降低能耗、污染，實現可持續發展戰略的重要手段。具體措施為：

5.1.采用長壽命、低能耗及減輕重量的設計原則。延長產品壽命，可減少機械的生產量和降低其報廢量；降低產品能耗，可減少對環境的污染；而輕量化和高效率可減少材料和資源的消耗。

5.2.盡量采用低環境負荷材料，盡可能不使用氟利昂（空調）、含氯橡膠、樹脂及石棉等有害材料。使廢棄零、部件處理的污染最小化及綜合成本最優化，機械產品在設計初始階段就要考慮報廢件處理簡單、費用低和污染小，零、部件要解體方便、破碎容易，能焚燒處理或可作為燃料回收等問題。

5.3.采用能再生利用的材料和資源，特別是結構件的設計應盡可能采用比較容易裝配和分解的大模塊化結構和無毒材料，提高機械材料的再生率。

5.4.降低整機的振動與噪聲，減輕對周圍環境的污染。

6.結束語

機械創新性設計是提高制造企業競爭力的法寶，是切實貫徹落實建設資源節約型、環境友好型社會的具體體現。機械零部件的創新設計是機械進步的源泉，也是進一步普及機械化的有效方法，需要得到我們的高度重視，并在今后的機械設計中，加強對創新理念的運用和推廣。

參考文獻：

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