機械設(shè)計中架構(gòu)方案的應(yīng)用分析

摘 要：機械行業(yè)在我國的工業(yè)建設(shè)中占據(jù)重要地位，為我國經(jīng)濟發(fā)展提供了巨大幫助，而機械設(shè)計對于整個機械行業(yè)來說至關(guān)重要。本文圍繞機械設(shè)計架構(gòu)的基本概念、機械設(shè)計中的架構(gòu)方案與應(yīng)用、機械設(shè)計架構(gòu)中各種零部件中應(yīng)注意的問題三大方面展開討論，對機械設(shè)計中架構(gòu)方案的應(yīng)用分析進行了相關(guān)的闡述。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)計 架構(gòu)方案 零部件

如今機械產(chǎn)品已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)當中，由于行業(yè)的不同，其架構(gòu)方案和架構(gòu)要求也是存在一定差異的，當然，還是具有相當一部分的相同之處。本文就機械設(shè)計中架構(gòu)方案和架構(gòu)要求進行了簡單的分析。

一、機械設(shè)計架構(gòu)的基本概念及主要特點

1.機械設(shè)計架構(gòu)的基本概念

機械設(shè)計的架構(gòu)是基于整體的設(shè)計，再結(jié)合規(guī)定的原理及方案，制出相應(yīng)結(jié)構(gòu)圖的具體過程。在結(jié)構(gòu)圖中應(yīng)體現(xiàn)該機械的所有具體要求及功能，并將抽象的工作原理量化為具體的零件。機械設(shè)計架構(gòu)的具體內(nèi)容是在對零部件的外觀、材質(zhì)、尺寸、耐熱性、公差、表面處理等參數(shù)進行確定的同時，也不能忽略該零件的工藝參數(shù)，例如強度、硬度、及各種零件之間的影響等。

2.機械設(shè)計架構(gòu)階段的主要特點

機械設(shè)計架構(gòu)的主要特點包括以下內(nèi)容：設(shè)計架構(gòu)是將思考、繪圖、計算等環(huán)節(jié)相結(jié)合而形成的設(shè)計過程，該階段在整個機械設(shè)計過程中是最為復(fù)雜的，它涉及的問題非常多，且工作量極大，所需時間占了總設(shè)計時間的百分之八十以上，由此可見該階段對整個機械設(shè)計起著舉足輕重的影響和作用。此外，機械設(shè)計架構(gòu)中遇到的問題具有多重解答，換句話說，也就是若想滿足同一個設(shè)計要求，其架構(gòu)方式并不是唯一的。最后，機械設(shè)計的架構(gòu)階段具有很強的活躍性，需要循環(huán)進行，所以在開展該階段工作的同時，必須先了解整個機械的結(jié)構(gòu)與設(shè)計的基本要求。

二、機械設(shè)計中的架構(gòu)方案與應(yīng)用

1.機械中各種零部件的幾何要素

機械設(shè)計中的加工功能只要是通過其零部件的幾何形狀及關(guān)聯(lián)實現(xiàn)的。零部件的表面形成了其幾何形狀，一般情況下，每個零件都會有多個表面，而在這些不同的表面中，有些表面會與其他零部件的表面進行直接接觸，則這種表面被稱為功能表面，而功能表面中連接其他表面的部分叫做聯(lián)接表面。由于零部件中的功能表面可以直接影響到機械的功能，因此在機械設(shè)計的架構(gòu)時，功能表面的設(shè)計是核心環(huán)節(jié)。對功能表面進行描述的重要幾何參數(shù)只要有幾何形狀、尺寸、表面數(shù)量、位置度等等。設(shè)計者可以對功能表面進行各種變換式設(shè)計，來達到同一技術(shù)多種架構(gòu)方案的目的。

2.零部件之間的連接與架構(gòu)

在任何機械中所存在的零部件都不是獨立運作的，它們互相聯(lián)系互相影響。所以在架構(gòu)過程中，不僅要對每個零部件本身的性能和特征進行研究分析，還應(yīng)對各個零部件之間的聯(lián)系和相互間的影響進行探究。

所有零部件之間的關(guān)系均可以分為兩大類，即直接相關(guān)和間接相關(guān)。當兩個零部件之間存在直接組裝關(guān)系，則這兩個零件之間的關(guān)系成為直接相關(guān)，以此類推，兩個零部件之間不存在直接裝關(guān)系，被稱為間接相關(guān)。而間接相關(guān)又包含位置相關(guān)與運動相關(guān)兩種類型，位置相關(guān)兩個零件在位置上相互制約相互要求，例如減速器中相間的傳動軸中心距離必須確保規(guī)定的精度，來保證兩軸之間的平行度，這樣才能使齒輪在運轉(zhuǎn)的時候保持吻合。運動相關(guān)是指每個零部件的運動軌跡均影響著另一個零件的，例如在車床刀架中，它的運動軌跡必須與主軸的中心線保持平行，因此主軸與導(dǎo)軌之間的關(guān)系是位置相關(guān)，而刀架與主軸之間的關(guān)系為運動相關(guān)。一般來說，大部分零件都有兩個或者兩個以上的直接相關(guān)零件，因此每個零件最少都有兩個部分在結(jié)構(gòu)上受到其他零部件的影響。在對機械設(shè)計進行架構(gòu)時，必須同時分析兩個零部件之間的直接相關(guān)部位，這樣可以針對不同的材料選擇更合適的熱處理加工方式，也能更合理地確定相關(guān)尺寸、形狀、表面處理等參數(shù)。除此之外，還應(yīng)滿足間接相關(guān)的一些要求，例如精度計算等參數(shù)。通常來講，若一個零件的直接相關(guān)零件越多，它的結(jié)構(gòu)和功能就越復(fù)雜。若一個零件的簡介相關(guān)零件越多，它在精度方面的要求也就越高

三、機械設(shè)計架構(gòu)中各種零部件中應(yīng)注意的問題

由于機械設(shè)計中可使用的材料多樣化，每種材料都具有不同的特性和性能，且不同的加工工藝所要求的材料也是不同的，在對機械設(shè)計進行架構(gòu)時，必須結(jié)合功能需求來選擇合適的材料，再根據(jù)所選取的材料來選擇不同的工藝，最后根據(jù)不同的加工工藝所對應(yīng)的條件來確定合適的架構(gòu)方案。只有選擇了合理的架構(gòu)方式，才能最大限度地利用該材料所具備的優(yōu)勢，達到利益最大化。因此，設(shè)計者要想選擇最恰當?shù)牟牧希仨毷紫葘Σ牧线M行一個充分的了解，包括材料的物理性能、加工性能等等。在架構(gòu)過程中，應(yīng)根據(jù)材料的性能及加工工藝來選擇相應(yīng)的設(shè)計原理。例如，在受到拉力時的力學(xué)特征與受到壓力時的大體上一致，這一特性決定了鋼梁結(jié)構(gòu)基本上都為對稱結(jié)構(gòu)。而在鑄鐵材料中，它的抗壓強度遠遠高于抗拉強度，所以鑄鐵結(jié)構(gòu)多數(shù)為非對稱結(jié)構(gòu)，這種架構(gòu)方式可以是負重時它的最大壓力大于最大拉力。在塑料材料中，由于其剛度非常差，在鑄造后會由于冷卻不均勻等因素，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形，因此在對塑料結(jié)構(gòu)進行架構(gòu)時，其筋板與壁厚應(yīng)均勻分布并對稱。

有些零件在制造完成之后需要進行熱處理，因此在前期的架構(gòu)設(shè)計中應(yīng)考慮以下幾點：一是零件的形狀應(yīng)確保對稱均勻，球形是最合理的形狀；二是若某零部件具有不同的截面，則這些截面之間的國度必須保持平緩，防止過大變化而引起的內(nèi)應(yīng)力；三是應(yīng)避免產(chǎn)生銳邊尖角結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)通常會發(fā)生熔化或過熱的情況，為了避免這種情況的發(fā)生，應(yīng)在槽或孔的邊緣上倒出2至3厘米的倒角；四是要避免厚度不均勻的截面產(chǎn)生，這種厚度不均勻的截面在遇到烈火，冷的情況下，會容易產(chǎn)生變形和開裂。

四、結(jié)語

目前，機械設(shè)計的架構(gòu)僅僅局限在數(shù)理模型方面的問題上，將來會逐漸轉(zhuǎn)向以加工工藝、數(shù)量、尺寸、材料、順序、連接方式等參數(shù)為基礎(chǔ)的架構(gòu)進行發(fā)展。這種模式的機械設(shè)計架構(gòu)會更具潛力，且更適合現(xiàn)有的發(fā)展現(xiàn)狀。

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作者簡介：劉麗華，男，漢族，1959年10，遼寧省 沈陽市人，沈陽職業(yè)學(xué)院實驗師，大專學(xué)歷，主要從事機械制造。endprint