機械零部件設計的新思路

吳松

摘 要：機械零部件設計是人類為了實現某種預期目標而進行的一種創造性活動，是人們以長期經驗積累為基礎，通過力學、數學建模及試驗等所形成的經驗公式、圖表、標準及規范作為依據運用條件性計算或類比等方法進行設計。傳統設計有很多局限性，因此筆者提出了機械零部件設計的新思路。

關鍵詞：機械；零部件；設計；新思路

機械零部件設計的傳統模式是采用手工計算及繪圖，雖然現在已有不少設計人員使用了計算機繪圖但基本上還停留在計算機繪圖的初級階段段有將計算機在機械零部件設計的優化方面的優勢充分發揮出來，就使設計的準確性較差池因為設計思路的老套化，使在生產過程中不斷地出現問題設計不斷地修改、修正就使其效率更低。

1、設計核心思想——創新思維

1.1運用創造思維

設計者的創造力是多種能力、個性和心理特征的綜合表現，包括觀察力、記憶力、想象力、思維力、表達力、自控力、文化修養、理想信念、意志性格、興趣愛好等因素。它是社會前進、科技進步的基本動力之一，其中想象力和思維力是創造力的核心，它是將觀察、記憶所得信息有控制地進行加工變換，創造表達出新成果的整個創造活動的中心。設計者不是把設計工作當成例行公事，而是時刻保持強烈的創新愿望和沖動，掌握必要創新方法，加強學習和鍛煉啟覺開發創造力，成為一個符合現代設計需要的創新人才。創造力的開發可從培養設計人員的創新意識、提高創新能力、士曾加創新實踐等方面進行。

1.2運用發散思維

發散思維又稱輻射思維，是以欲解決的問題為中心，思維者打破常規，從不同方向，多角度、多層次地考慮問題。通過提出各種不同的解決問題的途徑求出多種不同的答案，才從中選出最優解決方案的思維方式。例如若提出“將兩個零部件聯結在一起”的問題，常規的辦法有焊接、膠接、鉚接、捆綁、螺栓連接等各種各樣的常規方式。但運用發散思維思考以后，就可得到利用電磁力、摩擦力、壓合力、抽真空、冷凍等等方法。利用發散思維可能會找到更好的更優化的解決問題的方法。發散思維是創造性思維的主要形式之一在技術創新和方案設計中具有重要的意義。

1.3運用創新思維

創新思維是建立在各類常規思維基礎上的。人腦在外界信息激勵下，將各種信息重新綜合集成產生新的結果的思維活動過程就是創新思維。機械零部件設計的過程是創新的過程。設計者應打破常規思維的慣例追求新的功能原理、新方案、新結構、新造型、新材料、新工藝等在求異和突破中體現創新。

2、科學地進行機械零部件設計

2.1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，是機械總體設計的基礎。機械設備中的各種機構和構件及它的各種運動功能，都是通過機械零部件的精心設計、繪制出零部件的加工制造圖和各部件的裝配圖再通過機械制造過程中的精細加工及各合格零部件的組合裝配得以實現了機械設備的設計功能。

機械零部件設計的主要內容包括：根據機械設備方案設計和總體設計的要求陰確零部件的工作要求、性能、參數等，選擇零部件的構形、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由零部件設計所決定的機械零部件的綜合質量對強度、剛度、壽命、耐磨性、耐熱性、振動穩定性、精度、加工及裝配工藝性、維修、生產成本等方面的要求，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。

2.2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。故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，其中包括理論計算及計算準則。

常用的計算準則如下：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；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；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；四是耐熱性準則。為了保證零部件在高溫下正常工作，應合理設計其結構及合理選擇材料，必要時須采用有效的降溫措施；五是耐磨性準則。耐磨性是指相互接觸并運動零部件的工作表面抵抗磨損的能力。當零部件過度磨損后，將會導致零部件失效報廢。只有綜合考慮才能最大可能地避免零部件的失效。

2.3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；其選擇的合理與否，直接關系到產品的質量、使用壽命和生產成本。在機械零部件設計工作中表面粗糙度的選擇應用最廣的是類比法，此法簡便、迅速、有效。最常用的是與公差等級相適應的表面粗糙度。

在實際應用中，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。對于不同類型的機器，其零部件的配合穩定性和互換性的要求是不同的。故在設計工作中，表面粗糙度的選擇歸根到底還是必須從實際出發，全面衡量零部件的表面功能和工藝經濟性才能作出合理的選擇。

2.4全面優化機械零部件設計方法

要充分運用機械學理論和方法包括機構學、機械動力學、摩擦學、機械結構強度學、傳動機械學等及計算機輔助分析的不斷發展，對設計的關鍵技術問題能作出很好的處理，一系列新型的設計準則和方法正在形成。計算機輔助設計（CAD）是把計算機技術引入設計過程環節，用計算機完成選型、計算、繪圖及其他作業的現代設計方法。CAD技術促成機械零部件設計發生巨大的變化并成為現代機械設計的重要組成部分。目前，CAD技術向更深更廣的方向發展，主要表現為：基于專家系統的智能CAD；CAD系統集成化，CAD與CAM（計算機輔助制造）的集成系統（CAD/CAM）；動態三維造型技術；基于并行工程面向制造的設計技術（DFM）；分布式網絡CAD系統。

參考文獻：

[1]王月強：《現代機械產品的零部件設計創新研究》[J]交通世界（建養.機械），2012（06）

[2]謝志坤/路平/史科科/劉伯聰：《輕量化技術在機床設計中的應用》[J]制造技術與機床，2012（12）