機械零部件的創新設計建議

邵一哲 華北水利水電大學

一、機械零部件創新設計思想

傳統機械零部件設計的弊端日益凸顯，主要表現在四個方面：首先，傳統機械零部件設計大多建立在設計者有限的設計經驗之上，缺乏足夠的理論基礎，所設計的方案缺乏系統性與科學性；其次，傳統設計方案中，僅僅只針對重要的零部件進行力學模型與數學模型建立，且計算過程是一種靜態或類似的計算形式，往往與實際工況存在著一定程度的差異，導致設計出的機械零部件適用性較差；除此之外，傳統設計將重點放在產品本身的功能之上，而忽略了設計者、產品與環境之間的重要關系；最后，傳統設計大多以手工計算與手工繪圖為主，不僅在精確性上存在不足，同時設計工作周期較長，工作效率低下。

為了適應時代與市場的發展需求，必須對機械零部件設計進行有效的創新，因此必須運用創新思維進行思考。從本質上來看，創新思維是一種建立于各類常規思維基礎之上的高層次的思維活動。與之相對應，機械零部件設計的過程即是創新的過程，設計者必須具備創新思維，突破傳統設計的框架，追求現代化、科技化的功能原理、方案、結構造型、材料與工藝等。除此之外，設計者還應當與時俱進，掌握現代設計理念與設計方法，不能把設計工作當作是例行公事，而應該時刻保持強烈的熱情與創新愿望，以現代化的創新方法與創新思維進行機械零部件創新。

二、機械零部件的創新設計

（一）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。作為設計者，要想實現科學設計與創新設計，首先要充分把握機械零部件設計的主要內容，具體如下，首先必須對運動方案設計與總體設計要求進行充分的結合，并在此基礎之上對零部件的功能、性能以及相關參數進行有效明確；其次，明確好零部件的相關設計要求與參數之后，需要對機械零部件的結構構形、材料以及精度進行選擇確定；最后，進行科學的失效分析與工作能力計算，在此基礎之上畫出零部件圖與裝配圖。在對機械零部件進行設計的過程之中，應當滿足如下幾個方面的要求：①工作能力方面：機械零部件設計在工作能力上面應當滿足強度、剛度、耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性、精度、使用年限以及振動穩定性等方面的要求；②工藝性方面：要求機械零部件設計加工與裝配具有較強的適用性，且應當便于維修與維護；③經濟性方面：要對設計成本與生產成本進行一定程度上的控制，提升機械零部件的經濟效益；④其它方面，除了上述幾個方面的設計要求，機械零部件設計還應當滿足噪聲控制、不對環境造成污染、安全性高等要求。

（二）機械零部件失效形式的科學計算

機械零部件投入使用之后，會受到諸多因素的影響，進而可能難以正常工作而失效，機械零部件的失效形式有多種類型，例如斷裂失效、表面壓碎失效、表面點蝕失效、塑性變形失效、共振失效以及過度磨損失效等。為了對機械零部件的正常工作進行有效保證，在對其進行設計之前首選需要進行一定程度的失效分析，綜合考慮各個方面的影響因素，對機械零部件失效的可能性進行正確預估，并針對其采取有效的應對措施。理論計算是一種常用的失效分析方法，其依據的計算準則主要有強度準則、剛度準則、振動穩定性準則以及耐熱性準則。①強度準則：強度是機械零部件的一項重要參數，高強度的機械零部件能夠對斷裂失效、表面失效以及過大塑性變形失效進行一定程度的抵抗；②剛度準則：剛度指的是機械零部件在受到荷載的作用下抵抗彈性變形的能力，而剛度準則要求機械零部件設計的彈性變形在極限值之內；③振動穩定性準則：在機械運作的過程中，零部件在高速運動的作用之下會發生一定程度的共振，進而造成機械零部件失效?；谶@種情況，在對機械零部件進行設計的過程之中，應當注意使其固有頻率與其工作過程中所受激振源的頻率錯開；④耐熱性準則：當機械零部件處于高溫環境之下，由于熱量較大且受熱時間過長，很有可能導致機械零部件潤滑油失效、氧化、膠合、熱變形、硬度降低等情況的出現。因此在設計過程中為了避免這一情況，一方面需要對材料進行有效選擇，另一方面需要提升零部件設計結構的合理性。

（三）優化機械零部件設計方法

對機械學理論與方法進行充分的運用，了解理論力學、機械動力學、摩擦學、機械結構強度學、傳動機械學等方面的內容，并將之綜合應用到機械零部件的設計當中去。當前狀況下，隨著科學技術水平的不斷提高以及研究的日益深入，出現了一些新興的設計準則與方法，計算機輔助設計（CAD）便是較為典型的一種方法。CAD將計算機技術與機械設計有機結合起來，通過對計算機技術進行一定程度的利用，完成機械零部件設計中的選型、計算與繪圖等工作，設計效率與質量得到了很大程度上的提升。CAD技術的發展與應用極大地促進了機械設計轉變與發展，成為現代化機械設計的重要組成部分。在對機械零部件設計的過程中，需要對這些現代化設計方法與技術進行有效的利用，將創新思維與科學方法與技術有機結合起來，從而進一步提升機械零部件設計的設計質量、科學性與適用性。

結束語：本文主要針對機械零部件的創新設計進行研究與分析。首先對機械零部件創新設計思想進行了一定程度的介紹與闡述，然后從把握機械零部件設計的主要內容、機械零部件失效形式的科學計算以及優化機械零部件設計方法三個方面分析了機械零部件的創新設計。