机械零部件的创新设计建议

邵一哲 华北水利水电大学

一、机械零部件创新设计思想

传统机械零部件设计的弊端日益凸显，主要表现在四个方面：首先，传统机械零部件设计大多建立在设计者有限的设计经验之上，缺乏足够的理论基础，所设计的方案缺乏系统性与科学性；其次，传统设计方案中，仅仅只针对重要的零部件进行力学模型与数学模型建立，且计算过程是一种静态或类似的计算形式，往往与实际工况存在着一定程度的差异，导致设计出的机械零部件适用性较差；除此之外，传统设计将重点放在产品本身的功能之上，而忽略了设计者、产品与环境之间的重要关系；最后，传统设计大多以手工计算与手工绘图为主，不仅在精确性上存在不足，同时设计工作周期较长，工作效率低下。

为了适应时代与市场的发展需求，必须对机械零部件设计进行有效的创新，因此必须运用创新思维进行思考。从本质上来看，创新思维是一种建立于各类常规思维基础之上的高层次的思维活动。与之相对应，机械零部件设计的过程即是创新的过程，设计者必须具备创新思维，突破传统设计的框架，追求现代化、科技化的功能原理、方案、结构造型、材料与工艺等。除此之外，设计者还应当与时俱进，掌握现代设计理念与设计方法，不能把设计工作当作是例行公事，而应该时刻保持强烈的热情与创新愿望，以现代化的创新方法与创新思维进行机械零部件创新。

二、机械零部件的创新设计

（一）把握机械零部件设计的主要内容

机械零部件设计是机械设计的重要组成部分，机械运动方案中的机构和构件只有通过零部件设计才能得到用于加工的零部件工作图和部件装配图。作为设计者，要想实现科学设计与创新设计，首先要充分把握机械零部件设计的主要内容，具体如下，首先必须对运动方案设计与总体设计要求进行充分的结合，并在此基础之上对零部件的功能、性能以及相关参数进行有效明确；其次，明确好零部件的相关设计要求与参数之后，需要对机械零部件的结构构形、材料以及精度进行选择确定；最后，进行科学的失效分析与工作能力计算，在此基础之上画出零部件图与装配图。在对机械零部件进行设计的过程之中，应当满足如下几个方面的要求：①工作能力方面：机械零部件设计在工作能力上面应当满足强度、刚度、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性、精度、使用年限以及振动稳定性等方面的要求；②工艺性方面：要求机械零部件设计加工与装配具有较强的适用性，且应当便于维修与维护；③经济性方面：要对设计成本与生产成本进行一定程度上的控制，提升机械零部件的经济效益；④其它方面，除了上述几个方面的设计要求，机械零部件设计还应当满足噪声控制、不对环境造成污染、安全性高等要求。

（二）机械零部件失效形式的科学计算

机械零部件投入使用之后，会受到诸多因素的影响，进而可能难以正常工作而失效，机械零部件的失效形式有多种类型，例如断裂失效、表面压碎失效、表面点蚀失效、塑性变形失效、共振失效以及过度磨损失效等。为了对机械零部件的正常工作进行有效保证，在对其进行设计之前首选需要进行一定程度的失效分析，综合考虑各个方面的影响因素，对机械零部件失效的可能性进行正确预估，并针对其采取有效的应对措施。理论计算是一种常用的失效分析方法，其依据的计算准则主要有强度准则、刚度准则、振动稳定性准则以及耐热性准则。①强度准则：强度是机械零部件的一项重要参数，高强度的机械零部件能够对断裂失效、表面失效以及过大塑性变形失效进行一定程度的抵抗；②刚度准则：刚度指的是机械零部件在受到荷载的作用下抵抗弹性变形的能力，而刚度准则要求机械零部件设计的弹性变形在极限值之内；③振动稳定性准则：在机械运作的过程中，零部件在高速运动的作用之下会发生一定程度的共振，进而造成机械零部件失效。基于这种情况，在对机械零部件进行设计的过程之中，应当注意使其固有频率与其工作过程中所受激振源的频率错开；④耐热性准则：当机械零部件处于高温环境之下，由于热量较大且受热时间过长，很有可能导致机械零部件润滑油失效、氧化、胶合、热变形、硬度降低等情况的出现。因此在设计过程中为了避免这一情况，一方面需要对材料进行有效选择，另一方面需要提升零部件设计结构的合理性。

（三）优化机械零部件设计方法

对机械学理论与方法进行充分的运用，了解理论力学、机械动力学、摩擦学、机械结构强度学、传动机械学等方面的内容，并将之综合应用到机械零部件的设计当中去。当前状况下，随着科学技术水平的不断提高以及研究的日益深入，出现了一些新兴的设计准则与方法，计算机辅助设计（CAD）便是较为典型的一种方法。CAD将计算机技术与机械设计有机结合起来，通过对计算机技术进行一定程度的利用，完成机械零部件设计中的选型、计算与绘图等工作，设计效率与质量得到了很大程度上的提升。CAD技术的发展与应用极大地促进了机械设计转变与发展，成为现代化机械设计的重要组成部分。在对机械零部件设计的过程中，需要对这些现代化设计方法与技术进行有效的利用，将创新思维与科学方法与技术有机结合起来，从而进一步提升机械零部件设计的设计质量、科学性与适用性。

结束语：本文主要针对机械零部件的创新设计进行研究与分析。首先对机械零部件创新设计思想进行了一定程度的介绍与阐述，然后从把握机械零部件设计的主要内容、机械零部件失效形式的科学计算以及优化机械零部件设计方法三个方面分析了机械零部件的创新设计。