机械设计过程中零件结构合理性的问题研究

屈扬剑

摘要：近年来，随着我国制造行业的飞速发展，极大地促进了工业产业的进步，而机械零件是机械产品设计的基础，更是机械产品使用的关键所在。本文简单介绍了机械零件结构合理性设计原则，着重从毛坯选择、零件结构简化、零件结构设计经济性提升、零件设计精度提升、零件强度改善、零件加工经济性和环保性等方面分析机械设计过程中零件结构合理性设计的具体方法，促进零件结构设计的合理性和经济性，提高零件的精度和强度。

关键词：机械设计;零件结构;设计合理性

1引言

零件本身结构的合理性和精度对机械加工过程的影响十分严重，随着现代零件结构的日渐复杂，人们对零件设计和加工要求越来越高，而零件结构设计的合理性设计，可以提升其具体的加工效率和质量。因此，在具体零件结构设计过程中，应该以合理性和科学性为原则，将更多的先进技术应用其中，进而全面提升整个机械加工水平和效率。

2机械设计过程中零件结构合理性设计方法

2.1合理选择毛坯类型

首先要确定毛坯的形状。为了促进机械零件的高效加工，在选择毛坯形状是要确定毛坯形状和尺寸符合机械零件结构设计。因为选择的毛坯形状与机械零件结构设计相似，可以降低毛坯质量问题，提高机械零件加工效率。为了进一步提高机械零件的加工效率和质量，可以选择先进的毛坯加工技术。其次是确定毛坯结构。根据机械零件结构确定毛坯结构，这样也可以节省大量的加工时间。为了确定毛坯结构与机械零件结构的相似性，可以选择合并和分解法进行对比分析。所谓的合并和分解法是指在毛坯结构加工时，可以将简单的毛坯组合成为一个新的略大的毛坯，也可以将一个较大的毛坯分解成为多个小毛坯，将这些组合或分解后的毛坯与设计的零件结构进行对比，查看是否相符，如果分解或重组后的毛坯结构与机械零件结构相符则可以直接来加工，可以大幅提高加工效率，节省加工成本。例如在车床丝杠螺母合口瓦和活塞环加工过程中，可以对长套筒和毛坯进行加工，然后将合口瓦分成两部分，查看机械零件是否与这两部分的结构相符，如果相符就对分解后的毛坯进行加工，加工成为符合设计要求的活塞环。

2.2合理简化零件结构

在机械零件结构设计过程中，为了节省原材料，提高设计和加工效率，可以简化机械零件的加工面设计，使其成为圆面、方面等简单的几何平面，顺便简化机械零件结构，为之后的机械零件加工提供方便。为了简化机械零件结构，还可以根据机械零件结构特点将机械零件结构分为合体式和分体式两种结构类型。合体结构零件的优势是降低机械零件连接时的工作量，提高机械零件组装效率。有些机械零件在加工时难以进行合体加工，此时就需要使用分体式结构进行加工。可以将机械零件分解为套筒和球形地面垫块两个部分，这样可以简化加工程序，提高机械零件加工效率。当套筒和球形底面垫块都加工完毕后，只需将球形底面垫块加入到套筒中即可，使两个分体式结构组合成为合体式结构，化复杂为简单，满足预期的零件结构设计要求。

2.3减少零件加工面

为了减少机械零件加工量，就应该减少加工面数量，所以在机械零件结构设计中要尽量减少零件加工面面积和数量。随着我国机械零件加工技术的不断进步以及机械生产制造对精密机械零件的大量需求，在机械零件结构设计时要确保机械零件具有很高的精度，确保加工过程中也能有很高的精度，并确保机械零件成品满足精度设计要求。机械零件精度设计要求越高，机械零件加工量和加工难度也就越高。因此在对机械零件加工前，需要对机械零件结构进行优化调整，将机械零件定位到一个端面中，通过与端面的对比，确保机械零件加工前后具有很高的加工精准度。为了减少机械零件加工面，在机械零件实际加工过程中，还需要注意很多地方。例如不能在封胶的内表面进行机械加工作业。因为在机械零件内部进行加工作业难度很大，如果其内部表面处于半封闭或全封闭状态，就难以进行机械加工作业，所以在机械零件加工过程中，要避免出现内部表面为半封闭和全封闭的情况。

2.4提高零件设计精度

在机械零件加工前要确保加工车床的加工参数和设计参数相一致，確保加工出来的机械零件具有和机械零件结构设计相同的精度并能够与机械设备相匹配。如果机械零件结构设计精度或者机械零件加工精度不符合机械设备匹配性要求，就无法应用于机械设备成为废品。由此可见，机械零件结构设计精度与机械零件加工质量息息相关。在机械零件加工过程中，其精度受到诸多因素影响。例如在加工空腔型机械零件时容易受外力影响，导致整个机械零件变形。为了避免机械零件加工时变形，需要空腔型机械零件结构设计时将其结构改为盒形，将原来的开口端设计为闭口端，这样的结构设计能够提高空腔型机械零件薄弱区的强度，避免出现零件变形问题。

2.5改善零件形状提高强度

2.5.1改善零件形状均匀荷载分布

机械零件在应用过程中会产生点、线、面三种类型的接触，其中以点接触产生的集中荷载最大，对机械零件的破坏性最强，因此要将点接触的集中荷载转变为线接触和面接触的均匀荷载，降低集中荷载对机械零件结果的破坏，这就需要在对机械零件结构设计时改变其原有的形状，进而降低集中荷载，使荷载均匀分布在接触面上。大部分的集中荷载主要是由于机械零件加工和安装时的误差和接触偏向造成的，建议将机械零件的结构设计为鼓形，增加零件之间的接触面积，就可以将集中荷载变为均匀荷载。对于轴承类零件，可以将普通滑动轴承改为自动调心滑动轴承，就可以将集中荷载转变为均匀荷载。

2.5.2改善零件形状分散应力

在机械零件结构设计时，要充分分析零件所受的内部应力大小与分布，根据零件应力大小与分布设计零件结构，确保机械零件能够承受得住工作状态下的机械应力。因此在对梁状零件进行结构设计时需要将其截面设计为工字型或T字型，轴零件的截面要设计成圆形或空心圆形。为了减少集中应力，要将机械零件的交接部分的截面尺寸差适当减少，增加机械零件过度曲线上的曲率半径，通过卸载结构来减少集中应力。

2.6注重零件结构设计的环保性

由于机械加工行业对环境污染比较严重，为了降低机械零件加工的污染性需要在机械零件结构设计环节就遵循绿色环保理念。在机械零件结构设计中除了要注重经济性、安全性、效率性等内容，环保性也属于合理性范畴。因此在选择机械零件原材料、加工工艺和使用环境时都要注重机械零件的环保性，可以在机械零件加工过程中设置某些环保装置来降低机械零件加工造成的环境污染，例如将机械零件加工作业环境封闭起来，降低噪声污染和光污染等。还要创新机械零件加工工艺，创新使用绿色环保材料，提高机械零件设计、加工和使用全过程的环保性。

3结论

机械零件结构设计不仅要符合客户和机械设备应用要求，还要考虑机械加工企业的经济效益，要通过机械零件结构设计减少原材料消耗和工时，提高机械零件加工效率和质量，进而提高机械制造企业的经济效益。在机械零件结构设计过程中，要合理选择原材料类型和毛坯成型方法，进行稳健设计和试验设计，并合理选择经验法、模型法和理论设计法等机械零件结构设计方法，确保机械零件的外观和性能符合要求，并提高机械零件的经济性、环保性和耐用性。

参考文献

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