機械零部件的創(chuàng )新設計

　　機械零部件的創(chuàng )新設計

　　【摘　要】傳統機械零部件的設計帶來(lái)了運用中出現的許多問(wèn)題都是機械零部件傳統的設計局限性所產(chǎn)生的。

　　機械零部件設計的本質(zhì)是創(chuàng )造和革新。

　　現代機械機械零部件設計強調創(chuàng )新設計，要求在設計中更充分地發(fā)揮設計者的創(chuàng )造力，利用最新科技成果，在現代設計理論和方法的指導下，設計出更具有生命力的產(chǎn)品。

　　【關(guān)鍵詞】機械零部件設計;傳統零部件設計;創(chuàng )新設計

　　1.傳統機械零部件設計的自身局限性

　　傳統機械零部件的設計在運用中出現的諸多問(wèn)題，這些問(wèn)題的出現，都是機械零部件傳統的設計局限性所產(chǎn)生的。

　　傳統設計在長(cháng)期運用中得到不斷的完善和提高，目前在大多數情況下仍然是有效的設計方法，但是它有很多局限：在方案設計時(shí)憑借設計者有限的直接經(jīng)驗或間接經(jīng)驗，通過(guò)計算、類(lèi)比分析等，以收斂思維方式，過(guò)早地確定方案。

　　這種方案設計既不充分又不系統，不強調創(chuàng )新，因此很難得到最優(yōu)方案;在機械零部件設計中，僅對重要的零部件根據簡(jiǎn)化的力學(xué)模型或經(jīng)驗公式進(jìn)行靜態(tài)的或近似的設計計算，其他零部件只作類(lèi)比設計，與實(shí)際工況有時(shí)相差較遠，難免造成失誤;傳統設計偏重于考慮產(chǎn)品自身的功能的實(shí)現，忽略人―機―環(huán)境之間關(guān)系的重要性;傳統設計采用手工計算、繪圖，設計的準確性差、工作周期長(cháng)、效率低。

　　2.機械零部件創(chuàng )新設計的思維方式

　　機械零部件設計的本質(zhì)是創(chuàng )造和革新。

　　現代機械機械零部件設計強調創(chuàng )新設計，要求在設計中更充分地發(fā)揮設計者的創(chuàng )造力，利用最新科技成果，在現代設計理論和方法的指導下，設計出更具有生命力的產(chǎn)品。

　　2.1運用創(chuàng )造思維

　　設計者的創(chuàng )造力是多種能力、個(gè)性和心理特征的綜合表現，它包括觀(guān)察能力、記憶能力、想象能力、思維能力、表達能力、自控能力、文化修養、理想信念、意志性格、興趣愛(ài)好等因素。

　　其中想象能力和思維能力是創(chuàng )造力的核心，它是將觀(guān)察、記憶所得信息有控制地進(jìn)行加工變換，創(chuàng )造表達出新成果的整個(gè)創(chuàng )造活動(dòng)的中心。

　　創(chuàng )造力的開(kāi)發(fā)可以從培養創(chuàng )新意識、提高創(chuàng )新能力和素質(zhì)、加強創(chuàng )新實(shí)踐等方面著(zhù)手。

　　設計者不是把設計工作當成例行公事，而是時(shí)刻保持強烈的創(chuàng )新愿望和沖動(dòng)，掌握必要創(chuàng )新方法，加強學(xué)習和鍛煉，自覺(jué)開(kāi)發(fā)創(chuàng )造力，成為一個(gè)符合現代設計需要的創(chuàng )新人才。

　　2.2運用發(fā)散思維

　　發(fā)散思維又稱(chēng)輻射思維或求異思維等。

　　它是以欲解決的問(wèn)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(wèn)題，求出多種答案的思維方式。

　　例如，若提出“將兩零部件聯(lián)結在一起”的問(wèn)題，常規的辦法有螺紋聯(lián)結、焊接、膠接、鉚接等，但運用發(fā)散思維思考，可以得到利用電磁力、摩擦力、壓差或真空、綁縛、冷凍等方法。

　　發(fā)散思維是創(chuàng )造性思維的主要形式之一，在技術(shù)創(chuàng )新和方案設計中具有重要的意義。

　　2.3運用創(chuàng )新思維

　　創(chuàng )造力的核心是創(chuàng )新思維。

　　創(chuàng )新思維是一種最高層次的思維活動(dòng)，它是建立在各類(lèi)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(chǎn)生新的結果的思維活動(dòng)過(guò)程就是創(chuàng )新思維。

　　機械機械零部件設計的過(guò)程是創(chuàng )新的過(guò)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(chuàng )新。

　　3.設計機械零部件的過(guò)程

　　3.1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(dòng)方案中的機構和構件只有通過(guò)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，同時(shí)它也是機械總體設計的基礎。

　　機械零部件設計的主要內容包括：根據運動(dòng)方案設計和總體設計的要求，明確零部件的工作要求、性能、參數等，選擇零部件的結構構形、材料、精度等，進(jìn)行失效分析和工作能力計算，畫(huà)出零部件圖和部件裝配圖。

　　機械產(chǎn)品整機應滿(mǎn)足的要求是由零部件設計所決定的，機械零部件設計應滿(mǎn)足的要求為：在工作能力上要求具體有強度、剛度、壽命、耐磨性、耐熱性、振動(dòng)穩定性及精度等;在工藝性上要求加工、裝配具有良好的工藝性及維修方便;在經(jīng)濟性上的要求主要指生產(chǎn)成本要低。

　　3.2準確把握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，其失效形式很多，主要有斷裂、表面壓碎、表面點(diǎn)蝕、塑性變形、過(guò)度彈性變形、共振、過(guò)熱及過(guò)度磨損等。

　　為了保證零部件能正常工作，在設計零部件時(shí)應首先進(jìn)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，計算所依據的條件稱(chēng)為計算準則，常用的計算準則有：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(guò)大塑性變形等失效的能力。

　　強度要求是保證機械零部件能正常工作的基本要求。

　　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。

　　剛度準則要求零部件在載荷作用下的彈性變形在許用的極限值之內。

　　三是振動(dòng)穩定性準則。

　　對于高速運動(dòng)或剛度較小的機械，在工作時(shí)應避免發(fā)生共振。

　　振動(dòng)穩定性準則要求所設計的零部件的固有頻率與其工作時(shí)所受激振源的頻率錯開(kāi)。

　　四是耐熱性準則。

　　機械零部件在高溫工作條件下，由于過(guò)度受熱，會(huì )引起潤滑油失效、氧化、膠合、熱變形、硬度降低等問(wèn)題，使零部件失效或機械精度降低。

　　3.3選擇合理的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(guān)幾何形狀誤差的一個(gè)重要技術(shù)指標，是檢驗零部件表面質(zhì)量的主要依據;它選擇的合理與否，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、使用壽命和生產(chǎn)成本。

　　機械零部件表面粗糙度的選擇方法有3種，即計算法、試驗法和類(lèi)比法。

　　在機械零部件設計工作中，應用最普通的是類(lèi)比法，此法簡(jiǎn)便、迅速、有效。

　　應用類(lèi)比法需要有充足的參考資料，現有的各種機械設計手冊中都提供了較全面的資料和文獻。

　　最常用的是與公差等級相適應的表面粗糙度。

　　在通常情況下，機械零部件尺寸公差要求越小，機械零部件的表面粗糙度值也越小，但是它們之間又不存在固定的函數關(guān)系。

　　在實(shí)際工作中，對于不同類(lèi)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(wèn)題。

　　在機械零部件的設計和制造過(guò)程中，對于不同類(lèi)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。

　　在設計工作中，表面粗糙度的選擇歸根到底還是必須從實(shí)際出發(fā)，全面衡量零部件的表面功能和工藝經(jīng)濟性，才能作出合理的選擇。

　　3.4整體優(yōu)化機械零部件設計方法

　　要充分運用機械學(xué)理論和方法，包括機構學(xué)、機械動(dòng)力學(xué)、摩擦學(xué)、機械結構強度學(xué)、傳動(dòng)機械學(xué)等及計算機輔助分析的不斷發(fā)展，對設計的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)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。

　　【參考文獻】

　　[1]隋明陽(yáng).機械設計基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

　　[2]郭仁生.機械設計基礎[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

　　[3]許尚賢.機械零部件現代設計方法[M].北京：高等教育出版社，1996.

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