劉金平

（濮陽(yáng)市職業(yè)中專 河南 濮陽(yáng) 457000）

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與制造業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱, 是衡量我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要指標(biāo)之一, 其發(fā)展更離不開創(chuàng)新思維和創(chuàng)新人才的支撐.。 對(duì)于我們來(lái)說，就要培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，鍛煉創(chuàng)新的思維。 對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，挖掘創(chuàng)新性思維，就顯得尤為重要。本文就針對(duì)機(jī)械零部件的創(chuàng)新設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

1 機(jī)械零部件傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)局限

通常機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是以長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累為制作基礎(chǔ), 通過力學(xué)、 數(shù)學(xué)建模或者是試驗(yàn)等所形成的經(jīng)驗(yàn)公式、圖表、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范作為依據(jù),來(lái)確定其結(jié)構(gòu)和尺寸,但是這樣的設(shè)計(jì)不免會(huì)帶來(lái)一些局限性的問題。 比如腐蝕、磨損、疲勞斷裂、拆后重裝失準(zhǔn)、加工費(fèi)時(shí)費(fèi)料、不夠人性化等，即使運(yùn)用了一些新材料、新的熱處理、新的表面處理技術(shù)，但疲勞斷裂、加工費(fèi)時(shí)費(fèi)料、不夠人性化等問題也避免不了，要解決這些問題，這就要求對(duì)機(jī)械零部件設(shè)計(jì)進(jìn)行大膽創(chuàng)新。

2 機(jī)械零部件的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想

現(xiàn)代化的機(jī)械零部件設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，要求在設(shè)計(jì)中更充分地發(fā)揮設(shè)計(jì)者的想象力和創(chuàng)造力， 利用最新科技成果，在現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的指導(dǎo)下， 設(shè)計(jì)出更具有生命力的產(chǎn)品，從而做到結(jié)構(gòu)創(chuàng)新（采用新的技術(shù)手段和技術(shù)原理）和工藝創(chuàng)新（采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝）。

2.1 運(yùn)用類比思維

類比思維就是基于某一個(gè)相同點(diǎn)或者相似點(diǎn)， 將外觀、性質(zhì)、用途不完全相同的事物進(jìn)行比較，從而找出能夠達(dá)到目的的最佳方案。 如飛機(jī)與鳥類、飛機(jī)與蜻蜓，由鳥的飛行運(yùn)動(dòng)制成了飛機(jī)；機(jī)械手爪就是與人手類比而設(shè)計(jì)出來(lái)的。 如果考慮采用這種思維模式或許可以設(shè)計(jì)出新零件。

2.2 運(yùn)用聯(lián)想思維

聯(lián)想思維是指通過對(duì)兩種以上事物之間所存在的關(guān)聯(lián)性與可比性，去擴(kuò)展人腦中固有的思維，從而獲得更多的設(shè)想、預(yù)見和推測(cè)。 聯(lián)想思維在機(jī)械零件設(shè)計(jì)中是不可缺的重要運(yùn)用，是決定設(shè)計(jì)創(chuàng)作成功與否的重要因素之一。 設(shè)計(jì)者應(yīng)打破常規(guī)思維的慣例，追求新的功能原理、新方案、新結(jié)構(gòu)、新造型、新材料、新工藝等，在求異和突破中體現(xiàn)創(chuàng)新。

2.3 運(yùn)用發(fā)散思維

發(fā)散性思維的特征是: 個(gè)人的思想沿著眾多不同方向擴(kuò)展,發(fā)散到各個(gè)與其相關(guān)的方面, 多思路、多方面地去思考問題,具有流暢性、變通性和獨(dú)特性的特點(diǎn)。 應(yīng)用發(fā)散性思維分析問題、解決問題,要充分利用已有的思維定勢(shì),例如，若提出“將兩零部件聯(lián)結(jié)在一起”的問題，常規(guī)的辦法有螺紋聯(lián)結(jié)、焊接、膠接、鉚接等，但運(yùn)用發(fā)散思維思考，可以想到利用電磁力、摩擦力、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(shè)計(jì)中具有重要的意義。

3 合理有效地進(jìn)行機(jī)械零部件設(shè)計(jì)

3.1 科學(xué)地進(jìn)行機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)建設(shè)和生產(chǎn)的快速發(fā)展，對(duì)各種機(jī)械設(shè)備的需求量及質(zhì)量要求也在快速增加。 疲勞失效的問題也越來(lái)越突出越嚴(yán)重。 因此掌握疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)的基本原理和方法，并在機(jī)械設(shè)計(jì)、制造等各個(gè)環(huán)節(jié)中予以應(yīng)用，就會(huì)防止或大大減少設(shè)備疲勞斷裂事故的發(fā)生。 從而收到巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 1）機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì) 先以靜強(qiáng)度計(jì)算確定零部件的初步尺寸， 然后進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的校核計(jì)算。 2） 有限壽命設(shè)計(jì)為了充分利用材料的承載能力,減小零部件或構(gòu)件的截面積,減輕重量,在確保零部件使用壽命的前提下,采用超過疲勞極限的工作應(yīng)力來(lái)進(jìn)行疲勞設(shè)計(jì),以避免發(fā)生疲勞破壞。3）常規(guī)疲勞設(shè)計(jì) 用標(biāo)準(zhǔn)試樣疲勞試驗(yàn)先得到材料的疲勞極限及疲勞極限圖等，在考慮零部件由于尺寸、表面狀況等影響因素而進(jìn)行疲勞設(shè)計(jì)。

3.2 把握機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

機(jī)械零部件設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一，機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案中的機(jī)構(gòu)和構(gòu)件只有通過零部件設(shè)計(jì)才能得到用于加工的零部件工作圖和部件裝配圖，同時(shí)機(jī)械零部件設(shè)計(jì)也是機(jī)械總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括：根據(jù)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)和總體設(shè)計(jì)的要求， 明確零部件的工作要求、性能、參數(shù)等，選擇零部件的結(jié)構(gòu)構(gòu)形、材料、精度等，進(jìn)行失效分析和工作能力計(jì)算， 畫出零部件圖和部件裝配圖。機(jī)械產(chǎn)品整機(jī)應(yīng)滿足的要求是由零部件設(shè)計(jì)和性能所決定的，機(jī)械零部件設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求為：在工作能力上要求具體有強(qiáng)度、剛度、壽命、耐磨性、耐熱性、振動(dòng)穩(wěn)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(jì)性上的要求主要指生產(chǎn)成本要低。 這些要求往往互相牽制，需全面綜合考慮。

3.3 準(zhǔn)確地進(jìn)行零部件表面粗糙度的選擇

表面粗糙度是指加工表面具有的較小間距和微小峰谷表面不平整，是檢驗(yàn)零部件表面質(zhì)量的主要依據(jù)。 通常表面粗糙度大小會(huì)影響零件的耐磨性、配合性質(zhì)的穩(wěn)定性、零件的疲勞強(qiáng)度、零件的抗腐蝕性、零件的密封性、零件的接觸剛度以及零件的測(cè)量精度。

表面粗糙度大小選擇合理與否，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、使用壽命和生產(chǎn)成本。機(jī)械零部件表面粗糙度的選擇方法有3 種，即計(jì)算法、試驗(yàn)法和類比法。在設(shè)計(jì)工作中，表面粗糙度的選擇歸根到底還是必須從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)， 全面衡量零部件的表面功能和工藝經(jīng)濟(jì)性，才能作出合理的選擇。

3.4 正確進(jìn)行機(jī)械零部件的失效計(jì)算

機(jī)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、過量變形、表面失效、過度磨損等。 為了保證零部件能正常工作，在設(shè)計(jì)零部件時(shí)應(yīng)首先進(jìn)行零部件的失效分析，預(yù)估失效的可能性，采取相應(yīng)措施，進(jìn)行有關(guān)計(jì)算： 強(qiáng)度要求是保證機(jī)械零部件能正常工作的基本要求；剛度要求零部件在載荷作用下的彈性變形必須在允許的承受范圍之內(nèi)；振動(dòng)穩(wěn)定性要求所設(shè)計(jì)的零部件的固有頻率與其工作時(shí)所受激振源的頻率錯(cuò)開；耐磨性則要求相互接觸并運(yùn)動(dòng)零部件的工作表面具有抵抗磨損的能力。

3.5 優(yōu)化機(jī)械零部件設(shè)計(jì)

機(jī)械零部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)是把優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械零件設(shè)計(jì)中，通過對(duì)機(jī)械零部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定出它們的最佳參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸，從而提高各種機(jī)械產(chǎn)品及技術(shù)裝備的設(shè)計(jì)水平。在機(jī)械設(shè)計(jì)中采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法， 在保證零部件機(jī)械性能的前提下降低成本，這將為企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 機(jī)械零件設(shè)計(jì)中包含了許多優(yōu)化問題，例如零件設(shè)計(jì)方案的優(yōu)選問題、零件尺寸參數(shù)優(yōu)化問題、零件設(shè)計(jì)性能優(yōu)化問題等。 比如對(duì)機(jī)械零件形狀設(shè)計(jì)，在常規(guī)設(shè)計(jì)完成后，再對(duì)零件的局部形狀進(jìn)行形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以使沿邊界應(yīng)力分布發(fā)生變化，并趨向于均布，零件的應(yīng)力現(xiàn)象得到緩減。 隨著CAD/CAM 的技術(shù)的提高，任何表示邊界形狀曲線的可加工性都將成為可能。

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