邵一哲 華北水利水電大學(xué)

一、機械零部件創(chuàng)新設(shè)計思想

傳統(tǒng)機械零部件設(shè)計的弊端日益凸顯，主要表現(xiàn)在四個方面：首先，傳統(tǒng)機械零部件設(shè)計大多建立在設(shè)計者有限的設(shè)計經(jīng)驗之上，缺乏足夠的理論基礎(chǔ)，所設(shè)計的方案缺乏系統(tǒng)性與科學(xué)性；其次，傳統(tǒng)設(shè)計方案中，僅僅只針對重要的零部件進行力學(xué)模型與數(shù)學(xué)模型建立，且計算過程是一種靜態(tài)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(dǎo)致設(shè)計出的機械零部件適用性較差；除此之外，傳統(tǒng)設(shè)計將重點放在產(chǎn)品本身的功能之上，而忽略了設(shè)計者、產(chǎn)品與環(huán)境之間的重要關(guān)系；最后，傳統(tǒng)設(shè)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(shè)計工作周期較長，工作效率低下。

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

二、機械零部件的創(chuàng)新設(shè)計

（一）把握機械零部件設(shè)計的主要內(nèi)容

機械零部件設(shè)計是機械設(shè)計的重要組成部分，機械運動方案中的機構(gòu)和構(gòu)件只有通過零部件設(shè)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(shè)計者，要想實現(xiàn)科學(xué)設(shè)計與創(chuàng)新設(shè)計，首先要充分把握機械零部件設(shè)計的主要內(nèi)容，具體如下，首先必須對運動方案設(shè)計與總體設(shè)計要求進行充分的結(jié)合，并在此基礎(chǔ)之上對零部件的功能、性能以及相關(guān)參數(shù)進行有效明確；其次，明確好零部件的相關(guān)設(shè)計要求與參數(shù)之后，需要對機械零部件的結(jié)構(gòu)構(gòu)形、材料以及精度進行選擇確定；最后，進行科學(xué)的失效分析與工作能力計算，在此基礎(chǔ)之上畫出零部件圖與裝配圖。在對機械零部件進行設(shè)計的過程之中，應(yīng)當(dāng)滿足如下幾個方面的要求：①工作能力方面：機械零部件設(shè)計在工作能力上面應(yīng)當(dāng)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(wěn)定性等方面的要求；②工藝性方面：要求機械零部件設(shè)計加工與裝配具有較強的適用性，且應(yīng)當(dāng)便于維修與維護；③經(jīng)濟性方面：要對設(shè)計成本與生產(chǎn)成本進行一定程度上的控制，提升機械零部件的經(jīng)濟效益；④其它方面，除了上述幾個方面的設(shè)計要求，機械零部件設(shè)計還應(yīng)當(dāng)滿足噪聲控制、不對環(huán)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(xué)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(shè)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(yù)估，并針對其采取有效的應(yīng)對措施。理論計算是一種常用的失效分析方法，其依據(jù)的計算準則主要有強度準則、剛度準則、振動穩(wěn)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(shù)，高強度的機械零部件能夠?qū)嗔咽?、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(shè)計的彈性變形在極限值之內(nèi)；③振動穩(wěn)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(fā)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(shè)計的過程之中，應(yīng)當(dāng)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(dāng)機械零部件處于高溫環(huán)境之下，由于熱量較大且受熱時間過長，很有可能導(dǎo)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(xiàn)。因此在設(shè)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(shè)計結(jié)構(gòu)的合理性。

（三）優(yōu)化機械零部件設(shè)計方法

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

結(jié)束語：本文主要針對機械零部件的創(chuàng)新設(shè)計進行研究與分析。首先對機械零部件創(chuàng)新設(shè)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(shè)計的主要內(nèi)容、機械零部件失效形式的科學(xué)計算以及優(yōu)化機械零部件設(shè)計方法三個方面分析了機械零部件的創(chuàng)新設(shè)計。