機(jī)械零部件設(shè)計(jì)創(chuàng)新研究論文

1、機(jī)械零部件設(shè)計(jì)創(chuàng)新研究論文 【摘要】文章針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)局限性，提出了現(xiàn)代設(shè)計(jì)思想和方法。 【關(guān)鍵詞】機(jī)械制造；零部件設(shè)計(jì)；現(xiàn)代思想；科學(xué)發(fā)展 一、機(jī)械零部件傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)局限 傳統(tǒng)機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)帶來了運(yùn)用中出現(xiàn)的許多問題：零部件容易腐蝕損壞；零部件容易疲勞損壞，斷裂、表面剝落等；零部件容易摩擦損壞等等。這些問題的出現(xiàn)，都是機(jī)械零部件傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)局限性所產(chǎn)生的。機(jī)械機(jī)械零部件設(shè)計(jì)是人類為了實(shí)現(xiàn)某種預(yù)期的目標(biāo)而進(jìn)行的一種創(chuàng)造性活動(dòng)。傳統(tǒng)機(jī)械機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是以長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)積累為基礎(chǔ)，通過力學(xué)、數(shù)學(xué)建模及試驗(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)，運(yùn)用條件性計(jì)算或類比等方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)

2、設(shè)計(jì)在長(zhǎng)期運(yùn)用中得到不斷的完善和提高，目前在大多數(shù)情況下仍然是有效的設(shè)計(jì)方法，但是它有很多局限：在方案設(shè)計(jì)時(shí)憑借設(shè)計(jì)者有限的直接經(jīng)驗(yàn)或間接經(jīng)驗(yàn)，通過計(jì)算、類比分析等，以收斂思維方式，過早地確定方案。這種方案設(shè)計(jì)既不充分又不系統(tǒng)，不強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，因此很難得到最優(yōu)方案；在機(jī)械零部件設(shè)計(jì)中，僅對(duì)重要的零部件根據(jù)簡(jiǎn)化的力學(xué)模型或經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行靜態(tài)的或近似的設(shè)計(jì)計(jì)算，其他零部件只作類比設(shè)計(jì)，與實(shí)際工況有時(shí)相差較遠(yuǎn)，難免造成失誤；傳統(tǒng)設(shè)計(jì)偏重于考慮產(chǎn)品自身的功能的實(shí)現(xiàn)，忽略人機(jī)環(huán)境之間關(guān)系的重要性；傳統(tǒng)設(shè)計(jì)采用手工計(jì)算、繪圖，設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性差、工作周期長(zhǎng)、效率低。 二、創(chuàng)新思維機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)思想 機(jī)械零部件設(shè)計(jì)

3、的本質(zhì)是創(chuàng)造和革新?，F(xiàn)代機(jī)械機(jī)械零部件設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，要求在設(shè)計(jì)中更充分地發(fā)揮設(shè)計(jì)者的創(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。 （一）運(yùn)用創(chuàng)造思維 設(shè)計(jì)者的創(chuàng)造力是多種能力、個(gè)性和心理特征的綜合表現(xiàn)，它包括觀察能力、記憶能力、想象能力、思維能力、表達(dá)能力、自控能力、文化修養(yǎng)、理想信念、意志性格、興趣愛好等因素。其中想象能力和思維能力是創(chuàng)造力的核心，它是將觀察、記憶所得信息有控制地進(jìn)行加工變換，創(chuàng)造表達(dá)出新成果的整個(gè)創(chuàng)造活動(dòng)的中心。創(chuàng)造力的開發(fā)可以從培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)、提高創(chuàng)新能力和素質(zhì)、加強(qiáng)創(chuàng)新實(shí)踐等方面著手。設(shè)計(jì)者不是把設(shè)計(jì)工作當(dāng)成例行公事，而是時(shí)刻保持

4、強(qiáng)烈的創(chuàng)新愿望和沖動(dòng)，掌握必要?jiǎng)?chuàng)新方法，加強(qiáng)學(xué)習(xí)和鍛煉，自覺開發(fā)創(chuàng)造力，成為一個(gè)符合現(xiàn)代設(shè)計(jì)需要的創(chuàng)新人才。 （二）運(yùn)用發(fā)散思維 發(fā)散思維又稱輻射思維或求異思維等。它是以欲解決的問題為中心，思維者打破常規(guī)，從不同方向，多角度、多層次地考慮問題，求出多種答案的思維方式。例如，若提出“將兩零部件聯(lián)結(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(shè)計(jì)中具有重要的意義。 （三）運(yùn)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

5、常規(guī)思維基礎(chǔ)上的。人腦在外界信息激勵(lì)下，將各種信息重新綜合集成，產(chǎn)生新的結(jié)果的思維活動(dòng)過程就是創(chuàng)新思維。機(jī)械機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的過程是創(chuàng)新的過程。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。 三、科學(xué)的進(jìn)行機(jī)械零部件設(shè)計(jì) （一）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)的重要組成部分，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)它也是機(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

6、、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)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。此外，還要滿足噪聲控制、防腐性能、不污染環(huán)境等環(huán)境保護(hù)要求和安全要求等。這些要求往往互相牽制，需全面綜合考慮。 （二）嚴(yán)格計(jì)算機(jī)械零部件的失效形式 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、表面壓碎、表面點(diǎn)蝕、塑性變形、過度彈性變形、共振、過熱及過度磨損等。為

7、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，其中包括理論計(jì)算，計(jì)算所依據(jù)的條件稱為計(jì)算準(zhǔn)則，常用的計(jì)算準(zhǔn)則有：一是強(qiáng)度準(zhǔn)則。強(qiáng)度是機(jī)械零部件抵抗斷裂、表面疲勞破壞或過大塑性變形等失效的能力。強(qiáng)度要求是保證機(jī)械零部件能正常工作的基本要求。二是剛度準(zhǔn)則。剛度是指零部件在載荷（下轉(zhuǎn)第57頁）（上接第58頁）的作用下，抵抗彈性變形的能力。剛度準(zhǔn)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(nèi)。三是振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則。對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)或剛度較小的機(jī)械，在工作時(shí)應(yīng)避免發(fā)生共振。振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則要求所設(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。四是耐

8、熱性準(zhǔn)則。機(jī)械零部件在高溫工作條件下，由于過度受熱，會(huì)引起潤(rùn)滑油失效、氧化、膠合、熱變形、硬度降低等問題，使零部件失效或機(jī)械精度降低。因此，為了保證零部件在高溫下正常工作，應(yīng)合理設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)及合理選擇材料，必要時(shí)須采用水冷或氣冷等降溫措施。五是耐磨性準(zhǔn)則。耐磨性是指相互接觸并運(yùn)動(dòng)零部件的工作表面抵抗磨損的能力。當(dāng)零部件過度磨損后，將改變其結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，削弱其強(qiáng)度，降低機(jī)械精度和效率，以致零部件失效報(bào)廢。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取措施，力求提高零部件的耐磨性。 （三）正確選擇機(jī)械零部件表面粗糙度 表面粗糙度是反映零部件表面微觀幾何形狀誤差的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，是檢驗(yàn)零部件表面質(zhì)量的主要依據(jù)；它選擇的合

9、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(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。在機(jī)械零部件設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)用最普通的是類比法，此法簡(jiǎn)便、迅速、有效。應(yīng)用類比法需要有充足的參考資料，現(xiàn)有的各種機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中都提供了較全面的資料和文獻(xiàn)。最常用的是與公差等級(jí)相適應(yīng)的表面粗糙度。在通常情況下，機(jī)械零部件尺寸公差要求越小，機(jī)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(shù)關(guān)系。在實(shí)際工作中，對(duì)于不同類型的機(jī)器，其零部件在相同尺寸公差的條件下，對(duì)表面粗糙度的要求是有差別的。這就是配合的穩(wěn)定性問題。在機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)和制造過程中，對(duì)于不同類型的機(jī)器，其零部件的配

10、合穩(wěn)定性和互換性的要求是不同的。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。 （四）全面優(yōu)化機(jī)械零部件設(shè)計(jì)方法 要充分運(yùn)用機(jī)械學(xué)理論和方法，包括機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)、摩擦學(xué)、機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度學(xué)、傳動(dòng)機(jī)械學(xué)等及計(jì)算機(jī)輔助分析的不斷發(fā)展，對(duì)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)問題能作出很好的處理，一系列新型的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和方法正在形成。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（cad）是把計(jì)算機(jī)技術(shù)引入設(shè)計(jì)過程，利用計(jì)算機(jī)完成選型、計(jì)算、繪圖及其他作業(yè)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。cad技術(shù)促成機(jī)械零部件設(shè)計(jì)發(fā)生巨大的變化，并成為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的重要組成部分。目前，cad技術(shù)向更深更廣的方向發(fā)展，主要表現(xiàn)為以下基于專家系統(tǒng)的智能cad；cad系統(tǒng)集成化，cad與cam（計(jì)算機(jī)輔助制造）的集成系統(tǒng)（cad/cam）；動(dòng)態(tài)三維造型技術(shù)；基于并行工程，面向制造的設(shè)計(jì)技術(shù)（dfm）；分布式網(wǎng)絡(luò)cad系統(tǒng)。 【參考文獻(xiàn)