机械零部件创新设计及未来发展趋势

机械零部件创新设计及未来发展趋势

王树军

（内蒙古航天金岗重工有限公司内蒙古自治区呼和浩特市010076）

摘要：随着科技的快速进步，机械产品的更新速度也在加快，然而，机械设计手段却不能够跟随时代的需要。目前，计算机辅助软件在设计、制造、生产等方面已经有了广泛应用，人们也在有了深入分析研究。在此基础上，笔者探讨机械零部件的创新设计及发展趋势，希望对大家有所帮助。

关键词：机械零部件；创设设计；趋势

随着市场竞争的加剧，当前制造业的焦点意见成为了创新设计，机械零部件的创新设计成为人们关注的焦点。零件产品的重要组成部分，在当前制造业要求提升零部件的开发创新能力，提升企业的核心竞争力。作为一名机械行业技术人员，突破零部件设计的局限性，提升自身创新能力，使产品真正符合用户的要求。

一、机械零部件设计局限

目前，传统零部件设计存在着诸多问题，主要有以下几种：零部件容易受到外部环境侵蚀而损坏、容易受力不均匀而损坏、断裂、表皮脱落等。在传统机械零部件设计中，设计人员是基于积累的经验，加上力学、数学及实验所得到的经验公式、国标等规范作为设计依据，通过类比及条件计算来展开设计。上述方法但是却存在较多局限，即，方案设计设计人员如果经验较少的话，就会面临零件设计较为困难或设计产品不合格的情况，或设计的方案不够充分和系统，很难进行创新，也不能够找到最优化的方案。在机械零部件设计过程中，设计人员只是对重要的零部件来进行模拟设计计算，对其他零部件只是单纯地类比设计，而在实际中简单的零部件却往往受到复杂工况的考验，这就造成了零件损伤。传统设计比较偏重于实现产品的功能，而忽略了人-机-环境之间的关系，加之一般采用手工制图，造成设计时间较长、效率不高。

二、创新设计零部件思想和方法

1.零部件设计思想

机械零件设计本质是人的思路，现代设计方法强调发挥设计人员拥有的创造力，借助于现代科学技术手段，在现代设计理念的指导下，创造出更具有生命力的产品。这就要求设计师要有以下思维：

（一）创造思维

设计人员的创造力是多种能力、个性及心理的综合表现，它主要包括设计人员想象能力、表达能力、文化修养等多种因素，其中想象能力和思维能力是创造力的核心，能够全面表现设计人员的综合能力，赋予产品生命力。创造力的培养可以从创新意识、人员素质、工程实践等多方面来提升，设计人员也不要将设计工作视为例行公事，要能够长期保持创新的意识和欲望，努力掌握创新的方法，加强专业知识的学习，多锻炼自身的综合能力，自觉进行创造力训练，使自己成为符合现代设计理念的创新人才。

（二）发散思维

发散思维是以解决问题为导向，设计人员打破常规，从不同思考维度、不同层次看待问题，求出多种问题答案的方式，如，如何将两个零件连接在一起，一般人都会想到运用铆接、螺栓、焊接等方式，但是如果运用发散思维则会想到摩擦连接、电磁力、压差等方法，发散思维是设计人员必须要掌握的思维，在技术创新或方案设计过程中具有非常重要的意义。

（三）创新思维

人的创新思维是基于各类常规思维，在外界信息的刺激下，重新集成各种信息，产生新的结果的思维过程。机械零部件需要设计人员进行创新设计，打破旧有、传统的思维习惯，适当加入新的设计因素（如，新结构、新材料、新工艺等），在突破中实现产品性能的飞跃，体现出设计人员的创新思维。

三、科学进行零部件设计

1.抓住零部件设计的主要部分

零部件是设备的组成部分，机械运动方案中需要通过零部件设计和加工才能实现，同时还是机械整体设计的基础。机械零部件设计的主要内容包括，运动方案的设计、产品整体性能要求，明确其中零部件的工作要求、参数等重要内容，确定零部件的加工精度、产品尺寸和材料等，对零部件进行产品分析和工作能力计算，从而画出零部件图纸，最终完成整体装配图。机械产品的整体性能是由零部件所决定，因此，零部件也需要满足产品的工况，达到产品要求。此外，零部件要易于装配、便于修理，制造成本尽量低、具有良好的防腐性能、不污染环境等，安全性也是设计人员需要重点考虑的内容，这些要求都需要人们全面考虑，便于设计制造。

2.严格零部件的失效形式

在机械设备中，零部件失效有多种形式（如，断裂、塑性变形、过度磨损、点蚀等），由于各种原因不能正常工作而造成失效，这就使得用户对设备不满意。为了保证零部件的正常工作，设计人员在设计时要充分考虑零部件的失效形式和实际工况，预估零件的工作情况，采取相应的措施来提升零部件的强度和刚度，保证零部件能够正常、顺利地完成任务。一般而言，设计人员需要根据设计手册的理论计算，乘以某个安全系数，来进行准则计算。常用的计算准则有：一是强度准则，由四种强度理论构成，根据实际情况来应用，保证零部件能够抵抗断裂、疲劳破坏，达到正常工作的要求；二是刚度准则，设计人员要保证零部件能够在载荷作用下的弹性形变处于可用范围之内；三是震动稳定性，对于高速运动的设备，工作时难免会产生共振，震动稳定性则是要求零部件固有频率与工况的频率相错开；四是耐热性要求，有的产品工作的环境温度较高，如果温度较高，则会出现失效、热变形、氧化等问题，导致零部件失效，进而产生故障影响产品的使用。为了保证零部件在高温下能够正常工作，设计人员要选用合理的冷却方式（如，水冷、油冷等）来降低零件的温度，保证设备的安全运行；五是耐磨性准则，当零件使用一定期限后，不可避免的产生磨损，强度降低导致零件出现报废，因此，设计人员要通过选择合适的材料来提升零部件的耐磨性。

（三）提升零部件的粗糙度

表面粗糙度反应的是零部件表面微观几何形状误差，直接决定着设备在装配过程是否好装配，在使用过程中是否平顺以及产品质量、寿命等。一般来说，零部件的设计最常用就是类比法，国内的机械标准比较完备，加上充足的参考资料和国家标准，设计人员能够得到相应的零部件粗糙度。即使零部件的公差要求相同，那么它的粗糙度也是有所差别，设计人员要从稳定性和互换性考量，选择合适的粗糙度，在工艺学和经济性之中做出合理选择。

（四）优化设计方法

目前，机械设计理论（如，机构学、强度学等）正在快速发展，加之计算机辅助设计技术的兴起，一系列新的设计准则和技术正在形成，人们借助于计算机完成设计过程，CAD软件应运而生。目前，CAD技术正在向着智能化、集成化的方向发展，主要成果表现为CAD/CAM集成系统、三维动态造型技术、并行工程等，面向未来进行设计制造。设计人员要综合运用以上设计理论和软件，设计出较为理想的零部件，为生产出合格产品奠定基础。

随着中国制造2025计划是实行，我们有理由相信制造业春天的到来，我们每一位工程师也要努力进取，成为具有创新精神和能力的人才，为实现中华民族的崛起而奉献自己的力量。

参考文献：

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[2]王洪娟，王玉军.浅析我国当前新型机械制造加工新技术[J].自动化应用，2018（03）

[3]云介平.探讨公差带图在技术设计中的应用[J].科技创新导报，2018（01）