机械设计过程中零件结构合理性的问题研究

机械设计过程中零件结构合理性的问题研究

钟星能

贵州航天林泉电机有限公司，贵州  贵阳 550081

摘要：因为机械设备制作的材料不同，机械生产设备所展示出的性能也有所不同，比如力学性能、物理化学性能等等。因此，在选择机械零件结构材料后，零件结构的设计需要和材料的工艺性能相吻合。在机械零件生产过程中需要设计人员对机械零件的结构进行设计优化，同时还要保障机械零件结构设计的强度、刚度及整体性，减少机械故障率和检修率。所以，对机械零件结构设计进行分析研究有着重要的现实价值和意义。

1机械设计过程中零件结构合理性问题研究

1.1机械零件结构材料的适应性

从某个角度来说，如果机械零件的材料选定之后，那么机械零件结构的基本形式则可以确定。比如，在制作机械零件时选择的材料是铸铁，铸铁的铸造性很强，那么该零件就可以以铸造生产为主，这样就可以保障其基本形式和铸造工艺要求相吻合。按照机械零件结构的性能要求，机械零件的结构形式以薄壁为主，通常不会采用实心结构。另外，如果需要制造凸轮轴零件，选择的是45钢，凸轮轴的制作工艺可以选择锻造方式，轴的设计则是实心，这种结构设计方式可以减少加工成本，并且还可以提高其实用性。

1.2机械零件结构毛坯成形方法的适应性

在机械零件生产制造中，不同的毛坯成形方法可以适应于不同结构的机械零件毛坯生产，从某种意义上来说，毛坯成型工艺将会影响到机械零件结构。所以，在对机械零件成型铸造时，可供选择的工艺非常多，那些复杂的机械零件也可以铸造生产，特别是在芯子制造方面，因为芯子制造生产过程是多变的，因此会影响到后期复杂内腔的成型。为了更好地保障设计质量，可以采用中空结构设计方式，以此来提升其刚性，也可以减少材料的损耗。比如，在一些结构比较复杂的箱体设计方面，可以采用焊接的方式，但是，如果箱体的内墙比较复杂，将会加大焊接的难度。又或者是在对曲轴铸造时，铸造工艺的成形性很强，所以可以降低轴的加工余量，这样金属的利用率才可以被提升，制造成本也会比锻轴低很多。曲轴的结构设计非常复杂，需要和铸造工艺相匹配，同时还要保持其形状的对称性。同时，不需要加工的一面和分型面呈现的是垂直关系，还需要将整个机械零件的斜度明确出来。

1.3机械零件结构功能的相匹配性

在进行机械零件结构设计时，要以机械零件的功能为基础，这样才可以保障机械零件后期合理使用。比如，在进行增稳云台机械零部件设计时，其主要的作用是支撑摄像头的稳定性，保障摄像头的实用性。所以，在机械设备零件结构设计时，要对其方位的对准性进行设计保障。机械零件设计人员在进行零件结构设计时要和其功能性相匹配，同时还要对其功能进行分解，从而提高机械零件结构设计的有效性。

2机械零件结构设计方法

2.1经验法

在利用经验法设计机械零件结构时，需要采用全面归纳性的方式来进行经验公式计算，之后，再进行综合对比来选择更为合适的机械设计方法。经验设计法自身有着很强的可行性，但是其完善水平存在很大的问题[2]。主要是因为经验设计的科学性并不强，经验公式的获取并不是通过科学统计获取的结果。所以，在采用经验法进行机械零件结构设计时，设计人员需要结合机械零件结构的实际情况来进行结构设计。

2.2模型法

很多机械零件的体积和质量非常大，零件内部的结构也非常复杂。所以，在对这些机械零件结构进行设计时，可以选择模型设计的方法来进行。利用模型实验的方式来建立机械零件的结构模型，之后将模型应用到零件设计中。在开展此设计过程中，设计人员要考虑模型设计和实际零件使用的结合性，并且还要以机械化生产为主体。另外，机械零件结构模型和真实的生产情况之间差距非常大，不仅会影响到机械零件自身结构的稳定性，同时还有可能引发零件后期机械生产安全事故。

3实际机械零件结构设计案例分析

3.1机械零件设计依据和方案确定

本文以某商用卡车发动机悬置上支架为案例，分析对象，在设计时需要对其和发动机及卡车的大梁周围空间结构装置的协调性进行考虑，所以选择一种悬挂式结构。由于此发动机在发动机悬置安装位还需安装空调压缩机，为实现发动机左右支架一致减少生产成本投入，选择支架下加垫板处理。

3.2机械零件结构工艺设计

一般来说，机械零件的焊接结构可以减少磨具的投入，但是这种焊接的结构设计方式，生产焊接工艺要比铸造工艺性差很多，并且质量可靠性对焊接工艺水平影响较大，批量生产产品一致保证较困难，所以在进行此零件结构设计时，为了确保零件的结构功能性，考虑重型卡车生产以大批量生产模式为主，选择了铸造方式。从中可以发现，机加的深度越深，铣刀的直径就要选择越大的，通常情况下铣刀的最大直径为20mm，那么其深度就要控制在90mm左右。对于安装面采用端面铣刀来处理，圆孔采用钻床来处理，由于机械加工主要是机床加工范畴，在此不做赘述。此零件选用铸造一体成型设计加工方案。

3.3刚度和强度的设计

按照悬置支架零件强度规范，以及特定的要求，本案例中悬置支架所支撑发动机动力总成1400kg，按悬置布局及动力总成中心位置进行计算，此悬置支架的承载质量按照300kg来计算，按照设计经验和最初的计算，支架上铸造壁厚最小设计为8mm，需精加工的安装位置，保证加工后的连接强度为12mm，其他位置需要进行倒圆角、转角。本案例的机械零件结构设计减少了材料的浪费，并且机械零件的工艺性、后期维护性都得到了很好的保障，同时也更好地体现了材料的性能，提高了支架的质量水平，满足支架使用时对其刚度和强度的要求，大大提高了其应用效率和应用质量。

4机械零件结构设计中需注意事项

4.1尽量简化机械零件结构

设计人员在设计时要对整个机械零件的加工面进行设计，要尽量将其设计成比较简单的集合平面，比如圆形，为后续零件加工提供便利。另外，还要结合机械零件结构的特点来对零件进行划分，可以分为分体式和合体式两种。在采用合体构件设计加工时要对连接件的加工量进行减少控制，并且还要减少组装工作程序。针对没有办法采用合体加工的机械零件，可以采用分体式加工方式，设计人员可以将机械零件进行分解，形成两个部分，一部分为套筒，一部分为底面，以此来减少加工流程。在这两部分加工结束之后，将两部进行组合即可。这种机械零件结构简化设计可以避免后续的加工组装问题。

4.2尽量减少机械零件的加工面

机械零件结构设计过程中，需要尽可能地减少机械零件加工面积，这样不仅可以减少加工量、提高加工效率，同时还可以简化加工流程，保障加工质量。在实际工作开展中，很多机械零件结构需要进行定位处理，设计人员需要对零件加工精度和装配进行控制，这样势必会增加加工量和加工难度。所以，在加工之前，要先对机械零件结构进行调整，并且还要把零件放置在一个端面进行处理，以此来保障加工的精确性。

结语

在进行机械零件结构设计时需要对机械零件结构进行优化设计和完善，以此来提高机械零件结构的强度和功能性。在以往的机械零件结构设计中，机械化和自动化的零件结构设计还需要依托鲜明的技术优势。在机械化的发展背景下，机械零件设计人员需要从不同的角度和方面着手，遵循机械零件结构设计的原则，采用科学合理的机械零件结构设计方法，以此来提高机械零件结构设计的科学性和合理性，减少机械零件设计过程中的材料损耗，提高机械零件的强度和刚度，更好地提高机械零件整体的使用安全性和功能性，为机械领域的健康发展奠定良好的基础。

参考文献

[1]孙凤,李春明,崔运静,等.机械零件结构的创新方法体系研究[J].机械设计与制造工程,2021,50(2):123-126.

[2]温从众.新能源汽车发展与环保机械零件结构的探讨研究[J].环境工程,2021,39(11):32.

130