淺談機械零部件的思維創新

摘要：傳統機械：零部件容易腐性，零部件容易疲勞損壞.斷裂，表面副落，零部件容易摩擦損壞。由于運用了新材料，新的熱處理和化學處理工藝及新的表面處理技術，這些問題在一定程度上獲得了解決，但疲勞斷裂，零件拆后重裝失準.加工度時和虛料過；等筒題解決得還妻遠不夠。為了解決機械零部件設計和應用中仍然存在的問題，我們需要發散思堆，進行不斷的試驗，改進和創新。

關鍵詞：機械制造 現代思想 創新方向 創新方法

中圖分類號：G42 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)02(b)-0021-02

1機械零部件的設計現狀

傳統機械機械零部件設計的特點是以長期經驗積累為基礎，通過力學、數學建模及試驗等所形成的經驗公式、圖表、標準及規范作為依據，來確定其結構和尺寸，這樣的設計不免會帶來一些局限性的問題。腐蝕、磨損、疲勞斷裂、表面剝落、拆后重裝失準、加工費時、廢料過多、不夠人性化等就是傳統機械零部件設計制造和應用中出現的問題。這一方面是由于當時缺乏先進工藝和先進設備，另一方面也由于設計人員創新水平還不夠高。當代的機械零部件設計和應用中，由于運用了新材料、新的熱處理和化學處理工藝及新的表面處理技術，腐蝕、磨損、表面剝落等問題在一定程度上獲得了解決，但疲勞斷裂、拆后重裝失準、加工廢時和廢料過多等問題解決得還遠遠不夠。為了解決機械零部件設計和應用中仍然存在的問題，需要進行大膽創新。

2機械零部件的創新思維

2.1類比思維設計新零部件

類比思維就是基于某一個相同點，將外觀、性質、用途不完全相同甚至完全不同的事物進行比較分析，從而找出能夠達到目的的最佳方案。如飛機與鳥類、飛機與蜻蜒，由鳥的飛行運動制成了飛機(機翼與鳥翅的類比)，飛機高速飛行時機翼產生強烈振動，有人根據蜻蜒羽翅的減振結構設計了飛機的減振裝置。例如哈爾濱工業大學學生設計的爬樓機，他們利用仿形原理，結合具體情況，設計出以阿基米德螺線為外形的輪形，此輪與樓梯實時嚙合，每一時刻整個機器受力均勻。由于阿基米德螺線性質會在樓梯傾斜的方向上產生近似的勻速直線運動，實現平穩性，采用類似于動力驅動的四輪小車，結構易實現，實現廉價性。這種爬樓機可以應用于生產與生活，例如搬運和助殘。又比如機械手爪，就是與人的手類比而創造出來的。有人測試出蚊子翅膀振動的頻率最高可達600Hz，對蚊子翅膀的結構與相關零部件進行類比研究，或許能幫人類有效解決零部件疲勞損壞的問題(如圖1)。

2.2發散思維創造新方案

發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，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“將兩零部件聯結在一起”的問題，常規的辦法有螺紋聯結、焊接、膠接、鉚接等，但運用發散思維思考，可以得到利用電磁力、摩擦力、壓差或真空、綁縛、冷凍等方法。又如根據夾緊的方式有彈力式、螺栓式、壓力式等，人類發明出彈簧夾，活動扳手，氣壓夾具。發散思維是創造性思維的主要形式之一.，在技術創新和方案設計中具有重要的意義(如圖2)。

2.3逆向思維走出全新捷徑

逆向思維也叫求異思維，它是對司空見慣的似乎已成定論的事物或觀點反過來思考的一種思維方式。敢于“反其道而思之”，讓思維向對立面的方向發展，從問題的相反面深入地進行探索，樹立新思想，創立新形象。當大家都朝著一個固定的思維方向思考問題時，而你卻獨自朝相反的方向思索，這樣的思維方式就叫逆向思維。人們習慣于沿著事物發展的正方向去思考問題并尋求解決辦法。其實，對于某些問題，尤其是一些特殊問題，從結論往回推，倒過來思考，從求解回到已知條件，反過去想或許會使問題簡單化。比如在設計發電機時，你為轉子達不到所要求的轉速而苦惱時，是不是可以運用逆向思維，讓定子也轉呢，我國發明家蘇衛星正是運用了這一逆向思維發明了“兩向旋轉發電機”定子也轉動，發電效率比普通發電機提高了四倍。蘇衛星說，我來個逆向思維，讓定子也“旋轉起來”。這是他得以發明的思維基礎，也是他對創造發明思想的一大貢獻。

3機械零部件的創新方向

3.1性能更好.缺陷更少

對于零部件在使用過程中表現出來的缺陷，應用創新思維，采取針對性的改進措施來克服，從而提高其性能，是機械零部件創新的方向之一。這樣做，一來能夠提升整機的使用性能，二來也能提高機器運行中的安全性。比如汽車的剎車制動裝置，現有的汽車在剎車時通常是剎車片從里向外擴張從而抵住輪轂以達到制動目的，這經常導致制動效果不夠理想，對此，我們是否可以試著設計從內和外雙向同時壓緊制動的剎車模式呢?又比如，某些場合的大皮帶輪，往往在采用輻條式結構之后重量仍然過大，對此，我們完壘可以采用同樣能夠滿足強度要求的新型輕型復合材料，而不是一味只知道用鑄鐵或鋼來制造。

3.2維護方便，更人性化

很多機械零部件在使用和維護過程中經常會出現拆后重裝失準的問題，導致零部件更換過于頻繁，造成了不必要的浪費；設計不夠人性化也是常遇到的問題。分析發現，前者大多出現在過盈配合以及硬度差別較大的場合，后者大多出現在需要經常與人體接觸的零部件上。對于前者，我想我們有必要嘗試著以間隙配合并輔以其他聯結方式(比如螺栓聯結等)來代替一些過盈配合，對需要可能拆卸的零件配對時盡量使其接觸表面硬度接近，對于后者，我們的機械設計人員應當多從宜人的角度，來對某些零部件作一些必要的改進，比如將直接與人手接觸的零部件表面的粗糙度降低一些。

3.3制造簡單.高效低價

加工廢時和廢料過多也是當代機械零部件制造過程中經常存在的問題，要解決這個問題我們必須進行創新設計。首先，要想縮短時間，我們可以試著縮短加工工藝路線。要節約材料減少廢料，我們就要在材料切割時合理的布局，在同一塊材料上大小零件搭配布置，并且盡量將有相似邊的用料布局在一起。這樣一來，制造更簡單，更高效，成本也降低了。

4機械零部件的創新方法

要充分運用機械學理論和方法，包括各種機構、機械加工、機械平衡和振動、機械結構強度學、傳動機械學、創新設計、小機構等及計算機輔助分析的不斷發展，對設計的關鍵技術問題能作出很好的處理，一系列新型的設計準則和方法正在形成。計算機輔助設計(CAD)是把計算機技術引入設計過程，利用計算機完成選型、計算、繪圖及其他作業的現代設計方法。CAD技術促成機械零部件設計發生巨大的變化，并成為現代機械設計的重要組成部分。以后的cad必將朝著高度集成的方向發展，新產品不需要加工出來，可以直接在軟件里面仿真，進行CN加工和應力分析等等，實現產品一體化，從零到實物，中間的在實際應用中出現的問題60％都可以在設計的時候依據電腦分析完成，并在以后的應用中避免。目前CAD技術已經模塊化，標準化，對于機械零部件的創新和設計有著不可限量的作用。

5總結和展望

如果我們在今后的機械零部件設計領域，能夠拋棄舊的思維過時的舊方法，很好地運用類比、發散和逆向等創新思維，加上計算機輔助、多學科結合等現代創新方法，針對機械零部件設計中存在的等等問題進行改進和創新，我相信機械零部件設計領域將會迎來新的美好明天。

參考文獻

[1]吳宗澤.機械設計禁忌[M]，北京：機械工業出版社，1996

[2]張春林.機械創新設計[M]，第2版.北京：機械工業出版社，2007.

[3]隋明陽.機械設計基礎[M].北京：機械工業出版社，2002.

[4]許尚賢.機械零部件現代設計方法[M].北京：高等教育出版社，1996.

[5]柴鵬飛.機械設計基礎[M]，北京：機械工業出版社，2004.

[6]肖耀軍.創新思維[M].北京：新華出版社，2007.