淺談機(jī)械零部件的思維創(chuàng)新

摘要：傳統(tǒng)機(jī)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(yùn)用了新材料，新的熱處理和化學(xué)處理工藝及新的表面處理技術(shù)，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(zhǔn).加工度時和虛料過；等筒題解決得還妻遠(yuǎn)不夠。為了解決機(jī)械零部件設(shè)計(jì)和應(yīng)用中仍然存在的問題，我們需要發(fā)散思堆，進(jìn)行不斷的試驗(yàn)，改進(jìn)和創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造 現(xiàn)代思想 創(chuàng)新方向 創(chuàng)新方法

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

1機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)機(jī)械機(jī)械零部件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是以長期經(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)，來確定其結(jié)構(gòu)和尺寸，這樣的設(shè)計(jì)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(zhǔn)、加工費(fèi)時、廢料過多、不夠人性化等就是傳統(tǒng)機(jī)械零部件設(shè)計(jì)制造和應(yīng)用中出現(xiàn)的問題。這一方面是由于當(dāng)時缺乏先進(jìn)工藝和先進(jìn)設(shè)備，另一方面也由于設(shè)計(jì)人員創(chuàng)新水平還不夠高。當(dāng)代的機(jī)械零部件設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，由于運(yùn)用了新材料、新的熱處理和化學(xué)處理工藝及新的表面處理技術(shù)，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(zhǔn)、加工廢時和廢料過多等問題解決得還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。為了解決機(jī)械零部件設(shè)計(jì)和應(yīng)用中仍然存在的問題，需要進(jìn)行大膽創(chuàng)新。

2機(jī)械零部件的創(chuàng)新思維

2.1類比思維設(shè)計(jì)新零部件

類比思維就是基于某一個相同點(diǎn)，將外觀、性質(zhì)、用途不完全相同甚至完全不同的事物進(jìn)行比較分析，從而找出能夠達(dá)到目的的最佳方案。如飛機(jī)與鳥類、飛機(jī)與蜻蜒，由鳥的飛行運(yùn)動制成了飛機(jī)(機(jī)翼與鳥翅的類比)，飛機(jī)高速飛行時機(jī)翼產(chǎn)生強(qiáng)烈振動，有人根據(jù)蜻蜒羽翅的減振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了飛機(jī)的減振裝置。例如哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)生設(shè)計(jì)的爬樓機(jī)，他們利用仿形原理，結(jié)合具體情況，設(shè)計(jì)出以阿基米德螺線為外形的輪形，此輪與樓梯實(shí)時嚙合，每一時刻整個機(jī)器受力均勻。由于阿基米德螺線性質(zhì)會在樓梯傾斜的方向上產(chǎn)生近似的勻速直線運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)性，采用類似于動力驅(qū)動的四輪小車，結(jié)構(gòu)易實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)廉價性。這種爬樓機(jī)可以應(yīng)用于生產(chǎn)與生活，例如搬運(yùn)和助殘。又比如機(jī)械手爪，就是與人的手類比而創(chuàng)造出來的。有人測試出蚊子翅膀振動的頻率最高可達(dá)600Hz，對蚊子翅膀的結(jié)構(gòu)與相關(guān)零部件進(jìn)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(fā)散思維創(chuàng)造新方案

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。又如根據(jù)夾緊的方式有彈力式、螺栓式、壓力式等，人類發(fā)明出彈簧夾，活動扳手，氣壓夾具。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(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(diǎn)反過來思考的一種思維方式。敢于“反其道而思之”，讓思維向?qū)α⒚娴姆较虬l(fā)展，從問題的相反面深入地進(jìn)行探索，樹立新思想，創(chuàng)立新形象。當(dāng)大家都朝著一個固定的思維方向思考問題時，而你卻獨(dú)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(xí)慣于沿著事物發(fā)展的正方向去思考問題并尋求解決辦法。其實(shí)，對于某些問題，尤其是一些特殊問題，從結(jié)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(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)時，你為轉(zhuǎn)子達(dá)不到所要求的轉(zhuǎn)速而苦惱時，是不是可以運(yùn)用逆向思維，讓定子也轉(zhuǎn)呢，我國發(fā)明家蘇衛(wèi)星正是運(yùn)用了這一逆向思維發(fā)明了“兩向旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)”定子也轉(zhuǎn)動，發(fā)電效率比普通發(fā)電機(jī)提高了四倍。蘇衛(wèi)星說，我來個逆向思維，讓定子也“旋轉(zhuǎn)起來”。這是他得以發(fā)明的思維基礎(chǔ)，也是他對創(chuàng)造發(fā)明思想的一大貢獻(xiàn)。

3機(jī)械零部件的創(chuàng)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(xiàn)出來的缺陷，應(yīng)用創(chuàng)新思維，采取針對性的改進(jìn)措施來克服，從而提高其性能，是機(jī)械零部件創(chuàng)新的方向之一。這樣做，一來能夠提升整機(jī)的使用性能，二來也能提高機(jī)器運(yùn)行中的安全性。比如汽車的剎車制動裝置，現(xiàn)有的汽車在剎車時通常是剎車片從里向外擴(kuò)張從而抵住輪轂以達(dá)到制動目的，這經(jīng)常導(dǎo)致制動效果不夠理想，對此，我們是否可以試著設(shè)計(jì)從內(nèi)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(jié)構(gòu)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(qiáng)度要求的新型輕型復(fù)合材料，而不是一味只知道用鑄鐵或鋼來制造。

3.2維護(hù)方便，更人性化

很多機(jī)械零部件在使用和維護(hù)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)拆后重裝失準(zhǔn)的問題，導(dǎo)致零部件更換過于頻繁，造成了不必要的浪費(fèi)；設(shè)計(jì)不夠人性化也是常遇到的問題。分析發(fā)現(xiàn)，前者大多出現(xiàn)在過盈配合以及硬度差別較大的場合，后者大多出現(xiàn)在需要經(jīng)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(lián)結(jié)方式(比如螺栓聯(lián)結(jié)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(jī)械設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)多從宜人的角度，來對某些零部件作一些必要的改進(jìn)，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(dāng)代機(jī)械零部件制造過程中經(jīng)常存在的問題，要解決這個問題我們必須進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。首先，要想縮短時間，我們可以試著縮短加工工藝路線。要節(jié)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(jī)械零部件的創(chuàng)新方法

要充分運(yùn)用機(jī)械學(xué)理論和方法，包括各種機(jī)構(gòu)、機(jī)械加工、機(jī)械平衡和振動、機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度學(xué)、傳動機(jī)械學(xué)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、小機(jī)構(gòu)等及計(jì)算機(jī)輔助分析的不斷發(fā)展，對設(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。以后的cad必將朝著高度集成的方向發(fā)展，新產(chǎn)品不需要加工出來，可以直接在軟件里面仿真，進(jìn)行CN加工和應(yīng)力分析等等，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品一體化，從零到實(shí)物，中間的在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題60％都可以在設(shè)計(jì)的時候依據(jù)電腦分析完成，并在以后的應(yīng)用中避免。目前CAD技術(shù)已經(jīng)模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化，對于機(jī)械零部件的創(chuàng)新和設(shè)計(jì)有著不可限量的作用。

5總結(jié)和展望

如果我們在今后的機(jī)械零部件設(shè)計(jì)領(lǐng)域，能夠拋棄舊的思維過時的舊方法，很好地運(yùn)用類比、發(fā)散和逆向等創(chuàng)新思維，加上計(jì)算機(jī)輔助、多學(xué)科結(jié)合等現(xiàn)代創(chuàng)新方法，針對機(jī)械零部件設(shè)計(jì)中存在的等等問題進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，我相信機(jī)械零部件設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)瓉硇碌拿篮妹魈臁?/p>

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