機械零部件的創新設計

白利軍+康占武

【摘 要】現代機械機械零部件設計強調創新設計，要求在設計中更充分地發揮設計者的創造力，利用最新科技成果，在現代設計理論和方法的指導下，設計出更具有生命力的產品。為此，要把握機械零部件設計的主要內容，嚴格計算機械零部件的失效形式，正確選擇機械零部件表面粗糙度。

【關鍵詞】機械；零部件；創新；設計

現代科技飛速發展，促使機械制造必須不斷創新。只有不斷創新，才能適應時代的需要，適應市場的需要，適應現代機械制造業的需要，才能不被市場所淘汰，才能進一步占領市場，創造更大的經濟價值，并隨著市場的發展而發展。機械零部件設計的關鍵是創新。現代機械機械零部件設計強調創新設計，要求在設計中更充分地發揮設計者的創造力，利用最新科技成果，在現代設計理論和方法的指導下，設計出更具有生命力的產品。

一、把握機械零部件設計的主要內容

機械零部件設計是機械設計的重要組成部分，機械運動方案中的機構和構件只有通過零部件設計才能得到用于加工的零部件工作圖和部件裝配圖，同時它也是機械總體設計的基礎。機械零部件設計的主要內容包括：根據運動方案設計和總體設計的要求，明確零部件的工作要求、性能、參數等，選擇零部件的結構構形、材料、精度等，進行失效分析和工作能力計算，畫出零部件圖和部件裝配圖。機械產品整機應滿足的要求是由零部件設計所決定的，機械零部件設計應滿足的要求為：在工作能力上要求具體有強度、剛度、壽命、耐磨性、耐熱性、振動穩定性及精度等；在工藝性上要求加工、裝配具有良好的工藝性及維修方便；在經濟性上的要求主要指生產成本要低。此外，還要滿足噪聲控制、防腐性能、不污染環境等環境保護要求和安全要求等。這些要求往往互相影響，互相牽制，必須全面綜合考慮，統籌設計。

二、嚴格計算機械零部件的失效形式

機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、表面點蝕、塑性變形、過度彈性變形、共振、過熱及過度磨損等。為了保證零部件能正常工作，在設計零部件時應首先進行零部件的失效分析，預估失效的可能性，采取相應措施，其中包括理論計算，計算所依據的條件稱為計算準則，常用的計算準則有：一是強度準則。強度是機械零部件抵抗斷裂、表面疲勞破壞或過大塑性變形等失效的能力。強度要求是保證機械零部件能正常工作的基本要求。二是剛度準則。剛度是指零部件在載荷的作用下，抵抗彈性變形的能力。剛度準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。三是振動穩定性準則。對于高速運動或剛度較小的機械，在工作時應避免發生共振。振動穩定性準則要求所設計的零部件的固有頻率與其工作時所受激振源的頻率錯開。四是耐熱性準則。機械零部件在高溫工作條件下，由于過度受熱，會引起潤滑油失效、氧化、膠合、熱變形、硬度降低等問題，使零部件失效或機械精度降低。因此，為了保證零部件在高溫下正常工作，應合理設計其結構及合理選擇材料，必要時須采用水冷或氣冷等降溫措施。五是耐磨性準則。耐磨性是指相互接觸并運動零部件的工作表面抵抗磨損的能力。當零部件過度磨損后，將改變其結構形狀和尺寸，削弱其強度，降低機械精度和效率，以致零部件失效報廢。因此，機械設計時應采取措施，力求提高零部件的耐磨性，以確保質量。

三、正確選擇機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重要技術指標，是檢驗零部件表面質量的主要依據；它選擇的合理與否，直接關系到產品的質量、使用壽命和生產成本。機械零部件表面粗糙度的選擇方法有3種，即計算法、試驗法和類比法。在機械零部件設計工作中，應用最普通的是類比法，此法簡便、迅速、有效。應用類比法需要有充足的參考資料，現有的各種機械設計手冊中都提供了較全面的資料和文獻。最常用的是與公差等級相適應的表面粗糙度。在通常情況下，機械零部件尺寸公差要求越小，機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關系。在實際工作中，對于不同類型的機器，其零部件在相同尺寸公差的條件下，對表面粗糙度的要求是有差別的。這就是配合的穩定性問題。在機械零部件的設計和制造過程中，對于不同類型的機器，其零部件的配合穩定性和互換性的要求是不同的。在設計工作中，表面粗糙度的選擇歸根到底還是必須從實際出發，全面衡量零部件的表面功能和工藝經濟性，才能作出合理的選擇和完美的設計。

總之，機械零部件的設計必須適應時代發展的需要，適應科學技術發展的需要，適應市場競爭的需要；必須改革、創新、發展。這就要求機械零部件的設計必須科學合理，必須充分發揮設計者的創造力，利用最新科技成果，在現代設計理論和方法的指導下，在市場導向下，設計出更新穎、更實用、更有效率的產品，設計出具有強大生命力和競爭力的產品。

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