機械設計過程中零件結構合理性的問題研究

屈揚劍

摘要：近年來，隨著我國制造行業的飛速發展，極大地促進了工業產業的進步，而機械零件是機械產品設計的基礎，更是機械產品使用的關鍵所在。本文簡單介紹了機械零件結構合理性設計原則，著重從毛坯選擇、零件結構簡化、零件結構設計經濟性提升、零件設計精度提升、零件強度改善、零件加工經濟性和環保性等方面分析機械設計過程中零件結構合理性設計的具體方法，促進零件結構設計的合理性和經濟性，提高零件的精度和強度。

關鍵詞：機械設計;零件結構;設計合理性

1引言

零件本身結構的合理性和精度對機械加工過程的影響十分嚴重，隨著現代零件結構的日漸復雜，人們對零件設計和加工要求越來越高，而零件結構設計的合理性設計，可以提升其具體的加工效率和質量。因此，在具體零件結構設計過程中，應該以合理性和科學性為原則，將更多的先進技術應用其中，進而全面提升整個機械加工水平和效率。

2機械設計過程中零件結構合理性設計方法

2.1合理選擇毛坯類型

首先要確定毛坯的形狀。為了促進機械零件的高效加工，在選擇毛坯形狀是要確定毛坯形狀和尺寸符合機械零件結構設計。因為選擇的毛坯形狀與機械零件結構設計相似，可以降低毛坯質量問題，提高機械零件加工效率。為了進一步提高機械零件的加工效率和質量，可以選擇先進的毛坯加工技術。其次是確定毛坯結構。根據機械零件結構確定毛坯結構，這樣也可以節省大量的加工時間。為了確定毛坯結構與機械零件結構的相似性，可以選擇合并和分解法進行對比分析。所謂的合并和分解法是指在毛坯結構加工時，可以將簡單的毛坯組合成為一個新的略大的毛坯，也可以將一個較大的毛坯分解成為多個小毛坯，將這些組合或分解后的毛坯與設計的零件結構進行對比，查看是否相符，如果分解或重組后的毛坯結構與機械零件結構相符則可以直接來加工，可以大幅提高加工效率，節省加工成本。例如在車床絲杠螺母合口瓦和活塞環加工過程中，可以對長套筒和毛坯進行加工，然后將合口瓦分成兩部分，查看機械零件是否與這兩部分的結構相符，如果相符就對分解后的毛坯進行加工，加工成為符合設計要求的活塞環。

2.2合理簡化零件結構

在機械零件結構設計過程中，為了節省原材料，提高設計和加工效率，可以簡化機械零件的加工面設計，使其成為圓面、方面等簡單的幾何平面，順便簡化機械零件結構，為之后的機械零件加工提供方便。為了簡化機械零件結構，還可以根據機械零件結構特點將機械零件結構分為合體式和分體式兩種結構類型。合體結構零件的優勢是降低機械零件連接時的工作量，提高機械零件組裝效率。有些機械零件在加工時難以進行合體加工，此時就需要使用分體式結構進行加工?？梢詫C械零件分解為套筒和球形地面墊塊兩個部分，這樣可以簡化加工程序，提高機械零件加工效率。當套筒和球形底面墊塊都加工完畢后，只需將球形底面墊塊加入到套筒中即可，使兩個分體式結構組合成為合體式結構，化復雜為簡單，滿足預期的零件結構設計要求。

2.3減少零件加工面

為了減少機械零件加工量，就應該減少加工面數量，所以在機械零件結構設計中要盡量減少零件加工面面積和數量。隨著我國機械零件加工技術的不斷進步以及機械生產制造對精密機械零件的大量需求，在機械零件結構設計時要確保機械零件具有很高的精度，確保加工過程中也能有很高的精度，并確保機械零件成品滿足精度設計要求。機械零件精度設計要求越高，機械零件加工量和加工難度也就越高。因此在對機械零件加工前，需要對機械零件結構進行優化調整，將機械零件定位到一個端面中，通過與端面的對比，確保機械零件加工前后具有很高的加工精準度。為了減少機械零件加工面，在機械零件實際加工過程中，還需要注意很多地方。例如不能在封膠的內表面進行機械加工作業。因為在機械零件內部進行加工作業難度很大，如果其內部表面處于半封閉或全封閉狀態，就難以進行機械加工作業，所以在機械零件加工過程中，要避免出現內部表面為半封閉和全封閉的情況。

2.4提高零件設計精度

在機械零件加工前要確保加工車床的加工參數和設計參數相一致，確保加工出來的機械零件具有和機械零件結構設計相同的精度并能夠與機械設備相匹配。如果機械零件結構設計精度或者機械零件加工精度不符合機械設備匹配性要求，就無法應用于機械設備成為廢品。由此可見，機械零件結構設計精度與機械零件加工質量息息相關。在機械零件加工過程中，其精度受到諸多因素影響。例如在加工空腔型機械零件時容易受外力影響，導致整個機械零件變形。為了避免機械零件加工時變形，需要空腔型機械零件結構設計時將其結構改為盒形，將原來的開口端設計為閉口端，這樣的結構設計能夠提高空腔型機械零件薄弱區的強度，避免出現零件變形問題。

2.5改善零件形狀提高強度

2.5.1改善零件形狀均勻荷載分布

機械零件在應用過程中會產生點、線、面三種類型的接觸，其中以點接觸產生的集中荷載最大，對機械零件的破壞性最強，因此要將點接觸的集中荷載轉變為線接觸和面接觸的均勻荷載，降低集中荷載對機械零件結果的破壞，這就需要在對機械零件結構設計時改變其原有的形狀，進而降低集中荷載，使荷載均勻分布在接觸面上。大部分的集中荷載主要是由于機械零件加工和安裝時的誤差和接觸偏向造成的，建議將機械零件的結構設計為鼓形，增加零件之間的接觸面積，就可以將集中荷載變為均勻荷載。對于軸承類零件，可以將普通滑動軸承改為自動調心滑動軸承，就可以將集中荷載轉變為均勻荷載。

2.5.2改善零件形狀分散應力

在機械零件結構設計時，要充分分析零件所受的內部應力大小與分布，根據零件應力大小與分布設計零件結構，確保機械零件能夠承受得住工作狀態下的機械應力。因此在對梁狀零件進行結構設計時需要將其截面設計為工字型或T字型，軸零件的截面要設計成圓形或空心圓形。為了減少集中應力，要將機械零件的交接部分的截面尺寸差適當減少，增加機械零件過度曲線上的曲率半徑，通過卸載結構來減少集中應力。

2.6注重零件結構設計的環保性

由于機械加工行業對環境污染比較嚴重，為了降低機械零件加工的污染性需要在機械零件結構設計環節就遵循綠色環保理念。在機械零件結構設計中除了要注重經濟性、安全性、效率性等內容，環保性也屬于合理性范疇。因此在選擇機械零件原材料、加工工藝和使用環境時都要注重機械零件的環保性，可以在機械零件加工過程中設置某些環保裝置來降低機械零件加工造成的環境污染，例如將機械零件加工作業環境封閉起來，降低噪聲污染和光污染等。還要創新機械零件加工工藝，創新使用綠色環保材料，提高機械零件設計、加工和使用全過程的環保性。

3結論

機械零件結構設計不僅要符合客戶和機械設備應用要求，還要考慮機械加工企業的經濟效益，要通過機械零件結構設計減少原材料消耗和工時，提高機械零件加工效率和質量，進而提高機械制造企業的經濟效益。在機械零件結構設計過程中，要合理選擇原材料類型和毛坯成型方法，進行穩健設計和試驗設計，并合理選擇經驗法、模型法和理論設計法等機械零件結構設計方法，確保機械零件的外觀和性能符合要求，并提高機械零件的經濟性、環保性和耐用性。

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