关于机械设计过程中零件结构合理性设计的研究

朱继伟

山东冶金机械厂有限公司 山东淄博 255064

机械零件是构成机械的基本元件。随着机械制造业的飞速发展，如何才能制造出高精度的机械零件已成为人们研究的重点，其中机械零件的外观设计是体现零件精度高低的一个重要因素。但在实际生产过程中，厂商往往容易忽略对高精度机械零件的外观进行精心设计，导致许多机械零件在外观设计方面无法满足客户的需求。三维设计技术广泛应用于多个领域，可实现多专业的协同设计理念，已成为一种常用的机械零件设计技术。

1 机械零件结构合理性设计的基本原则

1.1 机械零件结构应该与毛坯成形方法相适应

由于不同的毛坯成形工艺适用于不同结构形状的毛坯生产的过程中，站在某种角度来说，毛坯成型工艺会对零件结构产生较大影响。在铸造成型过程中，可选择的工艺很多，往往可以将一些结构复杂的零件生产出来，尤其是在芯子制造上具有多变性特点，为后续复杂内腔的制定提供了基础。整体来看，为了进一步提升设计效果，人们可以采用具体的空中结构将零部件的刚性提升，进而降低材料用量的消耗程度。像在结构复杂的箱体设计上，可以利用焊接形式进行，但焊接过程中的箱体内腔不能太过复杂，否则将会增加整个焊接生产工作的难度，最终提升企业的生产结构成本。又如，在曲轴生产过程中，由于铸造工艺具有较强的成形性，可以进一步降低轴的加工余量，提升金属利用率，其制造成本也要低出锻轴很多。在曲轴铸造过程中，其具体的结构设计可以比较复杂，但必须与相关铸造工艺要求相符，并做到形状对称。最后，如果不加工面与分型面相垂直，设计人员需要将整体结构斜度突显出来[1]。

1.2 整体性

在机械制造工艺的合理化设计过程中，应先制定机械设计方案。在制定设计方案的时候，技术人员应严格遵守整体性原则，以机械制造工艺作为出发点，在保证各部件合理的同时，制定多种机械设计方案，并从中择取最优方案作为最终设计方案。

2 机械设计过程中零件结构合理性设计的具体方法

2.1 合理设计安全参数

与常规安全系数法，可靠性设计法以用户要求及实际情况为出发点制定科学合理的设计方案，兼顾设计结构，不止大大节约加工材料及加工时间，更为企业赢得更多的经济效益，但是常规安全系数法设计理念过于传统保守，早已与时代发展相脱节。同时，机械零件可靠性优化设计能延长零件自身使用年限大大降低其失效概率，弥补常规安全系数法的不足，但是受加工材料自身强度分布及荷载分布资料欠缺的影响，一定程度上阻碍可靠性优化设计广泛应用[3]。从理论及实践角度来看，机械材料特性及机械构件运作荷载条件、破坏过程均存在着不同程度的随机性。

2.2 提升加工精确度

对于零件而言，精确度是检验其质量的一大重要标准。为了确保零件精确度与客户需求相符，在合理化机械设计中，需要加强对设计方式的有效应用。首先，测量工具优化方式，在机械制造工艺生产中，零件精确度主要是利用测量工具所获取，一旦测量工具精确度较低，那么零件产品的精确度参数也会明显降低，所以应结合丰富经验，按照客户需求，对测量工具进行优化与调整，并应用到精确度测量中去，以提高客户的满意度。其次，加工工具改善方式，在机械制造过程中，夹具等工具的应用会直接影响零件产品的精确度参数，因此企业应根据零件差异，改善夹具等工具，从而增强工具和产品间的契合度。再次，误差因素控制方式，应力、切削磨损和变形等误差参数都会影响产品精度，因此在合理化机械设计中，应根据相关因素采取与之相适应的控制方式，最大程度上控制精确度误差。

2.3 减少零件加工面

在机械零件结构设计过程中，应进一步降低加工面积，这样一来，整体零件的加工量也会得到大幅度降低，提升加工效率。在实际工作中，还会出现很多零件结构定位，此时，工作人员需要确保整个零件加工精度能够得到大幅提升，并且对零件装配进行有效控制，长此以往，会增加零件的加工量和加工难度。为此，工作人员在加工工作开始之前，对整个零件结构进行适当调整，进而将零件定位到一个端面之中，提升定位的合理性，为整体加工工作提供便利的同时，提升加工精准度。除此之外，在具体的机械零件加工过程中，工作人员需要注意的地方有很多，例如不能在封交的内表面开展加工工作。一般来说，机械零件的内部加工本身存在很大难度，其内部表面处于半封闭状态，不利于加工工作的全面开展。因此，工作人员一定要避免这种情况的出现。

2.4 合理设计机械零件自身尺寸、荷载、强度

机械零件自身物理量、几何尺寸、荷载、强度及应力均属于多值参数且呈现相应的分布状态，尤其是强度分布及应力分布往往被视为正态分布。可靠性优化设计途径较为单一，以指定性能指针为约束大大增强机械零件可靠度，甚至以可靠度为标准促使零件指定指针呈现最优化体现，并且二者相比后者方法适用性更强。因此在实际设计的过程中，技术人员必须建立体积最小、重量最轻及成本最低的目标函数，结合几何尺寸、刚度、可靠度及强度等设计要求，搭建相应的可靠性优化设计数学模型，再依据数学模型的复杂程度、形态及规模选择出最为适宜的优化方法求出其最终优化设计变量。

3 结语

综上所述，在机械制造过程中，确保设计的合理性是十分关键的，合理化机械设计不仅可以确保产品整体质量与使用寿命，还可以促使企业在激烈竞争的市场环境中占据有利地位。因此，在具体的机械零件设计过程中，应该将其中的设计结构合理性地展示出来，并以实际情况为主，对相关机械零件性能进行优化，改善其零件结构，只有这样，才能确保整个机械零件设计与现代化机械生产需求相符。