浅谈机械设计应注意的几个问题

【摘要】本文分析了机械设计常见问题，并对提高机械设计水平的措施方法进行探讨，以供参考。

【关键词】机械设计；问题；措施

中图分类号：TH122文献标识码： A

一、前言

机械设计具有较强的专业性和技术性，面对当前激烈的市场竞争，做好机械设计就必须要通过对设计中存在的问题进行分析，并采取措施提高设计水平。

二、机械设计加工中经常出现的问题与原因分析

1、零件强度设计不合理

（1）零件材料的选取

在机械零件的设计与制造的过程中，机械零件的材料选择对零件的的整体性能和使用寿命有着重要的影响。在实际的机械零件制造的过程中，很多机械工程师常常办把机械零件的选材看成一项比较简单的任务。在零件选材的时候往往根据以往的经验和相关的选材标准进行选择使用的材料，对材料的性能、质量和成本没有进行充分的考虑，材料过差不能满足使用要求；过好会增加成本。

（2）零件强度安全系数选择

在进行零件结构设计的过程中，要根据零件的使用部位、使用时间和使用要求对零件的结构尺寸进行计算，要根据计算结果选择适当的强度安全系数。若不经过认真的计算，选用过高的强度安全系数会增大零部件体积和重量，不仅增加了零件的成本，还会影响零件的使用寿命；选用过低的强度安全系数在零件使用的过程中会过早损坏，不能满足使用的要求。

2、零部件结构设计不合理

（1）零部件的结构设计的要便于加工。

在对机械零件设计的过程中要进行多方面的考虑，首先要从机械零件的加工方面进行考虑，在设计的过程中尽量减少加工的程序和复杂性，这样能保证机械零件在加工过程中提高精度。若设计的零件不能很顺利的加工，不仅会增加零件的加工成本，零件的加工精度也会降低。

（2）零部件的结构设计的要便于安装

机械零件的便于安装也是机械零件在设计过程中一个需要考虑的方面，设计完成的零件在机械设备安装的过程中要便于安装，一方面避免机械零件在安装的过程中出现损坏，另一个方面还能保证零件在安装过程中的精度，提高零件的使用寿命。

3、产品性价比不是最高

由于在机械设计加工过程中没有综合考虑各方面的影响因素而导致产品的各项成本过高，性价比不能保证最优，从而使所生产的产品在激烈的市场竞争中不具备绝对优势，进而不能及时抢占市场机遇。

三、提高机械设计产品水平的措施

1、科学选择机械零件材料

（1）机械零件材料要保证满足设计要求。确定为机械零件加工材料应当满足使用性能、工艺性能以及经济性能要求。在使用性能方面，要依据零件使用要求选择材料，依据零件对强度、耐磨性等方面性能指数进行研究，确定与此相吻合的性能材料；在工艺性能方面，要结合加工工艺需求，采用热加工工艺的材料要具有符合标准的铸造、锻造、焊接以及热处理方面的性能，符合加工条件，运用切削加工工艺的材料要具有较好的切削性；在经济性能方面，要尽可能在保障质量的基础上降低采购成本，发挥可利用率高的材料作用，以普通、性能相似的材料取代稀缺或者进口材料，提高生产经济性。

（2）机械零件材料选择的主要方法。机械零件材料的选择对于产品周期成本方面影响较大，有些产品零件在选择材料时候，保证性能的前提下选用相对廉价的材料，但是使用周期缩短，有些材料成本较高，但是质量更优，使用周期长、维修费用低、节能效果更好，经济性反而提高。因此，在材料的选择上要结合具体情况综合考虑，选取性价比最高的材料，压降成本。在机械零件材料选择方面，还要兼顾到制造与生产工艺，结合加工生产方式进行综合考虑，既要核算不同材料加工成本，还要考虑到与此相关联的全部工序成本，选取最为科学的材料。

2、有效提高机械设计标准化水平

在机械设计加工中，标准化是当前发展的重要趋势，标准化主要通过设置共同标准，规范机械零件尺寸、性能与结构等，为提高生产质量和降低生产成本奠定基础。要从设计环节就着手提高标准化水平，运用标准化手段把好产品设计关口，对使用较多的零件实施标准化生产，生产中对性能指标以及原材料等方面进行统一规范，所生产的零部件要在尺寸、结构等方面进行规范，进一步简化设计与生产，降低成本，提高质量，提升机械产品的综合竞争力。

3.设计要符合人机工程

机械设计中所讲的人机工程主要是指设计的产品要便于操作、使用安全可靠。使人的作业在效率、安全、健康、舒适等几个方面的特性得以提高。人机工程的核心就是以人为本。在做机械设计的时候，必须要对使用人群做一下研究，不同的人群有不同的习惯、不同的体质、甚至不同的审美观，由此设计产品也要相应的改变。所以设计时要考虑人机工程的目的就是，让设计出的产品易于操作，提高效率，且考虑美观。

四、设计时注重新技术的运用

1、注重新的设计方法

现代设计方法的运用离不开强大的计算机技术。三维造型软件越来越多,较为常用的是solidworks,Pro/e,uG,CAD等,这样设计的模型,我们可以直观的看出设计的优劣,并且整体的模型装配可以在三维软件中模拟完成,能及时修改因为设计考虑不周引起的装配干涉等因素,这也为后续的分析提供基础。现如今,计算机进行数值分析的运用在机械设计方面发挥了重要作用。MATLAB在现代设计方法中得到了较大的运用,尤其是在优化设计中。通过遗传算法,最优求解等求得最合适的参数,运算过程快而且可靠。现在的计算机辅助工程(CAE)在机械设计中的运用较广,比如ANSYS的机械结构分析,对设计的机械进行模拟仿真可以得出局部的容易受损的部位,在尺寸设计的时候进行额外的考虑。有对动力学进行分析的Adams仿真,分析整体机构的动力学分析。同样还有一些反求设计,柔性设计等先进的设计方法。

2、注重新科技的应用

多年来，以数控机床为加工载体，发展了快刀伺服技术、慢刀伺服技术、飞刀加工技术、超精密抛光技术等。然而，无论哪种加工技术对自由曲面加工机床的精度都有着很高的要求。这就需要提高机床自身的精度。曾经通过使用高质量的部件、高性能的隔振系统、高标准的厂房来提高机床精度，但这些措施经济性差、工程性弱。制造工程的先驱和大师、已故密歇根大学机械工程系教授吴贤铭提出了“不用精密设备的精密加工”的理念，该理念利用计算机技术和测试技术对生产过程中的相关数据进行在线测量、系统建模，从而进行实时监控与补偿，降低了生产成本，提高了制造精度，为现代工业带来了巨大的经济效益。同样，在光学自由曲面加工领域，对机床实施误差补偿已成为提高光学自由曲面制造精度的重要手段。所以，在机械设计时，要时时关注新的设计理念，不断的学习，并紧跟时代步伐，更新自己的设计理念。

目前，线导轨已广泛地应用于现代数控机床，围绕其动态参数建模，国内外学者已做了大量的有益工作，其研究方法概括起来有三种。

（一）试验测试法。该方法主要通过锤击试验分别测定导轨竖直方向和

水平方向的传递函数，再根据模态理论识别出两个方向的刚度、阻尼系数，从而获得直线导轨结合部的动力学参数。也有学者将直线导轨整体结构离散为若干个子结构或子系统，通过试验测试的方法得到各个子系统的刚度矩阵和阻尼矩阵，再将各个子结构的运动方程综合起来，从而得到整个系统的运动方程和动力学特性。

（二）理论计算法。该方法主要以结合部的基本特性参数为基础，简化结合部模型，求得结合部各处的刚度和阻尼，或者通过有限元分析方法，得到导轨结合部的特性参数。

（三）试验测试与理论计算相结合方法。该方法首先通过试验方法测试导轨结合部的动力学参数，然后再用有限元方法求解，为机床的动态设计提供一种有效的方法。

对于这类逐渐成熟的新技术，在做机械设计时要大胆利用，勇于尝试，这样可以简化设计，提高工作效率。

五、结束语

综上所述，提高机械设计水平，就要通过有效措施对设计中存在的问题进行解决，不断学习新技术，勇于尝试，不断创新。较高的设计水平才能保证设计的准确性，并为机械质量提供保障。

参考文献

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