机械工程与科技创新

机械工程与科技创新

机械创新设计技术结课论文

摘要

传统机械机械零部件的设计和应用中存在腐蚀、磨损、疲劳断裂、表面剥落、拆后重装失准、加工费时、废料过多、不够人性化等一系列问题,由于运用了新材料、新的热处理和化学处理工艺及新的表面处理技术,腐蚀、磨损、表面剥落等问题在一定程度上获得了解决。但疲劳断裂、拆后重装失准、加工废时和

废料过多等问题解决得还远远不够。为了解械零部件设计和应用中仍然存在的问题我们需要开动脑筋进行大胆创新。

关键词机械零部件创新思维创新方向创新方法

一．机械零部件的设计现状

机械机械零部件设计是人类为了实现某种预期的目标而进行的一种创造性活动。传统机械机械零部件设计的特点是以长期经验积累为基础，通过力学、数学建模及试验等所形成的经验公式、图表、标准及规范作为依据，运用条件性

计算或类比等方法进行设计。那样的设计不免会带来一些问题。腐蚀、磨损、疲劳断裂、表面剥落、拆后重装失准、加工费时、废料过多、不够人性化等就是传统机械零部件设计制造和应用中出现的问题。这一方面是由于当时缺乏先进工艺和先进设备。另一方面也由于设计人员创新水平还不够高。当代的机械零部件设计和应用中，由于运用了新材料、新的热处理和化学处理工艺及新的表面处理技术。腐蚀、磨损、表面剥落等问题在一定程度上获得了解决。但疲劳断裂、拆后重装失准、加工废时和废料过多等问题解决得还远远不够。为了解决机械零部件设计和应用中仍然存在的问，我们需要开动脑筋，进行大胆创新。

二．机械零部件的创新思维

1.类比思维设计新零部件

类比思维就是基于某一个相同点，将外观、性质、用途不完全相同甚至完全不同的事物进行比较分析，从而找出能够达到目的的最佳方案。如飞机与鸟类，飞机与蜻蜒，由鸟的飞行运动制成了飞机机翼与鸟翅的类比，飞机高速飞行时机

翼产生强烈振动，有人根据蜻蜒羽翅的减振结构设计了飞机的减振装置。天津一个学生根据小狗爬楼的运动方式创作了狗爬式上楼车等都是类比的结果，其关键之处在于小车前轮与狗的腿在上楼时动作的类比。又比如机械手爪就是与人的手类比而创造出来的。有人测试出蚊子翅膀振动的频率最高可达600Hz。对蚊子翅膀的结构与相关零部件进行类比究或许能帮人类有效解决零部件疲劳损坏的问题。

2. 发散思维创造新方案

发散思维又称辐射思维或求异思维等。它是以欲解决的问题为中心，思维者打破常规，从不同方向、多角度、多层次地考虑问题，求出多种答案的思维方式。例如若提出“将两零部件联结在一起”的问题，常规的办法有螺纹联结、焊接、胶接、铆接等。但运用发散思维思考，可以得到利用电磁力、摩擦力、压差，或真空、绑缚、冷冻等方法。又如根据夹紧的方式有弹力式、螺栓式、压力式等人类发明出弹簧夹活动扳手，气压夹具。发散思维是创造性思维的主要形式之一，在技术创新和方案设计中具有重要的意义。逆向

思维走出全新捷径，逆向思维也叫求异思维，它是对司空见惯的似乎已成定论的事物或观点反过来思考的一种思维方式。敢于“反其道而思之”，让思维向对立面的方向发展从问题的相反面深入地进行探索，树立新思想，创立新形象。当大家都朝着一个固定的思维方向思考问题时，而你却独自朝相反的方向思索。这样的思维方式就叫逆向思维。人们习惯于沿着事物发展的正方向去思考问题并寻求解决办法。其实对于某些问题，尤其是一些特殊问题，从结论往回推倒过来思考，从求解回到已知条件，反过去想或许会使问题简单化。比如在设计发电机时你为转子达不到所要求的转速而苦恼时，是不是可以运用逆向思维，让定子也转呢。我国发明家苏卫星正是运用了这一逆向思维发明了“两向旋转发电机”定子也转动。发电效率比普通发电机提高了四倍。苏卫星说我来个逆向思维让定子也“旋转起来”。这是他得以发明的思维基础，也是他对创造发明思想的一大贡献。

三．机械零部件的创新方向

1. 性能更好

缺陷更少对于零部件在使用过程中表现出来的缺陷应用创新思维，采取针对性的改进措施来克服，从而提高其性能，是机械零部件创新的方向之一。这样做一来能够提升整机的使用性能，二来也能提高机器运行中的安全性。比如汽车的刹车制动装置，现有的汽车在刹车时通常是刹车片从里向外扩张，从而抵住轮毂，以达到制动目的。这经常导致制动效果不够理想，对此，我们是否可以试着设计，从内和外双向同时压紧制动的刹车模式呢。又比如某些场合的大皮带轮，往往在采用辐条式结构之后重量仍然过大。对此，我们完全可以采用同样能够满足强度要求的新型轻型复合材料，而不是一味只知道用铸铁或钢来制造。

2. 维护方便

更宜人很多机械零部件在使用和维护过程中经常会出现拆后重装失准的问题，导致零部件更换过于频繁，造成了不必要的浪费，设计不够人性化也是常遇到的问题。分析发现前者大多出现在过盈配合以及硬度差别较大的场合，后者大多出现在需要经常与人体接触的零部件上。对于前

者，我想我们有必要尝试着以间隙配合并辅以其他联结方式，比如螺栓联结等，来代替一些过盈配合。对需要可能拆卸的零件配对时尽量使其接触表面硬度接近，对于后者，我们的机械设计人员应当多从宜人的角度，来对某些零部件作一些必要的改进，比如将直接与人手接触的零部件表面的粗糙度降低一些。

3. 制造更简单

更高效，成本更低，加工废时和废料过多也是当代机械零部件制造过程中经常存在的问题，要解决这个问题我们必须进行创新设计。首先要想缩短时间，我们可以试着缩短加工工艺路线。比如将引孔——检验——钻孔——扩孔——倒角——铰孔——检验改为引孔——钻孔——倒角——铰孔——检验。只要采用较大一点直径的钻头，则既可满足要求，又可缩短加工时间。要节约材料减少废料，我们就要在材料切割时合理的布局。在同一块材料上大小零件搭配布置，并且尽量将有相似边的用料布局在一起。这样一来，制造更简单、更高效，成本也降低了。

四．机械零部件的创新方法

要充分运用机械学理论和方法，包括机构学、机械动力学、摩擦学、机械结构强度学、传动机械学等及计算机辅助分析的不断发展。对设计的关键技术问题能作出很好的处理，一系列新型的设计准则和方法正在形成。计算机辅助设计CAD，是把计算机技术引入设计过程，利用计算机完成选型、计算、绘图及其他作业的现代设计方法。CAD技术促成机械零部件设计，发生巨大的变化，并成为现代机械设计的重要组成部分。目前CAD技术向更深更广的方向发展，主要表现为以下基于专家系统的智能CAD。CAD 系统集成化，CAD与CAM计算机辅助制造的集成系统。CAD/CAM动态三维造型技术，基于并行工程，面向制造的设计技术DFM，分布式网络CAD系统。总结和展望，如果我们在今后的机械零部件设计领域，能够抛弃旧的思维过时的旧方法，很好地运用类比、发散和逆向等创新思维，加上计算机辅助、多学科结合等。现代创新方法，针对拆后重装失准、加工费时、废料过多、不够人性化等问题进，行改进和创新。我相信机械零部件设计领域将会迎来新的美好明天。五．结语