机械零件制造结构设计论文

摘要：随着工程机械制造业产品研发的数字化转型，对产品所涉及关键构件的设计及制造过程中趋于更全面的工艺风险评估，但工艺开发手段仅仅依赖传统经验模式是远远不够的。现代机械加工和设计要求越来越高，对机械零件结构设计的合理性要求也越来越高，因此研究机械设计过程中零件结构的合理性非常重要。下面是小编精心推荐的《机械零件制造结构设计论文 (精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。

机械零件制造结构设计论文 篇1：

机械零件制造结构设计的探究

摘 要：现代化的机械零件结构设计涉及到多方面的因素，设计方法也不断创新发展，理论设计、经验设计、模型实验设计成为最主要的三种设计方式，并且三者之间存在着不可分割的联系。科学合理的机械零件结构设计能有效地保证零件的工艺性和实用性，同时也能极大程度地提高零件的强度，增强零件使用寿命。对零件的结构设计必须遵循一定的原则，文章试图从机械零件结构设计的方法、优势和需遵循的原则出发进行深入探讨。

关键词：机械零件;结构设计;方法;工艺性

机械制造业的不断发展，随之而来的是对机械零件结构设计要求的不断提高，因此，对于机械零件的设计需要在满足机械设计原则的基础上不断创新，改变原来的设计方法，根据机械产品的功能充分发挥创造力，综合运用先进的技术，借鉴优秀的研究成果，在全新的设计理念和基本设计原则的指导下，创造出更具有价值的机械零件。

1 机械零件结构设计方法

应用正确的基本原理和已有的实践经验来创造发展新事物或改造旧事物，这就是设计的基本概念，对于机械零件的结构设计同样也符合这一概念，零件设计的方法有以下几种。

1.1 理论设计

理论设计主要以人们已掌握的合乎规律的理论和实践知识为基础，结合理论力学、材料力学、机械原理、金属学等理论知识进行机械零件的结构设计。根据零件的整体载荷情况，运用理论计算公式确定零件的几何尺寸。零件的尺寸计算必须满足载荷情况、材料性能、零件工作情况和应力分布规律等方面的条件。运用计算公式初步确定机械零件的尺寸及形状后，再利用校核计算对零件危险剖面的安全系数计算值进行校核。这个过程多用于应力分布规律复杂，但又能用材料力学公式表示出来的零件设计，同时也适用于应力分布规律简单但必须已知零件尺寸的情况，如轴和弹簧的设计。在进行机械零件的结构设计时，一些具有足够实践经验的设计工作者也常为了简化计算过程，在粗略的估算和相关资料的基础上直接进行结构设计，然后采用校核计算。

理论设计的基础是熟知机械零件的材料性能和应力分布规律，是经过大量感性知识而总结出来的设计规律，因此是一种具有一定科学性和先进性的设计方法，值得广泛采用。但是任何一种理论都存在不完善的地方，所以不应把理论设计当作完美的机械零件机构设计方法。

1.2 经验设计

根据零件已有的设计和使用经验或设计者自身的设计经验，采用类比的方法进行的设计就叫经验设计。经验设计相比于理论设计，没有足够理论化的科学分析作为设计基础，但是根据经验形成的公式本身就已具备一定的科学统计性，所以经得起实践的考验，具有很大的实用价值。

经验设计通常用于外形复杂、载荷情况不明且无法用理论分析的机械零件设计中，如机架、变速箱体的设计，也多用于对价值不高的零件的设计。经验设计往往运用在理论设计薄弱的地方，从某种意义上来说，经验设计和理论设计存在一定的互补关系。

1.3 模型实验设计

模型实验设计主要针对一些尚无法运用理论知识进行详细分析的大型的、结构复杂且具有一定重要性的机械零件进行结构设计。具体来说，就是对零件作出初步设计，形成模型，对模型进行反复试验，再根据实验结果加以修改。这种设计方法同样也是对理论不足的一种弥补，同时也有效地避免了经验设计中缺乏科学性的成分。模型实验设计决定了大型复杂零件中的工作应力分布情况和零件的极限承受能力，是将经验设计转化为理论设计的途径之一。

2 合理的结构设计体现的优势

2.1 保证了工艺性和实用性

对机械零件合理化的结构设计能体现出很大的优势。机械零件设计中，设计计算所占的工作量只是一部分，剩下的一部分就是对于机械零件的结构设计。结构设计需要考虑到机械零件的形状、尺寸、尺寸之间的配合以及零件制造精度，从工艺、使用、检修、维护等方面的要求出发，保证设计出的零件在用料、成本、制造装配难度等方面都实现最优化目标。因此，对机械零件的结构设计是保证零件良好工艺性及实用性的决定性阶段。

2.2 有效地提高零件强度

强度是所有机械零件和机器必须具备的基本条件，机器运行时，零件将承受一定程度的载荷，在这样的工作条件下，机械零件不能发生任何形式的断裂，也不能出现超出容许范围的变形。所以，除了对高强度材料的选择外，还可以从结构设计上提高机械零件的强度。通过结构设计降低力对零件的作用，同时也可以降低由于零件形状而引起的应力集中因素，达到提高零件强度的目的。

3 机械零件工艺性结构设计的基本原则

机械零件是组成机器的基本要素，通常对机械零件的结构设计需体现一定的工艺性。所谓零件结构工艺性，是指设计出来的零件在满足使用要求的前提下，实现零件最大的使用价值和最高的经济效益。结构工艺性好的零件，不仅能减少生产过程的阻碍，而且零件在质量上具有优势，成本低，市场竞争力强。机械零件的结构设计是一个涉及多方面因素的综合性问题，为体现零件的工艺性，在零件的材料、毛坯成形方法、质量技术指标、生产条件及生产批量方面都需要遵循一定的基本原则。

3.1 与所选材料相适应

不同的零件材料在受力程度、工艺性、物理化学性能方面具有不同的效果，因此，针对产品材料进行零件的结构设计时，所选材料的工艺性能是需要首先考虑的条件。从某种意义上说，材料的工艺性能就决定了零件结构设计的基本形式。若某产品选用铸铁作为零件材料，由于铸铁在铸造方面的性能较好，所以该零件一般采用铸造生产，零件结构设计应符合铸造工艺的要求，采用薄壁结构形式。同一种材料，采用不同的结构设计所形成的成本和加工费用也不一样，所以为了最大程度上体现经济性，机械零件的结构工艺性必须与所选材料一致。

3.2 与毛坯成形方法相适应

毛坯的成形工艺与毛坯的结构形状相适应，同时也对机械零件的结构具有至关重要的作用。一般来说，对零件的造型设计，形式多样，变化灵活，因此，零件的结构设计往往具有一定复杂性，特别是多变的芯子制造，更大程度地保证了零件的复杂性。采用铸造方法成形的零件，可以根据工作和使用条件将零件的结构设计得相对复杂一点，通过中空结构的设计来达到提高零件刚性、减少材料用量的目的。合适的毛坯成形方法可以有效控制生产成本，同时也能提高零件结构的工艺性。

3.3 与生产批量相适应

不同生产批量采用的生产工艺不同，对于机械零件机构设计的工艺性要求也不一样，为了实现生产的最高效率和经济效益的最大化，对机械零件的结构设计必须与生产批量相适应。

3.4 与质量技术指标相适应

由于机械零件是机器产品的基本组成要素，因此对零件质量的要求十分严格，但质量技术指标越高，用在零件设计和制造上的成本和时间也越多，当质量技术指标达到要求时，再添加其它的要求势必会导致工时和成本急剧增加，生产效率明显下降。在这样的条件下，生产出来的零件将无法实现最理想的经济效益。因此，在对机械零件的结构进行设计时，零件的结构工艺性必须在满足使用条件的前提下与质量技术指标相适应，实现机械零件最高的实用性和最大的经济效益。

3.5 具体生与产条件相适应

机械零件的生产具有一定的条件，因此，零件的结构设计随着生产条件的变化也必须做出相应的改变。

4 结 语

机械零件的结构设计是一个涉及诸多因素的综合性问题，无论从设计方法还是设计原则上都需要设计工作者具有非常丰富的经验，才能保证设计出的零件产品能最大限度地实现实用价值和经济效益。因此，随着机械制造业的不断发展，对于机械零件的结构设计的研究仍然具有很大的空间。

参考文献：

[1] 马玉成.机械零件制造结构设计的研究[J].中国科技纵横，2010，(7).

[2] 张磊.小议机械零件结构设计的方法及重要性[J].城市建设理论研究，2012，(12).

[3] 高景玉.机械零件结构工艺性分析[J].中国校外教育(理论)，2011.

作者：李文涛

机械零件制造结构设计论文 篇2：

探析机械结构优化设计的应用及趋势

摘要：随着工程机械制造业产品研发的数字化转型，对产品所涉及关键构件的设计及制造过程中趋于更全面的工艺风险评估，但工艺开发手段仅仅依赖传统经验模式是远远不够的。现代机械加工和设计要求越来越高，对机械零件结构设计的合理性要求也越来越高，因此研究机械设计过程中零件结构的合理性非常重要。基于此，从机械结构优化设计应用现状入手，讨论机械结构优化设计内容，最后提出机械结构优化设计趋势，希望对相关研究提供一定的参考。

关键词：机械结构;优化设计;应用及趋势

引言

近年来我国科技水平的不断提升，自动化已经作为取代人力作为行业发展的主要方向，我国制造业呈现出迅速发展态势，急需优化自动化相关机械结构从而提升生产效率。机械设计是为了满足某机械使用功能而进行的设计过程。机械设计的水平决定着机械设备的质量，也关系到机械制造企业的经济效益。机械结构设计是根据总体设计中确定的原理方案而开展的具体设计工作，通过具体化的零部件设计来实现总体设计中所要求的功能。结构设计是机械设计中工作量最大的环节，需要将预期的方案落到实处。为了实现机械总体设计的要求，往往会存在多种结构设计方案，而每种不同的设计方案所对应的材料、形状、尺寸、布局、生产工艺等都有一定的差异性，并且会关系到后期产品的各种性能。为了达到最佳的设计效果，在结构设计环节往往需要经过反复的论证或者实验，最终选择最佳的设计方案。因为结构设计方案是机械产品加工制造时参照的重要依据，并且关系到产品后期的质量和性能等因素，所以在结构设计环节需要有明确的设计思路，充分考虑结构设计中应该注意的问题，然后按照相应的步骤开展工作。

1机械结构优化设计趋势

社会经济的发展需要科学技术作为保障，机械生产是重要的生产力，同样对机械制造行业发展以及社会发展起到了重要作用。近年来相关学者和专家加强了机械结构优化设计的研究，通过有限元分析法并结合计算机技术实现了机械产品的优化升级，让产品性能得到显著提升，相关产品在市场中具有良好竞争力，部分产品已销往国外，进一步增加了企业收入。结构模型的复杂化以及结构系统大型化是机械结构优化设计的主要特点，在优化机械结构过程中设计变量显著提升，并且对结构分析难度数值计算都产生了影响，这是由于复杂产品设计过程中需要相关公式作为依据，所以在复杂的或者大型结构系统升级过程中需要分解成子系统，并且根据不同学科特征有效提升机械结构优化设计水平。

2机械结构优化设计原则

2.1机械零件结构与零件材料相适应原则

不同的机械零件原材料具有不同的性能，例如力学性能、物理性能和化学性能等等，因此在机械零件结构设计时要根据零件原材料进行结构合理性设计，确保机械零件原材料和结构设计相符。因此在机械设计过程中要先确定机械零件的材料，然后确定该材料的生产工艺和性能，最后确定机械零件的结构设计。例如选用铸铁为机械零件的原材料，因为铸铁具有良好的铸造性能，因此在生产工艺选择上以铸造工艺为主，这就是生产加工工艺与原材料的匹配性。再根据铸铁零件的结构性能，选择薄壁结构设计，避免采用实心操作。

2.2机械零件结构与毛坯成型方法相适应原则

毛坯结构形状不同，其成型工艺也不相同，主要是毛坯成型工艺对毛坯结构有一定影响。在采用铸造成型工艺时，可以选择结构形状复杂的机械零件进行生产加工，铸造成型工艺尤其适合生产加工芯子这种结构形状多变的零件，以便于制造复杂内腔。也可以采用空中结构来增加机械零件的刚性，降低机械零件用料。在生产加工结构复杂的箱体时，可以利用焊接工艺加工生产，但是焊接工艺不适用于内腔结构复杂的箱体，因为会增加焊接工艺难度，也会影响焊接质量，降低了机械零件结构设计的合理性。在曲轴这种机械零件生产加工时，需要采用有成型性的铸造工艺，可以降低曲轴加工余量，提高原材料利用率，降低曲轴的设计加工成本。因此曲轴结构设计可以复杂，但必须要与铸造工艺相适应，确保曲轴为对称结构。

3机械结构优化设计的应用

3.1降低机械噪声的结构设计

机械噪声是机械设备中常见的故障现象之一，不仅会影响到人们的健康与安全，同时也会大大降低机械设备的运行性能和使用寿命。有部分机械噪声的根源是因为机械结构设计不合理造成的，所以为了控制和降低机械噪声，可在结构设计过程中通过一定的技术手段对噪声进行干预。对于一般的机械噪声往往都是通过改变振动源，控制传播途径和改变辐射表层的方法来实现，但是对于部分机械设备而言，有些方法并不能从实质层面解决问题，反而会降低机械设备的运行效率，所以还需要在结构设计的角度进行合理优化调整。

3.2提升和横移部分设计

为了达到一定的载荷承受标准，再加上自身运动中因为存在一定速度，机械结构尺寸和形状，密切相关机械手工作范围，所以在设计提升与横移机构尺寸时需要满足工作空间需求。并且为了对机械手的运动控制精度、速度充分提升，还需要在确保机械手达到充足刚度、强度条件下，通过材料、结构等方面尽可能减轻手臂重量。因为手臂机械结构在实际运动中作为直线运动，有一定的搬运质量，运动安全稳定性与机械手的运动性能及刚度要求较高，所以本文设计选择了铝型材作为提升机构主体，方钢型材作为横移部分的结构主体，提升和横移部分均采用直线导轨作为直线运动副。

3.3传动部分设计

因为传动部件对機械手稳定性、精度及快速向应力有必然联系，在机械传动结构设计过程中，严格控制结构体积保证紧凑度，从而提升机械手结构的控制精度、运动速度。在设计传动副和传动链时需要考虑运用间隙调整机构，减小反向空间所致运动误差，还要尽量消除传动爬行情况，来延长系统的使用期限，尽可能缩减传动链，最优化传动比，保证传动组件适当阻尼比。本文设计采用齿轮齿条传动形式，现以提升部分的传动机构为例，进行设计计算及校核。

结束语

随着社会经济的飞速发展，对机械产品需求也在增加，而机械产品的更新换代速度也在加快，要求机械制造企业在今后设计和生产过程中缩短生产周期，不断实现机械结构的优化升级，这样才能提升自身的市场竞争力。

参考文献：

[1]林高峰.机械结构优化设计的应用及趋势探究[J].百科论坛电子杂志，2019(24)：631-632.

[2]刘云娟.基于机械结构优化设计应用与趋势研究[J].数字化用户，2019(12)：271-272.

作者：田笑巍

机械零件制造结构设计论文 篇3：

机械设计过程中零件结构合理性的问题研究

摘要：近年来，随着我国制造行业的飞速发展，极大地促进了工业产业的进步，而机械零件是机械产品设计的基础，更是机械产品使用的关键所在。本文简单介绍了机械零件结构合理性设计原则，着重从毛坯选择、零件结构简化、零件结构设计经济性提升、零件设计精度提升、零件强度改善、零件加工经济性和环保性等方面分析机械设计过程中零件结构合理性设计的具体方法，促进零件结构设计的合理性和经济性，提高零件的精度和强度。

关键词：机械设计;零件结构;设计合理性

1引言

零件本身结构的合理性和精度对机械加工过程的影响十分严重，随着现代零件结构的日渐复杂，人们对零件设计和加工要求越来越高，而零件结构设计的合理性设计，可以提升其具体的加工效率和质量。因此，在具体零件结构设计过程中，应该以合理性和科学性为原则，将更多的先进技术应用其中，进而全面提升整个机械加工水平和效率。

2机械设计过程中零件结构合理性设计方法

2.1合理选择毛坯类型

首先要确定毛坯的形状。为了促进机械零件的高效加工，在选择毛坯形状是要确定毛坯形状和尺寸符合机械零件结构设计。因为选择的毛坯形状与机械零件结构设计相似，可以降低毛坯质量问题，提高机械零件加工效率。为了进一步提高机械零件的加工效率和质量，可以选择先进的毛坯加工技术。其次是确定毛坯结构。根据机械零件结构确定毛坯结构，这样也可以节省大量的加工时间。为了确定毛坯结构与机械零件结构的相似性，可以选择合并和分解法进行对比分析。所谓的合并和分解法是指在毛坯结构加工时，可以将简单的毛坯组合成为一个新的略大的毛坯，也可以将一个较大的毛坯分解成为多个小毛坯，将这些组合或分解后的毛坯与设计的零件结构进行对比，查看是否相符，如果分解或重组后的毛坯结构与机械零件结构相符则可以直接来加工，可以大幅提高加工效率，节省加工成本。例如在车床丝杠螺母合口瓦和活塞环加工过程中，可以对长套筒和毛坯进行加工，然后将合口瓦分成两部分，查看机械零件是否与这两部分的结构相符，如果相符就对分解后的毛坯进行加工，加工成为符合设计要求的活塞环。

2.2合理简化零件结构

在机械零件结构设计过程中，为了节省原材料，提高设计和加工效率，可以简化机械零件的加工面设计，使其成为圆面、方面等简单的几何平面，顺便简化机械零件结构，为之后的机械零件加工提供方便。为了简化机械零件结构，还可以根据机械零件结构特点将机械零件结构分为合体式和分体式两种结构类型。合体结构零件的优势是降低机械零件连接时的工作量，提高机械零件组装效率。有些机械零件在加工时难以进行合体加工，此时就需要使用分体式结构进行加工。可以将机械零件分解为套筒和球形地面垫块两个部分，这样可以简化加工程序，提高机械零件加工效率。当套筒和球形底面垫块都加工完毕后，只需将球形底面垫块加入到套筒中即可，使两个分体式结构组合成为合体式结构，化复杂为简单，满足预期的零件结构设计要求。

2.3减少零件加工面

为了减少机械零件加工量，就应该减少加工面数量，所以在机械零件结构设计中要尽量减少零件加工面面积和数量。随着我国机械零件加工技术的不断进步以及机械生产制造对精密机械零件的大量需求，在机械零件结构设计时要确保机械零件具有很高的精度，确保加工过程中也能有很高的精度，并确保机械零件成品满足精度设计要求。机械零件精度设计要求越高，机械零件加工量和加工难度也就越高。因此在对机械零件加工前，需要对机械零件结构进行优化调整，将机械零件定位到一个端面中，通过与端面的对比，确保机械零件加工前后具有很高的加工精准度。为了减少机械零件加工面，在机械零件实际加工过程中，还需要注意很多地方。例如不能在封胶的内表面进行机械加工作业。因为在机械零件内部进行加工作业难度很大，如果其内部表面处于半封闭或全封闭状态，就难以进行机械加工作业，所以在机械零件加工过程中，要避免出现内部表面为半封闭和全封闭的情况。

2.4提高零件设计精度

在机械零件加工前要确保加工车床的加工参数和设计参数相一致，確保加工出来的机械零件具有和机械零件结构设计相同的精度并能够与机械设备相匹配。如果机械零件结构设计精度或者机械零件加工精度不符合机械设备匹配性要求，就无法应用于机械设备成为废品。由此可见，机械零件结构设计精度与机械零件加工质量息息相关。在机械零件加工过程中，其精度受到诸多因素影响。例如在加工空腔型机械零件时容易受外力影响，导致整个机械零件变形。为了避免机械零件加工时变形，需要空腔型机械零件结构设计时将其结构改为盒形，将原来的开口端设计为闭口端，这样的结构设计能够提高空腔型机械零件薄弱区的强度，避免出现零件变形问题。

2.5改善零件形状提高强度

2.5.1改善零件形状均匀荷载分布

机械零件在应用过程中会产生点、线、面三种类型的接触，其中以点接触产生的集中荷载最大，对机械零件的破坏性最强，因此要将点接触的集中荷载转变为线接触和面接触的均匀荷载，降低集中荷载对机械零件结果的破坏，这就需要在对机械零件结构设计时改变其原有的形状，进而降低集中荷载，使荷载均匀分布在接触面上。大部分的集中荷载主要是由于机械零件加工和安装时的误差和接触偏向造成的，建议将机械零件的结构设计为鼓形，增加零件之间的接触面积，就可以将集中荷载变为均匀荷载。对于轴承类零件，可以将普通滑动轴承改为自动调心滑动轴承，就可以将集中荷载转变为均匀荷载。

2.5.2改善零件形状分散应力

在机械零件结构设计时，要充分分析零件所受的内部应力大小与分布，根据零件应力大小与分布设计零件结构，确保机械零件能够承受得住工作状态下的机械应力。因此在对梁状零件进行结构设计时需要将其截面设计为工字型或T字型，轴零件的截面要设计成圆形或空心圆形。为了减少集中应力，要将机械零件的交接部分的截面尺寸差适当减少，增加机械零件过度曲线上的曲率半径，通过卸载结构来减少集中应力。

2.6注重零件结构设计的环保性

由于机械加工行业对环境污染比较严重，为了降低机械零件加工的污染性需要在机械零件结构设计环节就遵循绿色环保理念。在机械零件结构设计中除了要注重经济性、安全性、效率性等内容，环保性也属于合理性范畴。因此在选择机械零件原材料、加工工艺和使用环境时都要注重机械零件的环保性，可以在机械零件加工过程中设置某些环保装置来降低机械零件加工造成的环境污染，例如将机械零件加工作业环境封闭起来，降低噪声污染和光污染等。还要创新机械零件加工工艺，创新使用绿色环保材料，提高机械零件设计、加工和使用全过程的环保性。

3结论

机械零件结构设计不仅要符合客户和机械设备应用要求，还要考虑机械加工企业的经济效益，要通过机械零件结构设计减少原材料消耗和工时，提高机械零件加工效率和质量，进而提高机械制造企业的经济效益。在机械零件结构设计过程中，要合理选择原材料类型和毛坯成型方法，进行稳健设计和试验设计，并合理选择经验法、模型法和理论设计法等机械零件结构设计方法，确保机械零件的外观和性能符合要求，并提高机械零件的经济性、环保性和耐用性。

参考文献

[1]徐彬，张海燕.全柔性化CAD系统在系列产品结构设计中的应用研究[J].机械工程与自动化，2018(4)：71-73.

[2]梁骊龙.关于端盖零件机械加工工艺的设计要点分析[J].现代盐化工，2018，45(2)：61-62.

[3]苏立青，陈娜，安占召.零件机械加工工艺设计原则的探究[J].南方农机，2018，49(17)：193.

[4]张如星.机械零件结构设计的可靠性分析析[J].工程技术研究，2019，4(09)：07，209.

[5]赵冬.机械加工零件结构的合理设计分析析[J].时代农机，2019，46(02)：0-91.

作者：屈扬剑