到底什么是機械設(shè)計,？

曉昀

1什么是設(shè)計,？

         墻紙是一種設(shè)計,。你可能正在穿著“設(shè)計者”設(shè)計的衣服,。汽車的外觀是被“設(shè)計”出來的,。很明顯,，設(shè)計一詞涵蓋的意義十分范圍廣泛,。在上面的例子中，設(shè)計主要是指設(shè)計一個物件的外觀,。以汽車為例,，它的很多方面都涉及到設(shè)計。比如它的機械內(nèi)部構(gòu)件（發(fā)動機,、制動器,、懸掛結(jié)構(gòu)等）都需要設(shè)計。在設(shè)計機械時,，工程師或許比藝術(shù)家更能表現(xiàn)出某種程度上的藝術(shù)性,。

2什么是機械設(shè)計？

          機械設(shè)計是研究如何創(chuàng)造機械,，以使其安全,、可靠地工作等的內(nèi)容。機械的定義是：一個組裝的零件系統(tǒng),，可以以預(yù)定和受控的方式傳遞運動和能量,�,；蚋�簡單地說：一個控制力和運動的系統(tǒng)。

         一臺機器的基本功能是做有用功,，機器或多或少都會涉及到能量的傳遞,。在這里，我們最關(guān)注的是力和運動,，當(dāng)能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式時,，機器就產(chǎn)生了運動和力。工程師的任務(wù)是分析和計算這些運動,、力和能量的變化,，以確定機器中的各個相關(guān)零部件的尺寸、形狀和所需要的材料,。這是機械設(shè)計的本質(zhì),。



          當(dāng)一個設(shè)計者需要設(shè)計機器的一個零件時，首先必須明白：任何一個零件的功能和性能都依賴于機器中的其它許多相關(guān)零件,。因此,，這里我們是要設(shè)計整機，而不是簡單地設(shè)計單獨每一個零件,。為此,，我們必須利用靜力學(xué)、動力學(xué),、材料力學(xué)（應(yīng)力分析）和材料特性等,。

3機械設(shè)計的最終目標(biāo)是什么？

         機械設(shè)計的最終目標(biāo)是確定部件（機器零件）的尺寸和形狀,，并選擇適合的材料與制造工藝,，從而使得設(shè)計出來的機器可以完成預(yù)定的功能而不發(fā)生失效。這就要求設(shè)計人員能夠計算和預(yù)測每個零件的失效形式和條件,，然后通過設(shè)計預(yù)防它失效,。這就需要對每一零件進行應(yīng)力和變形分析。由于應(yīng)力是外載荷和慣性力的函數(shù),，也是零件幾何形狀的函數(shù),，所以計算應(yīng)力和變形前，必須先進行力分析,、力矩分析,、扭矩分析，以及系統(tǒng)的動力學(xué)分析,。




         如果一部待設(shè)計的機械中沒有運動零件,，它的設(shè)計任務(wù)將變得簡單多了，因為這時只需要進行靜力分析。但是,，如果一部機器沒有運動零件,，它就不是機械（因為不符合上面機械的定義）；它實際上是一個結(jié)構(gòu),。當(dāng)然，結(jié)構(gòu)也需要設(shè)計以防止失效,。事實上,，大型外部結(jié)構(gòu)（如橋梁、建筑等）也承受著風(fēng),、地震,、交通等引起的動載荷，所以它們的設(shè)計也必須考慮這些工況條件,。如果機械運動的非常緩慢,，且加速度可以忽略不計，那么對它進行靜力學(xué)分析就可以了,。但是,，如果機械有明顯的加速度，就必須進行動力學(xué)分析,，這時加速的零件將是“自己質(zhì)量的受害者”,。



          在靜態(tài)結(jié)構(gòu)中，如建筑物的地板,，是設(shè)計用來支承重量的,，可以通過添加適當(dāng)?shù)姆稚⒉牧辖Y(jié)構(gòu)件來增加結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)。雖然這將添加物較重（增加了“死”的重量）,，但是如果設(shè)計得當(dāng),，地板可能承載比以前更多的“活”的重量（有效載荷）而不會失效。但對一個動態(tài)機械來說,，增加運動零件的重量（質(zhì)量）可能會產(chǎn)生相反的效果,，即降低機械的安全系數(shù)、允許速度或有效承載能力,。這是因為產(chǎn)生應(yīng)力的載荷是來自于零件的慣性力,，我們可以用牛頓第二定律，F(xiàn)=ma,，來估算它的大小,。由于機械運動零件的加速度取決于它的運動學(xué)設(shè)計和運行速度，增加運動零件的質(zhì)量會增加這些零件所受的慣性力,，否則就要降低它們的運行速度來避免增加慣性力,。即使人們可以通過增加質(zhì)量來增加零件的強度，但是這種增加可能會因慣性力的增加而大打折扣,，甚至被抵消,。



         綜上所述,，我們在機械設(shè)計的初始階段會面臨兩難選擇。通常,，在確定零件尺寸大小之前,，機械的運動過程已經(jīng)確定。外界作用在機械上的載荷被稱為外載,。請注意在某些情況下,，機械上的外載有可能將很難預(yù)測，例如,，運動的汽車上的外載,。當(dāng)設(shè)計者不能準(zhǔn)確預(yù)測機械所受的外載（如坑洞，硬轉(zhuǎn)彎等）時,，從為設(shè)計目的而做的實際測試中收集到的對經(jīng)驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析可以提供一些信息,。



           另外，運動加速度已知,，但運動零件質(zhì)量未知,，則產(chǎn)生的慣性力也是有待于確定。這時需要通過迭代獲取,，即不斷重復(fù),，或返回到以前的狀態(tài)。為此,，我們需要設(shè)計一些試驗,，利用試驗裝置的質(zhì)量特性（如質(zhì)量、重心位置和轉(zhuǎn)動慣量）進行動態(tài)受力分析,，以確定作用在零件上的力,、力矩和轉(zhuǎn)矩，然后利用試驗裝置的橫截面的幾何形狀,，計算出應(yīng)力,。通常，準(zhǔn)確確定機械上所有載荷是設(shè)計過程中最困難的事,。如果載荷已知,，便可以通過計算得到應(yīng)力。




          最可能的是,，在第一次試驗中,，我們會發(fā)現(xiàn)，我們的設(shè)計材料不能承受當(dāng)前的應(yīng)力水平,。那么為了實現(xiàn)一個可行的設(shè)計,，我們必須改變形狀，尺寸，材料,，制造工藝,，或其他因素，重新設(shè)計零件（這就是迭代）,。通常,，沒有經(jīng)過幾次迭代設(shè)計過程是很難取得成功的。需要注意,，一個零件的質(zhì)量改變還會影響到作用在與它相連的其他零件上的力,，從而導(dǎo)致其他零件也需要重新設(shè)計。這是就是相關(guān)零件的設(shè)計,。



          設(shè)計可以令人同時感到有趣和沮喪。一般的設(shè)計問題方法并不固定,，其中很多內(nèi)容需要具有創(chuàng)造性,，這自然會導(dǎo)致有多個解決方案。就如大家可以看到有很不同品牌和型號的新汽車可供選擇,。顯然它們差別很大,，但你肯定會有哪些車好、哪些車差的自己的看法,。此外,，不同設(shè)計，最終的目標(biāo)也不盡相同,。一個四輪驅(qū)動車的設(shè)計與一個兩座位跑車設(shè)計的目標(biāo)會有所不同（盡管其他的車的例子也許包括這兩者的特點）,。

           對初學(xué)設(shè)計者來說很重要的是要開拓視野。不要試圖以尋找“正確答案”的不正確方法進行設(shè)計,，許多問題并沒有所謂的“正確答案”,。相反，要大膽,！嘗試一些顛覆性的設(shè)計,。然后，通過分析進行測試該設(shè)計,。如果發(fā)現(xiàn)這一設(shè)計不適合,，也不要失望；因為通過它,，你已經(jīng)了解了你以前不了解的問題,。失敗是成功之母！我們可以從錯誤的設(shè)計中學(xué)到很多東西,，可以使下一個設(shè)計方案更好,。這就是為什么說迭代對成功設(shè)計十分重要的原因。



          計算機是現(xiàn)代工程問題求解的必備工具。通過使用計算機輔助工程（CAE）軟件,，可以更快,、更準(zhǔn)確和合理解決設(shè)計問題。然而,，結(jié)果是建立工程模型和使用的數(shù)據(jù)都具有良好質(zhì)量的基礎(chǔ)上的,。因此，如果設(shè)計者對模型和CAE工具沒有深入了解,，沒有這方面的開發(fā)和實踐經(jīng)驗,，他不能依賴計算機給出的解答。

杯里月光

有道理

nbahero007

文章寫得不錯,，深有體會,。

方賢東

機電軟件化

大姐開帖 必屬精品 歡迎大姐常發(fā)經(jīng)驗貼

851033291

魯迅說   這樣的貼子必須的頂，現(xiàn)在不僅電腦輔助設(shè)計軟件,，還有卸數(shù)據(jù)庫插件,，讓我們畫圖更方便了，不用查設(shè)計手冊就可標(biāo)注公差,，可以計算材料數(shù)據(jù),，現(xiàn)在讓我手畫圖紙 ，不知道還能不能行了

曉昀

851033291 發(fā)表于 2019-11-16 09:39
魯迅說   這樣的貼子必須的頂,，現(xiàn)在不僅電腦輔助設(shè)計軟件,，還有卸數(shù)據(jù)庫插件，讓我們畫圖更方便了,，不用查 ...

手繪圖肯定沒問題,，畢竟經(jīng)驗和方法有了，但是,，效率估計敵不過電腦繪圖的效率,。