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如果你做過幾年、十幾年的機械設(shè)計,，再仔細(xì)看看這篇文章,，你想寫的經(jīng)驗總結(jié)已經(jīng)在這里啦。
機械設(shè)計（machine design）,，根據(jù)使用要求對機械的工作原理,、結(jié)構(gòu)、運動方式,、力和能量的傳遞方式,、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進行構(gòu)思,、分析和計算并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過程,。
機械設(shè)計是機械工程的重要組成部分，是機械生產(chǎn)的第一步,，是決定機械性能的最主要的因素,。
機械設(shè)計的努力目標(biāo)是：在各種限定的條件（如材料、加工能力,、理論知識和計算手段等）下設(shè)計出最好的機械，即做出優(yōu)化設(shè)計,。
優(yōu)化設(shè)計需要綜合地考慮許多要求,，一般有：最好工作性能、最低制造成本,、最小尺寸和重量,、使用中最可靠性、最低消耗和最少環(huán)境污染,。這些要求常是互相矛盾的,，而且它們之間的相對重要性因機械種類和用途的不同而異。設(shè)計者的任務(wù)是按具體情況權(quán)衡輕重,，統(tǒng)籌兼顧,，使設(shè)計的機械有最優(yōu)的綜合技術(shù)經(jīng)濟效果。
過去,，設(shè)計的優(yōu)化主要依靠設(shè)計者的知識,、經(jīng)驗和遠(yuǎn)見。隨著機械工程基礎(chǔ)理論和價值工程,、系統(tǒng)分析等新學(xué)科的發(fā)展,，制造和使用的技術(shù)經(jīng)濟數(shù)據(jù)資料的積累,以及計算機的推廣應(yīng)用,優(yōu)化逐漸舍棄主觀判斷而依靠科學(xué)計算。（編者注：“老”工程師們要注意了,，不進步就會被淘汰）
各產(chǎn)業(yè)機械的設(shè)計,，特別是整體和整系統(tǒng)的機械設(shè)計,，須依附于各有關(guān)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)而難于形成獨立的學(xué)科。因此出現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機械設(shè)計,、礦山機械設(shè)計,、泵設(shè)計、壓縮機設(shè)計,、汽輪機設(shè)計,、內(nèi)燃機設(shè)計、機床設(shè)計等專業(yè)性的機械設(shè)計分支學(xué)科,。（編者注：老話講“隔行如隔山”,，現(xiàn)在是“同行如隔山”，同樣是機械設(shè)計,，你是這個領(lǐng)域的專家,，換到另一個領(lǐng)域你可能是外行了）
1 設(shè)計分類 機械設(shè)計可分為新型設(shè)計、繼承設(shè)計和變型設(shè)計3類,。
1,、新型設(shè)計
應(yīng)用成熟的科學(xué)技術(shù)或經(jīng)過實驗證明是可行的新技術(shù)，設(shè)計過去沒有過的新型機械,。
2,、繼承設(shè)計
根據(jù)使用經(jīng)驗和技術(shù)發(fā)展對已有的機械進行設(shè)計更新，以提高其性能,、降低其制造成本或減少其運用費用,。
3、變型設(shè)計
為適應(yīng)新的需要對已有的機械作部分的修改或增刪而發(fā)展出不同于標(biāo)準(zhǔn)型的變型產(chǎn)品,。
2 主要流程 1,、根據(jù)客戶需求、市場需要和新科研成果制定設(shè)計任務(wù),。
2,、初步設(shè)計。包括確定機械的工作原理和基本結(jié)構(gòu)形式,，進行運動設(shè)計,、結(jié)構(gòu)設(shè)計并繪制初步總圖以及初步審查。
3,、技術(shù)設(shè)計,。包括修改設(shè)計（根據(jù)初審意見）,、繪制全部零部件和新的總圖以及第二次審查,。
4、工作圖設(shè)計,。包括最后的修改（根據(jù)二審意見）,、繪制全部工作圖（如零件圖,、部件裝配圖和總裝配圖等）,、制定全部技術(shù)文件（如零件表、易損件清單,、使用說明等）,。
5、定型設(shè)計,。用于成批或大量生產(chǎn)的機械,。對于某些設(shè)計任務(wù)比較簡單（如簡單機械的新型設(shè)計、一般機械的繼承設(shè)計或變型設(shè)計等）的機械設(shè)計可省去初步設(shè)計程序,。
3 設(shè)計階段 一部機器的質(zhì)量基本上決定于設(shè)計質(zhì)量,。制造過程對機器質(zhì)量所起的作用，本質(zhì)上就在于實現(xiàn)設(shè)計時所規(guī)定的質(zhì)量,。因此,，機器的設(shè)計階段是決定機器好壞的關(guān)鍵。
所討論的設(shè)計過程僅指狹義的技術(shù)性的設(shè)計過程,。它是一個創(chuàng)造性的工作過程,，同時也是一個盡可能多地利用已有的成功經(jīng)驗的工作。要很好地把繼承與創(chuàng)新結(jié)合起來,，才能設(shè)計出高質(zhì)量的機器,。作為一部完整的機器，它是一個復(fù)雜的系統(tǒng),。要提高設(shè)計質(zhì)量,，必須有一個科學(xué)的設(shè)計程序。雖然不可能列出一個在任何情況下都有效的唯一程序,，但是，根據(jù)人們設(shè)計機器的長期經(jīng)驗,，一部機器的設(shè)計程序基本上可以如表所示,。
以下對各階段分別加以簡要說明。
（一）規(guī)劃
在規(guī)劃階段中,，應(yīng)對所設(shè)計的機器的需求情況做充分的調(diào)查研究和分析（編者注：如仔細(xì)研究客戶提出的需求及提供相關(guān)資料,，反復(fù)與客戶溝通明確客戶的想法和意圖等），通過分析,，進一步明確機器所應(yīng)具有的功能,，并為以后的決策提出由環(huán)境、經(jīng)濟,、加工以及時限等各方面所確定的約束條件,。在此基礎(chǔ)上，明確地寫出設(shè)計任務(wù)的全面要求及細(xì)節(jié),，最后形成設(shè)計任務(wù)書,，作為本階段的總結(jié),。
設(shè)計任務(wù)書大體上應(yīng)包括：機器的功能，經(jīng)濟性及環(huán)保性的估計,，制造要求方面的大致估計,，基本使用要求，以及完成設(shè)計任務(wù)的預(yù)計期限等,。此時,，對這些要求及條件一般也只能給出一個合理的范圍，而不是準(zhǔn)確的數(shù)字,。例如可以用必須達(dá)到的要求,、最低要求、希望達(dá)到的要求等方式予以確定,。
（二）方案設(shè)計
根據(jù)不同的工作原理,，可以擬定多種不同的執(zhí)行機構(gòu)的具體方案。例如僅以切削螺紋來說,，既可以采用工件只作旋轉(zhuǎn)運動而刀具作直線運動來切削螺紋（如在普通車床上切削螺紋）,，也可以使工件不動而刀具作轉(zhuǎn)動和移動來切削螺紋（如用板牙加工螺紋）。這就是說,，即使對于同一種工作原理,，也可能有幾種不同的結(jié)構(gòu)方案。
原動機部分（編者注：動力部分）的方案當(dāng)然也可以有多種選擇,。由于電力供應(yīng)的普遍性和電力拖動技術(shù)的發(fā)展,，現(xiàn)在可以說絕大多數(shù)的固定機械都優(yōu)先選擇電動機作為原動機部分。熱力原動機主要用于運輸機,、工程機械或農(nóng)業(yè)機械,。即使是用電動機作為原動機，也還有交流和直流的選擇,，高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速的選擇等,。
傳動部分的方案就更為復(fù)雜多樣了。對于同一傳動任務(wù),，可以由多種機構(gòu)及不同機構(gòu)的組合來完成,。因此，如果用Ⅳ,，表示原動機部分的可能方案數(shù),，N2和N3分別代表傳動部分和執(zhí)行部分的可能方案數(shù)，則機器總體的可能方案數(shù)Ⅳ為Ni×N2×N3個,。（編者注：功能上可行才算是有效方案,，再從技術(shù)、經(jīng)濟角度作篩選）
以上僅是就組成機器的三個主要部分討論的。有時還須考慮到配置輔助系統(tǒng),。
在如此眾多的方案中,，技術(shù)上可行的僅有幾個。對這幾個可行的方案,，要從技術(shù)方面和經(jīng)濟及環(huán)保等方面進行綜合評價,。評價的方法很多，現(xiàn)以經(jīng)濟性評價為例略做說明,。
根據(jù)經(jīng)濟性進行評價時,，既要考慮到設(shè)計及制造時的經(jīng)濟性，也要費用考慮到使用時的經(jīng)濟性,。如果機器的結(jié)構(gòu)方案比較復(fù)雜,，則其設(shè)計制造成本就要相對地增大，可是其功能將更為齊全,，生產(chǎn)率也較高,，故使用經(jīng)濟性也較好。反過來,，結(jié)構(gòu)較為簡單,、功能不夠齊全的機器，設(shè)計及制造費用雖少,，但使用費用卻會增多,。評價結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計制造經(jīng)濟性時，還可以用單位功效的成本來表示,。例如單位輸出功率的成本,、單件產(chǎn)品的成本等。
進行機器評價時,，還必須對機器的可靠性進行分析,，把可靠性作為一項評價的指標(biāo)。從可靠性的觀點來看,，盲目地追求復(fù)雜的結(jié)構(gòu)往往是不明智的,。一般地講，系統(tǒng)越復(fù)雜,，則系統(tǒng)的可靠性就越低,。為了提高復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性,，就必須增加并聯(lián)備用系統(tǒng),，而這不可避免地會提高機器的成本。
環(huán)境保護也是設(shè)計中必須認(rèn)真考慮的重要方面,。對環(huán)境造成不良影響的技術(shù)方案,，必須詳細(xì)地進行分析，并提出技術(shù)上成熟的解決辦法。
通過方案評價,，最后進行決策,，確定一個據(jù)以進行下步技術(shù)設(shè)計的原理圖或機構(gòu)運動簡圖。
在方案設(shè)計階段,，要正確地處理好借鑒與創(chuàng)新的關(guān)系,。同類機器成功的先例應(yīng)當(dāng)借鑒，原先薄弱的環(huán)節(jié)及不符合現(xiàn)有任務(wù)要求的部分應(yīng)當(dāng)加以改進或者根本改變,。既要積極創(chuàng)新,，反對保守和照搬原有設(shè)計，也要反對一味求新而把合理的原有經(jīng)驗棄置不用這兩種錯誤傾向,。（編者注：借鑒的關(guān)鍵是要找出原始計存在的不足）
（三）技術(shù)設(shè)計
技術(shù)設(shè)計階段的目標(biāo)是產(chǎn)生總裝配草圖及部件裝配草圖,。通過草圖設(shè)計確定出各部件及其零件的外形及基本尺寸，包括各部件之間的連接,，零,、部件的外形及基本尺寸。最后繪制零件的工作圖,、部件裝配圖和總裝圖,。
為了確定主要零件的基本尺寸，必須做以下工作：
（1）機器的運動學(xué)設(shè)計,。
根據(jù)確定的結(jié)構(gòu)方案,，確定原動件的參數(shù)（功率、轉(zhuǎn)速,、線速度等）,。然后做運動學(xué)計算，從而確定各運動構(gòu)件的運動參數(shù)（轉(zhuǎn)速,、速度,、加速度等）。
（2）機器的動力學(xué)計算,。
結(jié)合各部分的結(jié)構(gòu)及運動參數(shù),，計算各主要零件所受載荷的大小及特性。此時求出的載荷,，由于零件尚未設(shè)計出來,，因而只是作用于零件上的公稱（或名義）載荷。
（3）零件的工作能力設(shè)計,。
已知主要零件所受的公稱載荷的大小和特性,，即可做零、部件的初步設(shè)計,。設(shè)計所依據(jù)的工作能力準(zhǔn)則,，須參照零、部件的一般失效情況、工作特性,、環(huán)境條件等合理地擬定,，一般有強度、剛度,、振動穩(wěn)定性,、壽命等準(zhǔn)則。通過計算或類比,，即可決定零,、部件的基本尺寸。
（4）部件裝配草圖及總裝配草圖的設(shè)計,。
根據(jù)已定出的主要零,、部件的基本尺寸，設(shè)計出部件裝配草圖及總裝配草圖,。草圖上需對所有零件的外形及尺寸進行結(jié)構(gòu)化設(shè)計,。在此步驟中，需要很好地協(xié)調(diào)各零件的結(jié)構(gòu)及尺寸,，全面地考慮所設(shè)計的零,、部件的結(jié)構(gòu)工藝性，使全部零件有最合理的構(gòu)形,。
（5）主要零件的校核,。
有一些零件，在上述第（3）步中由于具體的結(jié)構(gòu)未定,，難于進行詳細(xì)的工作能力計算,，所以只能做初步計算及設(shè)計。在繪出部件裝配草圖及總裝配草圖以后,，所有零件的結(jié)構(gòu)及尺寸均為已知,，相互鄰接的零件之間的關(guān)系也為已知。只有在這時,，才可以較為精確地定出作用在零件上的載荷,，決定影響零件工作能力的各個細(xì)節(jié)因素。只有在此條件下,，才有可能并且必須對一些重要的或者外形及受力情況復(fù)雜的零件進行精確的校核計算,。根據(jù)校核的結(jié)果，反復(fù)地修改零件的結(jié)構(gòu)及尺寸,，直到滿意為止,。
在技術(shù)設(shè)計的各個步驟中，近三四十年來發(fā)展起來的優(yōu)化設(shè)計技術(shù),，越來越顯示出它可使結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇達(dá)到最佳的能力,。一些新的數(shù)值計算方法，如有限元法等,，可使以前難以定量計算的問題獲得極好的近似定量計算的結(jié)果,。對于少數(shù)非常重要、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且價格昂貴的零件,，在必要時還須用模型試驗方法來進行設(shè)計,，即按初步設(shè)計的圖紙制造出模型，通過試驗,，找出結(jié)構(gòu)上的薄弱部位或多余的截面尺寸,，據(jù)此進行加強或減小來修改原設(shè)計，最后達(dá)到完善的程度,。機械可靠性理論用于技術(shù)設(shè)計階段,，可以按可靠性的觀點對所設(shè)計的零、部件結(jié)構(gòu)及其參數(shù)做出是否滿足可靠性要求的評價,，提出改進設(shè)計的建議,，從而進一步提高機器的設(shè)計質(zhì)量。上述這些新的設(shè)計方法和概念,，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計中加以應(yīng)用與推廣,，使之得到相應(yīng)的發(fā)展。
草圖設(shè)計完成以后,，即可根據(jù)草圖業(yè)已確定的零件基本尺寸,，設(shè)計零件的工作圖。此時,，仍有大量的零件結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)要加以推敲和確定,。設(shè)計工作圖時，要充分考慮到零件的加工和裝配工藝性,、零件在加工過程中和加工完成后的檢驗要求和實施方法等,。有些細(xì)節(jié)安排如果對零件的工作能力有值得考慮的影響時，還須返回去重新校核工作能力,。最后繪制出除標(biāo)準(zhǔn)件以外的全部零件的工作圖,。
按最后定型的零件工作圖上的結(jié)構(gòu)及尺寸，重新繪制部件裝配圖及總裝配圖,。通過這一工作,，可以檢查出零件工作圖中可能隱藏的尺寸和結(jié)構(gòu)上的錯誤。人們把這一工作通俗地稱為紙上裝配,。（編者注：現(xiàn)在使用3D軟件設(shè)計,，很方便修改，所以技術(shù)設(shè)計的步驟可以交叉進行,，但不能缺少,，當(dāng)然有些校核可以使用軟件自帶功能,。）
（四）技術(shù)文件編制
技術(shù)文件的種類較多，常用的有機器的設(shè)計計算說明書,、使用說明書,、標(biāo)準(zhǔn)件明細(xì)表（BOM）等。
編制設(shè)計計算說明書時,，應(yīng)包括方案選擇及技術(shù)設(shè)計的全部結(jié)論性的內(nèi)容,。
編制供用戶使用的機器使用說明書時，應(yīng)向用戶介紹機器的性能參數(shù)范圍,、使用操作方法,、日常保養(yǎng)及簡單的維修方法、備用件的目錄等,。
其他技術(shù)文件,，如檢驗合格單、外購件明細(xì)表,、驗收條件等,，視需要與否另行編制。
（五）計算機在機械設(shè)計中的應(yīng)用
隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,，計算機在機械設(shè)計中得到了日益廣泛的使用,，并出現(xiàn)了許多高效率的設(shè)計、分析軟件,。利用這些軟件可以在設(shè)計階段進行多方案的對比,，可以對不同的包括大型的和很復(fù)雜的方案的結(jié)構(gòu)強度、剛度和動力學(xué)特性進行精確的分析,。同時,，還可以在計算機上構(gòu)建虛擬樣機，利用虛擬樣機仿真對設(shè)計進行驗證,，從而實現(xiàn)在設(shè)計階段充分地評估設(shè)計的可行性,。可以說,，計算機技術(shù)在機械設(shè)計中的推廣使用已經(jīng)并正在改變機械設(shè)計的進程,，它在提高設(shè)計質(zhì)量和效率方面的優(yōu)勢是難以預(yù)估的。
以上簡要地介紹了機器的設(shè)計程序,。廣義地講,，在機器的制造過程中，隨時都有可能出現(xiàn)由于工藝原因而修改設(shè)計的情況,。如需修改時,，則應(yīng)遵循一定的審批程序（編者注：工程變更，Engineering Change ,，EC）,。機器出廠后,，應(yīng)該有計劃地進行跟蹤調(diào)查；另外,，用戶在使用過程中也會給制造或設(shè)計部門反饋出現(xiàn)的問題,。設(shè)計部門根據(jù)這些信息，經(jīng)過分析,，也有可能對原設(shè)計進行修改，甚至改型,。這些工作,，雖然廣義上也屬設(shè)計程序的組成部分，但是屬于另一個層次的問題,。作為設(shè)計工作者,，應(yīng)當(dāng)有強烈的社會責(zé)任感，要把自己工作的視野延伸到制造,、使用乃至報廢利用的全過程中去,，反復(fù)不斷地改進設(shè)計，才能使機器的質(zhì)量繼續(xù)不斷地提高,，更好地滿足生產(chǎn)及生活的需要,。
階段分別說明
（一）計劃階段
項目任務(wù)下達(dá)后，計劃階段只是一個預(yù)備階段,。此時,，對所要設(shè)計的機器僅有一個模糊的概念。
（二）方案設(shè)計階段
本階段對設(shè)計的成敗起關(guān)鍵的作用,。在這一階段中也充分地表現(xiàn)出設(shè)計工作有多個解（方案）的特點。
機器的功能分析,，就是要對設(shè)計任務(wù)書提出的機器功能中必須達(dá)到的要求,、最低要求及希望達(dá)到的要求進行綜合分析，即這些功能能否實現(xiàn),，多項功能間有無矛盾,，相互間能否替代等。最后確定出功能參數(shù),，作為進一步設(shè)計的依據(jù),。在這一步驟中，要恰當(dāng)處理需要與可能,、理想與現(xiàn)實,、發(fā)展目標(biāo)與當(dāng)前目標(biāo)等之間可能產(chǎn)生的矛盾問題。
確定出功能參數(shù)后,，即可提出可能的解決辦法,，亦即提出可能采用的方案,。尋求方案時，可按原動部分,、傳動部分及執(zhí)行部分分別進行討論,。較為常用的辦法是先從執(zhí)行部分開始討論。
討論機器的執(zhí)行部分時,，首先是關(guān)于工作原理（編者注：即實現(xiàn)的方法）的選擇問題,。例如，設(shè)計制造螺釘?shù)臋C器時,，其工作原理既可采用在圓柱形毛坯上用車刀車削螺紋的辦法,，也可采用在圓柱形毛坯上用滾絲模滾壓螺紋的辦法。這就提出了兩種不同的工作原理,。工作原理不同,，當(dāng)然所設(shè)計出的機器就會根本不同。特別應(yīng)當(dāng)強調(diào)的是,，必須不斷地研究和發(fā)展新的工作原理,。這是設(shè)計技術(shù)發(fā)展的重要途徑。
4 設(shè)計步驟 在設(shè)計開始之前,，先要制定設(shè)計任務(wù),。
當(dāng)設(shè)計任務(wù)比較復(fù)雜時，一般采用三階段設(shè)計,，即初步設(shè)計,、技術(shù)設(shè)計和工作圖設(shè)計；當(dāng)任務(wù)比較簡單,，如簡單機械的新型設(shè)計,、一般機械的繼承設(shè)計或變型設(shè)計，則一開始就將設(shè)計做到技術(shù)設(shè)計深度,，經(jīng)審查,、修改和批準(zhǔn)后做工作圖設(shè)計，而成為兩階段設(shè)計,。
在三階段設(shè)計中的初步設(shè)計階段,，設(shè)計的主要步驟是：確定工作原理和基本結(jié)構(gòu)型式，運動設(shè)計,，設(shè)計主要零,、部件、繪制初步總圖,初步設(shè)計審查,。
在技術(shù)設(shè)計階段,主要步驟是：根據(jù)審查意見修改設(shè)計,，設(shè)計全部零、部件,，繪制新的總圖,，技術(shù)設(shè)計審查,。
在工作圖設(shè)計階段，根據(jù)審查意見修改設(shè)計,，繪制全部工作圖和制定全部技術(shù)文件,。對于批量或大量生產(chǎn)的產(chǎn)品，還要進行定型設(shè)計,。
在設(shè)計的每個步驟中,，都可能發(fā)現(xiàn)前面步驟中某些決定不合理，這就需要折回到前面那個步驟,，修改不合理的決定,，重做隨后的設(shè)計工作。
（1） 制定設(shè)計任務(wù)
這是設(shè)計的前期工作,。設(shè)計任務(wù)的根據(jù)是用戶訂貨,、市場需要和新的科研成果,。設(shè)計部門應(yīng)用各種技術(shù)和市場情報,，擬列可能方案，比較其利弊,，與經(jīng)營部門和用戶共同商議,，制定合理的設(shè)計任務(wù)目標(biāo)。這對新型設(shè)計特別重要,。任務(wù)目標(biāo)的失誤將造成經(jīng)濟上的嚴(yán)重?fù)p失,，甚至遭到全面失敗,。
（2） 確定工作原理和基本結(jié)構(gòu)型式
如設(shè)計任務(wù)未作明確規(guī)定,設(shè)計的第一個步驟就是確定總體方案,即確定所要應(yīng)用的工作原理和與之相應(yīng)的結(jié)構(gòu)型式,。
例如設(shè)計大功率船用柴油機,，首先要確定是用二沖程,、雙作用、十字頭,、低速柴油機,，還是用四沖程,、單作用,、中速柴油機。
又例如設(shè)計用以粗碎巖石的破碎機械,，首先要確定是采用以擠壓和彎折為主要破碎作用的顎式或旋回式破碎機,，或者采用以沖擊為主要作用的單轉(zhuǎn)子或雙轉(zhuǎn)子沖擊式破碎機。
（3） 運動設(shè)計
設(shè)計的總體方案確定之后,，接著需要運用機構(gòu)學(xué)的知識,，選用合適的機構(gòu)以得到所需的運動方案,。上面提到的顎式破碎機依靠其動顎板的擺動使進入破碎腔的巖石受到擠壓、彎折和劈裂作用而破碎,，而動顎板的擺動則可以采用雙肘板機構(gòu)的簡單擺動,，或者采用單肘板機構(gòu)的復(fù)雜擺動。在新型設(shè)計中,，可能會需要綜合一個新的機構(gòu)以得到所要求的運動方案,，這常是一個困難的工作。因此,，設(shè)計者一般盡量應(yīng)用已有的和成熟的機構(gòu)所提給的運動方案,。
（4） 結(jié)構(gòu)設(shè)計和繪制初步總圖
運動設(shè)計之后，設(shè)計者開始進行結(jié)構(gòu)設(shè)計,，計算機械各主要零件的受力,、強度、形狀,、尺寸和重量等,，并繪制主要零、部件草圖,。這時如發(fā)現(xiàn)原來選用的結(jié)構(gòu)不可行,，就必須調(diào)整或修改結(jié)構(gòu)。同時還應(yīng)考慮有無可能產(chǎn)生過熱,、過度磨損或振動的部位,。
在這一步驟中，設(shè)計者通過繪制草圖會發(fā)現(xiàn)各部分的形狀,、尺寸,、比例等方面的矛盾。為了加強或改進某一方面,，可能會削弱或惡化另一方面,。這時必須權(quán)衡輕重，進行協(xié)調(diào),，以達(dá)到最佳綜合效果,。（編者注：設(shè)計的本質(zhì)就是不斷權(quán)衡抉擇的過程）。草圖經(jīng)反復(fù)修改認(rèn)為初步滿意后,，便可繪制初步總圖和估算造價（成本預(yù)估）,。初步總圖嚴(yán)格按比例繪制，選取足夠的視圖和切面圖,。
（5） 初步審查
初步總圖繪制后,，需要請對該類機械有經(jīng)驗的設(shè)計、制造和使用人員以及用戶或委托設(shè)計單位的代表進行初步審查。審查結(jié)果如認(rèn)為設(shè)計不適用(如重量,、體積太大,造價太高,對結(jié)構(gòu)的可靠性有懷疑等),則須重新進行運動設(shè)計,，甚至改用別的工作原理和基本結(jié)構(gòu)型式。多數(shù)情況是對設(shè)計采取某些改善措施,。
（6） 技術(shù)設(shè)計
根據(jù)初步審查意見,對設(shè)計進行修改,并繪制所有的零件和部件圖,。對主要的零件和部件進行精確的應(yīng)力分析，按分析結(jié)果修正零件的形狀,、尺寸等細(xì)節(jié),，并規(guī)定材質(zhì)和熱處理。確定零件加工精度以及部件和總裝的裝配條件,。完成潤滑設(shè)計,、電氣設(shè)計（驅(qū)動和控制）。重繪總圖,，某些重要的和批量生產(chǎn)的機械有時還要制作出模型,。將完成的技術(shù)設(shè)計提交第二次審查。
（7） 繪制工作圖
根據(jù)第二次審查的意見作最后的修改后,，就可以繪制正式的零件圖,、部件裝配圖和總裝配圖，編寫零件表,、易損零件清單,、使用指南等技術(shù)文件,。設(shè)計負(fù)責(zé)人應(yīng)注意協(xié)調(diào)零件間的尺寸,，核對耦合件間的公差配合，復(fù)核某些零件的強度和剛度,。
零件圖完成后開始圖紙核對,，這是非常重要的工作。經(jīng)過仔細(xì)校對的圖紙能保證加工后裝配順利,。最可靠的校對方法是根據(jù)已繪制好的零件圖重繪出一張總裝配圖（編者注：將設(shè)計好的零件在電腦中重新按裝配連接方式繪制總裝配）,，所有矛盾之處就會表現(xiàn)出來。
在繪制零件圖的同時還需要進行兩項工作：一是工藝性審核,使零件便于加工并降低制造成本,；二是標(biāo)準(zhǔn)審核,，使零件結(jié)構(gòu)要素、尺寸,、公差配合,、熱處理技術(shù)條件以及標(biāo)準(zhǔn)和通用零件等符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
（8） 試生產(chǎn)和定型設(shè)計
對于單件或小批生產(chǎn)的機械,經(jīng)過上述步驟完成的設(shè)計圖紙可以投入正式生產(chǎn),。對于成批或大量生產(chǎn)的機械,在正式生產(chǎn)前要先試制樣機,進行功能試驗和鑒定,，通過后，再按批量生產(chǎn)工藝進行批量試生產(chǎn)。在批量試生產(chǎn)中所出現(xiàn)的問題還可能需要對設(shè)計作相應(yīng)的修改,，方成為可供正式生產(chǎn)使用的定型設(shè)計,。
5 約束條件（設(shè)計準(zhǔn)則） 機械零件的設(shè)計具有眾多的約束條件，設(shè)計準(zhǔn)則就是設(shè)計所應(yīng)該滿足的約束條件,。
（1）技術(shù)性能準(zhǔn)則
技術(shù)性能包括產(chǎn)品功能,、制造和運行狀況在內(nèi)的一切性能，既指靜態(tài)性能,，也指動態(tài)性能,。例如，產(chǎn)品所能傳遞的功率,、效率,、使用壽命、強度,、剛度,、抗摩擦、磨損性能,、振動穩(wěn)定性,、熱特性等。
技術(shù)性能準(zhǔn)則是指相關(guān)的技術(shù)性能必須達(dá)到規(guī)定的要求,。例如振動會產(chǎn)生額外的動載荷和變應(yīng)力,，尤其是當(dāng)其頻率接近機械系統(tǒng)或零件的固有頻率時，將發(fā)生共振現(xiàn)象,，這時振幅將急劇增大,，有可能導(dǎo)至零件甚至整個系統(tǒng)的迅速損壞。振動性穩(wěn)定準(zhǔn)則就是限制機械系統(tǒng)或零件的相關(guān)振動參數(shù),，如固有頻率,、振幅、噪聲等在規(guī)定的允許范圍之內(nèi),。又如機器工作時的發(fā)熱可能會導(dǎo)致熱應(yīng)力,、熱應(yīng)變，甚至?xí)斐蔁釗p壞,。熱特性準(zhǔn)則就是限制各種相關(guān)的熱參數(shù)(如熱應(yīng)力,、熱應(yīng)變、溫升等)在規(guī)定范圍內(nèi),。
（2）標(biāo)準(zhǔn)化準(zhǔn)則
與機械產(chǎn)品設(shè)計有關(guān)的主要標(biāo)準(zhǔn)大致有：
概念標(biāo)準(zhǔn)化：設(shè)計過程中所涉及的名詞術(shù)語,、符號、計量單位等應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn),；
實物形態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化：零部件,、原材料,、設(shè)備及能源等的結(jié)構(gòu)形式、尺寸,、性能等,，都應(yīng)按統(tǒng)一的規(guī)定選用。
方法標(biāo)準(zhǔn)化：操作方法,、測量方法,、試驗方法等都應(yīng)按相應(yīng)規(guī)定實施。
標(biāo)準(zhǔn)化準(zhǔn)則就是在設(shè)計的全過程中的所有行為,，都要滿足上述標(biāo)準(zhǔn)化的要求�,，F(xiàn)已發(fā)布的與機械零件設(shè)計有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，從運用范圍上來講,，可以分為國家標(biāo)準(zhǔn),、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)三個等級。從使用強制性來說,，可分為必須執(zhí)行的和推薦使用的兩種,。
（3）可靠性準(zhǔn)則
可靠性：產(chǎn)品或零部件在規(guī)定的使用條件下，在預(yù)期的壽命內(nèi)能完成規(guī)定功能的概率,�,？煽啃詼�(zhǔn)則就是指所設(shè)計的產(chǎn)品、部件或零件應(yīng)能滿足規(guī)定的可靠性要求,。
（4）安全性準(zhǔn)則 機器的安全性包括： 零件安全性：指在規(guī)定外載荷和規(guī)定時間內(nèi)零件不發(fā)生如斷裂,、過度變形、過度磨損和不喪失穩(wěn)定性等等,。 整機安全性：指機器保證在規(guī)定條件下不出故障,，能正常實現(xiàn)總功能的要求。 工作安全性：指對操作人員的保護,，保證人身安全和身心健康等等,。 環(huán)境安全性：指對機器周圍的環(huán)境和人不造成污染和危害,。
6 設(shè)計方法學(xué) 設(shè)計方法學(xué)的目的是將設(shè)計思維上升為理性過程,，從而使設(shè)計能循一定的邏輯進行，使更多的設(shè)計人員能作出好的設(shè)計,。它大致包括以下一些內(nèi)容： （1）將設(shè)計的階段分得很細(xì),，使每一階段成為有章可循和有理可據(jù)的思維活動。 （2） 將成功的或良好的設(shè)計儲存起來,建立設(shè)計資料庫,以供以后設(shè)計時參考或采用,。 （3） 在設(shè)計工作中引進價值工程的概念和方法,，對設(shè)計中的矛盾進行功能與成本的權(quán)衡,以獲得良好的使用效果。 （4） 在設(shè)計中采用摩擦學(xué),、振動學(xué),、斷裂力學(xué)、有限元法、可靠性設(shè)計,、優(yōu)化設(shè)計,、系統(tǒng)工程、人類工程學(xué)等新興學(xué)科的知識,，提高設(shè)計的科學(xué)性,，減少盲目性。 （5） 將設(shè)計工作范圍擴大,，向前延伸到市場預(yù)測,，向后延伸到售后服務(wù)。 （6） 運用計算機輔助設(shè)計以減少設(shè)計勞動量,、提高設(shè)計速度和設(shè)計質(zhì)量,。
7 展望 將來機械設(shè)計學(xué)必將滲透到半導(dǎo)體制造、生物工程,、納米技術(shù)和機器人等行業(yè)中去,，在對社會發(fā)展做出貢獻的同時，不斷完善自己,，使理論進一步創(chuàng)新,。 （1）進一步實現(xiàn)系統(tǒng)性。 即從系統(tǒng)觀點入手,，把機械產(chǎn)品看作一個系統(tǒng)或整體,，依賴計算機技術(shù)，實現(xiàn)人,、機,、環(huán)境和相互協(xié)調(diào)。具體來說,，是把總系統(tǒng)分解為若干個子系統(tǒng),，采用各種現(xiàn)代設(shè)計理論和方法，追求系統(tǒng)優(yōu)化為目標(biāo)協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)的設(shè)計和匹配,。 （2）深化智能化設(shè)計,。 隨著科技的進步和發(fā)展，設(shè)計要越來越多地考慮智能的因素,。大量設(shè)計內(nèi)容都可通過建立模型,，來描述機械產(chǎn)品的各種工況行為，對模型求解可預(yù)測產(chǎn)品的性能,、設(shè)計的合理性和最優(yōu)性,。例如，各類車輛性能評價的智能決策系統(tǒng),，齒輪箱設(shè)計專家系統(tǒng),，故障診斷系統(tǒng)等已應(yīng)用在新車的開發(fā)設(shè)計中,。 （3）更加注重綠色思想。 綠色設(shè)計技術(shù)是對產(chǎn)品在其生命周期中,，按符合環(huán)境保護,、資源利用率最高、能源消耗最低的要求進行設(shè)計的技術(shù),。要求設(shè)計者從全周期考慮產(chǎn)品的環(huán)境屬性和基本屬性,，在設(shè)計時始終立足于人的身心健康、環(huán)境保護等,，同時要求所設(shè)計的產(chǎn)品具有可回收利用性,，對環(huán)境的損害最小。
8 現(xiàn)代設(shè)計方法
1,、專業(yè)現(xiàn)代 由機械設(shè)計和計算機專業(yè)人員共同開發(fā)的計算機軟件,，能夠反映和描述機械產(chǎn)品在實際工況下的各種損傷、失效和破壞的機理,，可以定量分析和計算機械零件和機械的動態(tài)行為,，并形成固定的設(shè)計程序，這就是專業(yè)的現(xiàn)代設(shè)計方法,，如：振動分析和設(shè)計,，摩擦學(xué)設(shè)計，熱力學(xué)傳熱設(shè)計,，強度,、剛度設(shè)計，溫度場分析等等,。這些軟件都是在傳統(tǒng)的設(shè)計方法基礎(chǔ)上,，應(yīng)用計算機技術(shù)開發(fā)出來的。例如：用Pro/M軟件分析機械裝置的動態(tài)特性,，用ANSYS軟件分析應(yīng)力都是這方面很好的例子,，為準(zhǔn)確判斷裝置的可靠性和選擇設(shè)計參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。
2,、通用現(xiàn)代 為了滿足機械產(chǎn)品性能的高要求,，在機械設(shè)計中大量采用計算機技術(shù)進行輔助設(shè)計和系統(tǒng)分析，這就是通用的現(xiàn)代設(shè)計方法,。常見的方法包括優(yōu)化,、有限元、可靠性,、仿真、專家系統(tǒng),、CAD等,。這些方法并不只是針對機械產(chǎn)品去研究,，還有其自身的科學(xué)理論和方法。
1）優(yōu)化設(shè)計 機械優(yōu)化設(shè)計是最優(yōu)化技術(shù)在機械設(shè)計領(lǐng)域的移植和應(yīng)用,，其基本思想是根據(jù)機械設(shè)計的理論,，方法和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等建立一反映工程設(shè)計問題和符合數(shù)學(xué)規(guī)劃要求的數(shù)學(xué)模型，然后采用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法和計算機計算技術(shù)自動找出設(shè)計問題的最優(yōu)方案,。它是機械設(shè)計理論與優(yōu)化數(shù)學(xué),、電子計算機相互結(jié)合而形成的一種現(xiàn)代設(shè)計方法。
2） 仿真與虛擬設(shè)計 計算機仿真技術(shù)是以計算機為工具“建立實際或聯(lián)想的系統(tǒng)模型”并在不同條件下對模型進行動態(tài)運行實驗的一門綜合性技術(shù),。而虛擬技術(shù)的本質(zhì)是以計算機支持的仿真技術(shù)為前提,，在產(chǎn)品設(shè)計階段，實時地并行地模擬出產(chǎn)品開發(fā)全過程及其對產(chǎn)品設(shè)計的影響,，預(yù)測產(chǎn)品性能,、產(chǎn)品制造成本、產(chǎn)品的可制造性,、產(chǎn)品的可維護性和可拆卸性等,，從而提高產(chǎn)品設(shè)計的一次成功率。這種方法不但縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,，也實現(xiàn)了縮短產(chǎn)品開發(fā)與用戶之間的距離,。
3）有限元設(shè)計 這種方法是利用數(shù)學(xué)近似的方法對真實物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進行模擬。還利用簡單而又相互作用的元素,，即單元,，就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實系統(tǒng)。它不僅能用于工程中復(fù)雜的非線行問題,、非穩(wěn)態(tài)問題的求解,，而且還可用于工程設(shè)計中進行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和動力分析，并能準(zhǔn)確地計算形狀復(fù)雜零件的應(yīng)力分布和變形,，成為復(fù)雜零件強度和剛度計算的有力分析工具,。
4）模糊設(shè)計 它是將模糊數(shù)學(xué)知識應(yīng)用到機械設(shè)計中的一種設(shè)計方法。機械設(shè)計中就存在大量的模糊信息,。如機械零部件設(shè)計中,，零件的安全系數(shù)往往從保守觀點出發(fā)，取較大值而不經(jīng)濟,，但在其允許的范圍內(nèi)存在很大的模糊區(qū)間,。機械產(chǎn)品的開發(fā)在各階段常會遇到各種模糊問題，雖然這些問題的特點,、性質(zhì)及對計策的要求不盡相同,，但所采取的模糊分析方法是相似的。它的最大特點是,，可以將各因素對設(shè)計結(jié)果的影響進行全面定量地分析,，得出綜合的數(shù)量化指標(biāo),，作為選擇決斷的依據(jù)。
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發(fā)表于 2022-7-5 14:10:16
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