機(jī)械設(shè)計(jì)的十二大原則

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對(duì)于所要設(shè)計(jì)的機(jī)器和機(jī)組,，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須滿足功能,、經(jīng)濟(jì)性、加工、運(yùn)輸、維護(hù)和操作以及從其它角度提出的不同要求。雖然從內(nèi)容上來(lái)說(shuō)各種要求大不相同,，但是對(duì)于設(shè)計(jì)工作還是可以歸納出一些通用的設(shè)計(jì)原則，它們是盡可能最優(yōu)地解決一個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題的前提條件,。設(shè)計(jì)者應(yīng)遵循下列各條基本原則并針對(duì)具體問(wèn)題補(bǔ)充其他要求,。

功能性：對(duì)一個(gè)技術(shù)裝置（機(jī)器、儀器,、零件,、部件等）提出的主要要求是能完成給定的任務(wù)（功能）。下列其他各心基本原則都是以滿足功能要求為前提條件的,。

安全性：安全性是指在誤操作,、過(guò)載等情況下保護(hù)人員和機(jī)器不出危險(xiǎn)的性能。除了功能性（即完成整體功能的可靠性）以外,，安全性同樣是對(duì)設(shè)計(jì)的主要要求,。通過(guò)采取相應(yīng)的預(yù)防措施（面向強(qiáng)度的設(shè)計(jì)、通過(guò)引入過(guò)載破壞裝置實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù),、按照人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)操作零件等）,可以有效地防止機(jī)器出危險(xiǎn),。

經(jīng)濟(jì)性：除了功能性和安全性以外，經(jīng)濟(jì)性是最重要的要求,。影響一個(gè)產(chǎn)品是否成功有許多因素,，但性價(jià)比是一個(gè)價(jià)值決定性的因素。半成品的應(yīng)用,，如異型棒材,、板材、管材等以及標(biāo)準(zhǔn)件和商品零件,，可以降低生產(chǎn)成本,。如圖1-5所示,，要避免過(guò)度提高精加工等級(jí)，因?yàn)橛纱藥��?lái)的使用價(jià)值的提高相比成本的提高是非常有限的,。

材料選擇：不同材料的技術(shù)性能（強(qiáng)度,、密度、彈性,、硬度等）有著很大的區(qū)別,，這就要求設(shè)計(jì)者仔細(xì)進(jìn)行選擇。強(qiáng)度較低的材料必然導(dǎo)致較大的橫截面,，除了尺寸,，還會(huì)使整機(jī)質(zhì)量加大,。通過(guò)選用高強(qiáng)材料,，雖然可以降低產(chǎn)品的橫截面，但是會(huì)導(dǎo)致材料總成本成倍增加（見TB1-1“材料相對(duì)成本”）,。如果要求耐磨性高,、焊接性好、彈性大,、耐腐蝕性強(qiáng),、減振性優(yōu)等，要注意選擇合適的材料,。

加工方法：各種不同的加工方法（如鑄造,、鍛造、焊接,、粘接）及其優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著決定性的影響,，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須加以認(rèn)真考慮和選擇。這就要求設(shè)計(jì)者對(duì)企業(yè)現(xiàn)有的各種加工方法了如指掌,，而且要與加工單位保持密切合作,。對(duì)加工方法的選擇同樣起著決定性作用的是產(chǎn)品的批量（單件、系列或批量加工）,。由圖1-6可知,，當(dāng)小于等于臨界批量nx時(shí)，加工方法1的成本低,，當(dāng)n>nx時(shí),，加工方法2的成本低。

精度選擇：首先要搞清楚,，對(duì)于鑄件這類零件表面是否可以保持粗糙表面,，還是基于功能上的要求必須進(jìn)行加工，以及所要達(dá)到的表面質(zhì)量和如何實(shí)現(xiàn)它,。常�,？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)設(shè)計(jì)做些微調(diào),，從而降低先前對(duì)表面質(zhì)量的過(guò)高要求，并降低整體成本,。這同樣適用于用來(lái)確定必需的公差,。應(yīng)該遵循的原則是：“盡可能粗糙，按需要精細(xì)”,，因?yàn)榫�度的提高�?huì)導(dǎo)致加工成本的急劇上升（見圖1-7),。

造型：當(dāng)今時(shí)代，人們?cè)絹?lái)越要求一個(gè)技術(shù)產(chǎn)品在滿足技術(shù)功能的同時(shí)還要有優(yōu)美的造型,。這就要求所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品外形美觀,，色彩協(xié)調(diào)對(duì)于消費(fèi)產(chǎn)品，這點(diǎn)顯得尤為重要,。除此之外,，好的造型還要求面向鑄造進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免應(yīng)力集中,。

裝配：所有的零部件都應(yīng)該滿足裝配簡(jiǎn)單以降低成本這個(gè)要求,。如果在某些情況下只能以一種特定順序進(jìn)行裝配的話，設(shè)計(jì)者應(yīng)該以裝配計(jì)劃書的形式加以說(shuō)明,。大批量生產(chǎn)時(shí)應(yīng)盡量使裝配自動(dòng)化,。應(yīng)該使易損件更換方便以縮短時(shí)間和降低費(fèi)用。安全斷裂件應(yīng)該方便更換,。

發(fā)貨：運(yùn)輸方式有多種多樣：鐵路運(yùn)輸,、汽車、貨運(yùn),、船運(yùn)（裝貨輪廓,、許用尺寸、運(yùn)輸途中通過(guò)地道或高架橋時(shí)的許用高度）,。不要使產(chǎn)品超大或超重,，否則應(yīng)將產(chǎn)品分開并用節(jié)約空間的方式包裝，船運(yùn)時(shí)尤其要注意這點(diǎn)（總噸位一空間尺寸都是要付費(fèi)的）,。應(yīng)該設(shè)計(jì)用于運(yùn)輸?shù)钠甬惌h(huán)等結(jié)構(gòu),。

操作：技術(shù)裝置的操作應(yīng)盡可能地簡(jiǎn)單和一目了然。所有的操作設(shè)施必須容易使用,，必要時(shí)用相應(yīng)的邏輯符號(hào)來(lái)表示,。應(yīng)該設(shè)有誤操作防護(hù)裝置。操作人員的工作位置應(yīng)該按照人機(jī)工程學(xué)進(jìn)行優(yōu)化,，因?yàn)椴僮餍阅艿暮脡拇�表了該設(shè)備的水平,！

維護(hù)：在大多數(shù)情況下，一臺(tái)設(shè)備的維護(hù)同時(shí)就意味著暫時(shí)的停產(chǎn),。應(yīng)將生產(chǎn)的被迫中斷減小到最低程度以降低損失,。因此必須能很快確定設(shè)備中需要維護(hù)的地方并快速更換損壞零件,。良好的可接觸性也確保了需要維護(hù)的位置容易被觀察到（不易接觸到的潤(rùn)滑位置容易被“忽視”）。預(yù)防性的保養(yǎng)可以對(duì)設(shè)備的生產(chǎn)中斷做到心中有數(shù),。

環(huán)境保護(hù)：一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)應(yīng)保證對(duì)人身和自然（環(huán)境）沒有傷害,，并使盡可能多的零件能重復(fù)使用（面向循環(huán)）或能有利于環(huán)境保護(hù)。

因?yàn)檐囬g是根據(jù)設(shè)計(jì)資料（加工圖樣和零件清單）進(jìn)行生產(chǎn)的,，因此產(chǎn)品的成本在設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)確定了,。圖1-8所示為產(chǎn)品開發(fā)和規(guī)劃階段對(duì)成本的主要影響因素。

對(duì)制造成本影響最大的是設(shè)計(jì)過(guò)程的開始階段,，隨著工作的進(jìn)展對(duì)成本的影響越來(lái)越�,。ㄇ�線a);與加工階段相反，在設(shè)計(jì)階段所作的修改可以在不大幅度增加成本的情況下實(shí)現(xiàn)(曲線b),。

邢云鶴

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