關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)的概述

舒迎春

【摘 要】機(jī)械設(shè)計(jì)（machine design）通常是指，按照客戶使用的需求對(duì)機(jī)械的潤(rùn)滑方法、能量傳遞、工作原理、零件尺寸材料以及運(yùn)動(dòng)方式等進(jìn)行分析和計(jì)算，作為以此制作的參考依據(jù)的工作流程。設(shè)計(jì)是為了能夠?qū)F(xiàn)有的條件進(jìn)行整合，考慮各方面的因素，通過(guò)制造最終形成產(chǎn)品，為人類服務(wù)。本文針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)展開(kāi)研究和分析。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)過(guò)程；運(yùn)動(dòng)方案

0.引言

機(jī)械設(shè)計(jì)的最終的目的是運(yùn)用各種現(xiàn)有條件（計(jì)算手段、材料、理論知識(shí)以及加工能力等），設(shè)計(jì)出最優(yōu)秀的機(jī)械，或者稱為優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)通常需要綜合多方面的因素進(jìn)行考慮，通常的要求有：環(huán)境污染小、尺寸和重量小、總做性能良好、耗損率低、制造成本地等等。但是這些需求洪有一些是相互矛盾的，且機(jī)械的需求和用途也是不同的。因此，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要綜合考慮多方面的因素，盡量滿足用戶的需求。歷史上的機(jī)械設(shè)計(jì)通常是根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)以及理論知識(shí)進(jìn)行的，目前我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展較為迅速，設(shè)計(jì)者可根據(jù)計(jì)算機(jī)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。機(jī)械的相關(guān)材料以及用戶的需求等進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.機(jī)械設(shè)計(jì)概念的論述

機(jī)械設(shè)計(jì)通常是指，按照客戶使用的需求對(duì)機(jī)械的潤(rùn)滑方法、能量傳遞、工作原理、零件尺寸材料以及運(yùn)動(dòng)方式等進(jìn)行分析和計(jì)算，作為以此制作的參考依據(jù)的工作流程。設(shè)計(jì)是為了能夠?qū)F(xiàn)有的條件進(jìn)行整合，考慮各方面的因素，通過(guò)制造最終形成產(chǎn)品，為人類服務(wù)。

1.1機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求

機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求通常有以下幾點(diǎn)：環(huán)保方面的要求、機(jī)器用途方面的要求、經(jīng)濟(jì)適用性要求以及造型方面的要求[1]。機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)在原有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)械進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或者對(duì)機(jī)械的局部進(jìn)行改造。運(yùn)用當(dāng)前較為先進(jìn)的技術(shù)，采用的新的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于機(jī)械零件的要求通常是在降低成本的情況下保證零件的工作能力。零件的工作能力通常是指在工作環(huán)境特定的情況下的承載力。在對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要保證材料運(yùn)用合理，降低材料的成本費(fèi)用。還需對(duì)零件的工藝性做出保證，有效的減制造的費(fèi)用。除此之外，還需盡量將設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)化，節(jié)約工作時(shí)間。

1.2機(jī)械設(shè)計(jì)的分類

機(jī)械設(shè)計(jì)通?？煞譃樽冃卧O(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)以及適應(yīng)性設(shè)計(jì)。

變形性設(shè)計(jì)通常是在保證工作原理不改變的條件小，對(duì)于現(xiàn)有的產(chǎn)品的尺寸以及配置進(jìn)行優(yōu)化，或者增加一些型號(hào)[2]。擴(kuò)大機(jī)械的工作范圍，滿足更多工作的需求。

開(kāi)發(fā)性通常是指對(duì)原有機(jī)械的設(shè)計(jì)方案以及工作原理進(jìn)行重新改革。

適應(yīng)性設(shè)計(jì)通常是指在機(jī)械的原理方案保持不變的情況下，對(duì)于機(jī)械的局部進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或者更換新的部件，是機(jī)械產(chǎn)品更加符合工作的需求。

1.3機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程

機(jī)械的設(shè)計(jì)過(guò)程通常是指從確定設(shè)計(jì)任務(wù)到編制技術(shù)的文件之間運(yùn)用的工作流程。機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程通?？煞譃橐韵滤膫€(gè)階段：決策、評(píng)估以及改進(jìn)；產(chǎn)品的規(guī)劃；技術(shù)方案的設(shè)計(jì)以及原理方案的設(shè)計(jì)。

決策、評(píng)估以及改進(jìn)主要包括機(jī)械采用的調(diào)試、加工以及安裝制造出的樣本機(jī)器，然后對(duì)樣本機(jī)器試運(yùn)行或在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行使用，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)調(diào)整。

產(chǎn)品的規(guī)劃主要包括機(jī)械設(shè)計(jì)的任務(wù)以及提出相應(yīng)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。

技術(shù)方案的設(shè)計(jì)主要包括將設(shè)計(jì)的而結(jié)果用工程圖或者計(jì)劃書(shū)的形式進(jìn)行展現(xiàn)。

原理方案的設(shè)計(jì)通常包括確定機(jī)械的工作原理以及機(jī)械運(yùn)動(dòng)的方案，畫(huà)出關(guān)于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)圖。

1.4機(jī)械設(shè)計(jì)零件的設(shè)計(jì)

對(duì)于機(jī)械零件的設(shè)計(jì)通?？筛鶕?jù)工作需求繪制出較為完整零件工作圖，并且制定相關(guān)的技術(shù)要求，將計(jì)算說(shuō)明書(shū)以及相關(guān)的技術(shù)文件及時(shí)的編制出來(lái)。還需對(duì)零件的參數(shù)的選擇，選定最為合適的材料，按照計(jì)算的準(zhǔn)則將零件的主要尺寸及進(jìn)行確定，要綜合各方面的因素（主要包括成本、工作原理以及結(jié)構(gòu)等）進(jìn)行考慮[3]。根據(jù)機(jī)器的具體運(yùn)轉(zhuǎn)情況以及簡(jiǎn)單的計(jì)算方案將零件的載荷進(jìn)行確定。然后對(duì)零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在工作的過(guò)程中，對(duì)零件的工作情況進(jìn)行分析，對(duì)于零件失效的形式進(jìn)行判斷，找出正確的計(jì)算準(zhǔn)則，對(duì)零件進(jìn)行調(diào)整。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，這個(gè)極端是不能避免的且需要反復(fù)進(jìn)行才能夠得到最佳的效果。需注意的是，在對(duì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)時(shí)間通常要根據(jù)工作情況進(jìn)行簡(jiǎn)化，因此計(jì)算的條件都會(huì)具有一定的假定性，需要根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用情況對(duì)零件進(jìn)行調(diào)整。

零件材料的選擇通常包括復(fù)合性材料、非金屬性材料、黑色金屬以及有色金屬等；黑色金屬通常包括鑄鋼、鋼、以及鑄鐵；非金屬材料包括橡膠、塑料以及陶瓷。有色金屬通常包括銅合金以及鋁合金。

除了對(duì)設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)的糾正外，對(duì)于零件失效的問(wèn)題也要進(jìn)行關(guān)注。零件失效通常是指在特定的工作條件下，機(jī)械零件失去了正常的工作能力。零件的失效形式通?？煞譃椋嚎煽啃允?、噪聲失效、磨損失效、強(qiáng)度失效、精度失效以及剛度失效等等。零件出現(xiàn)失效的情況可能是由于震動(dòng)或大或者共振、零件發(fā)生斷裂或者零件變形過(guò)大導(dǎo)致的。因此在設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，一定要注意零件的尺寸、磨損度以及載荷力。

2.機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)

機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方案通常是從運(yùn)動(dòng)學(xué)的角度入手，機(jī)械的系統(tǒng)的基本工程通常是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的變化、生成以及傳遞等。在機(jī)械系統(tǒng)中，動(dòng)力系統(tǒng)能夠生成原始的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)的傳遞，通過(guò)執(zhí)行系統(tǒng)后才能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)輸出[4]。在日常工作中，機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品通常是較為復(fù)雜的，不可能直接滿足總功能方案的需求，因此，需要按照系統(tǒng)分解的原理進(jìn)行功能的分解，將總體的功能分為多種功能單位，對(duì)這些較為簡(jiǎn)單的功能單位進(jìn)行就求解，充分運(yùn)用組合的方式，由此形成多個(gè)總功能求解的功能原理方案?？赏ㄟ^(guò)下列幾種手段進(jìn)行，即功能合成、確定總功能以及功能分解。

功能合成主要是將分功能與基本功能相結(jié)合，形成較為明確的功能結(jié)構(gòu)，更方面操作。確定總功能主要是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的需求，通過(guò)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的形式合理的設(shè)定，體現(xiàn)出本質(zhì)功能。功能分解是指將總功能分為一個(gè)個(gè)獨(dú)立的單位，將一部分解至不可再分解的基本功能。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則通常有以下幾種形式：即保證機(jī)械安全運(yùn)轉(zhuǎn)、合理安排機(jī)械效率、采用精簡(jiǎn)的運(yùn)動(dòng)鏈、合理分配轉(zhuǎn)動(dòng)比等等，再設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要嚴(yán)格遵照這幾項(xiàng)原則對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，保證機(jī)械設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。

3.結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的類比法以及經(jīng)驗(yàn)提升至系統(tǒng)的、邏輯嚴(yán)密的以及理性設(shè)計(jì)形式，在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，增加了動(dòng)態(tài)多變量的最優(yōu)化[5]?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)對(duì)象看做是系統(tǒng)的，同時(shí)綜合考慮到了各方面的因素，將機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到最佳狀態(tài)，更好的為生產(chǎn)服務(wù)。

【參考文獻(xiàn)】

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