機(jī)械設(shè)計(jì)（基礎(chǔ)含義）

機(jī)械設(shè)計(jì)（基礎(chǔ)含義）基礎(chǔ)含義01設(shè)計(jì)分類設(shè)計(jì)階段主要流程約束條件目錄03020405設(shè)計(jì)方法學(xué)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法展望名詞術(shù)語目錄070608基本信息機(jī)械設(shè)計(jì)（machinedesign），根據(jù)使用要求對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料和形狀尺寸、潤(rùn)滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工程的重要組成部分，是機(jī)械生產(chǎn)的第一步，是決定機(jī)械性能的最主要的因素。機(jī)械設(shè)計(jì)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(shí)和計(jì)算手段等）下設(shè)計(jì)出最好的機(jī)械，即做出優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)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(duì)重要性因機(jī)械種類和用途的不同而異。設(shè)計(jì)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(jì)的機(jī)械有最優(yōu)的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。過去，設(shè)計(jì)的優(yōu)化主要依靠設(shè)計(jì)者的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和遠(yuǎn)見。隨著機(jī)械工程基礎(chǔ)理論和價(jià)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(jì)數(shù)據(jù)資料的積累,以及計(jì)算機(jī)的推廣應(yīng)用,優(yōu)化逐漸舍棄主觀判斷而依靠科學(xué)計(jì)算。各產(chǎn)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)，特別是整體和整系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)，須依附于各有關(guān)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)而難于形成獨(dú)立的學(xué)科。因此出現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)、礦山機(jī)械設(shè)計(jì)、泵設(shè)計(jì)、壓縮機(jī)設(shè)計(jì)、汽輪機(jī)設(shè)計(jì)、內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)、機(jī)床設(shè)計(jì)等專業(yè)性的機(jī)械設(shè)計(jì)分支學(xué)科。設(shè)計(jì)分類設(shè)計(jì)分類機(jī)械設(shè)計(jì)可分為新型設(shè)計(jì)、繼承設(shè)計(jì)和變型設(shè)計(jì)3類。1、新型設(shè)計(jì)應(yīng)用成熟的科學(xué)技術(shù)或經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明是可行的新技術(shù)，設(shè)計(jì)過去沒有過的新型機(jī)械。2、繼承設(shè)計(jì)根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)發(fā)展對(duì)已有的機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)更新，以提高其性能、降低其制造成本或減少其運(yùn)用費(fèi)用。3、變型設(shè)計(jì)為適應(yīng)新的需要對(duì)已有的機(jī)械工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。主要流程主要流程1、根據(jù)用戶訂貨、市場(chǎng)需要和新科研成果制定設(shè)計(jì)任務(wù)。2、初步設(shè)計(jì)。包括確定機(jī)械的工作原理和基本結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并繪制初步總圖以及初步審查。3、技術(shù)設(shè)計(jì)。包括修改設(shè)計(jì)（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(jì)。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(jì)。用于成批或大量生產(chǎn)的機(jī)械。對(duì)于某些設(shè)計(jì)任務(wù)比較簡(jiǎn)單（如簡(jiǎn)單機(jī)械的新型設(shè)計(jì)、一般機(jī)械的繼承設(shè)計(jì)或變型設(shè)計(jì)等）的機(jī)械設(shè)計(jì)可省去初步設(shè)計(jì)程序。設(shè)計(jì)階段步驟階段分別說明設(shè)計(jì)階段階段分別說明（一）計(jì)劃階段在根據(jù)生產(chǎn)或生活的需要提出所要設(shè)計(jì)的新機(jī)器后，計(jì)劃階段只是一個(gè)預(yù)備階段。此時(shí)，對(duì)所要設(shè)計(jì)的機(jī)器僅有一個(gè)模糊的概念。（二）方案設(shè)計(jì)階段本階段對(duì)設(shè)計(jì)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(jì)工作有多個(gè)解（方案）的特點(diǎn)。機(jī)器的功能分析，就是要對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)書提出的機(jī)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(jìn)行綜合分析，即這些功能能否實(shí)現(xiàn)，多項(xiàng)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(jìn)一步設(shè)計(jì)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(shí)、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(shí)，可按原動(dòng)部分、傳動(dòng)部分及執(zhí)行部分分別進(jìn)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(jī)器的執(zhí)行部分時(shí)，首先是關(guān)于工作原理的選擇問題。例如，設(shè)計(jì)制造螺釘?shù)臋C(jī)器時(shí)，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(jì)出的機(jī)器就會(huì)根本不同。特別應(yīng)當(dāng)強(qiáng)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(jì)技術(shù)發(fā)展的重要途徑。步驟在設(shè)計(jì)開始之前，先要制定設(shè)計(jì)任務(wù)。當(dāng)設(shè)計(jì)任務(wù)比較復(fù)雜時(shí)，一般采用三階段設(shè)計(jì)，即初步設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和工作圖設(shè)計(jì)；當(dāng)任務(wù)比較簡(jiǎn)單，如簡(jiǎn)單機(jī)械的新型設(shè)計(jì)、一般機(jī)械的繼承設(shè)計(jì)或變型設(shè)計(jì)，則一開始就將設(shè)計(jì)做到技術(shù)設(shè)計(jì)深度，經(jīng)審查、修改和批準(zhǔn)后做工作圖設(shè)計(jì)，而成為兩階段設(shè)計(jì)。在三階段設(shè)計(jì)中的初步設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)的主要步驟是：確定工作原理和基本結(jié)構(gòu)型式，運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)主要零、部件、繪制初步總圖,初步設(shè)計(jì)審查。在技術(shù)設(shè)計(jì)階段,主要步驟是：根據(jù)審查意見修改設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)全部零、部件，繪制新的總圖，技術(shù)設(shè)計(jì)審查。在工作圖設(shè)計(jì)階段，根據(jù)審查意見修改設(shè)計(jì)，繪制全部工作圖和制定全部技術(shù)文件。對(duì)于批量或大量生產(chǎn)的產(chǎn)品，還要進(jìn)行定型設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的每個(gè)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(gè)步驟，修改不合理的決定，重做隨后的設(shè)計(jì)工作。1、制定設(shè)計(jì)任務(wù)這是設(shè)計(jì)的前期工作。設(shè)計(jì)任務(wù)的根據(jù)是用戶訂貨、市場(chǎng)需要和新的科研成果。設(shè)計(jì)部門應(yīng)用各種技術(shù)和市場(chǎng)情報(bào)，擬列可能方案，比較其利弊，與經(jīng)營(yíng)部門和用戶共同商議，制定合理的設(shè)計(jì)任務(wù)目標(biāo)。這對(duì)新型設(shè)計(jì)特別重要。任務(wù)目標(biāo)的失誤將造成經(jīng)濟(jì)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(jì)任務(wù)未作明確規(guī)定,設(shè)計(jì)的第一個(gè)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。約束條件技術(shù)性能準(zhǔn)則標(biāo)準(zhǔn)化準(zhǔn)則可靠性準(zhǔn)則安全性準(zhǔn)則約束條件技術(shù)性能準(zhǔn)則技術(shù)性能包括產(chǎn)品功能、制造和運(yùn)行狀況在內(nèi)的一切性能，既指靜態(tài)性能，也指動(dòng)態(tài)性能。例如，產(chǎn)品所能傳遞的功率、效率、使用壽命、強(qiáng)度、剛度、抗摩擦、磨損性能、振動(dòng)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(dòng)會(huì)產(chǎn)生額外的動(dòng)載荷和變應(yīng)力，尤其是當(dāng)其頻率接近機(jī)械系統(tǒng)或零件的固有頻率時(shí)，將發(fā)生共振現(xiàn)象，這時(shí)振幅將急劇增大，有可能導(dǎo)至零件甚至整個(gè)系統(tǒng)的迅速損壞。振動(dòng)性穩(wěn)定準(zhǔn)則就是限制機(jī)械系統(tǒng)或零件的相關(guān)振動(dòng)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(jī)器工作時(shí)的發(fā)熱可能會(huì)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)。標(biāo)準(zhǔn)化準(zhǔn)則與機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)有關(guān)的主要標(biāo)準(zhǔn)大致有：概念標(biāo)準(zhǔn)化：設(shè)計(jì)過程中所涉及的名詞術(shù)語、符號(hào)、計(jì)量單位等應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)；實(shí)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(cè)量方法、試驗(yàn)方法等都應(yīng)按相應(yīng)規(guī)定實(shí)施。標(biāo)準(zhǔn)化準(zhǔn)則就是在設(shè)計(jì)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(jī)械零件設(shè)計(jì)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，從運(yùn)用范圍上來講，可以分為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)等級(jí)。從使用強(qiáng)制性來說，可分為必須執(zhí)行的和推薦使用的兩種?？煽啃詼?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(jì)的產(chǎn)品、部件或零件應(yīng)能滿足規(guī)定的可靠性要求。安全性準(zhǔn)則機(jī)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(shí)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(jī)安全性：指機(jī)器保證在規(guī)定條件下不出故障，能正常實(shí)現(xiàn)總功能的要求。工作安全性：指對(duì)操作人員的保護(hù)，保證人身安全和身心健康等等。環(huán)境安全性：指對(duì)機(jī)器周圍的環(huán)境和人不造成污染和危害。設(shè)計(jì)方法學(xué)設(shè)計(jì)方法學(xué)設(shè)計(jì)方法學(xué)的目的是將設(shè)計(jì)思維上升為理性過程，從而使設(shè)計(jì)能循一定的邏輯進(jìn)行，使更多的設(shè)計(jì)人員能作出好的設(shè)計(jì)。它大致包括以下一些內(nèi)容：1、將設(shè)計(jì)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(dòng)。2、將成功的或良好的設(shè)計(jì)儲(chǔ)存起來,建立設(shè)計(jì)資料庫,以供以后設(shè)計(jì)時(shí)參考或采用。3、在設(shè)計(jì)工作中引進(jìn)價(jià)值工程的概念和方法，對(duì)設(shè)計(jì)中的矛盾進(jìn)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(jì)中采用摩擦學(xué)、振動(dòng)學(xué)、斷裂力學(xué)、有限元法、可靠性設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)工程、人類工程學(xué)等新興學(xué)科的知識(shí)，提高設(shè)計(jì)的科學(xué)性，減少盲目性。5、將設(shè)計(jì)工作范圍擴(kuò)大，向前延伸到市場(chǎng)預(yù)測(cè)，向后延伸到售后服務(wù)。6、運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)以減少設(shè)計(jì)勞動(dòng)量、提高設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)質(zhì)量。展望展望將來機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)必將滲透到半導(dǎo)體制造、生物工程、納米技術(shù)和機(jī)器人等行業(yè)中去，在對(duì)社會(huì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)的同時(shí)，不斷完善自己，使理論進(jìn)一步創(chuàng)新。（1）進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性。即從系統(tǒng)觀點(diǎn)入手，把機(jī)械產(chǎn)品看作一個(gè)系統(tǒng)或整體，依賴計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、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(gè)子系統(tǒng)，采用各種現(xiàn)代設(shè)計(jì)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(jì)和匹配。（2）深化智能化設(shè)計(jì)。隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，設(shè)計(jì)要越來越多地考慮智能的因素。大量設(shè)計(jì)內(nèi)容都可通過建立模型，來描述機(jī)械產(chǎn)品的各種工況行為，對(duì)模型求解可預(yù)測(cè)產(chǎn)品的性能、設(shè)計(jì)的合理性和最優(yōu)性。例如，各類車輛性能評(píng)價(jià)的智能決策系統(tǒng)，齒輪箱設(shè)計(jì)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(jì)中。（3）更加注重綠色思想。綠色設(shè)計(jì)技術(shù)是對(duì)產(chǎn)品在其生命周期中，按符合環(huán)境保護(hù)、資源利用率最高、能源消耗最低的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的技術(shù)。要求設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)始終立足于人的身心健康、環(huán)境保護(hù)等，同時(shí)要求所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有可回收利用性，對(duì)環(huán)境的損害最小?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法通用現(xiàn)代專業(yè)現(xiàn)代現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法專業(yè)現(xiàn)代由機(jī)械設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)專業(yè)人員共同開發(fā)的計(jì)算機(jī)軟件，能夠反映和描述機(jī)械產(chǎn)品在實(shí)際工況下的各種損傷、失效和破壞的機(jī)理，可以定量分析和計(jì)算機(jī)械零件和機(jī)械的動(dòng)態(tài)行為，并形成固定的設(shè)計(jì)程序，這就是專業(yè)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，如：振動(dòng)分析和設(shè)計(jì)，摩擦學(xué)設(shè)計(jì)，熱力學(xué)傳熱設(shè)計(jì)，強(qiáng)度、剛度設(shè)計(jì)，溫度場(chǎng)分析等等。這些軟件都是在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)出來的。例如：用Pro/M軟件分析機(jī)械裝置的動(dòng)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(jì)參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。通用現(xiàn)代為了滿足機(jī)械產(chǎn)品性能的高要求，在機(jī)械設(shè)計(jì)中大量采用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)和系統(tǒng)分析，這就是通用的現(xiàn)代設(shè)計(jì)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(duì)機(jī)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(jì)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是最優(yōu)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的移植和應(yīng)用，其基本思想是根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的理論，方法和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等建立一反映工程設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)計(jì)算技術(shù)自動(dòng)找出設(shè)計(jì)問題的最優(yōu)方案。它是機(jī)械設(shè)計(jì)理論與優(yōu)化數(shù)學(xué)、電子計(jì)算機(jī)相互結(jié)合而形成的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。2仿真與虛擬設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為工具“建立實(shí)際或聯(lián)想的系統(tǒng)模型”并在不同條件下對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)的一門綜合性技術(shù)。而虛擬技術(shù)的本質(zhì)是以計(jì)算機(jī)支持的仿真技術(shù)為前提，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，實(shí)時(shí)地并行地模擬出產(chǎn)品開發(fā)全過程及其對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測(cè)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(hù)性和可拆卸性等，從而提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一次成功率。這種方法不但縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，也實(shí)現(xiàn)了縮短產(chǎn)品開發(fā)與用戶之間的距離。名詞術(shù)語名詞術(shù)語