舒迎春

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

【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計；設(shè)計過程；運(yùn)動方案

0.引言

機(jī)械設(shè)計的最終的目的是運(yùn)用各種現(xiàn)有條件（計算手段、材料、理論知識以及加工能力等），設(shè)計出最優(yōu)秀的機(jī)械，或者稱為優(yōu)化設(shè)計。機(jī)械設(shè)計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)計者在進(jìn)行設(shè)計的過程中，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)計通常是根據(jù)自己的經(jīng)驗以及理論知識進(jìn)行的，目前我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展較為迅速，設(shè)計者可根據(jù)計算機(jī)的統(tǒng)計數(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。

1.機(jī)械設(shè)計概念的論述

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

1.1機(jī)械設(shè)計的基本要求

機(jī)械設(shè)計的基本要求通常有以下幾點：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)計應(yīng)當(dāng)在原有設(shè)計的基礎(chǔ)上對機(jī)械進(jìn)行重新設(shè)計或者對機(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)計理念進(jìn)行設(shè)計。對于機(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。在對機(jī)械零件進(jìn)行設(shè)計時，需要保證材料運(yùn)用合理，降低材料的成本費(fèi)用。還需對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)計過程簡化，節(jié)約工作時間。

1.2機(jī)械設(shè)計的分類

機(jī)械設(shè)計通?？煞譃樽冃卧O(shè)計、開發(fā)性設(shè)計以及適應(yīng)性設(shè)計。

變形性設(shè)計通常是在保證工作原理不改變的條件小，對于現(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[2]。擴(kuò)大機(jī)械的工作范圍，滿足更多工作的需求。

開發(fā)性通常是指對原有機(jī)械的設(shè)計方案以及工作原理進(jìn)行重新改革。

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

1.3機(jī)械設(shè)計過程

機(jī)械的設(shè)計過程通常是指從確定設(shè)計任務(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)計的過程通常可分為以下四個階段：決策、評估以及改進(jìn)；產(chǎn)品的規(guī)劃；技術(shù)方案的設(shè)計以及原理方案的設(shè)計。

決策、評估以及改進(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，然后對樣本機(jī)器試運(yùn)行或在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行使用，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整。

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

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

原理方案的設(shè)計通常包括確定機(jī)械的工作原理以及機(jī)械運(yùn)動的方案，畫出關(guān)于機(jī)械運(yùn)動的簡圖。

1.4機(jī)械設(shè)計零件的設(shè)計

對于機(jī)械零件的設(shè)計通常可根據(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，將計算說明書以及相關(guān)的技術(shù)文件及時的編制出來。還需對零件的參數(shù)的選擇，選定最為合適的材料，按照計算的準(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)情況以及簡單的計算方案將零件的載荷進(jìn)行確定。然后對零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，在工作的過程中，對零件的工作情況進(jìn)行分析，對于零件失效的形式進(jìn)行判斷，找出正確的計算準(zhǔn)則，對零件進(jìn)行調(diào)整。在設(shè)計的過程中，這個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，在對零件進(jìn)行設(shè)計的過程中，設(shè)計時間通常要根據(jù)工作情況進(jìn)行簡化，因此計算的條件都會具有一定的假定性，需要根據(jù)實際的應(yīng)用情況對零件進(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。

除了對設(shè)計方面的問題進(jìn)行及時的糾正外，對于零件失效的問題也要進(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А⒃肼暿?、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或大或者共振、零件發(fā)生斷裂或者零件變形過大導(dǎo)致的。因此在設(shè)計以及實驗的過程中，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)動方案的設(shè)計

機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)方案通常是從運(yùn)動學(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)動的變化、生成以及傳遞等。在機(jī)械系統(tǒng)中，動力系統(tǒng)能夠生成原始的機(jī)械運(yùn)動，經(jīng)過傳動系統(tǒng)的傳遞，通過執(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，對這些較為簡單的功能單位進(jìn)行就求解，充分運(yùn)用組合的方式，由此形成多個總功能求解的功能原理方案。可通過下列幾種手段進(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)計任務(wù)的需求，通過對機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動的形式合理的設(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個獨立的單位，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、采用精簡的運(yùn)動鏈、合理分配轉(zhuǎn)動比等等，再設(shè)計的過程中，需要嚴(yán)格遵照這幾項原則對機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，保證機(jī)械設(shè)計的順利進(jìn)行。

3.結(jié)語

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計將傳統(tǒng)設(shè)計中的類比法以及經(jīng)驗提升至系統(tǒng)的、邏輯嚴(yán)密的以及理性設(shè)計形式，在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，增加了動態(tài)多變量的最優(yōu)化[5]。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計將設(shè)計對象看做是系統(tǒng)的，同時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)】

[1]袁祖強(qiáng)，倪受東，齊新丹.“機(jī)械設(shè)計”、“機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)”課程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)體系的研究[J].中國科技信息，2009（13）：12-15.

[2]郟維強(qiáng)，馮毅雄，譚建榮，安相華，趙鑫.面向維修的復(fù)雜裝備模塊智能聚類與優(yōu)化求解技術(shù)[J].計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2009（08）：06-09.

[3]楊琨林，李彥熊，熊艷立，李文強(qiáng).基于設(shè)計流與知識流交互的產(chǎn)品創(chuàng)新求解模型研究與實現(xiàn)[J].計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2010（20）：19-22.

[4]尹碧菊，李彥長，熊艷菲，李翔龍.基于概念設(shè)計思維模型的計算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計流程研究[J].計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2009（11）：10-13.

[5]山東省人民政府副省長李兆前在山東省機(jī)械設(shè)計研究院建院五十周年慶典暨產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇上的講話[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2009（06）：05-08.