舒迎春

【摘 要】機械設(shè)計（machine design）通常是指，按照客戶使用的需求對機械的潤滑方法、能量傳遞、工作原理、零件尺寸材料以及運動方式等進行分析和計算，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)。本文針對機械設(shè)計展開研究和分析。

【關(guān)鍵詞】機械設(shè)計；設(shè)計過程；運動方案

0.引言

機械設(shè)計的最終的目的是運用各種現(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)秀的機械，或者稱為優(yōu)化設(shè)計。機械設(shè)計通常需要綜合多方面的因素進行考慮，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，且機械的需求和用途也是不同的。因此，設(shè)計者在進行設(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。歷史上的機械設(shè)計通常是根據(jù)自己的經(jīng)驗以及理論知識進行的，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)計算機的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。機械的相關(guān)材料以及用戶的需求等進行設(shè)計。

1.機械設(shè)計概念的論述

機械設(shè)計通常是指，按照客戶使用的需求對機械的潤滑方法、能量傳遞、工作原理、零件尺寸材料以及運動方式等進行分析和計算，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機械設(shè)計的基本要求

機械設(shè)計的基本要求通常有以下幾點：環(huán)保方面的要求、機器用途方面的要求、經(jīng)濟適用性要求以及造型方面的要求[1]。機械設(shè)計應(yīng)當(dāng)在原有設(shè)計的基礎(chǔ)上對機械進行重新設(shè)計或者對機械的局部進行改造。運用當(dāng)前較為先進的技術(shù)，采用的新的設(shè)計理念進行設(shè)計。對于機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。在對機械零件進行設(shè)計時，需要保證材料運用合理，降低材料的成本費用。還需對零件的工藝性做出保證，有效的減制造的費用。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機械設(shè)計的分類

機械設(shè)計通常可分為變形設(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行優(yōu)化，或者增加一些型號[2]。擴大機械的工作范圍，滿足更多工作的需求。

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

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

1.3機械設(shè)計過程

機械的設(shè)計過程通常是指從確定設(shè)計任務(wù)到編制技術(shù)的文件之間運用的工作流程。機械設(shè)計的過程通?？煞譃橐韵滤膫€階段：決策、評估以及改進；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、評估以及改進主要包括機械采用的調(diào)試、加工以及安裝制造出的樣本機器，然后對樣本機器試運行或在生產(chǎn)現(xiàn)場進行使用，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行展現(xiàn)。

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

1.4機械設(shè)計零件的設(shè)計

對于機械零件的設(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）進行考慮[3]。根據(jù)機器的具體運轉(zhuǎn)情況以及簡單的計算方案將零件的載荷進行確定。然后對零件的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，在工作的過程中，對零件的工作情況進行分析，對于零件失效的形式進行判斷，找出正確的計算準(zhǔn)則，對零件進行調(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)進行才能夠得到最佳的效果。需注意的是，在對零件進行設(shè)計的過程中，設(shè)計時間通常要根據(jù)工作情況進行簡化，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)計方面的問題進行及時的糾正外，對于零件失效的問題也要進行關(guān)注。零件失效通常是指在特定的工作條件下，機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.機械系統(tǒng)運動方案的設(shè)計

機械運動系統(tǒng)方案通常是從運動學(xué)的角度入手，機械的系統(tǒng)的基本工程通常是機械運動的變化、生成以及傳遞等。在機械系統(tǒng)中，動力系統(tǒng)能夠生成原始的機械運動，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行就求解，充分運用組合的方式，由此形成多個總功能求解的功能原理方案?？赏ㄟ^下列幾種手段進行，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，通過對機械系統(tǒng)運動的形式合理的設(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：即保證機械安全運轉(zhuǎn)、合理安排機械效率、采用精簡的運動鏈、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械系統(tǒng)進行調(diào)整，保證機械設(shè)計的順利進行。

3.結(jié)語

現(xiàn)代機械設(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，將機械系統(tǒng)進行調(diào)整，達到最佳狀態(tài)，更好的為生產(chǎn)服務(wù)。

【參考文獻】

[1]袁祖強，倪受東，齊新丹.“機械設(shè)計”、“機械設(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，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].計算機集成制造系統(tǒng)，2009（08）：06-09.

[3]楊琨林，李彥熊，熊艷立，李文強.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輔助創(chuàng)新設(shè)計流程研究[J].計算機集成制造系統(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.