关于机械设计的概述

舒迎春

【摘 要】机械设计（machine design）通常是指，按照客户使用的需求对机械的润滑方法、能量传递、工作原理、零件尺寸材料以及运动方式等进行分析和计算，作为以此制作的参考依据的工作流程。设计是为了能够将现有的条件进行整合，考虑各方面的因素，通过制造最终形成产品，为人类服务。本文针对机械设计展开研究和分析。

【关键词】机械设计；设计过程；运动方案

0.引言

机械设计的最终的目的是运用各种现有条件（计算手段、材料、理论知识以及加工能力等），设计出最优秀的机械，或者称为优化设计。机械设计通常需要综合多方面的因素进行考虑，通常的要求有：环境污染小、尺寸和重量小、总做性能良好、耗损率低、制造成本地等等。但是这些需求洪有一些是相互矛盾的，且机械的需求和用途也是不同的。因此，设计者在进行设计的过程中，需要综合考虑多方面的因素，尽量满足用户的需求。历史上的机械设计通常是根据自己的经验以及理论知识进行的，目前我国科学技术发展较为迅速，设计者可根据计算机的统计数据。机械的相关材料以及用户的需求等进行设计。

1.机械设计概念的论述

机械设计通常是指，按照客户使用的需求对机械的润滑方法、能量传递、工作原理、零件尺寸材料以及运动方式等进行分析和计算，作为以此制作的参考依据的工作流程。设计是为了能够将现有的条件进行整合，考虑各方面的因素，通过制造最终形成产品，为人类服务。

1.1机械设计的基本要求

机械设计的基本要求通常有以下几点：环保方面的要求、机器用途方面的要求、经济适用性要求以及造型方面的要求[1]。机械设计应当在原有设计的基础上对机械进行重新设计或者对机械的局部进行改造。运用当前较为先进的技术，采用的新的设计理念进行设计。对于机械零件的要求通常是在降低成本的情况下保证零件的工作能力。零件的工作能力通常是指在工作环境特定的情况下的承载力。在对机械零件进行设计时，需要保证材料运用合理，降低材料的成本费用。还需对零件的工艺性做出保证，有效的减制造的费用。除此之外，还需尽量将设计过程简化，节约工作时间。

1.2机械设计的分类

机械设计通常可分为变形设计、开发性设计以及适应性设计。

变形性设计通常是在保证工作原理不改变的条件小，对于现有的产品的尺寸以及配置进行优化，或者增加一些型号[2]。扩大机械的工作范围，满足更多工作的需求。

开发性通常是指对原有机械的设计方案以及工作原理进行重新改革。

适应性设计通常是指在机械的原理方案保持不变的情况下，对于机械的局部进行重新设计或者更换新的部件，是机械产品更加符合工作的需求。

1.3机械设计过程

机械的设计过程通常是指从确定设计任务到编制技术的文件之间运用的工作流程。机械设计的过程通常可分为以下四个阶段：决策、评估以及改进；产品的规划；技术方案的设计以及原理方案的设计。

决策、评估以及改进主要包括机械采用的调试、加工以及安装制造出的样本机器，然后对样本机器试运行或在生产现场进行使用，发现问题及时调整。

产品的规划主要包括机械设计的任务以及提出相应设计任务书。

技术方案的设计主要包括将设计的而结果用工程图或者计划书的形式进行展现。

原理方案的设计通常包括确定机械的工作原理以及机械运动的方案，画出关于机械运动的简图。

1.4机械设计零件的设计

对于机械零件的设计通常可根据工作需求绘制出较为完整零件工作图，并且制定相关的技术要求，将计算说明书以及相关的技术文件及时的编制出来。还需对零件的参数的选择，选定最为合适的材料，按照计算的准则将零件的主要尺寸及进行确定，要综合各方面的因素（主要包括成本、工作原理以及结构等）进行考虑[3]。根据机器的具体运转情况以及简单的计算方案将零件的载荷进行确定。然后对零件的结构进行设计，在工作的过程中，对零件的工作情况进行分析，对于零件失效的形式进行判断，找出正确的计算准则，对零件进行调整。在设计的过程中，这个极端是不能避免的且需要反复进行才能够得到最佳的效果。需注意的是，在对零件进行设计的过程中，设计时间通常要根据工作情况进行简化，因此计算的条件都会具有一定的假定性，需要根据实际的应用情况对零件进行调整。

零件材料的选择通常包括复合性材料、非金属性材料、黑色金属以及有色金属等；黑色金属通常包括铸钢、钢、以及铸铁；非金属材料包括橡胶、塑料以及陶瓷。有色金属通常包括铜合金以及铝合金。

除了对设计方面的问题进行及时的纠正外，对于零件失效的问题也要进行关注。零件失效通常是指在特定的工作条件下，机械零件失去了正常的工作能力。零件的失效形式通常可分为：可靠性失效、噪声失效、磨损失效、强度失效、精度失效以及刚度失效等等。零件出现失效的情况可能是由于震动或大或者共振、零件发生断裂或者零件变形过大导致的。因此在设计以及实验的过程中，一定要注意零件的尺寸、磨损度以及载荷力。

2.机械系统运动方案的设计

机械运动系统方案通常是从运动学的角度入手，机械的系统的基本工程通常是机械运动的变化、生成以及传递等。在机械系统中，动力系统能够生成原始的机械运动，经过传动系统的传递，通过执行系统后才能够实现目标输出[4]。在日常工作中，机械设计产品通常是较为复杂的，不可能直接满足总功能方案的需求，因此，需要按照系统分解的原理进行功能的分解，将总体的功能分为多种功能单位，对这些较为简单的功能单位进行就求解，充分运用组合的方式，由此形成多个总功能求解的功能原理方案。可通过下列几种手段进行，即功能合成、确定总功能以及功能分解。

功能合成主要是将分功能与基本功能相结合，形成较为明确的功能结构，更方面操作。确定总功能主要是根据设计任务的需求，通过对机械系统运动的形式合理的设定，体现出本质功能。功能分解是指将总功能分为一个个独立的单位，将一部分解至不可再分解的基本功能。机械系统设计的基本原则通常有以下几种形式：即保证机械安全运转、合理安排机械效率、采用精简的运动链、合理分配转动比等等，再设计的过程中，需要严格遵照这几项原则对机械系统进行调整，保证机械设计的顺利进行。

3.结语

现代机械设计将传统设计中的类比法以及经验提升至系统的、逻辑严密的以及理性设计形式，在静态分析的基础上，增加了动态多变量的最优化[5]。现代机械设计将设计对象看做是系统的，同时综合考虑到了各方面的因素，将机械系统进行调整，达到最佳状态，更好的为生产服务。

【参考文献】

[1]袁祖强，倪受东，齐新丹.“机械设计”、“机械设计基础”课程设计标准体系的研究[J].中国科技信息，2009（13）：12-15.

[2]郏维强，冯毅雄，谭建荣，安相华，赵鑫.面向维修的复杂装备模块智能聚类与优化求解技术[J].计算机集成制造系统，2009（08）：06-09.

[3]杨琨林，李彦熊，熊艳立，李文强.基于设计流与知识流交互的产品创新求解模型研究与实现[J].计算机集成制造系统，2010（20）：19-22.

[4]尹碧菊，李彦长，熊艳菲，李翔龙.基于概念设计思维模型的计算机辅助创新设计流程研究[J].计算机集成制造系统，2009（11）：10-13.

[5]山东省人民政府副省长李兆前在山东省机械设计研究院建院五十周年庆典暨产学研合作创新发展高峰论坛上的讲话[J].现代制造技术与装备，2009（06）：05-08.