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首頁(yè) > 機(jī)械設(shè)計(jì)概述
主要內(nèi)容
1、機(jī)械在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位和作用。
2、機(jī)械設(shè)計(jì)人員應(yīng)具有的素質(zhì)。
3、“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程的性質(zhì)、任務(wù)及學(xué)習(xí)方法。
4、機(jī)械的構(gòu)成及功能結(jié)構(gòu)。
5、機(jī)械設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。
基本要求
1、了解機(jī)械在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位和作用。
2、了解機(jī)械設(shè)計(jì)人員應(yīng)具有哪些素質(zhì)。
3、了解“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程的性質(zhì)、任務(wù)及學(xué)習(xí)方法。
4、了解機(jī)械的構(gòu)成及功能結(jié)構(gòu)。
5、了解機(jī)械設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。
§1-1 緒論
一、《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位與作用
機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)水平的主要標(biāo)志之一，它肩負(fù)著為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門提供技術(shù)裝備和促進(jìn)技術(shù)改造的重要任務(wù)，在現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)程中起著主導(dǎo)和決定性的作用。
機(jī)械設(shè)計(jì)是為了滿足機(jī)器的某些特定功能要求而進(jìn)行的創(chuàng)造性過(guò)程，即用新的原理或新的概念，開(kāi)發(fā)創(chuàng)造出新的產(chǎn)品，或?qū)ΜF(xiàn)有機(jī)器局部進(jìn)行創(chuàng)造性的改革。機(jī)械設(shè)計(jì)是生產(chǎn)機(jī)械產(chǎn)品的第一道工序，設(shè)計(jì)質(zhì)量的高低，在很大程度上影響著產(chǎn)品質(zhì)量的高低。本課程將直接擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)人才的任務(wù)。
二、機(jī)械設(shè)計(jì)人員應(yīng)具有的素質(zhì)
機(jī)械設(shè)計(jì)是一門綜合性很強(qiáng)的工作，機(jī)械設(shè)計(jì)人員為了能很好地適應(yīng)這一工作，必須具備下列基本素質(zhì)：
1、深厚的理論基礎(chǔ)和廣博的專業(yè)知識(shí)：只有具備廣博的理論基礎(chǔ)，才能充分考慮、理解并正確處理設(shè)計(jì)中的各種問(wèn)題，才可能進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)工作。
2、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)：設(shè)計(jì)時(shí)要將制造、安裝、使用維護(hù)等問(wèn)題統(tǒng)一起來(lái)考慮，這就要求設(shè)計(jì)者應(yīng)有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
3、高度的責(zé)任感，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)：設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)的技術(shù)合理性和設(shè)計(jì)后果負(fù)責(zé)，應(yīng)一絲不茍地工作，必須把提高產(chǎn)品質(zhì)量放在設(shè)計(jì)工作的首位。
4、創(chuàng)造性的思維能力：設(shè)計(jì)過(guò)程是創(chuàng)造性思維的過(guò)程，這就要求設(shè)計(jì)人員平時(shí)養(yǎng)成勤于觀察和思考的習(xí)慣，應(yīng)善于運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行歸納、推理、分析與綜合，不斷開(kāi)拓新產(chǎn)品。
5、虛心學(xué)習(xí)和不斷進(jìn)取的精神：要養(yǎng)成善于學(xué)習(xí)、積累資料的良好習(xí)慣。
三、《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程的性質(zhì)與任務(wù)
性質(zhì)：是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生必修的一門設(shè)計(jì)性質(zhì)的技術(shù)基礎(chǔ)課，是學(xué)習(xí)許多后續(xù)課程和從事機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
任務(wù)：逐步培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和創(chuàng)造性思維能力；了解國(guó)家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策；掌握設(shè)計(jì)機(jī)械所必須的基本知識(shí)、基本技能和基本方法；初步具備設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置和簡(jiǎn)單機(jī)械的能力；培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用各種知識(shí)和技術(shù)資料、處理機(jī)械設(shè)計(jì)中各種問(wèn)題的能力；培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及手冊(cè)的能力，使學(xué)生獲得實(shí)驗(yàn)技能的基本訓(xùn)練。
四、《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程的學(xué)習(xí)方法
著重基本概念的理解和基本設(shè)計(jì)方法的掌握，不強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的理論分析；著重理解公式建立的前提、意義和應(yīng)用，不強(qiáng)調(diào)對(duì)理論公式的具體推導(dǎo)；注意密切聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，努力培養(yǎng)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力；應(yīng)根據(jù)零部件的工作狀況進(jìn)行受力和失效分析，并根據(jù)功能要求和設(shè)計(jì)約束，建立設(shè)計(jì)計(jì)算公式，要重視公式的應(yīng)用和具體設(shè)計(jì)方法的掌握，不要把主要精力放在公式的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和公式的記憶上。
§1-2 機(jī)器的構(gòu)成及其功能結(jié)構(gòu)
一 、機(jī)器的構(gòu)成
機(jī)器一般可視為主要由原動(dòng)機(jī)、工作機(jī)、傳動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)及一些輔助裝置等部分構(gòu)成，如圖1-1。
圖1-1 機(jī)器的組成
原動(dòng)機(jī)：是驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)器以完成預(yù)定功能的動(dòng)力源。一般來(lái)說(shuō)，它是把其它形式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出絕大多數(shù)呈旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，輸出一定的轉(zhuǎn)矩。
工作機(jī)：是用來(lái)完成機(jī)器預(yù)定功能的組成部分。一部機(jī)器可以只有一個(gè)執(zhí)行部分，也可以把機(jī)器的功能分解成好幾個(gè)執(zhí)行部分。
傳動(dòng)裝置：用來(lái)連接原動(dòng)機(jī)部分和執(zhí)行部分，它將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行部分所需的運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)。例如：把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)；高轉(zhuǎn)速變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速；小轉(zhuǎn)矩變?yōu)榇筠D(zhuǎn)矩等。
二 、功能分析
功能分析是機(jī)械設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，首先必須進(jìn)行功能分析，明確功能要求，設(shè)計(jì)出機(jī)器的功能結(jié)構(gòu)圖，然后再進(jìn)行各個(gè)階段的設(shè)計(jì)。只有這樣，才能不受現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的束縛，形成新的設(shè)計(jì)構(gòu)思，提出創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)方案。
不同機(jī)器的功能結(jié)構(gòu)圖是不同的，甚至總功能要求相同，也可以設(shè)計(jì)出不同方案的功能結(jié)構(gòu)圖，因此，設(shè)計(jì)者應(yīng)能從多種可行方案中選出較優(yōu)者，并以此為依據(jù)，進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)各個(gè)階段的設(shè)計(jì)?！ ?nbsp;
三、機(jī)器實(shí)例
表1-1 機(jī)器實(shí)例
§1-3 機(jī)械設(shè)計(jì)的概念和特點(diǎn)
一、機(jī)械設(shè)計(jì)的概念
"設(shè)計(jì)"具有廣泛的含義，一般認(rèn)為，設(shè)計(jì)是根據(jù)市場(chǎng)需求，對(duì)技術(shù)系統(tǒng)、零部件、工藝方法等進(jìn)行計(jì)劃和決策的過(guò)程。從市場(chǎng)需求出發(fā)，通過(guò)構(gòu)思、計(jì)劃和決策，確定機(jī)械產(chǎn)品的功能、原理方案、技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)等，并把設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，這樣一種技術(shù)實(shí)踐活動(dòng)的過(guò)程，就是機(jī)械設(shè)計(jì)。
二、機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程
機(jī)械設(shè)計(jì)工作階段的劃分，不同的國(guó)家，甚至不同企業(yè)均不盡相同，大致上可分為計(jì)劃階段、原理方案設(shè)計(jì)階段、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)階段、總體設(shè)計(jì)階段、施工設(shè)計(jì)階段和試制、生產(chǎn)、銷售階段等，每個(gè)階段的大致內(nèi)容和目標(biāo)如圖1-2所示。
圖1-2 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的一般模式
三、機(jī)械設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
1、特點(diǎn)
1) 機(jī)械設(shè)計(jì)中認(rèn)知過(guò)程的漸變性
產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一個(gè)從抽象到具體的演化過(guò)程。設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不斷豐富和完善產(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息，直到完成整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一個(gè)逐步求精和細(xì)化的過(guò)程。產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一個(gè)反復(fù)修改和迭代的過(guò)程，在此過(guò)程中，設(shè)計(jì)者需要不斷的修改某些設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)，以達(dá)到最終的設(shè)計(jì)要求。
2) 設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)管理的復(fù)雜性
產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程管理要求能夠?qū)φ麄€(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程從需求分析、概念設(shè)計(jì)、直到最終設(shè)計(jì)完成進(jìn)行組織、協(xié)調(diào)和控制，并且能夠?qū)γ恳粋€(gè)階段所需要的設(shè)備、工具、人員等進(jìn)行分配、組織和管理。
3) 設(shè)計(jì)過(guò)程中以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向的必要性
產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的目的是為了滿足市場(chǎng)的需求，因此，用戶的滿意程度是衡量產(chǎn)品優(yōu)劣的重要指標(biāo)。注重市場(chǎng)調(diào)查和預(yù)測(cè)，明確市場(chǎng)需要什么，是設(shè)計(jì)師經(jīng)常關(guān)心的問(wèn)題。
4) 設(shè)計(jì)過(guò)程中增強(qiáng)社會(huì)環(huán)境意識(shí)、建立可持續(xù)發(fā)展觀念的必要性
2、創(chuàng)新和優(yōu)化
(1) 創(chuàng)新
1) 機(jī)械設(shè)計(jì)的核心是創(chuàng)新
在機(jī)械設(shè)計(jì)中必須突出創(chuàng)新的原則，通過(guò)直覺(jué)、推理、組合等途徑，探求創(chuàng)新設(shè)計(jì)的原理方案和結(jié)構(gòu)，做到有所發(fā)明，有所創(chuàng)造，有所前進(jìn)。
2) 產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新的方向
一是能滿足大范圍當(dāng)前需求的產(chǎn)品創(chuàng)新；二是研究開(kāi)發(fā)具有重要技術(shù)進(jìn)步，且為我所獨(dú)有、技術(shù)含量高、在市場(chǎng)上具有競(jìng)爭(zhēng)力的新產(chǎn)品。
3) 產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新的主要類型
第一種是無(wú)重要新技術(shù)，但在形式上有所創(chuàng)新；第二種是含有重要的高新技術(shù)，使產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力有新的、更重要的提高；第三種是有完全創(chuàng)新的功能。
4) 創(chuàng)造性思維
創(chuàng)造性思維使人們突破各種約束，在一切領(lǐng)域內(nèi)開(kāi)創(chuàng)新的局面。創(chuàng)造性思維具有獨(dú)創(chuàng)性 、連動(dòng)性、多向性和綜合性的特點(diǎn)。
(2)優(yōu)化
在通常情況下，滿足約束條件的機(jī)械問(wèn)題的解都不是唯一的，而是存在多種可行方案。因此需從諸多可行方案中進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到最優(yōu)解。作為設(shè)計(jì)人員必須對(duì)擇優(yōu)問(wèn)題予以高度重視。優(yōu)化方法的發(fā)展過(guò)程如下：
1) 基于經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
是原始的優(yōu)化，或被動(dòng)的自然優(yōu)化。其質(zhì)量取決于專家經(jīng)驗(yàn)的多少和經(jīng)驗(yàn)的可靠程度。
2) 基于計(jì)算機(jī)的枚舉尋優(yōu)
用計(jì)算機(jī)計(jì)算出各種可行方案，結(jié)合人工判斷尋優(yōu)。
3) 基于數(shù)學(xué)規(guī)劃的尋優(yōu)方法
是定量的優(yōu)化方法，適合于解決機(jī)械設(shè)計(jì)中的參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題。
4) 工程優(yōu)化和人工智能優(yōu)化
能解決不少數(shù)學(xué)規(guī)劃方法不能勝任的工程優(yōu)化問(wèn)題。
3、機(jī)械設(shè)計(jì)中的產(chǎn)品成本問(wèn)題
好的設(shè)計(jì)不但要技術(shù)先進(jìn)，制造可行，操作方便，而且要經(jīng)濟(jì)合理。所謂經(jīng)濟(jì)合理，其核心就是降低產(chǎn)品的成本?？梢哉f(shuō)，產(chǎn)品成本的高低，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的階段就基本上確定了，因此，降低產(chǎn)品成本，永遠(yuǎn)是設(shè)計(jì)人員的一項(xiàng)主要任務(wù)，是機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的一個(gè)永恒的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。設(shè)計(jì)人員進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，必須牢固地樹立經(jīng)濟(jì)效益的觀念，對(duì)每一個(gè)零部件進(jìn)行功能成本分析，確定合理的技術(shù)指標(biāo)和成本目標(biāo)。
4、機(jī)械設(shè)計(jì)中的可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題
1) 所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)符合國(guó)家科技政策和國(guó)家科技發(fā)展規(guī)劃的目標(biāo)：要設(shè)計(jì)出具有競(jìng)爭(zhēng)力的先進(jìn)產(chǎn)品，還應(yīng)很好的了解國(guó)家不同時(shí)期的科技政策和科技發(fā)展規(guī)劃；
2) 所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)符合減少三廢對(duì)環(huán)境污染的要求；
3) 所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)符合人機(jī)系統(tǒng)安全、可靠的要求；
4) 所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品應(yīng)有利于提高生產(chǎn)力；
5) 資源的合理利用。
