卡圈安装机床设计

摘 要：机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一，总体看来，我国的生产力水平较低、技术落后。机械装备加工范围局限，因此，需要设计专用设备以提高生产率，满足用户需求。此次设计包括机床的总体布局设计，总体设计中设置了电气装置、推料装置、料仓、尾座、床身等一系列装置，并且满足结构合理、简单、实用的要求。卡圈安装专用机床以其独特的优点在机械设计中占有重要的地位。总而言之，机床总体及夹具设计达到了设计任务书的要求，提高了整台床整体的性价比，具有良好的经济效益。由于 solidworks 的可视化和参数化设计，而且易用，所以设计图都是先用 SolidWorks 软件进行三维建模，然后将三维模型转化为工程图而得到。关键词：卡圈、自动安装、机床AbstractThe production level of the mechanical industry is one of the Countrys level of the modernized construction.It seems in totally,we have low productive forces and backward in technique in our Country.There is a big gap between our Countrys processing precision and scope of the mechanical facilities and ones of developed Countries.Large number of equipments can not fulfil the requirement of modern technique and processing scope is limited.So we need to design the special equipments to improve the productivity and meet the consumers demand.This design including the engine bed overall layout design, It established the electricity equipment,the hardware pushing equipment, loose rib box，empennage，bed body etc a series of equipments.It satisfied with the request that the structure is reasonable simple and practical.The rib automatic installation machine tool is an important part in machining design for its special. To sum it up, the whole tongs comes to the request of design the mission book, raising the whole function-price with whole tool machine, having a good economic performance. Because the designing with the parameter visually of solidworks, and easy to use, design drawings are all to carry on three-dimensional modeling in Solid works software first. Then transform the three-dimensional model to get the project picture. Key word ： loose rib， automatic installation，machine tool第一章 绪 论经过近 50 年的发展，机械工业已经成为我国工业中具有相当规模和一定技术基础的最大产业之一。1997 年实现销售收入 13651 亿元，占全国工业的21%；利润 257 亿元，税 621 亿元，分别占全国工业的 15%；出口创汇 363 亿美元，占全国外贸出口额的 20%。其发展速度高于同期工业的平均增长速度。尽管机械工业的综合技术水平近几年有了大幅度提高，但与工业发达国家相比，仍存在着阶段性的差距。差距等待着我们去改变，差距的改变也将改变着我们的生活。1. 1 课题来源及背景当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机技术的进步，各方用户提出更多需求，卡圈自动安装机床这样的专用机床早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的新战场。相比国外，我国机械工业处于世界中上游水平。改革开放以来，我国工业水平有了长足的发展，人民生活也有了很大的改善，因此对重工业的加工水平提出了更高的要求。发展重工业的基础便是一些辅助机械设备，要想使重工业得到更好的发展就要不断地研制各种类型的基础机械设备，基础设备的精度越高生产出的成品质量就越好，基础设备自动化程度越高，生产出的效率越高创造的价值越高，重工业发展就越迅速。今后如何加强机床工业实力、加速专用自动化机床产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务。111 课题来源在 21 世纪的今天，随着我国工业化和国民经济的快速发展，生产过程对质量和效率都有了更高的要求。通过机床来代替工人手动完成安装卡圈，既可以提高生产效率，保证产品质量又可以大幅度避免人身意外伤害，是一个有着广阔市场前景的项目，中国加入 WTO 后，正式参与世界市场激烈竞争，卡圈安装机床这类自动装配机床所起到的作用将为我国在世界市场提供有利的竞争条件。112 课题背景近年来，机械工业企业自主开发创新能力有所增强，现如今针对卡圈自动的机器只有为数不多的几个欧美国家在少量生产，但在功能和技术上还有待改善。目前在国内市场上暂时还未发现该类相关产品的生产制造厂家，而该类产品在市场上的需求却日益增加。因此，设计并生产制造这种卡圈自动安装机床有着非常可观的经济效益和非常乐观的前景。1 2 国内外卡圈安装机床现状及发展趋势制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱，其生产总值一般占一个国家国内生产总值的 20%55%。在一个国家的企业生产力构成中，制造技术的作用一般占 60%左右。专家认为，世界上各个国家经济的竞争，主要是制造技术的竞争。其竞争能力最终体现在所生产的产品的市场占有率上。随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化，这种竞争日趋激烈，因而各国政府都非常重视对先进制造技术的研究。为适应市场需求的变化，各大生产商纷纷采取专业化生产，卡圈安装机床这类专业化机床的产生和发展就变成了一个等待人们去研究的问题。同时，以生产者为主导的生产方式逐步向以消费者为主导的定制生产方式转变。服务的个性化成为竞争成败的重要因素。高新技术的迅猛发展起到了推动、提升和改造的作用。信息装备技术、工业自动化技术、数控加工技术、机器人技术、先进的发电和输配电技术、电力电子技术、新材料技术和新型生物、环保装备技术等当代高新技术成果开始广泛应用于机械工业，其高新技术含量已成为市场竞争取胜的关键。121 国际卡圈安装机床现状及发展趋势发达国家重视机械制造业的发展，美国、德国、日本的卡圈安装机床设计制造起步较早，基础扎实、水平很高，其总产值远远超过中国。机械工业全球化的规模生产已经成为各大跨国公司发展的主流。在不断联合重组，扩张竞争实力的同时，各大企业业纷纷加强对其主干业务的投资与研发，不断提高系统成套能力和个性化，多样化市场适应能力。以卡圈安装机床的销售额为例，销售额名列世界前 20 位的企业几乎来自北美洲、亚洲、欧洲，所占比例高达 99%，显示了三大洲在世界机械工业发展中的绝对统治地位。发达国家加大了产业转移的力度，机械产品中附加值低的产品被安排到市场潜在需求发展中国家生产。122 国内卡圈安装机床现状2008 年 1-7 月，中国进口金属加工机床 5.7 万台，价值 43.5 亿美元，增长 11.5%。其中卡圈安装机床 9531 台，价值 7.9 亿美元，分别增长 1.5%和36.9%。机械产品技术水平不高，达到 80 年代末、90 年代初国际先进水平的仅占18%，达到 80 年代中期国际水平的占 27%，其余产品均在 80 年代以前的水平线上。从总体上看，卡圈安装机械工业技术开发能力和技术基础薄弱，发展后劲不足；技术来源主要依靠引进国外技术，对国外技术的依存度较高，对引进技术的消化吸收仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有上升到形成产品自主开发能力和技术创新能力的高度。123 国内卡圈安装机床发展趋势面对不断扩大的市场需求，卡圈安装机床一类自动化机床的低国产化率问题日益凸显。虽然中国的自动化机床产业经过多年的摸索和发展也具备了一定的开发和生产能力，出现了以沈阳机床为代表的机床生产企业，但依然无法摆脱国内总体的技术和生产能力短期内无法与国外产品抗衡的现实。在不断提高自动化机床研发能力和国内生产企业竞争力的同时，逐渐扩大自动化机床的国产化率，以改变市场长期依赖进口的局面。1 3 课题内容及技术要求设计一种将卡圈安装到轴上去的自动化机械，相对于现在的卡圈钳来说，自动化的程度更高，适于大规模的安装卡圈，同时减轻了手工操作的繁重，节约了大量时间，提高了生产效率。131 课题内容卡圈安装机床的工作过程是工件通过支撑件 V 形块和电机驱动的尾座箱体固定后，首先由顶料装置把卡圈从料仓中垂直工件方向推出，卡圈到达指定位置后由推料装置来完成装配。如图 1.1。图 1.1132 技术要求1卡圈的规格及分类卡 圈 又 称 挡 圈 loose rib（ 见 图 1.2） 是 一 个 可 分 离 的 基 本 上 平 的 垫 圈 ，用 其 内 或 外 部 分 作 为 向 心 圆 柱 滚 子 轴 承 外 圈 或 内 圈 的 一 个 挡 边 。 图 1.2注 ： 本 设 计 为 导 辊 平 卡 圈 自 动 安 装 机 床市场现有卡圈产品有 1.国标（GB）系列紧固件，包括轴用挡圈，孔用挡圈，开口挡圈，平垫，波型垫圈，鞍形垫圈，锥形垫圈，内外齿垫圈，内外锯齿锁紧垫圈，锥形锯齿锁紧垫圈，止退垫圈，钢丝挡圈2.德标（DIN ）系列紧固件，包括DIN471，DIN472，DIN6798，DIN6799，DIN137A，DIN137B，DIN1253.冲压件，拉伸件(非标) 系列，包括轴承夹，冲压件，拉伸件，根据图纸或样品开发研制模具进行生产加工，以满足客户的要求。4.汽车冲压件，包括行星齿垫，则齿垫，5.聚酯薄膜垫圈系列。产品材质采用低碳钢、中碳钢、40CR、65 锰、sk5 、不锈钢、铝、铜等材料。表面处理采用镀蓝白锌、彩锌、黑锌、镍、铬、发黑、淬火、回火、渗碳等工艺。2导辊的最大长度辊体最大长度 1600mm，辊轴最大长度 1638mm，如图 1.3。图 1.3第二章 方案的比较设计2.1 方案比较卡圈自动安装机床的基本装置是由顶料装置、推理装置组成，顶料装置将卡圈顶到指定位置，再由推料装置完成卡圈的安装。211 顶料装置方案的比较顶料装置主要的作用是将卡圈从料仓中顶出，它是保证卡圈到达正确位置等待安装的关键部件。（1）采用气压顶料，在料仓上侧由气压将料仓中卡圈推下到指定位置，完成卡圈输送的任务。（2）卡圈的传送装置由电机驱动主运动采用的是旋转运动，要求采用良好的刚度材料。由一个圆盘形带孔工件绕卡圈仓与工件中间的轴旋转来运送卡圈，到达指定位置停止转动。211 推料装置方案的比较推料装置主要作用是将到达待安装位的卡圈水平推到轴上，达到最终的安装，推料装置一般采取液压缸提供动力，这部分设计的方案分歧出现在如何把内径小于轴径的卡圈推到轴承前，必须让卡圈有个胀大过程，产生以下两个方案。（1） 采用卡圈钳一样的结构，利用卡圈上的两个孔将卡圈胀大后推到轴上指定位置。（2） 采用一根锥形轴作为胀大卡圈的辅助工具，卡圈从轴径小端被推料装置推向轴时，由于锥度增大轴径也随着增大，卡圈内径也随着变大，起到了胀大卡圈的作用，完成轴上的安装。2 2 方案的设计经过以上各种方案的分析、对比，综合各种可能出现的情况，现在所采取的方案设计表示如下：221 顶料装置方案设计顶料装置设置于导辊安装端正上方，贴近料仓边缘，这样可以让卡圈经过最短位移到达待安装位，通过气压的推动将卡圈顶入装有弹簧片的滑道中，这样保证了卡圈不发生开口方向改变、不受顶料装置控制脱离设置脱落的情况，如图 2.1。 图 2.1 气缸选择缸 D=40mm 工作压力 0.151MPa 理论作用力 推力 502N 拉力 422N行程范围50mm 500mm系列 KK d B EE DD A WH VD H TG E ZL LDGB40 M12 16 34 G1/4 M6 30 45 21 3 40 55 170 30表 2.1222 尾座方案设计尾座采用伺服电机和气压结合的方式对导辊管限位，尾座的运动分为两级，第一级伺服电机运动，第二级气动压紧。这样做的优点是更容易控制尾座，进一步达到自动化、分等级顶紧导辊管。见图 2.2。选用伺服电机通过齿形带传递扭矩带动丝杠转动，通过丝杠螺母机构达到控制尾坐的目的，尾坐装有导轨滑块，在床体滑道上可以滑动，这就对电机的选用提出了要求。下表为四通电机 120MB 系列，从表 2.2 中确定伺服电机。伺服电机型号 单位 120MB040A 120MB055A 120MB075A 120MB100A 120MB150A额定输出 W 400 550 750 1000 1500额定转矩 Nm 3.82 5.25 7.16 9.55 14.33瞬间最大转矩 Nm 11.46 15.75 21.48 28.65 42.99转矩常数 Nm/A 1.60 1.60 1.60 1.60 1.60额定相电数 A 1.93 2.66 3.61 4.79 7.14瞬间最大相电流 A 5.79 7.98 10.83 14.37 21.42电机转子惯量 J 7.2 9.2 13.2 17.2 25.2额定转速 rpm 1000最高转速 rpm 1200电枢绕阻相电阻 15.90 9.79 5.46 3.70 2.02电枢绕阻相电感 mH 52.86 36.36 20.05 15.72 9.93机械时间常数 ms 4.48 3.53 2.82 2.49 1.66电器时间长度 ms 3.33 3.71 4.04 4.25 4.91编码器 P/R 2000/2500负载惯量 负载惯量电机转子惯量10（倍）表 2.2 伺服电机技术数据750W 交流 转矩 7.16Nm / 转速 1000rpm 根据需要本设计选用 120MB075A伺服电机。外形尺寸表 2.3。表 2.31确定主、从动轮转速由于该机构有两对变速轮和一个电机轴，为简化计算，假设可调节的变速轮为主动轮，而另一对变速轮则为从动轮。故 min/6951rn208传动名义功率： 75.0；电机轴转速 min/1390rn2选择带轮的节距（1）求出设计功率 d 由文献1表 9.3-11 查得载荷修正系数 8.10d= kwm35.17.080 （2）选择带的节距由 d=1.35kw 和 min/691rn，从文献1 图 9.3-4 查得带的节距代号为L，对应的节距为 52.b。（3）确定带轮直径和带节线长由文献1表 9.3-10 得：L 型带，小带轮转速为 min/6951rn时，带轮最小许用齿数为 120，取电机带轮齿数 40。（4）计算带长因两变速轮的中心距 a=160,则三轮的中心距之和为:L=160+330+390=880故选择长度代号为 390 的同步带，节线长 6.90pL，齿数 104b（5）选择带宽 sb根据设计要求， d,故带宽sb7.2614.02d由文献1表 9.3-1 选择带宽 sb=30，许用工作拉力由文献 1表 9.3-11 得NTa46.结果整理：L 型同步带， 52.9b， 104b， 6.90pL， sb=30电机带轮齿数 140工作原理：伺服电机装有凸缘联轴器带动齿形带，齿形带传递转矩使丝杠转动，丝杠旋转使装有滚珠螺母的尾坐前进和后退，达到尾座的第一级运动，其特点为更快捷，更省时。图 2.2第三章 结构设计3.1 总体结构设计导辊卡圈安装机床是由顶料机构、尾座机构、推料机构三部分组成，这三部分在工作时既是独立的有事相互联系的。具体结构如图 3.1。图 3.1 卡圈安装机床总装图3.2 顶料装置结构设计顶料装置设置于导辊安装端正上方，贴近料仓边缘，这样可以让卡圈经过最短位移到达待安装位，通过气压的推动将卡圈顶入装有弹簧片的滑道中，这样保证了卡圈不发生开口方向改变、不受顶料装置控制脱离设置脱落的情况。设计需要先完成对料仓部分的设计，料仓采用和订书器一样的原理，卡圈被装在一个悬空的心轴上，心轴正下方有一个凸台，起到限定卡圈开口不变的作用，心轴固定在料仓的后盖板上，为了防止心轴转动，心轴与后盖板接触部分是方形的，伸出部分用锁紧螺母缩紧。料仓装有弹簧，达到卡圈自动输送的目的，弹簧与卡圈间的推板同样装在心轴上，料仓有两个，以便换料时不影响机床的工作，节省时间。两料仓安装在燕尾滑道上，两端用限位板限位，通过燕尾滑块斜镶条固定。料仓结构如图 3.2。图 3.2 料仓弹簧设计要求安装载荷(要求) F1=200 (N)安装高度 H1=56 (mm)工作载荷( 要求) F2=420 (N)工作行程 h=10 (mm)要求刚度 k=22 (N/mm)载荷作用次数 N=10000 (次)载荷类型 NType=类材料用油淬火回火碳素弹簧钢丝切变模量 G=79000 (MPa)弹性模量 E=206000 (MPa)抗拉强度 b=1373 (MPa)许用切应力 b=455 (MPa)弹簧端部型式 端部型式 sType=Y压并圈取值范围 n2=12.5 压并圈数 n2=2弹簧基本参数钢丝直径 d=4.5 (mm)弹簧中径 D=18.00 (mm)旋绕比 C=7.11 曲度系数 K=1.21 有效圈数 n=10 压并圈数 n2=6 弹簧总圈数 n1=32 实际刚度 k=20.6 (N/mm)校核与分析顶料机构的总装图见图 3.3。图 3.3 顶料装置3.3 尾座结构设计尾座主要采用丝杠螺母机构和带轮机构，伺服电机装有凸缘联轴器带动齿形带，齿形带传递转矩使丝杠转动，丝杠旋转使装有滚珠螺母的尾坐前进和后退，达到尾座的第一级运动由气缸顶紧完成第二级运动。传送带：传动功率 P1=4KW 主动轴转速 n1=1440r/min=41bPZd1小带直径 d=41 大带直径 d=62 啮合齿数系数 KZ=1 小带轮包角 1=171 基本额定功率 P0=0.145kW 带宽 bf=50.8mm 紧边张力 F1 =833N 松边张力F2=167N 压轴力 FQ =50.8N蜗杆计算：蜗杆输入功率 10kW 蜗杆转速 =1440r/min 涡轮转速1n=100r/min 蜗杆头数 =2 实际传动比 i=14.5 2n1Z材料选择 45 接触疲劳安全系数 1.1 弯曲疲劳安全系数 1.2使用寿命 T=8000 小时 212950nPT3.4 推料装置结构设计推料装置采用气压推动，选用 YG 系列液压缸（见表 3.1） ，主要设计重点在于推料头的设计，由于推料时推料头要经过锥形轴，所以做成中空的结构，如图 3.5。图 3.5表 3.11.轴径的初步估算估算轴的最小直径常用的方法有三种：（1）按扭转强度计算；（2）按经验公式计算；（3）类比法。本设计中没有同类型已有机器的轴的结构和尺寸，可分析对比；经验公式一般用于减速器设计时轴径的估算；故本设计采用第一种方法，按扭转强度计算。对于转轴，由于跨距未知，无法计算弯矩，在计算中只考虑转矩，而用降低许用应力的方法来考虑弯矩的影响。由材料力学可知，轴受转矩的作用时，其强度条件为： （3-8）3362.0159nPCd式中: 轴剖面中最大扭转剪应力（Mpa） ；P轴传递的功率（kW） ；n轴的转速（r/min） ；许用扭转剪应力（Mpa） ；C由许用扭转剪 应力确定的系数；d轴的直径（mm） 。查文献2表 102 得 C 的值为 106。由公式（3-8）的： 10.9 9.105.723190.163考虑到实际的工作状况，取轴径为 16。蜗杆传动设计计算1选择材料及热处理方式考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度也不快，蜗杆选用 40Cr 制造，表面淬火处理，HRC4550;加上相对滑动速度 6m/s,故蜗轮轮缘选用铸锡锌铅sv青铜 ZcuSnPb5Zn5,又因批量生产，采用金属模铸造。2选择蜗杆头数 和蜗轮齿数34按 i=60,选取 =1，则 =i =601=60。433按齿面接触疲劳强度确定模数 m 和蜗杆分度圆直径 3d24329HEKTdm（1）确定作用于蜗轮上的转矩 2按 =2，初取 =0.82，则3=2 mNnPi 563163 108.27.015.9705.9（2）确定载荷系数 K= vA由文献2查取工作情况系数 =1.0；假设蜗轮圆周速度 3m/s,取动载4v荷系数 =1.0；因工作载荷平稳，故取齿向载荷分布系数 =1.0v 所以 K= =1.01.01.0=1.0vA（2）确定许用接触应力 HONH由文献2表 9-5 查取基本许用接触应力 =150MPa,应力循环次数 N= 72 108.2506278106 hLan故寿命系数 .8787NH所以 =0.88150=132 MPaO（4）确定弹性系数 MPaE160（5）确定模数 m 和蜗杆分度圆直径 3d=911.0824329HEKTd 32567.91360m由文献2表 9-1，按 ,选取 m=1.75, =24.533267.9dd4计算传动中心距 a蜗轮分度圆直径 10567.4mZd所以 7.4.22135验算蜗轮圆周速度 、相对滑动速度 及传动总效率2vsvm/s25.0160/39510644 nd显然， 3m/s，与原假设值相符，取 =1.0 合适。4v vK由 tan ,得7.25/7./3dmZ 9.4所以 m/s57.30.cos1608cos106nvs显然， 6m/s,与原假设值相符，选用铸锡锌铅青铜 ZcuSnPb5Zn5 为蜗轮轮缘s材料合适。由 =3.57m/s，查表 9-9 得当量摩擦角 ,sv 21所以 72.01.37.09.4tan6.95.0tan96.05. 与原假设值相符6热平衡计算所需散热面积 A= 01tKPs）（ 取油温 t= ,周围空气温度 ，通风良好，取散热系数C70Ct20，传动总效率 =0.71，则mwKs2/1529.070151.100 tKpAs故散热面积足够。 7选择精度等级及侧隙种类因为这是一般动力传动，而且线速度 3m/s,故选用 8 级精度，侧隙种类4v代号为 C,即传动 8CGB10089-88。参考文献1 王连明、陈铁明主编.机械设计.哈尔滨工业大学出版社.19982 王知行，刘廷荣主编.机械原理.哈尔滨工业大学出版社.19983 赵九江、张少实、王春香主编.材料力学.哈尔滨工业大学出版社 .19954 王启平主编.机械制造工艺学.哈尔滨工业大学出版社.19995 王连明主编.机械设计课程设计.哈尔滨工业大学出版社.19966 张展主编.机械传动设计手册.上海科学技术出版社.19927 王守城 段俊勇主编. 液压元件及选用.化学工业出版社.20078 朱张校主编. 工程材料. 清华大学出版社.20029 曹岩 池宁骏主编.SolidWorks 2007 产品设计实例精解. 机械工业出版社.200710 /view/283146.html?tp=2_0111 /news/mechanical_English_article/2008/12附 录（一）机械设计理论 08-12-162008 Ronald V. Kalafsky 教授机械设计是一门通过设计新产品或者改进老产品来满足人类需求的应用技术科学。它涉及工程技术的各个领域，主要研究产品的尺寸、形状和详细结构的基本构思，还要研究产品在制造、销售和使用等方面的问题。进行各种机械设计工作的人员通常被称为设计人员或者机械设计工程师。机械设计是一项创造性的工作。设计工程师不仅在工作上要有创造性，还必须在机械制图、运动学、工程材料、材料力学和机械制造工艺学等方面具有深厚的基础知识。 如前所诉，机械设计的目的是生产能够满足人类需求的产品。发明、发现和科技知识本身并不一定能给人类带来好处，只有当它们被应用在产品上才能产生效益。因而，应该认识到在一个特定的产品进行设计之前，必须先确定人们是否需要这种产品。应当把机械设计看成是机械设计人员运用创造性的才能进行产品设计、系统分析和制定产品的制造工艺学的一个良机。掌握工程基础知识要比熟记一些数据和公式更为重要。仅仅使用数据和公式是不足以在一个好的设计中做出所需的全部决定的。另一方面，应该认真精确的进行所有运算。例如，即使将一个小数点的位置放错，也会使正确的设计变成错误的。一个好的设计人员应该勇于提出新的想法，而且愿意承担一定的风险，当新的方法不适用时，就使用原来的方法。因此，设计人员必须要有耐心，因为 所花费的时间和努力并不能保证带来成功。一个全新的设计，要求屏弃许多陈旧的，为人们所熟知的方法。由于许多人墨守成规，这样做并不是一件容易的事。一位机械设计师应该不断地探索改进现有的产品的方法，在此过程中应该认真选择原有的、经过验证的设计原理，将其与未经过验证的新观念结合起来。新设计本身会有许多缺陷和未能预料的问题发生，只有当这些缺陷和问题被解决之后，才能体现出新产品的优越性。因此，一个性能优越的产品诞生的同时，也伴随着较高的风险。应该强调的是，如果设计本身不要求采用全新的方法，就没有必要仅仅为了变革的目的而采用新方法。在设计的初始阶段，应该允许设计人员充分发挥创造性，不受各种约束。即使产生了许多不切实际的想法，也会在设计的早期，即绘制图纸之前被改正掉。只有这样，才不致于堵塞创新的思路。通常，要提出几套设计方案，然后加以比较。很有可能在最后选定的方案中，采用了某些未被接受的方案中的一些想法。 心理学家经常谈论如何使人们适应他们所操作的机器。设计人员的基本职责是努力使机器来适应人们。这并不是一项容易的工作，因为实际上并不存在着一个对所有人来说都是最优的操作范围和操作过程。另一个重要问题，设计工程师必须能够同其他有关人员进行交流和磋商。在开始阶段，设计人员必须就初步设计同管理人员进行交流和磋商，并得到批准。这一般是通过口头讨论，草图和文字材料进行的。为了进行有效的交流 ，需要解决下列问题：（1） 所设计的这个产品是否真正为人们所需要？（2） 此产品与其他公司的现有同类产品相比有无竞争能力？（3） 生产这种产品是否经济？（4） 产品的维修是否方便？（5） 产品有无销路？是否可以盈利？ 只有时间能对上述问题给出正确答案。但是， 产品的设计、制造和销售只能在对上述问题的初步肯定答案的基础上进行。设计工程师还应该通过零件图和装配图，与制造部门一起对最终设计方案进行磋商。通常 ，在制造过程中会出现某个问题。可能会要求对某个零件尺寸或公差作一些更改，使零件的生产变得容易。但是，工程上的更改必须要经过设计人员批准，以保证不会损伤产品的功能。有时，在产品的装配时或者装箱外运前的试验中才发现设计中的某种缺陷。这些事例恰好说明了设计是一个动态过程。总是存在着更好的方法来完成设计工作，设计人员应该不断努力，寻找这些更好的方法。近些年来，工程材料的选择已经显得重要。此外，选择过程应该是一个对材料的连续不断的重新评价过程。新材料不断出现，而一些原有的材料的能够获得的数量可能会减少。环境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面经常会对材料选择附加新的限制条件。为了减轻重量或者节约能源，可能会要求使用不同的材料。来自国内和国际竞争、对产品维修保养方便性要求的提高和顾客的反馈等方面的压力，都会促使人们对材料进行重新评价。由于材料选用不当造成的产品责任诉讼，已经产生了深刻的影响。此外，材料与材料加工之间的相互依赖关系已经被人们认识得更清楚。因此，为了能在合理的成本和确保质量的前提下获得满意的结果，设计工程师的制造工程师都必须认真仔细地选择、确定和使用材料。制造任何产品的第一步工作都是设计。设计通常可以分为几个明确的阶段：（a）初步设计；（b）功能设计；（c）生产设计。在初步设计阶段，设计者着重考虑产品应该具有的功能。通常要设想和考虑几个方案，然后决定这种思想是否可行；如果可行，则应该对其中一个或几个方案作进一步的改进。在此阶段，关于材料选择唯一要考虑的问题是：是否有性能符合要求的材料可供选择；如果没有的话，是否有较大的把握在成本和时间都允许的限度内研制出一种新材料。在功能设计和工程设计阶段，要做出一个切实可行的设计。在这个阶段要绘制出相当完整的图纸，选择并确定各种零件的材料。通常要制造出样机或者实物模型，并对其进行试验，评价产品的功能、可靠性、外观和维修保养性等。虽然这种试验可能会表明，在产品进入到生产阶段之前，应该更换某些材料，但是，绝对不能将这一点作为不认真选择材料的借口。应该结合产品的功能，认真仔细地考虑产品的外观、成本和可靠性。一个很有成就的公司在制造所有的样机时，所选用的材料应该和其生产中使用的材料相同，并尽可能使用同样的制造技术。这样对公司是很有好处的。功能完备的样机如果不能根据预期的销售量经济地制造出来，或者是样机与正式生产的装置在质量和可靠性方面有很大不同，则这种样机就没有多大的价值。设计工程师最好能在这一阶段完全完成材料的分析、选择和确定工作，而不是将其留到生产设计阶段去做。因为，在生产设计阶段材料的更换是由其他人进行的，这些人对产品的所有功能的了解不如设计工程师。 在生产设计阶段中，与材料有关的主要问题是应该把材料完全确定下来，使它们与现有的设备相适应，能够利用现有设备经济地进行加工，而且材料的数量能够比较容易保证供应。在制造过程中，不可避免地会出现对使用中的材料做一些更改的情况。经验表明，可采用某些便宜材料作为替代品。然而，在大多数情况下，在进行生产以后改换材料要比在开始生产前改换材料所花费的代价要高。在设计阶段做好材料选择工作，可以避免多数这样的情况。在生产制造开始后出现了可供使用的新材料是更换材料的最常见的原因。当然，这些新材料可能降低成本、改进产品的性能。但是，必须对新材料进行认真的评价，以确保其所有性能都满足要求。应当记住，新材料的性能和可靠性很少像现有材料那样为人们所了解。大部分的产品失效和产品责任事故案件是由于在选用新材料作为替代材料之前，没有真正了解它们的长期使用性能而引起的。产品的责任诉讼迫使设计人员和公司在选择材料时，采用最好的程序。在材料过程中，五个最常见的问题为：（a）不了解或者不会使用关于材料应用方面的最新最好的信息资料；(b)未能预见和考虑擦黑年品可能的合理用途（如有可能，设计人员还应进一步预测和考虑由于产品使用方法不当造成的后果。在近年来的许多产品责任诉讼案件中，由于错误地使用产品而受到伤害的原告控告生产厂家，并且赢得判决） ；(c)所使用的材料的数据不全或是有些数据不确定，尤其是当其长期性能数据是如此的时候；(d)质量控制方法不适当和未经验证；(e)由一些完全不称职的人员选择材料。通过对上述五个问题的分析，可以得出这些问题是没有充分理由存在的结论。对这些问题的研究分析可以为避免这些问题的出现指明方向。尽管采用最好的材料选择方法也不能避免发生产品责任诉讼，设计人员和工业界按照适当的程序进行材料选择，可以大大减少诉讼的数量。从以上的讨论可以看出，选择材料的人们应该对材料的性质，特点和加工方法有一个全面而基本的了解。Ronald.V.Kalafsky康涅狄格大学附 录（二）外 文 资 料Machine design theory 08-12-162008 Professor Ronald V. KalafskyThe machine design is through designs the new product or improves the old product to meet the human need the application technical science. It involves the project technology each domain, mainly studies the product the size, the shape and the detailed structure basic idea, but also must study the product the personnel which in aspect the and so on manufacture, sale and use question.Carries on each kind of machine design work to be usually called designs the personnel or machine design engineer. The machine design is a creative work. Project engineer not only must have the creativity in the work, but also must in aspect and so on mechanical drawing, kinematics, engineering material, materials mechanics and machine manufacture technology has the deep elementary knowledge. If front sues, the machine design goal is the production can meet the human need the product. The invention, the discovery and technical knowledge itself certainly not necessarily can bring the advantage to the humanity, only has when they are applied can produce on the product the benefit. Thus, should realize to carries on before the design in a specific product, must first determine whether the people do need this kind of productMust regard as the machine design is the machine design personnel carries on using creative ability the product design, the system analysis and a formulation product manufacture technology good opportunity. Grasps the project elementary knowledge to have to memorize some data and the formula is more important than. The merely service data and the formula is insufficient to the completely decision which makes in a good design needs. On the other hand, should be earnest precisely carries on all operations. For example, even if places wrong a decimal point position, also can cause the correct design to turn wrongly.A good design personnel should dare to propose the new idea, moreover is willing to undertake the certain risk, when the new method is not suitable, use original method. Therefore, designs the personnel to have to have to have the patience, because spends the time and the endeavor certainly cannot guarantee brings successfully. A brand-new design, the request screen abandons many, knows very well the method for the people. Because many person of conservativeness, does this certainly is not an easy matter. A mechanical designer should unceasingly explore the improvement existing product the method, should earnestly choose originally, the process confirmation principle of design in this process, with has not unified it after the confirmation new idea. Newly designs itself can have the question occurrence which many flaws and has not been able to expect, only has after these flaws and the question are solved, can manifest new goods come into the market the product superiority. Therefore, a performance superior product is born at the same time, also is following a higher risk. Should emphasize, if designs itself does not request to use the brand-new method, is not unnecessary merely for the goal which transform to use the new method. In the design preliminary stage, should allow to design the personnel fully to display the creativity, not each kind of restraint. Even if has had many impractical ideas, also can in the design early time, namely in front of the plan blueprint is corrected. Only then, only then does not send to stops up the innovation the mentality. Usually, must propose several sets of design proposals, then perform the comparison. Has the possibility very much in the plan which finally designated, has used certain not in plan some ideas which accepts. How does the psychologist frequently discuss causes the machine which the people adapts them to operate. Designs personnels basic responsibility is diligently causes the machine to adapt the people. This certainly is not an easy work, because certainly does not have to all peopl