机械设计概述

机械设计概述机械是人类进展生产和生活的要紧体力劳开工具。随着生产技术的不断进展和人民生活水平的日益提高，机械产品品种和门类日益增多，例如，各种各样的金属切削机床、仪器外表、工程机械、重型机械、轻工机械、纺织机械、食品包装机械、石油化工机械、产品加工机械、交通运输机械、海洋作业机械、钢铁成套设备、发电设备以及办公设备、家用电器、儿童玩具等等。在现代社会，人们运用各种类型的机械，以改善劳动条件，提高劳动生产率和产品质量。同时，随着经济的进展，人们也运用越来越多的机械，以提高自身的生活质量。能够说，国民经济各部门及人类自身生活中使用机械的程度，是整个社会进展水平的重要标志之一。机械工程是在西方工业革命后形成系统的技术科学，从明代我国逐步引进了此技术，然而至今我们在机械设计方面不属于世界先进展列。要紧问题是：1、缺乏技术价值观念。2、缺乏大量技术实践。3、教学与工厂实际脱离，把机械技术变成了读书，缺乏对机械技术的全面实践，培育的人不能动手，可不能设计真实东西。工业设计师应当是通才。从专业要求看，必需了解机械工艺、材料、本钱等方面的内容，明白得工程师的思维方式，才能够较顺当设计产品。此课程要紧培育学生在机械技术和设计方面的职业思维方式和行为方式，对机械产品有实际体会，通过拆装试验，争论，解决实际产品设计，从中了解设计过程。照传统说法，一切机器都可分为三局部，动力源、传动和执行机构。一切机器的作用不外两点，一是利用能量来代替柔弱的人力、畜力，另一那么用机器的运动来代替人手的动作。尽管两者差不多上为了减轻劳动，但是它们进展的历史却特地不一样。能源开发是近代的成就，应当说由水车开始，而且从历史眼光看其进展并不能说特地快，一样是量变。用机器运动来代替手工动作那么历史长得多，而且进步也比较大。只要比较一下上古制作陶器的陶车和近代在人的大脑中进展外科手术的机器人便清楚了。这可能是由于能源开发尽管困难，其目标却是单一的。用机器运动代替人工劳动，目的是多种多样的，随着人类生活的进展而不断变化。因此形成特地多简单的行业。到底机器的哪局部是用来产生代替人手的动作呢?事实上这和传统的性的说法略有不同。倘假设机器要执行的动作特地简洁，那么动力源一传动一执行这划分照旧对的。但近代机器常常极其简单，对它要求的动作也特地精细而且简单。这种精细简单的运动，通常要从传动中获得。这就使机器的传动局部和执行局部的界限模糊了，同时也使传动成为更简单的技术。外表上看起来特地简洁的问题，做起来可能会特地困难。在那个地点提及一个历史上的例子：当瓦特设计他的蒸汽机时，他需要一个直线运动来带动阀门。从外表看这是—个特地简洁的问题，在今日用一个导轨便成了。但在那时的加工设备和润滑技术，还不能制出导轨，而须用连杆。但瓦特想不出如此一种连杆，便要求格拉斯哥大学的数学家们帮助，但数学家们也想不出。后来状况传开了，竟觉察全世界的数学家都解决不了这问题。瓦特只得用了一个近似的直线机构。这问题直到瓦特死后几十年，才由一位法国数学家解决了。这一事实说明白在机器上对传动机构要求之高和问题解决之难。只要机器还在使用，传动机构也必定要连续进展。对机械产品不时提出要求，除了优质、高效、低能耗、低廉价格之外，突出的课题是性能优越的、适应高精尖进展的机械功能。一样地说，机械设备均为实现某种工艺动作过程，或者实现生产过程与操作自动化。在形势下，必需致力搞好创设计，不断推出产品来抢占市场，满足客观需求。机械的创设计的着重点是机构设计，也确实是机械运动方案设计。机构系统设计的核心，是选择敏捷的工艺动作过程、中意地到达特定的机械功能要求。机构系统的开发、设计，机构的选用和它们的奇异组合，确实是为了实现特定的机械功能。机构系统设计的好坏，直截了当阻碍机械产品的性能、效率、本钱，因此愈来愈为人们重视。不言而喻，产品设计是打算产品性能、质量、水平和经济效益的重要环节。随着市场经济的不断进展，商品竞争必定愈来愈猛烈。一个产品是否具有市场竞争力量，在特地大程度上取决于产品的设计。产品设计如有闪失，那么常常是属于全然性的问题，对产品生产、市场竞争的贻误，可能会造成灾难性后果。因此，必需高度重视设计，尽心尽力搞好设计。§2.1 机器、机构与机械的差不多概念机器那个概念，在18世纪工业革命以后，得以逐步充实和完善。随着科学技术的飞跃进展，特地是70年月末、80年月初兴起的世界范畴的技术革命，关于机器的设计与制造具有深刻和广泛的阻碍，〝机器〞的含义相应逐步在更与变化。关于现代机器，由于广泛承受机电一体化，能够把机器定义为：机器是一种具有操纵操纵系统的、作机械运动的装置，它用来变换能量、物料和信息，以代替或减轻人的体力劳动和脑力劳动。在那个定义中，物料是指被加工的对象、被搬运的重物。依照机器用途的不同，我们又可把机器分为动力机器、加工机器和信息机器。动力机器是把任何一种能量变换成机械能，或者把机械能变换成其他形式的能量。例如，内燃机、压气机、涡轮机、电动机、发电机等等都属于动力机器。加工机器的用途是完成有用的机械功或搬运物品。例如，金属切削加工机床、轧钢机、织布机、缝纫机、包装机、汽车、机车、飞机、起重机、输送机等等差不多上。信息机器是用来获得和变换信息。假设信息是以数字形式表示的，那么该信息机器就称为计数机或运算机。计数机有运算器、机械式积分仪、记账机等。打字机、绘图仪等等也是属于信息机器。关于实现数学运算的电子运算机〔指CPU、操纵器、运算器和内存等在，从机构学的观点来看，电子运算机不能确实是机器，但运算机整机中的软盘驱动器、硬盘〔驱CPU风扇等仍包含有机械运动，需要相应的传动机构去完成各种运动要求。在那个地点，必需指出的是机器与其他装置(或设备)的要紧不同点：机器肯定要作机械运动，并用机械运动来实现能量、物料和信息的变换。但凡在没有人的直截了当参与下，能完成能量、物料和信息的整个变换过程的机器，称为自动机。自动机中的各个机械动作，一样都承受各种各样的机构来完成的。完成肯定工艺过程的自动机群，通过自动运输装置联接起来，可组成自动线。机器，特地是自动机，在正确使用的情形下，能减轻人的劳动、提高生产率和保证高质量地完成工作过程。随着各种各样机构的显现，〝机构〞的定义也应有所变化。寻常人们认为机构只能由刚体所组成〔狭义机构件下的可变形体和挠性体参与机械运动的变换〔广义机构这种机构就相应地称为液动机构或气动机构。从对各种各样机器的分析能够看出，各个机器的要紧组成局部差不多上各种机构。一部比较简单的、完整的机器，可能包含多种类型的机构。例如，内燃机由曲柄滑块机构、凸轮机构和齿轮机构组成的。然而，简洁的机器，也可能只包含一种机构，例如，手工送料的冲床确实是由曲柄滑块机构单一机构构成的。一部机器，特地是自动机，由于要实现较为简单的工艺动作过程，往往有较多的各种类型的机构来组成的。近年来，随着机电一体化的广泛应用，一部机器中的机构数目和简单程度都有下降的趋势，然而从机器必需实现某一工艺动作过程来看，机构照旧大多数机器的最重要局部。此外，在仪器、设备和日常用具中，也大量用到各种机构；因此，争论机构的构造和设计受到了机械设计人员的重视。各种类型的机器，尽管它们的用途、构造和性能不一样，但都有如下三个共同的特点：它们差不多上人为的实物组合；它们各局部之间具有确定的相对运动；在工作时能代替或减轻人类的劳动，或完成有用的机械功，或转换机械能。作为机构，只具备机器的前两个特点，而不能完成有用的机械功或转换机械能。为了简化表达，人们常常用〝机械〞一词作为〝机构〞和〝机器〞的总称。图0—1所示的内燃机即为常见通用机械之一，它由气缸体(连同机架)、活塞、连杆、曲轴、齿轮、凸轮、进气阀推杆和排气阀推杆等组成。燃烧的气体膨胀时推动活塞，通过连机工作时能将燃气的热能转变为曲轴旋转的机械能，因此，它是一台典型的机器。能够将其它形式的能量转换为机械能的机器称为原动机，如电动机、内燃机、涡轮机机械能转变为其它形式能量的机器统称为工作机，如金属切削机床、起重机，空气压缩机等。在图0—1所示的内燃机中，为了将热能42的推杆与气缸体153的推杆111(称为滑块)108(称为曲柄)17、61组成齿轮机构。设备中都会用到的零件，称为通用零件，如螺栓、键、轴承、齿轮等。只是在某些机械设备中用到的零件，称为专用零件，如活塞、曲轴等。§2.2 机械设计概述一、设计差不多概念设计一词的英语为Design，它源于拉丁语Designar，由De〔登记〕与Signare〔符号、记号、图形等〕两词组成。因此，〝设计〞的最初含义是将符号、记号、图形之类登记来的愈来愈深刻和愈来愈先进。〔文字、数据、图形设计过程是指明确设计任务到编制技术文件所进展的整个设计工作的流程。一样来说，进展，使设计思想、理论、方法和手段得到不断的丰富、充实和进展，促进了传统设计方法的变革，使现代设计方法随之产生。现代设计方法使机械产品的设计工作发生了质的变化，促进了机械产品的改进、更、升级、换代速度的加快。机械产品的设计由于情形不同能够有三类不同的设计：开发性设计试验证明是可行的技术，设计出过去没有过的型机械。这是一种完全创的设计。适应性设计个部件，使产品在质和量方面更能满足使用要求。变型设计寸，使之适应于更多的容量的要求。那个地点的容量含义特地广，如功率、转矩、加工对象的尺寸、速比范畴等等。应当在〝创〞上下功夫。〝创〞能够使开发性设计、适应性设计和变型设计独树一帜，断更、技术储藏更加增加，如此才能在市场竞争中立于不败之地。二、机械设计进展情形人类的设计工作大致经受了三个时期：(一)直觉设计时期为了有效地从事生产、抵挡野兽的侵害和其他部落的掠夺，人们制造了弓箭、杠杆、辘轳、轮车、风车、水力机械、畜力机械等等。那时人们只是从自然现象中得到启发，或是全知其因此然。直觉设计往往带有肯定的盲目性。(二)体会设计时期1718世纪工业革命后，机器的制造制造层出不穷。19世纪科技进展更是促进设计工作的进展。这时期设计的特点是要紧依靠个人的才能和体会，运用一些差不多设计运算理论借助类比、模拟和试凑等设计方法来进展的。一样来说，至上百年的改进演化过程。(三)半理论半体会设计时期成功率；由于加强了〝三化〞争论，即零件标准化、部件通用化、产品系列化，进一步提高了设计的速度和质量，降低了产品的本钱。如此也能够使设计削减盲目性，增加合理性。然而，这一时期的设计还缺乏系统化的观点，尚无创开发的方法和综合优化的思想。因此，它还没有完全摆脱体会设计的局面。三、现代设计方法的产生5060年月初期，由于人们在把握事物的客观规律与人的思维规律的同时，运用有关科学、技术原理进展简单的、(CAD)、牢靠性设计、工业艺术造型设计、模块化设计、反求工程；有限元法、机械动态设计等等；还有很多的设计方法，如相像性设计、系统化设计、人机学、模态设计、动态设计、疲乏设计等等。其中很多技术已日趋成熟，并得到广泛应用。人们把国际上崛起的有关设计的兴学科称为现代设计。现代设计在设计指导思想、设计对象、设计方法和设计手段都有着显著特点和先进性。法；从设计对象上来看，它考虑了人、机、环境的相互和谐，从而发挥产品的最大潜力或提高系统的有效性；从设计方法上来看，它广泛承受CAD、优化设计、牢靠性设计、工业艺术造型设计、制造性设计，使设计的水平有一个质的飞跃；从设计手段上来看，它充分承受电计效率，同时使修改设计格外便利。设计思想、设计方法、设计工具。局面，能在较短的时刻内得到一个较为抱负的机械运动简图。四、机械设计的一样进程程，可分为产品规划、方案设计、具体设计和改进设计四个时期任务。(一)产品规划时期在产品规划时期的中心任务包括：确定设计目的〔需求分析、市场推想〕和设计思想，可行性分析，确定设计参数及制约条件，最终给出具体的设计任务书〔或要求表计、评判和决策的依据。形势中，分析出社会的需要，并抢在市场需要前完成产品的开发和试制工作。需求有两种：在的那种需求。设计人员的任务，不仅仅去不断改进、提高那些满足人们显需求的产品，更重要的是要去开发那些满足人们隐需求的产品。需求：觉察现有产品中存在的问题〔普遍性问题和难点性问题性的综合争论，提出产品开发的可行性报告，报告一样包括以下内容：(1)产品开发的必要性，市场需求推想；(2)有关产品的国内外水平和进展趋势；(3)预期到达的最低目标和最高目标，包括设计水平、技术、经济、社会效益等；(4)提出设计、工艺等方面需要解决的关键问题；(5)在现有条件下开发的可能性论述及预备实行的措施；(6)预算投资费用及工程的进度、期限。(二)方案设计时期市场需求的满足或适应，是以产品的功能来表达的。产品功能与产品设计是因果关系，根底上，通过创构思、探赜索隐、优化选择，取得较抱负的功能原理方案。关于机械产品来说，机械运动示意图(机械运动方案图)和机械运动简图的设计确实是方案设计时期的要紧内容。产品功能原理方案的好坏，打算着产品性能和本钱，关系到产品水平及竞争力量，是这一设计时期的关键。方案设计时期要完成产品功能分析、功能原理求解和评判决策得到最正确功能原理方案，也确实是初步完成机械运动方案的设计，为进一步进展机械运动简图设计打下根底。(三)具体设计时期装配关系、材料选择、尺寸大小、加工要求、外表处理、总体布置等设计合理与否，对产品的技术性能和经济指标都有着直截了当的阻碍。为此，设计人员应留意：零部件设计必需满足其设计功能要求；要考虑功能的合理安排和零件构造外形的合理设计；从便于制造加工和降低本钱考虑，力求零件构造外形简洁，加工面少，材料利用率高；常用零件尽可能标准化、通用化、组合化；总体设计还应满足总功能、人机工程、造型美学、包装和运输等方面的要求。图、部件图绘制出总装图。最终还要编制技术文件，如设计说明书，标准件、外购件明细表，备件、专用工具明细表等等。(四)改进设计时期更具有生命力。总之，按上述一样进程有步骤地设计对提高设计质量有较好的成效。五、机械设计的差不多要求筹兼顾、和谐全都等得以满足，如此的设计才是合理的，才会受到用户的欢送。因此，如何拟定机械设计的要求，是产品设计中一个重要的前提。(一)拟定设计要求的与方法或技术性能、经济指标方面具有肯定的领先优势。专业标准来确定；有些可通过直截了当运算而得；有些可通过统计法、类比法、估算法、试验法等来确定。(二)设计要求设计要求可分为要紧要求和次要要求技术经济指标的那些要求，次要的要求是指间接关系到产品质量的那些要求。1．要紧要求功能要求：即产品的功用。能够从人机功能安排、价值工程原理和技术可行性等三方面来分析。适应性要求：即对作业对象的特点、工作状况、环境条件等工况发生变化的适应程度。性能要求：即指产品所具有的工作特点。生产力量要求：是指产品在单位时刻内所能完成工作量的多少。牢靠性要求：是指产品在规定使用条件下，在预期使用寿命内能完成规定功能的概率。使用寿命：是指正常使用条件下，因磨损等原因引起产品技术性能、经济指标下降在承诺范畴内而无需大修的连续工作的期限。效率的要求：是指输入量的有效利用程度。使用经济性要求：是指单位时刻内生产的价值与同时刻内使用费用的差值。(9)本钱要求。人机工程学要求。安全防护、自动报警要求。(12)与环境适应的要求。(13)运输、包装的要求。2．其他设计要求：为了保证明现要紧设计要求而提出的要求。要紧有：(1)强度、刚度要求。制造工艺要求。零件加工技术要求。各作业动作间的和谐协作要求。所涉及的设计要求的内容，其主次轻重是不同的。设计人员应作具体分析，以拟订出祥细、明确、合理而又先进的设计要求。在拟定设计要求时，要着重考虑人、机、材料、本钱，一样就简称为四个〝M〞(Man，Machine，Material，Money)。关于机械设计的牢靠性、适用性与完善性的考虑，一样能够归结为：保证功能要求与适当使用寿命下的不断降低本钱。六、机械设计的和法规应有的白费。(一)差不多关于设计过程中普遍适用的差不多，现简述如下：需求：产品的功能要求来自于需求。产品要满足客观的需求，这是一切设计隐需求之分，显需求的进展可导致产品的不断改进、升级、更、换代；隐需求的开发会导致制造制造，形成颖的产品。信息：设计过程中的信息要紧有市场信息、科学技术信息、技术测试信息和些信息来正确引导产品规划、方案设计与具体设计，并使设计不断改进提高。创：设计人员的大胆创，有利于冲破各种传统观念和惯例的束缚，制造制造出各种各样原理特地、构造颖的机械产品。系统：每个机械产品都能够看作一个待定的技术系统，设计产品确实是由系统论的方法来求出功能构造系统，通过分析、综