机械设计——机械制造的关键

　　摘要：机械工程的工作对象是动态的机械，机械是现代社会进行生产和服务的五大要素(即人、资金、能量、材料和机械)之一。机械是现代社会的一个基础，任何现代产业和工程领域都需要应用机械。而机械设计（Machinedesign）是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。因此，对于机械设计来说，一部机器制造的是否成功，关键在于设计的成败。所以机械设计的重要性无疑是非常重要的。
　　关键字：机械工程，机械设计，计划阶段，经济指标
　　所谓的机械设计，是指根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式，各个零件的材料和形状尺寸，润滑方法等进行构思，分析和计算并将其转化为具体的描述，以作为制造依据的工作过程。而机械设计方面包括：力学、机械制图、机械制图的相关软件（CAD、ADAMS、CAD辅助设计）、机械设计、机械原理、互动性与技术测量、液气压传动与控制以及机电一体化控制设计。下面所讲的是机械设计其中的一个方面。
　　设计一部机器，其质量如何，关键在于其设计质量。机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。制造一部机器，在满足预期功能的前提下，要求性能好、效率高、成本低、造型美观，在预定使用期限内要安全可靠、操作方便，维修简单。而设计及其任务是在当前技术发展所能达到的条件下，根据生产及生活的需要所提出来的。机械设计是一个创造性的工作过程，同时也是一个尽可能多地利用已有的成功经验的工作。因此，要很好的把继承与创新结合起来，才能设计出高质量的机器。
　　一般一部机器的设计程序有以下几个阶段：
　　一、计划阶段。在计划阶段中应对所需要设计的机器的要求情况做充分的调查研究和分析，使得透过分析，能够进一步明确机器所应具有的功能，并为以后的决策提出由环境、经济、加工以及时限等方面所确定的约束条件。
　　二、方案设计阶段，此阶段决定这设计的成败，在此阶段中，要处理好需要与可能、理想与现实、发展目标与当前目标等之间可能产生的矛盾问题。方案的设计所界定的不单单是产品的发展方向，更重要的是检验设计者对于产品的开发及认识，以及创新。初步设计的主要步骤是：确定工作原理和基本结构型式、运动设计、设计主要零部件，绘制初步总图，初步设计审查。
　　三、技术设计阶段，其目标是产生总装配草图及部件装配草图。根据总装配草图和部件装配草图对产品进行设计。在技术设计阶段要根据审查意见修改设计、设计全部零部件，绘制新的总图，技术设计总查。在接下来的工作设计阶段，要根据审查意见修改设计，绘制全部工作图和制定全部技术文件，而相对于批量或大量生产的产品，还要进行定型设计。
　　四、技术文件编制阶段：其种类较多，常用的有计算机的设计计算说明书、使用说明书、标准件明细表等等。
　　五、计算机在机械设计中的应用，随着计算机技术的发展，计算机在机械设计中得到了日益广泛的使用，并出现了许多高效率的设计分析软件，利用此类软件可以在设计阶段进行多方案的对比，以及可以对不同的方案其结构强度，刚度和动力特性进行精确的分析。因此，计算机在机械设计进程中起到不可估计的作用。
　　在机械设计之前，制定设计任务是设计的前期工作，其根据是用户订货，市场需要和新的科研成果，设计部门应用各种技术和市场情报拟列可能方案，比较其利弊，与经营部门和用户共同商议。制定合理的设计任务目标，对于新型设计极其重要。任务目标的失误有可能造成经济上的严重损失，甚至使得整个计划面临失败。而与之相关的，就是要确定总体方案，即确定所要应用的工作原理和与之相应的结构型式。当总体方案确定后，要运用机构学的知识，选用合适的机构以得到所需要的运动方案。
　　在绘制零件图的同时还需要进行两项工作，其一、工艺性审核，使零件便于加工并降低制造成本。其二、标准审核，使零件结构要素、尺寸、公差配合，热处理条件以及标准和通用零件等符合标准的规定。零件图完成后开始图纸核对，这是非常重要的工作，经过仔细校对的图纸能保证加工后装配顺利，最可靠的校对方法是根据已绘制好的零件图重绘出一张总装配图，所有的矛盾之处就会体现出来。
　　从上述所述来看，仅有以上的程序是远远不够的，机械设计的目的是将设计思维上升为理性过程，从而使设计能循一定的逻辑进行，使更多的设计人员能做出好的设计。
　　而提高设计和制造经济性指标的途径有：①采用先进的现代设计方法（CAD），使设计参数最优化，达到尽可能精确的计算结果，保证机器足够的可靠性；②最大限度地采用标准化、系列化及通用化的零部件；③合理的组织和设计过程；④力求改善零件的结构工艺性，使其用料少，易加工，易装配。
　　另外，机械设计的努力目标为，在各种限定的条件下设计出最好的机械，即做出优化设计。然而优化设计需要综合地考虑诸多要求，其中包括：最好的工作性能、最低的制造成本、最小尺寸和需要、使用中的最可靠性、最低消耗和最少环境污染，它们之间的相对重要性因机械种类和用途的不同而异。而设计者的任务就是要按照具体情况权衡轻重，统筹兼顾，使设计的机械有最优的综合技术经济效果。而优化设计的发展经历了一个漫长的过程，以前的优化设计主要是依靠设计者的知识、经验和远见，但随着机械工程基础理论和价值工程，系统分析等新学科的发展，制造和使用的技术经济数据资料的积累，以及计算机的推广使用，机械优化逐渐舍弃主观判断从而依靠科学计算。
　　机械设计所依据的计算准则有：强度准则、刚度准则、耐热性准则、震动稳定性准则、寿命准则（磨损以及腐蚀在一般情况下是不可避免的，而所谓的寿命准则主要是指在保证机械零件在寿命范围内，不要发生过度的磨损和腐蚀，通常在设计时采用润滑剂减少磨损，采用抗腐蚀性材料减少腐蚀）、可靠性准则等等。
　　对于设计某一机器来说，所依据的方案评价原则是，经济性（总费用最低）、技术上可行。在方案设计阶段要处理好借鉴与创新的关系。同类机器成功的地方应当借鉴，但不足之处（不符合现有要求的）应当改进或摒除。做到“取其精华。去其糟粕”。

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