機(jī)械設(shè)計的設(shè)計階段可沒您想象的那么簡單！
2019-01-23
可能沒有接觸過機(jī)械設(shè)計的朋友會有這樣幾個問題：進(jìn)行機(jī)械設(shè)計需要準(zhǔn)備什么？我們需要事先做出哪些計劃？如何準(zhǔn)備方案等等，今天機(jī)械產(chǎn)品外形設(shè)計公司為您解答！
（一）計劃
在計劃階段中，應(yīng)對所設(shè)計的機(jī)器的需求情況做充分的調(diào)查研究和分析。通過分析，進(jìn)一步明確機(jī)器所應(yīng)具有的功能，并為以后的決策提出由環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、加工以及時限等各方面所確定的約束條件。在此基礎(chǔ)上，明確地寫出設(shè)計任務(wù)的全面要求及細(xì)節(jié)，最后形成設(shè)計任務(wù)書，作為本階段的總結(jié)。設(shè)計任務(wù)書大體上應(yīng)包括：機(jī)器的功能，經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保性的估計，制造要求方面的大致估計，基本使用要求，以及完成設(shè)計任務(wù)的預(yù)計期限等。此時，對這些要求及條件一般也只能給出一個合理的范圍，而不是準(zhǔn)確的數(shù)字。例如可以用必須達(dá)到的要求、最低要求、希望達(dá)到的要求等方式予以確定。
（二）方案設(shè)計
根據(jù)不同的工作原理，可以擬定多種不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的具體方案。例如僅以切削螺紋來說，既可以采用工件只作旋轉(zhuǎn)運動而刀具作直線運動來切削螺紋（如在普通車床上切削螺紋），也可以使工件不動而刀具作轉(zhuǎn)動和移動來切削螺紋（如用板牙加工螺紋）。這就是說，即使對于同一種工作原理，也可能有幾種不同的結(jié)構(gòu)方案。
原動機(jī)部分的方案當(dāng)然也可以有多種選擇。由于電力供應(yīng)的普遍性和電力拖動技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在可以說絕大多數(shù)的固定機(jī)械都優(yōu)先選擇電動機(jī)作為原動機(jī)部分。熱力原動機(jī)主要用于運輸機(jī)、工程機(jī)械或農(nóng)業(yè)機(jī)械。即使是用電動機(jī)作為原動機(jī)，也還有交流和直流的選擇，高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速的選擇等。
傳動部分的方案就更為復(fù)雜多樣了。對于同一傳動任務(wù)，可以由多種機(jī)構(gòu)及不同機(jī)構(gòu)的組合來完成。因此，如果用Ⅳ，表示原動機(jī)部分的可能方案數(shù)，N2和N3分別代表傳動部分和執(zhí)行部分的可能方案數(shù)，則機(jī)器總體的可能方案數(shù)Ⅳ為Ni×N2×N3個。
以上僅是就組成機(jī)器的三個主要部分討論的。有時，還須考慮到配置輔助系統(tǒng)，對此，本書不再討論。
在如此眾多的方案中，技術(shù)上可行的僅有幾個。對這幾個可行的方案，要從技術(shù)方面和經(jīng)濟(jì)及環(huán)保等方面進(jìn)行綜合評價。評價的方法很多，現(xiàn)以經(jīng)濟(jì)性評價為例略做說明。根據(jù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評價時，既要考慮到設(shè)計及制造時的經(jīng)濟(jì)性，也要費用考慮到使用時的經(jīng)濟(jì)性。如果機(jī)器的結(jié)構(gòu)方案比較復(fù)雜，則其設(shè)計制造成本就要相對地增大，可是其功能將更為齊全，生產(chǎn)率也較高，故使用經(jīng)濟(jì)性也較好。反過來，結(jié)構(gòu)較為簡單、功能不夠齊全的機(jī)器，設(shè)計及制造費用雖少，但使用費用卻會增多。評價結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計制造經(jīng)濟(jì)性時，還可以用單位功效的成本來表示。例如單位輸出功率的成本、單件產(chǎn)品的成本等。
進(jìn)行機(jī)器評價時，還必須對機(jī)器的可靠性進(jìn)行分析，把可靠性作為一項評價的指標(biāo)。從可靠性的觀點來看，盲目地追求復(fù)雜的結(jié)構(gòu)往往是不明智的。一般地講，系統(tǒng)越復(fù)雜，則系統(tǒng)的可靠性就越低。為了提高復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性，就必須增加并聯(lián)備用系統(tǒng)，而這不可避免地會提高機(jī)器的成本。
環(huán)境保護(hù)也是設(shè)計中必須認(rèn)真考慮的重要方面。對環(huán)境造成不良影響的技術(shù)方案，必須詳細(xì)地進(jìn)行分析，并提出技術(shù)上成熟的解決辦法。
通過方案評價，最后進(jìn)行決策，確定一個據(jù)以進(jìn)行下步技術(shù)設(shè)計的原理圖或機(jī)構(gòu)運動簡圖。
在方案設(shè)計階段，要正確地處理好借鑒與創(chuàng)新的關(guān)系。同類機(jī)器成功的先例應(yīng)當(dāng)借鑒，原先薄弱的環(huán)節(jié)及不符合現(xiàn)有任務(wù)要求的部分應(yīng)當(dāng)加以改進(jìn)或者根本改變。既要積極創(chuàng)新，反對保守和照搬原有設(shè)計，也要反對一味求新而把合理的原有經(jīng)驗棄置不用這兩種錯誤傾向。
（三）技術(shù)設(shè)計
技術(shù)設(shè)計階段的目標(biāo)是產(chǎn)生總裝配草圖及部件裝配草圖。通過草圖設(shè)計確定出各部件及其零件的外形及基本尺寸，包括各部件之間的連接，零、部件的外形及基本尺寸。最后繪制零件的工作圖、部件裝配圖和總裝圖。
為了確定主要零件的基本尺寸，必須做以下工作：
1.機(jī)器的運動學(xué)設(shè)計。根據(jù)確定的結(jié)構(gòu)方案，確定原動件的參數(shù)（功率、轉(zhuǎn)速、線速度等）。然后做運動學(xué)計算，從而確定各運動構(gòu)件的運動參數(shù)（轉(zhuǎn)速、速度、加速度等）。
2.機(jī)器的動力學(xué)計算。結(jié)合各部分的結(jié)構(gòu)及運動參數(shù)，計算各主要零件所受載荷的大小及特性。此時求出的載荷，由于零件尚未設(shè)計出來，因而只是作用于零件上的公稱（或名義）載荷。
3.零件的工作能力設(shè)計。已知主要零件所受的公稱載荷的大小和特性，即可做零、部件的初步設(shè)計。設(shè)計所依據(jù)的工作能力準(zhǔn)則，須參照零、部件的一般失效情況、工作特性、環(huán)境條件等合理地擬定，一般有強度、剛度、振動穩(wěn)定性、壽命等準(zhǔn)則。通過計算或類比，即可決定零、部件的基本尺寸。
4.部件裝配草圖及總裝配草圖的設(shè)計。根據(jù)已定出的主要零、部件的基本尺寸，設(shè)計出部件裝配草圖及總裝配草圖。草圖上需對所有零件的外形及尺寸進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計。在此步驟中，需要很好地協(xié)調(diào)各零件的結(jié)構(gòu)及尺寸，全面地考慮所設(shè)計的零、部件的結(jié)構(gòu)工藝性，使全部零件有最合理的構(gòu)形。
5.主要零件的校核。有一些零件，在上述第3）步中由于具體的結(jié)構(gòu)未定，難于進(jìn)行詳細(xì)的工作能力計算，所以只能做初步計算及設(shè)計。在繪出部件裝配草圖及總裝配草圖以后，所有零件的結(jié)構(gòu)及尺寸均為已知，相互鄰接的零件之間的關(guān)系也為已知。只有在這時，才可以較為精確地定出作用在零件上的載荷，決定影響零件工作能力的各個細(xì)節(jié)因素。只有在此條件下，才有可能并且必須對一些重要的或者外形及受力情況復(fù)雜的零件進(jìn)行精確的校核計算。根據(jù)校核的結(jié)果，反復(fù)地修改零件的結(jié)構(gòu)及尺寸，直到滿意為止。
以上就是機(jī)械產(chǎn)品外形設(shè)計的設(shè)計階段，需要進(jìn)行機(jī)械設(shè)計，可以參考上述內(nèi)容做好充分的了解與準(zhǔn)備。
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