02第2章 机械设计概论

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1、第2章机械设计概论机械工业是国家经济发展的主要基础之一，几乎涉及所有的领域和部门。现代机械设计与生命科学、信息技术、材料科学等一样，是21世纪的主要研究和发展方向。现代机械设备包括宇宙飞船、智能机械人、全（半）自动工作机械设备、全（半）自动加工机械设备以及全（半）自动控制动力机械设备等等，它们虽然是多学科综合发展的结果，但机械的创新设计是功不可殁的。机械设计创新思维方法是所有机械设备完善、发展的第一步，现代设计方法的应用使创新思维得以实现。2.1机械设计的基本要求和一般过程2.1.1机械设计的基本要求机械设计是指创造性地实现具有预期功能的

2、新产品（设备和机械）或改进现有产品，使其具有新性能的过程。机械产品的功能、成本，在很大程度上取决于设计工作的质量。因此，不论是设计新产品，还是对现有设备进行技术改造，设计人员都必须以严肃认真、高度负责的态度对待设计过程的每一个细节，科学缜密的思考，周全细致的校核。物美价廉是产品获得市场竞争力、创造经济效益和社会效益的先决条件，低性价比是产品的生命力所在，也是设计机械产品的基本要求。尽管机械的类型很多，形状千差万别，功能各不相同，但设计的基本要求大致相同，主要有以下几方面：1.功能性要求所谓功能，是被设计机械的功用和性能指标，是机械设计的根

3、本出发点。设计的机械必须能实现预定的使用功能、满足运动和动力性能的要求，并在规定的工作条件下、规定的工作周期内正常运行。为此，要正确选择机械的工作原理，科学设计或选用原动机、传动机构和执行机构，合理配置机械的辅助系统。一般机器的预定功能要求包括：运动性能、动力性能、基本技术指标及外形结构、尺寸等方面。2.可靠性要求机械在预定工作期限内必须具有一定的可靠性，机器的可靠性用可靠度R衡量。机械的可靠度是指机械在规定期限内和规定工作条件下，无故障地完成规定功能的概率。而机械在规定期限内和条件下不能完成规定功能的概率则称为不可靠度，或称破坏概率，用

4、F表示。显然，可靠度与破坏概率间应满足-13-提高机械可靠度的关键是提高其组成零、部件的可靠度。从机械设计的角度，可通过确定适当的可靠性水平，简化结构，减少零件数目，选择标准件及选择等可靠度零件，合理设计机器中的组件和部件，以及选取较大安全系数等措施，提高机器的可靠度。1.经济性要求机器的经济性体现在设计、制造和使用的全过程中，包括设计制造经济性和使用经济性，即制造成本和运行成本。设计制造经济性表现为机械的成本低；使用经济性表现为高生产率、高效率、较低的能源与材料消耗，以及较低的管理和维护费用等。设计机械时应最大限度的考虑其经济性。考虑经

5、济性的要求有：合理选择零件的材料；合理设计零件结构，使之具有良好的工艺性和适当的精度；加工时，装夹设备简单；机械在使用过程中便于维护和保养等。在机械设计中尽量采用标准件，既可以简化设计、保证互换性、便于安装和修配，又有利于保证零件的质量及降低成本。2.安全性和社会性要求在设计机械产品时，必须注意操作者的人身安全，加强劳动保护，改善使用条件和减轻劳动强度，使操作者在安全舒适的环境工作。具体措施有：1）对外露的运动零件加设防护罩。设置保险、报警装置以消除和避免不正确操作引起的危害；操纵应简便省力，简单而重复的劳动要利用机械本身的机构完成。2）

6、降低机械工作时的振动与噪音。防止有毒、有害物质的渗漏；治理废水、废气、废液，美化机械的外表，使设计的机械符合劳动法规的要求。新设计的机械应具有前瞻性、符合新时代的社会要求。在满足前几项要求的基础上，应力求其造型美观大方、精巧流畅、色彩明快、雅致，赏心悦目，尤其应满足环保的“绿色”要求，尽量降低噪音、振动，减少废气、废液和粉尘排放，避免对环境的污染，各项环保指标应符合国家的相关规定。同时尽量预测到机器报废后的处理，各个部件都有合理的处理方法，为实现环保的长远目标奠定基础。3.其他特殊要求有些机械还有特殊的要求。如食品机械必须保持清洁、不能污

7、染产品；机床必须能长期保持精度；飞机必须质量小、飞行阻力小等。设计时不仅要满足前述共同的基本要求，还应满足其特殊要求。应统筹兼顾，力求选择各项指标综合评定最优者。2.1.2机械设计的一般过程机械产品设计是一个通过分析、综合与创新获得满足某些特定要求和功能的机械系统的过程。设计一种新的机械产品是一项科学、复杂、细致的工作。其科学性在于它必须符合现已证实的各学科的公理、定理及实践证实的一些常识，同时，又必须有前瞻性，使新设计的机械在一段时间内有其用武之地，能发挥作用，具有社会价值和经济效益。-13-通常机械设计过程可以分为五个阶段，见表2-1

8、。表2.1机械设计的一般过程阶段程序要求Ⅰ.规划1.根据市场调研，提出设计任务；2.进行可行性研究；3.编制设计任务书；提出可行性报告和设计任务书Ⅱ.方案设计1.机器功能的综合分析；2.提出原