机械设计综述及CAD简介

第一节  机械设计综述

一、机械设计的基本原则

各种机器尽管在功能、原理、类型等诸多方面均有不同，但是在进行机械设计时还是有它们共性的问题要考虑，机械设计的基本原则有：

1.满足功能要求

我们设计的机械必须能够满足使用上提出的功能要求，这是进行机械设计所必须遵守的最基本的原则，如果所设计的机器不具备完成预期的功能，就失去了设计该机器的意义。

(1)满足运动性能要求。必须正确选择机器的工作原理，合理地设计机构组合，使机器有适宜的运动速度、平稳性、起动性、制动性和运动规律。

(2)满足动力性能要求。要正确分析各机构和零件上的扭矩和作用力，正确决定机器所需的功率，以确保机器有克服阻力完成预定任务的功能。

(3)满足可靠性要求。机器应该能够在预定的寿命期间内可靠地工作，各零部件应具有足够的强度和刚度。

2.满足经济性和工艺性要求

(1)提高设计和制造的经济性。设计中尽量考虑采用标准件、通用件或借用现成批量销售的产品；合理选择材料、用量、减少制造工时、改善制造和装配工艺性等，均能提高经济性。

(2)提高使用经济性。提高自动化水平以提高机械效率、减少动力和燃油经济性。

(3)结构要简单，要便于制造。

3.满足劳动保护能要求。

(1)应特别注意操作安全。

(2)减少操作者的体力和脑力消耗，操作轻巧简便，操纵件数适当、位置集中且易达，便于观察。

(3)改善操作者的工作环境。噪声低、安静、空气清新，外形和色泽协调。

4.满足其它特殊要求

例如长期在海边使用的机械要注意防盐腐蚀；又如在较寒冷的地方应考虑防冻或用低温油；再如飞机上的油箱、液体润滑的齿轮箱等除应考虑重量轻外，还要注意不让油液溢出、飞机翻滚对供油或润滑的影响。

二、机械设计的一般过程和主要内容

1.提出任务、拟定计划

(1)任务书的提出。设计任务通常是根据生产需要提出或经市场调查发现某种机器有较大需求时提出的。

(2)任务书的内容。详细的任务书应包括机器的用途、主要性能参数范围、环境条件及有关特殊要求、生产量、承制单位、预期的总成本范围以及完成日期等。

(3)拟定计划。接到任务书后，应组织有关人员就设计任务书提出的各项要求进行全面分析和调查研究，以图较深地理解任务的政治意义、经济价值、技术要求、重点难点、需攻关的方向、完成任务的主要途径和关键的技术实验等。

2.本体设计

包括总体设计、结构设计和零件设计三个阶段，这是具体进行机械设计的主体部分。

(1)总体设计阶段。这是从机器的工作原理到机构运动简图的阶段，也称方案拟定阶段。其具体任务是选择机器的工作原理，本着简单、实用、经济、美观等原则，拟定一套实现预期功能的机器机构运动简图。为此，要进行多种传动方案的比较以及具体机构的原理设计，要求把机器各个部分之间的运动关系、动力关系以及各机构主要零件在机器中的大体位置，用规定的简单符号表示在图纸上，构成机器的机构运动简图。

(2)结构设计阶段。这是从机器的运动简图到装配图的阶段。结构设计阶段的具体任务是将运动简图中的符号变成具体的零件、部件。要考虑并确定各个部件的相对位置及联接方法，主要零件的具体形状、关键尺寸、材料、制造、安装、配合等一系列问题，要进行必要的计算、类比和选择，有时还要做确认实验。要根据机器运动的具体情况：运动特性、工作阻力、工作速度以及传动系统的总效率等，初步选择原动机；根据工作阻力或原动机的出力，计算出各个主要零件的关键尺寸并选定材料；一些直接影响机器的性能、精度、寿命或特殊的关键部位，还应考虑选定合适的配合。最后，以装配图的形式体现本阶段的设计成果。

(3)零件设计阶段。就是从装配图拆画零件图。其具体任务是把要加工件的全部尺寸、结构要素及加工要求等参数用零件图详细地表现出来。应该从总体要求出发，综合考虑零件的强度、刚度、寿命、制造工艺以及重量、体积、成本限制等因素，确定零件的材料、尺寸、结构要素（如圆角半径、倒角尺寸等）、制造精度（如尺寸公差、表面粗糙度等）以及技术条件（如热处理方法、表面硬度、表面防护等）。最后，以零件图的形式体现本阶段的设计成果。

本体设计的完成，提供了机器的运动简图、装配图和零件图，从原理上、结构上和制造上为一台机器的诞生准备了初步条件。应该注意到，这里把本体设计分为三个阶段来讨论，并不是把这三个阶段截然分开。实际上这三个阶段是密切联系的，前一阶段的工作为后一阶段提供了依据，而后一阶段经深入研讨确定的东西一但越出前一阶段的限制，就会要求前一阶段的成果作适当修改。因此，本体设计的三个阶段必然是互相牵连、互相影响、互相交叉地反复进行的。

必须指出,一套完整的机器图纸和设计文件，除了上述成果外，还应包括如下内容：①工作循环图，即一个工作循环中各部分动作的协调配合关系图；②调节顺序图；电气、液压、气动、润滑、冷却等系统图；③设计计算说明书；④使用说明书；⑤组合件、标准件、外购件、通用件、易损件等的明细表。

本体设计完成之后，即将进行的就是制造和装配了。在设计过程中，因考虑不周，错误在所难免，为了减少不必要的浪费，应尽可能把错误扼杀在图纸阶段。为此，应让设计成果经过一定程序的审批手续，比如组织相关的专案组进行答辩等，尽量找出问题或不合理的地方加以改进。

3.实践检验与改进

本体设计完成之后，设计并未结束。所做的设计在此后的试制、装配、试车、鉴定等过程中，还会发现一些问题；就算是样机完成了，但是在此后的工业性试验中还可能发现新的问题。这些问题都要作必要的改进。