【正文】 機(jī)械設(shè)計(jì)理論 機(jī)械設(shè)計(jì)是一門(mén)通過(guò)設(shè)計(jì)新產(chǎn)品或者改進(jìn)老產(chǎn)品來(lái)滿(mǎn)足人類(lèi)需求的應(yīng)用技術(shù)科學(xué)。它涉及工程技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，主要研究產(chǎn)品的尺寸、形狀和詳細(xì)結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)思，還要研究產(chǎn)品在制造、銷(xiāo)售和使用等方面的問(wèn)題。 進(jìn)行各種機(jī)械設(shè)計(jì)工作的人員通常被稱(chēng)為設(shè)計(jì)人員或者機(jī)械設(shè)計(jì)工程師。機(jī)械設(shè)計(jì)是一項(xiàng)創(chuàng)造性的工作。設(shè)計(jì)工程師不僅在工作上要有創(chuàng)造性，還必須在機(jī)械制圖、運(yùn)動(dòng)學(xué)、工程材料、材料力學(xué)和機(jī)械制造工藝學(xué)等方面具有深厚的基礎(chǔ)知識(shí)。 如前所訴，機(jī)械設(shè)計(jì)的目的是生產(chǎn)能夠滿(mǎn)足人類(lèi)需求的產(chǎn)品。發(fā)明、發(fā)現(xiàn)和科技知識(shí)本身并不一定能給人 類(lèi)帶來(lái)好處，只有當(dāng)它們被應(yīng)用在產(chǎn)品上才能產(chǎn)生效益。因而，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到在一個(gè)特定的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，必須先確定人們是否需要這種產(chǎn)品。 應(yīng)當(dāng)把機(jī)械設(shè)計(jì)看成是機(jī)械設(shè)計(jì)人員運(yùn)用創(chuàng)造性的才能進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、系統(tǒng)分析和制定產(chǎn)品的制造工藝學(xué)的一個(gè)良機(jī)。掌握工程基礎(chǔ)知識(shí)要比熟記一些數(shù)據(jù)和公式更為重要。僅僅使用數(shù)據(jù)和公式是不足以在一個(gè)好的設(shè)計(jì)中做出所需的全部決定的。另一方面，應(yīng)該認(rèn)真精確的進(jìn)行所有運(yùn)算。例如，即使將一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的位置放錯(cuò)，也會(huì)使正確的設(shè)計(jì)變成錯(cuò)誤的。 一個(gè)好的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該勇于提出新的想法，而且愿意承擔(dān)一定的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng) 新的方法不適用時(shí)，就使用原來(lái)的方法。因此，設(shè)計(jì)人員必須要有耐心，因?yàn)? 所花費(fèi)的時(shí)間和努力并不能保證帶來(lái)成功。一個(gè)全新的設(shè)計(jì)，要求屏棄許多陳舊的，為人們所熟知的方法。由于許多人墨守成規(guī)，這樣做并不是一件容易的事。一位機(jī)械設(shè)計(jì)師應(yīng)該不斷地探索改進(jìn)現(xiàn)有的產(chǎn)品的方法，在此過(guò)程中應(yīng)該認(rèn)真選擇原有的、經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的設(shè)計(jì)原理，將其與未經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的新觀(guān)念結(jié)合起來(lái)。 新設(shè)計(jì)本身會(huì)有許多缺陷和未能預(yù)料的問(wèn)題發(fā)生，只有當(dāng)這些缺陷和問(wèn)題被解決之后，才能體現(xiàn)出新產(chǎn)品的優(yōu)越性。因此，一個(gè)性能優(yōu)越的產(chǎn)品誕生的同時(shí)，也伴隨著較高的風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)該強(qiáng)調(diào) 的是，如果設(shè)計(jì)本身不要求采用全新的方法，就沒(méi)有必要僅僅為了變革的目的而采用新方法。 在設(shè)計(jì)的初始階段，應(yīng)該允許設(shè)計(jì)人員充分發(fā)揮創(chuàng)造性，不受各種約束。即使產(chǎn)生了許多不切實(shí)際的想法，也會(huì)在設(shè)計(jì)的早期，即繪制圖紙之前被改正掉。只有這樣，才不致于堵塞創(chuàng)新的思路。通常，要提出幾套設(shè)計(jì)方案，然后加以比較。很有可能在最后選定的方案中，采用了某些未被接受的方案中的一些想法。 心理學(xué)家經(jīng)常談?wù)撊绾问谷藗冞m應(yīng)他們所操作的機(jī)器。設(shè)計(jì)人員的基本職責(zé)是努力使機(jī)器來(lái)適應(yīng)人們。這并不是一項(xiàng)容易的工作，因?yàn)閷?shí)際上并不存在著一個(gè)對(duì)所有人來(lái) 說(shuō)都是最優(yōu)的操作范圍和操作過(guò)程。 另一個(gè)重要問(wèn)題，設(shè)計(jì)工程師必須能夠同其他有關(guān)人員進(jìn)行交流和磋商。在開(kāi)始階段，設(shè)計(jì)人員必須就初步設(shè)計(jì)同管理人員進(jìn)行交流和磋商，并得到批準(zhǔn)。這一般是通過(guò)口頭討論，草圖和文字材料進(jìn)行的。為了進(jìn)行有效的交流 ，需要解決下列問(wèn)題： （ 1） 所設(shè)計(jì)的這個(gè)產(chǎn)品是否真正為人們所需要？ （ 2） 此產(chǎn)品與其他公司的現(xiàn)有同類(lèi)產(chǎn)品相比有無(wú)競(jìng)爭(zhēng)能力？ （ 3） 生產(chǎn)這種產(chǎn)品是否經(jīng)濟(jì)？ （ 4） 產(chǎn)品的維修是否方便？ （ 5） 產(chǎn)品有無(wú)銷(xiāo)路？是否可以盈利？ 只有時(shí)間能對(duì)上述問(wèn)題給出正確答案。但是， 產(chǎn)品 的設(shè)計(jì)、制造和銷(xiāo)售只能在對(duì)上述問(wèn)題的初步肯定答案的基礎(chǔ)上進(jìn)行。設(shè)計(jì)工程師還應(yīng)該通過(guò)零件圖和裝配圖，與制造部門(mén)一起對(duì)最終設(shè)計(jì)方案進(jìn)行磋商。 通常 ，在制造過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)某個(gè)問(wèn)題?？赡軙?huì)要求對(duì)某個(gè)零件尺寸或公差作一些更改，使零件的生產(chǎn)變得容易。但是，工程上的更改必須要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)人員批準(zhǔn)，以保證不會(huì)損傷產(chǎn)品的功能。有時(shí)，在產(chǎn)品的裝配時(shí)或者裝箱外運(yùn)前的試驗(yàn)中才發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的某種缺陷。這些事例恰好說(shuō)明了設(shè)計(jì)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。總是存在著更好的方法來(lái)完成設(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該不斷努力，尋找這些更好的方法。 近些年來(lái)，工程材料的選 擇已經(jīng)顯得重要。此外，選擇過(guò)程應(yīng)該是一個(gè)對(duì)材料的連續(xù)不斷的重新評(píng)價(jià)過(guò)程。新材料不斷出現(xiàn)，而一些原有的材料的能夠獲得的數(shù)量可能會(huì)減少。環(huán)境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面經(jīng)常會(huì)對(duì)材料選擇附加新的限制條件。為了減輕重量或者節(jié)約能源，可能會(huì)要求使用不同的材料。來(lái)自國(guó)內(nèi)和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)、對(duì)產(chǎn)品維修保養(yǎng)方便性要求的提高和顧客的反饋等方面的壓力，都會(huì)促使人們對(duì)材料進(jìn)行重新評(píng)價(jià)。由于材料選用不當(dāng)造成的產(chǎn)品責(zé)任訴訟，已經(jīng)產(chǎn)生了深刻的影響。此外，材料與材料加工之間的相互依賴(lài)關(guān)系已經(jīng)被人們認(rèn)識(shí)得更清楚。因此，為了能在合理 的成本和確保質(zhì)量的前提下獲得滿(mǎn)意的結(jié)果，設(shè)計(jì)工程師的制造工程師都必須認(rèn)真仔細(xì)地選擇、確定和使用材料。 制造任何產(chǎn)品的第一步工作都是設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)通?？梢苑譃閹讉€(gè)明確的階段：（ a）初步設(shè)計(jì)；（ b）功能設(shè)計(jì)；（ c）生產(chǎn)設(shè)計(jì)。在初步設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者著重考慮產(chǎn)品應(yīng)該具有的功能。通常要設(shè)想和考慮幾個(gè)方案，然后決定這種思想是否可行；如果可行，則應(yīng)該對(duì)其中一個(gè)或幾個(gè)方案作進(jìn)一步的改進(jìn)。在此階段，關(guān)于材料選擇唯一要考慮的問(wèn)題是：是否有性能符合要求的材料可供選擇；如果沒(méi)有的話(huà)，是否有較大的把握在成本和時(shí)間都允許的限度內(nèi)研制出一種 新材料。 在功能設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)階段，要做出一個(gè)切實(shí)可行的設(shè)計(jì)。在這個(gè)階段要繪制出相當(dāng)完整的圖紙，選擇并確定各種零件的材料。通常要制造出樣機(jī)或者實(shí)物模型，并對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)，評(píng)價(jià)產(chǎn)品的功能、可靠性、外觀(guān)和維修保養(yǎng)性等。雖然這種試驗(yàn)可能會(huì)表明，在產(chǎn)品進(jìn)入到生產(chǎn)階段之前，應(yīng)該更換某些材料，但是，絕對(duì)不能將這一點(diǎn)作為不認(rèn)真選擇材料的借口。應(yīng)該結(jié)合產(chǎn)品的功能，認(rèn)真仔細(xì)地考慮產(chǎn)品的外觀(guān)、成本和可靠性。一個(gè)很有成就的公司在制造所有的樣機(jī)時(shí)，所選用的材料應(yīng)該和其生產(chǎn)中使用的材料相同，并盡可能使用同樣的制造技術(shù)。這樣對(duì)公司是很有 好處的。功能完備的樣機(jī)如果不能根據(jù)預(yù)期的銷(xiāo)售量經(jīng)濟(jì)地制造出來(lái)，或者是樣機(jī)與正式生產(chǎn)的裝置在質(zhì)量和可靠性方面有很大不同，則這種樣機(jī)就沒(méi)有多大的價(jià)值。設(shè)計(jì)工程師最好能在這一階段完全完成材料的分析、選擇和確定工作，而不是將其留到生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段去做。因?yàn)?，在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段材料的更換是由其他人進(jìn)行的，這些人對(duì)產(chǎn)品的所有功能的了解不如設(shè)計(jì)工程師。 在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段中，與材料有關(guān)的主要問(wèn)題是應(yīng)該把材料完全確定下來(lái)，使它們與現(xiàn)有的設(shè)備相適應(yīng)，能夠利用現(xiàn)有設(shè)備經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行加工，而且材料的數(shù)量能夠比較容易保證供應(yīng)。 在制造過(guò)程中，不 可避免地會(huì)出現(xiàn)對(duì)使用中的材料做一些更改的情況。經(jīng)驗(yàn)表明，可采用某些便宜材料作為替代品。然而，在大多數(shù)情況下，在進(jìn)行生產(chǎn)以后改換材料要比在開(kāi)始生產(chǎn)前改換材料所花費(fèi)的代價(jià)要高。在設(shè)計(jì)階段做好材料選擇工作，可以避免多數(shù)這樣的情況。在生產(chǎn)制造開(kāi)始后出現(xiàn)了可供使用的新材料是更換材料的最常見(jiàn)的原因。當(dāng)然，這些新材料可能降低成本、改進(jìn)產(chǎn)品的性能。但是，必須對(duì)新材料進(jìn)行認(rèn)真的評(píng)價(jià)，以確保其所有性能都滿(mǎn)足要求。應(yīng)當(dāng)記住，新材料的性能和可靠性很少像現(xiàn)有材料那樣為人們所了解。大部分的產(chǎn)品失效和產(chǎn)品責(zé)任事故案件是由于在選用新材料作 為替代材料之前，沒(méi)有真正了解它們的長(zhǎng)期使用性能而引起的。 產(chǎn)品的責(zé)任訴訟迫使設(shè)計(jì)人員和公司在選擇材料時(shí)，采用最好的程序。在材料過(guò)程中，五個(gè)最常見(jiàn)的問(wèn)題為：（ a）不了解或者不會(huì)使用關(guān)于材料應(yīng)用方面的最新最好的信息資料； (b)未能預(yù)見(jiàn)和考慮擦黑年品可能的合理用途（如有可能，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)進(jìn)一步預(yù)測(cè)和考慮由于產(chǎn)品使用方法不當(dāng)造成的后果。在近年來(lái)的許多產(chǎn)品責(zé)任訴訟案件中，由于錯(cuò)誤地使用產(chǎn)品而受到傷害的原告控告生產(chǎn)廠(chǎng)家，并且贏得判決）； (c)所使用的材料的數(shù)據(jù)不全或是有些數(shù)據(jù)不確定，尤其是當(dāng)其長(zhǎng)期性能數(shù)據(jù)是如此的時(shí)候； (d)質(zhì)量控制方法不適當(dāng)和未經(jīng)驗(yàn)證； (e)由一些完全不稱(chēng)職的人員選擇材料。 通過(guò)對(duì)上述五個(gè)問(wèn)題的分析，可以得出這些問(wèn)題是沒(méi)有充分理由存在的結(jié)論。對(duì)這些問(wèn)題的