【導(dǎo)讀】engineering-mechanicssciences.Doesthe. And,ashejots. downsomeideas,whathappensnext?right.Theproblemismore. reliability.

　　

【正文】 隱含的設(shè)計要求的組成部分。 在確定了要解決的問題，并且形成了一系列的書面的和隱含的設(shè)計要求之后，設(shè)計工作的下一階段是進行綜合以獲得最優(yōu)的結(jié)果。因為只有通過對所設(shè)計的系統(tǒng)進行分析，才能確定其性能是否滿足設(shè)計要求。因此，不進行分析 和優(yōu)化就不能進行綜合。 設(shè)計工作是一個反復(fù)進行的過程。在這個過程中，我們要經(jīng)歷幾個階段，在對結(jié)果進行評價后，再返回到前面的階段。因此，我們可以先綜合系統(tǒng)中的幾個零件，對它們進行分析和優(yōu)化，然后再進行綜合，看它們對系統(tǒng)的其他部分有時么影響。分析和優(yōu)化都要求我們建立或者做出系統(tǒng)的抽象模型，以便對此進行數(shù)學(xué)分析。我們將這些模型稱為數(shù)學(xué)模型。在建立數(shù)學(xué)模型時，我們希望能夠找到一個可以很好地模擬實際物理系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 評價是整個設(shè)計過程中的一個重要階段。評價是對一個成功的設(shè)計的最后檢驗，通常包括樣機的實驗室實驗。在 此階段我們希望弄清楚設(shè)計能否真正滿足所有的要求。它是否可靠？在與類似的產(chǎn)品的競爭中它能否獲勝？制造和使用這種產(chǎn)品是否經(jīng)濟？它是否易于維護和調(diào)整？能否從它的銷售或使用中獲得利潤？ 與其他人就設(shè)計方案進行交流和溝通是設(shè)計過程的最后和關(guān)鍵階段。毫無疑問，有許多偉大的設(shè)計、發(fā)明或創(chuàng)造之所以沒有為人類所利用，就是因為創(chuàng)造者不善于或者不愿意向其他人介紹自己的成果。提出方案是一種說服別人的工作。當(dāng)一個工程師向經(jīng)營、管理部門或者其主管人員提出自己的新方案時，就是希望向他們說明或者證明自己的方案是比較好的。只有成功地完成這項 工作，為得出這個方案所花費的大量時間和精力才不會被浪費掉。 人們基本上只有三種表達(dá)自己思想的方式，即文字材料、口頭表述和繪圖。因此，一個優(yōu)秀的工程師除了掌握技術(shù)之外，還應(yīng)該精通這三種表達(dá)方式。如果一個技術(shù)能力很強的人在上述三種表達(dá)方式中的某一種的能力較差，他就會遇到很大的困難。如果上述三種能力都很差，那將永遠(yuǎn)沒有人知道他是一個多么能干的人！ 一個有能力的工程師不應(yīng)該害怕在提出自己的方案時遭到失敗的可能性。事實上，偶然的失敗肯定會發(fā)生的，因為每一個真正有創(chuàng)造性的設(shè)想似乎總是有失敗或批評伴隨著它。從一次失敗中可 以學(xué)到很多東西，只有不怕遭受失敗的人們才能取得最大的收獲?？傊瑳Q定不把方案提交出來，才是真正的失敗。 機械設(shè)計概論 機械設(shè)計是一門通過設(shè)計新產(chǎn)品或者改進產(chǎn)品來滿足人類需求的應(yīng)用技術(shù)科學(xué)。它是一個廣闊的工程技術(shù)領(lǐng)域，不僅要研究產(chǎn)品在尺寸、形狀和詳細(xì)結(jié)構(gòu)等方面的基本構(gòu)思，還要考慮產(chǎn)品在制造、銷售和使用等方面的有關(guān)問題。 進行各種機械設(shè)計工作的人員通常被稱為設(shè)計人員或者設(shè)計工程師。機械設(shè)計是一項創(chuàng)造性的工作。設(shè)計工程師不僅在工作上要有創(chuàng)新性，還必須在機械制圖、運動學(xué)、工程材料、材料力學(xué)和機械制造工藝等方面具有深 厚的基礎(chǔ)知識。 如前面所述，機械設(shè)計的目的是生產(chǎn)能夠滿足人類需求的產(chǎn)品。發(fā)明、發(fā)現(xiàn)和科學(xué)知識本身并不一定能給人類帶來益處，只有當(dāng)它們被用在產(chǎn)品上才能產(chǎn)生效益。因而，應(yīng)該認(rèn)識到再一個特定產(chǎn)品進行設(shè)計之前，必須先確定人們是否需要這種產(chǎn)品。 應(yīng)當(dāng)把機械設(shè)計看成是設(shè)計人員運用創(chuàng)造性的才能進行產(chǎn)品設(shè)計、系統(tǒng)分析和制訂產(chǎn)品的制造工藝的一個良機。掌握工程基礎(chǔ)知識要比熟記一些數(shù)據(jù)和公式更為重要。僅僅使用數(shù)據(jù)和公式是不足以再一個好的設(shè)計中做出所需的全部決定。另一方面，應(yīng)該認(rèn)真精確地進行所有運算。例如，即使將一個小數(shù)點的位置放 錯，也會使正確的設(shè)計變成錯誤的。 一個好的設(shè)計人員應(yīng)該勇于提出新的想法，而且愿意承擔(dān)一定的風(fēng)險，當(dāng)新的方法不適用時，就恢復(fù)采用原來的方法。因此，設(shè)計人員必須要有耐心，因為所花費的時間和努力并不能保證帶來成功。一個全新的設(shè)計，要求屏棄許多陳舊的，為人們所熟知的方法。由于許多人易于墨守成規(guī)，這樣做并不是一件容易的事情。以為設(shè)計工程師應(yīng)該不斷的探索改進現(xiàn)有產(chǎn)品的辦法，在此過程中應(yīng)該認(rèn)真選擇原有的、經(jīng)過驗證的設(shè)計原理，將其與未經(jīng)過驗證的新觀念結(jié)合起來。 新設(shè)計本身會有許多缺陷和未能預(yù)料的問題發(fā)生，只有當(dāng)這些缺陷和問題被解決之后，才能體現(xiàn)出新產(chǎn)品的優(yōu)越性。因此，一個性能優(yōu)越的產(chǎn)品誕生的同時，也伴隨著較高的風(fēng)險。應(yīng)該強調(diào)的是，如果設(shè)計本身不要求采用全新的辦法，就沒有必要僅僅為了變革的目的而采用新辦法。 在設(shè)計的初始階段，應(yīng)該允許設(shè)計人員充分發(fā)揮創(chuàng)造性，不受各種約束。即使產(chǎn)生了許多不切合實際的想法，也會在設(shè)計的早期，即繪制生產(chǎn)圖紙之前被改正掉。只有這樣， 才不至于堵塞創(chuàng)新得思路。通常要提出幾套設(shè)計方案 184。然后加以比較。很有可能在最后選定的方案中 184。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)他們所操作的機器。設(shè)計人員的基本職責(zé)是努力使機器來適應(yīng)人們。這并不是一項容易的工作，因為實際上并不存在著一個對所有人來說都是最優(yōu)的操作范圍和操作過程。 另一個應(yīng)該被認(rèn)識到的重要問題是，設(shè)計工程師必須能夠同其他有關(guān)人員進行交流和溝通。在開始階段，設(shè)計人員必須就初步設(shè)計同管理人員進行交流和溝通，并得到批準(zhǔn)。這一般是通過口頭討論，草圖和文字材料進行的。為了有效地進行交流，需要解決下列問題： （ 1） 所要設(shè)計的這個產(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)有產(chǎn)品相比有 無競爭能力？ （ 3） 生產(chǎn)這種產(chǎn)品是否經(jīng)濟？ （ 4） 產(chǎn)品的維修是否方便？ （ 5） 產(chǎn)品有無銷路？是否可以盈利？ 只有時間才能對上述問題給出正確的答案。但是，產(chǎn)品的設(shè)計、制造和銷售只能在對上述問題的初步肯定答案的基礎(chǔ)上進行。設(shè)計工程師還應(yīng)該通過零件圖和裝配圖，與制造部門一起對最終設(shè)計方案進行溝通。 通常，在制造過程中會出現(xiàn)某個問題?？赡軙髮δ硞€零件尺寸或公差作一些修改，使零件的生產(chǎn)變得容易。但是，工程上的修改必須要經(jīng)過設(shè)計人員批準(zhǔn)，以保證不會損傷產(chǎn)品的功能。有時，在產(chǎn)品的裝配時或者裝配外運前的試驗中才發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的某些缺陷。這些 事例恰好說明了設(shè)計是一個動態(tài)過程。總是存在著更好的方法來完成設(shè)計工作，設(shè)計人員應(yīng)該不斷努力，尋找這些更好的方法。 機械加工 車削 普通車床作為最早的金屬切削機床中的一種，目前仍然有許多有用的和為人們所需要的特性?，F(xiàn)在，這些機床主要用在規(guī)模較小的工廠中，進行小批量的生產(chǎn)，而不是進行大批量的生產(chǎn)。 在現(xiàn)在的生產(chǎn)車間中，普通車床已經(jīng)被種類繁多的自動車床所取代，諸如自動仿形車床，六角車床和自動螺絲車床?，F(xiàn)在，設(shè)計人員已經(jīng)熟知先利用單刃刀具去除大量的金屬余量，然后利用成型刀具獲得表面光潔度和精度這種加工方法的優(yōu)點 。這種加工方法的生產(chǎn)速度與現(xiàn)在工廠中使用的最快的加工設(shè)備的速度相等。 普通車床的加工偏差主要依賴于操作者的技術(shù)熟練程度。設(shè)計工程師應(yīng)該認(rèn)真地確定由熟練工人在普通車床上加工的試驗零件的公差。在把試驗零件重新設(shè)計為生產(chǎn)零件時，應(yīng)該選用經(jīng)濟的公差。 六角車床 對生產(chǎn)加工設(shè)備來說，目前比過去更著重評價其是否具有精確的和快速的重復(fù)加工能力。應(yīng)用這個標(biāo)準(zhǔn)來評價具體的加工方法，六角車床可以獲得較高的質(zhì)量評定。 在為小批量的零件（ 100～ 200 件）設(shè)計加工方法時，采用六角車床時最經(jīng)濟的。為了在六角車床上獲得盡可能小的公 差值，設(shè)計人員應(yīng)該盡量將加工工序的數(shù)目減至最少。 自動螺絲車床 自動螺絲車床 通常被分為以下幾種類型：單軸自動、多軸自動和自動夾緊車床。自動螺絲車床最初是被用來對螺釘和類似的帶有螺紋的零件進行自動化和快速加工的。但是，這種車床的用途早就超過了這個狹窄的范圍?，F(xiàn)在，它在許多種類的精密零件的大批量生產(chǎn)中起者重要的作用。工件的數(shù)量對采用自動螺絲車床所加工 零件的經(jīng)濟性有較大的影響。如果工件的數(shù)量少于 1000 件，在六角車床上進行加工比在自動螺絲車床上加工要經(jīng)濟得多。如果計算出最小經(jīng)濟批量，并且針對工件批量正確 地選擇機床，就會降低零件的加工成本。 自動仿形車床 因為零件的表面粗糙度在很大程度上取決于工件材料、刀具、進給量和切削速度，采用自動仿形車床加工得到的最小公差不一定是最經(jīng)濟的公差。 在某種情況下，在連續(xù)生產(chǎn)過程中，只進行一次切削加工時的公差可以達(dá)到 177。 。對于某些零件，槽寬的公差可以達(dá)到 177。 mm。鏜孔和采用單刃刀具進行精加工時，公差可達(dá)到 177。 mm。在希望獲得最大產(chǎn)量的大批量生產(chǎn)中，進行直徑和長度的車削時的最小公差值為 177。 mm 時是最經(jīng)濟的。 銑削 除了車削和鉆削， 銑削無疑是應(yīng)用最廣泛的金屬切削方法。銑削非常適合于而且也易于應(yīng)用在任何數(shù)量的零件的經(jīng)濟生產(chǎn)中。在產(chǎn)品制造過程中，許許多多種類的銑削加工是值得設(shè)計人員認(rèn)真考慮和選擇的。 與其他種類的加工一樣，對于進行銑削加工的零件，其公差應(yīng)該被設(shè)計或銑削生產(chǎn)所能達(dá)到的經(jīng)濟公差。如果零件的公差設(shè)計得比需要的要小，就需要增加額外的工序，以保證獲得這些公差 —— 這將增加零件的成本。 磨削 磨削是一種應(yīng)用最廣泛的零件精加工方法，用來獲得非常小的公差和非常低的表面粗糙度。目前，幾乎存在著適合于各種磨削工序的磨削。零件的設(shè)計特征在很大程 度上決定了需要采用的磨削的種類。當(dāng)加工成本太高時，就值得對零件進行重新設(shè)計，使其能夠通過采用既便宜又具有高生產(chǎn)率的磨削方法加工出來，以獲得經(jīng)濟效益。盡管通常認(rèn)為磨削適用于精加工工序，對那些適合于采用磨削來完成粗、精加工工序的工件，也經(jīng)常采用磨削方法完成全部加工工作，而不采用車削或者其他加工方法。因此，許多種類的鍛件和其他零件，可以采用磨削的方法完成其從毛坯到成品的全部加工，這可以顯著地節(jié)約時間和費用。 磨床有以下幾種類型：外圓磨床、無心磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床和工具磨床。 外圓磨床和無心磨床是用來磨削圓柱形 工件或者圓錐形工件的。因此，花鍵軸、軸和其他類似的零件是采用普通的外圓磨床，或者采用無心磨床進行加工的。 螺紋磨床用來磨削螺紋量規(guī)上的精密螺紋和用來磨削螺紋的中徑與軸的同心度公差很小的精密件上的螺紋。 內(nèi)圓磨床用來磨削精密的孔、汽缸孔以及各種類似的，需要進行精加工的孔。 平面磨床用來對各種平面工件，或者帶有平面的工件進行精加工?？梢圆捎蒙拜喌倪吇蛘呱拜喌亩嗣孢M行磨削。這類機床上裝有往復(fù)式工作臺或者回轉(zhuǎn)式工作臺。