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机械设计的底子概念和办法大总结有必要保藏!
发布时间:2021-12-10 21:47:25 来源:球王会怎么样 浏览次数:4433 [返回]

   

  编者:假如你做过几年、十几年的机械设计,再细心看看这篇文章,你想写的经历总结现已在这里啦。

  机械设计(machine design),根据运用要求对机械的作业原理、结构、运动办法、力和能量的传递办法、各个零件的材料和形状尺度、光滑办法等进行构思、剖析和核算并将其转化为具体的描绘以作为制作根据的作业进程。

  机械设计是机械工程的重要组成部分,是机械出产的第一步,是决议机械功用的最首要的要素。

  机械设计的尽力方针是:在各种约束的条件(如材料、加工能力、理论常识和核算手法等)下设计出最好的机械,即做出优化设计。

  优化设计需求归纳地考虑许多要求,一般有:最好作业功用、最低制作本钱、最小尺度和分量、运用中最牢靠性、最低耗费和最少环境污染。这些要求常是互相对立的,并且它们之间的相对重要性因机械品种和用处的不同而异。设计者的使命是按具体状况权衡轻重,顾全大局,使设计的机械有最优的归纳技能经济作用。

  各工业机械的设计,特别是全体和全体系的机械设计,须依附于各有关的工业技能而难于构成独立的学科。因而呈现了农业机械设计、矿山机械设计、泵设计、紧缩机设计、汽轮机设计、内燃机设计、机床设计等专业性的机械设计分支学科。(编者注:老话讲“隔行如隔山”,现在是“同行如隔山”,同样是机械设计,你是这个范畴的专家,换到另一个范畴你或许是外行了)

  运用老练的科学技能或经过试验证明是可行的新技能,设计曩昔没有过的新式机械。

  根据运用经历和技能开展对已有的机械进行设计更新,以前进其功用、下降其制作本钱或削减其运用费用。

  为习惯新的需求对已有的机械作部分的批改或增删而开展出不同于规范型的变型产品。

  2、开端设计。包含确认机械的作业原理和底子结构办法,进行运动设计、结构设计并制作开端总图以及开端检查。

  3、技能设计。包含批改设计(根据初审定见)、制作悉数零部件和新的总图以及第2次检查。

  4、作业图设计。包含最终的批改(根据二审定见)、制作悉数作业图(如零件图、部件安装图和总安装图等)、拟定悉数技能文件(如零件表、易损件清单、运用阐明等)。

  5、定型设计。用于成批或很多出产的机械。关于某些设计使命比较简略(如简略机械的新式设计、一般机械的承继设计或变型设计等)的机械设计可省去开端设计程序。

  一部机器的质量底子上决议于设计质量。制作进程对机器质量所起的作用,实质上就在于完结设计时所规则的质量。因而,机器的设计阶段是决议机器好坏的要害。

  所评论的设计进程仅指狭义的技能性的设计进程。它是一个创造性的作业进程,一起也是一个尽或许多地运用已有的成功经历的作业。要很好地把承继与立异结合起来,才干设计出高质量的机器。作为一部完好的机器,它是一个杂乱的体系。要前进设计质量,有必要有一个科学的设计程序。尽管不或许列出一个在任何状况下都有用的仅有程序,可是,根据人们设计机器的长时间经历,一部机器的设计程序底子上能够如表所示。

  在规划阶段中,应对所设计的机器的需求状况做充沛的调查研讨和剖析(编者注:如细心研讨客户提出的需求及供给相关材料,重复与客户沟通清晰客户的主意和意图等),经过剖析,进一步清晰机器所应具有的功用,并为今后的决议计划提出由环境、经济、加工以及时限等各方面所确认的约束条件。在此根底上,清晰地写出设计使命的全面要求及细节,最终构成设计使命书,作为本阶段的总结。

  设计使命书大体上应包含:机器的功用,经济性及环保性的估量,制作要求方面的大致估量,底子运用要求,以及完结设计使命的估计期限等。此刻,对这些要求及条件一般也只能给出一个合理的规模,而不是精确的数字。例如能够用有必要到达的要求、最低要求、期望到达的要求等办法予以确认。

  根据不同的作业原理,能够拟定多种不同的履行组织的具体计划。例如仅以切削螺纹来说,既能够选用工件只作旋转运动而刀具作直线运动来切削螺纹(如在普通车床上切削螺纹),也能够使工件不动而刀具作滚动和移动来切削螺纹(如用板牙加工螺纹)。这便是说,即便关于同一种作业原理,也或许有几种不同的结构计划。

  原动机部分(编者注:动力部分)的计划当然也能够有多种挑选。因为电力供应的普遍性和电力拖动技能的开展,现在能够说绝大大都的固定机械都优先挑选电动机作为原动机部分。热力原动机首要用于运输机、工程机械或农业机械。即便是用电动机作为原动机,也还有沟通和直流的挑选,高转速和低转速的挑选等。

  传动部分的计划就更为杂乱多样了。关于同一传动使命,能够由多种组织及不同组织的组合来完结。因而,假如用Ⅳ,表明原动机部分的或许计划数,N2和N3别离代表传动部分和履行部分的或许计划数,则机器全体的或许计划数Ⅳ为Ni×N2×N3个。(编者注:功用上可行才算是有用计划,再从技能、经济视点作挑选)

  在如此许多的计划中,技能上可行的仅有几个。对这几个可行的计划,要从技能方面和经济及环保等方面进行归纳点评。点评的办法许多,现以经济性点评为例略做阐明。

  根据经济性进行点评时,既要考虑到设计及制作时的经济性,也要费用考虑到运用时的经济性。假如机器的结构计划比较杂乱,则其设计制作本钱就要相对地增大,可是其功用将更为完全,出产率也较高,故运用经济性也较好。反过来,结构较为简略、功用不行完全的机器,设计及制作费用虽少,但运用费用却会增多。点评结构计划的设计制作经济性时,还能够用单位成效的本钱来表明。例如单位输出功率的本钱、单件产品的本钱等。

  进行机器点评时,还有必要对机器的牢靠性进行剖析,把牢靠性作为一项点评的方针。从牢靠性的观念来看,盲目地寻求杂乱的结构往往是不明智的。一般地讲,体系越杂乱,则体系的牢靠性就越低。为了前进杂乱体系的牢靠性,就有必要添加并联备用体系,而这不可避免地会前进机器的本钱。

  环境维护也是设计中有必要细心考虑的重要方面。对环境构成不良影响的技能计划,有必要具体地进行剖析,并提出技能上老练的解决办法。

  经过计划点评,最终进行决议计划,确认一个据以进行下步技能设计的原理图或组织运动简图。

  在计划设计阶段,要正确地处理好学习与立异的联系。同类机器成功的先例应当学习,原先单薄的环节及不契合现有使命要求的部分应当加以改进或许底子改动。既要活跃立异,对立保存和照搬原有设计,也要对立一味求新而把合理的原有经历弃置不用这两种过错倾向。(编者注:学习的要害是要找出原始计存在的缺乏)

  技能设计阶段的方针是产生总安装草图及部件安装草图。经过草图设计确认出各部件及其零件的外形及底子尺度,包含各部件之间的衔接,零、部件的外形及底子尺度。最终制作零件的作业图、部件安装图和总装图。

  根据确认的结构计划,确认原动件的参数(功率、转速、线速度等)。然后做运动学核算,然后确认各运动构件的运动参数(转速、速度、加速度等)。

  结合各部分的结构及运动参数,核算各首要零件所受载荷的巨细及特性。此刻求出的载荷,因为零件尚未设计出来,因而仅仅作用于零件上的公称(或名义)载荷。

  已知首要零件所受的公称载荷的巨细和特性,即可做零、部件的开端设计。设计所根据的作业能力原则,须参照零、部件的一般失效状况、作业特性、环境条件等合理地拟定,一般有强度、刚度、振荡安稳性、寿数等原则。经过核算或类比,即可决议零、部件的底子尺度。

  根据已定出的首要零、部件的底子尺度,设计出部件安装草图及总安装草图。草图上需对全部零件的外形及尺度进行结构化设计。在此进程中,需求很好地和谐各零件的结构及尺度,全面地考虑所设计的零、部件的结构工艺性,使悉数零件有最合理的构形。

  有一些零件,在上述第(3)步中因为具体的结构不决,难于进行具体的作业能力核算,所以只能做开端核算及设计。在绘出部件安装草图及总安装草图今后,全部零件的结构及尺度均为已知,彼此邻接的零件之间的联系也为已知。只要在这时,才能够较为精确地定出作用在零件上的载荷,决议影响零件作业能力的各个细节要素。只要在此条件下,才有或许并且有必要对一些重要的或许外形及受力状况杂乱的零件进行精确的校核核算。根据校核的成果,重复地批改零件的结构及尺度,直到满意停止。

  草图设计完结今后,即可根据草图业已确认的零件底子尺度,设计零件的作业图。此刻,仍有很多的零件结构细节要加以琢磨和确认。设计作业图时,要充沛考虑到零件的加工和安装工艺性、零件在加工进程中和加工完结后的查验要求和施行办法等。有些细节组织假如对零件的作业能力有值得考虑的影响时,还须返回去从头校核作业能力。最终制作出除规范件以外的悉数零件的作业图。

  按最终定型的零件作业图上的结构及尺度,从头制作部件安装图及总安装图。经过这一作业,能够检查出零件作业图中或许躲藏的尺度和结构上的过错。人们把这一作业浅显地称为纸上安装。(编者注:现在运用3D软件设计,很便利批改,所以技能设计的进程能够穿插进行,但不能短少,当然有些校核能够运用软件自带功用。)

  技能文件的品种较多,常用的有机器的设计核算阐明书、运用阐明书、规范件明细表(BOM)等。

  编制供用户运用的机器运用阐明书时,应向用户介绍机器的功用参数规模、运用操作办法、日常保养及简略的修理办法、备用件的目录等。

  其他技能文件,如查验合格单、外购件明细表、检验条件等,视需求与否另行编制。

  以上简要地介绍了机器的设计程序。广义地讲,在机器的制作进程中,随时都有或许呈现因为工艺原因而批改设计的状况。如需批改时,则应遵从必定的批阅程序(编者注:工程改变,Engineering Change ,EC)。机器出厂后,应该有计划地进行跟踪调查;其他,用户在运用进程中也会给制作或设计部分反应呈现的问题。设计部分根据这些信息,经过剖析,也有或许对原设计进行批改,乃至改型。这些作业,尽管广义上也属设计程序的组成部分,可是归于另一个层次的问题。作为设计作业者,应当有激烈的社会责任感,要把自己作业的视界延伸到制作、运用乃至作废运用的全进程中去,重复不断地改进设计,才干使机器的质量持续不断地前进,更好地满意出产及日子的需求。

  项目使命下达后,计划阶段仅仅一个准备阶段。此刻,对所要设计的机器仅有一个含糊的概念。

  本阶段对设计的胜败起要害的作用。在这一阶段中也充沛地表现出设计作业有多个解(计划)的特色。

  机器的功用剖析,便是要对设计使命书提出的机器功用中有必要到达的要求、最低要求及期望到达的要求进行归纳剖析,即这些功用能否完结,多项功用间有无对立,彼此间能否代替等。最终确认出功用参数,作为进一步设计的根据。在这一进程中,要恰当处理需求与或许、抱负与实践、开展方针与当时方针等之间或许产生的对立问题。

  确认出功用参数后,即可提出或许的解决办法,亦即提出或许选用的计划。寻求计划时,可按原动部分、传动部分及履行部别离离进行评论。较为常用的办法是先从履行部分开端评论。

  评论机器的履行部分时,首先是关于作业原理(编者注:即完结的办法)的挑选问题。例如,设计制作螺钉的机器时,其作业原理既可选用在圆柱形毛坯上用车刀车削螺纹的办法,也可选用在圆柱形毛坯上用滚丝模滚压螺纹的办法。这就提出了两种不同的作业原理。作业原理不同,当然所设计出的机器就会底子不同。特别应当着重的是,有必要不断地研讨和开展新的作业原理。这是设计技能开展的重要途径。

  当设计使命比较杂乱时,一般选用三阶段设计,即开端设计、技能设计和作业图设计;当使命比较简略,如简略机械的新式设计、一般机械的承继设计或变型设计,则一开端就将设计做到技能设计深度,经检查、批改和同意后做作业图设计,而成为两阶段设计。

  在三阶段设计中的开端设计阶段,设计的首要进程是:确认作业原理和底子结构型式,运动设计,设计首要零、部件、制作开端总图,开端设计检查。

  在技能设计阶段,首要进程是:根据检查定见批改设计,设计悉数零、部件,制作新的总图,技能设计检查。

  在作业图设计阶段,根据检查定见批改设计,制作悉数作业图和拟定悉数技能文件。关于批量或很多出产的产品,还要进行定型设计。

  在设计的每个进程中,都或许发现前面进程中某些决议不合理,这就需求折回到前面那个进程,批改不合理的决议,重做随后的设计作业。

  这是设计的前期作业。设计使命的根据是用户订购、商场需求和新的科研成果。设计部分运用各种技能和商场情报,拟列或许计划,比较其利害,与运营部分和用户一起协商,拟定合理的设计使命方针。这对新式设计特别重要。使命方针的失误将构成经济上的严重损失,乃至遭到全面失利。

  如设计使命未作清晰规则,设计的第一个进程便是确认全体计划,即确认所要运用的作业原理和与之相应的结构型式。

  例如设计大功率船用柴油机,首先要确认是用二冲程、双作用、十字头、低速柴油机,仍是用四冲程、单作用、中速柴油机。

  又例如设计用以粗碎岩石的破碎机械,首先要确认是选用以揉捏和弯折为首要破碎作用的颚式或旋回式破碎机,或许选用以冲击为首要作用的单转子或双转子冲击式破碎机。

  设计的全体计划确认之后,接着需求运用组织学的常识,选用适宜的组织以得到所需的运动计划。上面说到的颚式破碎机依托其动颚板的摇摆使进入破碎腔的岩石遭到揉捏、弯折和劈裂作用而破碎,而动颚板的摇摆则能够选用双肘板组织的简略摇摆,或许选用单肘板组织的杂乱摇摆。在新式设计中,或许会需求归纳一个新的组织以得到所要求的运动计划,这常是一个困难的作业。因而,设计者一般尽量运用已有的和老练的组织所提给的运动计划。

  运动设计之后,设计者开端进行结构设计,核算机械各首要零件的受力、强度、形状、尺度和分量等,并制作首要零、部件草图。这时如发现本来选用的结构不可行,就有必要调整或批改结构。一起还应考虑有无或许产生过热、过度磨损或振荡的部位。

  在这一进程中,设计者经过制作草图会发现各部分的形状、尺度、份额等方面的对立。为了加强或改进某一方面,或许会削弱或恶化另一方面。这时有必要权衡轻重,进行和谐,以到达最佳归纳作用。(编者注:设计的实质便是不断权衡挑选的进程)。草图经重复批改以为开端满意后,便可制作开端总图和预算造价(本钱预估)。开端总图严厉按份额制作,选取满意的视图和切面图。

  开端总图制作后,需求请对该类机械有经历的设计、制作和运用人员以及用户或托付设计单位的代表进行开端检查。检查成果如以为设计不适用(如分量、体积太大,造价太高,对结构的牢靠性有置疑等),则须从头进行运动设计,乃至改用其他作业原理和底子结构型式。大都状况是对设计采纳某些改进办法。

  根据开端检查定见,对设计进行批改,并制作全部的零件和部件图。对首要的零件和部件进行精确的应力剖析,按剖析成果批改零件的形状、尺度等细节,并规则原料和热处理。确认零件加工精度以及部件和总装的安装条件。完结光滑设计、电气设计(驱动和操控)。重绘总图,某些重要的和批量出产的机械有时还要制作出模型。将完结的技能设计提交第2次检查。

  根据第2次检查的定见作最终的批改后,就能够制作正式的零件图、部件安装图和总安装图,编写零件表、易损零件清单、运用指南等技能文件。设计负责人应留意和谐零件间的尺度,核对耦合件间的公役合作,复核某些零件的强度和刚度。

  零件图完结后开端图纸核对,这是非常重要的作业。经过细心校正的图纸能确保加工后安装顺畅。最牢靠的校正办法是根据已制作好的零件图重绘出一张总安装图(编者注:将设计好的零件在电脑中从头按安装衔接办法制作总安装),全部对立之处就会表现出来。

  在制作零件图的一起还需求进行两项作业:一是工艺性审阅,使零件便于加工并下降制作本钱;二是规范审阅,使零件结构要素、尺度、公役合作、热处理技能条件以及规范和通用零件等契合规范的规则。

  关于单件或小批出产的机械,经过上述进程完结的设计图纸能够投入正式出产。关于成批或很多出产的机械,在正式出产前要先试制样机,进行功用试验和判定,通往后,再按批量出产工艺进行批量试出产。在批量试出产中所呈现的问题还或许需求对设计作相应的批改,方成为可供正式出产运用的定型设计。

  机械零件的设计具有许多的约束条件,设计原则便是设计所应该满意的约束条件。

  技能功用包含产品功用、制作和运转状况在内的全部功用,既指静态功用,也指动态功用。例如,产品所能传递的功率、功率、运用寿数、强度、刚度、抗冲突、磨损功用、振荡安稳性、热特性等。

  技能功用原则是指相关的技能功用有必要到达规则的要求。例如振荡会产生额定的动载荷和变应力,尤其是当其频率挨近机械体系或零件的固有频率时,将产生共振现象,这时振幅将急剧增大,有或许导至零件乃至整个体系的敏捷损坏。振荡性安稳原则便是约束机械体系或零件的相关振荡参数,如固有频率、振幅、噪声等在规则的答应规模之内。又如机器作业时的发热或许会导致热应力、热应变,乃至会构成热损坏。热特性原则便是约束各种相关的热参数(如热应力、热应变、温升等)在规则规模内。

  什物形状规范化:零部件、原材料、设备及动力等的结构办法、尺度、功用等,都应按一致的规则选用。

  规范化原则便是在设计的全进程中的全部行为,都要满意上述规范化的要求。现已发布的与机械零件设计有关的规范,从运用规模上来讲,能够分为国家规范、职业规范和企业规范三个等级。从运用强制性来说,可分为有必要履行的和引荐运用的两种。

  牢靠性:产品或零部件在规则的运用条件下,在预期的寿数内能完结规则功用的概率。牢靠性原则便是指所设计的产品、部件或零件应能满意规则的牢靠性要求。

  (4)安全性原则机器的安全性包含:零件安全性:指在规则外载荷和规则时间内零件不产生如开裂、过度变形、过度磨损和不损失安稳性等等。整机安全性:指机器确保在规则条件下不出毛病,能正常完结总功用的要求。作业安全性:指对操作人员的维护,确保人身安全和身心健康等等。环境安全性:指对机器周围的环境和人不构成污染和危害。

  设计办法学的意图是将设计思维上升为理性进程,然后使设计能循必定的逻辑进行,使更多的设计人员能作出好的设计。它大致包含以下一些内容:(1)将设计的阶段分得很细,使每一阶段成为有章可循和有理可据的思维活动。(2) 将成功的或杰出的设计储存起来,树立设计材料库,以供今后设计时参阅或选用。(3) 在设计作业中引入价值工程的概念和办法,对设计中的对立进行功用与本钱的权衡,以取得杰出的运用作用。(4) 在设计中选用冲突学、振荡学、开裂力学、有限元法、牢靠性设计、优化设计、体系工程、人类工程学等新兴学科的常识,前进设计的科学性,削减盲目性。(5) 将设计作业规模扩展,向前延伸到商场猜测,向后延伸到售后服务。(6) 运用核算机辅助设计以削减设计劳动量、前进设计速度和设计质量。

  将来机械设计学必将渗透到半导体制作、生物工程、纳米技能和机器人等职业中去,在对社会开展做出奉献的一起,不断完善自己,使理论进一步立异。(1)进一步完结体系性。即从体系观念下手,把机械产品看作一个体系或全体,依靠核算机技能,完结人、机、环境和彼此和谐。具体来说,是把全体系分解为若干个子体系,选用各种现代设计理论和办法,寻求体系优化为方针和谐各子体系的设计和匹配。(2)深化智能化设计。跟着科技的前进和开展,设计要越来越多地考虑智能的要素。很多设计内容都可经过树立模型,来描绘机械产品的各种工况行为,对模型求解可猜测产品的功用、设计的合理性和最优性。例如,各类车辆功用点评的智能决议计划体系,齿轮箱设计专家体系,毛病诊断体系等已运用在新车的开发设计中。(3)愈加重视绿色思维。绿色设计技能是对产品在其生命周期中,按契合环境维护、资源运用率最高、动力耗费最低的要求进行设计的技能。要求设计者从全周期考虑产品的环境特色和底子特色,在设计时一直立足于人的身心健康、环境维护等,一起要求所设计的产品具有可回收运用性,对环境的危害最小。

  1、专业现代由机械设计和核算机专业人员一起开发的核算机软件,能够反映和描绘机械产品在实践工况下的各种损害、失效和损坏的机理,能够定量剖析和核算机械零件和机械的动态行为,并构成固定的设计程序,这便是专业的现代设计办法,如:振荡剖析和设计,冲突学设计,热力学传热设计,强度、刚度设计,温度场剖析等等。这些软件都是在传统的设计办法根底上,运用核算机技能开发出来的。例如:用Pro/M软件剖析机械设备的动态特性,用ANSYS软件剖析应力都是这方面很好的比如,为精确判别设备的牢靠性和挑选设计参数奠定了根底。2、通用现代为了满意机械产品功用的高要求,在机械设计中很多选用核算机技能进行辅助设计和体系剖析,这便是通用的现代设计办法。常见的办法包含优化、有限元、牢靠性、仿真、专家体系、CAD等。这些办法并不仅仅针对机械产品去研讨,还有其本身的科学理论和办法。1)优化设计机械优化设计是最优化技能在机械设计范畴的移植和运用,其底子思维是根据机械设计的理论,办法和规范规范等树立一反映工程设计问题和契合数学规划要求的数学模型,然后选用数学规划办法和核算机核算技能主动找出设计问题的最优计划。它是机械设计理论与优化数学、电子核算机彼此结合而构成的一种现代设计办法。2) 仿真与虚拟设计核算机仿真技能是以核算机为东西“树立实践或联想的体系模型”并在不同条件下对模型进行动态运转试验的一门归纳性技能。而虚拟技能的实质是以核算机支撑的仿真技能为条件,在产品设计阶段,实时地并行地模仿出产品开发全进程及其对产品设计的影响,猜测产品功用、产品制作本钱、产品的可制作性、产品的可维护性和可拆卸性等,然后前进产品设计的一次成功率。这种办法不光缩短产品开发周期,也完结了缩短产品开发与用户之间的间隔。3)有限元设计这种办法是运用数学近似的办法对真什物理体系(几许和载荷工况)进行模仿。还运用简略而又彼此作用的元素,即单元,就能够用有限数量的未知量去迫临无限未知量的实在体系。它不仅能用于工程中杂乱的非线行问题、非稳态问题的求解,并且还可用于工程设计中进行杂乱结构的静态和动力剖析,并能精确地核算形状杂乱零件的应力散布和变形,成为杂乱零件强度和刚度核算的有力剖析东西。4)含糊设计它是将含糊数学常识运用到机械设计中的一种设计办法。机械设计中就存在很多的含糊信息。如机械零部件设计中,零件的安全系数往往从保存观念动身,取较大值而不经济,但在其答应的规模内存在很大的含糊区间。机械产品的开发在各阶段常会遇到各种含糊问题,尽管这些问题的特色、性质及对计谋的要求不尽相同,但所采纳的含糊剖析办法是类似的。它的最大特色是,能够将各要素对设计成果的影响进行全面定量地剖析,得出归纳的数量化方针,作为挑选决断的根据。