機械設計原理 相關
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機械結構設計的任務是什麼?
機器工作原理及裝配的設計要求是什麼?
2023年7月27日 · 機械結構設計的主要特點有： （1）它是集思考、繪圖、計算（有時進行必要的實驗）於一體的設計過程，是機械設計中涉及的問題最多、最具體、工作量最大的工作階段，在整個機械設計過程中，平均約80%的時間用於結構設計，對機械設計的成敗起著舉足輕重的作用。 （2）機械結構設計問題的多解性，即滿足同一設計要求的機械結構並不是唯一的。 （3）機械結構設計階段是一個很活躍的設計環節，常常需反復交叉的進行。 為此，在進行機械結構設計時，必須瞭解從機器的整體出發對機械結構的基本要求。 3. 機械結構件的結構要素和設計方法. (1) 結構件的幾何要素. 機械結構的功能主要是靠機械零部件的幾何形狀及各個零部件之間的相對位置關係實現的。
- 機械結構基本設計準則(下) - Ken's Blog
機器工作原理及裝配的設計要求是確定零部件結構和形狀的主 ...
- 機械結構基本設計準則(下) - Ken's Blog
- 概觀
- 基本介紹
- 設計分類
- 主要流程
- 設計階段
- 約束條件
- 設計方法學
- 展望
- 現代設計方法
- 名詞術語
機械設計（machine design），根據使用要求對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進行構思、分析和計算並將其轉化為具體的描述以作為製造依據的工作過程。
機械設計是機械工程的重要組成部分，是機械生產的第一步，是決定機械性能的最主要的因素。機械設計的努力目標是：在各種限定的條件（如材料、加工能力、理論知識和計算手段等）下設計出最好的機械，即做出最佳化設計。最佳化設計需要綜合地考慮許多要求，一般有：最好工作性能、最低製造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少環境污染。這些要求常是互相矛盾的，而且它們之間的相對重要性因機械種類和用途的不同而異。設計者的任務是按具體情況權衡輕重，統籌兼顧，使設計的機械有最優的綜合技術經濟效果。過去，設計的最佳化主要依靠設計者的知識、經驗和遠見。隨著機械工程基礎理論和價值工程、系統分析等新學科的發展，製造和使用的技術經濟數據資料的積累,以及計算機的推廣套用,最佳化逐漸捨棄主觀判斷而依靠科學計算。
機械設計可分為新型設計、繼承設計和變型設計3類。
1、新型設計
套用成熟的科學技術或經過實驗證明是可行的新技術，設計過去沒有過的新型機械。
2、繼承設計
根據使用經驗和技術發展對已有的機械進行設計更新，以提高其性能、降低其製造成本或減少其運用費用。
3、變型設計
1、根據用戶訂貨、市場需要和新科研成果制定設計任務。
2、初步設計。包括確定機械的工作原理和基本結構形式，進行運動設計、結構設計並繪製初步總圖以及初步審查。
3、技術設計。包括修改設計（根據初審意見）、繪製全部零部件和新的總圖以及第二次審查。
4、工作圖設計。包括最後的修改（根據二審意見）、繪製全部工作圖（如零件圖、部件裝配圖和總裝配圖等）、制定全部技術檔案（如零件表、易損件清單、使用說明等）。
一部機器的質量基本上決定於設計質量。製造過程對機器質量所起的作用，本質上就在於實現設計時所規定的質量。因此，機器的設計階段是決定機器好壞的關鍵。
所討論的設計過程僅指狹義的技術性的設計過程。它是一個創造性的工作過程，同時也是一個儘可能多地利用已有的成功經驗的工作。要很好地把繼承與創新結合起來，才能設計出高質量的機器。作為一部完整的機器，它是一個複雜的系統。要提高設計質量，必須有一個科學的設計程式。雖然不可能列出一個在任何情況下都有效的惟一程式，但是，根據人們設計機器的長期經驗，一部機器的設計程式基本上可以如表2 -1所示。
以下對各階段分別加以簡要說明。
（一）計畫
在計畫階段中，應對所設計的機器的需求情況做充分的調查研究和分析。通過分析，進一步明確機器所應具有的功能，並為以後的決策提出由環境、經濟、加工以及時限等各方面所確定的約束條件。在此基礎上，明確地寫出設計任務的全面要求及細節，最後形成設計任務書，作為本階段的總結。設計任務書大體上應包括：機器的功能，經濟性及環保性的估計，製造要求方面的大致估計，基本使用要求，以及完成設計任務的預計期限等。此時，對這些要求及條件一般也只能給出一個合理的範圍，而不是準確的數字。例如可以用必須達到的要求、最低要求、希望達到的要求等方式予以確定。
（二）方案設計
技術性能準則
技術性能包括產品功能、製造和運行狀況在內的一切性能，既指靜態性能，也指動態性能。例如，產品所能傳遞的功率、效率、使用壽命、強度、剛度、抗摩擦、磨損性能、振動穩定性、熱特性等。技術性能準則是指相關的技術性能必須達到規定的要求。例如振動會產生額外的動載荷和變應力，尤其是當其頻率接近機械系統或零件的固有頻率時，將發生共振現象，這時振幅將急劇增大，有可能導至零件甚至整個系統的迅速損壞。振動性穩定準則就是限制機械系統或零件的相關振動參數，如固有頻率、振幅、噪聲等在規定的允許範圍之內。又如機器工作時的發熱可能會導致熱應力、熱應變，甚至會造成熱損壞。熱特性準則就是限制各種相關的熱參數(如熱應力、熱應變、溫升等)在規定範圍內。
標準化準則
與機械產品設計有關的主要標準大致有： 概念標準化：設計過程中所涉及的名詞術語、符號、計量單位等應符合標準； 實物形態標準化：零部件、原材料、設備及能源等的結構形式、尺寸、性能等，都應按統一的規定選用。 方法標準化：操作方法、測量方法、試驗方法等都應按相應規定實施。 標準化準則就是在設計的全過程中的所有行為，都要滿足上述標準化的要求。現已發布的與機械零件設計有關的標準，從運用範圍上來講，可以分為國家標準、行業標準和企業標準三個等級。從使用強制性來說，可分為必須執行的和推薦使用的兩種。
可靠性準則
可靠性：產品或零部件在規定的使用條件下，在預期的壽命內能完成規定功能的機率。可靠性準則就是指所設計的產品、部件或零件應能滿足規定的可靠性要求。
設計方法學的目的是將設計思維上升為理性過程，從而使設計能循一定的邏輯進行，使更多的設計人員能作出好的設計。它大致包括以下一些內容：
1、將設計的階段分得很細，使每一階段成為有章可循和有理可據的思維活動。
2、將成功的或良好的設計儲存起來,建立設計資料庫,以供以後設計時參考或採用。
3、在設計工作中引進價值工程的概念和方法，對設計中的矛盾進行功能與成本的權衡,以獲得良好的使用效果。
4、在設計中採用摩擦學、振動學、斷裂力學、有限元法、可靠性設計、最佳化設計、系統工程、人類工程學等新興學科的知識，提高設計的科學性，減少盲目性。
5、將設計工作範圍擴大，向前延伸到市場預測，向後延伸到售後服務。
將來機械設計學必將滲透到半導體製造、生物工程、納米技術和機器人等行業中去，在對社會發展做出貢獻的同時，不斷完善自己，使理論進一步創新。
（1）進一步實現系統性。即從系統觀點入手，把機械產品看作一個系統或整體，依賴計算機技術，實現人、機、環境和相互協調。具體來說，是把總系統分解為若干個子系統，採用各種現代設計理論和方法，追求系統最佳化為目標協調各子系統的設計和匹配。
（2）深化智慧型化設計。隨著科技的進步和發展，設計要越來越多地考慮智慧型的因素。大量設計內容都可通過建立模型，來描述機械產品的各種工況行為，對模型求解可預測產品的性能、設計的合理性和最優性。例如，各類車輛性能評價的智慧型決策系統，齒輪箱設計專家系統，故障診斷系統等已套用在新車的開發設計中。
（3）更加注重綠色思想。綠色設計技術是對產品在其生命周期中，按符合環境保護、資源利用率最高、能源消耗最低的要求進行設計的技術。要求設計者從全周期考慮產品的環境屬性和基本屬性，在設計時始終立足於人的身心健康、環境保護等，同時要求所設計的產品具有可回收利用性，對環境的損害最小。
專業現代
由機械設計和計算機專業人員共同開發的計算機軟體，能夠反映和描述機械產品在實際工況下的各種損傷、失效和破壞的機理，可以定量分析和計算機械零件和機械的動態行為，並形成固定的設計程式，這就是專業的現代設計方法，如：振動分析和設計，摩擦學設計，熱力學傳熱設計，強度、剛度設計，溫度場分析等等。這些軟體都是在傳統的設計方法基礎上，套用計算機技術開發出來的。例如：用Pro/M軟體分析機械裝置的動態特性，用ANSYS軟體分析應力都是這方面很好的例子，為準確判斷裝置的可靠性和選擇設計參數奠定了基礎。
通用現代
為了滿足機械產品性能的高要求，在機械設計中大量採用計算機技術進行輔助設計和系統分析，這就是通用的現代設計方法。常見的方法包括最佳化、有限元、可靠性、仿真、專家系統、CAD等。這些方法並不只是針對機械產品去研究，還有其自身的科學理論和方法。 1 最佳化設計 機械最佳化設計是最最佳化技術在機械設計領域的移植和套用，其基本思想是根據機械設計的理論，方法和標準規範等建立一反映工程設計問題和符合數學規劃要求的數學模型，然後採用數學規劃方法和計算機計算技術自動找出設計問題的最優方案。它是機械設計理論與最佳化數學、電子計算機相互結合而形成的一種現代設計方法。 2 仿真與虛擬設計 計算機仿真技術是以計算機為工具“建立實際或聯想的系統模型”並在不同條件下對模型進行動態運行實驗的一門綜合性技術。而虛擬技術的本質是以計算機支持的仿真技術為前提，在產品設計階段，實時地並行地模擬出產品開發全過程及其對產品設計的影響，預測產品性能、產品製造成本、產品的可製造性、產品的可維護性和可拆卸性等，從而提高產品設計的一次成功率。這種方法不但縮短產品開發周期，也實現了縮短產品開發與用戶之間的距離。 3 有限元設計 這種方法是利用數學近似的方法對真實物理系統（幾何和載荷工況）進行模擬。還利用簡單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數量的未知量去逼近無限未知量的真實系統。它不僅能用於工程中複雜的非線行問題、非穩態問題的求解，而且還可用於工程設計中進行複雜結構的靜態和動力分析，並能準確地計算形狀複雜零件的應力分布和變形，成為複雜零件強度和剛度計算的有力分析工具。 4 模糊設計 它是將模糊數學知識套用到機械設計中的一種設計方法。機械設計中就存在大量的模糊信息。如機械零部件設計中，零件的安全係數往往從保守觀點出發，取較大值而不經濟，但在其允許的範圍記憶體在很大的模糊區間。機械產品的開發在各階段常會遇到各種模糊問題，雖然這些問題的特點、性質及對計策的要求不盡相同，但所採取的模糊分析方法是相似的。它的最大特點是，可以將各因素對設計結果的影響進行全面定量地分析，得出綜合的數量化指標，作為選擇決斷的依據。
阿基米德蝸桿 Archimedes worm
安全係數 safety factor; factor of safety
安全載荷 safe load
凹面、凹度 concavity
扳手 wrench
板簧 flat leaf spring
1-2. 機械設計之程序及考慮之因素. 一、一般設計之程序. ( 一) 認識並了解需求, 確定問題之所在。 ( 二) 明確的定義問題, 列出待設計物之所有規格( 如輸入及輸出量、體積尺寸及限制等)。 ( 三) 綜合各項已知條件, 找出解決問題的方法。 ( 四) 分析各種解決方法, 並於分析過程中持續且反覆地修正,以找出最佳化的解決方案。 ( 五) 對最佳化之設計加以評估,以驗證設計結果是否與所定義之待測物 規格相符合; 若不符合, 則回至過程( 三) 重新分析。 1-3( 六) 當設計結果與問題之規格相符合時, 以文字、圖面或敘述之方式將 設計結果表達出來。 二、機械設計之程序. ( 一) 列舉欲設計機械應具備之條件與功能, 作完整之分析和說明。
機械設計所需的基礎必修課程包括： 微積分 、 工程數學 、 機械製圖 、 機械材料 、 靜力學 、 動力學 、 材料力學 、 熱力學 、 流體力學 以及 機構學（機件原理） 。 [1] 設計過程 [ 編輯] 計劃階段 [ 編輯] 對所設計的機器的需求情況做充分的調查研究和分析。 通過分析，進一步明確機器所應具有的功能，並為以後的決策提出由環境、經濟、加工和時限等各方面所確定的約束條件。 在此基礎上，明確寫出設計任務的全面要求和細節，最後形成設計任務書 [2] 。 方案設計階段 [ 編輯] 根據設計任務書提出的機器所必須達到的要求、最低要求、以及希望達到的要求進行綜合分析，即這些功能能否實現，多項功能間有無矛盾，相互之間能否替代等。 最後確定設計功能參數，作為下一步設計的依據。
2021年6月30日 · 機械設計原理. 機械四蘇品綸、施墨然、黃澤樺、余彥亨. 課程介紹. 學期剛開始的時候，聽同學和學長們口耳相傳，便以為這門課是一堂實務課，最重要的就是把專題設計做出來。 然而了解配分方式後（60%考試，其餘作業、報告、專題共40%），才發現這門課看似注重實作能力，但實際上要拿高分「考試」仍舊是一大重點，導致這門課的定位介於尷尬的位置。 課本上的內容是要教導我們一些機械設計所需要具備的原理知識，偏向大二工程材料、材料力學和機械製造的結合運用。 但以本組的經驗來看，70%（甚至更多）的時間都是花在專題上，如此便產生花費的時間精力和成績不成比例的情況。 心態的不平衡固然避免不了，姑且就當作是一場磨煉，時間作為成本也需要學習如何使用才能發揮最大效益。
2004年1月1日 · 《機械設計原理與方法》是為了適應21世紀人才培養的需要而編寫的，是21世紀高等學校機械設計製造及其自動化專業系列教材之一。 基本介紹. 書名 ：21世紀高等學校機械設計製造及其自動化專業系列教材--機械設計原理與方法 (上冊) 又名 ：機械設計原理與方法. 作者 ：鐘毅芳等. 出版社 ：華中科技大學出版社. 基本信息,簡 介,前 言,目錄, 書名:21世紀高等學校機械設計製造及其自動化專業系列教材--機械設計原理與方法 (上冊) 出版社: 華中科技大學出版社. 定價:32.8. 條形碼:9787560925585. ISBN:ISBN 7-5609-2558-8. 作者:鐘毅芳等. 印刷日期:2004-1-1. 出版日期:2004-1-1. 精裝平裝_開本_頁數:平裝16開,426頁.
