機械設計需要哪些知識？機械設計知識相關原理介紹
時間：2021-05-14瀏覽次數：4710
① 構成設計設想和完善整體戰略
機械設計的過程常常是從整體到部分細化的過程。所謂整體，就是指一個總的全局觀。比方拿到某個課題（設計某樣功用的機器），首先要在頭腦里構成一個總體的含糊性的設計概念（這時要思索的是一些全局性要素）。比方要思索客戶要加工的料的材質（各項物理性能/硬度/強度/屈從點/耐磨性/韌性/比熱/密度等），外形（板材還是型材還是鑄件鍛件等）。
再比方要思索你所將設計的機床的大致尺寸，總高，總長，總寬（思索到實踐車輛和道路運輸狀況再決議該機是散裝運輸還是整機運輸）。在思索這些大致方向性的根底要素的同時，也要同時思索初步的機床功用完成方式。也就是采取何種工藝或辦法來成型，就目前的成型方式來說，可分不去除資料的方式和去除資料的方式以及增加資料的方式。
不去除資料的方式有：鑄造/鍛造/擠壓/冷軋/折彎/滾壓/卷圓/彎管/旋壓等
去除資料的方式有：車削/銑削/鉆削/刨削/磨削/拉削/鋸削/插削/沖壓/裁剪/激光切割/水切割/火焰切割/等離子切割/火花電蝕等
增加資料的方式有：焊接/分層輪廓加工（3D打印機）
在如此多的成型方式里自創和肯定某一種適宜的成型方式作為所要設計的機床的根底理論架構。
② 肯定機床初步構造方式
基于上述內容肯定一個初步的機床構造布置性計劃。比方客戶提供的要由你所設計的機器加工的料是相似工字鋼一類的較長型材（此時要綜合思索在機床加工時客戶上料以及下料的便利性，平安性等要素，同時思索客戶是單條加工還是成捆多條同時加工。）
在此情況下，我們可能就會傾向于肯定大約設計思緒，是在加工時分采取被加工件固定（靜止）而采取刀具以及刀具總成挪動的初步戰略（類如激光切割機）。
當然，分離實踐狀況也能夠采取工作臺（物料）挪動方式（類如龍門銑床）。有了個大致性的初步戰略后，再接著就要思索機床的消費效率和精度請求。關于此兩項請求肯定是要分離設備造價來肯定。例如能否采用多工位構造，能否采用多機頭構造，能否需求加快各部位工進或快進的速度（速度高了關于驅動的功率請求就大了，又要思索速度高了機構慣性大了，定位精度降落了，若采用大功率大慣量的電機就直接意味著本錢的上升。）
此時也要統籌機床整體的剛性以及重心問題，或思索必要的構造共振頻率問題。同時還要統籌人體工程學請求。（關于操作位或某些需求經常調整和操作的位置要思索正常人操作時的便利性。）
③ 肯定各部件或總成的構造方式和功用
在肯定了機床成型方式和整體初步構造后就要對各部位停止初步規劃，這時要比擬明晰和明了各部位的功用以及肯定采用何種機構來完成這些部位的功用。做這些規劃的前提的前提就是要先思索這個組件或部件的裝置和拆卸問題。
比方關于易損件或耗材或關于一些需求經常調校的安裝和機構就請求思索合理的拆裝和維修時的便利性。比方要改換一條三角皮帶，則要對該機停止殺牛剝皮式的拆卸和改換那就不能算是一個好的設計。
例如當我們肯定采用常用的直線進給機構時所要思索的問題有如下方面：（分離實踐的效率和精度需求明白某種完成方式，常用的當然有導軌加絲杠這種方式，至于是采用滑動摩擦絲杠還是滾動摩擦的絲杠則要依據實踐狀況肯定。傳動效率，定位精度，動態響應性，負載狀況，速度特性，螺紋升角，絲杠所能接受的軸向載荷，導程，造價本錢，等要素都要綜合思索。）再比方間歇運動機構，在電機控制技術還沒完善前，要完成此類機構那真是把戲繁多，包括槽輪方式，不完整齒輪方式等，個人以為做機械設計難的是如何把復雜問題簡單化，關于那些處心積慮搞些精妙復雜的機構，例如圓柱/圓盤凸輪機構，詭異莫測的空間機構，變化無量的四桿機構，以及一些考驗加工制造人員的不完整齒輪機構和異形齒輪機構等等。
關于刻意要弄些讓普通人玩不轉的，弄不清情況的設計，個人不表示同意。當然前提條件是我們完整能夠采用一維線性運動或二維平面插補或三軸聯動來處理的狀況。
采用伺服電機和直線滾動摩擦性質驅動和導向安裝能圓滿處理那些需求間歇的，加速的，行程放大的，特殊運動曲線的功用請求下為何還要去弄那些復雜的，且制造艱難的，不通用的，讓維修和裝配人員頭昏眼花，莫明其妙的且還大都是些滑動摩擦關系的機構呢？或許有人會說，一組二維平面直線插補的運動平臺抹殺了幾前人留下的那些能夠真正稱謂為機械設計精髓的機構。
關于此，類舉個很有挖苦意味的笑話。（某新兵停止野外生存鍛煉，餓著肚子搓了好幾個小時的木頭，還是沒能像祖先一樣完成鉆木取火。筋疲力竭之余摸出打火機和香煙，先坐石頭上抽根煙，緩口吻，繼續揣摩這鉆木取火的技巧......）
當然，關于一些必需的和必要的機構還是無法完整采用現代快餐式的設計文化來填補和完成。比方應用偏心安裝得到振動特性或夾具上的快速鎖緊安裝。或者是要應用超越離合器得到反轉失效等工況。
④ 零件設計
第1，思索該零件的制造批量。（若是大批量制造某個零件時要充沛思索機床夾具所用的定位基準，工藝孔等“多余”的要素。）
第2，思索該零件的成型方式的特性。（比方某高速旋轉的盤類零件，當采用鑄形成型時，因不可防止地會存在組織疏松或氣孔等缺陷，而這類工藝特征不停止后期動均衡處置必然會招致在高速運轉狀態下產生過大的向心力，間接地會呈現軸承發熱，異響，壽命短等現象。再比方關于中碳鋼或高碳鋼原資料停止氣割下料來獲取零件毛坯時很容易呈現切割處“被”淬火現象。）
第3，思索該零件的原材特性。（比方一片狀薄板類零件，我們首先想到采用鐵板取料，當然取料的方式能夠是激光切割/水切割/火焰切割/以至線切割/或是沖壓。。。這就要分離該零件的[敏感詞]經濟效益來決議。當然不論是針對板材還是線材，不論是采用鋸切下料還是火焰或激光或水切等，都要留意排料問題。（追求資料[敏感詞]應用率）
第4，思索該零件的加工夾具。（關于單件小批量制造應在設計時盡量防止一些在通用機床上無法加工，必需得用專用夾具來停止消費加工的狀況。）
第5，思索制造該零件的刀具。（在設計零件時要充沛思索在市場上可購置到的且合適本身機床裝夾和運用的刀具。盡量防止定制非標刀具。這個局部就請求略知一些刀具的國度規范。比方你在零件上設計了一個孔，且這個孔是有比擬高的圓柱度和光亮度請求。普通我們關于孔的工藝是鉆孔或車孔—鉸孔或鏜孔—或內圓磨。但你這個孔的直徑值若是選得不接近刀具[敏感詞]系列或第二系列時，在規范刀具市場買不到對應的鉆頭鉸刀一類刀具狀況下就會變得十分費事。）
第6，思索加工這個零件的機床的加工范圍。（機床都有固定的加工才能范圍參數。比方 C6132 表示臥式車床能夠完成[敏感詞]零件回轉直徑是 320。M7130*1000 代表臥軸矩臺平面磨床可一次裝夾磨削寬度是 300，長度是 1000 的平面。所以，在設計零件時就要分離這些機床參數思索加工母機的可夾持或可加工性。）
第7，思索量具。（零件制造完成了請求能應用通用的檢具，量具來停止丈量。比方設計一組圓錐配合，你不選規范莫氏系列或常用的相似 7：24 錐度或 1：50 等這些錐度，而非要弄個 7：23 或 1：47 等錐度的話，那就在規范量具市場買不到通用的規范錐棒和錐套。當然若是采用二次元投影檢測或三坐標檢測的零件則不在此狀況約束范疇內。）
第8，思索熱處置請求。（關于一些剛入行的朋友來說，在處置一些需求高耐磨性或需求良好的綜合力學性能的零件時分，其圖紙上常常會呈現這樣的技術請求，資料 Q235 —淬火后硬度到達 HRC60，且要保證淬透性和硬度平均等。資料 45# 鋼—調質后達 58HRC。關于此類現象，只能倡議您再去多翻翻金屬資料與熱處置的學問。）
⑤ 工程圖紙的相關問題
分離國內眾多的“山寨”小作坊式的工廠的實踐狀況，設計圖紙的標準化和規范化是個比擬矛盾的問題。按正常的，標準的，嚴謹的，科學的辦法和方式來說，一個消費機械設備工廠的技術部門，本應當具備專職的繪圖人員，圖紙審核人員，工藝規劃人員，工裝夾具制造人員，以及專職的電氣工程師，液壓氣開工程師或程序員。
而在“小農認識”的指導下經過濃縮再緊縮處置后常常會精簡到一兩個人的情況。且此一兩個人要在完成上述各職位工作的同時可能還要出具設備運用闡明書，產品樣本的更新編排，招標文件的編制等等一些技術人員的“活”。
在此，只討論基于上述一人多能的情況下的圖紙適用性的相關問題。（所述可能不適用在具備明白分工，各司其責的標準化公司做事的朋友。）
第1，作為設計人員，在堅持謙遜好學的同時更要具備自我主意和獨立判別才能。這狀況置信很多朋友都有深入領會，老板是這么說，車間主任那樣說，消費經理又有個另外的想法，客戶還會提個“合理”的請求。。處置不好這些紛至沓來的意見或倡議時，圖紙文件包名字將會從設計1版逐步變到設計11版。
關于此，我們設計人員若是處置不好，常常會構成思想慣性和依賴性。一朝一夕我們就會進入一個永遠掙扎不出的死循環里。老板，車間主任，消費經理總覺得你這人地道就是腰上別只死耗子—冒充打獵的。
而你更覺得沒了設計自在，覺得和這些泥腿子扯淡完整是夏蟲不可語冰，被約束，被約束太多，完整被禁錮在指指戳戳和無數的馬后炮中。
第2，關于圖紙要素要做到知其然亦知其所以然。很多新手出具的圖紙常常都“干潔凈凈”異常“整潔”，沒有粗糙度標志，沒有外形和位置公差請求，沒有備注的技術請求，一切的線條粗細都是分歧，尺寸缺失，尺寸多余，尺寸鏈封鎖，圖紙上表現不出加工和丈量的基準，N 多虛線圖素等等情況。
入行一段時間后，略有領會了，結果可能又呈現圖紙所標注的尺寸公差以及外形和位置公差請求讓人一看就半身不遂，再一看直接癱瘓的情況。
舉個簡單的例子，當你設計一條軸時（軸承中間布置的狀況），我們要明白這條軸在后磨削處置時的加工基準是兩軸端的中心孔，而我們裝配后用百分表檢測其某段軸段的跳動狀況時的丈量基準卻是基于中間的軸承位A和軸承位B之間的中心軸線，所以，你覺得在圖紙上標注其恣意軸段跳動公差時的丈量基準是能恣意標注么？
再例如當你設計的相似法蘭銜接的兩個零件不能完成理想的對接時，請不要[敏感詞]時間去質問加工或工藝布置人員的差錯。你應該拿起你出具的圖紙認真看一看，是不是沒有了裝配止口了？是不是缺失了“配作”這樣的技術請求了？是不是缺失了螺孔位置的請求了？
⑥ 設計的靈魂—計算，校核
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