英语原文共 8 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

机械设计基础

机械设计基础是指机械装置和机械系统——机器、产品、结构、设备和仪器的设计。大部分机械设计需要利用数学、材料科学和工程力学知识。

我们对整个设计过程感兴趣。它是怎样开始的？工程师是不是仅仅坐在铺着白纸的桌旁就可以开始设计了呢？当他记下一些设想后，下一步应该做些什么？什么因会影影响或者控制着应该做出的决定？最后，这一设计过程是怎样结束的呢？

有时，虽然并不总是如此，工程师认识到一种需要并且决定对此做一些工作时，设计就开始了。认识到这种需要，并用语言将其清楚地叙述出来，常常是一种高度创造性的工作。因为这种需要可能只是一个模糊的不满，一种不舒服的感觉，或者是感觉到了某些东西是不正确的。

这种需要往往不是很明显的。例如，对食品包装机械进行改进的需要，可能是由于噪音过大、包装重量的变化、包装质量的微小的但是能够察觉得出来的变化等表现出来的。

叙述某种需要和随后要解决的问题之间有着明显的区别。要解决的问题是比较具体的。如果需要干净的空气，要解决的问题可能是降低发电厂烟囱的排尘量，或者是降低汽车排除的有害气体。

确定问题阶段应该制订设计对象所有的要求。这些设计要求包括输入量、输出两特性、设计对象所占据的空间尺寸以及这些参量的所有制约因素。我们可以把设计对象看作是黑箱中的某种东西。在这种情况下，我们必须具体确定黑箱的输入和输出，以及它们的特性和制约因素。这些设计要求将规定生产成本、产量、预期寿命、工作范围、操作温度和可靠性。

还存在着许多由于设计人员所处的特定环境或者由于问题本身的性质所产生的隐含设计要求。某个工厂中可利用的制造工艺和设备会对设计人员的工作有所限制，因而成为隐含的设计要求的一部分。例如，一个小工厂中可能没有冷变形加工机械设备。因此，设计人员就必须选择这个工厂中能够进行的其他的金属加工方法。工人的技术水平和市场上的竞争情况也是隐含的设计要求的组成部分。

在确定了要解决的问题，并且形成了一系列的书面的和隐含的设计要求之后，设计工作的下一阶段是进行综合以获得最优的结果。因为只有通过对所设计的系统进行分析，才能确定其性能是否满足设计要求。因此，不进行分析和优化就不能进行综合。

设计工作是一个反复进行的过程。在这个过程中，我们要经历几个阶段，在对结果进行评价后，再返回到前面的阶段。因此，我们可以先综合系统中的几个零件，对它们进行分析和优化，然后再进行综合，看它们对系统的其他部分有时么影响。分析和优化都要求我们建立或者做出系统的抽象模型，以便对此进行数学分析。我们将这些模型称为数学模型。在建立数学模型时，我们希望能够找到一个可以很好地模拟实际物理系统的数学模型。

评价是整个设计过程中的一个重要阶段。评价是对一个成功的设计的最后检验，通常包括样机的实验室实验。在此阶段我们希望弄清楚设计能否真正满足所有的要求。它是否可靠？在与类似的产品的竞争中它能否获胜？制造和使用这种产品是否经济？它是否易于维护和调整？能否从它的销售或使用中获得利润？

与其他人就设计方案进行交流和沟通是设计过程的最后和关键阶段。毫无疑问，有许多伟大的设计、发明或创造之所以没有为人类所利用，就是因为创造者不善于或者不愿意向其他人介绍自己的成果。提出方案是一种说服别人的工作。当一个工程师向经营、管理部门或者其主管人员提出自己的新方案时，就是希望向他们说明或者证明自己的方案是比较好的。只有成功地完成这项工作，为得出这个方案所花费的大量时间和精力才不会被浪费掉。

人们基本上只有三种表达自己思想的方式，即文字材料、口头表述和绘图。因此，一个优秀的工程师除了掌握技术之外，还应该精通这三种表达方式。如果一个技术能力很强的人在上述三种表达方式中的某一种的能力较差，他就会遇到很大的困难。如果上述三种能力都很差，那将永远没有人知道他是一个多么能干的人！

一个有能力的工程师不应该害怕在提出自己的方案时遭到失败的可能性。事实上，偶然的失败肯定会发生的，因为每一个真正有创造性的设想似乎总是有失败或批评伴随着它。从一次失败中可以学到很多东西，只有不怕遭受失败的人们才能取得最大的收获。总之，决定不把方案提交出来，才是真正的失败。

机械设计概论

机械设计是一门通过设计新产品或者改进产品来满足人类需求的应用技术科学。它是一个广阔的工程技术领域，不仅要研究产品在尺寸、形状和详细结构等方面的基本构思，还要考虑产品在制造、销售和使用等方面的有关问题。

进行各种机械设计工作的人员通常被称为设计人员或者设计工程师。机械设计是一项创造性的工作。设计工程师不仅在工作上要有创新性，还必须在机械制图、运动学、工程材料、材料力学和机械制造工艺等方面具有深厚的基础知识。

如前面所述，机械设计的目的是生产能够满足人类需求的产品。发明、发现和科学知识本身并不一定能给人类带来益处，只有当它们被用在产品上才能产生效益。因而，应该认识到再一个特定产品进行设计之前，必须先确定人们是否需要这种产品。

应当把机械设计看成是设计人员运用创造性的才能进行产品设计、系统分析和制订产品的制造工艺的一个良机。掌握工程基础知识要比熟记一些数据和公式更为重要。仅仅使用数据和公式是不足以再一个好的设计中做出所需的全部决定。另一方面，应该认真精确地进行所有运算。例如，即使将一个小数点的位置放错，也会使正确的设计变成错误的。

一个好的设计人员应该勇于提出新的想法，而且愿意承担一定的风险，当新的方法不适用时，就恢复采用原来的方法。因此，设计人员必须要有耐心，因为所花费的时间和努力并不能保证带来成功。一个全新的设计，要求屏弃许多陈旧的，为人们所熟知的方法。由于许多人易于墨守成规，这样做并不是一件容易的事情。以为设计工程师应该不断的探索改进现有产品的办法，在此过程中应该认真选择原有的、经过验证的设计原理，将其与未经过验证的新观念结合起来。

新设计本身会有许多缺陷和未能预料的问题发生，只有当这些缺陷和问题被解决之后，才能体现出新产品的优越性。因此，一个性能优越的产品诞生的同时，也伴随着较高的风险。应该强调的是，如果设计本身不要求采用全新的办法，就没有必要仅仅为了变革的目的而采用新办法。

在设计的初始阶段，应该允许设计人员充分发挥创造性，不受各种约束。即使产生了许多不切合实际的想法，也会在设计的早期，即绘制生产图纸之前被改正掉。只有这样，

才不至于堵塞创新得思路。通常要提出几套设计方案cedil;然后加以比较。很有可能在最后选定的方案中cedil;采用了某些未被接受的方案中的一些想法。心理学家经常谈论如何使人们适应他们所操作的机器。设计人员的基本职责是努力使机器来适应人们。这并不是一项容易的工作，因为实际上并不存在着一个对所有人来说都是最优的操作范围和操作过程。

另一个应该被认识到的重要问题是，设计工程师必须能够同其他有关人员进行交流和沟通。在开始阶段，设计人员必须就初步设计同管理人员进行交流和沟通，并得到批准。这一般是通过口头讨论，草图和文字材料进行的。为了有效地进行交流，需要解决下列问题：

1. 所要设计的这个产品是否真正为人们所需要？
2. 此产品与其他公司的现有产品相比有无竞争能力？
3. 生产这种产品是否经济？
4. 产品的维修是否方便？
5. 产品有无销路？是否可以盈利？

只有时间才能对上述问题给出正确的答案。但是，产品的设计、制造和销售只能在对上述问题的初步肯定答案的基础上进行。设计工程师还应该通过零件图和装配图，与制造部门一起对最终设计方案进行沟通。

通常，在制造过程中会出现某个问题。可能会要求对某个零件尺寸或公差作一些修改，使零件的生产变得容易。但是，工程上的修改必须要经过设计人员批准，以保证不会损伤产品的功能。有时，在产品的装配时或者装配外运前的试验中才发现设计中的某些缺陷。这些事例恰好说明了设计是一个动态过程。总是存在着更好的方法来完成设计工作，设计人员应该不断努力，寻找这些更好的方法。

机械加工

车削 普通车床作为最早的金属切削机床中的一种，目前仍然有许多有用的和为人们所需要的特性。现在，这些机床主要用在规模较小的工厂中，进行小批量的生产，而不是进行大批量的生产。

在现在的生产车间中，普通车床已经被种类繁多的自动车床所取代，诸如自动仿形车床，六角车床和自动螺丝车床。现在，设计人员已经熟知先利用单刃刀具去除大量的金属余量，然后利用成型刀具获得表面光洁度和精度这种加工方法的优点。这种加工方法的生产速度与现在工厂中使用的最快的加工设备的速度相等。

普通车床的加工偏差主要依赖于操作者的技术熟练程度。设计工程师应该认真地确定由熟练工人在普通车床上加工的试验零件的公差。在把试验零件重新设计为生产零件时，应该选用经济的公差。

六角车床 对生产加工设备来说，目前比过去更着重评价其是否具有精确的和快速的重复加工能力。应用这个标准来评价具体的加工方法，六角车床可以获得较高的质量评定。

在为小批量的零件（100～200件）设计加工方法时，采用六角车床时最经济的。为了在六角车床上获得尽可能小的公差值，设计人员应该尽量将加工工序的数目减至最少。

自动螺丝车床 自动螺丝车床 通常被分为以下几种类型：单轴自动、多轴自动和自动夹紧车床。自动螺丝车床最初是被用来对螺钉和类似的带有螺纹的零件进行自动化和快速加工的。但是，这种车床的用途早就超过了这个狭窄的范围。现在，它在许多种类的精密零件的大批量生产中起者重要的作用。工件的数量对采用自动螺丝车床所加工 零件的经济性有较大的影响。如果工件的数量少于1000件，在六角车床上进行加工比在自动螺丝车床上加工要经济得多。如果计算出最小经济批量，并且针对工件批量正确地选择机床，就会降低零件的加工成本。

自动仿形车床 因为零件的表面粗糙度在很大程度上取决于工件材料、刀具、进给量和切削速度，采用自动仿形车床加工得到的最小公差不一定是最经济的公差。

在某种情况下，在连续生产过程中，只进行一次切削加工时的公差可以达到plusmn;0.5mm。对于某些零件，槽宽的公差可以达到plusmn;0.125 mm。镗孔和采用单刃刀具进行精加工时，公差可达到plusmn;0.0125 mm。在希望获得最大产量的大批量生产中，进行直径和长度的车削时的最小公差值为plusmn;0.125 mm时是最经济的。

铣削 除了车削和钻削，铣削无疑是应用最广泛的金属切削方法。铣削非常适合于而且也易于应用在任何数量的零件的经济生产中。在产品制造过程中，许许多多种类的铣削加工是值得设计人员认真考虑和选择的。

与其他种类的加工一样，对于进行铣削加工的零件，其公差应该被设计或铣削生产所能达到的经济公差。如果零件的公差设计得比需要的要小，就需要增加额外的工序，以保证获得这些公差——这将增加零件的成本。

磨削 磨削是一种应用最广泛的零件精加工方法，用来获得非常小的公差和非常低的表面粗糙度。目前，几乎存在着适合于各种磨削工序的磨削。零件的设计特征在很大程度上决定了需要采用的磨削的种类。当加工成本太高时，就值得对零件进行重新设计，使其能够通过采用既便宜又具有高生产率的磨削方法加工出来，以获得经济效益。尽管通常认为磨削适用于精加工工序，对那些适合于采用磨削来完成粗、精加工工序的工件，也经常采用磨削方法完成全部加工工作，而不采用车削或者其他加工方法。因此，许多种类的锻件和其他零件，可以采用磨削的方法完成其从毛坯到成品的全部加工，这可以显著地节约时间和费用。

磨床有以下几种类型：外圆磨床、无心磨床、内圆磨床、平面磨床和工具磨床。

外圆磨床和无心磨床是用来磨削圆柱形工件或者圆锥形工件的。因此，花键轴、轴和其他类似的零件是采用普通的外圆磨床，或者采用无心磨床进行加工的。

螺纹磨床用来磨削螺纹量规上的精密螺纹和用来磨削螺纹的中径与轴的同心度公差很小的精密件上的螺纹。

内圆磨床用来磨削精密的孔、汽缸孔以及各种类似的，需要进行精加工的孔。

平面磨床用来对各种平面工件，或者带有平面的工件进行精加工。可以采用砂轮的边或者砂轮的端面进行磨削。这类机床上装有往复式工作台或者回转式工作台。

制造系统是一个复杂的大系统，为满足制造系统敏捷性、快速响应和快速重组的能力，必须借鉴信息科学、生命科学和社会科学等多学科的研究成果，探索制造系统新的体系结构、制造模式和制造系统有效的运行机制。制造系统优化的组织结构和良好的运行状况是制造系统建模、仿真和优化的主要目标。制造系统新的体系结构不仅对制造企业的敏捷性和对需求的响应能力及可重组能力有重要意义，而且对制造企业底层生产设备的柔性和可动态重组能力提出了更高的要求。生物制造观越来越多地被引入制造系统，以满足制造系统新的要求。

21世纪将是生命科学的世纪，机械科学和生命科学的深度融合将产生全新概念的产品(如智能仿生结构)，开发出新工艺(如生长成形工艺)和开辟一系列的新产业，并为解决产品设计、制造过程和系统中一系列难题提供新的解决方法。这是一个极富创新和挑战的前沿领域。

从生命现象中学习组织与运行复杂系统的方法和技巧，是今后解决目前制造业所面临许多难题的一条有效出路。仿生制造指的是模仿生物器官的自组织、自愈合、自增长与自进化等功能结构和运行模式的一种制造系统与制造过程。

制造在机制的驱动下，在组织结构和运行模式上不断自我完善、从而提高对于环境适应能力的过程。为自下而上的产品并行设计、制造工艺规程的自动生成、生产系统的动态重组以及产品和制造系统的自动趋优提供了理论基础和实现条件。

制造属于制造科学和生命科学的'远缘杂交'，它将对21世纪的制造

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[423737]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word