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机械设计总论(2)

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设计阶段

一部机器的质量基本上决定于设计质量。制造过程对机器质量所起的作用,本质上就在于实现设计时所规定的质量。因此,机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。

所讨论的设计过程仅指狭义的技术性的设计过程。它是一个创造性的工作过程,同时也是一个尽可能多地利用已有的成功经验的工作。要很好地把继承与创新结合起来,才能设计出高质量的机器。作为一部完整的机器,它是一个复杂的系统。要提高设计质量,必须有一个科学的设计程序。虽然不可能列出一个在任何情况下都有效的唯一程序,但是,根据人们设计机器的长期经验,一部机器的设计程序基本上可以如表所示。

以下对各阶段分别加以简要说明。

(一)规划

在规划阶段中,应对所设计的机器的需求情况做充分的调查研究和分析(《机械工程文萃》编者注:如仔细研究客户提出的需求及提供相关资料,反复与客户沟通明确客户的想法和意图等),通过分析,进一步明确机器所应具有的功能,并为以后的决策提出由环境、经济、加工以及时限等各方面所确定的约束条件。在此基础上,明确地写出设计任务的全面要求及细节,最后形成设计任务书,作为本阶段的总结。

设计任务书大体上应包括:机器的功能,经济性及环保性的估计,制造要求方面的大致估计,基本使用要求,以及完成设计任务的预计期限等。此时,对这些要求及条件一般也只能给出一个合理的范围,而不是准确的数字。例如可以用必须达到的要求、最低要求、希望达到的要求等方式予以确定。

(二)方案设计

根据不同的工作原理,可以拟定多种不同的执行机构的具体方案。例如仅以切削螺纹来说,既可以采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),也可以使工件不动而刀具作转动和移动来切削螺纹(如用板牙加工螺纹)。这就是说,即使对于同一种工作原理,也可能有几种不同的结构方案。

原动机部分(《机械工程文萃》编者注:动力部分)的方案当然也可以有多种选择。由于电力供应的普遍性和电力拖动技术的发展,现在可以说绝大多数的固定机械都优先选择电动机作为原动机部分。热力原动机主要用于运输机、工程机械或农业机械。即使是用电动机作为原动机,也还有交流和直流的选择,高转速和低转速的选择等。

传动部分的方案就更为复杂多样了。对于同一传动任务,可以由多种机构及不同机构的组合来完成。因此,如果用Ⅳ,表示原动机部分的可能方案数,N2和N3分别代表传动部分和执行部分的可能方案数,则机器总体的可能方案数Ⅳ为Ni×N2×N3个。(《机械工程文萃》编者注:功能上可行才算是有效方案,再从技术、经济角度作筛选)

以上仅是就组成机器的三个主要部分讨论的。有时还须考虑到配置辅助系统。

在如此众多的方案中,技术上可行的仅有几个。对这几个可行的方案,要从技术方面和经济及环保等方面进行综合评价。评价的方法很多,现以经济性评价为例略做说明。

根据经济性进行评价时,既要考虑到设计及制造时的经济性,也要费用考虑到使用时的经济性。如果机器的结构方案比较复杂,则其设计制造成本就要相对地增大,可是其功能将更为齐全,生产率也较高,故使用经济性也较好。反过来,结构较为简单、功能不够齐全的机器,设计及制造费用虽少,但使用费用却会增多。评价结构方案的设计制造经济性时,还可以用单位功效的成本来表示。例如单位输出功率的成本、单件产品的成本等。

进行机器评价时,还必须对机器的可靠性进行分析,把可靠性作为一项评价的指标。从可靠性的观点来看,盲目地追求复杂的结构往往是不明智的。一般地讲,系统越复杂,则系统的可靠性就越低。为了提高复杂系统的可靠性,就必须增加并联备用系统,而这不可避免地会提高机器的成本。

环境保护也是设计中必须认真考虑的重要方面。对环境造成不良影响的技术方案,必须详细地进行分析,并提出技术上成熟的解决办法。

通过方案评价,最后进行决策,确定一个据以进行下步技术设计的原理图或机构运动简图。

在方案设计阶段,要正确地处理好借鉴与创新的关系。同类机器成功的先例应当借鉴,原先薄弱的环节及不符合现有任务要求的部分应当加以改进或者根本改变。既要积极创新,反对保守和照搬原有设计,也要反对一味求新而把合理的原有经验弃置不用这两种错误倾向。(《机械工程文萃》编者注:借鉴的关键是要找出原始计存在的不足)

骤可以交叉进行,但不能缺少,当然有些校核可以使用软件自带功能。)

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