機(jī)械設(shè)計師設(shè)計步驟

在設(shè)計開始之前，先要制定設(shè)計任務(wù)。當(dāng)設(shè)計任務(wù)比較復(fù)雜時，一般采用三階段設(shè)計，即初步設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和工作圖設(shè)計；當(dāng)任務(wù)比較簡單，如簡單機(jī)械的新型設(shè)計、一般機(jī)械的繼承設(shè)計或變型設(shè)計，則一開始就將設(shè)計做到技術(shù)設(shè)計深度，經(jīng)審查、修改和批準(zhǔn)后做工作圖設(shè)計，而成為兩階段設(shè)計。在三階段設(shè)計中的初步設(shè)計階段，設(shè)計的主要步驟是：確定工作原理和基本結(jié)構(gòu)型式，運(yùn)動設(shè)計，設(shè)計主要零、部件、繪制初步總圖，初步設(shè)計審查。在技術(shù)設(shè)計階段，主要步驟是：根據(jù)審查意見修改設(shè)計，設(shè)計全部零、部件，繪制新的總圖，技術(shù)設(shè)計審查。在工作圖設(shè)計階段，根據(jù)審查意見修改設(shè)計，繪制全部工作圖和制定全部技術(shù)文件。對于批量或大量生產(chǎn)的產(chǎn)品，還要進(jìn)行定型設(shè)計。

在設(shè)計的每個步驟中，都可能發(fā)現(xiàn)前面步驟中某些決定不合理，這就需要折回到前面那個步驟，修改不合理的決定，重做隨后的設(shè)計工作。

⒈制定設(shè)計任務(wù) 這是設(shè)計的前期工作。設(shè)計任務(wù)的根據(jù)是用戶訂貨、市場需要和新的科研成果。設(shè)計部門應(yīng)用各種技術(shù)和市場情報，擬列可能方案，比較其利弊，與經(jīng)營部門和用戶共同商議，制定合理的設(shè)計任務(wù)目標(biāo)。這對新型設(shè)計特別重要。任務(wù)目標(biāo)的失誤將造成經(jīng)濟(jì)上的嚴(yán)重?fù)p失，甚至遭到全面失敗。

⒉確定工作原理和基本結(jié)構(gòu)型式 如設(shè)計任務(wù)未作明確規(guī)定，設(shè)計的第一個步驟就是確定總體方案，即確定所要應(yīng)用的工作原理和與之相應(yīng)的結(jié)構(gòu)型式。例如設(shè)計大功率船用柴油機(jī)，首先要確定是用二沖程、雙作用、十字頭、低速柴油機(jī)，還是用四沖程、單作用、中速柴油機(jī)。又例如設(shè)計用以粗碎巖石的破碎機(jī)械，首先要確定是采用以擠壓和彎折為主要破碎作用的顎式或旋回式破碎機(jī)，或者采用以沖擊為主要作用的單轉(zhuǎn)子或雙轉(zhuǎn)子沖擊式破碎機(jī)。

⒊運(yùn)動設(shè)計 設(shè)計的總體方案確定之后，接著需要運(yùn)用機(jī)構(gòu)學(xué)的知識，選用合適的機(jī)構(gòu)以得到所需的運(yùn)動方案。上面提到的顎式破碎機(jī)依靠其動顎板的擺動使進(jìn)入破碎腔的巖石受到擠壓、彎折和劈裂作用而破碎，而動顎板的擺動則可以采用雙肘板機(jī)構(gòu)的簡單擺動，或者采用單肘板機(jī)構(gòu)的復(fù)雜擺動。在新型設(shè)計中，可能會需要綜合一個新的機(jī)構(gòu)以得到所要求的運(yùn)動方案，這常是一個困難的工作。因此，設(shè)計者一般盡量應(yīng)用已有的和成熟的機(jī)構(gòu)所提給的運(yùn)動方案。

⒋結(jié)構(gòu)設(shè)計和繪制初步總圖運(yùn)動設(shè)計之后，設(shè)計者開始進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，計算機(jī)械各主要零件的受力、強(qiáng)度、形狀、尺寸和重量等，并繪制主要零、部件草圖。這時如發(fā)現(xiàn)原來選用的結(jié)構(gòu)不可行，就必須調(diào)整或修改結(jié)構(gòu)。同時還應(yīng)考慮有無可能產(chǎn)生過熱、過度磨損或振動的部位。

在這一步驟中，設(shè)計者通過繪制草圖會發(fā)現(xiàn)各部分的形狀、尺寸、比例等方面的矛盾。為了加強(qiáng)或改進(jìn)某一方面，可能會削弱或惡化另一方面。這時必須權(quán)衡輕重，進(jìn)行協(xié)調(diào)，以達(dá)到最佳綜合效果。草圖經(jīng)反復(fù)修改認(rèn)為初步滿意后，便可繪制初步總圖和估算造價。初步總圖嚴(yán)格按比例繪制，選取足夠的視圖和切面圖。

⒌初步審查 初步總圖繪制后，需要請對該類機(jī)械有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計、制造和使用人員以及用戶或委托設(shè)計單位的代表進(jìn)行初步審查。審查結(jié)果如認(rèn)為設(shè)計不適用（如重量、體積太大，造價太高，對結(jié)構(gòu)的可靠性有懷疑等），則須重新進(jìn)行運(yùn)動設(shè)計，甚至改用別的工作原理和基本結(jié)構(gòu)型式。多數(shù)情況是對設(shè)計采取某些改善措施。

⒍技術(shù)設(shè)計 根據(jù)初步審查意見，對設(shè)計進(jìn)行修改，并繪制所有的零件和部件圖。對主要的零件和部件進(jìn)行精確的應(yīng)力分析，按分析結(jié)果修正零件的形狀、尺寸等細(xì)節(jié)，并規(guī)定材質(zhì)和熱處理。確定零件加工精度以及部件和總裝的裝配條件。完成潤滑設(shè)計、電氣設(shè)計（驅(qū)動和控制）。重繪總圖，某些重要的和批量生產(chǎn)的機(jī)械有時還要制作出模型。將完成的技術(shù)設(shè)計提交第二次審查。

⒎繪制工作圖 根據(jù)第二次審查的意見作最后的修改后，就可以繪制正式的零件圖、部件裝配圖和總裝配圖，編寫零件表、易損零件清單、使用指南等技術(shù)文件。設(shè)計負(fù)責(zé)人應(yīng)注意協(xié)調(diào)零件間的尺寸，核對耦合件間的公差配合，復(fù)核某些零件的強(qiáng)度和剛度。零件圖完成后開始圖紙核對，這是非常重要的工作。經(jīng)過仔細(xì)校對的圖紙能保證加工后裝配順利。最可靠的校對方法是根據(jù)已繪制好的零件圖重繪出一張總裝配圖，所有矛盾之處就會表現(xiàn)出來。在繪制零件圖的同時還需要進(jìn)行兩項(xiàng)工作：一是工藝性審核，使零件便于加工并降低制造成本；二是標(biāo)準(zhǔn)審核，使零件結(jié)構(gòu)要素、尺寸、公差配合、熱處理技術(shù)條件以及標(biāo)準(zhǔn)和通用零件等符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

⒏試生產(chǎn)和定型設(shè)計 對于單件或小批生產(chǎn)的機(jī)械，經(jīng)過上述步驟完成的設(shè)計圖紙可以投入正式生產(chǎn)。對于成批或大量生產(chǎn)的機(jī)械，在正式生產(chǎn)前要先試制樣機(jī)，進(jìn)行功能試驗(yàn)和鑒定，通過后，再按批量生產(chǎn)工藝進(jìn)行批量試生產(chǎn)。在批量試生產(chǎn)中所出現(xiàn)的問題還可能需要對設(shè)計作相應(yīng)的修改，方成為可供正式生產(chǎn)使用的定型設(shè)計。

一部機(jī)器的質(zhì)量基本上決定于設(shè)計質(zhì)量。制造過程對機(jī)器質(zhì)量所起的作用，本質(zhì)上就在于實(shí)現(xiàn)設(shè)計時所規(guī)定的質(zhì)量。因此，機(jī)器的設(shè)計階段是決定機(jī)器好壞的關(guān)鍵。

所討論的設(shè)計過程僅指狹義的技術(shù)性的設(shè)計過程。它是一個創(chuàng)造性的工作過程，同時也是一個盡可能多地利用已有的成功經(jīng)驗(yàn)的工作。要很好地把繼承與創(chuàng)新結(jié)合起來，才能設(shè)計出高質(zhì)量的機(jī)器。作為一部完整的機(jī)器，它是一個復(fù)雜的系統(tǒng)。要提高設(shè)計質(zhì)量，必須有一個科學(xué)的設(shè)計程序。雖然不可能列出一個在任何情況下都有效的惟一程序，但是，根據(jù)人們設(shè)計機(jī)器的長期經(jīng)驗(yàn)，一部機(jī)器的設(shè)計程序基本上可以如表2 -1所示。

以下對各階段分別加以簡要說明。

（一）計劃階段

在根據(jù)生產(chǎn)或生活的需要提出所要設(shè)計的新機(jī)器后，計劃階段只是一個預(yù)備階段。此時，對所要設(shè)計的機(jī)器僅有一個模糊的概念。

在計劃階段中，應(yīng)對所設(shè)計的機(jī)器的需求情況做充分的調(diào)查研究和分析。通過分析，進(jìn)一步明確機(jī)器所應(yīng)具有的功能，并為以后的決策提出由環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、加工以及時限等各方面所確定的約束條件。在此基礎(chǔ)上，明確地寫出設(shè)計任務(wù)的全面要求及細(xì)節(jié)，最后形成設(shè)計任務(wù)書，作為本階段的總結(jié)。設(shè)計任務(wù)書大體上應(yīng)包括：機(jī)器的功能，經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保性的估計，制造要求方面的大致估計，基本使用要求，以及完成設(shè)計任務(wù)的預(yù)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范圍，而不是準(zhǔn)確的數(shù)字。例如可以用必須達(dá)到的要求、最低要求、希望達(dá)到的要求等方式予以確定。

（二）方案設(shè)計階段

本階段對設(shè)計的成敗起關(guān)鍵的作用。在這一階段中也充分地表現(xiàn)出設(shè)計工作有多個解（方案）的特點(diǎn)。

機(jī)器的功能分析，就是要對設(shè)計任務(wù)書提出的機(jī)器功能中必須達(dá)到的要求、最低要求及希望達(dá)到的要求進(jìn)行綜合分析，即這些功能能否實(shí)現(xiàn)，多項(xiàng)功能間有無矛盾，相互間能否替代等。最后確定出功能參數(shù)，作為進(jìn)一步設(shè)計的依據(jù)。在這一步驟中，要恰當(dāng)處理需要與可能、理想與現(xiàn)實(shí)、發(fā)展目標(biāo)與當(dāng)前目標(biāo)等之間可能產(chǎn)生的矛盾問題。

確定出功能參數(shù)后，即可提出可能的解決辦法，亦即提出可能采用的方案。尋求方案時，可按原動部分、傳動部分及執(zhí)行部分分別進(jìn)行討論。，較為常用的辦法是先從執(zhí)行部分開始討論。

討論機(jī)器的執(zhí)行部分時，首先是關(guān)于工作原理的選擇問題。例如，設(shè)計制造螺釘?shù)臋C(jī)器時，其工作原理既可采用在圓柱形毛坯上用車刀車削螺紋的辦法，也可采用在圓柱形毛坯上用滾絲模滾壓螺紋的辦法。這就提出了兩種不同的工作原理。工作原理不同，當(dāng)然所設(shè)計出的機(jī)器就會根本不同。特別應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，必須不斷地研究和發(fā)展新的工作原理。這是設(shè)計技術(shù)發(fā)展的重要途徑。

根據(jù)不同的工作原理，可以擬定多種不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的具體方案。例如僅以切削螺紋來說，既可以采用工件只作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而刀具作直線運(yùn)動來切削螺紋（如在普通車床上切削螺紋），也可以使工件不動而刀具作轉(zhuǎn)動和移動來切削螺紋（如用板牙加工螺紋）。這就是說，即使對于同一種工作原理，也可能有幾種不同的結(jié)構(gòu)方案。

原動機(jī)部分的方案當(dāng)然也可以有多種選擇。由于電力供應(yīng)的普遍性和電力拖動技術(shù)的發(fā)展，可以說絕大多數(shù)的固定機(jī)械都優(yōu)先選擇電動機(jī)作為原動機(jī)部分。熱力原動機(jī)主要用于運(yùn)輸機(jī)、工程機(jī)械或農(nóng)業(yè)機(jī)械。即使是用電動機(jī)作為原動機(jī)，也還有交流和直流的選擇，高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速的選擇等。

傳動部分的方案就更為復(fù)雜多樣了。對于同一傳動任務(wù)，可以由多種機(jī)構(gòu)及不同機(jī)構(gòu)的組合來完成。因此，如果用Ⅳ，表示原動機(jī)部分的可能方案數(shù)，N2和N3分別代表傳動部分和執(zhí)行部分的可能方案數(shù)，則機(jī)器總體的可能方案數(shù)Ⅳ為Ni×N2×N3個。

以上僅是就組成機(jī)器的三個主要部分討論的。有時，還須考慮到配置輔助系統(tǒng)，對此，本書不再討論。

在如此眾多的方案中，技術(shù)上可行的僅有幾個。對這幾個可行的方案，要從技術(shù)方面和經(jīng)濟(jì)及環(huán)保等方面進(jìn)行綜合評價。評價的方法很多，現(xiàn)以經(jīng)濟(jì)性評價為例略做說明。根據(jù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評價時，既要考慮到設(shè)計及制造時的經(jīng)濟(jì)性，也要費(fèi)用考慮到使用時的經(jīng)濟(jì)性。如果機(jī)器的結(jié)構(gòu)方案比較復(fù)雜，則其設(shè)計制造成本就要相對地增大，可是其功能將更為齊全，生產(chǎn)率也較高，故使用經(jīng)濟(jì)性也較好。反過來，結(jié)構(gòu)較為簡單、功能不夠齊全的機(jī)器，設(shè)計及制造費(fèi)用雖少，但使用費(fèi)用卻會增多。評價結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計制造經(jīng)濟(jì)性時，還可以用單位功效的成本來表示。例如單位輸出功率的成本、單件產(chǎn)品的成本等。

進(jìn)行機(jī)器評價時，還必須對機(jī)器的可靠性進(jìn)行分析，把可靠性作為一項(xiàng)評價的指標(biāo)。從可靠性的觀點(diǎn)來看，盲目地追求復(fù)雜的結(jié)構(gòu)往往是不明智的。一般地講，系統(tǒng)越復(fù)雜，則系統(tǒng)的可靠性就越低。為了提高復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性，就必須增加并聯(lián)備用系統(tǒng)，而這不可避免地會提高機(jī)器的成本。

環(huán)境保護(hù)也是設(shè)計中必須認(rèn)真考慮的重要方面。對環(huán)境造成不良影響的技術(shù)方案，必須詳細(xì)地進(jìn)行分析，并提出技術(shù)上成熟的解決辦法。

通過方案評價，最后進(jìn)行決策，確定一個據(jù)以進(jìn)行下步技術(shù)設(shè)計的原理圖或機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。

在方案設(shè)計階段，要正確地處理好借鑒與創(chuàng)新的關(guān)系。同類機(jī)器成功的先例應(yīng)當(dāng)借鑒，原先薄弱的環(huán)節(jié)及不符合現(xiàn)有任務(wù)要求的部分應(yīng)當(dāng)加以改進(jìn)或者根本改變。既要積極創(chuàng)新，反對保守和照搬原有設(shè)計，也要反對一味求新而把合理的原有經(jīng)驗(yàn)棄置不用這兩種錯誤傾向。

（三）技術(shù)設(shè)計階段

技術(shù)設(shè)計階段的目標(biāo)是產(chǎn)生總裝配草圖及部件裝配草圖。通過草圖設(shè)計確定出各部件及其零件的外形及基本尺寸，包括各部件之間的連接，零、部件的外形及基本尺寸。最后繪制零件的工作圖、部件裝配圖和總裝圖。

為了確定主要零件的基本尺寸，必須做以下工作：

1）機(jī)器的運(yùn)動學(xué)設(shè)計。根據(jù)確定的結(jié)構(gòu)方案，確定原動件的參數(shù)（功率、轉(zhuǎn)速、線速度等）。然后做運(yùn)動學(xué)計算，從而確定各運(yùn)動構(gòu)件的運(yùn)動參數(shù)（轉(zhuǎn)速、速度、加速度等）。

2）機(jī)器的動力學(xué)計算。結(jié)合各部分的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動參數(shù)，計算各主要零件所受載荷的大小及特性。此時求出的載荷，由于零件尚未設(shè)計出來，因而只是作用于零件上的公稱（或名義）載荷。

3）零件的工作能力設(shè)計。已知主要零件所受的公稱載荷的大小和特性，即可做零、部件的初步設(shè)計。設(shè)計所依據(jù)的工作能力準(zhǔn)則，須參照零、部件的一般失效情況、工作特性、環(huán)境條件等合理地擬定，一般有強(qiáng)度、剛度、振動穩(wěn)定性、壽命等準(zhǔn)則。通過計算或類比，即可決定零、部件的基本尺寸。

4）部件裝配草圖及總裝配草圖的設(shè)計。根據(jù)已定出的主要零、部件的基本尺寸，設(shè)計出部件裝配草圖及總裝配草圖。草圖上需對所有零件的外形及尺寸進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計。在此步驟中，需要很好地協(xié)調(diào)各零件的結(jié)構(gòu)及尺寸，全面地考慮所設(shè)計的零、部件的結(jié)構(gòu)工藝性，使全部零件有最合理的構(gòu)形。

5）主要零件的校核。有一些零件，在上述第3）步中由于具體的結(jié)構(gòu)未定，難于進(jìn)行詳細(xì)的工作能力計算，所以只能做初步計算及設(shè)計。在繪出部件裝配草圖及總裝配草圖以后，所有零件的結(jié)構(gòu)及尺寸均為已知，相互鄰接的零件之間的關(guān)系也為已知。只有在這時，才可以較為精確地定出作用在零件上的載荷，決定影響零件工作能力的各個細(xì)節(jié)因素。只有在此條件下，才有可能并且必須對一些重要的或者外形及受力情況復(fù)雜的零件進(jìn)行精確的校核計算。根據(jù)校核的結(jié)果，反復(fù)地修改零件的結(jié)構(gòu)及尺寸，直到滿意為止。

在技術(shù)設(shè)計的各個步驟中，近三四十年來發(fā)展起來的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，越來越顯示出它可使結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇達(dá)到最佳的能力。一些新的數(shù)值計算方法，如有限元法等，可使以前難以定量計算的問題獲得極好的近似定量計算的結(jié)果。對于少數(shù)非常重要、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且價格昂貴的零件，在必要時還須用模型試驗(yàn)方法來進(jìn)行設(shè)計，即按初步設(shè)計的圖紙制造出模型，通過試驗(yàn)，找出結(jié)構(gòu)上的薄弱部位或多余的截面尺寸，據(jù)此進(jìn)行加強(qiáng)或減小來修改原設(shè)計，最后達(dá)到完善的程度。機(jī)械可靠性理論用于技術(shù)設(shè)計階段，可以按可靠性的觀點(diǎn)對所設(shè)計的零、部件結(jié)構(gòu)及其參數(shù)做出是否滿足可靠性要求的評價，提出改進(jìn)設(shè)計的建議，從而進(jìn)一步提高機(jī)器的設(shè)計質(zhì)量。上述這些新的設(shè)計方法和概念，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計中加以應(yīng)用與推廣，使之得到相應(yīng)的發(fā)展。

草圖設(shè)計完成以后，即可根據(jù)草圖業(yè)已確定的零件基本尺寸，設(shè)計零件的工作圖。此時，仍有大量的零件結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)要加以推敲和確定。設(shè)計工作圖時，要充分考慮到零件的加工和裝配工藝性、零件在加工過程中和加工完成后的檢驗(yàn)要求和實(shí)施方法等。有些細(xì)節(jié)安排如果對零件的工作能力有值得考慮的影響時，還須返回去重新校核工作能力。最后繪制出除標(biāo)準(zhǔn)件以外的全部零件的工作圖。

按最后定型的零件工作圖上的結(jié)構(gòu)及尺寸，重新繪制部件裝配圖及總裝配圖。通過這一工作，可以檢查出零件工作圖中可能隱藏的尺寸和結(jié)構(gòu)上的錯誤。人們把這一工作通俗地稱為紙上裝配。

（四）技術(shù)文件編制階段

技術(shù)文件的種類較多，常用的有機(jī)器的設(shè)計計算說明書、使用說明書、標(biāo)準(zhǔn)件明細(xì)表等。

編制設(shè)計計算說明書時，應(yīng)包括方案選擇及技術(shù)設(shè)計的全部結(jié)論性的內(nèi)容。

編制供用戶使用的機(jī)器使用說明書時，應(yīng)向用戶介紹機(jī)器的性能參數(shù)范圍、使用操作方法、日常保養(yǎng)及簡單的維修方法、備用件的目錄等。

其他技術(shù)文件，如檢驗(yàn)合格單、外購件明細(xì)表、驗(yàn)收條件等，視需要與否另行編制。

（五）計算機(jī)在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)在機(jī)械設(shè)計中得到了日益廣泛的使用，并出現(xiàn)了許多高效率的設(shè)計、分析軟件。利用這些軟件可以在設(shè)計階段進(jìn)行多方案的對比，可以對不同的包括大型的和很復(fù)雜的方案的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和動力學(xué)特性進(jìn)行精確的分析。同時，還可以在計算機(jī)上構(gòu)建虛擬樣機(jī)，利用虛擬樣機(jī)仿真對設(shè)計進(jìn)行驗(yàn)證，從而實(shí)現(xiàn)在設(shè)計階段充分地評估設(shè)計的可行性?？梢哉f，計算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計中的推廣使用已經(jīng)并正在改變機(jī)械設(shè)計的進(jìn)程，它在提高設(shè)計質(zhì)量和效率方面的優(yōu)勢是難以預(yù)估的。

以上簡要地介紹了機(jī)器的設(shè)計程序。廣義地講，在機(jī)器的制造過程中，隨時都有可能出現(xiàn)由于工藝原因而修改設(shè)計的情況。如需修改時，則應(yīng)遵循一定的審批程序。機(jī)器出廠后，應(yīng)該有計劃地進(jìn)行跟蹤調(diào)查；另外，用戶在使用過程中也會給制造或設(shè)計部門反饋出現(xiàn)的問題。設(shè)計部門根據(jù)這些信息，經(jīng)過分析，也有可能對原設(shè)計進(jìn)行修改，甚至改型。這些工作，雖然廣義上也屬設(shè)計程序的組成部分，但是屬于另一個層次的問題，本書不再討論其具體的內(nèi)容。但是作為設(shè)計工作者，應(yīng)當(dāng)有強(qiáng)烈的社會責(zé)任感，要把自己工作的視野延伸到制造、使用乃至報廢利用的全過程中去，反復(fù)不斷地改進(jìn)設(shè)計，才能使機(jī)器的質(zhì)量繼續(xù)不斷地提高，更好地滿足生產(chǎn)及生活的需要。

機(jī)械設(shè)計可分為新型設(shè)計、繼承設(shè)計和變型設(shè)計3類。

⒈新型設(shè)計 應(yīng)用成熟的科學(xué)技術(shù)或經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明是可行的新技術(shù)，設(shè)計過去沒有過的新型機(jī)械。

⒉繼承設(shè)計 根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)發(fā)展對已有的機(jī)械進(jìn)行設(shè)計更新，以提高其性能、降低其制造成本或減少其運(yùn)用費(fèi)用。

⒊變型設(shè)計為適應(yīng)新的需要對已有的機(jī)械作部分的修改或增刪而發(fā)展出不同于標(biāo)準(zhǔn)型的變型產(chǎn)品。

①根據(jù)用戶訂貨、市場需要和新科研成果制定設(shè)計任務(wù)。

②初步設(shè)計。包括確定機(jī)械的工作原理和基本結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行運(yùn)動設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計并繪制初步總圖以及初步審查。

③技術(shù)設(shè)計。包括修改設(shè)計（根據(jù)初審意見）、繪制全部零部件和新的總圖以及第二次審查。

④工作圖設(shè)計。包括最后的修改（根據(jù)二審意見）、繪制全部工作圖（如零件圖、部件裝配圖和總裝配圖等）、制定全部技術(shù)文件（如零件表、易損件清單、使用說明等）。

⑤定型設(shè)計。用于成批或大量生產(chǎn)的機(jī)械。對于某些設(shè)計任務(wù)比較簡單（如簡單機(jī)械的新型設(shè)計、一般機(jī)械的繼承設(shè)計或變型設(shè)計等）的機(jī)械設(shè)計可省去初步設(shè)計程序。

機(jī)械零件的設(shè)計具有眾多的約束條件，設(shè)計準(zhǔn)則就是設(shè)計所應(yīng)該滿足的約束條件。

⒈技術(shù)性能準(zhǔn)則

技術(shù)性能包括產(chǎn)品功能、制造和運(yùn)行狀況在內(nèi)的一切性能，既指靜態(tài)性能，也指動態(tài)性能。例如，產(chǎn)品所能傳遞的功率、效率、使用壽命、強(qiáng)度、剛度、抗摩擦、磨損性能、振動穩(wěn)定性、熱特性等。技術(shù)性能準(zhǔn)則是指相關(guān)的技術(shù)性能必須達(dá)到規(guī)定的要求。例如振動會產(chǎn)生額外的動載荷和變應(yīng)力，尤其是當(dāng)其頻率接近機(jī)械系統(tǒng)或零件的固有頻率時，將發(fā)生共振現(xiàn)象，這時振幅將急劇增大，有可能導(dǎo)至零件甚至整個系統(tǒng)的迅速損壞。振動性穩(wěn)定準(zhǔn)則就是限制機(jī)械系統(tǒng)或零件的相關(guān)振動參數(shù)，如固有頻率、振幅、噪聲等在規(guī)定的允許范圍之內(nèi)。又如機(jī)器工作時的發(fā)熱可能會導(dǎo)致熱應(yīng)力、熱應(yīng)變，甚至?xí)斐蔁釗p壞。熱特性準(zhǔn)則就是限制各種相關(guān)的熱參數(shù)（如熱應(yīng)力、熱應(yīng)變、溫升等）在規(guī)定范圍內(nèi)。

⒉標(biāo)準(zhǔn)化準(zhǔn)則

與機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計有關(guān)的主要標(biāo)準(zhǔn)大致有：

概念標(biāo)準(zhǔn)化：設(shè)計過程中所涉及的名詞術(shù)語、符號、計量單位等應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)；

實(shí)物形態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化：零部件、原材料、設(shè)備及能源等的結(jié)構(gòu)形式、尺寸、性能等，都應(yīng)按統(tǒng)一的規(guī)定選用。

方法標(biāo)準(zhǔn)化：操作方法、測量方法、試驗(yàn)方法等都應(yīng)按相應(yīng)規(guī)定實(shí)施。

標(biāo)準(zhǔn)化準(zhǔn)則就是在設(shè)計的全過程中的所有行為，都要滿足上述標(biāo)準(zhǔn)化的要求?，F(xiàn)已發(fā)布的與機(jī)械零件設(shè)計有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，從運(yùn)用范圍上來講，可以分為國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)三個等級。從使用強(qiáng)制性來說，可分為必須執(zhí)行的和推薦使用的兩種。

⒊可靠性準(zhǔn)則

可靠性：產(chǎn)品或零部件在規(guī)定的使用條件下，在預(yù)期的壽命內(nèi)能完成規(guī)定功能的概率?？煽啃詼?zhǔn)則就是指所設(shè)計的產(chǎn)品、部件或零件應(yīng)能滿足規(guī)定的可靠性要求。

⒋安全性準(zhǔn)則

機(jī)器的安全性包括：

零件安全性：指在規(guī)定外載荷和規(guī)定時間內(nèi)零件不發(fā)生如斷裂、過度變形、過度磨損和不喪失穩(wěn)定性等等。

整機(jī)安全性：指機(jī)器保證在規(guī)定條件下不出故障，能正常實(shí)現(xiàn)總功能的要求。

工作安全性：指對操作人員的保護(hù)，保證人身安全和身心健康等等。

環(huán)境安全性：指對機(jī)器周圍的環(huán)境和人不造成污染和危害。

動畫機(jī)械設(shè)計師是動畫制作人員的一個職位稱呼，以此為職業(yè)的人稱為機(jī)械設(shè)計師。

動畫的機(jī)械設(shè)計，負(fù)責(zé)設(shè)計動畫理登場的機(jī)器人、戰(zhàn)斗機(jī)、戰(zhàn)艦、槍械等虛構(gòu)的機(jī)械。擔(dān)任機(jī)械設(shè)計職務(wù)的人稱為機(jī)械設(shè)計師。以前是由美術(shù)監(jiān)督或動畫師兼任，大河原邦男。進(jìn)入2000年代后在動畫業(yè)界里有細(xì)分成槍械設(shè)計、武器設(shè)計等職業(yè)類別的傾向。

主要的動畫機(jī)械設(shè)計師

明貴美加（機(jī)動戰(zhàn)艦等）

阿久津潤一（GEAR戦士電童、機(jī)動戰(zhàn)士鋼彈SEED ASTRAY等）

荒牧伸志（メガゾーン23、餓殺羅鬼等）

石垣純哉（機(jī)動天使エンジェリックレイヤー、Macross Zero、Zenosaga系列等）

板橋克己（宇宙戰(zhàn)艦大和號、銀河鐵道999など）

出渕裕（機(jī)動警察、餓殺羅鬼等多數(shù)）

大河原邦男（鋼彈、裝甲騎兵、勇者系列等多數(shù)）

大久保淳二（フォー?ザ?バレル、鉄騎など）

柿沼秀樹（メガゾーン23、ガルフォースなど）

カトキハジメ（鋼彈系列、電腦戰(zhàn)機(jī)系列、ケロロ軍曹等）

河森正治（MACROSS系列、Aquarion、交響詩篇等、新世紀(jì)GPX系列）

さとうけいいち（THE BigO、魔神凱薩等）

佐藤道明（翼神世音）

佐山善則（機(jī)動警察等）

永野護(hù)（腦力者、エルガイム等）

藤岡建機(jī)（メダロット系列、機(jī)動戰(zhàn)士鋼彈 MS IGLOO、アドバンス?オブ?ゼータ ティターンズの旗のもとに）

森木靖泰（冥王計劃、機(jī)動戰(zhàn)士鋼彈 閃光的哈薩威等）

峰岸達(dá)実（銀河鉄道物語～永遠(yuǎn)への分歧點(diǎn)～、魔豆奇伝パンダリアン、BURN-UP Wなど）

宮武一貴（ダンバイン、マクロスシリーズなど）

山根公利（星際牛仔、無限的未知、機(jī)動戰(zhàn)士鋼彈SEEDなど多數(shù)）

鷲尾直広（宇宙學(xué)園、蒼穹的戰(zhàn)神）

海老川兼武（機(jī)動戰(zhàn)士高達(dá)00、全金屬狂潮系列）

1.熟練的畫出符合國家標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品設(shè)計圖紙和工藝圖（工裝、卡具等）。

2.熟練的運(yùn)用機(jī)械原理、機(jī)械機(jī)構(gòu)、機(jī)械設(shè)計及國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn),按設(shè)計任務(wù)要求：創(chuàng)造性的設(shè)計效果好、出成本低產(chǎn)品。

3.熟練的運(yùn)用電腦輔助設(shè)計：2D軟件工程圖、3D軟件設(shè)計產(chǎn)品和造型效果圖。

4.會畫效果圖，能把產(chǎn)品的整體協(xié)調(diào)感、質(zhì)感、色彩變化、設(shè)備的主體感、整體效果和諧感等正確地表現(xiàn)出來。

5.熟悉各種材料（材料的性能、特點(diǎn)、尺寸規(guī)格、色澤和價格等）及熱處理的方法，才能正確地選用材料和恰當(dāng)?shù)臒崽幚淼姆椒ā?

6.熟練正確運(yùn)用典型機(jī)械機(jī)構(gòu)類型，特別是對每種機(jī)械機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)、常用的結(jié)構(gòu)方式、方法等。

7.提高機(jī)械各種方面的知識與修養(yǎng)，熟悉各種的基本特征與變體。了解各種設(shè)備的歷史發(fā)展和采用的機(jī)械機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)方式、方法。

8.具備測繪的知識與技能（測量的方法和準(zhǔn)確性），能正確地做好現(xiàn)場測繪草圖和改進(jìn)設(shè)計有關(guān)資料。

9.熟悉各種加工工藝和裝配工藝，能正確編制加工工藝、裝配工藝。正確選用加工設(shè)備、各種工具。

10.具有廣博的文化知識與修養(yǎng)（各類設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀）。這對設(shè)計出性能穩(wěn)定、造型美觀、有時代感的產(chǎn)品有利。

11.會善于做設(shè)計資料的搜集與積累工作，列如，工具書（手冊、標(biāo)準(zhǔn)等）、測繪新方法、拍照、復(fù)印和記錄等手段，不斷積累有用的各種設(shè)計資料。

12.掌握專業(yè)調(diào)查的技巧，不論是綜合性的，還是專業(yè)性的調(diào)查，都能抓住要點(diǎn)，得到設(shè)計師應(yīng)掌握的情況與信息，以利于機(jī)械設(shè)計工作。

13.會獨(dú)立制作高質(zhì)量的模型，這就要求設(shè)計師懂材料、工藝做法，并會使用必要的工具和設(shè)備。這是設(shè)計師應(yīng)具備的動手能力。

14.會測量，會分析問題，還會終合誤差運(yùn)算。這些設(shè)計師也要掌握技能。

15.機(jī)械設(shè)計師熟練運(yùn)用電腦輔助設(shè)計（CAD），掌握有限元分析優(yōu)化機(jī)械設(shè)計，更為合理的設(shè)計出質(zhì)量好、降低成本產(chǎn)品。 2100433B

《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計師手冊(下冊)》供從事機(jī)械設(shè)汁、維護(hù)及有關(guān)工程技術(shù)人員作為工具書使用，也可供大專院校有關(guān)專業(yè)的教師、學(xué)生參考使用。

設(shè)計是機(jī)械工業(yè)的靈魂。設(shè)計的理念、設(shè)計的質(zhì)量和設(shè)計的水平直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量、性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。手冊是設(shè)計師們在產(chǎn)品設(shè)計過程中所必需的數(shù)據(jù)庫和知識庫，是產(chǎn)品研究與開發(fā)的無法取代的重要的設(shè)計工具，這不僅在現(xiàn)在，而且在將來也會發(fā)揮其積極的作用。針對企業(yè)事業(yè)單位的工程設(shè)計人員產(chǎn)品設(shè)計查閱和大中專院校師生教學(xué)使用需求，編寫了《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計師手冊》，該手冊是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域的一項(xiàng)重要的基本建設(shè)。

《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計師手冊》貫徹實(shí)用性、先進(jìn)性、易用性的精神，并遵循基本、常用、關(guān)鍵、準(zhǔn)確、發(fā)展的原則，把握機(jī)械工程技術(shù)發(fā)展的時代前沿，吸收產(chǎn)品設(shè)計、教學(xué)、科研成果和經(jīng)驗(yàn)。本手冊編寫集體還進(jìn)行了廣泛的調(diào)查研究，多次邀請機(jī)械方面的專家學(xué)者、工程技術(shù)人員進(jìn)行座談討論，并深入設(shè)計院所、工廠的第一線，向廣大設(shè)計工作者了解各類手冊應(yīng)用情況和意見，及時發(fā)現(xiàn)、收集實(shí)踐中出現(xiàn)的新經(jīng)驗(yàn)和新問題，精選內(nèi)容，引入機(jī)械工程領(lǐng)域新的材料、新的結(jié)構(gòu)形式、新的設(shè)計理念和新的設(shè)計方法，力求傳統(tǒng)設(shè)計與現(xiàn)代設(shè)計有機(jī)結(jié)合，并力求使該手冊貫徹最新的國際或國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。本手冊收錄目前已經(jīng)普遍得到大家公認(rèn)的、成熟的、實(shí)用的技術(shù)、方法、結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品，工程上甚少應(yīng)用的則不涉及。在取材和選材過程中，避免在手冊中出現(xiàn)教科書的敘述方式，特別強(qiáng)調(diào)要采用手冊化、表格化的編寫風(fēng)格。表格化的編寫風(fēng)格，既增加了手冊的信息容量，更方便讀者查閱使用。

《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計師手冊》以通用機(jī)械零部件和控制元器件設(shè)計、選用的內(nèi)容為主，提供常用設(shè)計資料、常規(guī)和現(xiàn)代設(shè)計方法、常用零部件的規(guī)格尺寸、典型結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)和設(shè)計計算。根據(jù)機(jī)械設(shè)計人員需要，按照“基本、常用、重要、發(fā)展”的原則選取內(nèi)容;兼顧了制造企業(yè)、設(shè)計院所和大專院校的使用特點(diǎn)，手冊強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計與工藝技術(shù)的緊密結(jié)合、結(jié)構(gòu)設(shè)計與造型設(shè)計的合理協(xié)調(diào)統(tǒng)一、重視工藝技術(shù)與選用材料的合理搭配。手冊內(nèi)容還包含典型結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算實(shí)例、豐富的設(shè)計知識和技能。手冊中各數(shù)據(jù)單位一律采用法定計量單位，對尚未采用法定計量單位的標(biāo)準(zhǔn)，一律換算成法定計量單位。

手冊注重采用現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如滾動軸承代號，機(jī)械制圖的幅面、規(guī)格、比例、表面粗糙度符號等均采用新標(biāo)準(zhǔn)。

機(jī)械設(shè)計中常用的內(nèi)容一般查閱本手冊即可，遇到本手冊未涉及的資料，可查閱機(jī)械設(shè)計手冊編委會編寫的《機(jī)械設(shè)計手冊》（共6卷）和其他專用機(jī)械設(shè)計手冊如《起重機(jī)設(shè)計手冊》。這些手冊互相補(bǔ)充、互相配合，搭配形成機(jī)械設(shè)計工具書的完整體系。

《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計師手冊》共13篇，分上下兩冊。上冊共7篇：第1篇機(jī)械設(shè)計資料，第2篇機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計，第3篇聯(lián)接與彈簧，第4篇帶、鏈和螺旋傳動，第5篇齒輪傳動，第6篇軸承，第7篇軸系及部件。下冊共6篇:第8篇減速器和無級變速器，第9篇起重運(yùn)輸機(jī)械，第10篇液壓、氣壓傳動與控制，第11篇機(jī)電控制裝置及系統(tǒng)，第12篇光機(jī)電一體化設(shè)計，第13篇現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法。每一篇均有主要內(nèi)容與特色簡介。

《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計師手冊》由陳定方擔(dān)任主編，孔建益、楊家軍、李勇智擔(dān)任副主編，譚建榮擔(dān)任主審。參加《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計師手冊》編審的人員來自武漢理工大學(xué)、華中科技大學(xué)、浙江大學(xué)、武漢大學(xué)、武漢科技大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）、海軍工程大學(xué)、三峽大學(xué)、武漢工程大學(xué)、湖北工業(yè)大學(xué)、河北工業(yè)大學(xué)、南昌大學(xué)、溫州大學(xué)、南昌工程學(xué)院、武漢紡織大學(xué)、長江大學(xué)、江漢大學(xué)、中國人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院武漢輕工大學(xué)、湖北汽車工業(yè)學(xué)院、湖北理工學(xué)院、武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院、華中科技大學(xué)武昌分校、中國船舶重工集團(tuán)公司第719研究所、湖北省機(jī)電研究設(shè)計院、武漢鋼鐵公司、武漢重型機(jī)床集團(tuán)有限公司、武昌造船廠、武漢船用重型機(jī)械集團(tuán)、中國人民解放軍3303工廠、荊州市陵達(dá)機(jī)械有限公司、武漢重冶集團(tuán)公司、武漢嘉銘激光有限公司等100余位專家學(xué)者，凝聚了編審者多年在工程實(shí)踐中設(shè)計、教學(xué)、科研的成果和經(jīng)驗(yàn)。衷心感謝主審譚建榮和副主編孔建益、楊家軍、李勇智為手冊編審所作出的的創(chuàng)造性的貢獻(xiàn)！衷心感謝各篇主編、主審、各位編審者和一批博士、碩士研究生在歷時3年的編輯出版過程中積極配合、一絲不茍地共同將《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計師手冊》打造成精品所付出的辛勞！

《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計師手冊》編寫過程中，參考了諸多的國內(nèi)外著作、手冊、教科書和文獻(xiàn)，列入上、下冊的末尾。在此，謹(jǐn)向各位作者、編者、出版者致以誠摯的謝意。

在凝聚著各位心血的《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計師手冊》的編輯過程中，機(jī)械工業(yè)出版社張秀恩編審主持的編輯小組付出了辛勤的汗水。非常感謝各位編輯同仁！

衷心感謝著名機(jī)械工程專家余俊、徐灝、郭可謙、吳宗澤、謝友柏、聞邦椿、楊叔子、熊有倫、段正澄、崔昆、潘際鑾、溫詩鑄、鐘掘、蔡鶴皋、葉聲華、任露泉、王立鼎、趙淳生、殷瑞鈺、管彤賢、王先逵、張伯鵬、海錦濤、周濟(jì)、李培根、顧佩華、盧秉恒、嚴(yán)雋琪、馮培恩、劉飛、馬偉明、金東寒、郭東明、朱荻、雒建斌、林宗欽、宋天虎、張彥敏、曲賢明、滕弘飛、鄒慧君、李德群、田紅旗、雷源忠、王國彪、秦大同、謝里陽、張義民、陳超志等對《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計師手冊》編寫者和編寫工作的關(guān)心、鼓勵、指導(dǎo)和幫助。

機(jī)械工業(yè)出版社、中國機(jī)械工程學(xué)會、湖北省機(jī)械工程學(xué)會、湖北省機(jī)械設(shè)計與傳動學(xué)專業(yè)委員會、武漢機(jī)械設(shè)計與傳動學(xué)會以及編審者所在單位的大力支持是《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計師手冊》創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)在較短時間內(nèi)完成編寫任務(wù)并出版的重要保證。在此，謹(jǐn)向他們表示誠摯的謝意。

因水平所限，手冊中難免有不準(zhǔn)確的地方，衷心希望廣大讀者批評、指正，使《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計師手冊》在修訂時不斷改進(jìn)與完善。

《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計師手冊(下冊)》凝聚了來自高等院校、科研院所、企業(yè)的100余名專家學(xué)者多年來在機(jī)械工程實(shí)踐中產(chǎn)品設(shè)計、教學(xué)、科研的成果和經(jīng)驗(yàn)。手冊的特點(diǎn)是實(shí)用性、先進(jìn)性、易用性，有所為、有所不為，內(nèi)容取材原則為基本、常用、關(guān)鍵、新穎、準(zhǔn)確、發(fā)展，力求傳統(tǒng)設(shè)計與現(xiàn)代設(shè)計相結(jié)合，力求使該手冊貫徹最新的國際或國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，并引入了機(jī)械工程領(lǐng)域新的材料、新的結(jié)構(gòu)形式、新的設(shè)計理念和設(shè)計方法。