1.2 初識機械設(shè)計

根據(jù)設(shè)計機器的使用要求，確定機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，選擇適當(dāng)材料，確定合適的尺寸及精度，制定先進(jìn)的工藝，從而實現(xiàn)一種新機器的創(chuàng)新構(gòu)思，這個過程就是機械設(shè)計。

1.機器與機構(gòu)

在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，機械產(chǎn)品無處不在。人們騎的自行車、戴的機械式手表、工廠里擺的機床設(shè)備、公路上跑的汽車，這些都是典型的機械產(chǎn)品。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，機械被賦予了越來越多的智能因素，其中，在當(dāng)代制造業(yè)中大顯身手的智能機器人就是最典型的代表。

思考

觀察圖1-1和圖1-2，說明機械產(chǎn)品與電氣產(chǎn)品的區(qū)別。

機器既能實現(xiàn)確定的機械運動，又能完成有用的機械功，或者能傳遞或轉(zhuǎn)換能量、物料、信息等。機器通常具有以下特征。

（1）人為的實物組合——由人工組合的構(gòu)件系統(tǒng)。

（2）各實物間具有確定的相對運動，如往復(fù)移動、轉(zhuǎn)動或擺動等。

（3）實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或完成有效的機械功。例如，將熱能轉(zhuǎn)換為機械能（內(nèi)燃機）、將機械能轉(zhuǎn)換為電能（發(fā)電機）、將電能轉(zhuǎn)換為機械能（電動機）等。

機器種類繁多，性能各異，但就其功能而言，機器主要由5個部分組成，如圖1-3所示。

而機構(gòu)僅具有機器的前兩項特征，能傳遞或轉(zhuǎn)換運動，是組成機器的重要結(jié)構(gòu)和功能單元，如齒輪機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等。不同的機構(gòu)能實現(xiàn)不同的運動變換。

2.構(gòu)件、零件和部件

機器是由一種或多種機構(gòu)組成的，而機構(gòu)是人工組合的構(gòu)件系統(tǒng)，必須滿足兩個條件：若干構(gòu)件的組合；這些構(gòu)件具有確定的相對運動。

構(gòu)件是機構(gòu)的基本運動單元，是機器中獨立運動的單元體，由一個或幾個零件組成。若為多個零件的組合，這些零件應(yīng)該采用剛性連接，彼此之間無相對運動。

零件是組成機器最基本的單元體，是機械制造的單元體。專用零件是特定機器中所使用的零件，如活塞、曲軸、葉片；通用零件是各類機器中普遍使用的零件，如齒輪、軸、螺栓等。

部件是指若干個零件的裝配體。

3.機械

機械是機器與機構(gòu)的總稱，是能幫人們降低工作難度或省力的裝置，復(fù)雜機械由兩種或兩種以上的簡單機械構(gòu)成。從結(jié)構(gòu)和運動的觀點來看，機構(gòu)和機器并無區(qū)別，泛稱為機械。

圖1-4所示為一輛汽車，請同學(xué)們通過課堂討論的形式分析其結(jié)構(gòu)特點，并嘗試分析其主要功能。

機械的構(gòu)成及其工作原理

分析

① 圖1-4所示的機器主要包括原動機、工作機構(gòu)和傳動機構(gòu)。

② 原動機：為整個機器提供動力的部分，汽車的原動機為內(nèi)燃機。常用的原動機包括電動機和內(nèi)燃機，它可以把其他形式的能量轉(zhuǎn)換為機械能，產(chǎn)生驅(qū)動動力。

③ 工作機構(gòu)：機械中直接產(chǎn)生工藝動作的部分，在汽車中為汽車的行駛機構(gòu)等。

④ 傳動機構(gòu)：將原動機中的運動和動力準(zhǔn)確傳遞到工作機構(gòu)上的部分，在傳遞過程中還會根據(jù)需要，對運動的性質(zhì)和速度進(jìn)行變換。在汽車中有梯形四桿機構(gòu)、差速器（輪系）等。

4.認(rèn)識設(shè)計

設(shè)計是為了滿足某一特定要求而進(jìn)行的創(chuàng)造過程。機械設(shè)計基礎(chǔ)就是培養(yǎng)學(xué)生初步掌握機器設(shè)計能力的技術(shù)基礎(chǔ)課。

傳統(tǒng)的機械設(shè)計主要依靠試驗，通過歸納總結(jié)的方法獲得設(shè)計參數(shù)和經(jīng)驗公式，然后創(chuàng)建出機械模型。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)代設(shè)計在廣度和深度上都產(chǎn)生了根本的變化，設(shè)計者已經(jīng)不再把主要精力放在繁瑣的計算和推導(dǎo)上，也不再通過刻板枯燥的圖紙來表達(dá)自己的設(shè)計思想。在現(xiàn)代機械設(shè)計中，使用的設(shè)計手段更加豐富，產(chǎn)品的更新周期更短，第一代產(chǎn)品問世不久，第二代和第三代產(chǎn)品就接踵而至。

總體來講，現(xiàn)代設(shè)計具有以下特點。

（1）重視產(chǎn)品的創(chuàng)新性

創(chuàng)新是現(xiàn)代設(shè)計的核心。現(xiàn)代設(shè)計不是對以前的產(chǎn)品進(jìn)行簡單的修補，而是打破傳統(tǒng)觀念，創(chuàng)造出具有特色的新產(chǎn)品。由于生產(chǎn)力的提高，現(xiàn)代社會產(chǎn)品非常豐富，一個好的產(chǎn)品除了要保證質(zhì)量外，合理的設(shè)計也是至關(guān)重要的。

思考

請對比圖1-5和圖1-6所示的黑白電視機和等離子彩色電視機在設(shè)計上的區(qū)別，然后思考現(xiàn)代設(shè)計的特點。

（2）采用先進(jìn)的設(shè)計手段

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design,CAD）技術(shù)被廣泛用于設(shè)計領(lǐng)域，這也是現(xiàn)代設(shè)計的重要標(biāo)志。CAD技術(shù)不但提高了設(shè)計質(zhì)量，還大大提高了設(shè)計效率。同時，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得多人協(xié)同開發(fā)產(chǎn)品成為可能，這樣可以實現(xiàn)資源共享，減輕設(shè)計者的負(fù)擔(dān)，改變了“閉門造車”的落后設(shè)計方法。

圖1-7和圖1-8所示為使用CAD技術(shù)開發(fā)的模型。

（3）零部件設(shè)計的重要性

一般的大型機電產(chǎn)品由機械和電氣兩大系統(tǒng)組成。把機械分為部件單獨進(jìn)行設(shè)計和生產(chǎn)可提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。零部件設(shè)計是機械設(shè)計的重要組成部分，是機械總體設(shè)計的基礎(chǔ)，并可能對機械總體設(shè)計產(chǎn)生巨大的影響。

認(rèn)識現(xiàn)代設(shè)計方法