PDF《1.1 机械设计概述》

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1 机械设计概述 研究机械原理是为了进行机械设计.机械设计是人类设计活动中的一个重要分支. 设计是一种创造活动, 伴随着人类活动的伊始而生, 某种程度上说, 人类文明的发展史 即是一部设计史.最初的设计仅仅是一种单凭直觉的创造活动, 例如剥下树皮或兽皮稍加 整理披在身上防寒― ― ―服装设计;

为了猎取动物、 分食兽肉而制作刀形斧状的工具― ― ―结 构设计……这些创造活动是受为了生存的生物本能的驱使.后来, 人们在长期的生产活动 中积累了数学、 物理等基础学科的知识, 用来解决设计问题, 并将设计上升到提高物质文化 生活的层面, 设计也划分出了科技和艺术两大范畴.在科技领域, 当人们设计的产品经过实 践检验并有了丰富的经验后, 开始归纳总结出各种设计的经验公式, 还通过试验与测试获得 各种设计参数留作以后的设计依据, 同时开始借助于图纸绘 制设计产品, 逐步使设计规范化. 机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、 结构、 运动方式、 力和能量的传递方式、 各 个零件的材料和形状尺寸、 润滑方法等进行构思、 分析和计算, 并将其转化为具体的描述以 作为制造依据的工作过程.机械设计是机械工程的重要组成部分, 是机械生产的第一步, 是 决定机械性能的最主要的因素.根据创造性的程度不同, 机械产品的设计分为三种类型: (

1 )开发性设计 开发性设计是指在工作原理、 功能结构等完全未知的情况下, 运用成熟的科学理论或经 过试验证明可行的新技术, 设计出过去没有的新型机械.它是一种完全创新的设计. (

2 )适应性设计 适应性是指在工作原理、 功能结构基本保持不变的前提下, 对产品作局部的变更或重新 设计少数零部件, 以改变产品的某些性能或克服原有缺陷.它是具有部分创新的设计. (

3 )变型设计 变型设计是指在工作原理、 功能结构基本保持不变的前提下, 对产品作尺寸大小或布置 方式的改变, 以适应量的变化要求, 而且不会出现诸如材料、 应力、 工艺等方面的新问题.它 是具有较少创新的设计. 时至今日, 机械学科已经发展成为一门古老而成熟的学科, 完全原创的开发性设计仅占

2 总量的三成不到, 近六成都是部分创新的适应性设计, 剩下的是增加型号、 扩大工作范围的 变型设计.我们从自行车的发展史来看这三种类型的机械设计.图1 -

1 ( a ) 所示为世界上第 图1 -

1 自行车的发展演变过程 一辆自行车或者只能说是自行车的雏形, 它仅有木质的前后轮和车架, 靠人脚蹬地来前行,

3 仅仅利用了滚动摩擦小、 物体惯性等一些如今看来非常基础的物理常识.尽管它的设计简 陋粗糙, 但从无到有, 在当时绝对可以算得上是开发性设计.由于第一辆自行车没有转向装 置, 在转向时需要人下车进行整体搬动, 为了克服这一缺陷, 后来加上了前叉和转向装置, 如图1 -

1 ( b ) 所示, 这就是一种适应性设计.再后来加上了前轮曲柄作为动力装置, 前轮大后 轮小, 人脚可以离地了, 如图1 -

1 ( c ) 所示;

后又演变为后轮驱动, 如图1 - 1( d ) 所示.随着钢 铁、 橡胶等材料的出现和使用, 自行车演变为铁质的车架并有了充气橡胶轮胎, 链条和脚踏 的设计也改善了动力装置, 自行车具备了如今的形式, 如图1 - 1( e ) 所示.当然, 这是一个相 当漫长的过程.为了使骑行的舒适性更好, 自行车上又被装上减震装置;