第2章 机械运动方案设计的一般过程

2.1 机械设计的内容和步骤

为了使学生了解机械原理课程设计在培养学生机械创新设计能力中的作用，首先要了解一般机械设计的含义及其设计过程。

2.1.1 设计的基本概念

机械产品的设计按创新程度的不同有以下3类。

（1）开发性设计：在工作原理、结构等完全未知的情况下，应用成熟的科学技术，或经过试验证明是可行的新技术，设计全新的新机械。这是一种完全创新的新设计。

（2）适应性设计：在原理、方案基本保持不变的前提下，对产品进行局部的变更或设计一个新部件，使机械产品在质和量方面更能满足使用要求。

（3）变型设计：在工作原理和功能结构都保持不变的前提下，变更现有产品的结构配置和尺寸，使之适应更多的容量要求。这里的容量含义很广，如功率、转矩、加工对象的尺寸、传动比范围等。

在机械装置的设计中，开发性设计是最复杂的设计，其创新程度最高。即使是进行适应性设计和变型设计，也应在创新上下功夫。创新可以使设计别具一格，从而提高机械的工作性能和市场竞争力。

2.1.2 机械设计的一般过程

机械产品的设计过程一般分为4个阶段：产品规划阶段、概念设计阶段、详细设计阶段和改进设计阶段。通常广泛实施和应用的流程可归纳为如图2-1所示的流程图。

对于如图2-1所示的4个设计阶段的基本内容分别阐述如下。

（1）产品规划阶段。产品规划是指进行需求分析、市场预测、可行性分析，确定设计参数及制约条件，最后给出详细的设计任务书或要求表，作为设计、评价和决策的依据。

此阶段须对产品开发中的重大问题进行技术、经济、社会等方面的详细分析，对开发可行性进行综合研究，提出可行性报告，其主要内容如下：

① 产品开发的必要性，市场需求预测。

② 有关产品的国内外水平和发展趋势。

③ 预期达到的最低目标和最高目标，包括设计水平、技术、经济、社会效益等。

④ 提出设计、工艺等方面需要解决的关键问题。

⑤ 现有条件下开发的可能性及准备采取的措施。

⑥ 预算投资费用及项目的进度、期限。

（2）概念设计阶段。需求是以产品的功能来体现的，功能与产品设计的关系是因果关系。体现同一功能的产品可以有多种多样的工作原理。因此，这一阶段的最终目标就是在功能分析的基础上，通过设计理念构想、创新构思、搜索探求、优化筛选取得较理想的工作原理方案。对于机械产品来说，在功能分析和工作原理确定的基础上进行工艺动作构思和工艺动作分解，初步拟定各执行构件动作相互协调、配合的运动循环图，进行机械运动方案的设计（即机构系统的型综合和数综合）等，这就是产品概念设计过程的主要内容。

（3）详细设计阶段。详细设计阶段主要是将机械运动方案具体转化为机器及其零部件的合理构形，也就是要完成机械产品的总体设计、部件设计和零件设计，完成全部生产图纸并编制设计说明书等有关技术文件。

详细设计时要求零件、部件设计满足机械的功能要求；零件结构形状要便于制造加工；常用零件尽可能标准化、系列化、通用化；总体设计还应满足总功能、人机工程、造型美学、包装和运输等方面的要求。

详细设计时，一般先由总装草图分拆成零件、部件草图，经审核无误后，再由零件工作图、部件工作图绘制出总装图。

最后还要编制技术文件，如设计说明书，标准件、外购件明细表，备件、专用工具明细表等。

（4）改进设计阶段。根据样机性能测试数据、用户使用及在鉴定中所暴露的各种问题，进一步做出相应的技术完善工作，以确保产品的设计质量。这一阶段是设计过程中不可缺少的一部分。通过这一阶段的工作可以进一步提高产品的效能、可靠性和经济性，使产品更具有生命力。