约束条件

机械设计

  

机械设计(machinedesign),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。机械设计的努力目标是:在各种限定的条件(如材料、加工能力、理论知识和计算手段等)下设计出最好的机械,即做出优化设计。优化设计需要综合地考虑许多要求,一般有:最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少环境污染。这些要求常是互相矛盾的,而且它们之间的相对重要性因机械种类和用途的不同而异。设计者的任务是按具体情况权衡轻重,统筹兼顾,使设计的机械有最优的综合技术经济效果。过去,设计的优化主要依靠设计者的知识、经验和远见。随着机械工程基础理论和价值工程、系统分析等新学科的发展,制造和使用的技术经济数据资料的积累,以及计算机的推广应用,优化逐渐舍弃主观判断而依靠科学计算。  

各产业机械的设计,特别是整体和整系统的机械设计,须依附于各有关的产业技术而难于形成独立的学科。因此出现了农业机械设计、矿山机械设计、泵设计、压缩机设计、汽轮机设计、内燃机设计、机床设计等专业性的机械设计分支学科。


  

机械零件的设计具有众多的约束条件,设计准则就是设计所应该满足的约束条件。  

技术性能准则  

技术性能包括产品功能、制造和运行状况在内的一切性能,既指静态性能,也指动态性能。例如,产品所能传递的功率、效率、使用寿命、强度、刚度、抗摩擦、磨损性能、振动稳定性、热特性等。技术性能准则是指相关的技术性能必须达到规定的要求。例如振动会产生额外的动载荷和变应力,尤其是当其频率接近机械系统或零件的固有频率时,将发生共振现象,这时振幅将急剧增大,有可能导至零件甚至整个系统的迅速损坏。振动性稳定准则就是限制机械系统或零件的相关振动参数,如固有频率、振幅、噪声等在规定的允许范围之内。又如机器工作时的发热可能会导致热应力、热应变,甚至会造成热损坏。热特性准则就是限制各种相关的热参数(如热应力、热应变、温升等)在规定范围内。  

标准化准则  

与机械产品设计有关的主要标准大致有:  

概念标准化:设计过程中所涉及的名词术语、符号、计量单位等应符合标准;  

实物形态标准化:零部件、原材料、设备及能源等的结构形式、尺寸、性能等,都应按统一的规定选用。  

方法标准化:操作方法、测量方法、试验方法等都应按相应规定实施。  

标准化准则就是在设计的全过程中的所有行为,都要满足上述标准化的要求。现已发布的与机械零件设计有关的标准,从运用范围上来讲,可以分为国家标准、行业标准和企业标准三个等级。从使用强制性来说,可分为必须执行的和推荐使用的两种。  

可靠性准则  

可靠性:产品或零部件在规定的使用条件下,在预期的寿命内能完成规定功能的概率。可靠性准则就是指所设计的产品、部件或零件应能满足规定的可靠性要求。  

安全性准则  

机器的安全性包括:  

零件安全性:指在规定外载荷和规定时间内零件不发生如断裂、过度变形、过度磨损和不丧失稳定性等等。  

整机安全性:指机器保证在规定条件下不出故障,能正常实现总功能的要求。  

工作安全性:指对操作人员的保护,保证人身安全和身心健康等等。  

环境安全性:指对机器周围的环境和人不造成污染和危害。


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