各產(chǎn)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)，特別是整體和整系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)，須依附于各有關(guān)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)而難于形成獨(dú)立的學(xué)科。因此出現(xiàn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)、礦山機(jī)械設(shè)計(jì)、泵設(shè)計(jì)、壓縮機(jī)設(shè)計(jì)、汽輪機(jī)設(shè)計(jì)、內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)、機(jī)床設(shè)計(jì)等專業(yè)性的機(jī)械設(shè)計(jì)分支學(xué)科。

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

1、新型設(shè)計(jì)

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(jì)過去沒有過的新型機(jī)械。

2、繼承設(shè)計(jì)

根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)發(fā)展對(duì)已有的機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)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。

3、變型設(shè)計(jì)

為適應(yīng)新的需要對(duì)已有的機(jī)械工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。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在機(jī)械設(shè)計(jì)中得到了日益廣泛的使用，并出現(xiàn)了許多率的設(shè)計(jì)、分析軟件。利用這些軟件可以在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行多方案的對(duì)比，可以對(duì)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(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行的分析。同時(shí)，還可以在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建虛擬樣機(jī)，利用虛擬樣機(jī)仿真對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，從而實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段充分地評(píng)估設(shè)計(jì)的可行性?？梢哉f，計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的推廣使用已經(jīng)并正在改變機(jī)械設(shè)計(jì)的進(jìn)程，它在提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率方面的優(yōu)勢(shì)是難以預(yù)估的。

以上簡(jiǎn)要地介紹了機(jī)器的設(shè)計(jì)程序。廣義地講，在機(jī)器的制造過程中，隨時(shí)都有可能出現(xiàn)由于工藝原因而修改設(shè)計(jì)的情況。如需修改時(shí)，則應(yīng)遵循一定的審批程序。機(jī)器出廠后，應(yīng)該有計(jì)劃地進(jìn)行跟蹤調(diào)查；另外，用戶在使用過程中也會(huì)給制造或設(shè)計(jì)部門反饋出現(xiàn)的問題。設(shè)計(jì)部門根據(jù)這些信息，經(jīng)過分析，也有可能對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，甚至改型。這些工作，雖然廣義上也屬設(shè)計(jì)程序的組成部分，但是屬于另一個(gè)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(jì)工作者，應(yīng)當(dāng)有強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感，要把自己工作的視野延伸到制造、使用乃至報(bào)廢利用的全過程中去，反復(fù)不斷地改進(jìn)設(shè)計(jì)，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。

階段分別說明

（一）計(jì)劃階段

在根據(jù)生產(chǎn)或生活的需要提出所要設(shè)計(jì)的新機(jī)器后，計(jì)劃階段只是一個(gè)預(yù)備階段。此時(shí)，對(duì)所要設(shè)計(jì)的機(jī)器僅有一個(gè)模糊的概念。

（二）方案設(shè)計(jì)階段

本階段對(duì)設(shè)計(jì)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(jì)工作有多個(gè)解（方案）的特點(diǎn)。

機(jī)器的功能分析，就是要對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)書提出的機(jī)器功能中必須達(dá)到的要求、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(wú)矛盾，相互間能否替代等。后確定出功能參數(shù)，作為進(jìn)一步設(shè)計(jì)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(shí)，可按原動(dòng)部分、傳動(dòng)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(shí)，首先是關(guān)于工作原理的選擇問題。例如，設(shè)計(jì)制造螺釘?shù)臋C(jī)器時(shí)，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(jì)出的機(jī)器就會(huì)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(jì)技術(shù)發(fā)展的重要途徑。

步驟

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

在設(shè)計(jì)的每個(gè)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(gè)步驟，修改不合理的決定，重做隨后的設(shè)計(jì)工作。

1、制定設(shè)計(jì)任務(wù) 這是設(shè)計(jì)的前期工作。設(shè)計(jì)任務(wù)的根據(jù)是用戶訂貨、市場(chǎng)需要和新的科研成果。設(shè)計(jì)部門應(yīng)用各種技術(shù)和市場(chǎng)情報(bào)，擬列可能方案，比較其利弊，與經(jīng)營(yíng)部門和用戶共同商議，制定合理的設(shè)計(jì)任務(wù)目標(biāo)。這對(duì)新型設(shè)計(jì)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，甚至遭到失敗。

2、確定工作原理和基本結(jié)構(gòu)型式 如設(shè)計(jì)任務(wù)未作明確規(guī)定,設(shè)計(jì)的個(gè)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(jì)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(jì)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)。

3、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)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(shí)，選用合適的機(jī)構(gòu)以得到所需的運(yùn)動(dòng)方案。上面提到的顎式破碎機(jī)依靠其動(dòng)顎板的擺動(dòng)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(dòng)顎板的擺動(dòng)則可以采用雙肘板機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單擺動(dòng)，或者采用單肘板機(jī)構(gòu)的復(fù)雜擺動(dòng)。在新型設(shè)計(jì)中，可能會(huì)需要綜合一個(gè)新的機(jī)構(gòu)以得到所要求的運(yùn)動(dòng)方案，這常是一個(gè)困難的工作。因此，設(shè)計(jì)者一般盡量應(yīng)用已有的和成熟的機(jī)構(gòu)所提供的運(yùn)動(dòng)方案。

4、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和繪制初步總圖 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)之后，設(shè)計(jì)者開始進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)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(shí)如發(fā)現(xiàn)原來(lái)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(shí)還應(yīng)考慮有無(wú)可能產(chǎn)生過熱、過度磨損或振動(dòng)的部位。

在這一步驟中，設(shè)計(jì)者通過繪制草圖會(huì)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(huì)削弱或惡化另一方面。這時(shí)必須權(quán)衡輕重，進(jìn)行協(xié)調(diào)，以達(dá)到綜合效果。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(jià)。初步總圖嚴(yán)格按比例繪制，選取足夠的視圖和切面圖。

5、初步審查 初步總圖繪制后，需要請(qǐng)對(duì)該類機(jī)械有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、制造和使用人員以及用戶或委托設(shè)計(jì)單位的代表進(jìn)行初步審查。審查結(jié)果如認(rèn)為設(shè)計(jì)不適用(如重量、體積太大,造價(jià)太高,對(duì)結(jié)構(gòu)的可靠性有懷疑等),則須重新進(jìn)行運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，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(duì)設(shè)計(jì)采取某些改善措施。

6、技術(shù)設(shè)計(jì) 根據(jù)初步審查意見,對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改,并繪制所有的零件和部件圖。對(duì)主要的零件和部件進(jìn)行的應(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(rùn)滑設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)（驅(qū)動(dòng)和控制）。重繪總圖，某些重要的和批量生產(chǎn)的機(jī)械有時(shí)還要制作出模型。將完成的技術(shù)設(shè)計(jì)提交第二次審查。

7、繪制工作圖 根據(jù)第二次審查的意見作后的修改后，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(jì)負(fù)責(zé)人應(yīng)注意協(xié)調(diào)零件間的尺寸，核對(duì)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(duì)，這是非常重要的工作。經(jīng)過仔細(xì)校對(duì)的圖紙能保證加工后裝配順利?？煽康男?duì)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(huì)表現(xiàn)出來(lái)。在繪制零件圖的同時(shí)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。

8、試生產(chǎn)和定型設(shè)計(jì) 對(duì)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(jì)圖紙可以投入正式生產(chǎn)。對(duì)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(duì)設(shè)計(jì)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(jì)。