机械设计的三种类型及适应性设计

一部机器的质量基本上决定于设计质量，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。它是一个创造性的工作过程，同时也是一个尽可能多地利用已有成功经验的工作。

机械设计根据实际情况的不同可以分成3种类型。

（1）变形设计。变形设计是指在机械产品的工作原理和功能结构不变的条件下，为了适应工艺条件或使用要求，改变产品的具体参数和结构。

（2）适应性设计。适应性设计是指在现有机械产品的工作原理、设计方案不变的前提下，仅作局部变更或增加附加功能，在结构上作相应调整，使产品更能满足使用要求。

（3）开发性设计。开发性设计是指在机械产品的工作原理和具体结构等完全未知的情况下，应用成熟的科学技术或经过实验证明可行的新技术开发设计新产品，这是一种完全创新的设计。

机械设计应满足的基本要求如下。

1.满足社会需求

机械产品的设计总是以社会需求为前提，一项产品的性能应尽量满足用户的需求。没有需求就没有市场，也就失去了产品存在的价值和依据。社会的需求是变化的，不同时期、不同地点、不同的社会环境就会有不同的市场行情和需求。产品应不断地更新改进，适应市场的变化，否则就会滞销、积压，造成浪费，影响企业的经济效益，严重时甚至导致企业倒闭。所以，设计师必须确立市场观念，以社会需求和为用户服务作为最基本的出发点。

需求是指对功能的需求，用户购买产品就是购买产品的功能。产品的功能是与技术、经济等因素密切相关的。通常随着功能的增加，产品的成本也随之上升。所以设计师就必须进行市场调查和用户访问，在查清了市场当前的需求和预测了今后的需求之后，然后对产品进行功能分析，遵循保证基本功能、满足使用功能，剔除多余功能、增加新颖功能、恰到好处地利用功能的原则，提高功能价值，降低实现成本，力求提高产品的竞争力。

2.具有良好的可靠性

可靠性是指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。这里所指的“产品”可以是零件、部件等，也可以是整机系统。“规定条件”是指对产品进行可靠性考核时所规定的使用条件和环境条件，包括载荷状况、工作制度、应力、强度、湿度、粉尘及腐蚀等，也包括操作规程、维修方法等。“规定时间”是指对产品可靠性考核时所规定的时间，包括运行时间、应力循环次数、行驶的里程等。“规定功能”是指对产品考核的具体功能。产品规定功能的丧失称为失效，可修复产品的失效也称为故障。

可靠性是衡量产品质量的一个重要指标，提高产品可靠性最有效的方法是进行可靠性设计。设计者应从整机系统出发，对可能发生的故障和失效进行预测和分析，采取相应的预防措施；对整机系统可靠性有关键影响的零部件应进行可靠性分析和设计。衡量产品可靠性的指标有很多，机械产品常用的可靠性指标主要有可靠度R、失效概率F等。

可靠度R：指产品在规定条件下和规定时间（寿命）内完成规定功能而不发生故障或失效的概率，其范围为0≤R≤1。

失效概率F：指在规定条件下和规定时间内完成规定功能时发生故障或失效的概率。失效概率也称不可靠度，其范围为0≤F≤1。因为失效和不失效是对立事件，所以F=1-R。

3.具有较好的经济性

提高产品的经济性，既是增加产品市场竞争力、赢得用户的需要，也是节约社会劳动、提高社会效益的需要。提高产品的经济性是以寿命周期成本最低为目标的。

寿命周期成本：指产品从规划、设计、制造、使用直至报废的整个寿命周期内所支出费用的总和。寿命周期成本的组成公式为

寿命周期成本=生产成本+使用成本(www.xing528.com)

其中，生产成本由直接成本和间接成本组成。生产成本的组成公式为

生产成本=直接成本+间接成本

使用成本包括运行成本和维修成本。机械产品通常是寿命周期较长的耐用消费品，其使用费用累积额可能相当可观。

直接成本主要包括研究与设计、材料及采购、加工和装配等与生产直接有关的各项成本。间接成本主要包括管理、销售、广告、公用事业、保险福利、研究开发及利息等各项非直接生产环节的支出分摊到该产品的成本。

产品的销售价格由生产成本及利、税组成，它是提高产品竞争力的一个重要指标。其组成公式为

销售价格=生产成本+利润+税金

4.符合安全、环保要求

1）机器执行预期功能的安全性

机器执行预期功能的安全性即机器运行时系统本身的安全性，如满足必要的强度、刚度、稳定性、耐磨性等要求，因此，在设计时必须按有关规范和标准进行设计计算。另外，为了避免机器由于意外原因造成故障或失效，常需要配置过载保护、安全互锁等装置。例如，为了保证传动系统在过载时不致损坏，常在传动链中设置安全离合器或安全销。又如，为保证机器安全运行，离合器与制动器必须设计成互锁结构，即离合器与制动器不能同时工作。

2）人-机-环境系统的安全性

机器是为人类服务的，同时它又在一定的环境中工作，人、机器、环境三者构成一个特定的系统。机器工作时不仅机器本身应具有良好的安全性，而且对使用机器的人员及周围的环境也应有良好的安全性。

5.零部件“三化”要求

在机械设计中应尽可能地遵循标准化的原则。机械产品标准化的内容包括标准化、系列化和通用化三方面，简称机械产品的“三化”。机械产品的“三化”有利于大规模的生产，提高生产速率。

标准化是对机械零件的种类、尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、设计方法、公差配合及制图规范等制定出相应的标准，供设计、制造及修配中共同遵照使用，如螺栓、螺母、垫圈等的标准化。

系列化是指产品按主要参数分档，形成一定系列的产品，这样可用较少规格的产品满足不同的需要，如圆柱齿轮减速器系列，系列化是标准化的重要组成部分。

通用化是对不同规格的同类产品或不同类产品，在设计中尽量采用相同的零件或部件，如几种类型不同的轿车可以采用相同的轮胎。通用化是广义的标准化。