1.2 初識機械設計

根據設計機器的使用要求，確定機械結構設計，選擇適當材料，確定合適的尺寸及精度，制定先進的工藝，從而實現一種新機器的創新構思，這個過程就是機械設計。

1.機器與機構

在日常生活和工業生產中，機械產品無處不在。人們騎的自行車、戴的機械式手表、工廠里擺的機床設備、公路上跑的汽車，這些都是典型的機械產品。隨著現代科技的發展，機械被賦予了越來越多的智能因素，其中，在當代制造業中大顯身手的智能機器人就是最典型的代表。

思考

觀察圖1-1和圖1-2，說明機械產品與電氣產品的區別。

機器既能實現確定的機械運動，又能完成有用的機械功，或者能傳遞或轉換能量、物料、信息等。機器通常具有以下特征。

（1）人為的實物組合——由人工組合的構件系統。

（2）各實物間具有確定的相對運動，如往復移動、轉動或擺動等。

（3）實現能量轉換或完成有效的機械功。例如，將熱能轉換為機械能（內燃機）、將機械能轉換為電能（發電機）、將電能轉換為機械能（電動機）等。

機器種類繁多，性能各異，但就其功能而言，機器主要由5個部分組成，如圖1-3所示。

而機構僅具有機器的前兩項特征，能傳遞或轉換運動，是組成機器的重要結構和功能單元，如齒輪機構、凸輪機構等。不同的機構能實現不同的運動變換。

2.構件、零件和部件

機器是由一種或多種機構組成的，而機構是人工組合的構件系統，必須滿足兩個條件：若干構件的組合；這些構件具有確定的相對運動。

構件是機構的基本運動單元，是機器中獨立運動的單元體，由一個或幾個零件組成。若為多個零件的組合，這些零件應該采用剛性連接，彼此之間無相對運動。

零件是組成機器最基本的單元體，是機械制造的單元體。專用零件是特定機器中所使用的零件，如活塞、曲軸、葉片；通用零件是各類機器中普遍使用的零件，如齒輪、軸、螺栓等。

部件是指若干個零件的裝配體。

3.機械

機械是機器與機構的總稱，是能幫人們降低工作難度或省力的裝置，復雜機械由兩種或兩種以上的簡單機械構成。從結構和運動的觀點來看，機構和機器并無區別，泛稱為機械。

圖1-4所示為一輛汽車，請同學們通過課堂討論的形式分析其結構特點，并嘗試分析其主要功能。

機械的構成及其工作原理

分析

① 圖1-4所示的機器主要包括原動機、工作機構和傳動機構。

② 原動機：為整個機器提供動力的部分，汽車的原動機為內燃機。常用的原動機包括電動機和內燃機，它可以把其他形式的能量轉換為機械能，產生驅動動力。

③ 工作機構：機械中直接產生工藝動作的部分，在汽車中為汽車的行駛機構等。

④ 傳動機構：將原動機中的運動和動力準確傳遞到工作機構上的部分，在傳遞過程中還會根據需要，對運動的性質和速度進行變換。在汽車中有梯形四桿機構、差速器（輪系）等。

4.認識設計

設計是為了滿足某一特定要求而進行的創造過程。機械設計基礎就是培養學生初步掌握機器設計能力的技術基礎課。

傳統的機械設計主要依靠試驗，通過歸納總結的方法獲得設計參數和經驗公式，然后創建出機械模型。

隨著科學技術的發展和進步，現代設計在廣度和深度上都產生了根本的變化，設計者已經不再把主要精力放在繁瑣的計算和推導上，也不再通過刻板枯燥的圖紙來表達自己的設計思想。在現代機械設計中，使用的設計手段更加豐富，產品的更新周期更短，第一代產品問世不久，第二代和第三代產品就接踵而至。

總體來講，現代設計具有以下特點。

（1）重視產品的創新性

創新是現代設計的核心?，F代設計不是對以前的產品進行簡單的修補，而是打破傳統觀念，創造出具有特色的新產品。由于生產力的提高，現代社會產品非常豐富，一個好的產品除了要保證質量外，合理的設計也是至關重要的。

思考

請對比圖1-5和圖1-6所示的黑白電視機和等離子彩色電視機在設計上的區別，然后思考現代設計的特點。

（2）采用先進的設計手段

隨著計算機技術的發展，計算機輔助設計（Computer Aided Design,CAD）技術被廣泛用于設計領域，這也是現代設計的重要標志。CAD技術不但提高了設計質量，還大大提高了設計效率。同時，網絡技術的發展，使得多人協同開發產品成為可能，這樣可以實現資源共享，減輕設計者的負擔，改變了“閉門造車”的落后設計方法。

圖1-7和圖1-8所示為使用CAD技術開發的模型。

（3）零部件設計的重要性

一般的大型機電產品由機械和電氣兩大系統組成。把機械分為部件單獨進行設計和生產可提高生產效率和產品質量。零部件設計是機械設計的重要組成部分，是機械總體設計的基礎，并可能對機械總體設計產生巨大的影響。

認識現代設計方法