如何作為一名合格的機械設計師

2017-04-19 by:CAE仿真在線來源:互聯網

作為一名機械類專業從事機械設計的學生的目標是做一名合格機械設計師所以我們必須掌握相應行業的機械設計知識例如液壓設計,某種機械機構的設計。主要運用“AutoCAD”、“UG NX”、“pro/e、solidworks”等相關軟件設計機械零件。繪制機械圖,在踏入職場前應該具備相應的知識與技能,如機械設計專業的基礎知識,基本的AutoCAD繪圖能力,用繪圖表現自己的設計思路,參考已有設計圖的能力,貫徹最新國家標準的能力等。機械設計師在實際工作中的需要,從了解、掌握機械設計基礎知識、基本流程出發,介紹了機械設計中常用的工程制圖、機械結構、公差配合、材料選擇、技術測量、制造工藝,了解機械設計一般設計方法,如面向市場的設計、功能原理設計、表達構造的實體設計、講求實效的適應性設計等,產品的設計與制造的全部過程。

機械類專業學生和青年機械設計師能夠了解設計與生產如何銜接,以及需要掌握哪些基本設計技法與技能才能達到合格設計師的要求,以消除剛進入企業的困惑,提高自己的競爭力,快速達到企業的要求并跟上時代的發展步伐。

作為一名機械設計師我們應該知道一部機器的質量基本上決定于設計質量。制造過程對機器質量所起的作用,本質上就在于實現設計時所規定的質量。因此,機器的設計階段是決定機器好壞的關鍵。

所討論的設計過程僅指狹義的技術性的設計過程。它是一個創造性的工作過程,同時也是一個盡可能多地利用已有的成功經驗的工作。要很好地把繼承與創新結合起來,才能設計出高質量的機器。作為一部完整的機器,它是一個復雜的系統。要提高設計質量,必須有一個科學的設計程序。雖然不可能列出一個在任何情況下都有效的惟一程序,但是,根據人們設計機器的長期經驗。

在設計開始之前,先要制定設計任務。當設計任務比較復雜時,一般采用三階段設計,即初步設計、技術設計和工作圖設計;當任務比較簡單,如簡單機械的新型設計、一般機械的繼承設計或變型設計,則一開始就將設計做到技術設計深度,經審查、修改和批準后做工作圖設計,而成為兩階段設計。在三階段設計中的初步設計階段,設計的主要步驟是:確定工作原理和基本結構型式,運動設計,設計主要零、部件、繪制初步總圖,初步設計審查。在技術設計階段,主要步驟是:根據審查意見修改設計,設計全部零、部件,繪制新的總圖,技術設計審查。在工作圖設計階段,根據審查意見修改設計,繪制全部工作圖和制定全部技術文件。對于批量或大量生產的產品,還要進行定型設計。

在設計的每個步驟中,都可能發現前面步驟中某些決定不合理,這就需要折回到前面那個步驟,修改不合理的決定,重做隨后的設計工作。

1、制定設計任務這是設計的前期工作。設計任務的根據是用戶訂貨、市場需要和新的科研成果。設計部門應用各種技術和市場情報,擬列可能方案,比較其利弊,與經營部門和用戶共同商議,制定合理的設計任務目標。這對新型設計特別重要。任務目標的失誤將造成經濟上的嚴重損失,甚至遭到全面失敗。

2、確定工作原理和基本結構型式如設計任務未作明確規定,設計的第一個步驟就是確定總體方案,即確定所要應用的工作原理和與之相應的結構型式。例如設計大功率船用柴油機,首先要確定是用二沖程、雙作用、十字頭、低速柴油機,還是用四沖程、單作用、中速柴油機。又例如設計用以粗碎巖石的破碎機械,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,或者采用以沖擊為主要作用的單轉子或雙轉子沖擊式破碎機。

3、運動設計設計的總體方案確定之后,接著需要運用機構學的知識,選用合適的機構以得到所需的運動方案。上面提到的顎式破碎機依靠其動顎板的擺動使進入破碎腔的巖石受到擠壓、彎折和劈裂作用而破碎,而動顎板的擺動則可以采用雙肘板機構的簡單擺動,或者采用單肘板機構的復雜擺動。在新型設計中,可能會需要綜合一個新的機構以得到所要求的運動方案,這常是一個困難的工作。因此,設計者一般盡量應用已有的和成熟的機構所提給的運動方案。

4、結構設計和繪制初步總圖運動設計之后,設計者開始進行結構設計,計算機械各主要零件的受力、強度、形狀、尺寸和重量等,并繪制主要零、部件草圖。這時如發現原來選用的結構不可行,就必須調整或修改結構。同時還應考慮有無可能產生過熱、過度磨損或振動的部位。

在這一步驟中,設計者通過繪制草圖會發現各部分的形狀、尺寸、比例等方面的矛盾。為了加強或改進某一方面,可能會削弱或惡化另一方面。這時必須權衡輕重,進行協調,以達到最佳綜合效果。草圖經反復修改認為初步滿意后,便可繪制初步總圖和估算造價。初步總圖嚴格按比例繪制,選取足夠的視圖和切面圖。

5、初步審查初步總圖繪制后,需要請對該類機械有經驗的設計、制造和使用人員以及用戶或委托設計單位的代表進行初步審查。審查結果如認為設計不適用(如重量、體積太大,造價太高,對結構的可靠性有懷疑等),則須重新進行運動設計,甚至改用別的工作原理和基本結構型式。多數情況是對設計采取某些改善措施。

6、技術設計根據初步審查意見,對設計進行修改,并繪制所有的零件和部件圖。對主要的零件和部件進行精確的應力分析,按分析結果修正零件的形狀、尺寸等細節,并規定材質和熱處理。確定零件加工精度以及部件和總裝的裝配條件。完成潤滑設計、電氣設計(驅動和控制)。重繪總圖,某些重要的和批量生產的機械有時還要制作出模型。將完成的技術設計提交第二次審查。

7、繪制工作圖根據第二次審查的意見作最后的修改后,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、使用指南等技術文件。設計負責人應注意協調零件間的尺寸,核對耦合件間的公差配合,復核某些零件的強度和剛度。零件圖完成后開始圖紙核對,這是非常重要的工作。經過仔細校對的圖紙能保證加工后裝配順利。最可靠的校對方法是根據已繪制好的零件圖重繪出一張總裝配圖,所有矛盾之處就會表現出來。在繪制零件圖的同時還需要進行兩項工作:一是工藝性審核,使零件便于加工并降低制造成本;二是標準審核,使零件結構要素、尺寸、公差配合、熱處理技術條件以及標準和通用零件等符合標準的規定。

8、試生產和定型設計對于單件或小批生產的機械,經過上述步驟完成的設計圖紙可以投入正式生產。對于成批或大量生產的機械,在正式生產前要先試制樣機,進行功能試驗和鑒定,通過后,再按批量生產工藝進行批量試生產。在批量試生產中所出現的問題還可能需要對設計作相應的修改,方成為可供正式生產使用的定型設計。

機械零件的設計具有眾多的約束條件,設計準則就是設計所應該滿足的約束條件。

9、了解技術性能準則

技術性能包括產品功能、制造和運行狀況在內的一切性能,既指靜態性能,也指動態性能。例如,產品所能傳遞的功率、效率、使用壽命、強度、剛度、抗摩擦、磨損性能、振動穩定性、熱特性等。技術性能準則是指相關的技術性能必須達到規定的要求。例如振動會產生額外的動載荷和變應力,尤其是當其頻率接近機械系統或零件的固有頻率時,將發生共振現象,這時振幅將急劇增大,有可能導至零件甚至整個系統的迅速損壞。振動性穩定準則就是限制機械系統或零件的相關振動參數,如固有頻率、振幅、噪聲等在規定的允許范圍之內。又如機器工作時的發熱可能會導致熱應力、熱應變,甚至會造成熱損壞。熱特性準則就是限制各種相關的熱參數(如熱應力、熱應變、溫升等)在規定范圍內。

2、標準化準則

與機械產品設計有關的主要標準大致有:

概念標準化:設計過程中所涉及的名詞術語、符號、計量單位等應符合標準;

實物形態標準化:零部件、原材料、設備及能源等的結構形式、尺寸、性能等,都應按統一的規定選用。

方法標準化:操作方法、測量方法、試驗方法等都應按相應規定實施。

標準化準則就是在設計的全過程中的所有行為,都要滿足上述標準化的要求。現已發布的與機械零件設計有關的標準,從運用范圍上來講,可以分為國家標準、行業標準和企業標準三個等級。從使用強制性來說,可分為必須執行的和推薦使用的兩種。

3、可靠性準則

可靠性:產品或零部件在規定的使用條件下,在預期的壽命內能完成規定功能的概率。可靠性準則就是指所設計的產品、部件或零件應能滿足規定的可靠性要求。

4、安全性準則

機器的安全性包括:

零件安全性:指在規定外載荷和規定時間內零件不發生如斷裂、過度變形、過度磨損和不喪失穩定性等等。

整機安全性:指機器保證在規定條件下不出故障,能正常實現總功能的要求。