主要內容
    1、機械在國民經(jīng)濟建設中的地位和作用。
    2、機械設計人員應具有的素質(zhì)。
    3、“機械設計”課程的性質(zhì)、任務(wù)及學(xué)習方法。
    4、機械的構成及功能結構。
    5、機械設計的特點(diǎn)。
    基本要求
    1、了解機械在國民經(jīng)濟建設中的地位和作用。
    2、了解機械設計人員應具有哪些素質(zhì)。
    3、了解“機械設計”課程的性質(zhì)、任務(wù)及學(xué)習方法。
    4、了解機械的構成及功能結構。
    5、了解機械設計的特點(diǎn)。
    §1-1 緒論
    一、《機械設計》課程在國民經(jīng)濟建設中的地位與作用
    機械工業(yè)的生產(chǎn)水平是一個(gè)國家現代化建設水平的主要標志之一，它肩負著(zhù)為國民經(jīng)濟各個(gè)部門(mén)提供技術(shù)裝備和促進(jìn)技術(shù)改造的重要任務(wù)，在現代化建設的進(jìn)程中起著(zhù)主導和決定性的作用。
    機械設計是為了滿(mǎn)足機器的某些特定功能要求而進(jìn)行的創(chuàng )造性過(guò)程，即用新的原理或新的概念，開(kāi)發(fā)創(chuàng )造出新的產(chǎn)品，或對現有機器局部進(jìn)行創(chuàng )造性的改革。機械設計是生產(chǎn)機械產(chǎn)品的第一道工序，設計質(zhì)量的高低，在很大程度上影響著(zhù)產(chǎn)品質(zhì)量的高低。本課程將直接擔負著(zhù)培養機械設計人才的任務(wù)。
    二、機械設計人員應具有的素質(zhì)
    機械設計是一門(mén)綜合性很強的工作，機械設計人員為了能很好地適應這一工作，必須具備下列基本素質(zhì)：
    1、深厚的理論基礎和廣博的專(zhuān)業(yè)知識：只有具備廣博的理論基礎，才能充分考慮、理解并正確處理設計中的各種問(wèn)題，才可能進(jìn)行創(chuàng )造性的設計工作。
    2、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗：設計時(shí)要將制造、安裝、使用維護等問(wèn)題統一起來(lái)考慮，這就要求設計者應有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗。
    3、高度的責任感，嚴謹的工作作風(fēng)：設計人員應對設計的技術(shù)合理性和設計后果負責，應一絲不茍地工作，必須把提高產(chǎn)品質(zhì)量放在設計工作的首位。
    4、創(chuàng )造性的思維能力：設計過(guò)程是創(chuàng )造性思維的過(guò)程，這就要求設計人員平時(shí)養成勤于觀(guān)察和思考的習慣，應善于運用所學(xué)知識進(jìn)行歸納、推理、分析與綜合，不斷開(kāi)拓新產(chǎn)品。
    5、虛心學(xué)習和不斷進(jìn)取的精神：要養成善于學(xué)習、積累資料的良好習慣。
    三、《機械設計》課程的性質(zhì)與任務(wù)
    性質(zhì)：是機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生必修的一門(mén)設計性質(zhì)的技術(shù)基礎課，是學(xué)習許多后續課程和從事機械設備設計的基礎。
    任務(wù)：逐步培養正確的設計思想和創(chuàng )造性思維能力；了解國家的技術(shù)經(jīng)濟政策；掌握設計機械所必須的基本知識、基本技能和基本方法；初步具備設計機械傳動(dòng)裝置和簡(jiǎn)單機械的能力；培養學(xué)生綜合應用各種知識和技術(shù)資料、處理機械設計中各種問(wèn)題的能力；培養學(xué)生應用標準、規范及手冊的能力，使學(xué)生獲得實(shí)驗技能的基本訓練。
    四、《機械設計》課程的學(xué)習方法
著(zhù)重基本概念的理解和基本設計方法的掌握，不強調系統的理論分析；著(zhù)重理解公式建立的前提、意義和應用，不強調對理論公式的具體推導；注意密切聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，努力培養解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力；應根據零部件的工作狀況進(jìn)行受力和失效分析，并根據功能要求和設計約束，建立設計計算公式，要重視公式的應用和具體設計方法的掌握，不要把主要精力放在公式的數學(xué)推導和公式的記憶上。
    §1-2 機器的構成及其功能結構
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    一 、機器的構成
    機器一般可視為主要由原動(dòng)機、工作機、傳動(dòng)裝置、控制系統及一些輔助裝置等部分構成，如圖1-1。
    圖1-1　機器的組成
    原動(dòng)機：是驅動(dòng)整個(gè)機器以完成預定功能的動(dòng)力源。一般來(lái)說(shuō)，它是把其它形式的能量轉換為機械能。原動(dòng)機的動(dòng)力輸出絕大多數呈旋轉運動(dòng)的狀態(tài)，輸出一定的轉矩。
    工作機：是用來(lái)完成機器預定功能的組成部分。一部機器可以只有一個(gè)執行部分，也可以把機器的功能分解成好幾個(gè)執行部分。
    傳動(dòng)裝置：用來(lái)連接原動(dòng)機部分和執行部分，它將原動(dòng)機的運動(dòng)形式、運動(dòng)及動(dòng)力參數轉變?yōu)閳绦胁糠炙璧倪\動(dòng)形式、運動(dòng)及動(dòng)力參數。例如：把旋轉運動(dòng)轉換為直線(xiàn)運動(dòng)；高轉速變?yōu)榈娃D速；小轉矩變?yōu)榇筠D矩等。
    二 、功能分析
    功能分析是機械設計的基本出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行機械產(chǎn)品的設計，首先必須進(jìn)行功能分析，明確功能要求，設計出機器的功能結構圖，然后再進(jìn)行各個(gè)階段的設計。只有這樣，才能不受現有結構的束縛，形成新的設計構思，提出創(chuàng )造性的設計方案。
不同機器的功能結構圖是不同的，甚至總功能要求相同，也可以設計出不同方案的功能結構圖，因此，設計者應能從多種可行方案中選出較優(yōu)者，并以此為依據，進(jìn)行機械系統各個(gè)階段的設計?！　　　　　　?nbsp;   

    三、機器實(shí)例
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    表1-1　機器實(shí)例
    §1-3　機械設計的概念和特點(diǎn) 
    一、機械設計的概念
    "設計"具有廣泛的含義，一般認為，設計是根據市場(chǎng)需求，對技術(shù)系統、零部件、工藝方法等進(jìn)行計劃和決策的過(guò)程。從市場(chǎng)需求出發(fā)，通過(guò)構思、計劃和決策，確定機械產(chǎn)品的功能、原理方案、技術(shù)參數和結構等，并把設想變?yōu)楝F實(shí)，這樣一種技術(shù)實(shí)踐活動(dòng)的過(guò)程，就是機械設計。 
    二、機械設計的過(guò)程
    機械設計工作階段的劃分，不同的國家，甚至不同企業(yè)均不盡相同，大致上可分為計劃階段、原理方案設計階段、結構方案設計階段、總體設計階段、施工設計階段和試制、生產(chǎn)、銷(xiāo)售階段等，每個(gè)階段的大致內容和目標如圖1-2所示。
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    圖1-2 機械產(chǎn)品設計過(guò)程的一般模式
    三、機械設計的特點(diǎn)
    1、特點(diǎn)
    1) 機械設計中認知過(guò)程的漸變性
產(chǎn)品設計是一個(gè)從抽象到具體的演化過(guò)程。設計者在設計過(guò)程中，不斷豐富和完善產(chǎn)品的設計信息，直到完成整個(gè)產(chǎn)品的設計。產(chǎn)品設計是一個(gè)逐步求精和細化的過(guò)程。產(chǎn)品設計是一個(gè)反復修改和迭代的過(guò)程，在此過(guò)程中，設計者需要不斷的修改某些設計參數和結構，以達到最終的設計要求。 
    2) 設計過(guò)程中設計管理的復雜性
產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程管理要求能夠對整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程從需求分析、概念設計、直到最終設計完成進(jìn)行組織、協(xié)調和控制，并且能夠對每一個(gè)階段所需要的設備、工具、人員等進(jìn)行分配、組織和管理。
    3) 設計過(guò)程中以市場(chǎng)需求為導向的必要性 
產(chǎn)品設計與制造的目的是為了滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求，因此，用戶(hù)的滿(mǎn)意程度是衡量產(chǎn)品優(yōu)劣的重要指標。注重市場(chǎng)調查和預測，明確市場(chǎng)需要什么，是設計師經(jīng)常關(guān)心的問(wèn)題。
    4) 設計過(guò)程中增強社會(huì )環(huán)境意識、建立可持續發(fā)展觀(guān)念的必要性
    2、創(chuàng )新和優(yōu)化
    (1) 創(chuàng )新
    1) 機械設計的核心是創(chuàng )新 
    在機械設計中必須突出創(chuàng )新的原則，通過(guò)直覺(jué)、推理、組合等途徑，探求創(chuàng )新設計的原理方案和結構，做到有所發(fā)明，有所創(chuàng )造，有所前進(jìn)。
    2) 產(chǎn)品設計創(chuàng )新的方向 
    一是能滿(mǎn)足大范圍當前需求的產(chǎn)品創(chuàng )新；二是研究開(kāi)發(fā)具有重要技術(shù)進(jìn)步，且為我所獨有、技術(shù)含量高、在市場(chǎng)上具有競爭力的新產(chǎn)品。
    3) 產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng )新的主要類(lèi)型
    第一種是無(wú)重要新技術(shù)，但在形式上有所創(chuàng )新；第二種是含有重要的高新技術(shù)，使產(chǎn)品的競爭力有新的、更重要的提高；第三種是有完全創(chuàng )新的功能。
    4) 創(chuàng )造性思維
    創(chuàng )造性思維使人們突破各種約束，在一切領(lǐng)域內開(kāi)創(chuàng )新的局面。創(chuàng )造性思維具有獨創(chuàng )性 、連動(dòng)性、多向性和綜合性的特點(diǎn)。
    (2)優(yōu)化
    在通常情況下，滿(mǎn)足約束條件的機械問(wèn)題的解都不是唯一的，而是存在多種可行方案。因此需從諸多可行方案中進(jìn)行優(yōu)化設計，得到最優(yōu)解。作為設計人員必須對擇優(yōu)問(wèn)題予以高度重視。優(yōu)化方法的發(fā)展過(guò)程如下：
    1) 基于經(jīng)驗的優(yōu)化設計
    是原始的優(yōu)化，或被動(dòng)的自然優(yōu)化。其質(zhì)量取決于專(zhuān)家經(jīng)驗的多少和經(jīng)驗的可靠程度。
    2) 基于計算機的枚舉尋優(yōu)
    用計算機計算出各種可行方案，結合人工判斷尋優(yōu)。
    3) 基于數學(xué)規劃的尋優(yōu)方法
    是定量的優(yōu)化方法，適合于解決機械設計中的參數優(yōu)化問(wèn)題。
    4) 工程優(yōu)化和人工智能優(yōu)化
    能解決不少數學(xué)規劃方法不能勝任的工程優(yōu)化問(wèn)題。 
    3、機械設計中的產(chǎn)品成本問(wèn)題
    好的設計不但要技術(shù)先進(jìn)，制造可行，操作方便，而且要經(jīng)濟合理。所謂經(jīng)濟合理，其核心就是降低產(chǎn)品的成本?？梢哉f(shuō)，產(chǎn)品成本的高低，在產(chǎn)品設計的階段就基本上確定了，因此，降低產(chǎn)品成本，永遠是設計人員的一項主要任務(wù)，是機械設計領(lǐng)域中的一個(gè)永恒的技術(shù)經(jīng)濟問(wèn)題。設計人員進(jìn)行產(chǎn)品設計時(shí)，必須牢固地樹(shù)立經(jīng)濟效益的觀(guān)念，對每一個(gè)零部件進(jìn)行功能成本分析，確定合理的技術(shù)指標和成本目標。
    4、機械設計中的可持續發(fā)展問(wèn)題
    1) 所設計的產(chǎn)品應符合國家科技政策和國家科技發(fā)展規劃的目標：要設計出具有競爭力的先進(jìn)產(chǎn)品，還應很好的了解國家不同時(shí)期的科技政策和科技發(fā)展規劃；
    2) 所設計的產(chǎn)品應符合減少三廢對環(huán)境污染的要求；
    3) 所設計的產(chǎn)品應符合人機系統安全、可靠的要求；
    4) 所設計的產(chǎn)品應有利于提高生產(chǎn)力；
    5) 資源的合理利用。