如何作为一名合格的机械设计师

2017-04-19 by:CAE仿真在线来源:互联网

作为一名机械类专业从事机械设计的学生的目标是做一名合格机械设计师所以我们必须掌握相应行业的机械设计知识例如液压设计,某种机械机构的设计。主要运用“AutoCAD”、“UG NX”、“pro/e、solidworks”等相关软件设计机械零件。绘制机械图,在踏入职场前应该具备相应的知识与技能,如机械设计专业的基础知识,基本的AutoCAD绘图能力,用绘图表现自己的设计思路,参考已有设计图的能力,贯彻最新国家标准的能力等。机械设计师在实际工作中的需要,从了解、掌握机械设计基础知识、基本流程出发,介绍了机械设计中常用的工程制图、机械结构、公差配合、材料选择、技术测量、制造工艺,了解机械设计一般设计方法,如面向市场的设计、功能原理设计、表达构造的实体设计、讲求实效的适应性设计等,产品的设计与制造的全部过程。

机械类专业学生和青年机械设计师能够了解设计与生产如何衔接,以及需要掌握哪些基本设计技法与技能才能达到合格设计师的要求,以消除刚进入企业的困惑,提高自己的竞争力,快速达到企业的要求并跟上时代的发展步伐。

作为一名机械设计师我们应该知道一部机器的质量基本上决定于设计质量。制造过程对机器质量所起的作用,本质上就在于实现设计时所规定的质量。因此,机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。

所讨论的设计过程仅指狭义的技术性的设计过程。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的成功经验的工作。要很好地把继承与创新结合起来,才能设计出高质量的机器。作为一部完整的机器,它是一个复杂的系统。要提高设计质量,必须有一个科学的设计程序。虽然不可能列出一个在任何情况下都有效的惟一程序,但是,根据人们设计机器的长期经验。

在设计开始之前,先要制定设计任务。当设计任务比较复杂时,一般采用三阶段设计,即初步设计、技术设计和工作图设计;当任务比较简单,如简单机械的新型设计、一般机械的继承设计或变型设计,则一开始就将设计做到技术设计深度,经审查、修改和批准后做工作图设计,而成为两阶段设计。在三阶段设计中的初步设计阶段,设计的主要步骤是:确定工作原理和基本结构型式,运动设计,设计主要零、部件、绘制初步总图,初步设计审查。在技术设计阶段,主要步骤是:根据审查意见修改设计,设计全部零、部件,绘制新的总图,技术设计审查。在工作图设计阶段,根据审查意见修改设计,绘制全部工作图和制定全部技术文件。对于批量或大量生产的产品,还要进行定型设计。

在设计的每个步骤中,都可能发现前面步骤中某些决定不合理,这就需要折回到前面那个步骤,修改不合理的决定,重做随后的设计工作。

1、制定设计任务这是设计的前期工作。设计任务的根据是用户订货、市场需要和新的科研成果。设计部门应用各种技术和市场情报,拟列可能方案,比较其利弊,与经营部门和用户共同商议,制定合理的设计任务目标。这对新型设计特别重要。任务目标的失误将造成经济上的严重损失,甚至遭到全面失败。

2、确定工作原理和基本结构型式如设计任务未作明确规定,设计的第一个步骤就是确定总体方案,即确定所要应用的工作原理和与之相应的结构型式。例如设计大功率船用柴油机,首先要确定是用二冲程、双作用、十字头、低速柴油机,还是用四冲程、单作用、中速柴油机。又例如设计用以粗碎岩石的破碎机械,首先要确定是采用以挤压和弯折为主要破碎作用的颚式或旋回式破碎机,或者采用以冲击为主要作用的单转子或双转子冲击式破碎机。

3、运动设计设计的总体方案确定之后,接着需要运用机构学的知识,选用合适的机构以得到所需的运动方案。上面提到的颚式破碎机依靠其动颚板的摆动使进入破碎腔的岩石受到挤压、弯折和劈裂作用而破碎,而动颚板的摆动则可以采用双肘板机构的简单摆动,或者采用单肘板机构的复杂摆动。在新型设计中,可能会需要综合一个新的机构以得到所要求的运动方案,这常是一个困难的工作。因此,设计者一般尽量应用已有的和成熟的机构所提给的运动方案。

4、结构设计和绘制初步总图运动设计之后,设计者开始进行结构设计,计算机械各主要零件的受力、强度、形状、尺寸和重量等,并绘制主要零、部件草图。这时如发现原来选用的结构不可行,就必须调整或修改结构。同时还应考虑有无可能产生过热、过度磨损或振动的部位。

在这一步骤中,设计者通过绘制草图会发现各部分的形状、尺寸、比例等方面的矛盾。为了加强或改进某一方面,可能会削弱或恶化另一方面。这时必须权衡轻重,进行协调,以达到最佳综合效果。草图经反复修改认为初步满意后,便可绘制初步总图和估算造价。初步总图严格按比例绘制,选取足够的视图和切面图。

5、初步审查初步总图绘制后,需要请对该类机械有经验的设计、制造和使用人员以及用户或委托设计单位的代表进行初步审查。审查结果如认为设计不适用(如重量、体积太大,造价太高,对结构的可靠性有怀疑等),则须重新进行运动设计,甚至改用别的工作原理和基本结构型式。多数情况是对设计采取某些改善措施。

6、技术设计根据初步审查意见,对设计进行修改,并绘制所有的零件和部件图。对主要的零件和部件进行精确的应力分析,按分析结果修正零件的形状、尺寸等细节,并规定材质和热处理。确定零件加工精度以及部件和总装的装配条件。完成润滑设计、电气设计(驱动和控制)。重绘总图,某些重要的和批量生产的机械有时还要制作出模型。将完成的技术设计提交第二次审查。

7、绘制工作图根据第二次审查的意见作最后的修改后,就可以绘制正式的零件图、部件装配图和总装配图,编写零件表、易损零件清单、使用指南等技术文件。设计负责人应注意协调零件间的尺寸,核对耦合件间的公差配合,复核某些零件的强度和刚度。零件图完成后开始图纸核对,这是非常重要的工作。经过仔细校对的图纸能保证加工后装配顺利。最可靠的校对方法是根据已绘制好的零件图重绘出一张总装配图,所有矛盾之处就会表现出来。在绘制零件图的同时还需要进行两项工作:一是工艺性审核,使零件便于加工并降低制造成本;二是标准审核,使零件结构要素、尺寸、公差配合、热处理技术条件以及标准和通用零件等符合标准的规定。

8、试生产和定型设计对于单件或小批生产的机械,经过上述步骤完成的设计图纸可以投入正式生产。对于成批或大量生产的机械,在正式生产前要先试制样机,进行功能试验和鉴定,通过后,再按批量生产工艺进行批量试生产。在批量试生产中所出现的问题还可能需要对设计作相应的修改,方成为可供正式生产使用的定型设计。

机械零件的设计具有众多的约束条件,设计准则就是设计所应该满足的约束条件。

9、了解技术性能准则

技术性能包括产品功能、制造和运行状况在内的一切性能,既指静态性能,也指动态性能。例如,产品所能传递的功率、效率、使用寿命、强度、刚度、抗摩擦、磨损性能、振动稳定性、热特性等。技术性能准则是指相关的技术性能必须达到规定的要求。例如振动会产生额外的动载荷和变应力,尤其是当其频率接近机械系统或零件的固有频率时,将发生共振现象,这时振幅将急剧增大,有可能导至零件甚至整个系统的迅速损坏。振动性稳定准则就是限制机械系统或零件的相关振动参数,如固有频率、振幅、噪声等在规定的允许范围之内。又如机器工作时的发热可能会导致热应力、热应变,甚至会造成热损坏。热特性准则就是限制各种相关的热参数(如热应力、热应变、温升等)在规定范围内。

2、标准化准则

与机械产品设计有关的主要标准大致有:

概念标准化:设计过程中所涉及的名词术语、符号、计量单位等应符合标准;

实物形态标准化:零部件、原材料、设备及能源等的结构形式、尺寸、性能等,都应按统一的规定选用。

方法标准化:操作方法、测量方法、试验方法等都应按相应规定实施。

标准化准则就是在设计的全过程中的所有行为,都要满足上述标准化的要求。现已发布的与机械零件设计有关的标准,从运用范围上来讲,可以分为国家标准、行业标准和企业标准三个等级。从使用强制性来说,可分为必须执行的和推荐使用的两种。

3、可靠性准则

可靠性:产品或零部件在规定的使用条件下,在预期的寿命内能完成规定功能的概率。可靠性准则就是指所设计的产品、部件或零件应能满足规定的可靠性要求。

4、安全性准则

机器的安全性包括:

零件安全性:指在规定外载荷和规定时间内零件不发生如断裂、过度变形、过度磨损和不丧失稳定性等等。

整机安全性:指机器保证在规定条件下不出故障,能正常实现总功能的要求。