搞了20年你卻不懂，機(jī)械設(shè)計(jì)到底是什么

　　如果一部待設(shè)計(jì)的機(jī)械中沒有運(yùn)動(dòng)零件，它的設(shè)計(jì)任務(wù)將變得簡(jiǎn)單多了，因?yàn)檫@時(shí)只需要進(jìn)行靜力分析。但是，如果一部機(jī)器沒有運(yùn)動(dòng)零件，它就不是機(jī)械(因?yàn)椴环仙厦鏅C(jī)械的定義);它實(shí)際上是一個(gè)結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，結(jié)構(gòu)也需要設(shè)計(jì)以防止失效。事實(shí)上，大型外部結(jié)構(gòu)(如橋梁、建筑等)也承受著風(fēng)、地震、交通等引起的動(dòng)載荷，所以它們的設(shè)計(jì)也必須考慮這些工況條件。如果機(jī)械運(yùn)動(dòng)的非常緩慢，且加速度可以忽略不計(jì)，那么對(duì)它進(jìn)行靜力學(xué)分析就可以了。但是，如果機(jī)械有明顯的加速度，就必須進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，這時(shí)加速的零件將是“自己質(zhì)量的受害者”。

　　在靜態(tài)結(jié)構(gòu)中，如建筑物的地板，是設(shè)計(jì)用來支承重量的，可以通過添加適當(dāng)?shù)姆稚⒉牧辖Y(jié)構(gòu)件來增加結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)。雖然這將添加物較重(增加了“死”的重量)，但是如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，地板可能承載比以前更多的“活”的重量(有效載荷)而不會(huì)失效。但對(duì)一個(gè)動(dòng)態(tài)機(jī)械來說，增加運(yùn)動(dòng)零件的重量(質(zhì)量)可能會(huì)產(chǎn)生相反的效果，即降低機(jī)械的安全系數(shù)、允許速度或有效承載能力。這是因?yàn)楫a(chǎn)生應(yīng)力的載荷是來自于零件的慣性力，我們可以用牛頓第二定律，F(xiàn)=ma，來估算它的大小。由于機(jī)械運(yùn)動(dòng)零件的加速度取決于它的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)和運(yùn)行速度，增加運(yùn)動(dòng)零件的質(zhì)量會(huì)增加這些零件所受的慣性力，否則就要降低它們的運(yùn)行速度來避免增加慣性力。即使人們可以通過增加質(zhì)量來增加零件的強(qiáng)度，但是這種增加可能會(huì)因慣性力的增加而大打折扣，甚至被抵消。

　　綜上所述，我們?cè)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/機(jī)械設(shè)計(jì)">機(jī)械設(shè)計(jì)的初始階段會(huì)面臨兩難選擇。通常，在確定零件尺寸大小之前，機(jī)械的運(yùn)動(dòng)過程已經(jīng)確定。外界作用在機(jī)械上的載荷被稱為外載。請(qǐng)注意在某些情況下，機(jī)械上的外載有可能將很難預(yù)測(cè)，例如，運(yùn)動(dòng)的汽車上的外載。當(dāng)設(shè)計(jì)者不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)機(jī)械所受的外載(如坑洞，硬轉(zhuǎn)彎等)時(shí)，從為設(shè)計(jì)目的而做的實(shí)際測(cè)試中收集到的對(duì)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析可以提供一些信息。

　　另外，運(yùn)動(dòng)加速度已知，但運(yùn)動(dòng)零件質(zhì)量未知，則產(chǎn)生的慣性力也是有待于確定。這時(shí)需要通過迭代獲取，即不斷重復(fù)，或返回到以前的狀態(tài)。為此，我們需要設(shè)計(jì)一些試驗(yàn)，利用試驗(yàn)裝置的質(zhì)量特性(如質(zhì)量、重心位置和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)進(jìn)行動(dòng)態(tài)受力分析，以確定作用在零件上的力、力矩和轉(zhuǎn)矩，然后利用試驗(yàn)裝置的橫截面的幾何形狀，計(jì)算出應(yīng)力。通常，準(zhǔn)確確定機(jī)械上所有載荷是設(shè)計(jì)過程中最困難的事。如果載荷已知，便可以通過計(jì)算得到應(yīng)力。