机械设计是什么？

一、什么是机械设计?

　　机械设计是研究如何创造机械，以使其安全、可靠地工作等的内容。机械的定义是：一个组装的零件系统，可以以预定和受控的方式传递运动和能量。或更简单地说：一个控制力和运动的系统。

　　一台机器的基本功能是做有用功，机器或多或少都会涉及到能量的传递。在这里，我们最关注的是力和运动，当能量从一种形式转换为另一种形式时，机器就产生了运动和力。工程师的任务是分析和计算这些运动、力和能量的变化，以确定机器中的各个相关零部件的尺寸、形状和所需要的材料。这是机械设计的本质。

　　当一个设计者需要设计机器的一个零件时，首先必须明白：任何一个零件的功能和性能都依赖于机器中的其它许多相关零件。因此，这里我们是要设计整机，而不是简单地设计单独每一个零件。为此，我们必须利用静力学、动力学、材料力学(应力分析)和材料特性等。

 

二、机械设计的最终目的是什么?

　　机械设计的最终目标是确定部件(机器零件)的尺寸和形状，并选择适合的材料与制造工艺，从而使得设计出来的机器可以完成预定的功能而不发生失效。这就要求设计人员能够计算和预测每个零件的失效形式和条件，然后通过设计预防它失效。这就需要对每一零件进行应力和变形分析。由于应力是外载荷和惯性力的函数，也是零件几何形状的函数，所以计算应力和变形前，必须先进行力分析、力矩分析、扭矩分析，以及系统的动力学分析。

　　如果一部待设计的机械中没有运动零件，它的设计任务将变得简单多了，因为这时只需要进行静力分析。但是，如果一部机器没有运动零件，它就不是机械而是一个结构。如果机械运动的非常缓慢，且加速度可以忽略不计，那么对它进行静力学分析就可以了。但是如果机械有明显的加速度，就必须进行动力学分析。

　　我们在机械设计的初始阶段会面临两难选择。通常，在确定零件尺寸大小之前，机械的运动过程已经确定。外界作用在机械上的载荷被称为外载。请注意在某些情况下，机械上的外载有可能将很难预测。当设计者不能准确预测机械所受的外载时，从设计目的而做的实际测试中，收集到的对经验数据的统计分析可以提供一些信息。

　　另外，运动加速度已知，但运动零件质量未知，则产生的惯性力也是有待于确定。这时需要通过迭代获取，即不断重复，或返回到以前的状态。为此，我们需要设计一些试验，利用试验装置的质量特性进行动态受力分析，以确定作用在零件上的力、力矩和转矩，然后利用试验装置的横截面的几何形状，计算出应力。通常，准确确定机械上所有载荷是设计过程中最困难的事。如果载荷已知，便可以通过计算得到应力。