标题：机械设计
定义
机械设计（machine design），根据用户的使用要求对专用机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并  机械设计将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。 机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。机械设计的努力目标是：在各种限定的条件(如材料、加工能力、理论知识和计算手段等)下设计出最好的机械，即做出优化设计。优化设计需要综合地考虑许多要求，一般有：最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少环境污染。这些要求常是互相矛盾的，而且它们之间的相对重要性因机械种类和用途的不同而异。设计者的任务是按具体情况权衡轻重，统筹兼顾，使设计的机械有最优的综合技术经济效果。过去，设计的优化主要依靠设计者的知识、经验和远见。随着机械工程基础理论和价值工程、系统分析等新学科的发展，制造和使用的技术经济数据资料的积累,以及计算机的推广应用,优化逐渐舍弃主观判断而依靠科学计算。
服务于不同产业的不同机械，应用不同的工作原理，要求不同的功能和特性。各产业机械的设计，特别是整体和整系统的机械设计，须依附于各有关的产业技术而难于形成独立的学科。因此出现了农业机械设计、矿山机械设计、纺织机械设计、汽车设计、船舶设计、泵设计、压缩机设计、汽轮机设计、内燃机设计、机床设计等专业性的机械设计分支学科。但是，这许多专业设计又有许多共性技术，例如机构分析和综合、力与能的分析和计算、工程材料学、材料强度学、传动、润滑、密封，以及标准化、可靠性、工艺性、优化等。此外，还有研究设计工作的内在规律和设计的合理步骤和方法的新兴的设计方法学。将机械设计的共性技术与理性化的设计方法学汇集成为一门独立的、综合性的机械设计学科是机械工程实践和教育工作者正在努力的工作。[1]
设计分类
机械设计可分为新型设计、继承设计和变型设计3类。
1、新型设计　应用成熟的科学技术或经过实验证明是可行的新技术，设计过去没有过的新型机械。
2、继承设计　根据使用经验和技术发展对已有的机械进行设计更新，以提高其性能、降低其制造成本或减少其运用费用。
3、变型设计　为适应新的需要对已有的机械作部分的修改或增删而发展出不同于标准型的变型产品。[1]
solidworks机械设计
SolidWorks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。达索公司是负责系统性的软件供应，并为制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务。该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统，著名的CATIAV5就出自该公司之手，目前达索的CAD产品市场占有率居世界前列。[2]
主要程序
1、根据用户订货、市场需要和新科研成果制定设计任务。 　
2、初步设计。包括确定机械的工作原理和基本结构形式，进行运动设计、结构设计并绘制初步总图以及初步审查。
3、技术设计。包括修改设计（根据初审意见）、绘制全部零部件和新的总图以及第二次审查。 　
4、工作图设计。包括最后的修改（根据二审意见）、绘制全部工作图（如零件图、部件装配图和总装配图等）、制定全部技术文件（如零件表、易损件清单、使用说明等）。 　
5、定型设计。用于成批或大量生产的机械。对于某些设计任务比较简单（如简单机械的新型设计、一般机械的继承设计或变型设计等）的机械设计可省去初步设计程序。[1]
一般程序
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。
  机械设计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，一部机器的设计程序基本上可以如表2 -1所示。[3]
以下对各阶段分别加以简要说明。
（一）计划阶段
在根据生产或生活的需要提出所要设计的新机器后，计划阶段只是一个预备阶段。此时，对所要设计的机器仅有一个模糊的概念。
在计划阶段中，应对所设计的机器的需求情况做充分的调查研究和分析。通过分析，进一步明确机器所应具有的功能，并为以后的决策提出由环境、经济、加工以及时限等各方面所确定的约束条件。在此基础上，明确地写出设计任务的全面要求及细节，最后形成设计任务书，作为本阶段的总结。设计任务书大体上应包括：机器的功能，经济性及环保性的估计，制造要求方面的大致估计，基本使用要求，以及完成设计任务的预计期限等。此时，对这些要求及条件一般也只能给出一个合理的范围，而不是准确的数字。例如可以用必须达到的要求、最低要求、希望达到的要求等方式予以确定。
（二）方案设计阶段
本阶段对设计的成败起关键的作用。在这一阶段中也充分地表现出设计工作有多个解（方案）的特点。
机器的功能分析，就是要对设计任务书提出的机器功能中必须达到的要求、最低要求及希望达到的要求进行综合分析，即这些功能能否实现，多项功能间有无矛盾，相互间能否替代等。最后确定出功能参数，作为进一步设计的依据。在这一步骤中，要恰当处理需要与可能、理想与现实、发展目标与当前目标等之间可能产生的矛盾问题。
确定出功能参数后，即可提出可能的解决办法，亦即提出可能采用的方案。寻求方案时，可按原动部分、传动部分及执行部分分别进行讨论。，较为常用的办法是先从执行部分开始讨论。
讨论机器的执行部分时，首先是关于工作原理的选择问题。例如，设计制造螺钉的机器时，其工作原理既可采用在圆柱形毛坯上用车刀车削螺纹的办法，也可采用在圆柱形毛坯上用滚丝模滚压螺纹的办法。这就提出了两种不同的工作原理。工作原理不同，当然所设计出的机器就会根本不同。特别应当强调的是，必须不断地研究和发展新的工作原理。这是设计技术发展的重要途径。
根据不同的工作原理，可以拟定多种不同的执行机构的具体方案。例如仅以切削螺纹来说，既可以采用工件只作旋转运动而刀具作直线运动来切削螺纹（如在普通车床上切削螺纹），也可以使工件不动而刀具作转动和移动来切削螺纹（如用板牙加工螺纹）。这就是说，即使对于同一种工作原理，也可能有几种不同的结构方案。
原动机部分的方案当然也可以有多种选择。由于电力供应的普遍性和电力拖动技术的发展，现在可以说绝大多数的固定机械都优先选择电动机作为原动机部分。热力原动机主要用于运输机、工程机械或农业机械。即使是用电动机作为原动机，也还有交流和直流的选择，高转速和低转速的选择等。
传动部分的方案就更为复杂多样了。对于同一传动任务，可以由多种机构及不同机构的组合来完成。因此，如果用Ⅳ，表示原动机部分的可能方案数，N2和N3分别代表传动部分和执行部分的可能方案数，则机器总体的可能方案数Ⅳ为Ni×N2×N3个。
以上仅是就组成机器的三个主要部分讨论的。有时，还须考虑到配置辅助系统，对此，本书不再讨论。
在如此众多的方案中，技术上可行的仅有几个。对这几个可行的方案，要从技术方面和经济及环保等方面进行综合评价。评价的方法很多，现以经济性评价为例略做说明。根据经济性进行评价时，既要考虑到设计及制造时的经济性，也要费用考虑到使用时的经济性。如果机器的结构方案比较复杂，则其设计制造成本就要相对地增大，可是其功能将更为齐全，生产率也较高，故使用经济性也较好。反过来，结构较为简单、功能不够齐全的机器，设计及制造费用虽少，但使用费用却会增多。评价结构方案的设计制造经济性时，还可以用单位功效的成本来表示。例如单位输出功率的成本、单件产品的成本等。
进行机器评价时，还必须对机器的可靠性进行分析，把可靠性作为一项评价的指标。从可靠性的观点来看，盲目地追求复杂的结构往往是不明智的。一般地讲，系统越复杂，则系统的可靠性就越低。为了提高复杂系统的可靠性，就必须增加并联备用系统，而这不可避免地会提高机器的成本。
环境保护也是设计中必须认真考虑的重要方面。对环境造成不良影响的技术方案，必须详细地进行分析，并提出技术上成熟的解决办法。
通过方案评价，最后进行决策，确定一个据以进行下步技术设计的原理图或机构运动简图。
在方案设计阶段，要正确地处理好借鉴与创新的关系。同类机器成功的先例应当借鉴，原先薄弱的环节及不符合现有任务要求的部分应当加以改进或者根本改变。既要积极创新，反对保守和照搬原有设计，也要反对一味求新而把合理的原有经验弃置不用这两种错误倾向。
（三）技术设计阶段
技术设计阶段的目标是产生总装配草图及部件装配草图。通过草图设计确定出各部件及其零件的外形及基本尺寸，包括各部件之间的连接，零、部件的外形及基本尺寸。最后绘制零件的工作图、部件装配图和总装图。
为了确定主要零件的基本尺寸，必须做以下工作：
机器的运动学设计。根据确定的结构方案，确定原动件的参数（功率、转速、线速度等）。然后做运动学计算，从而确定各运动构件的运动参数（转速、速度、加速度等）。
机器的动力学计算。结合各部分的结构及运动参数，计算各主要零件所受载荷的大小及特性。此时求出的载荷，由于零件尚未设计出来，因而只是作用于零件上的公称（或名义）载荷。
零件的工作能力设计。已知主要零件所受的公称载荷的大小和特性，即可做零、部件的初步设计。设计所依据的工作能力准则，须参照零、部件的一般失效情况、工作特性、环境条件等合理地拟定，一般有强度、刚度、振动稳定性、寿命等准则。通过计算或类比，即可决定零、部件的基本尺寸。
部件装配草图及总装配草图的设计。根据已定出的主要零、部件的基本尺寸，设计出部件装配草图及总装配草图。草图上需对所有零件的外形及尺寸进行结构化设计。在此步骤中，需要很好地协调各零件的结构及尺寸，全面地考虑所设计的零、部件的结构工艺性，使全部零件有最合理的构形。
主要零件的校核。有一些零件，在上述第3）步中由于具体的结构未定，难于进行详细的工作能力计算，所以只能做初步计算及设计。在绘出部件装配草图及总装配草图以后，所有零件的结构及尺寸均为已知，相互邻接的零件之间的关系也为已知。只有在这时，才可以较为精确地定出作用在零件上的载荷，决定影响零件工作能力的各个细节因素。只有在此条件下，才有可能并且必须对一些重要的或者外形及受力情况复杂的零件进行精确的校核计算。根据校核的结果，反复地修改零件的结构及尺寸，直到满意为止。
在技术设计的各个步骤中，近三四十年来发展起来的优化设计技术，越来越显示出它可使结构参数的选择达到最佳的能力。一些新的数值计算方法，如有限元法等，可使以前难以定量计算的问题获得极好的近似定量计算的结果。对于少数非常重要、结构复杂且价格昂贵的零件，在必要时还须用模型试验方法来进行设计，即按初步设计的图纸制造出模型，通过试验，找出结构上的薄弱部位或多余的截面尺寸，据此进行加强或减小来修改原设计，最后达到完善的程度。机械可靠性理论用于技术设计阶段，可以按可靠性的观点对所设计的零、部件结构及其参数做出是否满足可靠性要求的评价，提出改进设计的建议，从而进一步提高机器的设计质量。上述这些新的设计方法和概念，应当在设计中加以应用与推广，使之得到相应的发展。
草图设计完成以后，即可根据草图业已确定的零件基本尺寸，设计零件的工作图。此时，仍有大量的零件结构细节要加以推敲和确定。设计工作图时，要充分考虑到零件的加工和装配工艺性、零件在加工过程中和加工完成后的检验要求和实施方法等。有些细节安排如果对零件的工作能力有值得考虑的影响时，还须返回去重新校核工作能力。最后绘制出除标准件以外的全部零件的工作图。
按最后定型的零件工作图上的结构及尺寸，重新绘制部件装配图及总装配图。通过这一工作，可以检查出零件工作图中可能隐藏的尺寸和结构上的错误。人们把这一工作通俗地称为纸上装配。
（四）技术文件编制阶段
技术文件的种类较多，常用的有机器的设计计算说明书、使用说明书、标准件明细表等。
编制设计计算说明书时，应包括方案选择及技术设计的全部结论性的内容。
编制供用户使用的机器使用说明书时，应向用户介绍机器的性能参数范围、使用操作方法、日常保养及简单的维修方法、备用件的目录等。
其他技术文件，如检验合格单、外购件明细表、验收条件等，视需要与否另行编制。
（五）计算机在机械设计中的应用
随着计算机技术的发展，计算机在机械设计中得到了日益广泛的使用，并出现了许多高效率的设计、分析软件。利用这些软件可以在设计阶段进行多方案的对比，可以对不同的包括大型的和很复杂的方案的结构强度、刚度和动力学特性进行精确的分析。同时，还可以在计算机上构建虚拟样机，利用虚拟样机仿真对设计进行验证，从而实现在设计阶段充分地评估设计的可行性。可以说，计算机技术在机械设计中的推广使用已经并正在改变机械设计的进程，它在提高设计质量和效率方面的优势是难以预估的。
以上简要地介绍了机器的设计程序。广义地讲，在机器的制造过程中，随时都有可能出现由于工艺原因而修改设计的情况。如需修改时，则应遵循一定的审批程序。机器出厂后，应该有计划地进行跟踪调查；另外，用户在使用过程中也会给制造或设计部门反馈出现的问题。设计部门根据这些信息，经过分析，也有可能对原设计进行修改，甚至改型。这些工作，虽然广义上也属设计程序的组成部分，但是属于另一个层次的问题，本书不再讨论其具体的内容。但是作为设计工作者，应当有强烈的社会责任感，要把自己工作的视野延伸到制造、使用乃至报废利用的全过程中去，反复不断地改进设计，才能使机器的质量继续不断地提高，更好地满足生产及生活的需要。[1]
阶段分别说明
（一）计划阶段
在根据生产或生活的需要提出所要设计的新机器后，计划阶段只是一个预备阶段。此时，对所要设计的机器仅有一个模糊的概念。
在计划阶段中，应对所设计的机器的需求情况做充分的调查研究和分析。通过分析，进一步明确机器所应具有的功能，并为以后的决策提出由环境、经济、加工以及时限等各方面所确定的约束条件。在此基础上，明确地写出设计任务的全面要求及细节，最后形成设计任务书，作为本阶段的总结。设计任务书大体上应包括：机器的功能，经济性及环保性的估计，制造要求方面的大致估计，基本使用要求，以及完成设计任务的预计期限等。此时，对这些要求及条件一般也只能给出一个合理的范围，而不是准确的数字。例如可以用必须达到的要求、最低要求、希望达到的要求等方式予以确定。
（二）方案设计阶段
本阶段对设计的成败起关键的作用。在这一阶段中也充分地表现出设计工作有多个解（方案）的特点。
机器的功能分析，就是要对设计任务书提出的机器功能中必须达到的要求、最低要求及希望达到的要求进行综合分析，即这些功能能否实现，多项功能间有无矛盾，相互间能否替代等。最后确定出功能参数，作为进一步设计的依据。在这一步骤中，要恰当处理需要与可能、理想与现实、发展目标与当前目标等之间可能产生的矛盾问题。
确定出功能参数后，即可提出可能的解决办法，亦即提出可能采用的方案。寻求方案时，可按原动部分、传动部分及执行部分分别进行讨论。，较为常用的办法是先从执行部分开始讨论。
讨论机器的执行部分时，首先是关于工作原理的选择问题。例如，设计制造螺钉的机器时，其工作原理既可采用在圆柱形毛坯上用车刀车削螺纹的办法，也可采用在圆柱形毛坯上用滚丝模滚压螺纹的办法。这就提出了两种不同的工作原理。工作原理不同，当然所设计出的机器就会根本不同。特别应当强调的是，必须不断地研究和发展新的工作原理。这是设计技术发展的重要途径。[1]
步骤
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。[1]
设计准则
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。
1、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。
工作安全性：指对操作人员的保护，保证人身安全和身心健康等等。
环境安全性：指对机器周围的环境和人不造成污染和危害。[1]
设计方法学
设计方法学的目的是将设计思维上升为理性过程，从而使设计能循一定的逻辑进行，使更多的设计人员能作出好的设计。它大致包括以下一些内容：
1、将设计的阶段分得很细，使每一阶段成为有章可循和有理可据的思维活动。
2、将成功的或良好的设计储存起来,建立设计资料库,以供以后设计时参考或采用。
3、在设计工作中引进价值工程的概念和方法，对设计中的矛盾进行功能与成本的权衡,以获得良好的使用效果。
4、在设计中采用摩擦学、振动学、断裂力学、有限元法、可靠性设计、优化设计、系统工程、人类工程学等新兴学科的知识，提高设计的科学性，减少盲目性。
5、将设计工作范围扩大，向前延伸到市场预测，向后延伸到售后服务。⑥运用计算机辅助设计以减少设计劳动量、提高设计速度和设计质量。[1]
机械设计技术展望
将来机械设计学必将渗透到半导体制造、生物工程、纳米技术和机器人等行业中去，在对社会发展做出贡献的同时，不断完善自己，使理论进一步创新[4]。
（1）进一步实现系统性。即从系统观点入手，把机械产品看作一个系统或整体，依赖计算机技术，实现人、机、环境和相互协调。具体来说，是把总系统分解为若干个子系统，采用各种现代设计理论和方法，追求系统优化为目标协调各子系统的设计和匹配。
（2）深化智能化设计。随着科技的进步和发展，设计要越来越多地考虑智能的因素。大量设计内容都可通过建立模型，来描述机械产品的各种工况行为，对模型求解可预测产品的性能、设计的合理性和最优性。例如，各类车辆性能评价的智能决策系统，齿轮箱设计专家系统，故障诊断系统等已应用在新车的开发设计中。
（3）更加注重绿色思想。绿色设计技术是对产品在其生命周期中，按符合环境保护、资源利用率最高、能源消耗最低的要求进行设计的技术。要求设计者从全周期考虑产品的环境属性和基本属性，在设计时始终立足于人的身心健康、环境保护等，同时要求所设计的产品具有可回收利用性，对环境的损害最小。
现代设计方法
专业的现代设计方法由机械设计和计算机专业人员共同开发的计算机软件，能够反映和描述机械产品在实际工况下的各种损伤、失效和破坏的机理，可以定量分析和计算机械零件和机械的动态行为，并形成固定的设计程序，这就是专业的现代设计方法，如：振动分析和设计，摩擦学设计，热力学传热设计，强度、刚度设计，温度场分析等等。这些软件都是在传统的设计方法基础上，应用计算机技术开发出来的。例如：用Pro/M软件分析机械装置的动态特性，用ANSYS软件分析应力都是这方面很好的例子，为准确判断装置的可靠性和选择设计参数奠定了基础。　通用的现代设计方法为了满足机械产品性能的高要求，在机械设计中大量采用计算机技术进行辅助设计和系统分析，这就是通用的现代设计方法。常见的方法包括优化、有限元、可靠性、仿真、专家系统、CAD等。这些方法并不只是针对机械产品去研究，还有其自身的科学理论和方法。　
1 优化设计　机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用，其基本思想是根据机械设计的理论，方法和标准规范等建立一反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型，然后采用数学规划方法和计算机计算技术自动找出设计问题的最优方案。它是机械设计理论与优化数学、电子计算机相互结合而形成的一种现代设计方法。
2 仿真与虚拟设计　计算机仿真技术是以计算机为工具“建立实际或联想的系统模型”并在不同条件下对模型进行动态运行实验的一门综合性技术。而虚拟技术的本质是以计算机支持的仿真技术为前提，在产品设计阶段，实时地并行地模拟出产品开发全过程及其对产品设计的影响，预测产品性能、产品制造成本、产品的可制造性、产品的可维护性和可拆卸性等，从而提高产品设计的一次成功率。这种方法不但缩短产品开发周期，也实现了缩短产品开发与用户之间的距离。
3 有限元设计　这种方法是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。它不仅能用于工程中复杂的非线行问题、非稳态问题的求解，而且还可用于工程设计中进行复杂结构的静态和动力分析，并能准确地计算形状复杂零件的应力分布和变形，成为复杂零件强度和刚度计算的有力分析工具。　
4 模糊设计　它是将模糊数学知识应用到机械设计中的一种设计方法。机械设计中就存在大量的模糊信息。如机械零部件设计中，零件的安全系数往往从保守观点出发，取较大值而不经济，但在其允许的范围内存在很大的模糊区间。机械产品的开发在各阶段常会遇到各种模糊问题，虽然这些问题的特点、性质及对计策的要求不尽相同，但所采取的模糊分析方法是相似的。它的最大特点是，可以将各因素对设计结果的影响进行全面定量地分析，得出综合的数量化指标，作为选择决断的依据。
名词术语中英文对照表
阿基米德蜗杆 Archimedes worm
安全系数 safety factor; factor of safety
安全载荷 safe load
凹面、凹度 concavity
扳手 wrench
板簧 flat leaf spring
半圆键 woodruff key
变形 deformation
摆杆 oscillating bar
摆动从动件 oscillating follower
摆动从动件凸轮机构 cam with oscillating follower
摆动导杆机构 oscillating guide-bar mechanism
摆线齿轮 cycloidal gear
摆线齿形 cycloidal tooth profile
摆线运动规律 cycloidal motion
摆线针轮 cycloidal-pin wheel
包角 angle of contact
保持架 cage
背对背安装 back-to-back arrangement
背锥 back cone ； normal cone
背锥角 back angle
背锥距 back cone distance
比例尺 scale
比热容 specific heat capacity
闭式链 closed kinematic chain
闭链机构 closed chain mechanism
臂部 arm
变频器 frequency converters
变频调速 frequency control of motor speed
变速 speed change
变速齿轮 change gear ; change wheel
变位齿轮 modified gear
变位系数 modification coefficient
标准齿轮 standard gear
标准直齿轮 standard spur gear
表面质量系数 superficial mass factor
表面传热系数 surface coefficient of heat transfer
表面粗糙度 surface roughness
并联式组合 combination in parallel
并联机构 parallel mechanism
并联组合机构 parallel combined mechanism
并行工程 concurrent engineering
并行设计 concurred design, CD
不平衡相位 phase angle of unbalance
不平衡 imbalance (or unbalance)
不平衡量 amount of unbalance
不完全齿轮机构 intermittent gearing
波发生器 wave generator
波数 number of waves
补偿 compensation
参数化设计 parameterization design, PD
残余应力 residual stress
操纵及控制装置 operation control device
槽轮 Geneva wheel
槽轮机构 Geneva mechanism ； Maltese cross
槽数 Geneva numerate
槽凸轮 groove cam
侧隙 backlash
差动轮系 differential gear train
差动螺旋机构 differential screw mechanism
差速器 differential
常用机构 conventional mechanism; mechanism in common use
车床lathe
承载量系数 bearing capacity factor
承载能力 bearing capacity
成对安装 paired mounting
尺寸系列 dimension series
齿槽 tooth space
齿槽宽 spacewidth
齿侧间隙 backlash
齿顶高 addendum
齿顶圆 addendum circle
齿根高 dedendum
齿根圆 dedendum circle
齿厚 tooth thickness
齿距 circular pitch
齿宽 face width
齿廓 tooth profile
齿廓曲线 tooth curve
齿轮 gear
齿轮变速箱 speed-changing gear boxes
齿轮齿条机构 pinion and rack
齿轮插刀 pinion cutter; pinion-shaped shaper cutter
齿轮滚刀 hob ,hobbing cutter
齿轮机构 gear
齿轮轮坯 blank
齿轮传动系 pinion unit
齿轮联轴器 gear coupling
齿条传动 rack gear
齿数 tooth number
齿数比 gear ratio
齿条 rack
齿条插刀 rack cutter; rack-shaped shaper cutter
齿形链、无声链 silent chain
齿形系数 form factor
齿式棘轮机构 tooth ratchet mechanism
插齿机 gear shaper
重合点 coincident points
重合度 contact ratio
冲床 punch
传动比 transmission ratio, speed ratio
传动装置 gearing; transmission gear
传动系统 driven system
传动角 transmission angle
传动轴 transmission shaft
串联式组合 combination in series
串联式组合机构 series combined mechanism
串级调速 cascade speed control
创新 innovation ; creation
创新设计 creation design
垂直载荷、法向载荷 normal load
唇形橡胶密封 lip rubber seal
磁流体轴承 magnetic fluid bearing
从动带轮 driven pulley
从动件 driven link, follower
从动件平底宽度 width of flat-face
从动件停歇 follower dwell
从动件运动规律 follower motion
从动轮 driven gear
粗线 bold line
粗牙螺纹coarse thread
大齿轮 gear wheel
打包机 packer
打滑 slipping
带传动 belt driving
带轮 belt pulley
带式制动器 band brake
单列轴承 single row bearing
单向推力轴承 single-direction thrust bearing
单万向联轴节 single universal joint
单位矢量 unit vector
当量齿轮 equivalent spur gear; virtual gear
当量齿数 equivalent teeth number; virtual number of teeth
当量摩擦系数 equivalent coefficient of friction
当量载荷 equivalent load
刀具cutter
导数 derivative
倒角 chamfer
导热性 conduction of heat
导程 lead
导程角 lead angle
等加等减速运动规律 parabolic motion; constant acceleration and deceleration motion
等速运动规律 uniform motion; constant velocity motion
等径凸轮 conjugate yoke radial cam
等宽凸轮 constant-breadth cam
等效构件 equivalent link
等效力 equivalent force
等效力矩 equivalent moment of force
等效量 equivalent
等效质量 equivalent mass
等效转动惯量 equivalent moment of inertia
等效动力学模型 dynamically equivalent model
底座 chassis
低副 lower pair
点划线 chain dotted line
（疲劳）点蚀 pitting
垫圈 gasket
垫片密封 gasket seal
碟形弹簧 belleville spring
顶隙 bottom clearance
定轴轮系 ordinary gear train; gear train with fixed axes
动力学 dynamics
动密封 kinematical seal
动能 dynamic energy[1]

内容简介
本书第四版是根据国家教委高教司批准印发的高等学校工科本科《机械设计课程教学基本》（机械类专业适用，1995年修订版）的精神修订的。本版更新了部分内容，例如渐开线圆柱齿轮、锥齿轮承载能力计算方法，滚动轴承的代号和表示方法，动载荷和静载荷计算，窄V带传动等。在拓宽知识面、加强归纳和综合等方面也适当增加了一些内容。
全书分5篇共21章。第1章总论，第2篇联接，第3篇传动，第4篇轴、轴承、联轴器，第5篇其他零件。
本书可作为高等学校机械类专业机械设计课程的教材，也可供有关专业师生和工程技术人员参考。　本书第四版是根据国家教委高教司批准印发的高等学校工科本科《机械设计课程教学基本》（机械类专业适用，1995年修订版）的精神修订的。本版更新了部分内容，例如渐开线圆柱齿轮、锥齿轮承载能力计算方法，滚动轴承的代号和表示方法，动载荷和静载荷计算，窄V带传动等。在拓宽知识面、加强归纳和综合等方面也适当增加了一些内容。
目录
绪论
思考题
第1篇 机械设计总论
第1章 机械设计概论
第2章 机械零件的疲劳强度
第3章 摩擦学设计
第2篇 机械零部件工作能力设计
第4章 传动总论及机械传动方案的设计
第5章 带传动
第6章 链传动
第7章 齿轮传动
第8章 蜗杆传动
第9章 螺旋传动
第10章 轴的设计计算
第11章 滚动轴承
第12章 滑动轴承
第13章 螺纹连接
第14章 弹簧
第3篇 机械结构设计
第15章 机械结构设计概论
第16章 轮及其与轴的连接
第17章 滚动轴承轴系结构设计
第18章 联轴器与离合器
第19章 润滑方式与密封装置
参考文献
各章专用参考文献 

杂志信息
刊名： 机械设计[1]
Journal of Machine Design杂志封面(4张)
主办：  中国机械工程学会;天津市机械工程学会;机电工业信息所
周期：  月刊
出版地：天津市
语种：  中文;
开本：  大16开
ISSN： 1001-2354
CN：   12-1120/TH
邮发代号： 6-59
创刊时间：1983
杂志简介
《机械设计》杂志是中国机械工程学会机械设计分会会刊，国内外公开发行。杂志以实用性、指导性、学术性和知识性为特色。主要以机电产品开发和技术深度研究、报道为主。行业覆盖面遍及传动机械、机床、机床附件、液压泵阀、冶金、运输、轻工、化工、航空航天、军工、农机、矿山等各个领域。读者对象为行业、企业的技术主管、工程技术人员和研究开发人员；科研设计院所及大专院校的科研人员等。杂志收录《机械设计》杂志是中文核心期刊；中国科技论文统计源期刊；学位与研究生教育指定中文重要期刊；“中国核心期刊（遴选）数据库”收录刊源；“中国期刊网”收录刊源；“中国学术期刊（光盘版）”收录刊源；“中国学术期刊综合评价数据库”收录刊源等。
参考文章目录
空间可展开天线结构的研究现状与展望刘荣强;田大可;邓宗全;1-10
高速面铣加工的动态铣削力和刀具振动研究郑敏利;周军;张为;徐微;15-19
基于满意度的精密注塑机设计方案评价朱惊浪;曹衍龙;杨将新;19-22
位移法求解应力强度因子的影响因素宋鸣;李有堂;段红艳;23-25+42
柴油机热平衡冷却液流量测量方法钟丽萍;26-29
管内异物抓取机械手机构参数优化设计刘小勇;李荣丽;姜生元;李建永;焦宏章;29-31
新型锻造夹持机构力学建模和承载能力分析何竞飞;傅炜康;邓华;32-37
基于S[T]输出基和P/R输入基的混联立方机构罗建国;韩建友;37-42
非线性耦合油气悬架系统动力学建模与仿真研究朱孙科;任杰;马大为;朱忠领;43-47
避免瞬时运动2T1R并联机构的拓扑综合张帆;杨建国;李蓓智;48-51
一种凸轮-连杆组合机构中凸轮最小基圆半径的确定方法常勇;杨富富;皮钧;52-55

基本信息
  丛书名 ：普通高等教育“十二五”机电类规划教材
作 译 者：庞兴华
出版时间：2010-11千 字 数：380
版    次：01-01页    数：240
开    本：16(185*260)
出    版：电子工业出版社
I S B N ：9787121122972
图书简介
《机械设计》是机械类专业的一门专业基础课程，主要讲述机械设计的基本理论和常用机械零件的设计方法。全书共分15章，主要内容为：机械设计总论、螺纹连接和螺旋传动、带传动、链传动、齿轮传动、轴系零件以及弹簧设计等，第15章为机械设计实例分析，通过3个案例，供综合运用参考。 本书可作为普通应用型本科机械类、近机类专业教学用书，也可供有关专业工程技术人员参考。
图书目录
第1章  绪论（1）
1.1  机械设计在经济建设中的作用（2）
1.2  本课程研究的对象和内容（2）
1.3  本课程的性质和任务（2）
1.4  学习本课程应注意的问题（3）
思考与练习题（3）
第2章  机械设计概论（4）
2.1  机械的组成（5）
2.2  机械设计的一般程序（6）
2.3  机械零件的失效形式和设计准则（9）
2.3.1  失效形式（9）
2.3.2  设计准则（10）
2.4  机械零件的材料和结构工艺性（12）
2.4.1  机械零件常用材料（13）
2.4.2  机械零件材料的选用原则（14）
2.5  机械零件设计方法的发展（14）
2.5.1  机械零件的设计方法（15）
2.5.2  机械零件的现代设计方法（15）
思考与练习题（17）
第3章  机械零件的强度（18）
3.1  材料的疲劳特性（19）
3.1.1  载荷与应力（19）
3.1.2  材料的疲劳特性（21）
3.2  机械零件的疲劳强度计算（23）
3.2.1  影响零件疲劳强度的主要因素（23）
3.2.2  零件疲劳强度的计算（24）
3.2.3  单向稳定变应力时的疲劳强度计算（25）
3.3  机械零件的抗断裂强度（28）
3.4  机械零件的接触疲劳强度（28）
思考与练习题（29）
第4章  螺纹连接与螺旋传动（31）
4.1  螺纹（32）
4.1.1  螺纹的类型（32）
4.1.2  螺纹的主要参数（32）
4.1.3  常用螺纹的特点及应用（33）
4.2  螺纹连接的主要类型和拧紧防松（34）
4.2.1  螺纹连接的主要类型（34）
4.2.2  螺纹连接标准件（36）
4.2.3  螺纹连接的预紧（38）
4.2.4  螺纹的防松（40）
4.3  螺纹连接的强度计算（42）
4.3.1  螺栓的失效及设计准则（42）
4.3.2  螺栓的连接强度计算（42）
4.4  螺栓组连接的受力分析（46）
4.4.1  螺栓组的结构设计（46）
4.4.2  螺栓组的受力分析（47）
4.5  提高螺纹连接强度的措施（50）
4.5.1  改善螺纹牙间载荷分布不均状况（51）
4.5.2  降低螺栓应力幅（51）
4.5.3  减小应力集中的影响（53）
4.5.4  采用合理的制造工艺（53）
4.6  螺旋传动（55）
4.6.1  螺旋传动的类型和应用（55）
4.6.2  滑动螺旋传动的设计计算（56）
思考与练习题（58）
第5章  轴毂连接（60）
5.1  键连接（61）
5.1.1  键连接及其应用（61）
5.1.2  键的选择及连接强度计算（64）
5.2  花键连接（67）
5.2.1  花键的类型与应用（67）
5.2.2  花键连接的强度计算（68）
5.3  销连接（69）
5.4  其他轴毂连接简介（70）
5.4.1  型面连接（70）
5.4.2  胀紧连接（71）
思考与练习题（71）
第6章  带传动（72）
6.1  概述（73）
6.1.1  工作原理、类型、特点和应用（73）
6.1.2  V带的结构和型号（74）
6.2  带传动的工作情况分析（76）
6.2.1  带传动的受力分析（76）
6.2.2  传动带工作时的应力分析（78）
6.2.3  带传动的弹性滑动与打滑（79）
6.3  普通V带传动的设计计算（80）
6.3.1  失效形式及设计准则（80）
6.3.2  单根V带所能传递的功率（80）
6.3.3  普通V带传动设计（82）
6.4  带轮的结构设计（86）
6.4.1  V带轮的结构（86）
6.4.2  带轮的材料（88）
6.5  V带传动的使用和维护（88）
6.5.1  张紧装置（88）
6.5.2  安装、使用和维护（88）
思考与练习题（90）
第7章  链传动（91）
7.1  概述（92）
7.1.1  链传动的组成、特点和应用（92）
7.1.2  滚子链的结构和标准（92）
7.2  链传动的运动分析（94）
7.3  套筒滚子链传动的设计计算（95）
7.3.1  失效形式（95）
7.3.2  滚子链的额定功率曲线（95）
7.3.3  设计计算（96）
7.4  链轮的结构（99）
7.4.1  滚子链的链轮齿形（或齿槽形状）（99）
7.4.2  链轮的基本参数和主要尺寸（100）
7.4.3  链轮结构（100）
7.4.4  链轮的材料（101）
7.4.5  链轮的零件工作图（101）
7.5  链传动的使用和维护（101）
7.5.1  链传动的布置（101）
7.5.2  链传动的张紧（102）
7.5.3  链传动的润滑（102）
思考与练习题（104）
第8章  齿轮传动（105）
8.1  概述（106）
8.1.1  齿轮传动的特点（106）
8.1.2  齿轮传动的分类（106）
8.1.3  齿轮传动的基本要求（106）
8.2  齿轮传动的失效形式与设计准则（107）
8.2.1  失效形式（107）
8.2.2  设计准则（108）
8.3  标准直齿圆柱齿轮的强度计算（108）
8.3.1  轮齿的受力分析（108）
8.3.2  齿轮接触强度计算（109）
8.3.3  轮齿弯曲强度计算（112）
8.4  齿轮的材料和许用应力（114）
8.4.1  齿轮的材料（114）
8.4.2  齿轮的许用应力（116）
8.5  斜齿圆柱齿轮传动（121）
8.5.1  标准斜齿圆柱齿轮的受力分析（121）
8.5.2  强度的计算（122）
8.6  圆锥齿轮传动（123）
8.6.1  圆锥齿轮概述（123）
8.6.2  圆锥齿轮受力分析（123）
8.6.3  圆锥齿轮的强度计算（124）
8.7  齿轮的结构设计（125）
思考与练习题（127）
第9章  蜗杆传动（130）
9.1  概述（131）
9.1.1  蜗杆传动的组成和应用（131）
9.1.2  蜗杆传动的特点（131）
9.1.3  蜗杆传动的类型（131）
9.2  蜗杆传动的基本参数与尺寸计算（132）
9.2.1  蜗杆传动的基本参数（132）
9.2.2  几何尺寸计算（134）
9.3  蜗杆传动的运动分析和受力分析（135）
9.3.1  蜗杆传动的运动分析（135）
9.3.2  蜗杆传动的受力分析（136）
9.4  蜗杆传动的设计计算（137）
9.4.1  蜗杆传动的失效形式与计算准则（137）
9.4.2  蜗轮齿面接触疲劳强度计算（137）
9.4.3  蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算（138）
9.4.4  蜗杆、蜗轮的材料及许用接触应力（138）
9.5  蜗杆传动的效率及热平衡计算（139）
9.5.1  蜗杆传动的效率（139）
9.5.2  蜗杆传动的散热（139）
9.5.3  蜗杆传动的润滑（140）
9.6  蜗杆、蜗轮的结构（140）
9.6.1  蜗杆的结构（140）
9.6.2  蜗轮的结构（141）
思考与练习题（141）
第10章  轴（143）
10.1  概述（144）
10.1.1  轴的功用和分类（144）
10.1.2  轴的材料（144）
10.2  轴的设计（145）
10.2.1  轴的结构特点和设计步骤（145）
10.2.2  轴的结构设计（145）
10.2.3  轴的强度计算（147）
10.3  轴的设计举例（150）
思考与练习题（154）
第11章  滑动轴承（156）
11.1  滑动轴承概述（157）
11.1.1  两摩擦表面的摩擦状态（157）
11.1.2  滑动轴承的主要类型（158）
11.2  滑动轴承的结构和材料（158）
11.3  非液体摩擦滑动轴承的计算（161）
11.3.1  向心滑动轴承的校核计算（162）
11.3.2  推力滑动轴承的校核计算（162）
11.4  滑动轴承的润滑及液体滑动轴承简介（163）
11.4.1  滑动轴承的润滑（163）
11.4.2  液体摩擦滑动轴承简介（166）
思考与练习题（167）
第12章  滚动轴承（168）
12.1  滚动轴承概述（169）
12.1.1  滚动轴承的结构（169）
12.1.2  滚动轴承的类型及特点（169）
12.2  滚动轴承的代号及类型选择（171）
12.2.1  滚动轴承代号（171）
12.2.2  滚动轴承类型的选择（173）
12.3  滚动轴承的寿命计算（174）
12.3.1  滚动轴承的失效形式和设计准则（174）
12.3.2  滚动轴承承载能力计算（175）
12.4  滚动轴承的组合设计（184）
12.4.1  保证支撑的刚度和同轴度（184）
12.4.2  轴承内、外圈的轴向紧固（185）
12.4.3  轴系支撑结构设计（185）
12.4.4  滚动轴承的安装和调整（186）
12.4.5  滚动轴承的配合与预紧（187）
12.4.6  滚动轴承的润滑和密封（188）
思考与练习题（189）
第13章  联轴器和离合器（190）
13.1  联轴器（191）
13.1.1  刚性固定式联轴器（191）
13.1.2  刚性可移式联轴器（192）
13.1.3  弹性联轴器（194）
13.1.4  联轴器的选用（195）
13.2  离合器（195）
13.2.1  牙嵌式离合器（196）
13.2.2  摩擦式离合器（197）
思考与练习题（198）
第14章  弹簧（200）
14.1  弹簧的功用和类型（201）
14.2  圆柱螺旋弹簧的材料和制造（202）
14.2.1  弹簧的材料（202）
14.2.2  弹簧材料的许用应力（202）
14.2.3  圆柱螺旋弹簧的制造（203）
14.3  圆柱螺旋压缩弹簧的设计计算（203）
14.3.1  圆柱螺旋压缩弹簧的结构尺寸（203）
14.3.2  压缩弹簧的工作特性曲线（204）
14.3.3  圆柱螺旋弹簧的设计计算（205）
14.3.4  计算举例（207）
思考与练习题（209）
第15章  机械设计实例分析（210）
15.1  水泥磨机传动方案的选择（211）
15.1.1  第一台磨机（211）
15.1.2  第二台磨机（213）
15.1.3  第三台磨机（213）
15.2  手动螺旋压力机（214）
15.3  减速器轴系设计分析（217）
15.3.1  减速器形式的确定（217）
15.3.2  高速级和低速级传动比的分配（219）
15.3.3  齿轮传动的设计计算（220）
15.3.4  轴直径和轴承尺寸的初步确定（222）
15.3.5  轴的强度计算（223）
15.3.6  轴承计算（225）
15.3.7  低速轴系组合设计（226）
15.3.8  轴的安全系数验算（227）
参考文献（228）