機(jī)械設(shè)計理論機(jī)械設(shè)計是一門通過設(shè)計新產(chǎn)品或者改進(jìn)老產(chǎn)品來滿足人類需求的應(yīng)用技術(shù)科學(xué)。它涉及工程技術(shù)的各個領(lǐng)域，主要研究產(chǎn)品的尺寸、形狀和詳細(xì)結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)思，還要研究產(chǎn)品在制造、銷售和使用等方面的問題。進(jìn)行各種機(jī)械設(shè)計工作的人員通常被稱為設(shè)計人員或者機(jī)械設(shè)計工程師。機(jī)械設(shè)計是一項(xiàng)創(chuàng)造性的工作。設(shè)計工程師不僅在工作上要有創(chuàng)造性，還必須在機(jī)械制圖、運(yùn)動學(xué)、工程材料、材料力學(xué)和機(jī)械制造工藝學(xué)等方面具有深厚的基礎(chǔ)知識。如前所述，機(jī)械設(shè)計的目的是生產(chǎn)能夠滿足人類需求的產(chǎn)品。發(fā)明、發(fā)現(xiàn)和科技知識本身并不一定能給人類帶來好處，只有當(dāng)它們被應(yīng)用在產(chǎn)品上才能產(chǎn)生效益。因而，應(yīng)該認(rèn)識到在一個特定的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計之前，必須先確定人們是否需要這種產(chǎn)品。應(yīng)當(dāng)把機(jī)械設(shè)計看成是機(jī)械設(shè)計人員運(yùn)用創(chuàng)造性的才能進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計、系統(tǒng)分析和制定產(chǎn)品的制造工藝學(xué)的一個良機(jī)。掌握工程基礎(chǔ)知識要比熟記一些數(shù)據(jù)和公式更為重要。僅僅使用數(shù)據(jù)和公式是不足以在一個好的設(shè)計中做出所需的全部決定的。另一方面，應(yīng)該認(rèn)真精確的進(jìn)行所有運(yùn)算。例如，即使將一個小數(shù)點(diǎn)的位置放錯，也會使正確的設(shè)計變成錯誤的。一個好的設(shè)計人員應(yīng)該勇于提出新的想法，而且愿意承擔(dān)一定的風(fēng)險，當(dāng)新的方法不適用時，就使用原來的方法。因此，設(shè)計人員必須要有耐心，因?yàn)樗ㄙM(fèi)的時間和努力并不能保證帶來成功。一個全新的設(shè)計，要求摒棄許多陳舊的，為人們所熟知的方法。由于許多人墨守成規(guī)，這樣做并不是一件容易的事。一位機(jī)械設(shè)計師應(yīng)該不斷地探索改進(jìn)現(xiàn)有的產(chǎn)品的方法，在此過程中應(yīng)該認(rèn)真選擇原有的、經(jīng)過驗(yàn)證的設(shè)計原理，將其與未經(jīng)過驗(yàn)證的新觀念結(jié)合起來。新設(shè)計本身會有許多缺陷和未能預(yù)料的問題發(fā)生，只有當(dāng)這些缺陷和問題被解決之后，才能體現(xiàn)出新產(chǎn)品的優(yōu)越性。因此，一個性能優(yōu)越的產(chǎn)品誕生的同時，也伴隨著較高的風(fēng)險。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，如果設(shè)計本身不要求采用全新的方法，就沒有必要僅僅為了變革的目的而采用新方法。在設(shè)計的初始階段，應(yīng)該允許設(shè)計人員充分發(fā)揮創(chuàng)造性，不受各種約束。即使產(chǎn)生了許多不切實(shí)際的想法，也會在設(shè)計的早期，即繪制圖紙之前被改正掉。只有這樣，才不致于堵塞創(chuàng)新的思路。通常，要提出幾套設(shè)計方案，然后加以比較。很有可能在最后選定的方案中，采用了某些未被接受的方案中的一些想法。心理學(xué)家經(jīng)常談?wù)撊绾问谷藗冞m應(yīng)他們所操作的機(jī)器。設(shè)計人員的基本職責(zé)是努力使機(jī)器來適應(yīng)人們。這并不是一項(xiàng)容易的工作，因?yàn)閷?shí)際上并不存在著一個對所有人來說都是最優(yōu)的操作范圍和操作過程。另一個重要問題，設(shè)計工程師必須能夠同其他有關(guān)人員進(jìn)行交流和磋商。在開始階段，設(shè)計人員必須就初步設(shè)計同管理人員進(jìn)行交流和磋商，并得到批準(zhǔn)。這一般是通過口頭討論，草圖和文字材料進(jìn)行的。為了進(jìn)行有效的交流，需要解決下列問題（1）所設(shè)計的這個產(chǎn)品是否真正為人們所需要（2）此產(chǎn)品與其他公司的現(xiàn)有同類產(chǎn)品相比有無競爭能力（3）生產(chǎn)這種產(chǎn)品是否經(jīng)濟(jì)（4）產(chǎn)品的維修是否方便（5）產(chǎn)品有無銷路是否可以盈利只有時間能對上述問題給出正確答案。但是，產(chǎn)品的設(shè)計、制造和銷售只能在對上述問題的初步肯定答案的基礎(chǔ)上進(jìn)行。設(shè)計工程師還應(yīng)該通過零件圖和裝配圖，與制造部門一起對最終設(shè)計方案進(jìn)行磋商。通常，在制造過程中會出現(xiàn)某個問題?？赡軙髮δ硞€零件尺寸或公差作一些更改，使零件的生產(chǎn)變得容易。但是，工程上的更改必須要經(jīng)過設(shè)計人員批準(zhǔn)，以保證不會損傷產(chǎn)品的功能。有時，在產(chǎn)品的裝配時或者裝箱外運(yùn)前的試驗(yàn)中才發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的某種缺陷。這些事例恰好說明了設(shè)計是一個動態(tài)過程?？偸谴嬖谥玫姆椒▉硗瓿稍O(shè)計工作，設(shè)計人員應(yīng)該不斷努力，尋找這些更好的方法。近些年來，工程材料的選擇已經(jīng)顯得重要。此外，選擇過程應(yīng)該是一個對材料的連續(xù)不斷的重新評價過程。新材料不斷出現(xiàn)，而一些原有的材料的能夠獲得的數(shù)量可能會減少。環(huán)境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面經(jīng)常會對材料選擇附加新的限制條件。為了減輕重量或者節(jié)約能源，可能會要求使用不同的材料。來自國內(nèi)和國際競爭、對產(chǎn)品維修保養(yǎng)方便性要求的提高和顧客的反饋等方面的壓力，都會促使人們對材料進(jìn)行重新評價。由于材料選用不當(dāng)造成的產(chǎn)品責(zé)任訴訟，已經(jīng)產(chǎn)生了深刻的影響。此外，材料與材料加工之間的相互依賴關(guān)系已經(jīng)被人們認(rèn)識得更清楚。因此，為了能在合理的成本和確保質(zhì)量的前提下獲得滿意的結(jié)果，設(shè)計工程師的制造工程師都必須認(rèn)真仔細(xì)地選擇、確定和使用材料。制造任何產(chǎn)品的第一步工作都是設(shè)計。設(shè)計通?？梢苑譃閹讉€明確的階段（A）初步設(shè)計；（B）功能設(shè)計；（C）生產(chǎn)設(shè)計。在初步設(shè)計階段，設(shè)計者著重考慮產(chǎn)品應(yīng)該具有的功能。通常要設(shè)想和考慮幾個方案，然后決定這種思想是否可行；如果可行，則應(yīng)該對其中一個或幾個方案作進(jìn)一步的改進(jìn)。在此階段，關(guān)于材料選擇唯一要考慮的問題是是否有性能符合要求的材料可供選擇；如果沒有的話，是否有較大的把握在成本和時間都允許的限度內(nèi)研制出一種新材料。在功能設(shè)計和工程設(shè)計階段，要做出一個切實(shí)可行的設(shè)計。在這個階段要繪制出相當(dāng)完整的圖紙，選擇并確定各種零件的材料。通常要制造出樣機(jī)或者實(shí)物模型，并對其進(jìn)行試驗(yàn)，評價產(chǎn)品的功能、可靠性、外觀和維修保養(yǎng)性等。雖然這種試驗(yàn)可能會表明，在產(chǎn)品進(jìn)入到生產(chǎn)階段之前，應(yīng)該更換某些材料，但是，絕對不能將這一點(diǎn)作為不認(rèn)真選擇材料的借口。應(yīng)該結(jié)合產(chǎn)品的功能，認(rèn)真仔細(xì)地考慮產(chǎn)品的外觀、成本和可靠性。一個很有成就的公司在制造所有的樣機(jī)時，所選用的材料應(yīng)該和其生產(chǎn)中使用的材料相同，并盡可能使用同樣的制造技術(shù)。這樣對公司是很有好處的。功能完備的樣機(jī)如果不能根據(jù)預(yù)期的銷售量經(jīng)濟(jì)地制造出來，或者是樣機(jī)與正式生產(chǎn)的裝置在質(zhì)量和可靠性方面有很大不同，則這種樣機(jī)就沒有多大的價值。設(shè)計工程師最好能在這一階段完全完成材料的分析、選擇和確定工作，而不是將其留到生產(chǎn)設(shè)計階段去做。因?yàn)?，在生產(chǎn)設(shè)計階段材料的更換是由其他人進(jìn)行的，這些人對產(chǎn)品的所有功能的了解不如設(shè)計工程師。在生產(chǎn)設(shè)計階段中，與材料有關(guān)的主要問題是應(yīng)該把材料完全確定下來，使它們與現(xiàn)有的設(shè)備相適應(yīng)，能夠利用現(xiàn)有設(shè)備經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行加工，而且材料的數(shù)量能夠比較容易保證供應(yīng)。在制造過程中，不可避免地會出現(xiàn)對使用中的材料做一些更改的情況。經(jīng)驗(yàn)表明，可采用某些便宜材料作為替代品。然而，在大多數(shù)情況下，在進(jìn)行生產(chǎn)以后改換材料要比在開始生產(chǎn)前改換材料所花費(fèi)的代價要高。在設(shè)計階段做好材料選擇工作，可以避免多數(shù)這樣的情況。在生產(chǎn)制造開始后出現(xiàn)了可供使用的新材料是更換材料的最常見的原因。當(dāng)然，這些新材料可能降低成本、改進(jìn)產(chǎn)品的性能。但是，必須對新材料進(jìn)行認(rèn)真的評價，以確保其所有性能都滿足要求。應(yīng)當(dāng)記住，新材料的性能和可靠性很少像現(xiàn)有材料那樣為人們所了解。大部分的產(chǎn)品失效和產(chǎn)品責(zé)任事故案件是由于在選用新材料作為替代材料之前，沒有真正了解它們的長期使用性能而引起的。產(chǎn)品的責(zé)任訴訟迫使設(shè)計人員和公司在選擇材料時，采用最好的程序。在材料過程中，五個最常見的問題為（A）不了解或者不會使用關(guān)于材料應(yīng)用方面的最新最好的信息資料；B未能預(yù)見和考慮擦黑年品可能的合理用途（如有可能，設(shè)計人員還應(yīng)進(jìn)一步預(yù)測和考慮由于產(chǎn)品使用方法不當(dāng)造成的后果。在近年來的許多產(chǎn)品責(zé)任訴訟案件中，由于錯誤地使用產(chǎn)品而受到傷害的原告控告生產(chǎn)廠家，并且贏得判決）；C所使用的材料的數(shù)據(jù)不全或是有些數(shù)據(jù)不確定，尤其是當(dāng)其長期性能數(shù)據(jù)是如此的時候；D質(zhì)量控制方法不適當(dāng)和未經(jīng)驗(yàn)證；E由一些完全不稱職的人員選擇材料。通過對上述五個問題的分析，可以得出這些問題是沒有充分理由存在的結(jié)論。對這些問題的研究分析可以為避免這些問題的出現(xiàn)指明方向。盡管采用最好的材料選擇方法也不能避免發(fā)生產(chǎn)品責(zé)任訴訟，設(shè)計人員和工業(yè)界按照適當(dāng)?shù)某绦蜻M(jìn)行材料選擇，可以大大減少訴訟的數(shù)量。從以上的討論可以看出，選擇材料的人們應(yīng)該對材料的性質(zhì)，特點(diǎn)和加工方法有一個全面而基本的了解。中國是世界上機(jī)械發(fā)展最早的國家之一。中國的機(jī)械工程技術(shù)不但歷史悠久，而且成就十分輝煌，不僅對中國的物質(zhì)文化和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了重要的促進(jìn)作用，而且對世界技術(shù)文明的進(jìn)步做出了重大貢獻(xiàn)傳統(tǒng)機(jī)械方面，我國在很長一段時期內(nèi)都領(lǐng)先于世界。到了近代由于特別是從18世紀(jì)初到19世紀(jì)40年代，由于經(jīng)濟(jì)社會等諸多原因，我國的機(jī)械行業(yè)發(fā)展停滯不前，在這100多年的時間里正是西方資產(chǎn)階級政治革命和產(chǎn)業(yè)革命時期，機(jī)械科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了中國的水平。這樣，中國機(jī)械的發(fā)展水平與西方的差距急劇拉大，到十九世紀(jì)中期已經(jīng)落后西方一百多年。新中國建立后特別是近三十年來，我國的機(jī)械科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度很快。向機(jī)械產(chǎn)品大型化，精密化、自動化和成套化的趨勢發(fā)展。在有些方面已經(jīng)達(dá)到或超過了世界先進(jìn)水平?？偟膩碚f，就目前而言中國機(jī)械科學(xué)技術(shù)的成就是巨大的，發(fā)展速度之快，水平之高也是前所未有的。這一時期還沒有結(jié)束，我國的機(jī)械科學(xué)技術(shù)還將向更高的水平發(fā)展。只要我們能夠采取正確的方針、政策、用好科技發(fā)展規(guī)律并勇于創(chuàng)新，我國的機(jī)械工業(yè)和機(jī)械科技一定能夠振興，重新引領(lǐng)世界機(jī)械工業(yè)發(fā)展潮流。就小型夯實(shí)機(jī)械而言上世紀(jì)60年代以前，我國小型夯實(shí)機(jī)械非常缺乏，很多小型場地的夯實(shí)基本上采用人工夯實(shí)。長沙建設(shè)機(jī)械研究所與北京建筑工程學(xué)院等單位合作，在群眾性技術(shù)革新成果的基礎(chǔ)上總結(jié)發(fā)明了具有中國特色的蛙式夯實(shí)機(jī)，1962年獲國家科技發(fā)明獎。蛙式夯實(shí)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，維修、使用方便，很快成為我國60年代夯實(shí)機(jī)械的主導(dǎo)產(chǎn)品。據(jù)不完全統(tǒng)計蛙式夯實(shí)機(jī)累計產(chǎn)量達(dá)到50000多臺，在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。70年代以后，蛙式夯實(shí)機(jī)逐漸被性能更先進(jìn)的振動沖擊夯和振動平板夯所替代，目前蛙式夯實(shí)機(jī)已經(jīng)很少，基本被淘汰。1964年，長沙建設(shè)機(jī)械研究所開發(fā)了HB120型內(nèi)燃式夯實(shí)機(jī)，開始由上海工程機(jī)械廠生產(chǎn)，后來主要由津市洞庭工程機(jī)械廠生產(chǎn)，年產(chǎn)量200臺左右。80年代，內(nèi)燃式夯實(shí)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量有較大提高，曾出口東南亞和非洲地區(qū)。90年代以后，內(nèi)燃式夯實(shí)機(jī)產(chǎn)銷售量也在逐漸減少，目前只有少數(shù)小型民營企業(yè)生產(chǎn)。1977年，長沙建設(shè)機(jī)械研究所和柳州市建筑機(jī)械廠開發(fā)了我國第一臺HZR250型和HZR70型振動平板夯，這兩種產(chǎn)品分別于1979年和1982年通過了由建設(shè)部組織的鑒定。隨后義烏建筑機(jī)械廠、四平建筑機(jī)械廠、安陽振動器廠、津市洞庭工程機(jī)械廠等多家企業(yè)都開始生產(chǎn)振動平板夯。1986年長沙建設(shè)機(jī)械研究所又開發(fā)了較大的HZR450型振動平板夯。上世紀(jì)90年代以后，振動平板夯在我國有了較快的發(fā)展，產(chǎn)品品種、規(guī)格和生產(chǎn)企業(yè)增多，國外的振動平板夯陸續(xù)進(jìn)入中國市場。1983年，長沙建設(shè)機(jī)械研究所和湖北振動器廠聯(lián)合開發(fā)了我國第一臺HZR70型振動沖擊夯，1984年通過了由建設(shè)部組織的鑒定，1985年獲建設(shè)部科技進(jìn)步三等獎。由于振動沖擊夯具有壓實(shí)效果好、生產(chǎn)率高、體積和重量小、輕便靈活等突出特點(diǎn)，深受用戶歡迎，得到了迅速的推廣使用，并很快發(fā)展到資江機(jī)器廠、新鄉(xiāng)第三機(jī)床廠和津市洞庭工程機(jī)械廠等幾十家企業(yè)生產(chǎn)。振動沖擊夯雖然比振動平板夯開發(fā)晚，但發(fā)展速度、產(chǎn)銷量和使用廣泛性比振動平板夯大得多，目前已成為我國夯實(shí)機(jī)械中產(chǎn)銷量最大的主導(dǎo)產(chǎn)品。上世紀(jì)90年代以后，國外的振動平板夯陸續(xù)進(jìn)入中國市場。振動沖擊夯和振動平板夯在我國的成功開發(fā)，不僅為我國建設(shè)施工部門提供了性能先進(jìn)的夯實(shí)機(jī)械，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，而且使我國夯實(shí)機(jī)械技術(shù)向前跨進(jìn)了一大步，縮短了與世界先進(jìn)水平的差距，促進(jìn)了我國壓實(shí)機(jī)械的發(fā)展。就機(jī)械加工而言據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，在北京平谷、昌平、房山等處曾出土了公元前16世紀(jì)商代的青銅禮器。明永樂年間14031424年，北京制造出享譽(yù)世界的明永樂大銅鐘465噸和鐘樓大銅鐘63噸及鐵鐘25噸，采用分爐熔化、地坑造型和陶范法鑄造。20世紀(jì)50年代以前，北京在鑄造上采用粘土砂手工造型。1955年，北京第一機(jī)床廠開始采用漏模造型、雙面模型型板及鐵型板和標(biāo)準(zhǔn)砂箱造型。1965年，開始采用塑料模型。1980年，北京市機(jī)電研究院與北京瑪鋼廠研制成功工頻無芯塞桿底注式保溫澆注電爐。1982年，該院與北京機(jī)床鑄造二廠研究成功沖天爐風(fēng)口吹氧技術(shù)。19851988年，北京機(jī)床研究所試驗(yàn)成功浮動端面密封環(huán)的壓力鑄造工藝。1959年，北京第二通用機(jī)械廠后改名北京重型機(jī)器廠建成2500噸水壓機(jī)。1971年，該廠制造出6000噸水壓機(jī)，這是當(dāng)時北京最大的鍛壓設(shè)備。19681979年，北京起重機(jī)器廠先后采用300噸油壓機(jī)和2000噸油壓機(jī)制造出起重機(jī)吊臂和大型覆蓋件。80年代，北京市機(jī)電研究院和北京市模具中心研制出一系列高精度多工位沖裁模具，接近或達(dá)到進(jìn)口模具水平，改變了北京精密沖裁模具依賴進(jìn)口的局面。1949年前，北京已采用電爐、鹽溶爐、熱電偶等手段進(jìn)行零件退火、回火、淬火、正火、調(diào)質(zhì)、滲碳等熱處理。1956年，北京第一機(jī)床廠開始采用高頻感應(yīng)淬火。1961年，北京第二機(jī)床廠開始采用氣體氮化淬火。1969年，北京量具刃具廠開始采用光亮淬火。1978年，北京機(jī)床研究所研究完成機(jī)床導(dǎo)軌表面接觸淬火工藝及設(shè)備、淬火質(zhì)量檢查技術(shù)條件的研究。1979年，鐵道科學(xué)研究院和中國科學(xué)院力學(xué)研究所等合作完成大功率柴油機(jī)缸套表面的激光改性處理的研究。1979年，北京市機(jī)電研究院研制成功千瓦級二氧化碳激光器，并于80年代初分別應(yīng)用于汽缸套和郵票印刷設(shè)備的激光熱處理。其中，清華大學(xué)、北京市機(jī)電研究院、北京郵票廠共同完成郵票廠七色機(jī)打孔器表面激光強(qiáng)化研究。19841990年，北京市熱處理研究所研究成功真空熱處理、氣體滲碳微機(jī)控制技術(shù)與北京航空航天大學(xué)合作、稀土軟氮化、粉末冶金制品表面強(qiáng)化、煤油加甲醇小滴量法微機(jī)可控滲碳、固體滲硼、滲碳過程微機(jī)輔助工藝設(shè)計及跟蹤控制系統(tǒng)等熱處理新技術(shù)，并應(yīng)用于生產(chǎn)。焊接與切割1949年，北京已有氣焊、電弧焊及氧乙炔火焰切割