机械设计一般应满足以下几方面要求:(1)使用要求,使用要求是对机械产品的首要要求,是指机械产品必须满足用户对所需要的功能的要求,这是机械设计最根本的出发点。(2)可靠性和安全性要求,机械产品在规定的使用条件下,在规定的时间内,应具有完成规定功能的能力。安全可靠是机械产品的必备条件。(3)经济性和社会性要求,经济性要求是指所设计的机械产品在设计、制造方面周期短、成本低;在使用方面效率高、能耗少、生产率高、维护与管理的费用少等。此外,机械产品应操作方便、安全,具有宜人的外形和色彩,符合国家环境保护和劳动法规的要求。(4)其他特殊要求,有些机械产品由于工作环境和要求不同,对设计提出了某些特殊要求。例如对航空飞行器有质量小、飞行阻力小和运载能力大的要求;流动使用的机械(如塔式起重机、钻探机等)要便于安装、拆卸和运输;对机床有长期保持精度的要求;对食品、印刷、纺织、造纸机械等应有保持清洁,不得污染产品的要求等。
机械设计应满足的基本要求是:第一,良好的使用性,实现预期功能,满足使用要求,操作简易,保养简单,维修方便,不必追求多功能,因为多功能会增加成本,降低可靠性。
第二点是安全,许多重大事故出自机械故障,起落架故障引发空难,刹车失灵酿成车祸,密封件泄露导致挑战者号航天飞机失事。频繁出现的汽车召回事件更暴露机械设计不良造成的安全隐患。
机械设计必须以人为本,凡关系到人身安全或重大设备事故的零、部件,都必须进行认真严格的设计计算或校核计算,不能凭经验或以类比的方式代替,计算说明书应妥善保管,以备核查。
暴露的运动构件要配置防护网,容易造成人身伤害的部位必须有安全连锁装置或实施远距离操控,电器元件导线的规格和安装必须符合安全标准,除此之外,为了保护设备,还应设置保险销,安全阀等过载保护装置以及红灯、警铃等警示装置。
第三个可靠性和耐用性,在预定的使用期限内不发生或极少发生故障,大修或更换易损件的周期,不宜太短,以免经常停机影响生产。但是也不宜过分强调耐用,现代化生产推行定期更新,和预期强制报废,个别零件、部件的长寿对整机并无实际意义,因追求耐用而滥用贵重材料会徒增设备制造的成本。
第四个是经济,设计中应尽可能多选用标准件和成套组件,不仅可靠,廉价,而且能大大节省设计工作量,零件设计必须关注加工工艺性,力求减少加工费用,良好的经济性不仅体现在制造成本上,更应体现在机器使用中的高效率,低能耗。
第五个是符合环保要求,机器噪音不超标,不采用石棉等禁用的原材料,确保机器在使用过程中不漏水、漏油、出现粉尘和烟雾,在生产中出现的废水,废气必须经过处理,达到排放标准。除此之外,设备想要有较高的市场竞争力,机械设计师还应与工艺美术人员密切配合,力求设备造型美观。
一部机器的诞生,从需求萌生,到有了必要的设计念头,明确设计要求,开始经过设计,制造,鉴定,到设备最终定型,是一个复杂细致的过程,为了便于理解,可将机械设计的一般过程分成六个阶段:第一是明确设计要求;第二是提出可行性方案;第三,定型总体设计结构;第四是结构设计计算与校核、评估;第五,试产鉴定、验证功能;第六,设备定型,量产。
设计人员要善于把设计构想和设计方案用语言、文字、图形的方式传递给其他参与者,以获得他们从各自领域技术上的支持,除此之外,设计人员还应该确保设计是否确实为人们所需要,是否有可替代性?是否市场上已有相似功能的设备?维修保养是否方便?
设计人员要富有创造精神,又要从实际出发,善于调研,广泛听取用户和工艺人员的意见,在设计,加工,安装,调试过程中及时发现问题,取得最佳成效,并从中积累设计经验经验。