機器設計貫穿于產品的設計、制造、使用、維修全過程，是機械工程的重要組成部分，是機械生產的第一步，是決定產品力學性能的最主要的因素。下面小編帶大家了解一下機械設備設計流程和現代設計方法，希望能幫助到你。

通常，機械設計可分為新型設計、繼承設計和變型設計3類。新型設計：應用成熟的科學技術或經過實驗證明是可行的新技術，設計過去沒有過的新型機械。繼承設計：根據使用經驗和技術發(fā)展對已有的機械進行設計更新，以提高其性能、降低其制造成本或減少其運用費用。變型設計：為適應新的需要對已有的機械作部分的修改或增刪而發(fā)展出不同于標準型的變型產品。而為了滿足機械產品性能的高要求，在機械產品設計中大量采用計算機技術進行輔助設計和系統分析，這就是通用的現代設計方法。常見的方法包括優(yōu)化、有限元、可靠性、仿真、專家系統、CAD等。這些方法并不只是針對機械產品去研究，還有其自身的科學理論和方法。

一、機械設計基本流程

1、 確認設計產品的功能

簡單的講，就是你設計這個產品需要達到一個什么樣的目的，需要實現那些功能，如何將這些功能有機的整合在一個產品上，因為只有確認了產品的功能，才能進一步確認產品的基本結構，我們“舉個栗子”，你要做一臺銑床，那你首先要確認的就是這個產品具有銑削功能，如何去實現這個銑削功能，那就一定要有一個動力主軸——用于實現刀具的旋轉加工，另還需要三個方向的進給功能，分別是X、Y、Z等，這是一個最基本的功能分類，然后就這些功能進行結構布局，至于采用什么樣的結構布局方式，可以針對加工零件的類型來確定，特別是一些專用機床的設計，很多時候都是根據待加工零件的加工要求來做，這樣做的目的是，加工效率更高，加工精度更好，設備成本更低，操作方式更簡單，所以在設計一個產品的前期需要對整個產品的功能進行詳細而周密的思考和定位，這樣才能形成一個完善的產品，其實確認一個產品的功能就是確認“你是否將會是在做一件正確的事”，如果這個步驟有問題，那后面的事情基本上就是南轅北轍了，越努力離你的目標越遠，座椅在產品功能的確認環(huán)節(jié)，任何細節(jié)的處理都需要有完善的思考和預案，不要讓自己輸在了起跑線上。

產品功能的描述一定要形成文字化，而不是簡單的討論就馬上開工，一定要形成一個完備的方案文字，并將功能逐條的列舉出來，做詳細的說明和備注，再開方案會進行討論，設計過程就是一個交流的過程，只有集思廣益才能讓產品臻于完善，這個環(huán)節(jié)是偷不得懶的，否則全盤皆輸。

2、 確認產品的技術參數

對產品的各種技術參數進行確認，其實這就牽涉到很多計算和校核，也牽涉到對功能的預期是否達標的問題，我們還是來“舉個栗子”，就拿設計一臺銑床來說，這中間牽涉到的技術參數有：三向進給行程，最大進給速度，最大進給推力，主軸最大切削力，主軸最高轉速，三向電機型號，主軸電機型號，主軸錐度大小，絲桿和導軌的型號和品牌，工作臺尺寸等一系列的參數，也只有確認了這些參數，你才能真正的進入下一個階段，否則你依然是無從下手，而清楚的知道要確認產品的哪些技術參數就是一個機械工程師的設計能力的體現，這不單是一個產品方案的布局問題，也是對一個產品的功能把控問題。

下面來列一個技術參數的“栗子”給大家打個樣：

立式加工中心的技術參數：

A、三向行程：X=750mm；Y=450mm；Z=500mm；

B、三向最大進給速度：X=30m/min；Y=30m/min；Z=20m/min；

C、最大進給推力：略（這個計算太麻煩，省略）；

D、主軸最大切削力：略（理由同上）；

E、主軸最高轉速：S=8000r/min；

F、主軸電機功率：7.5Kw；

G、三向進給電機：X、Y=12Nm；Z=22Nm;（我們選擇電機主要是看額定扭矩和轉速）；

H、主軸規(guī)格：BT40-150;

I、絲桿規(guī)格：32X12-C3；

J、線軌規(guī)格：X=30mm；Y、Z=35mm；

L、工作臺尺寸：800mmX450mm。

以上參數僅供參考，當然以上參數也是很靠譜的，要確認這些參數就是考驗一個人的設計能力，如果你能很輕松的確認以上的參數，那你就基本上具備了方案設計的能力，你可以出師了，不再是一個單純的拆圖員了，而是一個獨立的產品設計工程師。

3、 確認產品外購件和標準件

為什么接下來的步驟是確認外購件和標準件呢？因為這是你做方案圖的基礎，如果沒有這些東西，你是沒有依據去確認你的方案圖的，我們還是以上述的立式加工中心為例，它的外購件包括：三向伺服電機，主軸電機，三向絲桿和線軌，主軸，打刀缸，刀庫，潤滑泵，排屑器，聯軸器，冷卻泵，冷卻竹節(jié)管以及電氣元件等，在這里我們只列舉一些主要的東西，所謂的外購件，就是你能在市面上找到供應商的功能部件，把這些東西找出來，然后與對應的供應商確認你需要的產品型號和技術要求，并確認采購價格和發(fā)貨周期，這些東西都是需要做的，也是一個產品設計必須的定型環(huán)節(jié)，同時作為設計工程師，你還需要拿到這些外購件的具體外形尺寸圖紙，以便在自己設計的時候做相應的接口與之對接裝配；所謂的標準件是指：絲桿支撐軸承，螺釘螺母等，是那些能夠從設計手冊上查詢得到的，具有國家統一標準的零件，有人問，標準件也是需要外購的，為什么要單獨從外購件里面剔出來呢？問得好，那是因為這些標準件，無論哪個供應商來做都是統一標準的，無論是外形尺寸還是零件質量都是統一的，所以不存在單獨要和某個供應商確認外形尺寸的問題，而上面那些外購件則不一樣，那些產品的外形尺寸和質量會根據供應商的不同具有很大的差別，所以在選擇外購件的時候，特別要注意對供應商的甄別，因為這很大程度上決定你這個產品的質量和定位，一旦選定供應商，那就意味著設計上的定型，如果想以后再進行供應商的跟換，那動作可能就大了，也許在一些結構的設計上，根本就不允許你或者不支持你這樣去做，如果非要這么做，那 就只有推到重來的份了。所以選擇外購件的供應商要慎之又慎。至于我對上面這個立式加工中心的供應商選擇，在這里我就不作詳細的介紹了，否則有廣告之嫌，如果有個人需要知道的，可以值乎或者私信我，我會盡量分享給大家。

4、 設計產品方案圖

接著進入的步驟就是做產品的方案圖，我所說的方案圖不是那種示意性質的圖紙，而是指產品方案的裝配圖紙，如果做這個方案圖，這是所有設計新人甚至很多老人都很為難的地方，到底從哪個位置開始畫起？這就是所謂的萬事開頭難吧，如何開始畫呢？在這里分享給大家一個秘訣，從已經確認了的外購件和標準件開始畫，例如我們上面確認的那些電機，絲桿，線軌，軸承等，這就是我們入手的突破口，因為這些東西選定了后就不會變改的，是已經確認好的東西，把這些東西的外形圖紙和裝配尺寸都畫好，接著在這些零件的基礎去設計相應的自制零件，例如有了軸承軸后，你得需要一個軸承座，有了電機后，你得配置一個電機座，有了電機座你得有個安裝電機座的底座等等，就這樣一步一步的把方案圖完成，這個過程就不是簡單的畫圖了，而是一個需要借助設計經驗才能完成的設計過程，例如你如何確認一個軸承座的壁厚？你憑什么認為你給的壁厚是可以保證這個軸承座的強度和剛性的，其它零件也存在同樣的設計需求，這些能力就是所謂的設計能力，就是你從長期的設計過程積累起來的一種經驗和能力。如果你能形成自己的一種設計原則，那將來對你的設計生涯，特別是培訓設計團隊是非常有用的，這也是為什么機械設計越老越值錢的原因，就因為見多識廣而已，積累豐富而已。別人設計的零件隨便看一眼就知道合不合理，剛性夠不夠，強度好不好，而且還不需要進行任何的校核與計算。

方案圖設計到什么程度，設計到任何工程師拿到你的方案圖就可以輕松的把零件圖拆出來，并任何工藝工程師拿到你的方案圖能夠對你各個零件的加工工藝一目了然，任何裝配工程師拿到你的方案圖，可以完成整個產品的零件裝配。根據以上三個要求去做好你的方案圖（通常我們叫裝配圖），這需要具有一定的專業(yè)設計能力。

5、 分拆產品零件圖

拆分零件圖，這是設計崗位新人入職后經常做的工作，也是一些初級工程師經常干的活，其實對于一個新人來說，要想快速的進行零件圖的拆畫也是一個非常不容易的工作，因為你們看懂裝配圖的能力有限，所以在這之前，你需要明確那些裝配圖上的各種線型和符號到底代表了什么意思，用個筆記本把他們記下來，然后再對照著來理解裝配圖，不懂的就需要問，但是不要重復的問，重復的問一個很沒有技術含量的問題，會顯得你很無能，就算是粗心大意也是一種無能的表現。其實零件圖的設計也是需要相對的設計能力才能完成，這就是你們培養(yǎng)設計能力的過程，一個好的機械設計工程師，必須熟知零件的加工工藝要求，裝配工藝要求，成本控制等，只有將這些細節(jié)設計能力充分的注入你的零件設計圖中，你才能真正設計出一個好的零件，如果只是毫無思想的畫幾條線段或圓圈，那不叫設計，那叫瞎掰，所以千萬不要以為自己畫了一個圖就是學會設計了，這還差很遠？你設計的圖紙必須是經過自己的工藝分析和裝配要去分析的，也是衡量過制造成本的，所以每個環(huán)節(jié)你都得去經歷和學習，設計的功夫不在電腦前面，而是在車間和現場，那里才是提升設計能力和創(chuàng)造設計思維的地方，辦公室電腦前只是表達你設計能力的地方，不是產生設計能力的地方。

6、 審核產品零件圖

零件圖的審核，這個過程有兩道審核關卡，第一道是方案設計工程師的審核，如果零件圖是方案設計工程師自己做的，那就需要另找一個功力相當或者更牛逼的人來對零件圖進行審核，因為無論是多么牛逼的設計工程師都存在一個“燈下黑”的設計缺陷，也就是自己看不出自己錯在哪里？特別是在電腦上的圖紙，因為設計思維方式已經固化，自己很難突破自己的局限，所以就算一個很明顯的錯誤放在你面前，你也不一定能夠及時的發(fā)現，反而是一個路人不經意的一句話，你才豁然頓悟的看到自己的不足，所以一定要請人來審核圖紙，對于職場新人那就更是如此了，在這里分享給大家一個非常好的方法，也是我經常用的，如果找不到幫你審圖的人（例如牛逼的人在外面兼職就很難找到幫審核圖紙的人，而且還不能出錯），那就用紙張把圖紙打印出來，然后隨便點著圖紙的任何地方問自己如何加工？是否標準完了所有加工的信息，自己給自己找茬，這樣可以很大程度的提高圖紙的完整性，但這也只能是提高圖紙在你的能力范圍之類的完整性，超出你能力范圍的那些不合理是不可能發(fā)現的了，因為你的設計能力就是你的天花板，所以最好的途徑還是請人幫你審核，尤其比你牛逼的人，如果他再毫不吝嗇的為你提點幾句，那你進步的空間就大了，速度也就快了。第二道圖紙審核是需要一個工藝工程師來對圖紙進行審核，因為大家的關注點是不一樣的，設計的關注的面較廣泛，但是工藝工程師關注的卻很專注，任何工藝上不能實現或者需要高成本才能實現的地方，他們都會建議做圖紙甚至結構上的修改，這是完善一個產品的必要過程和安全保障，如果你身處的是一個小公司，沒有配備相應的工藝工程師，那就請機械加工的老手幫你看看吧，他們很多人身上具有工藝工程師的素質和判斷能力。當然對于規(guī)范的大公司，還有標準化的審核，這是審核圖紙完整性和規(guī)范性的，至于重不重要各有各的說法，我個人認為是很重要的，但是成本太高。

7、 進入生產環(huán)節(jié)

圖紙完成后就正式進入生產環(huán)節(jié)，這包括相應的采購，外協，裝配，調試和銷售，在這里只是提一下就算了，另寫一篇文章來介紹這些環(huán)節(jié)的注意點，但在這里要交代一句，作為一個產品設計工程師，你應該是全程參與一個產品的所有環(huán)節(jié)的，而不是去做一個甩手掌柜，以后后面就沒有你的事了，如果你有這樣的想法，你注定是在這條路上走不遠的，也是走不深入的。

二、機械設計方法

1、 理論設計
理論設計是一種創(chuàng)造性設計，也稱作開放性設計。設計者按機械零件的結構及其工作情況，將它簡化成一定的力學模型，運用理論力學、材料力學、彈性力學、塑性力學、流體力學、熱學、摩擦學理論等或利用這些理論推導出來的設計公式和實驗數據進行設計稱為理論設計。

2、 優(yōu)化設計
機械產品優(yōu)化設計是最優(yōu)化技術在機械設計領域的移植和應用，其基本思想是根據機械設計的理論，方法和標準規(guī)范等建立一反映工程設計問題和符合數學規(guī)劃要求的數學模型，然后采用數學規(guī)劃方法和計算機計算技術自動找出設計問題的最優(yōu)方案。它是機械設計理論與優(yōu)化數學、電子計算機相互結合而形成的一種現代設計方法。

3、 經驗設計
經驗設計也稱作繼承性設計，根據某些零件長期以來的設計與使用經驗歸納出經驗公式，或者設計者根據經驗用類比的方法，確定一些尺寸進行設計，稱為經驗設計。這對于某些典型零件是很有益的設計方法。例如減速箱體、傳動件、機床手柄等的某些結構尺寸。

4、 仿真與虛擬設計
計算機仿真技術是以計算機為工具“建立實際或聯想的系統模型”并在不同條件下對模型進行動態(tài)運行實驗的一門綜合性技術。而虛擬技術的本質是以計算機支持的仿真技術為前提，在產品設計階段，實時地并行地模擬出產品開發(fā)全過程及其對產品設計的影響，預測產品性能、產品制造成本、產品的可制造性、產品的可維護性和可拆卸性等，從而提高產品設計的一次成功率。這種方法不但縮短產品開發(fā)周期，也實現了縮短產品開發(fā)與用戶之間的距離。

5、 有限元設計
這種方法是利用數學近似的方法對真實物理系統（幾何和載荷工況）進行模擬。還利用簡單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數量的未知量去逼近無限未知量的真實系統。它不僅能用于工程中復雜的非線行問題、非穩(wěn)態(tài)問題的求解，而且還可用于工程設計中進行復雜結構的靜態(tài)和動力分析，并能準確地計算形狀復雜零件的應力分布和變形，成為復雜零件強度和剛度計算的有力分析工具。

6、 模糊設計
它是將模糊數學知識應用到機械設計中的一種設計方法。機械設計中就存在大量的模糊信息。如機械零部件設計中，零件的安全系數往往從保守觀點出發(fā)，取較大值而不經濟，但在其允許的范圍內存在很大的模糊區(qū)間。機械產品的開發(fā)在各階段常會遇到各種模糊問題，雖然這些問題的特點、性質及對計策的要求不盡相同，但所采取的模糊分析方法是相似的。它的最大特點是，可以將各因素對設計結果的影響進行全面定量地分析，得出綜合的數量化指標，作為選擇決斷的依據。

三、機械可靠性設計方法

1、預防故障設計

機械產品一般屬于串聯系統.要提高整機可靠性,首先應從零部件的嚴格選擇和控制做起。例如，優(yōu)先選用標準件和通用件；選用經過使用分析驗證的可靠的零部件；嚴格按標準的選擇及對外購件的控制；充分運用故障分析的成果，采用成熟的經驗或經分析試驗驗證后的方案。

2、簡化設計

在滿足預定功能的情況下，機械設計應力求簡單、零部件的數量應盡可能減少，越簡單越可靠是可靠性設計的一個基本原則，是減少故障提高可靠性的最有效方法。但不能因為減少零件而使其它零件執(zhí)行超常功能或在高應力的條件下工作。否則，簡化設計將達不到提高可靠性的目的。

3、降額設計和安全裕度設計

降額設計是使零部件的使用應力低于其額定應力的一種設計方法。降額設計可以通過降低零件承受的應力或提高零件的強度的辦法來實現。工程經驗證明，大多數機械零件在低于額定承載應力條件下工作時，其故障率較低，可靠性較高。為了找到最佳降額值，需做大量的試驗研究。

當機械零部件的載荷應力以及承受這些應力的具體零部件的強度在某一范圍內呈不確定分布時，可以采用提高平均強度(如通過大加安全系數實現)、降低平均應力，減少應力變化(如通過對使用條件的限制實現)和減少強度變化(如合理選擇工藝方法，嚴格控制整個加工過程，或通過檢驗或試驗剔除不合格的零件)等方法來提高可靠性。對于涉及安全的重要零部件，還可以采用極限設計方法，以保證其在最惡劣的極限狀態(tài)下也不會發(fā)生故障。

4、余度設計

余度設計是對完成規(guī)定功能設置重復的結構、備件等，以備局部發(fā)生失效時，整機或系統仍不致于發(fā)生喪失規(guī)定功能的設計。當某部分可靠性要求很高，但目前的技術水平很難滿足。

比如采用降額設計、簡化設計等可靠性設計方沙土，還不能達到可靠性要求，或者提高零部件可靠性的改進費用比重復配置還高時，余度技術可能成為較好的一種設計方法，例如采用雙泵或雙發(fā)動機配置的機械系統，但應該注意，余度設計往往使整機的體積、重量、費用均相應增加。余度設計提高了機械系統的任務可靠度，但基本可靠性相應降低了，因此采用余度設計時要慎重。

5、耐環(huán)境設計

耐環(huán)境設計是在設計時就考慮產品在整個壽命周期內可能遇到的各種環(huán)境影響，例如裝配、運輸時的沖擊，振動影響，貯存時的溫度、濕度、霉菌等影響，使用時的氣候、沙塵振動等影響。

因此，必須慎重選擇設計方案，采取必要的保護措施，減少或消除有害環(huán)境的影響。具體地講，可以從認識環(huán)境、控制環(huán)境和適應環(huán)境三方面加以考慮。認識環(huán)境指的是：不應只注意產品的工作環(huán)境和維修環(huán)境，還應了解產品的安裝、貯存、運輸的環(huán)境。

在設計和試驗過程中必須同時考慮單一環(huán)境和組合環(huán)境兩種環(huán)境條件；不應只關心產品所處的自然環(huán)境，還要考慮使用過程所誘發(fā)出的環(huán)境。控制環(huán)境指的是：在條件允許時，應在小范圍內為所設計的零部件創(chuàng)造一個良好的工作環(huán)境條件，或人為地改變對產品可靠性不利的環(huán)境因素。適應環(huán)境指的是：在無法對所有環(huán)境條件進行人為控制時，在設計方案、材料選擇、表面處理、涂層防護等方面采取措施，以提高機械零部件本身耐環(huán)境的能力。

6、人機工程設計

人機工程設計的目的是為減少使用中人的差錯，發(fā)揮人和機器各自的特點以提高機械產品的可靠性。當然，人為差錯除了人自身的原因外，操縱臺、控制及操縱環(huán)境等也與人的誤操作有密切的關系。因此，人機工程設計是要保證系統向人傳達的住處的可靠性。

例如，指示系統不僅顯示器靠，而且顯示的方式、顯示器的配置等都使人易于無誤地接受；二是控制、操縱系統可靠，不僅儀器及機械有滿意的精度，而且適于人的使用習慣，便于識別操作，不易出錯，與安全有關的，更應有防誤操作設計；三是設計的操作環(huán)境盡量適合于人的工作需要，減少引起疲勞、干擾操作的因素，如溫度、濕度、氣壓、光線、色彩、噪聲、振動、沙塵、空間等。

7、健壯性設計

健壯性設計最有代表性的方法是日本田口玄一博士創(chuàng)立的田口方法，即所謂的一個產品的設計應由系統設計、參數設計和容差設計的三次設計來完成，這是一種在設計過程中充分考虛影響其可靠性的內外干擾而進行的一種優(yōu)化設計。這種方法已被美國空軍制定的RM2000年中作為一種抗變異設計以及提高可靠性的有效方法。

8、概率設計法

概率設計法是以應力一強度干涉理論著基礎的，應力一強度干涉理論將應力和強度作為服從一定分布的隨機變量處理。

9、權衡設計

權衡設計是指在可靠性、維修性、安全性、功能重量、體積、成本等之間進行綜合權衡，以求得最佳的結果。

10、模擬方法設計

隨著計算機技術的發(fā)展，模擬方法日趨完善，它不但可用于機械零件的可靠性定量設計，也可用于系統級的可靠性定量設計。當然，機械可靠性設計的方法絕不能離開傳統的機械設計和其它的一些優(yōu)化設計方法，如機械計算機輔助設計、有限元分析等。

四、機械設計技能

1、學會查手冊、查相關論文，先自己了解個大概，別動不動就隨便問別人。

2、試著了解常用的外購件品牌，盡可能多的了解外購件和標準件的種類，拓寬知識面。

3、掌握標準的制圖技能，保證圖面美觀，標注合理，需要扎實掌握制圖標準和標注原則以及工藝知識。

4、掌握各種科學計算的方法和公式，從總體上要對產品的傳遞路線有把握。

5、了解常用材料的性能和選用原則。

6、學會借鑒現有產品的結構和設計思路（認真研究透后可以少走很多彎路）。

7、不要只局限于結構設計，液壓和電氣知識都要了解。

8、常見的受力分析計算要知道方法和公式。

9、一些常用數據要熟記于心。

10、一定要有成本意識，沒有這個意識做機械設計你不合格。

11、制作文件以相關方案介紹要讓別人能看懂。

12、關于計算學會做些計算表格（Excel公式），能節(jié)省很多時間。

五、機械設計原則

1、自己的計算和圖樣自己仔細檢查下，首先自己看著要順眼和和檢查沒有什么問題，別把問題都一堆交給別人。

2、做結構設計一定要考慮最經濟的方案，成本要在設計階段控制。

3、注重外觀設計。

4、你設計的東西一定要有依據可循，或者通過理論計算，或者通過類比確定，如果沒有依據，說明你憑在設計，這樣沒有可靠性。

5、多動腦子，機械設計需要較強的邏輯思維，腦子不轉，思路也就停滯不前。

6、注重基礎知識的學習。不要干了幾年，都還不知道EQS、焊接符號、理論真確尺寸，粗牙，細牙，8.8級，齒輪變位，屈服強度，強度，剛度，抗彎截面系數，排量，流量，調質處理等常識。

7、其他的設計原則網上去查資料學習，會有幫助。

建議：機械設計知識體系很龐大，需要花時間去慢慢學習，要有意識的培養(yǎng)自己的管理能力，學會做一個leader，不要過度依賴三維軟件，注重培養(yǎng)二維基礎知識。