搞了20年你卻不懂，機械設計到底是什么

　　如果一部待設計的機械中沒(méi)有運動(dòng)零件，它的設計任務(wù)將變得簡(jiǎn)單多了，因為這時(shí)只需要進(jìn)行靜力分析。但是，如果一部機器沒(méi)有運動(dòng)零件，它就不是機械(因為不符合上面機械的定義);它實(shí)際上是一個(gè)結構。當然，結構也需要設計以防止失效。事實(shí)上，大型外部結構(如橋梁、建筑等)也承受著(zhù)風(fēng)、地震、交通等引起的動(dòng)載荷，所以它們的設計也必須考慮這些工況條件。如果機械運動(dòng)的非常緩慢，且加速度可以忽略不計，那么對它進(jìn)行靜力學(xué)分析就可以了。但是，如果機械有明顯的加速度，就必須進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，這時(shí)加速的零件將是“自己質(zhì)量的受害者”。

　　在靜態(tài)結構中，如建筑物的地板，是設計用來(lái)支承重量的，可以通過(guò)添加適當的分散材料結構件來(lái)增加結構的安全系數。雖然這將添加物較重(增加了“死”的重量)，但是如果設計得當，地板可能承載比以前更多的“活”的重量(有效載荷)而不會(huì )失效。但對一個(gè)動(dòng)態(tài)機械來(lái)說(shuō)，增加運動(dòng)零件的重量(質(zhì)量)可能會(huì )產(chǎn)生相反的效果，即降低機械的安全系數、允許速度或有效承載能力。這是因為產(chǎn)生應力的載荷是來(lái)自于零件的慣性力，我們可以用牛頓第二定律，F=ma，來(lái)估算它的大小。由于機械運動(dòng)零件的加速度取決于它的運動(dòng)學(xué)設計和運行速度，增加運動(dòng)零件的質(zhì)量會(huì )增加這些零件所受的慣性力，否則就要降低它們的運行速度來(lái)避免增加慣性力。即使人們可以通過(guò)增加質(zhì)量來(lái)增加零件的強度，但是這種增加可能會(huì )因慣性力的增加而大打折扣，甚至被抵消。

　　綜上所述，我們在機械設計的初始階段會(huì )面臨兩難選擇。通常，在確定零件尺寸大小之前，機械的運動(dòng)過(guò)程已經(jīng)確定。外界作用在機械上的載荷被稱(chēng)為外載。請注意在某些情況下，機械上的外載有可能將很難預測，例如，運動(dòng)的汽車(chē)上的外載。當設計者不能準確預測機械所受的外載(如坑洞，硬轉彎等)時(shí)，從為設計目的而做的實(shí)際測試中收集到的對經(jīng)驗數據的統計分析可以提供一些信息。

　　另外，運動(dòng)加速度已知，但運動(dòng)零件質(zhì)量未知，則產(chǎn)生的慣性力也是有待于確定。這時(shí)需要通過(guò)迭代獲取，即不斷重復，或返回到以前的狀態(tài)。為此，我們需要設計一些試驗，利用試驗裝置的質(zhì)量特性(如質(zhì)量、重心位置和轉動(dòng)慣量)進(jìn)行動(dòng)態(tài)受力分析，以確定作用在零件上的力、力矩和轉矩，然后利用試驗裝置的橫截面的幾何形狀，計算出應力。通常，準確確定機械上所有載荷是設計過(guò)程中最困難的事。如果載荷已知，便可以通過(guò)計算得到應力。