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　　：设计思路因人而异，不同的人有不同的设计方法，有不同的内部规范，也有完全不一样的经验，所以下面的内容，并不代表谁对谁错，谁好谁坏，请务必留意

　　特别说明2：我并没有精力专门设计这个设备，纯粹是自己掉进坑，含泪也要写完，所以，所有的草图也好设计也好，都是一个虚拟的设计过程，仅仅用来解释给业余爱好者，如何设计机械的步骤，各位专业高人，请勿专业讨论

　　特别说明3：这是一个很简单的机械案例，所以方法用的是从下至上，模块式，仅仅只对这一种设计方法作说明，请勿专业质疑

　　选用中央台《我爱发明》中的一个案例，重新推倒分析，重新设计，对比一下，容易理解怎样去设计机械

　　二、对象分析，就是搞清楚这个麻糖块有什么特点，物理的化学的等等各方面性质要清楚，大概知道就是这是一种通过糖浆包裹的泡米状食品，没有冷的时候微软，冷却后硬化定型等等，因为设计的是切割类机械，所以重点还要知道切刀成型时候，是否会有破碎现象等等

　　下面步骤中，有一些铁律：宁死不活、宁少勿多、宁圆不方等等，这些通俗的意思，后面结合起来讲

　　这些步骤需要专业的图形化分析工具，因人而异，没精力作一个详细的逻辑草图上来，下面都是简单化的可以理解的部分

　　分析：机械设计中应当遵守的第一定律，宁少勿多，能不用机构解决的问题，一定不要用，能利用自然属性，如重力、粘性、摩擦等的时候，一定不要用机构装置

　　一切与送料有关的设计，第一个步骤就是设置一个筛选项：能不能利用物料的自然属性实现送料？如果能，那后面的设计就极其简单，因为不涉及到机构问题，如果不能，那么后面就进入结构方案的造型12345

　　分析：在这种有局部阶段速度敏感的物料切割时，要先从受力曲线开始，这条曲线要根据手工动作总结，主要是碎屑产生的时间段是什么时候，有没有必要让刀具变速动作等等

　　本例中曲线可以设计为一个上升段，一个平台段，切出段会产生碎屑，原因其实并不是刀具问题，而是送料的限定位问题

　　机械设计中应当遵守的另一条定律：宁圆勿方，能使用旋转运动的时候，尽量不要采用机构过渡为直线等运动方式。在本例中，原发明人采用了仿形切割，这种模仿人手动作的设计，往往也是一个大坑

　　因为他的设计角度，并不是从受力曲线开始，而是从经验开始，这样做的后果，就是本来可以用更简洁的无机构方式实现的切割，被极其复杂地搞成了多个联动机构，严重违反了设计第一定律

　　分析：因为这个方案中，完全没有要求做包装工作，也就不存在常见的定量包装要求，基本上处于无设计状态，但是，根据物料热切冷放的这个细节，可以设计引料滑出槽，促进冷却硬化过程，终端仍然回到无数量无包装的堆叠状态

　　分析：设计时机械效率优先，单向环切的循环方式，在此案例中，并不适用，一个原因效率，另一个原因整机结构会扩大化，不是最优解

　　往复运动实现双向切割，没有多余的浪费行程，效率较高。直线轨道，考虑到小型化结构，以及进刀受刀过程的平稳性，可以做为优选。如果采用连杆弧线进退刀方式，结构上可行，但对加工精度要求更高，且无法使用标准件

　　这种结构选型应熟悉常见机构的轨迹曲线，在一个T周期之内，进程与回程各阶段的速度变化，对称性等，配合前面的压力曲线，以及进刀行程这几个因素，选择直线曲柄结构，是一个偏成熟的经验结果

　　这里还涉及到业余设计中的另一条定律：能用标准件时一定要用。直线标准件数量多精度高，而目前市面上，还没有尺寸可随意选用的连杆标准件

　　分析：由于垂放，因此，下方需要在切割时留出漏料缺口，因此，需要与刀具的随动式结构，需要缺口型，同时由于是直线随动，可以简化本机构基础部件，直接与圆刀共轨

　　这里再次涉及到设计中的宁少勿多定律，即多个零件之间，尽可能实现一件多用，这一类随动机构，在纵横向上可以进行尺寸调节，随动驱动采取弹簧动力，最大化实现结构简化

　　采用了齿轮齿条平移结构，将整机在一个较长的架上移一步切一刀，为保证停止位，也就是麻糖厚度，采用了电磁离合器制动，采用了单向棘轮

　　这些设计手段能用上来，至少发明人有不错的读书功底，但从设计的角度来说，这的确不是一个好设计，也就是常见的，过度地复杂化设计

　　一般设计类似情况时，采取的是类似于上面这种料槽结构，二相对比，差距很明显，一个是机械本身的体积会剧烈减小，另一个，大量过度化设计的机构零部件，象电磁制动器、齿轮齿条、单向棘轮、长长的平台，都不再需要了

　　这个图中，可以勉强看到发明人采取的切割方式，是模拟人手动作，这个刀通过连杆机构与电机相连，作单向循环运动

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　　前面说过，这种单向运动，有大量的多余行程，在机械的效率设计考虑中，是下下选择，另外，最关键的是受力问题，发明人这把刀，切入曲线本身也存在问题，瞬间受力冲击比较大，并且，在切割二块麻糖块的时候，动力不足，后来换了一台大电机，下图中这台电机功率，在设计时，就是个很大的问题了

　　直刀并排切割，当物料增加时，阻力面增大，动力就不足，这是必然的，拘泥于现实中的传统方法，没有采用进刀曲线优良得多的圆刀旋转切割，后果就是采用如此惊人的功率电机，不考虑使用功耗的设计，绝对不是一个成功的设计，这是又一条定律

　　先说一下并不是只有上面三个机构模块就够了，因为当初不知道有没有人看，也不知道会写多长，只是提出一部分典型机构简要写的，有一些并没有写上来，请理解

　　这是一个模块化的设计分解图，就是前面分析过的各功能模块，设计之初确定方向即B、C步骤以后，用铅笔画一个类似的关系图，随便画只要自己能看懂就好了

　　例图左上，料槽的设计B2.1，用最详细最啰嗦的分析方式，把设计各事项尽量通俗地解释清楚，分步进行

　　2、使用情况。是否需要角度调整？在不确定的时候，最好设计这个功能，因为试机时候，需要多种变化确定最佳角度

　　按上述考虑，修改结构为剪板折弯型（请忽视不符合规律的侧面坡线），并增加一个转轴，该轴暂时不做进一步设计，原因后面讲

　　根据项目之初的调研分析情况，继续增加设计需要考虑的选项，前面二项，是材料加工与使用，现在，根据节目信息延伸，假设麻糖块高度是固定的，但是宽度会有不同，这样，就表示料槽应当可以调节宽度，也就是沿轴方向，可以左右开合，适应不同大小

　　这种设计思想，通常归纳为直觉式设计，也就是你要什么，我就理解成什么，需要左右沿轴开合，那就一分为二，让它可以左右移动

　　这种思维方式，与前面发明人使用仿手工菜刀运动，是一个道理，这是一种未经训练，或者说缺乏机械设计思维能力的一种方式，有时候可行，但作为设计人员，要避免这种思维方式

　　在上面这个例子中，这样的设计带来的后果，1、零件数量增加，2、需要给这二个零件再增加一个固定基板，3、为保证活动功能，需要增加调节特征，如螺丝滑轨，4、为保证二个零件的平行度，需要采用保平行调节的特征，5、材料的力学余量有可能需要再考虑，等等

　　通常我们所说的宁死不活，宁少勿多，就是力求避免在设计中发生类似问题，这个反例，不但活了，而且明显多了一堆

　　直觉思维中。因为注意力都集中在了左右移动，就顺着左右能够活动这个表面意思下手，但是如果具备一定的设计思维，第一反应是跳出来直觉思维，然后马上用这二个铁律，去推翻它

　　当经验多了以后，很自然就会用增加零件的方式，来减少零件，这句话请自行理解

　　虽然表面上看多了零件，但是这种采用低成本易加工的食品级塑料件，进行拼插的方式，权衡之下，具有最好的效果，稳定性、加工成本、最简化的零件特征等等，并且，食品工业中，这种与食材长期接触的零件，如果能提供简便快速的更换功能，对加工食品的卫生控制，是最优选

　　但是，这似乎仍然有一个问题，这种拼插后的固定尺寸，比不上前面的任意可调尺寸，这种情况要怎样处理？

　　增加二个调节螺杆，增加底板滑槽螺孔，通过调节螺杆的旋转保障尺寸到位，然后底板螺丝锁紧

　　这种结构，貌似挺好了，又能调节任意尺寸，又能更换卫生零件，增加的零件中，还有几个是标准件，无需加工，对料槽体也保持着最小的再加工

　　1、一个麻糖生产企业，它最多有多少种宽度？这种规则化形状的产品，事实上是不需要上百种尺寸的，仅有几种而已，所以，采用任意调节的方式，有功能过度化的多余倾向

　　2、设计一个产品，事后研判的时候，一定要留出一个使用者的观察角度，假设这个结构可行，那么想象一下，我是操作工，要换一个尺寸加工，就要找一把螺丝刀，就要配一个定位块，拧螺丝、调距离，紧螺丝

　　我用绕了一个地球的上面各种多余步骤，来解释零件设计的一些方法，是为了把各种设计问题尽量多列一点出来，其实这个例子中，成熟的设计过程，常用逻辑表对应法，将各种条件分配在一张表格上，列出需求条件、牵制要点、经验结构等等

　　用逻辑表对应的时候，上面这个设计，就会被使用者需求这一项直接给否定掉，转而进一步作剔除分析，也就是，不需要螺丝不需要调节螺杆，不需要工人使用工具，快速简单准确可靠

　　配合逻辑表中的受力分析部分，最优的设计，是这样的：一个带有弹性定位夹的配合结构，这是一种一推即卡死，一拉即解除的结构。弹性定位其实可以简单到只用一块簧片，和一个槽孔

　　请忽略所有细节，干涉、形状、联接等等因素，这是纯粹的原理概念图例，不是真实设计图

　　C－2.2－1：极限设计方法，怎样将曲柄连杆驱动电机，与刀盘电机合二为一实现整机结构精简

　　C－2.2－2：往复直线运动与往复摆动运动的再考虑，摆结构与定制电机的关联设计方法

　　C－2.2－4：震动的消散方法，题外内容，浮筏原理在常规设计中的比较好玩的应用

　　E：整机组合设计：共用精简与公用精简的区别，模块与机架的映射方法，超级模块是怎样诞生的，机架的种类与高危失误

　　F：零件的外观设计语言是什么，机械艺术与艺术机械的区别，本案例中工业设计师有用吗？如何实现设计中的机械美感，设计时如何合理预设各种加工工艺

　　－－－－－－－我在这里很认真的答专业问题的时候，我另外的吹水答案在不停地在闪点赞的消息，我最看重最认真的答案，却一个动静也没有，意料之中但也太悲惨了吧？

　　我上面列出草稿项，希望有兴趣有经验的同行，本着人人奉献一点爱的精神，闲到手痒的时候另开答案，知乎上好象从来没有一篇真正的与设计有关的详细问答，就当同病相怜捐献技能吧

　　这是一个非常好的问题，我们邀请到了过程与驱动业务集团产品经理来与各位知友交流，原文如下：

　　零件往往是单独的，不如产品更具体，产品是由多个零件组成的，作为西门子的机械设计工程师，我主要与各位知友分享如何设计一个机械产品，以及探讨机械产品中应用到的数字化技术。

　　「机械设计」，简单来说就是通过先进的技术手段将物质资源转化为实用产品，基本上分为以下几个流程：

　　以上是正常机械设计的主要流程，每个程序之间都具有一定的关联性，都不可独立存在，也不可打乱顺序。由此可见，机械设计不是简简单单的独立工程。另外，不管在设计阶段多么完善的机械产品，随着市场检验和用户要求的不断提高，都会出现缺陷，需要不断地进行更新、调整、改进，甚至淘汰。所以，机械设计是一个不断循环、不断优化的过程。

　　设计机械产品，流程固然重要，技术也是关键因素。近年来数字化、智能化技术的发展和引进，不仅提升了机械设计的整体质量和效率，也对产品的美观性、智能性和实用性提出了很高的要求。以下产品均采用了数字化的设计手段， 实现了大型、复杂产品设计的高效率、高质量和短周期。

　　数字化技术大大简化了机械产品的设计流程，使得客户定制化产品更容易实现。例如，西门子的 3D 实体建模软件 NX，可以轻松实现对产品的每个零件进行建模，然后根据约束条件装备为一个整体，在虚拟环境内，充分检测部件或零件之间的配合关系和尺寸公差，以及实际运行的动力学和运动学特征，在生产前就能确保产品质量和性能，简化样品制造，减少设计更改。

　　上面的回答简单、理论了些，我再举一个实际的例子——称重给料机的设计。总体来说，称重给料机作为一种配置型产品，在设计时一般会根据客户的要求，事先在 NX 软件的虚拟环境中，完成完整的数字化产品建模，并综合运用三维建模技术、仿真分析技术和信息化数据管理技术规范机械产品的设计流程、产品标准，同时提高机械产品的设计质量和设计成功率，减少设计错误。此外，还可以在设计过程中，结合其应用环境，评估设计方案是否合理，直接在虚拟环境内对数字化产品模型进行改进和修正。

　　称重给料机根据流量和行业，分为 WW100 和 WW200 两个系列。本文以 WW200 为例详细说明设计过程。

　　WW200 是一款配置型产品，根据客户的生产要求、场地的大小、配料的流量、现场卫生条件，以及控制系统等要求，根据设计公式计算配置参数，步骤如下：

　　其他更详细的技术参数计算过程和公式，此处就不多涉及了。除通过上述公式对结构尺寸和参数计算之外，还要根据其他公式对电机功率，减速箱的选择、称重传感器、速度编码器，以及其他零部件的尺寸和型号的确定进行计算，根据计算结果获得相关参数，利用西门子的三维设计软件 NX 设计出给料机的实际结构和外形，设计者可以从不同的视角观察产品的实体结构。而且，NX 软件还提供了常用零部件和标准件数据库，方便选择标准件和常用件，使得产品的装配非常方便。在装配体界面下，软件还能反馈出部件间的配合质量，检查零部件之间的干涉和间隙。在产品设计完成后，对不同的零件加载不同的材料属性信息，在机械产品设计图中增添配件、零件的属性信息，促进数字化设计技术在机械产品全生命周期中的应用。

　　虚拟仿真技术根据机械产品的设计原型，模拟实际生产过程中的状态。根据实际工况，对关键零部件进行受力分析，验证零件参数的合理性。在本设计案例中，对两端的驱动滚筒和从动滚筒进行受力分析，结果如下：

　　参数化设计技术与三维设计软件 NX 相结合，为机械产品的数字化设计提供了复合建模的技术功能。产品 WW200 系列的外形尺寸是根据客户要求和现场工况决定的，所以对产品的头尾轮间距以及皮带宽度等变量采用参数化设计，在建模过程中，长度和宽度均采用变量代替具体数值，根据具体的要求，只要调整变量，产品的设计模型会自动更新，非常方便、高效。

　　以上主要介绍了产品结构的设计过程。一个产品除了由骨肉组成的躯体之外，还需要控制系统作为「大脑」来指挥其运动，完成目标任务。产品的控制部分，主要有两种实现方式：

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　　为满足一般客户的使用，我们采用 BW500 积分仪表，除自动传感器配平、多量程设定等功能之外，独有的双 PID 控制模式可以轻松实现流量控制功能。方案如下：

　　智能控制方式采用了西门子的智能高精度称重模块 WP241 或 FTC。全中文的触摸屏操作方式，和个性化定制界面足可以满足不同用户的需求。此外，西门子的称重模块可以与 TIA 控制系统直接集成，进行数据交换，增加了系统的灵活性。CPU、模块和触摸屏都可以根据客户的要求完全个性化定制，既节省成本，还可以实现网络信号传输等智能控制，实现企业的物料管理以及数字化方案。控制系统框图和个性化的控制界面如下。

　　说完具体的设计案例，我们再回到机械设计的本身。其实，机械设计也分不同的类型，每种类型也各有其特点，在此与各位知友分享。

　　机械设计在设计过程中，每个细节都要进行精确的计算，不管是前期的初始设计方案，三维立体建模，细节标准测算，还是样品检测，都包含大量的数据计算工作。这期间的工作量巨大，如果单凭人工计算，是很难在规定的时间内完成设计的，因此，在设计工作中，每个环节都离不开智能手段的辅助。而计算机等智能手段的实际应用不仅能够帮助我们快速完成设计工作，还能在设计分析时提供更多的可能性。因此，数字化机械设计的第一个特点就是——智能化的设计。

　　复杂产品的机械设计所涉及的工作内容较为复杂、繁琐，但相互间关联性又比较强、在实际设计工作中，每个环节是不能独立存在的，每个步骤都要相互协调，保证机械设计的精准性、一致性，确保达成设计目标。因此，在机械设计工作中要做好各个环节的相互关联、协同，始终保持设计方向和设计数据的一致性，不同环节的多位工程师要共同完成整体设计。

　　机械设计主要服务于社会大众，随着社会的不断发展，大众对于产品的要求也越来越高。作为机械设计师，要具备敏锐的嗅觉，时刻关注市场动态，不断地对设计进行创新、改进，紧抓行业发展的动向，将用户需求不断融入到设计中，保证机械设计的市场亲和力。

　　经济性设计，简单的说，就是在机械设计过程中确保设计的经济效益，在产品的不断更新换代过程中，始终坚持：保证实际质量的基础上尽可能提高机械设计的经济效益，保证设计企业的利益。在设计过程中还要注意对环境的保护，减少垃圾、废物、废水及有害气体的排放，对优化社会环境作出贡献。

　　在产品方案设计时，主要是思路。但这也不是天马行空，无所顾忌。对于各种方案，要能判断其好坏、优劣。所谓好坏，就是行还是不行；所谓优劣，就是这样的方案是好处多一些还是不利多一些。基础扎实，见得多，你的方案出彩的几率就大；多年实践能帮你迅速判断优劣。也就是，机械工程师没有多年的磨炼，心里是虚的。