机械设计的发展历摘要：机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式和能量的传递方式进行构思、分析和计算，并将其制造成产品的工作过程。

阐述了机械设计学科的发展历史，现代机械设计理论方法的特点。

分析了机械设计的设计理论及方法的各个发展进程，分析了机械设计的各个发展阶段和机械设计的发展趋势和发展现状以及机械设计的设计方法和应用，并简要分析了机械设计领域与发达工业国家存在的差距,指出了现代机械设计理论方法的发展方向。

当前制造业的竞争焦点实际上就是设计的竞争，目前进行现代机械设计理论方法的研究比以往任何时期都更加显得十分重要。

关键词: 机械设计理论，设计方法,发展进程，发展趋势，应用前景一、引言1.1、机械设计理论方法的发展经历了三个历史阶段。

1、从古代社会到17世纪为机械设计起源和古代机械设计阶段，17世纪前的“直觉设计阶段”和17世纪后的“经验设计阶段”、“传统设计阶段”。

通常统称为“传统设计阶段”。

传统的机械设计以经验为基础，运用设计手册、数学和力学公式进行设计，这种设计方法的特点是：设计水平低、成功率低、花费大、信息馈周期长。

它已远远不能满足产品的功能需求和市场需求，从而淡化出了历史的舞台。

2、由17世纪至第二次世界大战结束为近代机械发展阶段，从17世纪欧洲的航海，纺织，钟表等工业的兴起，提出了许多技术部题，英国组成了“哲学学院”，德国成立了实验研究会和柏林学会，法国，意大利也成立了研究机构。

这一时期，对机械设计提出了很多的要求，各种机械的载荷，速度，尺寸都有很大的提高，因此机械设计理论也在古典力学的基础上迅速发展。

材料力学，弹性力学，流体力学，机械力学。

疲劳力学，疲劳强度理论，实验应力分析方法等都取得了大量的成果，建立了自己的学科体系。

3、第二次世界大战结束直到现在为现代设计阶段，即为目前的现代设计阶段。

随着社会的发展，人们生活水平的不断提高，人类对机械产品提出了越来越高的要求，这就使得机械设计的理论和方法不断向前推进。

科学技术的不断进步，也为现代机械设计的理论和方法提供了手段。

而设计理论和方法的进步往往会带动产品的革新，从而形成良性循环。

1.2、国内外设计科学形成了不同的流派目前国内外设计科学形成了不同的流派，主要有以下几个主要流派：一是英、美、日的创造性设计学派。

他们认为设计包含创造、分析和决策三要素强调创新性方法研究，系统工程、价值分析、安全技术、人机工程，市场分析及CAD技术等；二是德国、北欧机械设计方法学学派。

他们强调系统总体设计，层次细、规范详细。

三是俄罗斯、东欧的新设计法学派。

他们强调基础，提倡发散、变性、收验三步设计程式。

四是中国的设计学。

他们强调综合、系统和适用性相统一。

现代机械设计方法是基于现代机械设计理论形成，而现代机械设计理论是对现代机械产品原理的科学总结，是判断产品能否满足设计要求的依据。

1.3、形成的主要的设计方法1、理论设计，根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计称为理论设计。

现以简单受拉杆件的强度设计为例来讨论理论设计的概念。

可以利用公式直接求解杆件必须的横截面积，也可以按其它方法先初步设计杆件的横截面尺寸，然后用强度计算公式去校核。

由于实际情况复杂多变，若安全系数选择过大，则产品傻、大、粗。

若安全系数过小，则很难保证安全性。

2、经验设计，根据对某类零件已有的设计与使用实践而归纳出的经验关系式或根据设计者个人的工作经验用类比的办法所进行的设计叫经验设计。

这对那些使用要求不大变动而结构形状已典型化的零件是很有效的设计方法。

例如箱体、机架、传动零件的各结构要素等。

随着设计产品的技术系统越来越复杂，技术含量不断提高，产品更新发展速度加快，经验类比的设计方法已不能满足市场需要。

3、模型实验设计，对于一些尺寸巨大而结构又很复杂的重要零件，尤其是一些重型整体机械零件，为了提高设计质量，可采用模型实验设计的方法。

即把初步设计的零、部件或机器做成小模型或小尺寸样机，经过实验的手段对其各方面的特性进行检验，根据实验结果对设计进行逐步的修改，从而达到完善。

这个设计方法费时、昂贵，因此，一般用于特别重要的设计中。

二、机械设计各阶段发展2.1、机械设计起源和古代机械设计我国近代的考古发现证明了一些传说和记载。

在浙江余姚河姆渡，河南郑裴李岗等遗址中都发现了七八千年以前制造相当精致的农具如石铲等。

我国古代经书中，对于古代使用，制造机械的情况有许多记载。

《周易》“系辞下”中有“黄帝，尧，舜氏作，刳木为舟，剡木为楫，剡楫之力以济不通”，“服牛乘马，引以致远”，“断木为杵，掘地为舀”。

由此可见，在4000多年以前，我国古代已经发明了车，船，农具和许多生活用具。

在《周易》第47卦“困”的卦辞中有“困于金车”，金车指用铜装饰起来的豪华马车。

清代学者章诚说“六经皆史”，在我国古代文献中随处可以见机械产品与人民生活密切的联系，在我国春秋战国时代的著作《道德经》中有“三十辐共一毂，像日月也”的说法，而在秦陵发掘出来的二号铜车马，车融会贯通就有30个车辐。

虽然据统计，当时的车每个车轮用30个轮辐，但是对轮辐的数目已经有了一定的规则。

此外，我国古代在武器，纺织机械，农具，船舶等方面也有许多发明，到秦汉时期（公元前221至公元220年）我国机械设计和制造已经达到相当高的技术水平，在当时世界上处于领选地位，在世界机械工程史上占有十分重要的位置。

在我国古代，机械发明，设计者与制造者是统一的。

有许多著名的人物，他们的成果代表了当时我国的机械的设计水平。

唐代的时侯我国与许多国家开展了经济，文华和科学技术的交流，与东南亚，南亚，阿拉伯，非洲东海岸贸易频繁，对中国和世界其它的一些国家有很大的影响。

由于贸易的发展，要求商品增加，从而改进生产设备，使机械设计有了很大的发展，造纸，纺织，农业，矿业，陶瓷，印染，兵器等都有了新的进展，机械设计水平也提高了一大步，宋代沈括的著作《梦溪笔谈》记载了当时的许多科学成就，反映了当时的科学水平。

世界其它的国家也有不少机械的成果。

但这些设计多是凭设计者的经验完成的缺乏必要的，有一定精度的理论的计算。

2.1、近代机械设计17世纪欧洲的航海，纺织，钟表等工业的兴起，提出了许多技术部题，1644年英国组成了“哲学学院”，德国成立了实验研究会和柏林学会，1666年，法国，意大利也成立了研究机构。

在这些机构中工作的意大利人伽里略（1564~1642）发表了自由落体定律，惯性定律，抛物体运动，还进行过梁的弯曲实验；英国人牛顿提出了到家动的三大定律，1688年，他提出了计算流体黏度阻力的公式，奠定了古典力学的基础；英国人虎克建立了在一定范围内弹性体的应力 - 应变成正比的胡克定律；1705年伯努力提出了梁弯曲的微分方程式，在古典力学的基础上建立和发展了近代机械设计的理论（也称常规机械设计理论），为18世纪产业革命中机械工业的迅速发展提供了有力的技术理论支持； 1764年英国人瓦特发明了蒸气机，为纺织，采矿，冶炼，船舶，食品，铁路等工业提供了强大的动力，推动了多种行业对机械的需求，使机械工业得到迅速的发展，而机械化使生产力迅速提高，进入了产业革命时代。

这一时期，对机械设计提出了很多的要求，各种机械的载荷，速度，尺寸都有很大的提高，因此机械设计理论也在古典力学的基础上迅速发展。

材料力学，弹性力学，流体力学，机械力学。

疲劳力学，疲劳强度理论，实验应力分析方法等都取得了大量的成果，建立了自己的学科体系。

在1854年德国学者劳莱克斯发表了著作《机械制造中的设计学》把过去溶在力学中的机械设计学独立出来，建立了以力学和制造为基础的新科学体系，由此放生了“机构学”，“机械零件设计”，成为机械设计中的基本的内容。

在这一基础上，机械设计学得到了很快的发展。

在疲劳强度，接触应力，断裂力学，高温蠕变，流体动力润滑，齿轮接触疲劳强度计算，弯曲疲劳强度计算，滚动轴承强度理论等方面都取得了大量的成果，新工艺，新材科的，新结构的不断涌现没什么械设计的水平也取得了很大的发展。

机器的尺寸减少，速度增加，性能提高，机械设计的计算方法和数据积累也相应有了很大的发展，反映了时代的特色。

2.3、我国现代机械设计理论和方法的现状据2010年统计，我国制造业的工业增加值已居世界第二位，这说明中国成为了世界制造大国，但是距离世界制造强国的目标还有很长的路要走。

分析后不难发现，表面上是产品的性能和质量上与发达国家的差距较大，本质上是我国的机械产品缺乏自主知识产权和自主创新产品。

我国在机械产品设计理论、方法和技术领域的落后，凸显了加快发展机械产品现代设计理论方法研究的重要性和紧迫性。

二十世纪八九十年代，我国机械行业为了打造“数字化”和“信息化”工厂，许多企业花巨资购买了高端的软件，并培训了一大批机械设计人员。

但仅仅是实现了机械设计的“甩图板”目的，而三维CAD／CAM／CAE、仿真设计等应用却很少。

采用先进的CAD软件进行工程绘图或做产品结构优化计算虽然能减轻设计人员的工作强度，提高机械设计效率，但机械设计不等于机械制图加计算，不能从根本上解决中国目前机械设计水平低下的问题。

当前机械设计常用方法如下。

1：系统化设计方法。

其主要特征方法是：将设计的几个设计元素组成的一个系统，每一个设计拥有独立的设计元素，各元素之间存在有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素进行组合后可以完成设计系统所需的任务。

2：结构模块化设计方法。

此方法是通过结构模块的组合，实现产品的方案设计。

这种方法适用于特定种类的机械产品。

原因是其组成部分的功能较为明确且相对稳定，结构模块的划分相对容易。

结构模块化设计方法的基本要求是：在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，不同的产品可以通过选择和组合这些模块化基本结构组建而成。

3：智能化设计方法智能化设计方法的主要特点是借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，根据设计方法学理论，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述产品的结构。

目前，利用三维图形软件和虚拟现实技术进行设计是智能化设计方法的主要途径，因其直观性好而被用户接受。

但其系统性较差，且零部件的结构、形状，尺寸，位置的台理确定，要求软件具有较高的智能化程度，一般有丰富经验的设计者可以熟练应用。

4：基于产品特征知识的设计方法。

用计算机能够识别的语言描述产品的特征是基于产品特征知识设计方法的主要特点，其特点还有可以表述其设计领域专家的知识和经验，并建立相应的知识库及推理机，计算机辅助产品的方案设计可以利用已存储的领域知识和建立的推理机制进行相关应用。

在机械产品方案设计中，视能够实现特定功能的通用零件、部件或常用机构为结构模块，同时将其应用到系统化设计有关层次的具体设计中，不仅可以保证设计的规范化，而且可以简化设计过程，提高设计效率和质量，降低设计成本。