怎样设计一个机械零件产品？设计的思路是什么？

怎样设计一个机械零件产品？设计的思路是什么？

这个题目放了四年，少有人问津，机械冷成这样，实在有点没天理

这是写给业余爱好者看的，尽量用最通俗的日常语言，原答案太啰嗦，大删大改

特别说明1 ：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

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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

《我爱发明》20170120 快刀切麻糖

一、需求分析 。通俗说就是你想对谁干什么，想干出什么样的后果，下面：

这个叫麻糖，要干的是把这种长方大块，切割成1CM左右的薄条

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

三、现状分析 。也就是现在，没这台机械之前，是怎么切的，是这样的：

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菜刀斜推平切

以上步骤可以根据项目情况灵活选择，可以三个，可以五个，甚至可以几百个

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

设计的粗略（不完整）过程：

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A、整机选型：1、流水结构 2、单机结构 3、混合结构

选2

分析：动作，仅仅一个切割，物料，仅仅一种形态，典型的单工形式，故选2

B、动作初步分解

2.1送料

特点：固体料、无变形、重量轻、跌进小、定长可调

｜等等

C－B2.1：随动式平板缺口型，直线往复运动定尺板

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

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回到发明人的这台设备上，看看有哪些可以改进的地方

上面四个截图，仅仅是为了说明这种送料机构有多复杂

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

这个图是借用，并不是指本例的设计

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

机械产品的可靠性，与机构零件等数量，是负相关的，这一点设计时务必牢记

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

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

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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

－－－－－－还是上图说明容易明白一点

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

画完以后，检视一下，有没有明显的漏洞，然后，单独设计模块

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

B2.1－1：

这个时候，先不要设计细节，仅仅画一个方管也可以

然后，可以考虑几个因素了

1、材料与加工方式。这种情况，普遍使用剪板折弯，加工方便成本低

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

B2.1－2：

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

B2.1－3：

下图，是区分设计能力的一个关键点：

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

B2.1－4：

下图，是另一种设计思维

这种设计，就是坚持宁少勿多，宁死不活的结果

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？

B2.1－5：

尝试将定尺改为无级变速似的尺寸调节结构，实现任意调节

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

说明，在调节螺杆对应的侧边料槽上，应当有螺座，没画上去

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

看上去很好，就是真的无可挑剔的最好吗？

B2.1－6：

上面这个设计，仍然不是最优选，分析：

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

这个时候就产生了配套选项：二个配合的工具

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

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（草稿待补充）

C－2.2圆刀切割模块：

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－2.2－3：刀盘的深度再设计，如何大幅度地提高切割效率并改善受力

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，芝士回答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

芝士回答上答机械问题实在有如人间地狱

十分郁闷，不再往下写了，我还是去吹水非专业话题玩