1 介绍

1.1 概述

机械设计是一个多学科交叉的领域，涉及到材料科学、力学、控制理论等多个方面。设计师需要综合考虑各种因素，以确保设计的机械机构既可靠又高效。

机械专业的核心课程：机械原理、机械设计、理论力学、材料力学。

1.2 机械机构设计基本步骤

• 需求分析：确定机械系统需要完成的任务和性能要求。
• 概念设计：提出可能的设计方案，考虑不同的机构类型和布局。
• 详细设计：选择最佳设计方案，进行详细的几何设计和尺寸计算。
• 分析与优化：使用静力学、动力学和刚度学原理对设计进行分析，优化以满足性能要求。
• 原型制作与测试：制作原型并进行实际测试，验证设计是否符合预期。
• 迭代改进：根据测试结果进行必要的设计调整和优化。

1.3 关键

1.3.1 静力学

静力学是研究物体【刚体】在静止状态下或匀速直线运动状态下力和力矩的平衡的科学。在机械设计中，静力学用于分析结构在静止或已知负载下的应力、应变和位移。设计时需要考虑静载荷，如重力、摩擦力和预应力等。

科学合理的静力学分析可以避免产品发生断裂、变形、倾翻等问题。静力学分析涉及的公理和推论在计算过程中对于科学计算和简化流程有很大的作用。不同类型的约束又能起到不同的作用。

1.3.2 动力学

动力学是研究物体运动规律的科学，包括线性运动和旋转运动。在机械设计中，动力学用于分析和预测机构的运动特性，如速度、加速度、惯性力等。设计时需要考虑动态载荷，如由于运动产生的离心力、振动等。

1.3.3 运动学

1.3.4 刚度学

刚度学是研究结构在受到力作用时抵抗变形的能力。机械设计中的刚度分析包括局部刚度和整体刚度，以及静态刚度和动态刚度。刚度对于确保机械系统在预期负载下保持形状和尺寸至关重要。

1.4 示例【机械臂】

引用 浅谈机器人中的机械–南方科技大学 Robook

2 资料

2.1 知识体系

2.2 博客类汇总

• Ben哥3D研究所：https://space.bilibili.com/363883069/
• 小白的3DP乐园：https://space.bilibili.com/415209268/
• 麦克斯的修复领域：https://space.bilibili.com/306979414
• 阿偉制造：https://space.bilibili.com/50132752/
• 404小设：https://space.bilibili.com/285706426/
• 林果儿linguoer：https://space.bilibili.com/1069577466/
• 黑人黑科技：https://space.bilibili.com/14368720/
• Owen来造：https://space.bilibili.com/1363795039/
• 极物技：https://space.bilibili.com/365355167/
• solidworks魔方云学院：https://space.bilibili.com/31958155/
• 睡不醒的艾尔文：https://space.bilibili.com/629972870/
• K总宅在家：https://space.bilibili.com/3104478/
• SolidWorks大魔王：https://space.bilibili.com/493661479/
• Melonshu：https://space.bilibili.com/678073/
• 汇影科普：https://space.bilibili.com/1152816605
• SWEDU：https://space.bilibili.com/596425120/
• Ultimaker官方：https://space.bilibili.com/508148610/
• 设计推演：https://space.bilibili.com/381996440/
• 永恒跳动的火焰：https://space.bilibili.com/373039846/
• 机械图纸狗_聂同学L：https://space.bilibili.com/323945391/
• 硬核拆解：https://space.bilibili.com/427494870/
• 稚晖君：https://space.bilibili.com/20259914/
• 帆雨动画：https://space.bilibili.com/22084320/
• 极客匠：https://space.bilibili.com/129259501/
• 方猫boom：https://space.bilibili.com/138624168/
• Maker’s Muse: https://www.youtube.com/c/MakersMuse
• How To Mechatronics: https://www.youtube.com/c/HowToMechatronics
• CAD CAM TUTORIAL: https://www.youtube.com/c/CADCAMTUTORIAL
• WildRoseBuilds: https://www.youtube.com/c/WildRoseBuilds
• Mechanistic: https://www.youtube.com/user/dannysltang
• Fusion 360 School: https://www.youtube.com/c/Fusion360School
• GoEngineer: https://www.youtube.com/c/goengineer
• plusAlpha Designs: https://www.youtube.com/channel/UCYA3Vr-8D2DFgt7JeqX6WMA
• MISUMI: https://www.youtube.com/c/MISUMI-US
• Jared Owen: https://www.youtube.com/c/JaredOwen
• Lars Christensen: https://www.youtube.com/user/cadcamstuff
• SolidWorks Tutorial: https://www.youtube.com/c/Sw-tcNet
• CNC Kitchen: https://www.youtube.com/c/CNCKitchen

2.3 免费CAD模型获取

• GrabCAD，各种CAD模型都有，体量比较大：https://grabcad.com/library
• TraceParts，成百上千家供应商零件的CAD模型： https://www.traceparts.com/
• PartCommunity，跟TraceParts类似，除了供应商的零件外，还有许多手册、标准的PDF库：https://b2b.partcommunity.com/community/
• Thingiverse，汇集了全世界各DIY爱好者分享的3D模型（偏向3D打印），https://www.thingiverse.com/
• 微信公众号“SolidWorks研习社”，每天会分享不同模型与一些建模技巧
• 上面都是免费可以获取的资源，如果舍得花钱，还有“沐风网”可以看看

2.4 3D打印

How to Design the Thread in 3D Printed Plastic
https://www.robook.org/assets/files/How%20to%20Design%20the%20Thread%20in%203D%20Printed%20Plastic-bc677065504bafd0fa913b2a060ef68e.pdf

2.5 SolidWorks

Tips When Doing CAD Collaboration
https://www.robook.org/assets/files/Tips%20for%20SolidWorks%20Desgin-ec50917a4a1c3ddc1945dfca97ca7ea7.pdf

3 具备能力

3.1 熟练翻阅 机械设计手册

对于标准件以及常用件的一些技术特征要了熟于心。比如要清楚各类轴承，带传动，链传动，齿轮传动，丝杠传动，蜗轮蜗杆等的使用场合，使用方式，以及相关的技术特征。对于具体应用时的选型计算则可对照设计手册的图表和公式进行具体确定。

3.2 知道 N 家常用件供应商并熟练翻阅其产品样本 【MISUMI米思米】

现在机械设计趋向于模块化，对于机械设备制造工厂的整体技术要求更侧重于对于一些配件和部件的组装应用。比如台湾HIWIN，日本THK，德国FAG，FESTO…对于此，要做到当你在设计某个零件或部件或要完成某个动作或功能的时候必须得知道目前是否有专业的厂商在生产或提供能实现某个部位的功能要求的成熟的零配件。

3.3 熟悉原材料情况

不同的功能组件对强度、耐腐蚀度、摩擦系数、密度、成本等有不同需要，好的机械设计开发者需要熟悉原材料具备的特征。

3.4 深度了解各类常用机床的结构原理和性能特点

设计一款现代机械产品就是搭积木，了解各部件是如何生产出来的很重要。

机加工中常见的车，铣，钻，刨，磨，镗等，对应机床上应用的结构或原理都是经过了数十上百年的考验，对于其稳定性和可应用性要做了解。

【物理动图】最全的机械加工直观动图，这次让你看明白！

3.5 具备一定的装配能力

好不好装配，影响装配工的心情，如螺钉不好下手装；
尺寸有出入，影响装配工能否使用合适工具，如花键出现尺寸出入，使用锤子敲击；
组件有干涉，影响电器件线束合理布置，如 DB9、M12 接头需要拆了才能安装；

上述一些问题，对具备装配能力的人来说，可能更容易发现。提前发现就能设计更完美的产品，后续虚心接受装配建议，也能迭代更好。

只管设计不管装配，不是一个好设计。

3.6 了解一些钣金知识，金属材料与热处理知识

比如低碳钢，中碳钢，高碳钢，常见合金钢一些常见的特性，通用性材料的屈服点，抗拉强度，热处理前后硬度特性。

参考

1、机械工程师最完整知识体系图，学到死的节奏！
2、奔跑的蜗牛–机械工程师想要进阶应该怎么办？
3、开挂一样的学习机械方法！！
4、【创艺·说】 回顾 | 机械设计基础
5、物理引擎–Open Dynamics Engine(ODE)
6、机械设计需要哪些知识？这是最全的一篇文章！
7、【物理动图】最全的机械加工直观动图，这次让你看明白！
8、理论力学 PPT
9、一组机械机构原理高清机械原理动画，值得细品
10、浅谈机器人中的机械–南方科技大学 Robook
11、大疆–YY硕–机器人工程师学习计划
12、《机械设计》知识点整理