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机械设计是为了满足机器的某些特定功能要求而进行的创造性工作，即应用新的原理或新的概念，开发创造出新的产品，或对现有机器局部进行创造性的改造性的改革，如改进不合理的结构、增加或减少机器的功能、提高机器的效率、降低机器能耗、变更机器的零件、改用新材料等。其主要内容包括对机器和零件的工作能力设计、结构设计、设计计算机理、设计计算方法和步骤等。其设计的基本要求为[13]-[23]：
(1) 对机器设计的基本要求为实现预定的使用功能同时满足操作的方便性、工作的安全可靠性以及较低的经济成本等要求；
(2) 对机械零件设计的基本要求为在预期工作时间内能够正常可靠的工作以保证机器的各种功能的正常实现，另外尽量降低零件的生产制造成本，尽量采用标准化、系列化和通用化零件。
机械零件设计的一般步骤如下：
(1) 根据机器的工作情况，按力学方法建立零件简化的力学模型，确定零件上的计算载荷：
(2) 根据零件的使用要求，选择零件的类型与结构；
(3) 根据零件的工作条件和材料的力学性能等选择适当的零件材料；
(4) 根据零件可能的失效形式确定计算准则，并根据零件的工作能力准则，确定零件的基本尺寸，并加以标准化和圆整；
(5) 根据工艺性和标准化等原则进行零件结构设计；
(6) 绘制零件工作图，并编写说明书。
2.2 材料力学
材料力学的研究任务是在满足强度、刚度和稳定性的要求下，为设计既经济又安全的构件，提供必要的理论基础和计算方法。其主要的内容为分析工件材料在载荷的作用下的拉伸、压缩、剪切以及扭转、弯曲应力等问题。
为保证工程结构或机械的正常工作，构件应有足够的能力负担起应当承受的载荷。对构件正常工作的要求可归纳为[19]：
(1) 强度要求——在规定的载荷作用下构件不应发生破坏（断裂），即应具有足够的强度；
(2) 刚度要求——在载荷作用下构件所产生的变形应不超过工程上允许的范围，也就是要具有足够的刚度；
(3) 稳定性要求——承受载荷作用时，构件在其原有形态下的平衡应保持为稳定的平衡，也就是要满足稳定性要求。固体因外力作用而变形，称为变形固体。研究构件的强度、刚度和稳定性时，为抽象出力学模型，掌握与问题相关的主要属性，略去一些次要属性，对变形固体做下列基本假设：
(1) 连续性假设认为组成变形固体的物质毫无空隙地充满了变形固体的几何空间。
(2) 均匀性假设认为在变形固体的容积内，各处的力学性能完全相同。
(3) 各向同性假设认为变形固体在各个方向上的力学性能完全相同，具有这种属性的材料称为各向同性材料。
(4) 小变形假设：材料力学研究的问题，仅限于变形的大小远小于构件的原始尺寸，即小变形的情况。在小变形条件下，研究构件的平衡和运动时，可以忽略构件的变形，而按构件变形前的原始尺寸进行分析计算。
应用材料力学研究构件的强度、刚度和稳定性时，都是遵循上述假设进行的。
2.3 SolidWorks软件
SolidWorks是一款标准的3D设计软件。它提供了一套完整的实体建模、2D工程图绘制，以及设计分析功能。相比于其它设计软件，其为用户提供的各种功能缩短了设计过程所需要的时间。
SolidWorks主要功能特点：
(1) 实体建模
使用SolidWorks的拉伸、旋转、放样土台、抽壳和扫描切割等基于特征的三文实体造型工具，能够方便、快捷地创建任何复杂形状的实体，而具有参数化特征的实体能够通过对尺寸的改变来进行简单地改变实体的尺寸配置或通过使用代数表达式来定义参数间或尺寸变量间的数学关系。
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