第2章機(jī)械設(shè)計(jì)總論

1、2-1 機(jī)器的組成機(jī)器的組成2-2 設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序2-3 對機(jī)器的主要要求對機(jī)器的主要要求2-4 機(jī)械零件的主要失效形式機(jī)械零件的主要失效形式2-5 設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的基本要求設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的基本要求2-6 機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2-7 機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法2-8 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟2-9 機(jī)械零件的材料及其選用機(jī)械零件的材料及其選用2-10 機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化2-11 機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡介機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡介第第2章章 機(jī)械設(shè)計(jì)總論機(jī)械設(shè)計(jì)總論 人們?yōu)榱藵M足生產(chǎn)和生活的需要，研制

2、了類人們?yōu)榱藵M足生產(chǎn)和生活的需要，研制了類型繁多、功能各異的機(jī)器。尤其是蒸汽機(jī)出現(xiàn)型繁多、功能各異的機(jī)器。尤其是蒸汽機(jī)出現(xiàn)之后，使機(jī)器具有了完整的形態(tài)。之后，使機(jī)器具有了完整的形態(tài)。2-1 機(jī)器的組成機(jī)器的組成 一臺完整的機(jī)器的組成如下：一臺完整的機(jī)器的組成如下：原動機(jī)部分原動機(jī)部分傳動部分傳動部分執(zhí)行部分執(zhí)行部分潤滑、顯示、照明等輔助部分潤滑、顯示、照明等輔助部分控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器原動機(jī)部分原動機(jī)部分驅(qū)動整部機(jī)器以完成預(yù)定功能的動力驅(qū)動整部機(jī)器以完成預(yù)定功能的動力 源，最常見的是內(nèi)燃機(jī)、電動機(jī)。源，最常見的是內(nèi)燃機(jī)、電動機(jī)。 執(zhí)行部分執(zhí)行部分完成預(yù)定的動作，

3、位于傳動路線的終點(diǎn)。完成預(yù)定的動作，位于傳動路線的終點(diǎn)。 傳動部分傳動部分聯(lián)接原動機(jī)和執(zhí)行部分的中間部分。聯(lián)接原動機(jī)和執(zhí)行部分的中間部分。 控制部分控制部分保證機(jī)器的啟動、停止和正常協(xié)調(diào)動作。保證機(jī)器的啟動、停止和正常協(xié)調(diào)動作。傳感部分傳感部分將機(jī)器的工作參數(shù)，如位移、速度、加將機(jī)器的工作參數(shù)，如位移、速度、加速度、溫度、壓力等反饋給控制部分。速度、溫度、壓力等反饋給控制部分。輔助部分輔助部分包括機(jī)器的潤滑、顯示、照明等。也是包括機(jī)器的潤滑、顯示、照明等。也是保證機(jī)器正常工作不可缺少的部分。保證機(jī)器正常工作不可缺少的部分。2-2 設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序 機(jī)器的設(shè)計(jì)階段是決定機(jī)器好

4、壞的關(guān)鍵。機(jī)械機(jī)器的設(shè)計(jì)階段是決定機(jī)器好壞的關(guān)鍵。機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)造性的工作過程，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是保證設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)造性的工作過程，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要因素。因此，要求設(shè)計(jì)者特別注設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要因素。因此，要求設(shè)計(jì)者特別注意經(jīng)驗(yàn)的積累。意經(jīng)驗(yàn)的積累。機(jī)械設(shè)計(jì)的一般過程：機(jī)械設(shè)計(jì)的一般過程： 計(jì)劃階段計(jì)劃階段 方案設(shè)計(jì)階段方案設(shè)計(jì)階段 技術(shù)設(shè)計(jì)階段技術(shù)設(shè)計(jì)階段 技術(shù)文件編制階段技術(shù)文件編制階段設(shè)計(jì)任務(wù)書內(nèi)容設(shè)計(jì)任務(wù)書內(nèi)容機(jī)器的功能機(jī)器的功能 經(jīng)濟(jì)性估計(jì)經(jīng)濟(jì)性估計(jì) 制造要求的大致估計(jì)制造要求的大致估計(jì) 基本使用要求基本使用要求 預(yù)計(jì)的設(shè)計(jì)周期預(yù)計(jì)的設(shè)計(jì)周期 一、計(jì)劃階段一、計(jì)劃階段包括：需求分析、

5、明確功能、制定設(shè)計(jì)任務(wù)書。包括：需求分析、明確功能、制定設(shè)計(jì)任務(wù)書。二、二、方案設(shè)計(jì)階段方案設(shè)計(jì)階段 對機(jī)器的功能進(jìn)行綜合分析、確定功能參數(shù)、提對機(jī)器的功能進(jìn)行綜合分析、確定功能參數(shù)、提出實(shí)現(xiàn)方案。出實(shí)現(xiàn)方案。 在制定功能參數(shù)時(shí)一定要注意恰當(dāng)處理需要與可在制定功能參數(shù)時(shí)一定要注意恰當(dāng)處理需要與可能、理想與現(xiàn)實(shí)、長遠(yuǎn)目標(biāo)與當(dāng)前目標(biāo)等之間的關(guān)能、理想與現(xiàn)實(shí)、長遠(yuǎn)目標(biāo)與當(dāng)前目標(biāo)等之間的關(guān)系。系。 機(jī)器的功能分析，就是要對設(shè)計(jì)任務(wù)書提出的機(jī)機(jī)器的功能分析，就是要對設(shè)計(jì)任務(wù)書提出的機(jī)器功能中必須達(dá)到的要求、最低要求及希望達(dá)到的器功能中必須達(dá)到的要求、最低要求及希望達(dá)到的要求進(jìn)行綜合分析，最后確定出功能參

6、數(shù)。要求進(jìn)行綜合分析，最后確定出功能參數(shù)。 一般而言，實(shí)現(xiàn)同一個(gè)功能，有多種可能的方案。一般而言，實(shí)現(xiàn)同一個(gè)功能，有多種可能的方案。以螺紋制造為例：有車削、滾壓、板牙加工等方法。以螺紋制造為例：有車削、滾壓、板牙加工等方法。方法不同，其執(zhí)行部分的工作原理也不同。方法不同，其執(zhí)行部分的工作原理也不同。 確定出功能參數(shù)后，即可提出可能采用的方案。確定出功能參數(shù)后，即可提出可能采用的方案。尋求方案時(shí)可按執(zhí)行部分方案、原動機(jī)部分方案、尋求方案時(shí)可按執(zhí)行部分方案、原動機(jī)部分方案、傳動部分方案的順序進(jìn)行，再綜合機(jī)器的可能方案，傳動部分方案的順序進(jìn)行，再綜合機(jī)器的可能方案，最后對方案進(jìn)行評價(jià)。最后對方案進(jìn)行

7、評價(jià)。方案評價(jià)原則：方案評價(jià)原則： 經(jīng)濟(jì)性、可靠性、技術(shù)上可行。經(jīng)濟(jì)性、可靠性、技術(shù)上可行。 經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性：總費(fèi)用最低?？傎M(fèi)用最低。 可行性可行性： 根據(jù)不同的工作原理，可以擬定多種不同具根據(jù)不同的工作原理，可以擬定多種不同具體方案，但技術(shù)上可行的僅有幾個(gè)。體方案，但技術(shù)上可行的僅有幾個(gè)?？傎M(fèi)用總費(fèi)用設(shè)計(jì)制設(shè)計(jì)制造費(fèi)用造費(fèi)用使用費(fèi)用使用費(fèi)用費(fèi)用費(fèi)用復(fù)雜程度復(fù)雜程度 方案設(shè)計(jì)階段要正確處理方案設(shè)計(jì)階段要正確處理好好借鑒借鑒與與創(chuàng)新創(chuàng)新的關(guān)系。的關(guān)系。 同類機(jī)器的成功的先例應(yīng)同類機(jī)器的成功的先例應(yīng)當(dāng)借鑒，但其中的薄弱環(huán)節(jié)和當(dāng)借鑒，但其中的薄弱環(huán)節(jié)和不符合現(xiàn)有任務(wù)要求的部分應(yīng)不符合現(xiàn)有任務(wù)要求的部分

8、應(yīng)當(dāng)加以改進(jìn)或替換。當(dāng)加以改進(jìn)或替換。一味求新而把合理的原有經(jīng)驗(yàn)棄置不用一味求新而把合理的原有經(jīng)驗(yàn)棄置不用保守和照搬原有設(shè)計(jì)保守和照搬原有設(shè)計(jì)堅(jiān)決反對堅(jiān)決反對三、三、技術(shù)設(shè)計(jì)階段技術(shù)設(shè)計(jì)階段 繪制總裝配草圖、部件裝配草圖，由草圖確定零繪制總裝配草圖、部件裝配草圖，由草圖確定零部件的外形、基本尺寸和零件工作圖。部件的外形、基本尺寸和零件工作圖。 為了確定零件的基本尺寸，必須完成以下工作：為了確定零件的基本尺寸，必須完成以下工作： 1）機(jī)器的運(yùn)動學(xué)設(shè)計(jì)機(jī)器的運(yùn)動學(xué)設(shè)計(jì) 2）機(jī)器的動力學(xué)設(shè)計(jì)機(jī)器的動力學(xué)設(shè)計(jì) 確定原動機(jī)的參數(shù)（功率、轉(zhuǎn)速、線速度等）。確定原動機(jī)的參數(shù)（功率、轉(zhuǎn)速、線速度等）。求解構(gòu)件

9、的運(yùn)動參數(shù)（轉(zhuǎn)速、速度、加速度等）。求解構(gòu)件的運(yùn)動參數(shù)（轉(zhuǎn)速、速度、加速度等）。計(jì)算各主要零件所受公稱載荷的大小和特性。計(jì)算各主要零件所受公稱載荷的大小和特性。 3）零件的工作能力設(shè)計(jì)零件的工作能力設(shè)計(jì) 由公稱載荷大小和特性，根據(jù)工作能力準(zhǔn)則由公稱載荷大小和特性，根據(jù)工作能力準(zhǔn)則作零部件的初步設(shè)計(jì)。通過計(jì)算或類比得出零作零部件的初步設(shè)計(jì)。通過計(jì)算或類比得出零件的基本尺寸。件的基本尺寸。4）部件裝配草圖及總裝配草圖的設(shè)計(jì)部件裝配草圖及總裝配草圖的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)。 5）主要零件的校核計(jì)算主要零件的校核計(jì)算 以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸為依據(jù)，對零件進(jìn)行精確的受以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸為依據(jù)，對零件進(jìn)行精確的受力分

10、析和工作能力校核計(jì)算。力分析和工作能力校核計(jì)算。 四、技術(shù)文件編制階段四、技術(shù)文件編制階段 技術(shù)文件技術(shù)文件用來說明產(chǎn)品性能、設(shè)計(jì)、制造、用來說明產(chǎn)品性能、設(shè)計(jì)、制造、操作使用、維護(hù)、或其它所有與產(chǎn)品相關(guān)的文檔資操作使用、維護(hù)、或其它所有與產(chǎn)品相關(guān)的文檔資料。料。 技術(shù)文件技術(shù)文件 設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)說明書 使用說明書使用說明書 零件明細(xì)表零件明細(xì)表 標(biāo)準(zhǔn)件匯總表標(biāo)準(zhǔn)件匯總表產(chǎn)品驗(yàn)收條件產(chǎn)品驗(yàn)收條件. . 技技術(shù)術(shù)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)方方案案設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)計(jì)劃劃提出任務(wù)提出任務(wù)分析對機(jī)器的要求分析對機(jī)器的要求確定任務(wù)要求確定任務(wù)要求機(jī)器功能分析機(jī)器功能分析提出可能的解決辦法提出可能的解決辦法組合幾種可能的方案組合

11、幾種可能的方案決策決策選定方案選定方案明確構(gòu)形要求明確構(gòu)形要求結(jié)構(gòu)化結(jié)構(gòu)化選擇材料、確定尺寸選擇材料、確定尺寸零件設(shè)計(jì)零件設(shè)計(jì)編制技術(shù)文件編制技術(shù)文件評價(jià)評價(jià)決策決策確定結(jié)構(gòu)形狀與尺寸確定結(jié)構(gòu)形狀與尺寸評價(jià)評價(jià)部件設(shè)計(jì)部件設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)機(jī)器設(shè)計(jì)的一般流程機(jī)器設(shè)計(jì)的一般流程五、計(jì)算機(jī)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用五、計(jì)算機(jī)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 利用計(jì)算機(jī)，可進(jìn)行多方案的比較，還可以在利用計(jì)算機(jī)，可進(jìn)行多方案的比較，還可以在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建虛擬樣機(jī)，利用虛擬樣機(jī)仿真對設(shè)計(jì)算機(jī)上構(gòu)建虛擬樣機(jī)，利用虛擬樣機(jī)仿真對設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。 利用計(jì)算機(jī)利用計(jì)算機(jī), ,可提高計(jì)算的速度和精度可提高計(jì)算的速度和精度,

12、,提高設(shè)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。計(jì)質(zhì)量和效率。使用功能要求使用功能要求2-3 對機(jī)器的主要要求對機(jī)器的主要要求 在滿足預(yù)期功能的前提下，要求在滿足預(yù)期功能的前提下，要求性能好、效率性能好、效率高、成本低，造型美觀，高、成本低，造型美觀，在預(yù)定使用期限內(nèi)要在預(yù)定使用期限內(nèi)要安全安全可靠，操作方便、維修簡單?？煽?，操作方便、維修簡單?；疽笕缦拢夯疽笕缦拢航?jīng)濟(jì)性要求經(jīng)濟(jì)性要求勞動保護(hù)要求勞動保護(hù)要求可靠性要求可靠性要求其它專用要求其它專用要求二、經(jīng)濟(jì)性要求二、經(jīng)濟(jì)性要求機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、制造和使用的全過程中，設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)就要全面綜制造和使用的全過程中，設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)就要全

13、面綜合地進(jìn)行考慮。設(shè)計(jì)制造的經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)為機(jī)器的合地進(jìn)行考慮。設(shè)計(jì)制造的經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)為機(jī)器的成本低，使用經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)為高生產(chǎn)率，高效率，成本低，使用經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)為高生產(chǎn)率，高效率，低能耗，以及低的管理和維護(hù)費(fèi)用等。低能耗，以及低的管理和維護(hù)費(fèi)用等。一、使用功能要求一、使用功能要求機(jī)器應(yīng)具有預(yù)定的使用功機(jī)器應(yīng)具有預(yù)定的使用功能。這主要靠正確地選擇機(jī)器的工作原理，正確能。這主要靠正確地選擇機(jī)器的工作原理，正確地設(shè)計(jì)或選用能夠全面實(shí)現(xiàn)功能要求的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、地設(shè)計(jì)或選用能夠全面實(shí)現(xiàn)功能要求的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和原動機(jī)，以及合理地配置必要的輔助傳動機(jī)構(gòu)和原動機(jī)，以及合理地配置必要的輔助系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。提高

14、設(shè)計(jì)和制造經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的主要途徑有提高設(shè)計(jì)和制造經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的主要途徑有: 1）采用先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法）采用先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法(CAD)，使設(shè)計(jì)參數(shù)最，使設(shè)計(jì)參數(shù)最 優(yōu)化優(yōu)化,達(dá)到盡可能精確的計(jì)算結(jié)果達(dá)到盡可能精確的計(jì)算結(jié)果,保證機(jī)器足夠保證機(jī)器足夠 的可靠性。的可靠性。2）最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化的零、）最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化的零、 部件。部件。3）盡可能采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料。）盡可能采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料。4）合理地組織設(shè)計(jì)和制造過程。）合理地組織設(shè)計(jì)和制造過程。5）力求改善零件的結(jié)構(gòu)工藝性，使其用料少、易加）力求改善零件的結(jié)構(gòu)工藝性，使其用

15、料少、易加 工、易裝配。工、易裝配。1）合理地提高機(jī)器的機(jī)械化和自動化水平，以期）合理地提高機(jī)器的機(jī)械化和自動化水平，以期提高機(jī)器的生產(chǎn)率。提高機(jī)器的生產(chǎn)率。提高使用經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的主要途徑有提高使用經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的主要途徑有: 2）選用高效率的傳動系統(tǒng)，盡可能減少傳動的中）選用高效率的傳動系統(tǒng)，盡可能減少傳動的中間環(huán)節(jié)，以期降低能源消耗。間環(huán)節(jié)，以期降低能源消耗。3）適當(dāng)?shù)夭捎梅雷o(hù)及潤滑，以延長機(jī)器的使用壽）適當(dāng)?shù)夭捎梅雷o(hù)及潤滑，以延長機(jī)器的使用壽命。命。4）采用可靠的密封，減少或消除滲漏現(xiàn)象。）采用可靠的密封，減少或消除滲漏現(xiàn)象。1）要使機(jī)器的操作者方便和安全。）要使機(jī)器的操作者方便和安全。因此設(shè)

16、計(jì)時(shí)因此設(shè)計(jì)時(shí)要按照人機(jī)工程學(xué)的觀點(diǎn)布置各種按鈕、手柄，要按照人機(jī)工程學(xué)的觀點(diǎn)布置各種按鈕、手柄，使操作方式符合人們的心理和習(xí)慣。同時(shí)，設(shè)置使操作方式符合人們的心理和習(xí)慣。同時(shí)，設(shè)置完善的安全裝置、報(bào)警裝置、顯示裝置等。完善的安全裝置、報(bào)警裝置、顯示裝置等。2）改善操作者及機(jī)器的環(huán)境。）改善操作者及機(jī)器的環(huán)境。所設(shè)計(jì)的機(jī)器應(yīng)所設(shè)計(jì)的機(jī)器應(yīng)符合勞動保護(hù)法規(guī)的要求。降低機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪符合勞動保護(hù)法規(guī)的要求。降低機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲水平，防止有毒、有害介質(zhì)的滲漏，對廢水、聲水平，防止有毒、有害介質(zhì)的滲漏，對廢水、廢氣和廢液進(jìn)行治理。廢氣和廢液進(jìn)行治理。三、勞動保護(hù)和環(huán)境保護(hù)要求三、勞動保護(hù)和環(huán)境保護(hù)要求

17、機(jī)器的可靠度機(jī)器的可靠度指在規(guī)定的使用時(shí)間內(nèi)和預(yù)定指在規(guī)定的使用時(shí)間內(nèi)和預(yù)定的環(huán)境下機(jī)器能夠正常工作的概率。的環(huán)境下機(jī)器能夠正常工作的概率。 機(jī)器由于某種故障而不能完成預(yù)定的功能稱為機(jī)器由于某種故障而不能完成預(yù)定的功能稱為失效，它是隨機(jī)發(fā)生的，其原因是零件所受的載失效，它是隨機(jī)發(fā)生的，其原因是零件所受的載荷、環(huán)境溫度、零件本身物理和機(jī)械性能等因素荷、環(huán)境溫度、零件本身物理和機(jī)械性能等因素是隨機(jī)變化的。為了提高零件的可靠性，就應(yīng)當(dāng)是隨機(jī)變化的。為了提高零件的可靠性，就應(yīng)當(dāng)在工作條件和零件性能兩個(gè)方面使其變化盡可能在工作條件和零件性能兩個(gè)方面使其變化盡可能小。小。四、可靠性要求四、可靠性要求其它專

18、用要求其它專用要求針對不同機(jī)器所特有的要求。針對不同機(jī)器所特有的要求。例如：例如：1）對機(jī)床有長期保持精度的要求；）對機(jī)床有長期保持精度的要求；2）對飛機(jī)有質(zhì)量小，飛行阻力小而運(yùn)載能力大）對飛機(jī)有質(zhì)量小，飛行阻力小而運(yùn)載能力大的要求；的要求；3）對流動使用的機(jī)器有便于安裝和拆卸的要求；）對流動使用的機(jī)器有便于安裝和拆卸的要求；4）對大型機(jī)器有便于運(yùn)輸?shù)囊蟮鹊?。）對大型機(jī)器有便于運(yùn)輸?shù)囊蟮鹊?。五、其它專用要求五、其它專用要求什么是機(jī)械零件的失效？什么是機(jī)械零件的失效？ 機(jī)械零件由于某種原因不能正常工作時(shí)，稱機(jī)械零件由于某種原因不能正常工作時(shí)，稱為失效。為失效。工作能力工作能力：在不發(fā)生失效的

19、條件下，零件所能安：在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度。通常此限度是對載荷而言，所以全工作的限度。通常此限度是對載荷而言，所以習(xí)慣上又稱為習(xí)慣上又稱為承載能力承載能力。2-4 機(jī)械零件的主要失效形式機(jī)械零件的主要失效形式例如：發(fā)生強(qiáng)烈的振動；連接的松弛例如：發(fā)生強(qiáng)烈的振動；連接的松弛; ; 摩擦摩擦傳動的打滑等。傳動的打滑等。整體斷裂整體斷裂; ; 過大的殘余變形過大的殘余變形; ; 工作表面的過度磨損或損傷工作表面的過度磨損或損傷; ;破壞正常的工作條件破壞正常的工作條件; ;零件的失效形式零件的失效形式 1. 整體斷裂：整體斷裂：零件在受拉、壓、彎剪、扭等外載荷零件在受拉、壓、彎

20、剪、扭等外載荷作用時(shí)，由于某一危險(xiǎn)截面上的應(yīng)力超過零件的強(qiáng)作用時(shí)，由于某一危險(xiǎn)截面上的應(yīng)力超過零件的強(qiáng)度極限而發(fā)生的斷裂，或者零件在受變應(yīng)力作用時(shí)，度極限而發(fā)生的斷裂，或者零件在受變應(yīng)力作用時(shí)，危險(xiǎn)截面上發(fā)生的疲勞斷裂均屬此類。危險(xiǎn)截面上發(fā)生的疲勞斷裂均屬此類。2. 過大的殘余變形：過大的殘余變形：如果作用于零件上的應(yīng)力超過如果作用于零件上的應(yīng)力超過了材料的屈服極限，則零件將產(chǎn)殘余變形。了材料的屈服極限，則零件將產(chǎn)殘余變形。3. 零件的表面破壞：零件的表面破壞：零件的表面破壞主要是腐蝕、零件的表面破壞主要是腐蝕、磨損和接觸疲勞。磨損和接觸疲勞。4. 破壞正常的工作條件引起的失效：破壞正常的工作

21、條件引起的失效：有些零件只有有些零件只有在一定的工作條件下才能正常地工作。在一定的工作條件下才能正常地工作。機(jī)械零件失效的實(shí)例：機(jī)械零件失效的實(shí)例：潘存云教授研制輪齒塑性變形輪齒塑性變形潘存云教授研制齒輪輪齒折斷齒輪輪齒折斷 潘存云教授研制軸承內(nèi)圈破裂軸承內(nèi)圈破裂 潘存云教授研制軸承外圈塑性變形軸承外圈塑性變形齒面接觸疲勞齒面接觸疲勞軸瓦磨損軸瓦磨損失效實(shí)例失效實(shí)例過載斷裂過載斷裂疲勞斷裂疲勞斷裂1磨損磨損點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕功能失效功能失效熱膠合熱膠合冷膠合冷膠合塑性變形塑性變形疲勞斷裂疲勞斷裂2綜合失效綜合失效失效原因失效原因: 強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動穩(wěn)定性、強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動穩(wěn)定性、溫度等原

22、因。溫度等原因。 統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示： 斷裂僅占斷裂僅占4.79%; 腐蝕、磨損、疲勞破壞占腐蝕、磨損、疲勞破壞占73.88%。主要失效原因。主要失效原因。 避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求 結(jié)構(gòu)工藝性要求結(jié)構(gòu)工藝性要求 經(jīng)濟(jì)性要求經(jīng)濟(jì)性要求 質(zhì)量小的要求質(zhì)量小的要求 可靠性要求可靠性要求 機(jī)器是由各種各樣的零部件組成的，要使所設(shè)計(jì)機(jī)器是由各種各樣的零部件組成的，要使所設(shè)計(jì)的機(jī)器滿足基本要求，就必須使組成機(jī)器的零件滿的機(jī)器滿足基本要求，就必須使組成機(jī)器的零件滿足以下要求：足以下要求：2-5 設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的基本要求設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的基本要求1. 強(qiáng)度要求

23、強(qiáng)度要求 一、避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要一、避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求求應(yīng)保證零件有足夠的強(qiáng)度、剛度、壽命。應(yīng)保證零件有足夠的強(qiáng)度、剛度、壽命。 零件在工作中發(fā)生斷裂或不允許的殘余變形零件在工作中發(fā)生斷裂或不允許的殘余變形統(tǒng)屬于強(qiáng)度不足。統(tǒng)屬于強(qiáng)度不足。提高零件強(qiáng)度的措施有：提高零件強(qiáng)度的措施有：采用高強(qiáng)度的材料；采用高強(qiáng)度的材料； 使零件具有足夠的截面尺寸；使零件具有足夠的截面尺寸； 合理設(shè)計(jì)零件的截面形狀，增大慣性矩；合理設(shè)計(jì)零件的截面形狀，增大慣性矩； 采用熱處理和化學(xué)處理方法提高材料的強(qiáng)度性能；采用熱處理和化學(xué)處理方法提高材料的強(qiáng)度性能； 提高零件的制造精度，以減少工作時(shí)的動載荷；提

24、高零件的制造精度，以減少工作時(shí)的動載荷； 合理配置零件的相對位置，以降低零件的載荷。合理配置零件的相對位置，以降低零件的載荷。 提高零件剛度的措施有：提高零件剛度的措施有：增大零件的截面尺寸或增大慣性矩；增大零件的截面尺寸或增大慣性矩； 縮短支承的跨距或采用多點(diǎn)支承?？s短支承的跨距或采用多點(diǎn)支承。 2. 剛度要求剛度要求 零件在工作時(shí)的彈性變形不能超過允許的范圍零件在工作時(shí)的彈性變形不能超過允許的范圍稱為零件的稱為零件的剛度要求。剛度要求。 增大貼合面以降低壓力；采用精加工以降低表增大貼合面以降低壓力；采用精加工以降低表面不平度。面不平度。 3. 壽命要求壽命要求 影響零件壽命的主要因素有：影

25、響零件壽命的主要因素有： 疲勞破壞疲勞破壞腐蝕腐蝕磨損磨損 大部分零件工作在變應(yīng)力下，故疲勞破壞是引起大部分零件工作在變應(yīng)力下，故疲勞破壞是引起零件破壞的主要原因。影響疲勞強(qiáng)度的因素有：零件破壞的主要原因。影響疲勞強(qiáng)度的因素有：應(yīng)力集中；應(yīng)力集中；零件的尺寸大??；零件的尺寸大小；零件表面質(zhì)量及環(huán)境狀況：零件表面質(zhì)量及環(huán)境狀況： 零件處在腐蝕性介質(zhì)中工作時(shí)，可能使材料零件處在腐蝕性介質(zhì)中工作時(shí)，可能使材料遭到腐蝕。遭到腐蝕。抗腐蝕的措施有：抗腐蝕的措施有：表面發(fā)蘭（發(fā)黑）；表面發(fā)蘭（發(fā)黑）；表面鍍層；表面鍍層；表面涂漆；表面涂漆；表面陽極化。表面陽極化。二、結(jié)構(gòu)工藝性要求二、結(jié)構(gòu)工藝性要求 零件

26、工藝性良好的標(biāo)志零件工藝性良好的標(biāo)志在具體的生產(chǎn)條件下，在具體的生產(chǎn)條件下，零件要便于加工而加工費(fèi)用又很低，且便于裝配。零件要便于加工而加工費(fèi)用又很低，且便于裝配。工藝性的基本要求：工藝性的基本要求：1) 毛坯選擇合理毛坯選擇合理制備方法：選用型材、鑄造、鍛造、沖壓和焊接等。制備方法：選用型材、鑄造、鍛造、沖壓和焊接等。毛坯選擇與生產(chǎn)批量、材料性能和加工可能性有關(guān)。毛坯選擇與生產(chǎn)批量、材料性能和加工可能性有關(guān)。單件或小批量生產(chǎn)時(shí)，選用棒料、板材、型材或焊件。單件或小批量生產(chǎn)時(shí)，選用棒料、板材、型材或焊件。大批量生產(chǎn)時(shí)，往往選用鑄造、鍛造、沖壓等方法。大批量生產(chǎn)時(shí)，往往選用鑄造、鍛造、沖壓等方法

27、。2) 結(jié)構(gòu)簡單合理結(jié)構(gòu)簡單合理最好采用平面、柱面、螺旋面等簡單表面及其最好采用平面、柱面、螺旋面等簡單表面及其組合；組合；盡量減少加工面數(shù)和加工面積；盡量減少加工面數(shù)和加工面積；盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件；盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件；增加相同形狀、相同元素（直徑、圓角半徑、增加相同形狀、相同元素（直徑、圓角半徑、配合、螺紋、鍵、齒輪模數(shù)等）的數(shù)量；配合、螺紋、鍵、齒輪模數(shù)等）的數(shù)量；3) 合理的制造精度和表面粗糙度合理的制造精度和表面粗糙度 零件的加工成本隨精度和表面粗糙度的提高零件的加工成本隨精度和表面粗糙度的提高而急劇增加。決不能盲目追求高精度，應(yīng)在滿而急劇增加。決不能盲目追求高精度，應(yīng)在滿足使用要求的前提下，

28、盡量采用較低的精度和足使用要求的前提下，盡量采用較低的精度和表面質(zhì)量。表面質(zhì)量。4) 盡量減小零件的加工量盡量減小零件的加工量 毛坯形狀和尺寸應(yīng)盡量接近零件本身的形狀和毛坯形狀和尺寸應(yīng)盡量接近零件本身的形狀和尺寸。力求少或無切削加工，節(jié)約材料、降低成尺寸。力求少或無切削加工，節(jié)約材料、降低成本。本。 盡量采用精密鑄造、精密鍛造、冷軋、冷擠壓、盡量采用精密鑄造、精密鍛造、冷軋、冷擠壓、粉末冶金等先進(jìn)工藝滿足上述要求。粉末冶金等先進(jìn)工藝滿足上述要求。三、經(jīng)濟(jì)性要求三、經(jīng)濟(jì)性要求 零件的經(jīng)濟(jì)性首先表現(xiàn)在零件的生產(chǎn)制造成本上。零件的經(jīng)濟(jì)性首先表現(xiàn)在零件的生產(chǎn)制造成本上。 簡化零件的結(jié)構(gòu)，降低材料消耗；

29、簡化零件的結(jié)構(gòu)，降低材料消耗； 采用無余量、少余量的毛坯，減少加工工時(shí)；采用無余量、少余量的毛坯，減少加工工時(shí)；采用廉價(jià)而充足的材料代替昂貴材料；采用廉價(jià)而充足的材料代替昂貴材料；大型零件采用組合結(jié)構(gòu)而非整體結(jié)構(gòu)；大型零件采用組合結(jié)構(gòu)而非整體結(jié)構(gòu)；盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件。盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件。四、質(zhì)量小的要求四、質(zhì)量小的要求 減小質(zhì)量減小質(zhì)量的好處：的好處：節(jié)約材料；節(jié)約材料； 減小慣性，改善機(jī)器的動力性能。減小慣性，改善機(jī)器的動力性能。 減小質(zhì)量的措施：減小質(zhì)量的措施：采用緩沖裝置來降低零件所受沖擊載荷；采用緩沖裝置來降低零件所受沖擊載荷；采用安全裝置來限制作用在零件所受最大載荷；采用安全裝置來限制作用在

30、零件所受最大載荷；從零件應(yīng)力較小處削減部分材料，以改善零件從零件應(yīng)力較小處削減部分材料，以改善零件受力的均勻性，提高材料的利用率；受力的均勻性，提高材料的利用率；采用輕型薄璧沖壓件或焊接件代替鑄造、鍛采用輕型薄璧沖壓件或焊接件代替鑄造、鍛壓件；壓件；采用強(qiáng)重比高的材料。采用強(qiáng)重比高的材料。采用與工作載荷方向相反的預(yù)載荷，以降低采用與工作載荷方向相反的預(yù)載荷，以降低零件的工作載荷；零件的工作載荷；五、可靠性要求五、可靠性要求 零件的零件的可靠度可靠度是指在規(guī)定的使用時(shí)間內(nèi)和預(yù)是指在規(guī)定的使用時(shí)間內(nèi)和預(yù)定的環(huán)境條件下，零件能夠正常地完成其功能定的環(huán)境條件下，零件能夠正常地完成其功能的概率。的概率。

31、 零件的失效是隨機(jī)發(fā)生的，其原因是零件的失效是隨機(jī)發(fā)生的，其原因是零件所受的零件所受的載荷、環(huán)境溫度、零件本身物理和載荷、環(huán)境溫度、零件本身物理和機(jī)械性能等因素機(jī)械性能等因素是隨機(jī)變化的。為了提高零件是隨機(jī)變化的。為了提高零件的可靠性，就應(yīng)當(dāng)在工作條件和零件性能兩個(gè)的可靠性，就應(yīng)當(dāng)在工作條件和零件性能兩個(gè)方面使其變化盡可能小。方面使其變化盡可能小。2-6 機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則 剛度準(zhǔn)則剛度準(zhǔn)則 設(shè)計(jì)零件時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)零件的失效形式確設(shè)計(jì)零件時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)零件的失效形式確定其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。一般定其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。一般來講，有以下

32、幾種準(zhǔn)則：來講，有以下幾種準(zhǔn)則： 確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的塑性變形，確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的塑性變形，是最基本的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。是最基本的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。確保零件不發(fā)生過大的彈性變形。確保零件不發(fā)生過大的彈性變形。 壽命準(zhǔn)則壽命準(zhǔn)則 振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則 可靠性準(zhǔn)則可靠性準(zhǔn)則通常與零件的疲勞、磨損、腐蝕相關(guān)。通常與零件的疲勞、磨損、腐蝕相關(guān)。高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的設(shè)計(jì)應(yīng)注重此項(xiàng)準(zhǔn)則。高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的設(shè)計(jì)應(yīng)注重此項(xiàng)準(zhǔn)則。 當(dāng)計(jì)及隨機(jī)因素影響時(shí)，仍應(yīng)確保上述各項(xiàng)當(dāng)計(jì)及隨機(jī)因素影響時(shí)，仍應(yīng)確保上述各項(xiàng)準(zhǔn)則。準(zhǔn)則。強(qiáng)度準(zhǔn)則是指零件中的應(yīng)力不得超過許用值。強(qiáng)度準(zhǔn)則是指零件中的應(yīng)力不得超過許用值。一、強(qiáng)度準(zhǔn)

33、則一、強(qiáng)度準(zhǔn)則 即：即： limlim 材料的極限應(yīng)力材料的極限應(yīng)力脆性材料：脆性材料： lim = B (強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限)塑性材料：塑性材料： lim = S (屈服極限屈服極限)為了安全起見，引入安全系數(shù)為了安全起見，引入安全系數(shù)S，得：，得： lim/S或或 S為大于為大于1的數(shù)，的數(shù)，S過大，雖安全但浪費(fèi)材料；過大，雖安全但浪費(fèi)材料；S過過小，雖節(jié)省材料，但趨于危險(xiǎn)。小，雖節(jié)省材料，但趨于危險(xiǎn)。 許用應(yīng)力許用應(yīng)力二、剛度準(zhǔn)則二、剛度準(zhǔn)則 是指零件在力作用下的彈性變形量不得超過許是指零件在力作用下的彈性變形量不得超過許用值。即：用值。即： y yy 三、壽命準(zhǔn)則三、壽命準(zhǔn)則 影響零件使

34、用壽命的因素主要是腐蝕、磨損和疲影響零件使用壽命的因素主要是腐蝕、磨損和疲勞，前兩者還沒有成熟的計(jì)算方法，工程中通常勞，前兩者還沒有成熟的計(jì)算方法，工程中通常是求出使用壽命時(shí)的疲勞極限作為計(jì)算的依據(jù)。是求出使用壽命時(shí)的疲勞極限作為計(jì)算的依據(jù)。四、振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則四、振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則 保證機(jī)器中受激振零件的固有頻率與激振源的保證機(jī)器中受激振零件的固有頻率與激振源的頻率錯(cuò)開，頻率錯(cuò)開， 即要求：即要求：0.85 f fp或或 1.15 f fp如果不滿足條件，可采取如下措施：如果不滿足條件，可采取如下措施： 改變零件及系統(tǒng)剛性；改變零件及系統(tǒng)剛性； 增減支承；增減支承；調(diào)整支承的位置；調(diào)整支承的位置；

35、隔離激振源隔離激振源 ； 采用阻尼元件以減小零件的振幅。采用阻尼元件以減小零件的振幅。五、可靠性準(zhǔn)則五、可靠性準(zhǔn)則 可靠度的定義：可靠度的定義： 對件數(shù)為對件數(shù)為N0的一批零件進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)過時(shí)間的一批零件進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)過時(shí)間 t 之后有之后有N件仍能正常工作，則該零件在該試件仍能正常工作，則該零件在該試驗(yàn)環(huán)境條件下工作時(shí)間驗(yàn)環(huán)境條件下工作時(shí)間t的可靠度的可靠度R定義為：定義為：R= NR= N / N/ N0 0若若t t R R N NR是時(shí)間的函數(shù)。是時(shí)間的函數(shù)。 若在時(shí)間若在時(shí)間t+dt內(nèi)，又有內(nèi)，又有dN個(gè)零件失效，則個(gè)零件失效，則dt內(nèi)零內(nèi)零件的失效的比率定義為：件的失效的比率定義為：

36、NdtdNt/)(失效率失效率“-”“-”表示表示dN的增大將使的增大將使N減少。減少。分離變量并積分得：分離變量并積分得：RNNNdNtNNtlnln)(000即：即：tteR0)( 零件或部件的失效率零件或部件的失效率(t)與與時(shí)間時(shí)間t t的關(guān)系如右圖所示。這的關(guān)系如右圖所示。這個(gè)曲線又稱為浴盆曲線。個(gè)曲線又稱為浴盆曲線。 第第段代表早期失效階段。段代表早期失效階段。第第階段代表正常使用階段。階段代表正常使用階段。 第第段代表損壞階段段代表損壞階段 。 零件可靠度的另一個(gè)指標(biāo)是零件的平均工作時(shí)間零件可靠度的另一個(gè)指標(biāo)是零件的平均工作時(shí)間（也稱平均壽命）。對于不可修復(fù)的零件，平均壽（也稱平

37、均壽命）。對于不可修復(fù)的零件，平均壽命是指其失效前的平均工作時(shí)間，對于可修復(fù)的零命是指其失效前的平均工作時(shí)間，對于可修復(fù)的零件，則是指其平均故障間隔時(shí)間。件，則是指其平均故障間隔時(shí)間。2-7 機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法 常規(guī)設(shè)計(jì)方法是指采用一定的理論分析和計(jì)算，常規(guī)設(shè)計(jì)方法是指采用一定的理論分析和計(jì)算，結(jié)合人們在長期的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出的方法、結(jié)合人們在長期的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出的方法、公式、圖表等進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法。公式、圖表等進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法。機(jī)械零件的機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法常規(guī)設(shè)計(jì)方法常規(guī)設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法理論設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模型實(shí)驗(yàn)設(shè)

38、計(jì)一、一、 理論設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)根據(jù)長期總結(jié)出來的設(shè)計(jì)理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所進(jìn)根據(jù)長期總結(jié)出來的設(shè)計(jì)理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所進(jìn)行的設(shè)計(jì)。行的設(shè)計(jì)。以受拉桿為例，強(qiáng)度計(jì)算公式為：以受拉桿為例，強(qiáng)度計(jì)算公式為： lim/S或或 F/A lim/SF拉力，拉力， A截面積，截面積，lim材料的極限應(yīng)力。材料的極限應(yīng)力。 設(shè)計(jì)計(jì)算：設(shè)計(jì)計(jì)算：A FS/ lim校核計(jì)算有四校核計(jì)算有四種可選方式：種可選方式： = F/A F A lim/SSca = lim / Slim S Sca 計(jì)算安全系數(shù)計(jì)算安全系數(shù) 二、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)二、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)對某類零件已有的設(shè)計(jì)與使用實(shí)踐而歸根據(jù)對某類零件已有的設(shè)計(jì)與使用實(shí)踐而歸納出的經(jīng)驗(yàn)

39、公式，或根據(jù)設(shè)計(jì)者本人的設(shè)計(jì)經(jīng)納出的經(jīng)驗(yàn)公式，或根據(jù)設(shè)計(jì)者本人的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)用類比的方法所進(jìn)行的設(shè)計(jì)。這對于那些使驗(yàn)用類比的方法所進(jìn)行的設(shè)計(jì)。這對于那些使用要求變化不大而結(jié)構(gòu)形狀已典型化的零件，用要求變化不大而結(jié)構(gòu)形狀已典型化的零件，是很有效的設(shè)計(jì)方法。例如：箱體、機(jī)架、傳是很有效的設(shè)計(jì)方法。例如：箱體、機(jī)架、傳動件的結(jié)構(gòu)要素等。動件的結(jié)構(gòu)要素等。三、模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三、模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 把初步設(shè)計(jì)的零、部件或機(jī)器做成小模型或把初步設(shè)計(jì)的零、部件或機(jī)器做成小模型或小尺寸樣機(jī)，經(jīng)過試驗(yàn)的手段對其特性進(jìn)行檢小尺寸樣機(jī)，經(jīng)過試驗(yàn)的手段對其特性進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果再對設(shè)計(jì)進(jìn)行逐步修改，達(dá)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果再對設(shè)計(jì)

40、進(jìn)行逐步修改，達(dá)到完善。這種方法對于那些尺寸巨大而結(jié)構(gòu)又到完善。這種方法對于那些尺寸巨大而結(jié)構(gòu)又很復(fù)雜的重要零件的設(shè)計(jì)是一種很有效的方法。很復(fù)雜的重要零件的設(shè)計(jì)是一種很有效的方法。2-8 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟1) 根據(jù)零件的使用要求，選擇零件的類型和結(jié)構(gòu)。根據(jù)零件的使用要求，選擇零件的類型和結(jié)構(gòu)。 為此，必須對各種零件的不同類型、優(yōu)缺點(diǎn)、為此，必須對各種零件的不同類型、優(yōu)缺點(diǎn)、特性和使用范圍等，進(jìn)行綜合對比與正確選用。特性和使用范圍等，進(jìn)行綜合對比與正確選用。2) 根據(jù)機(jī)器的工作要求，計(jì)算作用在零件上的載荷。根據(jù)機(jī)器的工作要求，計(jì)算作用在零件上的載荷。3) 根據(jù)零件的工

41、作條件及對零件的特殊要求（如高根據(jù)零件的工作條件及對零件的特殊要求（如高溫環(huán)境等）選擇適當(dāng)?shù)牟牧?。溫環(huán)境等）選擇適當(dāng)?shù)牟牧稀?) 根據(jù)零件的失效形式，確定零件的計(jì)算準(zhǔn)則，通根據(jù)零件的失效形式，確定零件的計(jì)算準(zhǔn)則，通 過計(jì)算，確定零件的基本尺寸。過計(jì)算，確定零件的基本尺寸。5) 根據(jù)工藝性和標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)工藝性和標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。6) 細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)完成之后，必要時(shí)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)完成之后，必要時(shí) 進(jìn)行詳細(xì)的校核計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的校核計(jì)算，以判定結(jié)構(gòu)的合理性。算，以判定結(jié)構(gòu)的合理性。7) 繪制零件工作圖，并撰寫計(jì)算說明書。繪制零件工作圖，并撰寫計(jì)算說明書。選擇零件類型、結(jié)構(gòu)選擇零件類型、

42、結(jié)構(gòu)寫出計(jì)算說明書寫出計(jì)算說明書畫出零件工作圖畫出零件工作圖校校 核核 計(jì)計(jì) 算算 計(jì)算零件上的載荷計(jì)算零件上的載荷確定計(jì)算準(zhǔn)則確定計(jì)算準(zhǔn)則選擇零件的材料選擇零件的材料確定零件的基本尺寸確定零件的基本尺寸結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)零件的設(shè)計(jì)流程圖：零件的設(shè)計(jì)流程圖：黑色金屬黑色金屬有色金屬有色金屬鑄鐵鑄鐵鋼鋼金屬材料金屬材料一、常用材料一、常用材料低碳鋼低碳鋼 (08F)中碳鋼中碳鋼 (45)高碳鋼高碳鋼 (60)合金鋼合金鋼 (1Cr18）灰鑄鐵灰鑄鐵 (HT300)球墨鑄鐵球墨鑄鐵(QT500-5)2-9 機(jī)械零件的材料及其選用機(jī)械零件的材料及其選用鋁合金鋁合金 (LY12)銅合金銅合金 (Z

43、CuSn10P1)鑄鐵：鑄鐵：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 良好的液態(tài)流動性，可鑄造成形狀復(fù)雜的零件。良好的液態(tài)流動性，可鑄造成形狀復(fù)雜的零件。較好的減震性、耐磨性、切削性（指灰鑄鐵）、較好的減震性、耐磨性、切削性（指灰鑄鐵）、成本低廉。成本低廉。應(yīng)用：應(yīng)用： 應(yīng)用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之。應(yīng)用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之。鋼鋼：低碳鋼：低碳鋼 、中碳鋼、中碳鋼 、高碳鋼、合金鋼、結(jié)構(gòu)鋼、高碳鋼、合金鋼、結(jié)構(gòu)鋼、 工具鋼、特殊鋼工具鋼、特殊鋼( (不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼等不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼等) )、 鑄鋼等

44、。鑄鋼等。特點(diǎn)：特點(diǎn)：與鑄鐵相比，鋼具有高的強(qiáng)度、韌性和塑性。與鑄鐵相比，鋼具有高的強(qiáng)度、韌性和塑性。 可用熱處理方法改善其力學(xué)性能和加工性能?？捎脽崽幚矸椒ǜ纳破淞W(xué)性能和加工性能。鋼的選用原則：鋼的選用原則：優(yōu)選碳素鋼，其次是硅、錳、硼、釩類合金鋼。優(yōu)選碳素鋼，其次是硅、錳、硼、釩類合金鋼。鋼制零件毛坯獲取方法：鋼制零件毛坯獲取方法：鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。應(yīng)用：應(yīng)用：應(yīng)用范圍極其廣泛。應(yīng)用范圍極其廣泛。常用材料的相對價(jià)格常用材料的相對價(jià)格材材 料料 種種 類類 規(guī)規(guī) 格格 相對價(jià)格相對價(jià)格熱軋圓剛熱軋圓剛 碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235 （ 3342） 1鑄鑄

45、件件優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼 （ 2950） 1.51.8 合金結(jié)構(gòu)鋼（合金結(jié)構(gòu)鋼（ 2950） 1.72.5 滾動軸承鋼（滾動軸承鋼（ 2950） 3 合金工具鋼（合金工具鋼（ 2950） 320 4Cr9Si2耐熱鋼（耐熱鋼（ 2950） 5 灰鑄鐵鑄件灰鑄鐵鑄件 0.85 碳素鋼鑄件碳素鋼鑄件 1.7 銅合金、鋁合金鑄件銅合金、鋁合金鑄件 810 銅合金銅合金銅鋅合金，含有少量的錳、鋁、鎳銅鋅合金，含有少量的錳、鋁、鎳特點(diǎn)：特點(diǎn)：具有良好的塑性和液態(tài)流動性。青銅合金還具具有良好的塑性和液態(tài)流動性。青銅合金還具 有良好的減摩性和抗腐蝕性。有良好的減摩性和抗腐蝕性。青銅青銅黃銅黃銅軸承合金軸承合

46、金（巴氏合金）（巴氏合金）含錫青銅、不含錫青銅含錫青銅、不含錫青銅零件毛坯獲取方法：零件毛坯獲取方法：輾壓、鑄造。輾壓、鑄造。應(yīng)用：應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣泛。應(yīng)用范圍廣泛。高分子材料高分子材料復(fù)合材料復(fù)合材料陶瓷陶瓷非金屬非金屬材料材料塑料、橡膠、合成纖維。塑料、橡膠、合成纖維。強(qiáng)如鋼、輕如鋁、硬如金剛石。強(qiáng)如鋼、輕如鋁、硬如金剛石。強(qiáng)度高、彈性模量大、質(zhì)量輕。強(qiáng)度高、彈性模量大、質(zhì)量輕。橡膠橡膠橡膠富于彈性，能吸收較多的沖擊能量。橡膠富于彈性，能吸收較多的沖擊能量。常用作聯(lián)軸器或減震器的彈性元件、帶傳動的膠帶常用作聯(lián)軸器或減震器的彈性元件、帶傳動的膠帶等。硬橡膠可用于制造用水潤滑的軸承襯。等。硬橡

47、膠可用于制造用水潤滑的軸承襯。 塑料塑料塑料的比重小，易于制成形狀復(fù)雜的零塑料的比重小，易于制成形狀復(fù)雜的零件，而且各種不同塑料具有不同的特點(diǎn)，如耐蝕件，而且各種不同塑料具有不同的特點(diǎn)，如耐蝕性、絕熱性、絕緣性、減摩性、摩擦系數(shù)大等，性、絕熱性、絕緣性、減摩性、摩擦系數(shù)大等，所以近年來在機(jī)械制造中其應(yīng)用日益廣泛。所以近年來在機(jī)械制造中其應(yīng)用日益廣泛。 陶瓷材料陶瓷材料強(qiáng)如鋼、輕如鋁、硬如金剛石。強(qiáng)如鋼、輕如鋁、硬如金剛石。 復(fù)合材料復(fù)合材料強(qiáng)度高、彈性模量大、質(zhì)量輕。強(qiáng)度高、彈性模量大、質(zhì)量輕。 二、機(jī)械零件材料的選用原則二、機(jī)械零件材料的選用原則 適用于制作機(jī)械零件的材料種類非常之多，在適用

48、于制作機(jī)械零件的材料種類非常之多，在設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，如何從各種各樣的材料中選擇設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，如何從各種各樣的材料中選擇出合適的材料，是一項(xiàng)受多方面因素所制約的復(fù)出合適的材料，是一項(xiàng)受多方面因素所制約的復(fù)雜的工作。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)零件的用途、工作條件雜的工作。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)零件的用途、工作條件和材料的物理、化學(xué)、機(jī)械和工藝性能以及經(jīng)濟(jì)和材料的物理、化學(xué)、機(jī)械和工藝性能以及經(jīng)濟(jì)因素等進(jìn)行全面考慮。因素等進(jìn)行全面考慮。 載荷及應(yīng)力的大小和性質(zhì)載荷及應(yīng)力的大小和性質(zhì) 零件的工作情況零件的工作情況 零件的結(jié)構(gòu)及加工性零件的結(jié)構(gòu)及加工性 材料的經(jīng)濟(jì)性材料的經(jīng)濟(jì)性 零件的尺寸及重量零件的尺寸及重量 選材的一般原

49、則選材的一般原則 材料的供應(yīng)狀況材料的供應(yīng)狀況 脆性材料脆性材料 只適用于制造在靜載荷下工作的零件；只適用于制造在靜載荷下工作的零件；1. 載荷及應(yīng)力的大小和性質(zhì)載荷及應(yīng)力的大小和性質(zhì) 金屬材料的性能一般可以通過熱處理加以提高金屬材料的性能一般可以通過熱處理加以提高和改善，因此，要充分利用熱處理手段來發(fā)揮材和改善，因此，要充分利用熱處理手段來發(fā)揮材料的潛力。對于常用的調(diào)質(zhì)鋼，由于其回火溫度料的潛力。對于常用的調(diào)質(zhì)鋼，由于其回火溫度的不同，可得到機(jī)械性能不同的毛坯。的不同，可得到機(jī)械性能不同的毛坯。塑性材料塑性材料 適用于在有沖擊情況下工作的零件。適用于在有沖擊情況下工作的零件。2. 零件的工作

50、情況零件的工作情況 指零件所處的環(huán)境特點(diǎn)、工作溫度、摩擦磨損程度等。指零件所處的環(huán)境特點(diǎn)、工作溫度、摩擦磨損程度等。在濕熱環(huán)境下工作的零件，其材料應(yīng)具有良好防腐在濕熱環(huán)境下工作的零件，其材料應(yīng)具有良好防腐 蝕能力，可選用不銹鋼、銅合金等。蝕能力，可選用不銹鋼、銅合金等。兩配合零件的線性膨脹系數(shù)不能相差過大，一方面兩配合零件的線性膨脹系數(shù)不能相差過大，一方面 在溫度變化時(shí)產(chǎn)生過大熱應(yīng)力或使配合松動，另一在溫度變化時(shí)產(chǎn)生過大熱應(yīng)力或使配合松動，另一 方面要考慮材料機(jī)械性能隨溫度而變化的情況。方面要考慮材料機(jī)械性能隨溫度而變化的情況。零件在工作中可能發(fā)生磨損的表面，應(yīng)提高其表面零件在工作中可能發(fā)生磨

51、損的表面，應(yīng)提高其表面 硬度，增加耐磨性，因此應(yīng)選擇淬火鋼、滲碳鋼、硬度，增加耐磨性，因此應(yīng)選擇淬火鋼、滲碳鋼、 氮化鋼。氮化鋼。 零件的尺寸及質(zhì)量的大小與材料的品種及毛坯零件的尺寸及質(zhì)量的大小與材料的品種及毛坯制取方法有關(guān)。制取方法有關(guān)。3. .零件的尺寸及重量零件的尺寸及重量用鑄造材料制造毛坯時(shí)，一般可以不受尺寸及用鑄造材料制造毛坯時(shí)，一般可以不受尺寸及質(zhì)量大小的限制；質(zhì)量大小的限制；而用鍛造材料制造毛坯時(shí)，則須注意鍛壓機(jī)械而用鍛造材料制造毛坯時(shí)，則須注意鍛壓機(jī)械及設(shè)備的生產(chǎn)能力。及設(shè)備的生產(chǎn)能力。應(yīng)盡可能選用強(qiáng)重比大的材料，以便減小零件應(yīng)盡可能選用強(qiáng)重比大的材料，以便減小零件的尺寸和質(zhì)量

52、。的尺寸和質(zhì)量。4. . 零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度及材料的可加工性零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度及材料的可加工性結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件宜選用鑄造毛坯，或用板材沖結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件宜選用鑄造毛坯，或用板材沖壓出元件后再經(jīng)焊接而成。壓出元件后再經(jīng)焊接而成。結(jié)構(gòu)簡單的零件可用鍛造法制取毛坯。結(jié)構(gòu)簡單的零件可用鍛造法制取毛坯。5. . 材料的經(jīng)濟(jì)性材料的經(jīng)濟(jì)性材料的經(jīng)濟(jì)性主要表現(xiàn)在以下幾方面：材料的經(jīng)濟(jì)性主要表現(xiàn)在以下幾方面： 材料的利用率材料的利用率; ; 節(jié)約稀有材料。節(jié)約稀有材料。 材料的加工費(fèi)用材料的加工費(fèi)用; ; 采用組合結(jié)構(gòu)采用組合結(jié)構(gòu); ; 材料本身的相對價(jià)格材料本身的相對價(jià)格; ; 選材時(shí)還應(yīng)考慮到當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)夭牧系墓?/p>

53、應(yīng)狀況。選材時(shí)還應(yīng)考慮到當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)夭牧系墓?yīng)狀況。為了簡化供應(yīng)和貯存的材料品種，對于小批制造為了簡化供應(yīng)和貯存的材料品種，對于小批制造的零件，應(yīng)盡可能地減少同一部機(jī)器上使用的材的零件，應(yīng)盡可能地減少同一部機(jī)器上使用的材料品種和規(guī)格。料品種和規(guī)格。6. . 材料的供應(yīng)狀況材料的供應(yīng)狀況 各種材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能可在相關(guān)國標(biāo)、各種材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能可在相關(guān)國標(biāo)、行標(biāo)和機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中查得。行標(biāo)和機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中查得。定義：定義：標(biāo)準(zhǔn)化就是要通過對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化就是要通過對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、檢驗(yàn)方法、設(shè)計(jì)方法、制圖要素、材料性能、檢驗(yàn)方法、設(shè)計(jì)方法、制圖要求等，制定出大家共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)。要求等，制定出大家共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)。2-10 機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化1) 產(chǎn)品品種規(guī)格的系列化產(chǎn)品品種規(guī)格的系列化 將同一類產(chǎn)品的主要參數(shù)、型式、尺寸、基本結(jié)將同一類產(chǎn)品的主要參數(shù)、型式、尺寸、基本結(jié)構(gòu)等依次分檔，制成