《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課件第1章

第1章

緒

論

1.1課程概述1.2機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般過程1.3機(jī)械零件的材料選擇1.4機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力1.5機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則1.6機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性1.7機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化1.8現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法概述習(xí)題1.1課程概述1.1.1機(jī)械的組成隨著工業(yè)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的種類愈來愈多，常見的有工業(yè)上的內(nèi)燃機(jī)、機(jī)床、起重機(jī)、發(fā)電機(jī)以及生活中的洗衣機(jī)、縫紉機(jī)等。圖1-1所示為單缸內(nèi)燃機(jī)，它由缸體、活塞、連桿、曲軸、齒輪和凸輪、彈簧、進(jìn)/排氣閥推桿等組成。當(dāng)燃?xì)馔苿踊钊麜r，通過連桿將運(yùn)動傳至曲軸，使曲軸連續(xù)轉(zhuǎn)動從而將燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)換為曲軸轉(zhuǎn)動的機(jī)械能。為了保證曲軸連續(xù)轉(zhuǎn)動，要求通過進(jìn)氣閥和排氣閥將燃?xì)馕牒团懦鰵飧?，而進(jìn)氣閥和排氣閥的啟閉又是通過凸輪、推桿、彈簧等來實(shí)現(xiàn)的。圖1-1內(nèi)燃機(jī)根據(jù)機(jī)械的功用不同，可以將它們分為動力機(jī)械(如內(nèi)燃機(jī)、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)和渦輪機(jī)等)、工作機(jī)械(如金屬切削機(jī)床、飛機(jī)、汽車、包裝機(jī)、運(yùn)輸機(jī)和機(jī)械手等)和（作信息傳遞和變換的）信息機(jī)械(如打印機(jī)、繪圖機(jī)、復(fù)印機(jī)、照相機(jī)和放映機(jī)等)三類。機(jī)械是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。機(jī)器是由各種機(jī)構(gòu)組成的機(jī)械系統(tǒng)。機(jī)器的主要特征是：（1）它是人為的實(shí)物組合。（2）各實(shí)物間具有確定的相對運(yùn)動。（3）能代替或減輕人類的勞動以完成有效的機(jī)械功（如機(jī)床），或轉(zhuǎn)換機(jī)械能，或?qū)崿F(xiàn)信息傳遞和變換。只有確定的相對運(yùn)動，而不能代替人作有用的機(jī)械功的構(gòu)件組合，稱為機(jī)構(gòu)。例如，摩托車是機(jī)器，而自行車是機(jī)構(gòu)。1.1.2機(jī)械中的構(gòu)件和零件

1.構(gòu)件機(jī)構(gòu)是由構(gòu)件組成的，構(gòu)件在機(jī)構(gòu)中具有獨(dú)立的運(yùn)動特性，在機(jī)械中形成一個運(yùn)動整體。如圖1-2（a）所示的內(nèi)燃機(jī)是由活塞、連桿、曲軸和汽缸等構(gòu)件構(gòu)成的一個典型的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，其中，原動件活塞作直線往復(fù)運(yùn)動，通過連桿帶動曲軸作連續(xù)轉(zhuǎn)動。圖1-2內(nèi)燃機(jī)中的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和連桿

2.機(jī)械零件機(jī)械都是由機(jī)械零件組成的。機(jī)械零件是指機(jī)械中每一個單獨(dú)加工的單元體，如圖1－1中的曲軸。構(gòu)件可以是單一的機(jī)械零件，也可以是若干機(jī)械零件的剛性組合。例如，圖1－2(b)所示的連桿由連桿體、連桿蓋、螺栓、螺母等零件組合而成，這些零件之間沒有相對運(yùn)動，是一個運(yùn)動整體，故屬一個構(gòu)件。所以，構(gòu)件是運(yùn)動的單元，零件是制造的單元。隨著機(jī)械的功能和類型的日益增多，作為組成機(jī)械的最基本單元的零件更是多種多樣。通常將機(jī)械零件分為通用機(jī)械零件和專用機(jī)械零件兩大類。通用機(jī)械零件是指在各類機(jī)械中經(jīng)常使用的零件。按照用途，可將通用機(jī)械零件分為以下幾種：（1）連接件，如鉚、焊連接件，鍵連接件，銷連接件和螺紋連接件等。（2）傳動件，如帶傳動件、鏈傳動件、齒輪傳動件和蝸桿傳動件等。（3）支承件，如軸、軸承、機(jī)架等。（4）緩沖(或控制)件,如彈簧等。專用機(jī)械零件是指僅適用于專門用途的零件，如內(nèi)燃機(jī)的曲軸、活塞、機(jī)床刀具等。專用機(jī)械零件的設(shè)計(jì)問題在相關(guān)的專業(yè)課程中有介紹。為了完成同一使命，在結(jié)構(gòu)上緊密聯(lián)系在一起的一套協(xié)同工作的零件組合，稱為部件，如減速器、聯(lián)軸器、離合器等。1.1.3本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和學(xué)習(xí)方法本課程除了闡述機(jī)械的組成和機(jī)械設(shè)計(jì)的基本原則外，主要研究常用的機(jī)械傳動(如帶傳動、鏈傳動、螺旋傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動等)和其他常用機(jī)構(gòu)(如連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)等)以及通用機(jī)械零部件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料選擇、計(jì)算方法的設(shè)計(jì)、計(jì)算方法的選擇等，并介紹一些其他基本知識。機(jī)電工程技術(shù)人員在工作中必然會遇到機(jī)械設(shè)備管理、維護(hù)和使用的問題，要不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)生產(chǎn)制造工藝技術(shù)，進(jìn)行科技改造和創(chuàng)新，這就要求他們必須具備一定的機(jī)械基礎(chǔ)方面的知識?！皺C(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”是一門技術(shù)基礎(chǔ)課程，在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)綜合運(yùn)用機(jī)械制圖、工程力學(xué)、機(jī)械制造工藝學(xué)、金屬材料學(xué)、公差及技術(shù)測量等知識來解決實(shí)際的機(jī)械傳動裝置和通用機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)問題。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將在機(jī)械設(shè)計(jì)能力、邏輯思維能力、運(yùn)用規(guī)范能力、繪圖能力和經(jīng)驗(yàn)估測能力等方面得到鍛煉和提高。

通過學(xué)習(xí)本課程和課程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐性環(huán)節(jié)，應(yīng)達(dá)到如下要求：（1）掌握常用機(jī)械傳動、常用機(jī)構(gòu)和通用零部件的工作原理，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇計(jì)算和設(shè)計(jì)計(jì)算方法。（2）學(xué)會運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊，提高查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力。（3）具有設(shè)計(jì)一般機(jī)械傳動裝置和擬定傳動方案的能力。（4）具有正確使用和維護(hù)一般機(jī)械設(shè)備的基本知識。（5）為專業(yè)設(shè)備的學(xué)習(xí)打下必要的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。由于機(jī)械設(shè)計(jì)涉及的知識面較廣，且著重于實(shí)際應(yīng)用，因此學(xué)生在初學(xué)本課程時，總有個逐漸適應(yīng)的過程，在學(xué)習(xí)方法上應(yīng)有一個轉(zhuǎn)變。學(xué)習(xí)時，應(yīng)根據(jù)機(jī)械零部件的工作條件進(jìn)行具體分析，并要著重了解設(shè)計(jì)計(jì)算的出發(fā)點(diǎn)，有關(guān)公式中各參數(shù)、系數(shù)的物理概念及分析和取值方法；必須重視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在確定零部件的形狀、尺寸方面的重要性。在學(xué)習(xí)過程中，應(yīng)多做練習(xí)，熟悉各參數(shù)的選擇及承載能力的計(jì)算方法，并多繪圖，掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。1.2機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般過程1.2.1機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工程的重要組成部分，是機(jī)械生產(chǎn)的第一步，是決定機(jī)械性能的最主要因素。機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求是：在實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動和動力功能的前提下，做到性能好、效率高、成本低，并且可靠性高，操作維護(hù)方便。設(shè)計(jì)者應(yīng)努力實(shí)現(xiàn)在各種限定的條件下(如材料、加工能力、理論分析和計(jì)算等)設(shè)計(jì)出較好的機(jī)械，即做到優(yōu)化設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)的機(jī)械具有最優(yōu)的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。機(jī)械設(shè)計(jì)是根據(jù)使用要求確定機(jī)械的工作原理，對機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動和動力分析計(jì)算，并將之轉(zhuǎn)化為具體的技術(shù)資料，作為生產(chǎn)制造依據(jù)的工作過程。1.2.2機(jī)械設(shè)計(jì)的一般過程（1）明確設(shè)計(jì)要求(確定設(shè)計(jì)機(jī)械的預(yù)期功能、有關(guān)指標(biāo)和限制條件)。（2）調(diào)查研究，制定設(shè)計(jì)方案，繪制機(jī)器運(yùn)動簡圖(確定機(jī)械的工作原理，擬定幾種總體布置方案，進(jìn)行粗略計(jì)算，分析比較，選取最佳方案)。（3）進(jìn)行運(yùn)動和動力分析，確定主要零部件的運(yùn)動和動力參數(shù)。（4）進(jìn)行傳動零件的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定其主要參數(shù)。（5）進(jìn)行零部件結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)，繪制零件工作圖，繪制部件裝配圖和總裝圖，編制技術(shù)文件。1.3機(jī)械零件的材料選擇1.3.1使用要求按強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)的零件，當(dāng)其尺寸和重量都受限制時，應(yīng)選用強(qiáng)度較高的材料；按剛度條件設(shè)計(jì)的零件，應(yīng)選用彈性模量較大的材料；若零件表面接觸應(yīng)力較高(如齒輪)，應(yīng)選用可以進(jìn)行表面強(qiáng)化處理的材料(如調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼)。此外，對容易磨損的零件(如蝸輪)，應(yīng)選用耐磨性好的材料；對滑動摩擦下工作的零件(如滑動軸承)，應(yīng)選用減摩性好的材料；對高溫下工作的零件，應(yīng)選用耐熱材料；對腐蝕性介質(zhì)中工作的零件，應(yīng)選用耐腐蝕材料。1.3.2工藝要求所謂工藝要求，是指選擇冷、熱加工性能好的材料。零件加工應(yīng)考慮到零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、尺寸大小和毛坯類別。對于外形復(fù)雜、尺寸較大的零件，若采用鑄造毛坯，則應(yīng)采用鑄造性能好的材料；若采用焊接毛坯，則應(yīng)選用焊接性能好的低碳鋼，因?yàn)楹剂砍^0.3％的鋼難以焊接；對于尺寸較小、外形簡單、大量生產(chǎn)的零件，適合沖壓或模鍛，應(yīng)選用延展性較好的材料；需要熱處理的零件，所選材料應(yīng)有良好的熱處理性能。此外，還要考慮材料的易加工性，包括零件熱處理后的易加工性能。1.3.3經(jīng)濟(jì)性要求

在機(jī)械的成本中，材料費(fèi)用約占30％以上，有的甚至達(dá)到50％，可見選用廉價材料有重大的意義。選用廉價材料，節(jié)約原材料，特別是節(jié)約貴重材料，是機(jī)械設(shè)計(jì)的一個基本原則。為了使零件最經(jīng)濟(jì)地制造出來，不僅要考慮原材料的價格，還要考慮零件制造費(fèi)用。為此，可采取如下具體措施：（1）盡量采用高強(qiáng)度鑄鐵(如球墨鑄鐵)來代替鋼材，用工程塑料或粉末冶金材料代替有色金屬材料。（2）采用熱處理(包括化學(xué)熱處理)或表面強(qiáng)化(如噴丸、滾壓)等工藝，充分發(fā)揮和利用材料潛在的力學(xué)性能。

（3）合理采用表面鍍層等方法(如鍍鉻、鍍銅、噴涂減摩層、發(fā)黑等)，以減少和延緩腐蝕或磨損的速度，延長零件的使用壽命。（4）采用組合式零件結(jié)構(gòu)，在零件的工作部分使用貴重材料，其他非直接工作部分則可采用廉價的材料。例如大直徑的蝸輪，常采用青銅齒圈和鑄鐵輪芯的組合式結(jié)構(gòu)，以節(jié)約大量的有色金屬。（5）改善工藝方法，提高材料利用率，降低成本。例如采用冷鐓錐齒輪代替齒形刨削加工，實(shí)現(xiàn)無切削加工。（6）用我國富有元素(錳、硅、硼、鉬、釩、鈦等)合金鋼代替稀有元素(鉻、鎳等)合金鋼。在選用材料時，還應(yīng)注意本國、本地區(qū)、本企業(yè)的材料供應(yīng)情況，盡可能就地取材，減少采購和管理費(fèi)用。1.4機(jī)械零件的載荷和應(yīng)力

1.載荷的分類機(jī)械零件所受的載荷包括力F、轉(zhuǎn)矩T、彎矩M和功率P等。載荷按其大小和方向是否隨時間變化，可分為兩類：（1）靜載荷：不隨時間變化(或變化緩慢)的載荷。（2）變載荷：隨時變化的載荷。在設(shè)計(jì)計(jì)算中，常把載荷分為名義載荷和計(jì)算載荷。（1）名義載荷：根據(jù)額定功率用力學(xué)公式計(jì)算出的、作用在零件上的載荷。（2）計(jì)算載荷：設(shè)計(jì)計(jì)算時所用的載荷，其值為載荷系數(shù)與名義載荷的乘積。載荷系數(shù)是考慮沖擊、振動或載荷分布不均勻等因素的影響而加的系數(shù)。

2.應(yīng)力的分類應(yīng)力分為靜應(yīng)力和變應(yīng)力兩類。（1）靜應(yīng)力：大小和方向不隨時間變化或變化緩慢的應(yīng)力。靜應(yīng)力只能在靜載荷作用下產(chǎn)生。（2）變應(yīng)力：大小和方向隨時間顯著變化的應(yīng)力。變應(yīng)力由變載荷產(chǎn)生，也可由靜載荷產(chǎn)生。受靜載荷作用而產(chǎn)生變應(yīng)力的零部件有齒輪、帶、滾動軸承等。大多數(shù)零件都處于變應(yīng)力狀態(tài)下工作。在變應(yīng)力中，周期、應(yīng)力幅和平均應(yīng)力都不隨時間變化的變應(yīng)力稱為穩(wěn)定變應(yīng)力，有非對稱循環(huán)變應(yīng)力、脈動循環(huán)變應(yīng)力和對稱循環(huán)變應(yīng)力三種基本類型。穩(wěn)定變應(yīng)力有五個參數(shù)：最大應(yīng)力σmax、最小應(yīng)力σmin、平均應(yīng)力σm、應(yīng)力幅σa和循環(huán)特性r。循環(huán)特性為最小應(yīng)力與最大應(yīng)力的比值。各參數(shù)的計(jì)算或數(shù)值如表1－1所示。表1－1穩(wěn)定變應(yīng)力的類型與參數(shù)1.5機(jī)械零件的工作能力和計(jì)算準(zhǔn)則1.5.1強(qiáng)度準(zhǔn)則

1.在單向靜應(yīng)力作用下

式中：σ,τ

——構(gòu)件的工作正應(yīng)力，工作剪應(yīng)力；［σ］,［τ］——許用應(yīng)力；

σlim，τlim——材料的極限應(yīng)力(對塑性材料取它的屈服極限，對脆性材料取它的強(qiáng)度極限)；

Sσ,Sτ——安全系數(shù)。(1-1)(1-2)2.在彎曲和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力作用下

零件的當(dāng)量應(yīng)力σe應(yīng)不大于許用彎曲應(yīng)力［σ］b，即式中：M，T——彎矩，扭矩；α

——扭矩應(yīng)力循環(huán)性質(zhì)折算系數(shù)(詳見10.3.2節(jié))；W——剖面的抗彎剖面模量。(1-3)

3.在接觸應(yīng)力作用下

為了防止兩個作滾滑接觸的零件產(chǎn)生接觸疲勞失效，其接觸表面在載荷作用下產(chǎn)生的循環(huán)交變最大接觸應(yīng)力不允許超過許用接觸應(yīng)力。如圖1-3所示，兩個圓柱體在接觸面中線上的最大接觸壓應(yīng)力為σHmax，可以按照彈性力學(xué)赫茲公式計(jì)算：(1-4)

式中：Fn——兩個圓柱體相壓的法向載荷，N；

b

——兩個圓柱體的接觸寬度，mm； 綜合曲率半徑，mm，“＋”，“－”分別用于外接觸和內(nèi)接觸；

ρ1，ρ2——兩圓柱體的曲率半徑，mm；

E1，E2——兩圓柱體材料的彈性模量，MPa；

μ1,μ2——兩圓柱體材料的泊松比。圖1-3兩個圓柱體的接觸應(yīng)力1.5.2剛度準(zhǔn)則剛度是指機(jī)械零件在載荷作用下，抵抗彈性變形的能力。某些零件如機(jī)床主軸、蝸桿軸等零件，剛度不足將產(chǎn)生過大的彈性變形，影響機(jī)器的正常工作。設(shè)計(jì)時應(yīng)滿足的剛度條件為(1-5)式中：φ，y，θ

——零件工作時的撓度、轉(zhuǎn)角和扭轉(zhuǎn)角；［φ］，［y］，［θ］——分別為相應(yīng)的撓度、轉(zhuǎn)角和扭轉(zhuǎn)角的許用值（詳見10.4節(jié)）。1.5.3耐磨性準(zhǔn)則磨損是由于表面的相對運(yùn)動使零件工作表面的物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象，它是機(jī)械設(shè)備失效的重要原因。耐磨性是指零件抵抗磨損的能力。由于磨損的損傷機(jī)理和表現(xiàn)形式非常復(fù)雜，其中主要的影響因素包括零件表面接觸應(yīng)力或壓強(qiáng)的大小、相對滑動速度、摩擦副材料和表面的潤滑情況等。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，耐磨性準(zhǔn)則的實(shí)質(zhì)是控制摩擦表面的壓強(qiáng)(或接觸應(yīng)力)、相對速度等不超過許用值。例如，對徑向滑動軸承，需要限制其平均壓強(qiáng)不超過許用值，以防止過度磨損，即(1-6)式中：Fr——徑向載荷，N；

d，B——軸承直徑，軸承寬度，mm；［p］——軸瓦材料許用壓強(qiáng)，MPa。1.6機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性

1.零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)與生產(chǎn)條件和批量相適應(yīng)零件的結(jié)構(gòu)工藝性與生產(chǎn)條件和批量有著密切的聯(lián)系。單件和小批生產(chǎn)的零件，應(yīng)利用現(xiàn)有生產(chǎn)條件制造，例如大尺寸的齒輪毛坯，在一般設(shè)備條件下鍛造較困難，就應(yīng)采用鑄件或焊接件；當(dāng)缺少磨齒設(shè)備時，就不能用變形大的熱處理工藝等。成批和大量生產(chǎn)的零件，可采用專門設(shè)備、數(shù)控加工中心和自動線生產(chǎn)，這種條件應(yīng)考慮用無切削或少切削成形工藝；采用組裝結(jié)構(gòu)等。2.零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)與毛坯種類相適應(yīng)

設(shè)計(jì)鑄件時，應(yīng)考慮到鑄件的最小壁厚需滿足液態(tài)金屬的流動性要求(對砂型鑄造，通?；诣T鐵件壁厚δ≥6mm，鑄鋼件壁厚δ≥8mm)；鑄件各部分的壁厚應(yīng)均勻，要避免局部材料集聚，產(chǎn)生縮孔；鑄件不同壁厚的聯(lián)接處，應(yīng)采用過渡結(jié)構(gòu)（如圖1-4(a)所示），各個面的交接處不應(yīng)有銳角；垂直分型面的表面應(yīng)有鑄造斜度，以便于造型和起模（如圖1-4(b)所示）；盡量減少加工面等。對于品種繁多的單件、小批量生產(chǎn)，在設(shè)計(jì)鍛件時，要考慮在自由鍛造時使用簡單通用鍛模進(jìn)行操作。因此，自由鍛件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度受到很大限制，例如錐面、斜面和其他復(fù)雜剖面、非直線的交接結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)肋和凸臺等應(yīng)盡量避免，而采用簡單、平直的形狀。模鍛對零件結(jié)構(gòu)形狀的限制有所減少，但零件的結(jié)構(gòu)形狀也應(yīng)力求簡單，避免剖面尺寸變化過大、薄壁、深槽和高肋等形狀，應(yīng)有一定的模鍛斜度和圓角，以便造型和起模。圖1-4鑄件過渡結(jié)構(gòu)和鑄造斜度

3.零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于切削加工零件的切削加工工藝對零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響很大,主要應(yīng)考慮零件的結(jié)構(gòu)要能夠加工，如車、刨、磨加工應(yīng)留有退刀槽或砂輪越程槽(見圖1－5)等；零件的結(jié)構(gòu)要便于加工，如保證采用一般刀具加工時所需的工作空間(見圖1－6)和支承定位面（見圖1－7）。圖1-5退刀槽或砂輪越程槽(a)車；(b)磨；(c)刨圖1-6加工所需空間(a)不正確；(b)正確圖1-7加工定位支承面(a)不正確；(b)允許；(c)正確圖1-8減少刀具調(diào)整次數(shù)(a)改進(jìn)前；(b)改進(jìn)后圖1-9減少加工面積(a)改進(jìn)前；(b)改進(jìn)后4.零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于裝拆和調(diào)整

零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于裝配、拆卸，并盡可能減少裝配工作量。主要應(yīng)考慮：

(1)能裝能拆。例如為螺釘留出裝入的空間(如圖1-10)和合理的扳手工作空間(如圖1-11)；對圓柱面過盈配合零件增設(shè)拆卸螺釘(如圖1-12)；采用便于裝配的結(jié)構(gòu)(如圖1-13)等。圖1-10留出裝入螺釘空間(a)不正確；(b)正確圖1-11留出扳手工作空間(a)不正確；(b)正確圖1-12增設(shè)拆卸螺釘(a)改進(jìn)前；(b)改進(jìn)后圖1-13便于裝配的結(jié)構(gòu)

(a)不正確；(b)正確(2)保證正確地安裝。例如要有正確的裝配定位基準(zhǔn)(如圖1-14)；要求零件的端面同時貼合(如圖1-15)；采用不易導(dǎo)致安裝錯誤的結(jié)構(gòu)(如圖1-16)等。圖1-14有定位基準(zhǔn)(a)改進(jìn)前；(b)改進(jìn)后圖1-15端面同時貼合(a)不正確；(b)正確圖1-16避免安裝錯誤(a)改進(jìn)前；(b)改進(jìn)后(3)力求降低裝配精度要求。例如圓柱齒輪傳動中的小齒輪應(yīng)比大齒輪寬一些，即使有裝配誤差，仍能保證兩輪沿全齒寬接觸等。1.7機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化

機(jī)械零件的標(biāo)準(zhǔn)化，就是對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、檢驗(yàn)方法、設(shè)計(jì)方法、制圖要求等，制定出大家共同遵守的技術(shù)準(zhǔn)則和依據(jù)?，F(xiàn)已發(fā)布的與機(jī)械零件有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，從運(yùn)用范圍上來說，可分為國家標(biāo)準(zhǔn)(GB)、部頒標(biāo)準(zhǔn)(機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB、紡織工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)PJ等)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)三個等級。從使用的強(qiáng)制性來說，可分為必須執(zhí)行的(如螺紋標(biāo)準(zhǔn)、制圖標(biāo)準(zhǔn)等)和推薦使用的(如標(biāo)準(zhǔn)直徑等)。我國已制訂有很多國標(biāo)和部標(biāo)，目前還在不斷發(fā)展和改進(jìn)，并且已參加國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)。設(shè)計(jì)時，應(yīng)充分了解有關(guān)零件的標(biāo)準(zhǔn)，盡可能遵守標(biāo)準(zhǔn)，只有當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)要求之間有矛盾，并有充分理由時，才允許不采用標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)越性表現(xiàn)為：（1）將同名零件的型號和尺寸限定在合理的數(shù)量范圍內(nèi)，可以用最先進(jìn)的工藝方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)零件的專業(yè)化大量生產(chǎn)，可大幅度降低勞動量、材料消耗和總成本，并易于保證質(zhì)量。（2）生產(chǎn)零件的技術(shù)條件和檢驗(yàn)、試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)化，可以改進(jìn)零件的質(zhì)量，提高零件的可靠性。（3）設(shè)計(jì)中采用標(biāo)準(zhǔn)件，可以節(jié)省設(shè)計(jì)時間，簡化設(shè)計(jì)工作，縮短設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)者有更多的時間和精力從事創(chuàng)造性設(shè)計(jì)。（4）由于標(biāo)準(zhǔn)化帶來的互換性，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)零件失效時，可以很容易進(jìn)行更換，使機(jī)器的維修工作大大簡化。

與標(biāo)準(zhǔn)化密切有關(guān)的是通用化。通用化是最大限度地減少和合并產(chǎn)品的型號、尺寸和材料品種等，使零件和部件盡量在不同規(guī)格的同類產(chǎn)品甚至不同類產(chǎn)品上通用。通用化是廣義的標(biāo)準(zhǔn)化。對于同一產(chǎn)品，為了滿足不同的使用要求，在基本結(jié)構(gòu)或基本尺寸不變的條件下，規(guī)定出若干個輔助尺寸不同的產(chǎn)品，稱為產(chǎn)品的系列化。系列化也是標(biāo)準(zhǔn)化的重要內(nèi)容。例如對于同一結(jié)構(gòu)，同一內(nèi)徑的滾動軸承，制出不同外徑及寬度的產(chǎn)品，稱為不同的系列。系列大小的規(guī)定，一般也是以優(yōu)先數(shù)系為基礎(chǔ)。工程上常采用幾何級數(shù)作為優(yōu)先數(shù)系的基礎(chǔ)，其級數(shù)項(xiàng)的公比一般取為10的某次方根。例如取公比q為 ，通常根式指數(shù)n=10，20，40。對于按它們求出的數(shù)字系列經(jīng)圓整后，則分別稱為R10，R20和R40系列，選用系列時，應(yīng)首先按照上述順序，優(yōu)先選用公比較大的基本系列。1.8現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法概述

1）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD，ComputerAidedDesign）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)指利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。在工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)可以幫助設(shè)計(jì)人員擔(dān)負(fù)計(jì)算、信息存儲和制圖等項(xiàng)工作。在設(shè)計(jì)中通常要用計(jì)算機(jī)對不同方案進(jìn)行大量的計(jì)算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；各種設(shè)計(jì)信息，不論是數(shù)字的、文字的或圖形的，都能存放在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索；設(shè)計(jì)人員通常用草圖開始設(shè)計(jì)，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計(jì)算機(jī)完成；由計(jì)算機(jī)自動產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)果快速顯示出圖形，使設(shè)計(jì)人員及時對設(shè)計(jì)作出判斷和修改等?，F(xiàn)代CAD系統(tǒng)的功能包括設(shè)計(jì)組件重用、簡易的設(shè)計(jì)修改和版本控制、設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)組件的自動產(chǎn)生、設(shè)計(jì)是否滿足要求和實(shí)際規(guī)則的檢驗(yàn)、無需建立物理原型的設(shè)計(jì)模擬、裝配件(一堆零件或者其它裝配件)的自動設(shè)計(jì)、工程文檔（如制造圖紙、材料明細(xì)表）的輸出、設(shè)計(jì)到生產(chǎn)設(shè)備的直接輸出、到快速原型或快速制造工業(yè)原型的機(jī)器的直接輸出等。目前，國內(nèi)CAD軟件主要包括UGNX、CATIA、PRO－E、SolidWorks、SolidEdge、Inventor、Solid3000、CAXA、AutoCAD、CAXA等。

2）計(jì)算機(jī)輔助分析(CAE，ComputerAidedEngineering)計(jì)算機(jī)輔助分析是用計(jì)算機(jī)輔助求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計(jì)算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)等問題的一種近似數(shù)值分析方法。CAE系統(tǒng)的核心思想是結(jié)構(gòu)的離散化，即將實(shí)際結(jié)構(gòu)離散為有限數(shù)目的規(guī)則單元組合體，實(shí)際結(jié)構(gòu)的物理性能可以通過對離散體進(jìn)行分析，得出滿足工程精度的近似結(jié)果來替代對實(shí)際結(jié)構(gòu)的分析，這樣可以解決很多實(shí)際工程需要解決，而理論分析又無法解決的復(fù)雜問題。目前，CAE軟件主要有I－DEAS、Ansys（國內(nèi)應(yīng)用最廣，客戶