第1章-2 机械零件设计概论

1、1. 机械设计的基本要求机械设计的基本要求 机械设计包括以下两种设计机械设计包括以下两种设计: : 应用新技术、新方法开发创造新机械；应用新技术、新方法开发创造新机械； 在原有机械的基础上重新设计或进行局部改造。在原有机械的基础上重新设计或进行局部改造。 设计机械零件的基本要求设计机械零件的基本要求 工作可靠并且成本低廉工作可靠并且成本低廉; ; 零件的工作能力是指零件在一定的工作条件下抵抗零件的工作能力是指零件在一定的工作条件下抵抗 可能出现的失效的能力，对载荷而言称为承载能力。可能出现的失效的能力，对载荷而言称为承载能力。 失效失效: :指零件由于某些原因不能正常工作指零件由于某些原因不能

2、正常工作。 .机械零件设计的基本准则及机械零件设计的基本准则及 一般设计步骤一般设计步骤 设计机械零件要注意以下几点：设计机械零件要注意以下几点： （1 1）合理选择材料，降低材料费用；）合理选择材料，降低材料费用； （2 2）保证良好的工艺性，减少制造费用；）保证良好的工艺性，减少制造费用； （3 3）尽量采用标准化、通用化设计，简化设）尽量采用标准化、通用化设计，简化设 计过程从而降低成本。计过程从而降低成本。 1.1 机械设计的基本要求机械设计的基本要求 1.2.2 机械设计的内容与步骤机械设计的内容与步骤 现代设计方法现代设计方法： 常规设计方法常规设计方法： 优化设计、可靠性设计、有

3、限元设计、优化设计、可靠性设计、有限元设计、 模块设计、计算机辅助设计模块设计、计算机辅助设计 理论设计、经验设计和模型实验设计等。理论设计、经验设计和模型实验设计等。 机械设计的过程通常可分为以下几个阶段机械设计的过程通常可分为以下几个阶段： （1 1）产品规划）产品规划 （2 2）方案设计）方案设计 （3 3）技术设计）技术设计 （4 4）制造及试验）制造及试验 产品规划的主要工作是提出设计任务和明确设计要求。产品规划的主要工作是提出设计任务和明确设计要求。 由设计人员构思出多种可行方案进行分析比较，由设计人员构思出多种可行方案进行分析比较， 从中优选出一种方案。从中优选出一种方案。 设计

4、结果以工程图及计算书的形式表达出来。设计结果以工程图及计算书的形式表达出来。 经过加工、安装及调试制造出样机，对样机进行经过加工、安装及调试制造出样机，对样机进行 试运行或在生产现场试用。试运行或在生产现场试用。 1.2.2 机械设计的内容与步骤机械设计的内容与步骤 1.2.2 机械设计的内容与步骤机械设计的内容与步骤 设计机械零件的一般步骤如下：设计机械零件的一般步骤如下： （1 1）根据机器的具体运转情况和简化的计算方案确定）根据机器的具体运转情况和简化的计算方案确定 零件的载荷。零件的载荷。 （2 2）根据零件工作情况的分析，判定零件的失效形式，）根据零件工作情况的分析，判定零件的失效形

5、式， 从而确定其计算准则。从而确定其计算准则。 （3 3）进行主要参数选择，选定材料，根据计算准则求）进行主要参数选择，选定材料，根据计算准则求 出零件的主要尺寸，考虑热处理及结构工艺性要求等。出零件的主要尺寸，考虑热处理及结构工艺性要求等。 （4 4）进行结构设计。）进行结构设计。 （5 5）绘制零件工作图，制订技术要求，编写计算说明）绘制零件工作图，制订技术要求，编写计算说明 书及有关技术文件。书及有关技术文件。 在设计过程中，这些步骤又是相互交错、反复进行的。在设计过程中，这些步骤又是相互交错、反复进行的。 1.2.2 机械设计的内容与步骤机械设计的内容与步骤 在设计机械零件时往往是将较

6、复在设计机械零件时往往是将较复 杂的实际工作情况进行一定的简化，这杂的实际工作情况进行一定的简化，这 些计算或多或少带有一定的条件性或假些计算或多或少带有一定的条件性或假 定性。定性。 条件性计算：条件性计算： 1.2.3 机械零件的失效形式及设计计算准则机械零件的失效形式及设计计算准则 机械零件丧失预定功能或预定功能指标降低到机械零件丧失预定功能或预定功能指标降低到 许用值以下的现象许用值以下的现象 机械零件的失效：机械零件的失效： 进行机械零件设计时必须根据零件的失效形式分进行机械零件设计时必须根据零件的失效形式分 析失效的原因，提出防止或减轻失效的措施，根据不析失效的原因，提出防止或减轻

7、失效的措施，根据不 同的失效形式提出不同的设计计算准则。同的失效形式提出不同的设计计算准则。 失效形式失效形式 1.1.断裂断裂 2.2.过量变形过量变形 3.3.表面失效表面失效 4.4.破坏正常工作条件引起的失效破坏正常工作条件引起的失效 失效形式失效形式 同一零件对于不同失效形式的承载能力也各不相同。根据不同的同一零件对于不同失效形式的承载能力也各不相同。根据不同的 失效原因建立起来的工作能力判断条件，称为设计计算准则。失效原因建立起来的工作能力判断条件，称为设计计算准则。 1.1.强度准则（整体强度和表面强度）强度准则（整体强度和表面强度） 整体强度的判断准则表示为：整体强度的判断准则

8、表示为： 或或 表面接触强度的判断准则表示为：表面接触强度的判断准则表示为： HH 应力表示法：应力表示法： 安全系数表示法：安全系数表示法： SS 接触应力表示法：接触应力表示法： 挤压应力表示法：挤压应力表示法： PP 1.2.3 机械零件的失效形式及设计计算准则机械零件的失效形式及设计计算准则 2.2.刚度准则刚度准则 零件在载荷作用下产生的弹性变零件在载荷作用下产生的弹性变 形量应小于或等于机器工作性能形量应小于或等于机器工作性能 允许的极限值。允许的极限值。 3.3.耐磨性准则耐磨性准则 pp 4.4.散热性准则散热性准则 tt 5.5.可靠性准则可靠性准则 TS NNR/ 1.2.

9、4机械零件设计的标准化、系列化及通用化机械零件设计的标准化、系列化及通用化 标准件标准件：按规定标准生产的零件。：按规定标准生产的零件。 好处：好处： （1 1）由专门化工厂大量生产标准件，能保证质量、节）由专门化工厂大量生产标准件，能保证质量、节 约材料、降低成本；约材料、降低成本； （2 2）选用标准件可简化设计工作，缩短产品的生产周期；）选用标准件可简化设计工作，缩短产品的生产周期； （3 3）选用参数标准化的零件，在机械制造过程中可以）选用参数标准化的零件，在机械制造过程中可以 减少刀具和量具的规格；减少刀具和量具的规格； （4 4）具有互换性，从而简化机器的安装和维修。）具有互换性，

10、从而简化机器的安装和维修。 1.2.4 机械零件设计的标准化、系列化及通用化机械零件设计的标准化、系列化及通用化 通用化通用化：在不同规格的同类产品或不同类产品中：在不同规格的同类产品或不同类产品中 采用同一采用同一 结构和尺寸的零件、部件。结构和尺寸的零件、部件。 我国现行标准分为国家标准（我国现行标准分为国家标准（GBGB）、行业标准和）、行业标准和 专业标准等，国际上则推行国际标准化组织（专业标准等，国际上则推行国际标准化组织（ISOISO） 的标准。的标准。 标准化标准化：有不少零件，由于应用范围广、用量大，：有不少零件，由于应用范围广、用量大， 已经高度标准化形成标准件。已经高度标准

11、化形成标准件。 系列化系列化：有很多零件适用范围极为广泛，但在具：有很多零件适用范围极为广泛，但在具 体设计时随着工作条件的不同，在材料、尺寸、体设计时随着工作条件的不同，在材料、尺寸、 结构等方面的选择也各不相同，这种情况则可对结构等方面的选择也各不相同，这种情况则可对 其某些基本参数规定标准的系列化数列。其某些基本参数规定标准的系列化数列。 1.3 机械零件的强度机械零件的强度 n强度是指零件受载荷后抵抗断裂，塑性变形强度是指零件受载荷后抵抗断裂，塑性变形 和某些表面失效的能力。和某些表面失效的能力。 强度不够，会因零件失效使机械不能正常工作，强度不够，会因零件失效使机械不能正常工作， 还

12、可能导致安全事故。强度计算是保证零件还可能导致安全事故。强度计算是保证零件 工作能力的最基本的计算准则。工作能力的最基本的计算准则。 名义载荷：名义载荷：理想平稳工作条件下的载荷理想平稳工作条件下的载荷 计算载荷：考虑工况，取载荷系数计算载荷：考虑工况，取载荷系数KA KA*名义载荷 名义载荷=计算载荷计算载荷 n n或或 n n式中：式中： 、 分别为零件工作时的正应力分别为零件工作时的正应力 和剪应力；和剪应力； 、 分别为零件材料的许分别为零件材料的许 用正应力和许用剪应力。用正应力和许用剪应力。 S lim S lim 机械零件的强度机械零件的强度 1) 应力的种类应力的种类 静应力静

13、应力工作中，应力不随时间变化或变化次数很少工作中，应力不随时间变化或变化次数很少 （ 103次）的应力。次）的应力。 变应力变应力-工作中，应力随时间变化的应力。工作中，应力随时间变化的应力。 r=1 r=-1 r=0 0r1 n不稳定变应力：不稳定变应力：应力的参数随时间而变化。应力的参数随时间而变化。 n规律性的不稳定变应力；规律性的不稳定变应力； n 随机性的不稳定变应力；随机性的不稳定变应力； 稳定性周期变应力稳定性周期变应力的描述的描述 n参数：最大应力、最小应力、平均应力、应力幅、应力参数：最大应力、最小应力、平均应力、应力幅、应力 循环特循环特 性性r。（循环周期。（循环周期T）

14、 n对称循环、脉动循环、静应力。 2) 静应力下的许用应力静应力下的许用应力 n静应力下，零件的失效形式：静应力下，零件的失效形式： n断裂或塑性变形断裂或塑性变形 n塑性材料的许用应力塑性材料的许用应力 n不发生不发生塑性变形塑性变形 n取材料的取材料的屈服极限屈服极限作为极限应力，作为极限应力， n许用应力为：许用应力为： n脆性材料零件许用应力脆性材料零件许用应力 n不发生不发生断裂断裂 n应取应取强度极限强度极限作为极限应力，作为极限应力， n许用应力为：许用应力为： S s S B 3)变应力下的许用应力变应力下的许用应力 n变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。变应力下，零件的损坏形

15、式是疲劳断裂。 n疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极 限低，甚至比屈服极限低；限低，甚至比屈服极限低； n 不管是脆性材料或塑性材料，其疲劳断裂口均表不管是脆性材料或塑性材料，其疲劳断裂口均表 现为无明显塑性变形的脆性突然断裂；现为无明显塑性变形的脆性突然断裂； n 疲劳断裂是损伤的积累。疲劳断裂不同于一般静疲劳断裂是损伤的积累。疲劳断裂不同于一般静 力断裂，它是损伤积累到一定程度后，即裂纹扩力断裂，它是损伤积累到一定程度后，即裂纹扩 展到一定程度后，才发生的突然断裂。所以疲劳展到一定程度后，才发生的突然断裂。所以疲劳 断裂与应力循环次数（即使

16、用期限和寿命）密切断裂与应力循环次数（即使用期限和寿命）密切 相关。相关。 变应力下的许用应力变应力下的许用应力 n疲劳曲线：疲劳曲线：表示应力与应力循环次数之表示应力与应力循环次数之 间的关系曲线。间的关系曲线。 n对于铁碳合金来说，当循环次数超过某对于铁碳合金来说，当循环次数超过某 一数值一数值N0后，疲劳曲线趋于水平，即可后，疲劳曲线趋于水平，即可 认为在认为在“无限次无限次”循环时零件不会断裂。循环时零件不会断裂。 N0称为称为循环基数循环基数，对应于，对应于N0的应力称为的应力称为 材料的材料的持久极限持久极限。 n取持久极限作为极限应力。取持久极限作为极限应力。 变应力下的许用应力

17、 n1、疲劳曲线、疲劳曲线 n循环基数循环基数N0 n疲劳极限疲劳极限 1 钢材：钢材：m=9(拉压力、弯曲压拉压力、弯曲压 应力、切应力应力、切应力) m=6(接触应力接触应力) 4)安全系数安全系数 n安全系数大小对设计的影响安全系数大小对设计的影响 n安全系数的确定方法：安全系数的确定方法： n查表法查表法 n基本原则基本原则 n部分系数法：部分系数法：SS1S2S3 nS1：载荷及应力计算的准确性：载荷及应力计算的准确性 nS2：材料的力学性能的均匀性：材料的力学性能的均匀性 nS3：零件的重要性：零件的重要性 安全系数确定的基本原则安全系数确定的基本原则 n当没有专门的表格时，参考下

18、述原则选择安全系数：当没有专门的表格时，参考下述原则选择安全系数： (1)(1)静应力下，塑性材料静应力下，塑性材料 n以屈服极限为极限应力。以屈服极限为极限应力。 n由于塑性材料可以缓和过大的局部应力，由于塑性材料可以缓和过大的局部应力，S S 1.21.21.51.5；对于塑性较差的材料；对于塑性较差的材料S S 1.5 1.5 2.52.5 (2) (2)静应力下，脆性材料静应力下，脆性材料 n以强度极限为极限应力，这时应取较大的安以强度极限为极限应力，这时应取较大的安 全系数。例如，全系数。例如，S S3 3 4 4 (3)(3)变应力下变应力下 n以疲劳极限作为极限应力，可取以疲劳极

19、限作为极限应力，可取S S 1.3 1.3 1.7 1.7 ；若材料不够均匀、计算不够精确时可取；若材料不够均匀、计算不够精确时可取 S S 1.7 1.7 2.5 2.5 5) 机械零件的接触强度机械零件的接触强度 当具有一定曲面的两物体在压力下相互接触时，当具有一定曲面的两物体在压力下相互接触时， 便在接触处产生接触应力。由于接触处产生弹性便在接触处产生接触应力。由于接触处产生弹性 变形，实际接触处为一很小的面积并产生很大的变形，实际接触处为一很小的面积并产生很大的 接触应力接触应力。 HH H =Hlim/SH 机械设计的一般过程机械设计的一般过程： 确定设计任务确定设计任务 拟定原理方

20、案拟定原理方案 总体设计总体设计 零部件施工设计零部件施工设计 鉴定和评价鉴定和评价 产品定型设计产品定型设计 1-2 机械设计基础理论机械设计基础理论 n机械设计机械设计4个方面内容：个方面内容： n机械设计的基本要求；机械设计的基本要求； n机械设计中应考虑的问题；机械设计中应考虑的问题； n机械设计的基本方法；机械设计的基本方法； n机械零件的强度设计。机械零件的强度设计。 机械设计的基本要求机械设计的基本要求 n在满足预期功能的前提下在满足预期功能的前提下， 性能好、效率高、成本低性能好、效率高、成本低 n在预定使用期限内在预定使用期限内 安全可靠安全可靠、操作方便、维修简单操作方便、

21、维修简单造型美观造型美观等等 (1) 运动和动力性能的要求运动和动力性能的要求 n机器应在使用期内有效工作，并达到预期使用目的，机器应在使用期内有效工作，并达到预期使用目的， 保证实现预期功能。为此必须按照所要求的运动和保证实现预期功能。为此必须按照所要求的运动和 承受的载荷，确定机械的工作原理，并选择或设计承受的载荷，确定机械的工作原理，并选择或设计 适当的工作机构和机械传动方案适当的工作机构和机械传动方案。 (2) 工作可靠性的要求工作可靠性的要求 n零件失去设计时预定的功能，称为零件失去设计时预定的功能，称为失效失效。 失效形式：疲劳断裂，表面磨损，表面失效形式：疲劳断裂，表面磨损，表面

22、 胶合，振动过大等。胶合，振动过大等。 n失效原因：体积强度、表面强度和刚度失效原因：体积强度、表面强度和刚度 不足等。不足等。 可靠性可靠性是指机械在预定的期限内能安全是指机械在预定的期限内能安全 可靠的工作、不失效。可靠的工作、不失效。 (3) 经济性要求经济性要求 n要求设计和制造机器的周期短，成本低，使用机器时生产要求设计和制造机器的周期短，成本低，使用机器时生产 效率高、能耗低、维修管理费用低。效率高、能耗低、维修管理费用低。 经济性要求经济性要求 n 选择价廉和市场供应充分的材料；选择价廉和市场供应充分的材料； n 缩短加工工时和费用；缩短加工工时和费用； n 便于维修保养；便于维

23、修保养； n 采用标准零件；简化设计，保证互换性，便于机械的采用标准零件；简化设计，保证互换性，便于机械的 修配，保证零件的质量并降低其成本。只有在采用标修配，保证零件的质量并降低其成本。只有在采用标 准零件不能满足机械使用要求时，才允许采用非标准准零件不能满足机械使用要求时，才允许采用非标准 零件。零件。 (4) 操作方便和安全的要求操作方便和安全的要求 n设计的机械必须能够操作方便、安全、设计的机械必须能够操作方便、安全、 舒适，减轻劳动强度。舒适，减轻劳动强度。 (5) 各种机械的特殊要求各种机械的特殊要求 n此外，应注意各种机械的特殊要求。此外，应注意各种机械的特殊要求。 例如：机床应

24、能在规定的使用期限内保例如：机床应能在规定的使用期限内保 持精度；持精度； 食品、医药等机械应能保持清食品、医药等机械应能保持清 洁。洁。 机械零件设计应考虑的问题机械零件设计应考虑的问题 工作能力（承载能力）工作能力（承载能力） 失效失效是指机械零件失去设计时预定的功能。是指机械零件失去设计时预定的功能。 工作能力工作能力是指机械零件抵抗失效的能力。是指机械零件抵抗失效的能力。 失效形式失效形式： 断裂或塑性变形；过大的弹性变形；断裂或塑性变形；过大的弹性变形； 工作表面的过度磨损或损伤；发生强烈的振动工作表面的过度磨损或损伤；发生强烈的振动。 影响工作能力的主要因素（失效的原因）：影响工作

25、能力的主要因素（失效的原因）： 强度、刚度、工作稳定性、摩擦与磨损、温度强度、刚度、工作稳定性、摩擦与磨损、温度 1） 强度强度 n强度强度是指零件受载荷后抵抗断裂、塑性变是指零件受载荷后抵抗断裂、塑性变 形和某些表面失效的能力。形和某些表面失效的能力。 零件的强度不够，不仅会因零件失效使机零件的强度不够，不仅会因零件失效使机 械不能正常工作，还可能导致安全事故。械不能正常工作，还可能导致安全事故。 强度计算是保证零件工作能力的最基本的强度计算是保证零件工作能力的最基本的 计算准则。计算准则。 n失效失效（破坏破坏）形式：断裂、表面损坏、塑）形式：断裂、表面损坏、塑 性变形等。性变形等。 2）

26、 刚度刚度 n刚度是指在一定载荷作用下零件抵抗弹性变刚度是指在一定载荷作用下零件抵抗弹性变 形的能力。形的能力。 例如：机床的主轴和螺杆，若弹性变形过大例如：机床的主轴和螺杆，若弹性变形过大 就会影响加工精度。因此，这类零件需要有就会影响加工精度。因此，这类零件需要有 足够的刚度。足够的刚度。 刚度的量纲：力刚度的量纲：力/长度。长度。 n柔度是刚度的倒数，其量纲为：长度柔度是刚度的倒数，其量纲为：长度/力力 3 3）工作稳定性）工作稳定性 零件在工作时能保证稳定地正常工作。零件在工作时能保证稳定地正常工作。 n振动稳定性：共振问题。振动稳定性：共振问题。 n受压稳定性：细长杆和薄壁件。受压稳

27、定性：细长杆和薄壁件。 4） 耐磨性耐磨性 n耐磨性耐磨性是指在载荷作用下具有相对运动的是指在载荷作用下具有相对运动的 两零件接触界面的抗磨损能力。两零件接触界面的抗磨损能力。 n据统计据统计80的损坏零件是因磨损而报废的。的损坏零件是因磨损而报废的。 5） 耐热性耐热性 n耐热性包括抗氧化、抗热变形和抗蠕变的能力。耐热性包括抗氧化、抗热变形和抗蠕变的能力。 零件在高温下工作时，将因强度降低而削弱了零件在高温下工作时，将因强度降低而削弱了 承载能力，同时会出现蠕变，增加塑性变形，承载能力，同时会出现蠕变，增加塑性变形， 甚至会发生氧化现象，大大影响机械的精度进甚至会发生氧化现象，大大影响机械的

28、精度进 而使零件失效。而使零件失效。 n温度温度 第一，对材料机械性能的影响。当温度超过某第一，对材料机械性能的影响。当温度超过某 一数值，其强度将急剧下降。一数值，其强度将急剧下降。 蠕变：在高温下，应力不变时，塑性变形随时蠕变：在高温下，应力不变时，塑性变形随时 间而增大。间而增大。 松驰：在高温下，变形量不变时，零件内的应松驰：在高温下，变形量不变时，零件内的应 力随时间而减小。力随时间而减小。 第二，对零件几何尺寸变化的影响。（卡死）第二，对零件几何尺寸变化的影响。（卡死） 第三，对润滑的影响。温度上升，润滑油的粘第三，对润滑的影响。温度上升，润滑油的粘 度和在润滑表面上的吸附能力下降

29、。度和在润滑表面上的吸附能力下降。 n对某一类零件，只以一种或几种失效为主，对某一类零件，只以一种或几种失效为主， 不需要同时考虑所有的失效形式。不需要同时考虑所有的失效形式。 1-4 机械零件的常用材料机械零件的常用材料 钢和铸铁钢和铸铁 有色合金有色合金 非金属材料非金属材料 复合材料复合材料 n材料的选择材料的选择 1）使用要求）使用要求：尺寸小重量轻尺寸小重量轻用高强度材料；用高强度材料； 刚度高刚度高用弹性模量高的材料；用弹性模量高的材料； n对表面接触有要求对表面接触有要求用表面能强化处理的材用表面能强化处理的材 料；料；在高温下工作时在高温下工作时用耐热材料；用耐热材料； n在腐

30、蚀条件下工作时在腐蚀条件下工作时用耐腐蚀材料。用耐腐蚀材料。 n2）工艺性要求：）工艺性要求：要考虑到加工方法实现的可要考虑到加工方法实现的可 能性和难易程度。能性和难易程度。 n3）经济性要求：）经济性要求：材料本身的价格、材料的利材料本身的价格、材料的利 用率、材料的加工费用。用率、材料的加工费用。 n选择方法：类比法、查表法、试验法。选择方法：类比法、查表法、试验法。 材料材料机械性能机械性能 名称名称牌号牌号 抗拉强度抗拉强度 b(N/mm2) 屈服强度屈服强度 s(N/mm2) 硬度硬度 (HBS) 普通碳素结普通碳素结 构钢构钢 Q215 Q235 Q255 Q275 335410

31、 375460 410510 490610 215 235 255 275 优质碳素结优质碳素结 构钢构钢 20 35 45 410 530 600 245 315 355 156 197 220 合金结构钢合金结构钢 18Cr2Ni4W 35SiMn 40Cr 40CrNiMo 20CrMnTi 65Mn 118 785 981 980 1079 735 835 510 785 835 834 430 260 229 247 269 217 285 铸钢铸钢 ZG230-450 ZG270-500 ZG310-570 450 550 570 230 270 310 130 143 153 灰

32、铸铁灰铸铁 HT150 HT200 HT250 145 195 240 150200 170220 190240 球墨铸铁球墨铸铁 QT450-10 QT500-7 QT600-3 QT700-2 450 500 600 700 310 320 370 420 160210 170230 190270 225305 材料 牌号 应用举例 普通碳钢 Q235(A3钢) 螺钉、端盖、垫片、焊接件等 优质碳钢 25 轴、螺钉、垫片 35 轴、连杠、螺栓、螺母 45 齿轮、轴 合金钢 50Mn 齿轮、凸轮等重要零件 40Cr 重要的齿轮、轴、连杠、螺栓 铸钢 ZG35 机架、飞轮、机座等 灰铸铁 HT

33、200 机架、机座、油刚等 球墨铸铁 QT500-5 车辆的轴瓦（滑动轴承、曲轴、 齿轮轴等形状复杂的零件 1- 5 机械零件的结构工艺性机械零件的结构工艺性 零件的结构工艺性零件的结构工艺性 n机械零件的结构工艺性是指制造该零件结构的机械零件的结构工艺性是指制造该零件结构的 难易程度。难易程度。 n机械零件要有良好的工艺性。机械零件要有良好的工艺性。 n机械零件要有良好的工艺性是指所设计的零件机械零件要有良好的工艺性是指所设计的零件 在一定的生产条件下，能用最低的成本和最小在一定的生产条件下，能用最低的成本和最小 的劳动量制造出来并便于装拆。的劳动量制造出来并便于装拆。 n一个零件结构工艺的

34、好坏，对提高加工精度和一个零件结构工艺的好坏，对提高加工精度和 装配质量、提高劳动生产率以及便于检查维修装配质量、提高劳动生产率以及便于检查维修 等有直接影响。因此，设计时应力求零件结构等有直接影响。因此，设计时应力求零件结构 合理、外形简单、造型美观和易于加工。合理、外形简单、造型美观和易于加工。 1 便于制造毛坯便于制造毛坯 n铸造：适宜制造形状复杂的毛坯。铸造：适宜制造形状复杂的毛坯。 铸件的壁厚不宜过薄，避免浇不足铸件的壁厚不宜过薄，避免浇不足 铸件的壁厚要均匀，在壁厚变化处要逐渐过渡，壁铸件的壁厚要均匀，在壁厚变化处要逐渐过渡，壁 的连接处应有结构圆角，避免缩孔的连接处应有结构圆角，

35、避免缩孔 铸件的结构应有利于造型，起模和清理等各个铸造铸件的结构应有利于造型，起模和清理等各个铸造 环节。环节。 n锻造：毛坯形状不宜复杂锻造：毛坯形状不宜复杂 圆锥体，圆柱体交接处，加强筋和凸台等结构，锻圆锥体，圆柱体交接处，加强筋和凸台等结构，锻 造都较困难。造都较困难。 n 焊接：重视力求减少焊接应力和变形（焊缝不焊接：重视力求减少焊接应力和变形（焊缝不 宜宜 过分密集或交叉，不对称）。过分密集或交叉，不对称）。 焊接操作方便。焊接操作方便。 2 便于切削加工便于切削加工 n1） 合理选择零件的尺寸公差和表面粗糙合理选择零件的尺寸公差和表面粗糙 度度 2） 尽可能减少加工面积尽可能减少加

36、工面积 3） 尽量采用标准刀具和减少刀具的种类尽量采用标准刀具和减少刀具的种类 4） 应尽量便于装夹工件应尽量便于装夹工件 5） 应便于刀具进入和退出应便于刀具进入和退出 3 便于装拆和维修便于装拆和维修 n1） 布置螺栓，螺钉和确定被联接件的布置螺栓，螺钉和确定被联接件的 结构尺寸时，要留出装入螺纹联接件和结构尺寸时，要留出装入螺纹联接件和 扳手操作的空间。扳手操作的空间。 n2） 对于具有配合要求的零件，应避免对于具有配合要求的零件，应避免 同时存在两组以上的表面结合。同时存在两组以上的表面结合。 n3） 对于容易磨损的零件，在使用中常对于容易磨损的零件，在使用中常 需更换，应便于维修。需

37、更换，应便于维修。 合理地选择材料合理地选择材料 n各类材料具有不同的特征，要根据实际 情况进行选用。 通常要根据使用性、工艺性和经济性等 三方面要求统筹考虑，力争做到用最低 的成本和最少的工时制造出满足技术要 求的零件。 钢的热处理概念 n热处理：将钢在固态下加热到一定温度， 进行必要的保温，然后采用不同的冷却 速度，以改变钢的组织结构，从而得到 所需性能的工艺方法。 n热处理能充分发挥材料的潜力，节省钢 材，延长机械的使用寿命。 常用的热处理方法有：退火、正火、淬 火及回火、表面热处理等。 三、零件的结构工艺性三、零件的结构工艺性 良好的结构工艺性是指：所设计的零件，良好的结构工艺性是指：

38、所设计的零件， 在一定生产条件下，以最少劳动量，在一定生产条件下，以最少劳动量， 花最少的加工费用制成能满足使用要花最少的加工费用制成能满足使用要 求，并能以最简便的方法在机器中进求，并能以最简便的方法在机器中进 行装拆与维修。行装拆与维修。 工艺性包括加工工艺性和装配工艺性。工艺性包括加工工艺性和装配工艺性。 n四、设计中的标准化、系列化、系列化四、设计中的标准化、系列化、系列化 n标准化：将零件的结构形式、尺寸、材料、参数和性能标准化：将零件的结构形式、尺寸、材料、参数和性能 加以合理的统一的规定。（标准件、非标准件）加以合理的统一的规定。（标准件、非标准件） n系列化：根据要求按一定规律优化组合零部件或产品系系列化：根据要求按一定规律优化组合零部件或产品系 列。列。 n通用化：在系列产品内部或在跨系列的产品之间采用同通用化：在系列产品内部或在跨系列的产品之间采用同 一结构和尺寸的零件、部件。一结构和尺寸的零件、部件。 n在设计中贯彻标准化、系列化、系列化有利于提在设计中贯彻标准化、系列化、系列化有利于提 高设计和生产的质量，方便维护。高设计和生产的质量，方便维护。GB、HB、JB、 YB、ISO。 n机械零件的设计方法机械零件的设计方法 n1）理论设计）理论设计 n设计计算、校核计算。设计计算、校核计算。 n2）经验设计）经验设计 n经验公式、类比法。经验公式、类比法。