机械设计总论 4

第2章机械设计总论人们为了满足生产和生活的需要，研制了类型繁多、功能各异的机器。蒸汽机出现之后，才使机器具有了完整的形态。§2-1机器的组成一台完整的机器的组成如下：原动机部分传动部分执行部分润滑、显示、照明等辅助部分控制系统传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器传感器1、原动机机器的组成是驱动整个机器以完成预定功能的动力源。它把其它形式的能量转换为机械能。原动机的动力输出绝大多数呈旋转运动的状态，输出一定的转矩。

原动机经历了如下发展过程：人力、畜力——水力机、风力机——蒸汽机、内燃机、汽轮机、电动机机器的组成风力机机器的组成蒸汽机机器的组成机器的组成机器的组成….2、执行部分机器的组成是用来完成机器预定功能的组成部分。一部机器可以只有一个执行部分，也可以把机器的功能分解成好几个执行部分。

机器器的的组组成成3、传传动动装装置置用来来连接接原原动动机机部部分分和和执执行行部部分分，它将将原动动机的的运动动形式式、运运动及及动力力参数数转变变为执执行部部分所所需的的运动动形式式、运运动及及动力力参数数。例如：：把旋旋转运运动转转换为为直线运运动；高转转速变变为低转速速；小转矩矩变为为大转转矩等。机机器的的传动部部分大大多数数采用用机械械传动动系统统，有时时也采采用液压或或电力力传动动系统统。机械械传动动系统统是绝绝大多多数机机器不不可缺缺少的的重要要组成成部分分。机器实实例机器实实例控制部部分——保证机机器的的启动动、停停止和和正常常协调调动作作。传感部部分——将机器器的工工作参参数，，如位位移、、速度度、加加速度度、温温度、、压力力等反反馈给给控制制部分分。辅助部部分——包括机机器的的润滑滑、显显示、、照明明等。也是是保证证机器器正常常工作作不可可缺少少的部部分§2-2设计机机器的的一般般程序序一般而而言，，机器器的设计阶阶段是决定定机器器好坏的的关键键一环环。机械械设计计是一一个创造性性的工工作过过程，实践经经验是保证证设计计质量量的重重要因因素。。因此此，要要求设设计者者特别别注意意经验的的积累累。一部完完整的的机器器是一一个复杂的的系统统，要提提高设设计质质量，，必须须有一一个科学的的设计计程序序。潘存云云教授授研制制潘存云云教授授研制制技术设计方案设计计划提出任任务分析对机器的要求确定任务要求机器功能分析提出可能的解决办法组合几种可能的方案决策——选定方案明确构构形要要求结构化选择材料、确定尺寸零件设计编制技术文件评价决策—确定结构形状与尺寸评价部件设计总体设计机器设设计的的一般般流程程一、计计划阶阶段包括：：需求求分析析、明明确功功能、、制定定设计计任务务书。。设计任任务书书机器的的功能能经济性性估计计制造要要求的的大致致估计计基本使使用要要求预计的的设计计周期期二、方案设设计阶阶段对机器器的功功能进进行综综合分分析、、确定定功能参参数、、提出出实现现方案案。在制定定功能能参数数时一一定要要注意意恰当处处理需需要与与可能能、理理想与与现实实、长长远目目标与与当前前目标标等之间间的关关系。。一般而而言，，实现现同一一个功功能，，有多种可可能的的方案案。以螺纹制制造为为例，，有车车削、、滚压压、板板牙加加工等等方法法。方法不不同，，其执执行部部分的的工作作原理理也不不同。。因此，，存在一一个方方案的的比较较和取取舍问问题。方案评评价原原则：：经济济性、、技术术上可可行。。总费用设计制造费用使用费用费用复杂程度经济性性——总费用用最低低。方案设设计阶阶段要要正确处处理好好借鉴鉴与创创新的的关系系。同类机机器的的成功先先例应应当借借鉴，但其其中的的薄弱弱环节节和不不符合合现有有任务务要求求的部部分应应当加加以改改进或或替换换。一味求新而把合理的原有经验弃置不用保守和照搬原有设计坚决反对为了确确定零零件的的基本本尺寸寸，必必须完完成以以下工工作：：(1）机器器的运运动学学设计计(2）机器器的动动力学学设计计确定原原动机机的参参数（（功率率、转转速、、线速速度等等）。。求解解构件件的运运动参参数（（转速速、速速度、、加速速度等等）。。计算构构件所所受公公称载载荷（（名义义载荷荷）大大小和和特性性。三、技术设设计阶阶段绘制总总装配配草图图、部部件装装配草草图，，由草草图确确定零零部件件的外外形、、基本本尺寸寸和零零件工工作图图。(3）零件件的工工作能能力设设计(4）部件件装配配草图图及总总装配配草图图的设设计——结构设设计(5）主要要零件件的校校核计计算由公称称载荷荷大小小和特特性，，根据据工作作能力力准则则作零零部件件的初初步设设计。。通过过计算算或类类比得得出零零件的的基本本尺寸寸。以结构构设计计尺寸寸为依依据，，对零零件进进行精精确的的受力力分析析和工工作能能力校校核计计算。。四、技术文文件编编制技术文文件设计说说明书书使用说说明书书零件明明细表表标准件件汇总总表产品验验收条条件……技术文文件——用来说说明产产品性性能、、设计计、制制造、、操作作使用用、维维护或或其他他所有有与产产品相相关的的文档档资料料。实例：：大型风风机叶叶片运运输问问题计划阶阶段需求分分析、、明确确功能能、制制定设设计任任务书书。型号生产厂商叶片总长L(mm)法兰节园直径ф(mm)螺栓件数及型号支点L1(mm)重心L2（mm）弦长L3(mm)重量（t）预弯（mm）XE96-2000东泰46500211060×M36151008.953000XE93-2000连众45300211060×M36317501410036008.6/XE93-2000惠腾45300211060×M36300001399037008.3514691、国外外已经经申请请专利利的举举升原原理图图二、方方案设设计对机器器的功功能进进行综综合分分析、、确定定功能参参数、、提出出实现现方案案。2、改进进设计计的全全新举举升原原理图图1、经过过优化化的举举升机机构关关键尺尺寸三、技技术设设计2、经过过优化化的举举升液液压缸缸布置置方式式3举升运运输装装备结结构设设计四、技术文文件编编制技术文文件设计说说明书书使用说明明书零件明细细表标准件汇汇总表试验大纲纲……湘电风能能：大大型叶叶片举升升运输装装备叶片水平平运输时时，运输输装备图图。湘电风能能：大大型叶叶片举升升运输装装备叶片举升升一定角角度运输输图。设计机器器的任务是在当前前技术发发展所能能达到的的条件下下，根据据生产及及生活的的需要提提出的。。不管机机器的类类型如何何，一般般来说，，对机器器都要提提出以下下的基本要求求：§2-3对机器的的主要要要求在满足预期期功能的前提下下，要求求性能好好、效率率高、成成本低，，造型美美观，在在预定使使用期限限内要安安全可靠靠，操作作方便、、维修简简单。具体要求求如下：1、使用功能能要求使用功能能要求——机器应具具有预定的使使用功能能。这主要要靠正确确地选择择机器的的工作原原理，正正确地设设计或选选用能够够全面实实现功能能要求的的执行行机机构构、、传传动动机机构构和和原原动动机机，以以及及合合理理地地配配置置必必要要的的辅辅助助系系统统来来实实现现。。经济济性性要要求求———机器器的的经经济济性性体体现现在在设设计计、、制制造造和和使使用用的的全全过过程程中中，，设设计计机机器器时时就就要要全全面面综综合合地地进进行行考考虑虑。。设设计计制制造造的的经经济济性性表表现现为为机机器器的的成本本低低，使使用用经经济济性性表表现现为为高生生产产率率高高效效率率、、低低能能耗耗、、以以及及低低的的管管理理和和维维护护费费用用等。。2、经经济济性性要要求求提高高设设计计和和制制造造经经济济性性指指标标的的主主要要途途径径有有:（1）采采用用先先进进的的现代代设设计计方方法法(CAD)，使使设设计计参参数数最最优化化,达到到尽尽可可能能精精确确的的计计算算结结果果,保证证机机器器足足够够的的可可靠靠性性。。（2）最最大大限限度度地地采采用用标准准化化、、系系列列化化及及通通用用化化的零零、、部部件件。。（3）尽尽可可能能采采用用新技技术术、、新新工工艺艺、、新新结结构构和和新新材材料料。（4）合合理理地地组织织设设计计和和制制造造过过程程。（5）力力求求改改善善零零件件的的结构构工工艺艺性性，使使其其用用料料少少、、易易加加工、、易易装装配配。。（1）合合理理地地提提高高机机器器的的机械械化化和和自自动动化化水水平平，以以期期提提高机机器器的的生生产产率率。。提高高使使用用经经济济性性指指标标的主主要要途途径径有有（2）选选用用高效效率率的的传传动动系系统统，尽尽可可能能减减少少传传动动的的中中间间环节节，，以以期期降低低能能源源消消耗耗。（3）适适当当地地采采用用防护护及及润润滑滑，以以延延长长机机器器的的使使用用寿寿命命。。（4）采采用用可靠靠的的密密封封，，减减少少或或消消除除渗渗漏漏现现象象。(1)要使使机机器器的的操作作者者方方便便和和安安全全。因因此此设设计计时时要要按按照照人人机机工工程程学学的的观观点点布布置置各各种种按按钮钮、、手手柄柄，，使使操操作作方方式式符符合合人人们们的的心心理理和和习习惯惯，，同同时时，，设设置置完完善善的的安安全全装装置置、、报报警警装装置置、、显显示示装装置置等等。。(2）改善善操操作作者者及及机机器器的的环环境境。所所设设计计的的机机器器应应符符合合劳劳动动保保护护法法规规的的要要求求。。降降低低机机器器运运转转时时的的噪噪声声水水平平，，防防止止有有毒毒、、有有害害介介质质的的渗渗漏漏，，对对废废水水、、废废气气和和废废液液进进行行治治理理。。3、劳劳动动保保护护要要求求机器器的的可靠靠度度———指在在规规定定的的使使用用时时间间（（寿寿命命））内内和和预预定定的的环环境境下下机机器器能能够够正正常常工工作作的的概概率率。。机器器由由于于某某种种故故障障而而不不能能完完成成预预定定的的功功能能称称为为失效效，它它是是随随机机发发生生的的，，其其原原因因是是零零件件所所受受的的载载荷荷、、环环境境温温度度、、零零件件本本身身物物理理和和力力学学性性能能等等因因素素是是随随机机变变化化的的。。为为了了提提高高零零件件的的可可靠靠性性，，就就应应当当在在工工作作条条件件和和零零件件性性能能两两个个方方面面使使其其变变化化尽尽可可能能小小。。4、寿寿命命与与可可靠靠性性要要求求其他他专专用用要要求求———针对对不不同同机机器器所所特特有有的的要要求求。。例例如如：：(1)对机床有有长期期保持持精度度的要求求；(2)对飞机有有质量量小，，飞行行阻力力小而而运载载能力力大的要求求；(3)对流动使使用的的机器器有便于于安装和和拆卸卸的要求求；(4)对大型机机器有有便于于运输输的要要求求等等。。5、其其它它专专用用要要求求机械械零零件件的的失效效：机械械零零件件由由于于某某种种原原因因不能能正正常常工工作作时时，，称称为为失失效效。工作作能能力力———在不不发发生生失失效效的的条条件件下下，，零零件件所所能安安全全工工作作的的限限度度。通通常常此此限限度度是是对对载载荷荷而而言言，，所所以以习习惯惯上上又又称称为为承载载能能力力。§2-4机械械零零件件的的主主要要失失效效形形式式例如如，，发发生生强强烈烈的的振振动动，，联联接接的的松松弛弛，，摩摩擦擦传传动动的的打打滑滑等等。。整体体断断裂裂过大大的的残残余余变变形形工作作表表面面的的过过度度磨磨损损或或损损伤伤破坏坏正正常常的的工工作作条条件件零件件的的失失效效形形式式机械械零零件件虽虽然然有有多种种可可能能的的失失效效形形式式，归归纳纳起起来来最最主主要要的的为为：：整体体断断裂裂过大大的的残残余余变变形形工作作表表面面的的过过度度磨磨损损或或损损伤伤整体体断断裂裂过大大的的残残余余变变形形破坏坏正正常常的的工工作作条条件件工作作表表面面的的过过度度磨磨损损或或损损伤伤整体体断断裂裂过大大的的残残余余变变形形机械械零零件件失失效效实实例例：：潘存云教授研制轮齿塑性变形潘存云教授研制齿轮轮齿折断潘存云教授研制轴承内圈破裂潘存云教授研制轴承外圈塑性变形潘存云教授研制齿面接触疲劳潘存云教授研制轴瓦磨损失效效原原因因:强度度、、刚刚度度、、耐耐磨磨性性、、振振动动稳稳定定性性、、温温度度等等统计计结结果果显显示示：：断裂裂仅仅占占4.79%;腐蚀蚀、、磨磨损损、、疲疲劳劳破破坏坏占占73.88%，是是主主要要失失效效原原因因。。▲避免免在在预预定定寿寿命命期期内内失失效效的的要要求求▲结构构工工艺艺性性要要求求▲经济济性性要要求求▲质量量小小的的要要求求▲可靠靠性性要要求求机器器是是由由各各种种各各样样的的零零部部件件组组成成的的，，要要使使所所设设计计的的机机器器满满足足基基本本要要求求，，就就必必须须使使组组成成机机器器的的零零件件满满足足以以下下要要求求：：§2-5设计计机机械械零零件件时时应应满满足足的的基基本本要要求求▲避免免在在预预定定寿寿命命期期内内失失效效的的要要求求▲结构构工工艺艺性性要要求求▲经济济性性要要求求▲避免免在在预预定定寿寿命命期期内内失失效效的的要要求求▲结构构工工艺艺性性要要求求▲质量量小小的的要要求求▲经济济性性要要求求▲避免免在在预预定定寿寿命命期期内内失失效效的的要要求求▲结构构工工艺艺性性要要求求提高高零零件件强强度度的的措措施施有有：：▲采用用高高强强度度的的材材料料▲使零零件件具具有有足足够够的的截截面面尺尺寸寸▲合理理设设计计零零件件的的截截面面形形状状，，增增大大惯惯性性矩矩▲采用用热热处处理理和和化化学学处处理理方方法法提提高高材材料料的的强强度度性性能能▲提高高零零件件的的制制造造精精度度，，以以减减少少工工作作时时的的动动载载荷荷▲合理理配配置置零零件件的的相相对对位位置置，，以以降降低低零零件件的的载载荷荷1.强度度要要求求应保保证证零零件件有有足够够的的强强度度、、刚刚度度、、寿寿命命。。一、、避避免免在在预预定定寿寿命命期期内内失失效效的的要要求求2.刚度度要要求求零件件在在工工作作时时的的弹弹性性变变形形不不能能超超过过允允许许的的范范围围称称为为零零件件的的刚刚度度要要求求。。提高零件件刚度的的措施有有▲增大零件件的截面面尺寸或或增大惯惯性矩；；▲缩短支承承的跨距距或采用用多点支支承。3.寿命要求求影响零件件寿命的的主要因因素有大部分零零件工作作在变应应力下，，疲劳破坏坏是引起起零件破破坏的主主要原因因。影响疲疲劳强度度的因素素有疲劳破坏坏腐蚀磨损▲应力集中中▲零件的尺尺寸大小小▲零件表面面质量及及环境状状况零件处在在腐蚀性性介质中中工作时时，可能能使材料料遭到腐腐蚀。抗腐蚀的的措施有有▲表面发兰兰（发黑黑）▲表面镀层层▲表面涂漆漆▲表面阳极极化二、结构构工艺性性要求零件工艺艺性良好好的标志志——在具体的的生产条条件下，，零件要要便于加工工而加工工费用又又很低。。工艺性的的基本要要求：(1)毛坯选择择合理制备方法法：选用型型材、铸铸造、锻锻造、冲冲压和焊焊接等。。毛坯选择择与生产产批量、、材料性性能和加加工可能能性有关关。单件或小小批量生生产时，，选用棒棒料、板板材、型型材或焊焊件。大批量生生产时，，往往选选用铸造造、锻造造、冲压压等方法法。(2)结构简单单合理▲最好采用用平面、、柱面、、螺旋面面等简单单表面及及其组合合▲尽量减少少加工面面数和加加工面积积▲尽量采用用标准件件▲增加相同同形状、、相同元元素（直直径、圆圆角半径径、配合合、螺螺纹、、键、齿齿轮模数数等）的的数量(3)合理理的的制制造造精精度度和和表表面面粗粗糙糙度度零件件的的加加工工成成本本随随精精度度和和表表面面粗粗糙糙度度的的提提高高而而急急剧剧增增加加。。决决不不能能盲盲目目追追求求高高精精度度，，应应在在满满足足使使用用要要求求的的前前提提下下，，尽尽量量采采用用较较低低的的精精度度和和表表面面质质量量。。(4)尽量量减减小小零零件件的的加加工工量量▲毛坯坯形形状状和和尺尺寸寸应应尽尽量量接接近近零零件件本本身身的的形形状状和和尺尺寸寸。。力力求求使使少少或或无无切切削削加加工工，，节节约约材材料料、、降降低低成成本本▲尽量量采采用用精精密密铸铸造造、、精精密密锻锻造造、、冷冷轧轧、、冷冷挤挤压压、、粉粉末冶冶金金等等先先进进工工艺艺满满足足上上述述要要求求欲设设计计出出工工艺艺性性良良好好的的零零件件，，设计计者者必必须须虚虚心心向向工工艺艺技技术术人人员员和和一一线线工工人人学学习习，，在在实实践践中中积积累累经经验验。三、、经经济济性性要要求求零件件的的经经济济性性首首先先表表现现在在零零件件的的生产产制制造造成成本本上上。▲简化化零零件件的的结结构构，降降低低材材料料消消耗耗▲采用用无余余量量、、少少余余量量的的毛毛坯坯，减减少少加加工工工工时时▲采用用廉廉价价而而充充足足的的材料料代代替替昂昂贵贵材材料料▲大型型零零件件采采用用组合合结结构构而而非非整整体体结结构构▲尽量量采采用用标标准准件件四、、质质量量小小的的要要求求减小小质质量量的的好好处处节约约材材料料；；减小小惯性性，改改善善机机器器的的动力力性性能能。减小小质质量量的的措措施施：：▲采用用缓冲冲装装置置来来降降低低零零件件所所受受冲冲击击载载荷荷▲采用用安全全装装置置来来限限制制作用用在在零零件件所所受最最大大载载荷荷减小小质质量量的措措施施(续)：▲从零零件件应应力力较较小小处处削削减减部部分分材材料料，以以改改善善零零件件受受力的的均均匀匀性性，，提提高高材材料料的的利利用用率率▲采用用与与工作作载载荷荷方方向向相相反反的的预预载载荷荷，以以降降低低零零件件的工工作作载载荷荷▲采用用轻型型薄薄璧璧冲冲压压件件或或焊焊接接件件代代替替铸铸造造、、锻锻压压件件▲采用用强重重比比高高的材材料料五、、可可靠靠性性要要求求零件件的的失效效是随机机发发生生的，，其其原原因因是是零零件件所所受受的的载载荷荷、、环环境境温温度度、、零零件件本本身身物物理理和和机机械械性性能能等等因因素素是是随随机机变变化化的的。。为为了了提提高高零零件件的的可可靠靠性性，，就就应应当当在在工作作条条件件和和零零件件性性能能两个个方方面面使使其其变变化化尽尽可可能能小小。。§2-6机械械零零件件的的计计算算准准则则▲强度度准准则则▲刚度度准准则则设计计零零件件时时，，首首先先应应根根据据零零件件的的失失效效形形式式确确定定其其设设计计准准则则以以及及相相应应的的设设计计计计算算方方法法。。一一般般来来讲讲，，有有以以下下几几种种准准则则：：——确保零件件不发生生断裂破破坏或过过大的塑性变形形，是最最基本的的设计准准则——确保零件件不发生生过大的的弹性变变形▲强度准则则▲刚度准则则▲寿命准则则▲振动稳定定性准则则▲可靠性准准则——通常与零零件的疲疲劳、磨磨损、腐腐蚀相关关——高速运转转机械的的设计应应注重此项准则则——当计及随随机因素素影响时时，仍应应确保上述各各项准则则▲寿命准则则▲振动稳定定性准则则▲可靠性准准则▲寿命准则则▲振动稳定定性准则则强度准则则是指零零件中的的应力不得得超过许许用值。即：一、强度度准则σ≤σlimσlim——材料的极极限应力力脆性材料料σlim=σB(强度极限限)塑性材料料σlim=σS(屈服极限限)为了安全起见见，引入安全系数数S，得σ≤σlim/S或σ≤[σ]S为大于1的数，S过大，虽虽安全但但浪费材材料；S过小，虽虽节省材材料，但但趋于危危险。——许用应力力二、刚度度准则是指零件件在力作作用下的的弹性变变形量不不得超过过许用值值。即y≤[y]三、寿命命准则影响零件件使用寿寿命的因因素主要要是腐蚀、磨磨损和疲疲劳。前两者者还没有有成熟的的计算方方法，工工程中通通常是求出使用用寿命时时的疲劳劳极限作作为计算算的依据据。四、振动动稳定性性准则保证机器器中受激振振零件的的固有频频率与激激振源的的频率错错开，即即要求：：fp<0.85f或fp>1.15f如果不不满足足条件件，可可采取取如下下措施施：▲改变零零件及及系统统刚性性▲增减支支承▲调整支支承的的位置置▲隔离激激振源源▲采用阻阻尼元元件以以减小小零件件的振振幅▲改变零零件及及系统统刚性性▲调整支支承的的位置置▲增减支支承▲改变零零件及及系统统刚性性▲调整支支承的的位置置▲隔离激激振源源▲采用阻阻尼元元件以以减小小零件件的振振幅▲增减支支承▲改变零零件及及系统统刚性性▲调整支支承的的位置置五、可可靠性性准则则可靠度度的定定义：：对件数数为N0的一批批零件件进行行试验验，经经过时时间t之后有有N件仍能能正常常工作作，则该零零件在在该试试验环环境条条件下下工作作时间间t的可靠靠度定定义为为R=N/N0若t↑R↓N↓——R是时间间的函函数。。若在时时间t+dt内，又又有dN个零件件失效效，则则dt内零件件的失失效的的比率率定义义为——失效率率“-”表示dN的增大大将使使N减少。。即零件可可靠度度的另另一个个指标标是两次失失效之之间的的平均均无故故障时时间m（MTBF），m与λ的关系系为M=1/λ分离变变量并并积分分得§2-7机械零零件的的设计计方法法机械零零件的的设计计方法法常规设设计方方法现代设设计方方法理论设设计经验设设计模型实实验设设计常规设设计方方法是是指采采用一一定的的理论分分析和和计算算，结合合人们们在长长期的的设计计和生生产实实践中中总结结出的的方法、、公式式、图图表等进行行设计计的方方法。。(1)理论设设计根据长长期实实践总总结出出来的的设计理理论和和实验验数据据所进行行的设设计。。1、常规规设计计方法法以受拉杆杆为例，，强度计计算公式为为σ≤σlim/S或F/A≤σlim/SF——拉力，，A——截面积积。设计计计算A≥FS/σlim校核计计算有有四种种可选选方式式σ=F/A≤[σ]F≤A[σ]Sca=σlim/σ≥Sσlim≥SσSca——计算安安全系系数经验设计——根据对某类类零件已有的设计计与使用实实践而归纳纳出的经验验公式，或根据设设计者本人人的设计经经验用类比比的方法所所进行的设设计。这对于那些使使用要求变变化不大而而结构形状状已典型化化的零件，，是很有效效的设计方方法。例例如如箱箱体体、、机机架架、、传传动动件件的的结结构构要要素素等等。。（2）经经验验设设计计模型型实实验验设设计计———把初步步设设计计的的零零、、部部件件或或机机器器做做成成小小模模型型或或小小尺尺寸寸样样机机，经经过过试试验验的的手手段段对对其其特特性性进进行行检检验验，，根根据据实实验验结结果果再再对对设计计进进行行逐逐步步修修改改，达达到到完完善善。。这种种方方法法对对于于那那些些尺寸寸巨巨大大而而结结构构又又很很复复杂杂的的重重要要零零件件的的设设计计是是一一种种很很有有效效的的方方法法。。（3）模模型型实实验验设设计计现代代设设计计方方法法是是指指在在近近二二三三十十年年发发展展起起来来的的更更为为完完善善、、科科学学、、计计算算精精度度高高、、设设计计与与计计算算速速度度更更快快的的机机械械设设计计方方法法。。2、现现代代设设计计方方法法§2-8机械械零零件件设设计计的的一一般般步步骤骤(1)根据据零零件件的的使使用用要要求求，，选选择择零零件件的的类型型和和结结构构。为此此，，必必须须对对各各种种零零件件的的不同同类类型型、、优优缺缺点点、、特特性性和和使使用用范范围围等，，进进行行综综合合对对比比与与正正确确选选用用。。(2)根据据机机器器的的工工作作要要求求，，计算算作作用用在在零零件件上上的的载载荷荷。(3)根据据零零件件的的工工作作条条件件及及对对零零件件的的特特殊殊要要求求(如高高温温环环境境等等)选择择适适当当的的材材料料。(4)根据据零零件件的的失效效形形式式，确确定定零零件件的的计算算准准则则，通通过计计算算，，确确定定零零件件的的基基本本尺尺寸寸。。(5)根据据工艺艺性性和和标标准准化化，进进行行零零件件的的结构构设设计计。(6)细节节设设计计完完成成之之后后，，必必要要时时进进行行详详细细的的校核核计计算算，以以判判定定结结构构的的合合理理性性。。(7)绘制制零零件件工工作作图图，，并并撰撰写写计计算算说说明明书书。选择择零零件件类类型型、、结结构构写出计算说明书画出零件工作图校核计算计算零件上的载荷确定计算准则选择零件的材料确定零件的基本尺寸结构设计零件件的的设设计计流流程程图图黑色色金金属属有色色金金属属铸铁铁钢1、金属属材材料料一、、常常用用材材料料低碳碳钢钢(08F)中碳碳钢钢(45)高碳碳钢钢(60)合金金钢钢(1Cr18）………灰铸铸铁铁(TH300)球墨墨铸铸铁铁(QT500-5)………§2-9机械械零零件件材材料料的的选选用用原原则则铝合合金金(LY12)铜合合金金(ZCuSn10P1)铸铁铁———灰铸铸铁铁、、球球墨墨铸铸铁铁、、可可锻锻铸铸铁铁、、合合金金铸铸铁铁等等。。特点点：：良良好好的的液态态流流动动性性，可可铸铸造造成成形状状复复杂杂的的零零件件。较较好好的的减震震性性、、耐耐磨磨性性、、切切削削性性（（指指灰灰铸铸铁铁））、、成成本本低低廉廉。。应用用：：应应用用范范围围广广。。其其中中灰铸铸铁铁最最广广、、球球墨墨铸铸铁铁次次之之。。（1）铸铸铁铁钢———低碳碳钢钢、、中中碳碳钢钢、、高高碳碳钢钢、、合金金钢钢、、结结构构钢钢、、工工具具钢钢、、特特殊殊钢钢(不锈锈钢钢、、耐耐热热钢钢、、耐耐酸酸钢钢等等)、铸铸钢钢等等。。特点点：：与铸铸铁铁相相比比，，钢具具有有高高的的强强度度、、韧韧性性和和塑塑性性。可用热处理方方法改善善其力学学性能和和加工性性能。（2）钢高分子材材料——塑料、橡橡胶、合合成纤维维。橡胶——橡胶富于弹性性，能吸收收较多的的冲击能量量。常用作作联轴器器或减震震器的弹弹性元件件、带传传动的胶胶带等。硬橡橡胶可用用于制造造用水润润滑的轴轴承衬。。塑料——塑料的密度小，，易于制制成形状状复杂的的零件，，而且各种种不同塑塑料具有有不同的的特点，，如耐蚀蚀性、绝绝热性、绝绝缘性、、减摩性性、摩擦擦系数大大等，所所以近年年来在机机械制造造中其应应用日益益广泛。。2、高分子材材料复合材料料陶瓷——强如钢、、轻如铝铝、硬如如金刚石石。——强度高、、弹性模模量大、、质量轻轻。3、陶瓷3、陶瓷4、复合材材料二、机械械零件材材料的选选用原则则适用于制制作机械械零件的的材料种种类非常常之多，，在设计计机械零零件时，，如何从从各种各各样的材材料中选选择出合合适的材材料，是是一项受受多方面面因素所所制约的的复杂的的工作。。设计者应应根据零件的用用途、工工作条件件和材料料的物理理、化学学、机械械和工艺艺性能以以及经济济因素等等进行全面面考虑。。脆性材料料——只适用于于制造在在静载荷荷下工作作的零件件；1.载荷及应应力的大小和性性质这方面的的因素主主要是从从强度观点点来考虑虑的，应在在充分了了解材料料的机械械性能的的前提下下来进行行选择。。金属材料料的性能能一般可可以通过过热处理加加以提高高和改善善，因此要要充分利利用热处理手手段来发发挥材料料的潜力力。对于常常用的调调质钢，，由于其其回火温温度的不不同，可可得到力力学性能能不同的的毛坯。。塑性材料料——适用于在在有冲击击情况下下工作的的零件。。2.零件的工工作情况况指零件所所处的环境特点点、工作作温度、、摩擦磨磨损程度度等。▲在湿热环境境下工作作的零件，，其材料料应具有有良好防腐蚀能力，，可选用用不锈钢钢、铜合合金等▲两配合零零件的线线膨胀系系数不能能相差过过大若相差过过大。一一方面在在，温温度变化化时产生生过大热热应力或或使配合合松动，，另一方方面要考考虑材料料机械性性能随温温度而变变化的情情况。▲零件在在工作中中可能发生生磨损的的表面，，应提高高其表面面硬度，增增加耐磨磨性，因此应应选择淬淬火钢、、渗碳钢钢、氮化钢零件的尺寸及质质量的大大小与材料的品品种及毛毛坯制取取方法有有关。3.零件的尺尺寸及质质量▲用铸造造材料制制造毛坯坯时，一一般可以以不受尺寸寸及质量量大小的限限制▲而用锻锻造材料料制造毛毛坯时，，则须注注意锻压机械械及设备的生产产能力▲应尽可可能选用用强重比大大的材料料，以便减减小零件件的尺寸和质量量铸造材料料：液态流流动性、、收缩率率、偏析析和缩孔孔倾向性性4.零件结构构的复杂杂程度及及材料的的加工可可能性结构复杂杂：铸造或或板材冲冲压后焊焊接；结构简单单：锻造法法制毛坯坯锻造材料料：延展性性、热脆脆性、塑塑性变形形的能力力焊接材料料：焊接性性、焊缝缝产生裂裂纹倾向向性材料热处处理：可淬性性、变形形、热处处理介质质渗透能能力冷加工工工艺：硬度、、易切削削、冷作作硬化▲材料料的加工费用用5.材料的经经济性材料的经经济性主主要表现现在以下下几方面面：▲材料料本身的的相对价格格▲材料料的利用率▲采用用组合结构构▲节约稀有有材料选材时还还应考虑虑到当时时当地材材料的供供应状况况。为了了简化供供应和贮贮存的材材料品种种，对于于小批制造造的零件件，应尽可可能地减少同一一部机器器上使用用的材料料品种和和规格。6.材料的供供应状况况各种材料料的化学学成分和和力学性性能可在在相关国国标、行行标和机机械设计计手册中中查得。。为了材料料供应和和生产管管理上的的方便，，应尽量量减少一一台机器器所用材材料的品品种。表2-2常用钢铁材料的牌号及力学性能材料力学性能试件尺寸类别牌号强度极限σB

屈服极限σS

延伸率%mmQ215335～41021531碳素结构钢Q235375～46023526d≤16Q275490～610275202041024525优质碳素结构钢3553031520d≤25456003551635SiMn88373515d≤25合金结构钢

40Cr9817859d≤2520CrMnTi107983410d≤1560Mn981785