Ch01机械设计总论

机械设计学时：54（理论学时：48，实验学时：6）学分：3面向专业：农业机械化及其自动化机械设计制造及其自动化先修课程：工程力学、机械原理、机械制图、工程材料等

课程性质：必修主讲：李显昌E-mail：xianchangli2004@126.comMobilePhone15154505580一、参考书目[1]吴宗泽、高志主编.《机械设计》（第2版），北京：高等教育出版社2009年1月。[2]黄靖远等.《机械设计学》，北京：机械工业出版社，2006。[3]《机械设计》濮良贵主编，高教出版社。二、网络资源[1]机械设计精品课.河北理工大学./doc/2005/jxsjnew/jiaoxuedagang.html[2]机械设计精品课程.九江学院./jxxy/html/xkjs/kcdg.html[3]机械设计.华北水利水电学院精品课程/jxsj/第一章机械设计总论6）了解机械零件常用材料及选用原则。基本要求：1）了解零件的概念、种类；2）了解机械设计的方法和基本程序，机械设计应满足的基本要求；3）了解本课程的研究对象、内容、课程的性质、任务、特点及学习方法；4）掌握与机械零件失效形式对应的设计准则；5）了解机械零件的标准化、系列化、通用化；1、失效形式和计算准则。2、机械零件的常用材料及热处理选择。重点与难点：§1-1引言§1-1机械设计概述机械工业的生产水平是一个国家现代化建设的重要标志。机械工业肩负着为国民经济各个部门提供装备和促进技术改造的重任。大量地设计制造和广泛采用各种先进的机器，可大大促进国民经济发展的力度，加速我国的现代化建设。产品的创新首先是从设计工作开始的。设计是生产产品的第一道工序，要想生产出好的产品，首先要有好的设计。

物质生产是人类社会生存发展的基础。机械工业为人类的物质生产提供各种技术装备。机械设计是机械工程的“灵魂”。润滑、显示、照明等辅助系统原动机传动装置执行机构/工作机构控制系统一、机器的组成

任何机械设备都是由许多机械零部件组成的，也都是以各个零件为基本单元加工制造的。机械零件——机械制造过程中不可分拆的最小单元

。机械零件通用零件——机械制造过程中为完成同一目的而由若干协同工作的零件组合在一起的组合体。例如：轴承，联轴器。机械部件机器传动件联接件支承件其它—齿轮、蜗杆、带、链—螺栓、键、花键—轴、轴承—联轴器、弹簧、机架专用零件各种机器中常用的。(本课程主要学习对象）只在某些特定的机器中才用到。（在有关专业课中学习）—水轮机叶片、活塞、曲轴

机器是由机械零件组成的整体，各个零件之间有紧密联系。学习时应有整体的设计观念。注：本课程中，机械零件泛指零件和部件。二、机械设计的方法和基本程序（一）机械设计的方法：内插式设计在现有的两个具有大小不等设计参数的设计方案之间所作的设计。这是最常用的设计方法。外推式设计全部或部分设计参数超出现有设计范围时所作的设计。此种设计必须对外推部分的设计进行必要的技术研究、理论探索和科学实验。开发性设计为了开发具有新功能的新机器，应用新原理、新技术所作的设计。（二）机械设计基本程序：明确设计任务方案设计技术设计试制评价、定型投产◆计算说明书（对关键零部件进行必要的计算）技术设计阶段的输出：◆总体规划（机器总体布置方案，产生总装配图）◆零、部件设计（主要部件装配图和非标准零件工作图）（三）机械设计总体过程：设计任务调查研究开发计划书试验研究

技术设计样机试制、实验技术经济评价生产设计小批试制正式投产销售服务调查决策阶段研究设计阶段试制阶段投产销售阶段（四）机械零件设计的一般步骤：选择零件类型、结构

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校核计算画出零件工作图写出计算说明书三、机械设计的基本要求★功能要求机械产品必须具有设计任务书中规定的功能。工作原理正确，原动机选用适当，执行机构、传动装置设计、制造和选用合理。★可靠性要求机械产品在预期的使用期限内，能够安全可靠地工作。设计时需要进行强度、刚度、寿命等方面的计算。★经济性要求机械产品的经济性体现在设计、制造和使用的全过程中。设计制造低成本，使用生产效率高，能源、材料消耗少以及管理、维护费用低。★社会性要求机械产品不应对人、环境和社会造成不良影响。四、设计者应具备的基本素质掌握并能合理应用设计机械所需的各种知识具有创新意识和创新能力◆具有认真细致、一丝不苟的工作作风。◆具有团队协作精神。机构的运动、动力分析；机构、零件的选型和设计；图样的绘制；机械加工制造过程以及工程材料等方面的基础知识。机械产品的创新完全依赖于设计者的创新意识和创新能力。创新能力是一个设计者所必备的最重要的素质。一个很小的设计错误，也可能在制造中造成巨大浪费，在使用中导致严重的事故。（一）机械设计课程的性质：§1-2

机械设计课程简介一、本课程的性质、任务和内容本课程是一门重要技术基础课，培养机械设计能力，研究机械装置和机械系统的设计问题。综合运用以前学过的理论力学、材料力学、机械制图、工程材料等专业基础知识，学习机械设计的基础知识、基本理论以及基本设计方法，训练和提高机械设计能力，为机械设计专业课程的进一步学习和综合运用打下坚实的基础。作用（二）机械设计课的主要任务：通过课堂理论学习、课程设计及实验等教学环节，完成任务：1）掌握通用机械零件的设计原理、方法和机械设计的一般规律，具有设计机械传动装置和简单机械的能力。2）树立正确的设计思想和创新意识，具有一定的机械设计创新能力。3）具有运用标准、规范、手册、图册和查阅相关技术资料的能力。4）掌握典型机械零件的实验方法，获得实验技能的基本训练。5）关注国家当前的有关技术政策，并对机械设计的新发展有所了解。（三）机械设计课的主要内容：其他部分：机械设计常用的一些基础理论和通用机械零件在常用参数范围内的基本设计方法。具体包括：本课程介绍通用零件的传统的基本设计方法，是从事机械设计工作的基础，也是进一步学习各种新设计方法的基础。基础理论部分：螺纹联接、键联接、销联接、形面联接、过盈联接以及铆、焊、粘接等。螺纹传动、带传动、齿轮传动、蜗杆传动以及链传动。轴、滑动轴承、滚动轴承、联轴器和离合器等。机械设计总论、机械零件的疲劳强度计算和摩擦学的基础知识等。◆联接部分：◆传动部分：◆轴系部分：弹簧。二、本课程的特点和学习方法

涉及面广关系多─与诸多先修课关系密切。要求多─设计一个机器或零件时，应同时满足强度、刚度、耐磨性、工艺、寿命等各方面的要求。门类多─典型的通用零件多、类型多；各类零件，设计方法各有不同。公式多─除了定义式以外，对于大多数公式着重于公式的应用，不强调公式的推导。图表多─要求能看懂、会用，了解适用的范围和变化趋势。

实践性强─内容接近工程实际，尽量走实际设计程序，要注重多观察、多实践，逐步积累完整设计过程的经验。

设计工作无小事——设计工作必须详尽，细小的疏忽也会导致严重事故。

设计问题无统一答案─要注意发展求异思维。本课程的特点

需注意的几个问题

着重学习零件的设计方法以及零件参数的合理选择。掌握理论分析和计算外，更应重视零件的材料选择、类型选择、参数选择以及结构设计、工艺性等内容。

──设计决非只是计算。

性能要求与经济性的协调

──永远是一对矛盾，应学会合理地解决这一对矛盾。

经验设计与现代设计方法的选择

──二者均重要，前者是后者的基础。注意的问题

补充内容工艺性零件工艺性良好的标志：

在具体的生产条件下，零件便于加工且费用低。工艺性的基本要求：1)毛坯选择合理毛坯选择与生产批量、材料性能和加工可能性有关。制备方法单件或小批量生产时，选用棒料、板材、型材或焊件。应用于大批量生产。用型材焊接锻造铸造冲压

工艺（technology）：使各种原材料、半成品加工成为产品的方法和过程（process）。2)结构简单合理▲最好采用平面、柱面、螺旋面等简单表面极其组合；▲尽量减少加工面数和加工面积；▲尽量采用标准件。▲尽量使用相同形状、相同元素（直径、圆角半径、配合、螺纹、键、齿轮模数等）；3)合理的制造精度和表面粗糙度零件的加工成本随精度和表面粗糙度的提高而急剧增加。决不能盲目追求高精度，应在满足使用要求的前提下，尽量采用较低的精度和表面质量。0.0120.0250.06.312.52550100

用不同加工方法得到的Ra加工方法表面粗糙度Raμm精

粗刨削钻孔铰孔精

粗镗孔精

粗车精

粗磨精

粗研磨滚、铣精

粗

一般情况下Ra愈小，零件的加工成本愈高。4)尽量减小零件的加工量▲毛坯形状和尺寸应尽量接近零件本身的形状和尺寸。力求使用少或无切削加工，节约材料、降低成本。▲尽量采用精密铸造、精密锻造、冷轧、冷挤压、粉末冶金等先进工艺满足上述要求。欲设计出工艺性良好的零件，设计者必须虚心向工艺技术人员和一线工人学习，在实践中积累经验。金属材料的工艺性能粉末冶金焊接塑性成形铸造毛

坯预先热处理零

件切削加工最终热处理

金属零件的加工工艺路线高分子材料的工艺性能

高分子材料的加工工艺路线有机物原料或型材成形加工切削加工零

件热处理、焊接等热压、注塑、挤压、喷射、真空成形等陶瓷材料的工艺性能粉末成

形

加

工配料压制烧结磨削加工零件热处理陶瓷材料的加工工艺路线§1-3机械零件的计算准则一、几个名词：1）失效：机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。注意：a)失效并不单纯指破坏，破坏只是失效的形式之一。

机械零件的可能失效形式很多，归纳起来主要有强度、刚度、耐磨性、振动稳定性以及温度等方面的失效。

b)同一种零件可能的失效形式往往有若干种。

例如：轴在工作中可能产生断裂、过大弹性变形、共振等失效。2）工作能力：即机械零件在一定条件下抵抗失效的能力。3）承载能力：对载荷而言的工作能力。（即用载荷表示的工作能力）载荷和应力1为了防止机械零件在工作中产生失效，设计时，需要以零件的工作能力计算准则为依据进行必要的计算，常用的计算方法（过程）有两种：

5）设计计算：先分析零件的可能失效形式，根据该失效形式的计算准则通过计算确定零件的结构尺寸。

6）校核计算：先确定零件的结构尺寸，然后再验算零件是否满足计算准则。如不满足，则应修改零件的尺寸。

4）工作能力计算准则：为防止机械零件发生某种失效而应满足的条件。（即机械零件不发生失效的“安全条件”，是设计零件时的理论依据）。机械零件失效与分析

每种机器零件都具有一定的功能——或完成规定的运动，或传递力、力矩或能量。当零部件丧失预定的功能时，即发生了零件的失效。下列任何一种情况的发生，都可以认为零件已经失效：零件完全破坏，不能继续工作零件严重损伤，不能保证工作安全零件虽能安全工作，但工作低效（一）零件失效的基本形式

零件的失效形式比较复杂，根据零件破坏的特点、所受载荷的类型以及外在条件，零件的失效形式可归纳为变形失效、断裂失效和表面损伤失效三大类型。表面损伤失效断裂失效变形失效应力腐蚀断裂失效蠕变断裂失效疲劳断裂失效低应力脆断失效塑性断裂失效塑性变形失效弹性变形失效磨损失效表面疲劳失效腐蚀失效零件失效（二）失效分析的主要作用及改进过程服役条件失效零件失效分析失效类型失效原因工业试验实验室试验提高零件失效抗力加强管理改进工艺提高主要抗力指标改进设计工

艺使

用材

料设

计失效分析的主要方法1、无损检测无损检测是针对材料在冶金、加工、使用过程中产生的缺陷和裂纹用无损探伤法进行检查，以查清其状态及分布。2、断口分析

断口分析是对断口进行全面的宏观（肉眼、低倍显微镜）及微观（高倍显微镜、电子显微镜）观察分析，确定裂纹的发源地、扩展区和最终断裂区，判断出断裂的性质和机理。脆性断口韧性断口疲劳断口

失效分析要利用宏观和微观的研究手段进行系统的分析，揭示零件失效的根本原因。3、金相分析通过观察分析零件（特别是失效源周围）显微组织构成情况，如组织组成物的形态、粗细、数量、分布及其均匀性等，辨析各种组织缺陷及失效源周围组织的变化，对组织是否正常作出判断。4、化学分析检验材料整体或局部区域的成分是否符合设计要求。5、力学分析检查分析失效零件的应力分布、承载能力以及脆断倾向等。二、载荷和应力1载荷由于运动中产生的惯性力和冲击等引起的载荷称为动载荷。

静载荷变载荷●按是否随时间变化，载荷分为：名义载荷：在理想平稳条件下所受的载荷。（不考虑动载荷的影响）计算载荷＝载荷系数K×名义载荷。（代表机器或零件实际所受载荷）●按是否考虑动载荷的影响，载荷分为：

载荷系数K：用于计入在实际工作中受到的各种动载荷的影响。额定载荷：由原动机的额定功率推算出的载荷。载荷和应力22应力应力静应力循环应力smax─最大应力；smin─最小应力sm─平均应力；sa─应力幅值r─应力比（循环特性）循环应力五个重要参数两个重要关系载荷和应力3对称循环应力脉动循环应力常见的循环应力对称循环应力r=-1、sm＝0

脉动循环应力

r=0、smin＝0静应力r=1静应力（可看作是循环应力的一个特例）注：静应力只在静载荷作用下产生，循环应力可由变载荷产生，也可由静载荷产生。另外，应力还分为名义应力：根据名义载荷求得的应力计算应力：根据计算载荷求得的应力强度准则（一）强度准则强度：指机械零件工作时抵抗破坏（断裂或塑性变形）的能力。强度条件有两种表示方法：1）用应力表示：≤＝2）用安全系数表示：≥＝式中：—计算最大应力—极限应力—计算安全系数—许用应力—许用安全系数注：对于切应力，只须将上述各公式中的换成即可。三、机械零件的计算准则

低碳钢的力-伸长曲线

图1.1低碳钢的拉伸曲线图（1）oe──弹性变形阶段（2）es──屈服阶段（3）sb──均匀塑性变形阶段（4）bk──缩颈阶段45钢铝青铜35钢硬铝纯铜强度指标金属材料的强度是用应力来度量的。常用的强度指标有屈服点和抗拉强度。

(1)屈服点σs在拉伸过程中,载荷不增加,试样还继续发生变形的最小应力(MPa)。σs=Fs/A0对于没有明显屈服现象发生的金属材料，产生规定残余伸长率为0.2%时的应力值作为该材料的屈服强度，以σ0.2表示。σ0.2=F0.2/S0

(2)抗拉强度σbσb=Fb/A0选用原则：若不允许发生过量的塑性变形，以屈服强度σS、σ0.2为依据；若零件在使用时只要求不发生破坏，以抗拉强度σb来设计。金属材料在拉断前所承受的最大应力(MPa)疲劳强度

工程上规定,材料经无数次重复交变载荷作用而不发生断裂的最大应力称为疲劳强度，用表示。

材料的疲劳强度与其合金化学成分、内部组织及缺陷、表面划痕及零件截面突然改变等有关。图1.5疲劳曲线曲线表明材料受的交变应力越大,则断裂时应力循环次数(N)越少,反之,则N越大。

虽然零件所受应力远低于材料的屈服点,但在长期使用中往往会突然发生断裂,这种破坏过程称为疲劳断裂。硬度硬度是指金属材料抵抗外物压入其表面的能力,即金属材料抵抗局部塑性变形或破坏的能力。硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度等。图1.2布氏硬度试验原理图图1.3洛氏硬度试验原理图

塑性塑性是金属材料在载荷作用下产生塑性变形(或永久变形)而不断裂的能力。常用塑性指标是断面收缩率ψ拉伸试样拉断后试样截面积的收缩率ψ为ψ=[(A0-A1)/A0]×100%断后伸长率δ拉伸试验试样拉断后,标距长度的相对伸长值δ=[(l1-l0)/l0]×100%冲击韧度图1.4冲击试验示意图1——摆锤2——试样

冲击韧度是金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力,通常用一次摆锤冲击试验来测定。

冲击吸收功(AK)除以试样缺口处的截面积S0,即可得到材料的冲击韧度。αK=AK/S0=G(H1-H2)/S0

冲击韧度αK值愈大,表明材料的韧性愈好,受到冲击时不易断裂。静应力下的强度1静应力下的强度在静应力下工作的零件，其可能的失效形式是塑性变形或断裂。材料种类不同，所取极限应力也不同。塑性材料单向应力状态下：，复合应力状态下：按第三或第四强度理论计算当量应力。脆性材料单向应力状态下：，复合应力状态下：按第一强度理论计算当量应力。机械零件的计算准则注：1）对于塑性材料和组织不均匀的材料（如灰铸铁），在计算静强度时，可不考虑应力集中的影响。

2）对于组织均匀的低塑性材料（如淬火钢），在计算静强度时，应考虑应力集中的影响。2循环应力下的强度计算变应力下的强度时，应取疲劳极限（详见第二章）。

3许用安全系数

合理选择许用安全系数是设计中的一项重要工作。过大，则机器会过于笨重；过小，可能不安全。因此，在保证安全的前提下，应尽可能选用较小的许用安全系数。的取值主要受下列因素的影响

1）

计算的准确性；

2）材料的均匀性；

3）零件的重要性。4表面接触疲劳强度

对于高副零件，理论上是点、线接触，但实际上在载荷作用下材料发生弹性变形后，理论上的点、线接触变成了很小的面接触，在接触处接触强度2局部会产生很高的应力，这样的应力称为表面接触应力，用表示。的大小用赫兹公式计算：机械零件的计算准则

实际中的高副零件所受的接触应力都是循环变化的。例如齿轮的轮齿，接触啮合时受应力作用，脱离啮合时不受应力作用。

在接触循环应力作用下的强度称为表面接触疲劳强度。强度条件为：≤接触循环应力作用下的失效形式是：疲劳点蚀（简称点蚀）。点蚀的危害：

1）破坏零件的光滑表面，引起振动和噪音。

2）减小零件的有效工作面积。高副零件工作时，理论上是点接触或线接触→实际上由于接触部分的局部弹性变形而形成面接触→由于接触面积很小，使表层产生的局部应力却很大。该应力称为接触应力。在表面接触应力作用下的零件强度称为接触强度计算依据：弹性力学的赫兹公式

（1）接触应力a)两圆柱体接触机械零件的接触强度b)两球接触ρ——综合曲率半径说明：1）圆柱体，球σHmax与F不呈线性关系3）同样的ρ1、ρ2下，内接触时ρ较大，σHmax较小，约为外接触时的48%

重载情况下，采用内接触，有利于提高承载能力或降低接触副的尺寸。

（2）失效形式

静应力:表面压碎——脆性材料,

表面塑性变形——塑性材料变应力：疲劳点蚀——齿轮、滚动轴承的常见失效形式。2）圆柱体，球

ρ越大，σHmax越小（3）提高接触疲劳强度的措施

1）控制最大接触应力

2）提高接触表面硬度，改善表面加工质量

3）增大综合曲率半径ρ4）改外接触为内接触，点接触→线接触

5）采用高粘度润滑油

挤压强度及刚度准则机械零件的计算准则5表面挤压强度

两零件之间为面接触时，在载荷作用下，接触表面上产生的应力称为挤压应力，用表示。在挤压应力作用下的强度称为挤压强度，其强度条件为：

≤［］挤压应力作用下，接触面的失效形式是——“压溃”。注：相互挤压表面上的挤压应力相等。（二）刚度准则

刚度是指机械零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。如果零件的刚度不足，有些零件则会因为产生过大的弹性变形而失效。

例如：机床主轴的弹性变性过大将会影响所加工工件的精度。刚度准则及振动稳定性机械零件的计算准则刚度条件为：实际变形量≤［许用变形量］式中：实际变形量可用相关理论计算或由实验方法确定。［许用变形量］——是保证正常工作所允许的变形量。注：1）零件材料的弹性模量E越大，则其刚度越大。

2）用合金钢代替碳钢能提高零件的强度，但不能提高零件的刚度。（三）振动稳定性准则

当作用在零件上的周期性外力的变化频率接近或等于零件的自激振动频率（固有频率）时，便发生共振，导致零件失效。这种现象称之为“失去振动稳定性”。振动稳定性准则：使零件的自激振动频率f远离外力变化的频率。即＜0.85f

或＞1.15

f耐磨性计算

（四）摩擦学准则（耐磨性计算）

滑动摩擦下工作的零件，常因过度磨损而失效。但由于影响磨损的因素很多且比较复杂，到目前为止尚无完善的磨损计算方法。通常进行条件性计算，通过限制影响磨损的主要因素（压强p、滑动速度v和pv值）来防止产生过大磨损。

滑动速度低，载荷大时，p≤［p］滑动速度较高时，p≤［p］，且pv≤［pv］高速时，p≤［p］，pv≤［pv］且v≤［v］注：限制

值就是间接的限制因摩擦而产生的热量，防止温度过高。运动副中，摩擦表面物质不断损失的现象称为磨损。零件抗磨损的能力称为耐磨性。磨损类型：

机械零件的耐磨性4、腐蚀磨损：化学反应和电化学反应造成的磨损。3、疲劳磨损（点蚀）：载荷重复作用使表层金属小片脱落2、粘着磨损（胶合）：接触面材料由一个表面转移到另一个表面。1、磨粒磨损：硬质颗粒或摩擦表面上硬的凸峰在摩擦过程中引起的材料脱落现象（五）温度对机械零件工作能力的影响为防止润滑失效产生过大磨损或发生胶合现象，设计摩擦副零件时，需进行热平衡计算。热平衡时的工作温度t不许超过许用温度[t]，即

t≤[t]当金属温度超过某一数值（钢为300～400℃，轻合金为100～150℃）时，其强度将急剧下降。

在高温下工作的机械零件应采用耐高温材料制造，如耐热合金钢、金属陶瓷等。在低温下，钢的强度有所提高，但其韧性会明显降低而变脆，且对应力集中的敏感性增大。而有色金属在低温下一般不会变脆，其强度和塑性还会有所提高。

低温设备常用有色金属材料制造。

§1-4机械零件常用材料和选择原则一、机械零件的常用材料

1、黑色金属

铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁（含碳量小于2%的铁碳合金）铸钢——铸造性比铸铁差，但比锻钢和轧制钢好。强度性比铸铁好，但比锻钢和轧制钢差碳钢与合金钢——应用最广泛2、有色金属a)铝合金——重量轻、导热导电性较好、塑性好、抗氧化性好，高强度铝合金强度可与碳素钢相近b)铜合金——黄铜：Cu与Zn合金青铜：Cu与Sn的合金无锡青铜：Cu与铝、硅、锰、镍的合金。黑色金属、有色金属、非金属材料和各种复合材料铜合金是良好的耐蚀材料和减摩材料

3、非金属材料塑料——轻、易加工成形、减摩性好，强度低，可作为普通机械零件、绝缘体陶瓷——电热性好，硬度高橡胶——弹性、绝缘性好，常用作弹性元件和密封元件、减震元件4、复合材料二、机械零件材料选用的原则

选择材料主要应该考虑使用要求、工艺要求和经济性要求：1、使用要求使用要求一般包括：零件的载荷和工作情况，对零件尺寸和重量的限制，零件的重要程度等。纤维复合材料层叠复合材料颗粒复合材料骨架复合材料应用最多，主要制薄壁压力容器。按使用要求选择材料的一般原则：若零件尺寸取决于强度，且尺寸和重量又受到某些限制时，应选用强度较高的材料。当零件尺寸取决于接触强度时，应选用表面强化处理材料，如调质钢、渗碳钢、渗氮钢等。滑动摩擦下工作的零件，应根据工作需要选择摩擦材料、减摩材料或耐摩材料。高温下工作的零件应选用耐热材料。在腐蚀介质中工作的零件应选用耐蚀材料等。2、工艺要求零件形状和尺寸对工艺和材料也有一定要求：形状复杂、尺寸较大的零件难以锻造，而采用铸造或焊接，则其材料必须具有良好的铸造性能（铸造的液态流动性、产生缩孔或偏析的可能性）或焊接性能（材料的焊接性和产生裂纹的倾向性）。生产批量大小对所用工艺和材料也有要求：小批量或单件生产，可以采用焊接；批量生产时采用铸造或锻造，而对于锻造，小批量生产时可采用自由锻，大批量生产时可采用模锻。大批量生产的零件，应考虑所选材料的可加工性。采用特殊热处理工艺的零件，还需考虑材料相应的热处理性能，如淬硬性、淬透性、变形开裂倾向性，回火脆性等。壁厚均匀、过渡平缓；铸件结构要求适当的结构斜度和拔模斜度；各个面交界处的过渡圆角；受力点加强筋1.铸造性能（流动性、收缩、偏析倾向）铸造铝、铜合金>铸铁（灰口）>铸钢（共晶点附近最好）2.锻造性能（塑性、变形抗力）低碳钢>中碳钢（低合金钢）>高碳钢（高合金钢）铸铁不可锻压3.焊接性能（可焊性、焊后开裂的倾向、焊区硬度）低碳钢>中碳钢（低合金钢）>高碳钢（高合金钢）>铜、铝合金4.切削性能（切削难易程度、加工表面质量）5.热处理工艺性能（热处理难易程度及产生缺陷的倾向）淬透性、变形和开裂、过热敏感性、回火脆化和氧化脱碳等可加工性3、经济性要求在满足使用要求的前提下，尽可能选用价格低廉的材料制造零件。对于加工量很大的小型零件，加工费用在零件总成本中占有很大比重，零件的工艺性是影响经济效果的主要因素。根据局部品质原则，采用复合材料，在不同部位上采用不同的材料或采用不同的热处理方法，使各局部要求分别得到满足，从而降低对整体材料的要求。局部品质也可以采用渗碳、表面淬火、表面喷镀、表面碾压等方法，使所用材料的局部品质得到提升。影响经济性的主要因素是材料的相对价格、材料的利用率、零件结构和工艺性等。我国常用金属材料的相对价格材

料相对价格材

料相对价格普通碳素结构钢1铬不锈钢5普通低合金结构钢1.25铬镍不锈钢15优质碳素结构钢1.3~1.5灰口铸铁~1.4合金结构钢（Cr-Ni钢除外）1.7~2.5球墨铸铁~1.8铬镍合金结构钢（中合金钢）5可锻铸铁2~2.2滚珠轴承钢3铸造铝合金、铜合金8~10碳素工具钢1.6普通黄铜13~17低合金工具钢3~4锡青铜、铝青铜19高速钢16~20钛合金50~80硬质合金150~200（工程塑料）5~15（四）环境与资源原则1.能源和资源消耗少世界能源储藏量石油天然气煤铀可开采储量9970亿桶138万亿m31，039，272吨200万吨可开采年限45.5年64年219年74年主要产地及储量比例中东66.4%独联体、中东70%美、苏、中、澳

>70%重要金属的世界储量储量（106t）可用年数再生率(%)Fe1×10610931.7Al11703516.9Cu3082440.9Zn1231821.2Mo5.436Ag0.21441.0Cr775112Ti147512.环境污染小材料矿物燃料能耗排碳量MJ/KgMJ/m3Kg/tKg/m3木材1.5~2.8750~139030~5615~28混凝土2.0480050120钢材35266,0007005320一次铝4351,100,000870022,000再生铝1333,000一定性能水平下的材料能耗木材混凝土钢塑料铝、镁及钛合金Eρ/b24145100~500475-1002710-1029E──生产每公斤材料的能耗

ρ──材料密度

b──抗拉强度生产各种材料消耗的能量及碳的排放量◆机械零件的标准化——通过对零件尺寸、结构要素、材料、检验方法、设计方法、制图等方面的要求，制定出各式各样的标准，以供广大设计者在设计工作中共同遵循。◆系列化——对同一产品，为了满足不同的使用要求，在基本结构或基本尺寸相同的条件下，规定出若干个辅助尺寸不同的产品，构成一个产品系列。◆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部件。螺栓、键、滚动轴承、减速器等许多通用零部件都已实行了标准化、系列化。而有些零件部分主要尺寸也实行了标准化和系列化，如齿轮的模数、蜗杆的分度圆直径等。机械零件的标准化、系列化和通用化简称“三化”。§1-5

机械零件的标准化、系列化、通用化一、几个概念：机械零件“三化”的意义：可减轻设计工作量，缩短设计周期，有利于设计人员将主要精力用于关键零部件的设计。便于建立专门工厂采用先进技术进行大规模生产。有利于合理使用原材料，缩短生产周期，降低成本，提高生产率和产品质量。可提高互换性，便于维修，并有利于回收再利用。便于改进和增加产品品种。

“三化”程度的高低是评定机械产品的指标之一，也是我国现行很重要的一项技术政策。目前我国实行的标准分为国家标准、部颁标准、行业标准和企业标准等。在世界范围内通用的是国际标准（ISO）。

ISO——InternationalOrganizationforStandardization标准化基本特征：统一、简化。标准层次：国家标准、行业标准、地方标准、企业标准。标准化是组织社会化大生产的重要手段，是实施科学管理的基础，也是对产品设计的基本要求之一。标准性质：强制标准（GB）----必须强制执行；推荐性标准（GB/T）----鼓励企业自愿采用。

作为设计人员，要求必须熟悉现行的相