机械设计第八版机械零件设计总论
机械设计 分析与思考 简答题专用 参考机械设计第四版和第八版
第一章 机械设计概论第二章 机械零件的工作能力和计算准则二、分析与思考题1、机械设计的基本要求包括哪些方面？答：功能要求；安全可靠性要求；经济性；其他要求2、机械设计的一般程序如何？答：设计任务→调查研究→开发计划书→实验研究→技术设计→样机试制→样机试验→技术经济评价→生产设计→小批试制→正式投产→销售服务3、对机械零件设计有哪些一般步骤？答：1、选择零件类型、结构；2、计算零件上的载荷；3、选择零件的材料；4、确定计算准则；5、理论设计计算；6、结构设计；7、校核计算；8、绘制零件工作图；9、编写计算说明书及有关技术文件，其中步骤4对零件尺寸的确定起决定性的作用。
4、对机械零件设计有哪些常用计算准则？答：强度准则；刚度准则；寿命准则；振动稳定性准则；可靠性准则。
5、什么是机械零件的失效？机械零件可能的失效形式主要有哪些？答：机械零件丧失工作能力或达不到设计要求性能时，称为失效。
常见失效形式有：因强度不足而断裂；过大的弹性变形或塑性变形；摩擦表面的过度磨损、打滑或过热；连接松动；压力容器、管道等得泄露；运动精度达不到要求等。
6 、什么是零件的工作能力？什么是零件的承载能力？答：零件不发生失效时的安全工作限度称为工作能力；对载荷而言的工作能力称为承载能力。
7、什么是静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷？什么是静应力和变应力？答：不随时间变化或变化缓慢的载荷称为静载荷；随时间作周期性变化或非周期性变化的载荷称为变载荷；在稳定和理想的工作条件下，作用在零件上的载荷称为名义载荷；再设计计算中，常把载荷分为名义载荷和计算载荷，计算载荷等于名义载荷乘以载荷系数Ｋ。
8、什么是变应力的应力比r ？静应力、脉动循环变应力和对称循环变应力的r 值各是多少？答：最小应力与最大应力之比称为变应力的循环特性ｒ。
静应力ｒ＝１；脉动循环变应力ｒ＝０；对称循环变应力ｒ＝－１．9、图示各应力随时间变化的图形分别表示什么类型的应力？它们的应力比分别是多少？10 、什么是零件的工作应力、计算应力、极限应力和许用应力？答：材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为工作应力；根据计算载荷求的应力称为计算应力；工作的时候，工件被破坏的应力值，称为零件的极限应力；机械设计中允许零件或构件承受的最大应力值称为许用应力；11、在静应力下工作的零件其失效形式有哪些？用塑性材料制造的零件和用脆性材料、低塑性材料制造的零件，其极限应力各应是什么？答：静应力时零件的主要失效形式：塑性变形、断裂；脆性材料的极限应力为B （强度极限）；塑性材料的极限应力为s σ（屈服极限）12、如图所示，各轴均受静载荷的作用，试判断零件上A 点的应力是静应力还是变应力，并确定应力循环特性r 的大小或范围。
机械零件设计概论
2. 塑料 塑料的比重小，易于制成形状复杂的零件， 而且各种不同塑料具有不同的特点，如耐蚀性、绝热 性、绝缘性、减摩性、摩擦系数大等，所以近年来在 机械制造中其应用日益广泛。 3.其它非金属材料：皮革、木材、纸板、棉、丝等。
各种材料的化学成分和力学性能可在相关国标、行标 和机械设计手册中查得。
选用原则： 优选碳素钢，其次是硅、锰、硼、钒类合金钢。
将零件的型式、规格、实验方法 、质量鉴定及标号等标准化，在 机械制造中具有重大意义。设计人员在设计时如无特殊要求，就应 当采用国家标准。
（二）机械零件设计中的标准化
零件的标准化，就是通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、检 验方法、设计方法、制图要求等，制定出各种各样的大家共同遵守 的标准。 1、标准化的内容 标准化工作包括三方面的内容，即标准化、系列化和通用化，简称 为机械产品的“三化”。 1）、标准化 是指对机械零件种类、尺寸、结构要素、材料性质、检验方法、公 差配合和制图规范等制定出相应的标准，供设计、制造时共同遵照 使用。 2）、系列化 将同一类产品的主要参数、型式、尺寸、基本结构等依次分档，制 成系列化产品，以较少的规格品种满足用户的广泛要求。 3）、通用化 将用途、结构相近的零部件（如轴承、螺栓等），经过统一后实现 互换。
（三）、我国标准化的分类
标准层次：国际标准、国家标准、行业标准、企业标准
代号为 ISO
GB J号) －××××(为 批准年代) 强制性国标必须严格遵照执行，否则就是违法。
推荐性国家标准：代号为GB／T ××××－××××，这类标准 占整个国标中的绝大多数。如无特殊理由和特殊需要，必须遵守这 些国标，以期取得事半功倍的效果。
1.退火 退火是将钢加热到一定温度，保温一段时间，然后工件随 炉温缓慢冷却。退火可消除因锻造、焊接等产生的内应力，降低硬 度以改善切削加工性能。
机械设计课程教案
《机械设计》课程教案院（系、部）机电工程学院教研室机械工程系课程名称机械设计适用专业机械类本科主讲教师姓名张翔职称、职务教授使用教材机械设计（濮良贵、纪名刚主编第八版）福建农林大学教案编号： 01 课时安排：3 学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□ 其它□授课题目：第1章机械设计总论1.1“机械设计”的概念1.2课程性质、任务、教与学教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：z了解：机械、机器、机械零件、机械设计等概念，设计机器的一般过程。
z熟悉：机械零件中的通用零部件与专用零部件z掌握：零件的工作能力与强度的概念。
z能力培养注意点：设计性课程与素质教育、能力培养的关系与影响。
z重点、难点的解决方法：从零件的失效概念为线索，重温材料力学的强度、刚度再引入耐磨性、温升等概念；从设计的内涵来诠释设计与决策、设计与创新的关系。
教学内容（包括基本内容、重点*、难点#、疑点？）：第1章机械设计总论1.1“机械设计”的概念机械、机器、机械零件、机械设计的概念1.2课程性质、任务、教与学1.1.1性质1.2.2任务与作用（1）知识获取(2) 能力培养1.2.3教与学若干问题（1）内容（2）教学环节1.3机械设计概述1.3.1 机器系统的组成1.3.2 设计机器的一般过程*1.3.3零件的工作能力(1)设计的基本要求(2)零件的工作能力(3)零件的失效(4)零件的承载能力*1.3.4主要计算准则1.3.5机械零件设计的一般步骤1.4课程内容的主要结构、作用教学方式（请打√）：讲授√讨论□示教□指导□其他□手段、媒介（请打√）：多媒体√模型□实物□挂图□ 音像□其他□思考题：例举常用热处理方法，说明相应的热处理工艺，对改善零件或材料的效果作业：吴宗泽主编，机械设计。
北京：高等教育出版社， 2001李柱国主编，机械设计与理论。
北京：科学出版社， 2003张祖立主编，机械设计。
北京：中国农业出版社，2004彭文生等主编，机械设计。
《机械设计基础》第9章 机械零件设计概论
润滑油进 造成小块金属脱 发生疲劳点蚀后的不良后果：损坏零件表面光洁 入裂纹 落，形成小坑— 度；接触面积减小；承载能力降低；传动质量下 —疲劳点蚀。 降，引起振动和噪音。
27
◆接触应力的计算： 注意：
赫兹（H.Hertz)公式 :
Fn b
ρ1
σH1 = σH2 σH σH
ρ2
σH =
Fn .
1± 1 ρ1 ρ2 1-μ12 + 1-μ22 E1 E2
注 意 失效并不一定意味着破坏（破坏的零件则 不能工作，而失效的零件不一定不能工作， 只是不能正常工作），因此，失效有更广 泛的含义。
工作能力：不发生失效的条件下，零件所能安全工作 的限度。若此限度对载荷而言，又可称承载能力。
3
◆机械零件的强度
零件设计中的载荷与应力 载荷
载荷的分类： 变载荷
名义载荷（公称载荷）——在理想的平稳工作条 件下作用在零件上的载荷。 计算载荷=K×名义载荷 静载荷
疲劳磨损（疲劳点蚀） 腐蚀磨损（腐蚀机械磨损）
37
机械零件正常运行的磨损过程（三个阶段）：
1、跑合阶段（磨合阶段） ——新的摩擦副表面具有一定的粗糙度，实际接触面 积较小。在跑合阶段，表面逐渐磨平，实际接触面积 逐渐增大，磨损速度减缓。因此，人们有意利用跑合 阶段，轻微磨损，为今后正常运行创造条件。 注意 跑合结束后，及时更换润滑油。
=
σHlim
SH
其中： σHlim—材料的接触疲劳极限 对于钢材σHlim≈2.76HB-70 (MPa)
S H —安全系数， S H≥1
31
例：图示为由两个相互压紧的钢制摩擦轮组成 的摩擦轮传动。 已知：D1=100mm,D2=140mm,b=50mm,小轮主动； 主动轴传递功率P=5kW、转速n1=500r/min，传 动较平稳，载荷系数K=1.25，摩擦系数,f=0.15。 试求：（1）所需的法向压紧力N；（2）两轮接 触处 最大接触应力；（3）若摩擦轮的材料硬 度HB=300,试校核接触强度。
《机械设计(含机械原理)》考试大纲2022
《机械设计(含机械原理)》考试大纲2022一、考查目标为使我校硕士研究生招生考试专业科目《机械设计》《机械原理》的命题科学、完善、合理，根据国家教委课程教学指导委员会制定的《机械设计课程教学基本要求》《机械原理课程教学基本要求》和我校《机械设计课程教学大纲》《机械原理课程教学大纲》，结合有关招生专业的实际情况，重点考核学生《机械设计》和《机械原理》课程的基本理论，典型机构的工作原理、分析和综合方法，典型零件的工作原理，受力分析和设计计算方法，作图和运用图解方法的能力，综合应用以上知识对较为复杂的问题的分析和综合的能力和创新能力。
二、考试形式与试卷结构（一）试卷满分及考试时间初试科目满分均为150分，考试时间为3小时。
（二）答题方式闭卷、笔试。
（三）试卷内容结构基础理论知识（40%）、工程应用（40%）、创新能力（20%）。
（四）试卷题型结构选择题、判断题、填空题、简答题、分析题、计算题、作图题。
三、考查范围机械制造及其自动化、机械设计及理论、机械电子工程、车辆工程。
四、考试内容及要求机械设计部分(一)．机械零件设计概述1．机械零件设计步骤（了解）；2．零件的主要失效形式（理解）；3．机械零件工作能力和计算准则（了解）；4．机械制造中的常用材料（了解）；5.机器的组成（理解）。
(二)．机械零件的强度1．载荷与应力分类（了解）；2．疲劳与疲劳曲线（理解）；3．疲劳损伤累积理论（了解）；4．材料及零件的等寿命曲线（理解）；5．影响疲劳强度的因素（理解）；6．单向稳定变应力下机械零件疲劳强度计算及应用。
(三)．摩擦、磨损及润滑⒈摩擦的分类和利弊（了解）；⒉磨损阶段及各阶段的处理原则（了解）；⒊润滑的功用及润滑剂分类（了解）。
(四)．轴毂联接1．键联接的类型及选择（理解）；2．花键联接（了解）。
(五)．螺纹联接1．螺纹联接类型、特点及应用（了解）；2．预紧和防松方法（了解）；螺栓组联接的受力分析（理解）；3.单个螺栓联接强度计算（理解）；4.载荷变形图分析及应用（理解）5.提高螺纹联接强度的措施（理解）。
机械零件设计概论PPT(共 40张)
§9－1 机械零件设计概论 §9－2 机械零件的强度 §9－3 机械零件的接触强度 §9－4 机械零件的耐磨性 §9－5 机械制造常用材料及其选择 §9－6 公差与配合、表面粗糙度和优先数系 §9－7 机械零件的工艺性及标准化
§9－1 机械零件设计概论
机械设计应满足的要求：
计算应力-----按名义载荷计算所得之应力： σ、τ
强度判 定条件：
[] []
其中
[
]
lim
S
[ ] lim
S
[σ]=、[τ]-----许用应力 S-----安全系数
σlim、τ lim -----极限应力，由实验方法测定。
一、应力的种类
在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本 低，在预定使用期限内安全可靠，操作方便、维修 简单和造型美观等。
机械零件的失效： 机械零件曲于某种原因不能正常工作时，称为失效。
工作能力----在不发生失效的条件下，零件所能安全
工作的限度。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上
又称为：承载能力。
如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带
3）变应力下，
S =1.3～1.7
材料不均匀，或计算不准时取： S =1.7～2.5
§9－3 机械零件的接触强度
若两个零件在受载前是点接触或线接触。受载后，
由于变形其接触处为一小面积，通常此面积甚小而表
层产生的局部应力却很大，这种应力称为接触应力。
这时零件强度称为接触强度。 如齿轮、凸轮、滚动轴承等。
σmax
σa
σmax σmin σm
σmax
σa
σmin
σa
σa σm
机械设计基础第八版课后习题答案
绪论1、机器的基本组成要素是什么？【答】机械系统总是由一些机构组成，每个机构又是由许多零件组成。
所以，机器的基本组成要素就是机械零件。
2、什么是通用零件？什么是专用零件？试各举三个实例。
【答】在各种机器中经常能用到的零件称为通用零件。
如螺钉、齿轮、弹簧、链轮等。
在特定类型的机器中才能用到的零件称为专用零件。
如汽轮机的叶片、内燃机的活塞、曲轴等。
3、在机械零件设计过程中，如何把握零件与机器的关系？【答】在相互连接方面，机器与零件有着相互制约的关系；在相对运动方面，机器中各个零件的运动需要满足整个机器运动规律的要求；在机器的性能方面，机器的整体性能依赖于各个零件的性能，而每个零件的设计或选择又和机器整机的性能要求分不开。
机械设计总论1、机器由哪三个基本组成部分组成？传动装置的作用是什么？【答】机器的三个基本组成部分是：原动机部分、执行部分和传动部分。
传动装置的作用：介于机器的原动机和执行部分之间，改变原动机提供的运动和动力参数，以满足执行部分的要求。
2、什么叫机械零件的失效？机械零件的主要失效形式有哪些？【答】机械零件由于某种原因丧失工作能力或达不到设计要求的性能称为失效。
机械零件的主要失效形式有1）整体断裂；2）过大的残余变形（塑性变形）；3）零件的表面破坏，主要是腐蚀、磨损和接触疲劳；4）破坏正常工作条件引起的失效：有些零件只有在一定的工作条件下才能正常工作，如果破坏了这些必要的条件，则将发生不同类型的失效，如带传动的打滑，高速转子由于共振而引起断裂，滑动轴承由于过热而引起的胶合等。
3、什么是机械零件的设计准则？机械零件的主要设计准则有哪些？【答】机械零件的设计准则是指机械零件设计计算时应遵循的原则。
机械零件的主要设计准则有：强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则、可靠性准则4、绘出浴盆曲线并简述其含义？【答】浴盆曲线是失效率曲线的形象化称呼，表示了零件或部件的失效率与时间的关系，一般用实验方法求得。
机械零件设计概论
机械零件设计概论9.1机械零件设计概述机械零件由于某种缘故不能正常工作时，称为失效。
在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度，称为工作能力。
通常此限度对载荷而言，因此适应上又称为承载能力。
零件的失效可能由于：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害；发生强烈的振动；联接的放松；摩擦传动的打滑等。
机械零件尽管有多种可能的失效形式，但归纳起来最要紧的为强度、刚度、耐磨性、稳固性和温度的阻碍等几个方面的问题。
关于各种不同的失效形式，相应地有各种工作能力判定条件。
设计机械零件时，常依照一个或几个可能发生的要紧失效形式，运用相应的判定条件，确定零件的形状和要紧尺寸。
机械零件的设计常按下列步骤进行：1)拟定零件的运算简图。
2)确定作用在零件上的载荷。
3)选择合适的材料。
4)依照零件可能显现的失效形式，选用相应的判定条件，确定零件的形状和要紧尺寸。
应当注意，零件尺寸的运算值一·般并不是最终采纳的数值，设计者还要依照制造零件的工艺要求和标准、规格加以圆整。
5)绘制工作图并标注必要的技术条件。
以上所述为设计运算。
在实际工作中，也常采纳相反的方式─—校核运算，这时先参照实物（或图纸）和体会数据，初步拟定零件的结构和尺寸，然后再用有关的判定条件进行验算。
还应注意，在一样机器中，只有一部分零件是通过运算确定其形状和尺寸的，而其余的零件则仅依照工艺要求和结构要求进行设计。
9.2 机械零件的强度在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷称为名义载荷。
然而在机器运转时，零件还会受到各种附加载荷，通常用引入载荷系数K（有时只考虑工作情形的阻碍，则用工作情形系数K A）的方法来估量这些因素的阻碍。
载荷系数与名义载荷的的乘积，称为运算载荷。
按照名义载荷用力学公式求得的应力，称为名义应力，按照运算载荷求得的应力，称为运算应力。
当机械零件按强度条件判定时，比较危险截面处的运算应力（σ、τ）是否小于零件材料的许用应力([σ]、[τ])。
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宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
▲使用功能要求 ▲经济性要求 ▲劳动保护要求 ▲可靠性要求 ▲其他专用要求
(1)要使机器的操作者方便和安全。因此设计时要按照人 机工程学的观点布置各种按钮、手柄，使操作方式符合 人们的 心理和习惯，同时，设置完善的安全装置、报警 装置、显示装置等。
(2）改善操作者及机器的环境。所设计的机器应符合劳 动保护法规的要求。降低机器运转时的噪声水平，防止 有毒、有害介质的渗漏，对废水、废气和废液进行治理。
如设计一台咖啡机（或自动洗碗机）
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设计任务书
机器的功能——煮咖啡（或洗碗） 经济性估计——价格、成本、面向对象 制造要求的大致估计——功能、外形等 基本使用要求——最基本的功能 预计的设计周期——投放市场时间
二、方案设计阶段——即《机械原理》中的方案设计 对机器的功能进行综合分析、确定功能参数、提
传感部分——将机器的控工作制参系数，统如位移、速度、加速 度、温度、压力等反馈给控制部分。
控制部分——保证机器的启动、停止和正常协调动作。
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§2-2 设计机器的一般程序
机械设计的一般过程：
▲ 计划阶段 ▲ 方案设计阶段 ▲ 技术设计阶段 ▲ 技术文件编制阶段
一、计划阶段 包括：需求分析、明确功能、制定设计任务书。
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四、技术文件编制 技术文件——用来说明产品性能、设计、制造、 操作使用、维护或其他所有与产品相关的文档资料。
技术文件
设计说明书 使用说明书 零件明细表 标准件汇总表 产品验收条件 ……
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机器设计的一般流程
提出任务
计
划
分析对机器的要求
确定任务要求
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▲使用功能要求 ▲经济性要求 ▲劳动保护要求 ▲可靠性要求 ▲其他专用要求
机器的可靠度——指在规定的使用时间内和预定的环 境下机器能够正常工作的概率。
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▲使用功能要求 ▲经济性要求 ▲劳动保护要求 ▲可靠性要求 ▲其它专用要求
其他专用要求——针对不同机器所特有的要求。例如： (1)对机床有长期保持精度的要求； (2)对飞机有质量小，飞行阻力小而运载能力大的要求；
第2章 机械零件设计概论
§2-1 机器的组成
§2-2 设计机器的一般程序 §2-3 对机器的主要要求 §2-4 机械零件的主要失效形式 §2-5 设计机械零件时应满足的基本要求 §2-6 机械零件的计算准则 §2-7 机械零件的设计方法 §2-8 机械零件设计的一般步骤 §2-9 机械零件材料的选用原则 §2-10 机械零件设计中的标准化 §2-11 机械现代设计方法简介
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§2-1 机器的组成
一台完整的机器的组成如下： 辅助部分——包括机器的润滑、显示、照明等。也是保
证机器正常工作不可缺少的部分
润滑、显示、照明等辅助部分
原动机部分
传潘存动云教部授分研制
执行部分
传执动原行部动部分部分—分—传———感联—完器接机内成原器燃预动完机定机成、的和传预电动感执定动作器行功机，部能。位分的于的动传传中力动感间源器路部，线分最的。常终见点的。是
能够全面实现功能要求的执行机构、传动机构和原动
机，以及合理地配置必要的辅助系统来实现。
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▲使用功能要求 ▲经济性要求 ▲劳动保护要求 ▲可靠性要求 ▲其他专用要求
经济性要求——机器的经济性体现在设计、制造和使 用的全过程中，设计机器时就要全面综合地进行考虑。 设计制造的经济性表现为机器的成本低，使用经济性 表现为高生产率高效率、低能耗、以及低的管理和维 护费用等。
出实现方案。
一般而言，实现同一个功能，有多种可能的方案。
以螺纹制造为例，有车削、滚压、板牙加工等方法。
方法不同，其执行部分的工作原理也不同。
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因此，存在一个方案的比较和取舍问题。
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方案评价原则：经济性、技术上可行。
经济性——总费用最低。
费用
总费用
三、技术设计阶段 ——本课程的
潘存云教授研制
设计制
使用费用
造费用
内容
复杂程度
绘制总装配草图、部件装配草图，由草图确定零 部件的外形、基本尺寸和零件工作图。
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为了确定零件的基本尺寸，必须完成以下工作： (1）机器的运动学设计
(2）机器的动力学设计 (3）零件的工作能力设计 (4）部件装配草图及总装配草图的设计——结构设计 (5）主要零件的校核计算
▲使用功能要求 ▲经济性要求
设计机器的任务是在当前技术发展所能达到的条件下，根 据生产及生活的需要提出的。不管机器的类型如何，一般 来说，对机器都要提出以下的基本要求：
▲劳动保护要求 ▲可靠性要求 ▲其他专用要求
使用功能要求——机器应具有预定的使用功能。这主
要靠正确地选择机器的工作原理，正确地设计或选用
(3)对流动使用的机器有便于安装和拆卸的要求；
(4)对大型机器有便于运输的要求等等。
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§2-4 机械零件的主要失效形式
机械零件的失效： 机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。
工作能力——在不发生失效的条件下，零件所能安全
工作的限度。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上
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轴承内圈破裂
又称为 承载能力。 整体断裂
如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带 传动等。机械零件虽然有多种可能的 失效形式，归纳起来最主要的为
过大的残余变形 零件的失效形式
工作表面的过度磨损或损伤
破坏正常的工作条件
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作者： 潘存云教授
机械零件失效实例：
潘存云教授研制
齿轮轮齿折断
潘存云教授研制
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轮齿塑性变形
机器潘功存云能教授分研析制
提出可能的解决办法 方 案
组合几种可能的方案 设 计
评价
决策——选定方案
宁夏大学专用
明确构形要求 结构化
选择材潘料存云、教授确研定制 尺寸
评价
决策—确定结构形状与尺寸
技
零件设计
术
部件设计
设
计
总体设计
编制技术文件
作者： 潘存云教授
§2-3 对机器的主要要求
在满足预期功能的前提下，要求性能好、效率 高、成本低，造型美观，在预定使用期限内要安全 可靠，操作方便、维修简单。具体要求如下：