常用机械零件的设计
机械零件常用的设计准则有
机械零件常用的设计准则有
1. 强度和刚度：机械零件设计时需要考虑其承受的负载和力矩，并保证其强度和刚度足够，以确保零件在工作中不会发生变形或破坏。
2. 耐久性和可靠性：机械零件经常会在恶劣环境下工作，因此设计时需要考虑其耐久性和可靠性，以保证其能够长时间稳定运行。
3. 经济性：机械零件的设计应考虑成本因素，尽量减少材料和加工成本，同时保证功能和质量。
4. 过程可制造性：设计时需要考虑零件的制造工艺和加工难度，尽量避免复杂的工艺流程和加工操作。
5. 可维护性和易装配：机械零件的设计应考虑维护和维修的便捷性，同时要易于装配和拆卸，以提高工作效率和降低维修成本。
6. 安全性：机械零件设计时应考虑使用安全性，避免设计上的缺陷引发意外事故。
7. 美观性：对于外部可见的机械零件，设计时应注重其外观美观，以提高产品的整体质感和市场竞争力。
机械零件的设计与选型
机械零件的设计与选型在机械工程领域中，机械零件的设计和选型是至关重要的环节。
合理的设计和选型能够有效提高机械装置的性能、减少故障率，从而提高工作效率和可靠性。
本文将介绍一些机械零件设计和选型的基本原则，并通过实例说明其应用。
一、设计原则机械零件的设计需要遵循几个基本原则，包括合理性、可靠性、节能性和易维护性。
1. 合理性：设计应符合机械装置的工作要求和使用环境。
需要充分考虑各种因素，如载荷、运动方式、工作温度等，以保证零件能够正常工作。
2. 可靠性：机械零件的设计需要有足够的可靠性，能够承受一定的载荷并长时间运行。
在设计中需要考虑材料的强度和耐磨性等指标，以确保零件的使用寿命。
3. 节能性：设计应尽量减小能量损失，提高机械装置的能源利用效率。
可以通过优化摩擦副设计、减少机械零件的质量等方式实现节能目标。
4. 易维护性：机械零件的设计需要考虑到维修和保养的便利性。
应合理设置检修口和拆卸装置，以方便维护人员进行保养和故障排除。
二、选型原则机械零件的选型是根据设计要求和使用环境来选择最合适的零件。
选型时需要考虑以下几个原则：适用性、可靠性、成本和供货。
1. 适用性：根据机械装置的工作要求，选择具备所需性能指标的机械零件。
例如，在选择轴承时，需要考虑负载能力、转速限制和寿命等指标，以确保选用的轴承能够适应工作条件。
2. 可靠性：选型时需要考虑零件的质量和可靠性指标。
可通过查阅厂家提供的技术资料和产品测试报告来评估零件的可靠性。
3. 成本：选择机械零件时需要综合考虑价格、性能和质量等因素。
应选用性价比较高的零件，以保证机械装置的经济性。
4. 供货：选型时需要注意零件的供货情况。
应选择那些供应稳定、有保障的零件，以免后期因零件供应问题导致工作中断。
三、实例分析为了更好地理解机械零件设计和选型的原则，我们以齿轮的设计和选型为例进行分析。
齿轮作为机械传动中常用的零件，其设计和选型对于机械装置的正常运行至关重要。
机械零件的设计方法
机械零件的设计方法基本概念失效：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称为工作能力。
通常是对载荷而言的，又称为承载能力。
名义载荷：在理想平稳工作条件下作用在零件上的载荷称为名义载荷。
计算载荷：机器运转过程中会受到各种附加载荷的作用，考虑这些因素的影响，实际计算过程中用名义载荷乘系数的方法来粗略代替零件所承受的载荷，称为计算载荷，引入的系数称为载荷系数,用K表示。
1. 失效和工作能力2. 基本概念回顾（1）强度：构件抵抗破坏的能力。
（2）刚度：构件抵抗变形的能力。
（3）稳定性：构件在载荷作用下保持原有平衡状态的能力。
（4）应变：单位长度的伸长或缩短称为线应变(ε) ，角度的变化称为剪应变，是度量一点处变形程度的两个基本量，无量纲（5）应力：某一截面内某一点的内力称为该点的应力。
应力垂直于截面的分量称为正应力σ；切于截面的分量称为剪应力τ。
(MPa)（6）屈服极限σs 、强度极限σ b （MPa）（7）弹性模量E：σ= E ε（MPa）机械零件的计算准则1机械零件的设计（计算）准则强度准则刚度准则设计零件时，首先应根据零件的失效形式确定其设计准则以及相应的设计计算方法。
一般来讲，有以下几种准则：寿命准则振动稳定性准则可靠性准则详细说明：确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形，是最基本的设计准则。
：确保零件不发生过大的弹性变形。
：与机械磨损和机械寿命有关。
：高速运转机械的设计应注重此项准则。
：当计及随机因素影响时，仍应确保上述各项准则。
温度的影响：温度影响材料性质、配合和润滑。
材料（标准试件）（或试验零件）疲劳失效以前所经历的应力循环次数称为疲劳寿命，用N表示。
连续经受应力比为r的循环应力N次作用后而不断裂的最大应力称为试件（或试验零件）在应力比r下的N次循环疲劳极限，标准试件的疲劳极限就是该材料的疲劳极限，用rN 或rN 表示。
磨损点蚀胶合腐蚀改善摩擦副耐磨性的措施(1)合理选择润滑剂及添加剂(2)合理选择摩擦副材料选用疲劳强度高、耐腐蚀、耐磨耐高温的材料。
机械零件的强度和设计准则
• 减轻振动的一般措施：
（1）尽量采用对称结构（如花键联接）、减少悬臂长度、缩短中心距等； （2）对转动零件进行平衡，尽量满足动、静平衡条件；（3）采用阻尼 作用消耗引起振动的能量，比如设置滑动轴承的油膜阻尼器、液压缸端部 的阻尼孔等；（4）设置隔振零件，比如加装弹簧、橡胶垫、隔振层等都 具有减振作用。
• 同一种零件发生失效的形式可能有很多种； • 最常发生的失效形式主要是由于强度、刚度、耐磨性、耐温度性、
振动稳定性、可靠性等方面的问题。
提高机械零件强度的一般措施
1．合理布置零件，减少零件所受到的最大载荷
2. 采用等强度结构 3.减小载荷和应力集中
4.选用合理截面 比如梁的截面采用工字型、T字型；轴的截面采用圆形、 空心圆形等。
复习思考题
1、何谓零件的失效？常见形式有哪些？ 2、载荷、应力各如何分类？基本变应力有哪几种？用哪些参数描述变应 力？ 3、如何判断零件受力类型？ 4、两种判断零件强度的方式是什么？ 5、安全系数如何选择？其大小会产生什么影响？ 6、提高零件强度有哪些措施？ 7、表面强度有哪几种？如何计算挤压和磨损强度？ 8、何谓刚度和柔度？刚度不足会产生什么影响？影响刚度的因素有哪些？ 9、根据冲击模型推导解释冲击载荷的危害及如何缓和冲击作用。 10、何谓振动、共振及失稳？稳定性计算的准则是什么？减轻振动的措 施有哪些？ 11、什么是可靠度？
失效概率
Rt
Nt N
N Nf N
1 N f N
Ft
Nf N
1 Rt
Rt Ft 1
可靠性计算准则：保证零件在工作过程中能够满足规定的可靠性 要求。
如果试验时间不断延长，则Nf将不断增加，可靠度逐渐 减少，这说明零件的可靠度是随时间发生改变的，是时 间的函数。
机械零件的设计与选型
机械零件的设计与选型机械零件的设计与选型在机械行业中起着至关重要的作用。
一款优秀的机械产品离不开合理的零件设计和选型，这不仅关系到产品的性能表现，也关系到产品的可靠性和使用寿命。
因此，在进行机械零件的设计与选型时，需要认真考虑各种因素，做到科学、合理、可靠。
一、机械零件设计机械零件设计是机械产品设计的基础。
在进行机械零件设计时，需要根据产品的功能要求和工作环境等因素来确定具体的设计方案。
首先要考虑零件的结构设计，包括零件的形状、尺寸、材质等。
结构设计要满足产品的使用要求，确保零件在工作时能够承受相应的力和扭矩，不发生变形和破坏。
其次是零件的连接设计。
不同零件之间需要通过连接件来连接，连接件的设计要考虑到连接的牢固性和可靠性，避免在工作过程中出现松动和脱落的情况。
连接件的选择也要根据产品的使用要求和工作环境来确定，确保连接件能够承受相应的载荷。
最后是零件的制造工艺设计。
在进行零件设计时，需要考虑到零件的制造工艺性，确保零件能够通过现有的生产工艺来制造。
制造工艺设计要考虑到零件的加工难度、加工精度等因素，避免出现制造过程中的问题，确保产品的质量。
二、机械零件选型机械零件选型是机械产品设计的重要环节。
在进行机械零件选型时，需要根据产品的使用要求和性能指标来选择合适的零件。
首先要考虑零件的功能要求，包括承载能力、耐磨性、耐腐蚀性等。
根据产品的使用环境和工作条件来选择适合的零件。
其次是零件的材料选型。
不同零件需要选择不同的材料来制造，材料的选择直接影响到零件的性能和使用寿命。
在进行材料选型时，需要考虑到材料的力学性能、耐磨性、耐腐蚀性等因素，确保选择的材料能够满足产品的使用要求。
最后是零件的尺寸选型。
在进行零件尺寸选型时，需要考虑到零件的结构设计和连接设计，确保零件的尺寸能够满足产品的组装要求和使用要求。
尺寸选型要考虑到零件的装配间隙、工作间隙等因素，避免出现因尺寸不合适而导致的问题。
综上所述，机械零件的设计与选型是机械产品设计过程中至关重要的环节。
机械设计基础课程介绍
机械设计基础课程介绍机械设计基础课程是机械工程专业的一门重要课程，旨在培养学生对机械设计原理和方法的基本理解和应用能力。
本文将介绍该课程的主要内容和学习目标。
一、课程内容机械设计基础课程主要包括以下几个方面的内容：1. 机械设计基本原理：介绍机械设计的基本概念、原则和方法，包括力学、材料力学、流体力学等相关理论知识。
2. 机械零件设计：介绍常用机械零件的设计原理和方法，如轴、轴承、联轴器、齿轮等，并学习如何进行零件的选型和尺寸计算。
3. 机械传动设计：介绍常见的机械传动方式，如齿轮传动、链传动、带传动等，学习传动比的计算和传动装置的设计。
4. 机械结构设计：介绍机械结构的基本原理和设计方法，包括机械连接、机构设计、机械密封等内容。
5. 机械设计软件应用：学习使用计算机辅助设计软件进行机械设计，如AutoCAD、SolidWorks等，掌握基本的绘图和建模技巧。
二、学习目标通过学习机械设计基础课程，学生应达到以下几个方面的学习目标：1. 理解机械设计的基本原理和方法，掌握力学、材料力学、流体力学等相关理论知识，能够运用这些知识进行机械设计的分析和计算。
2. 掌握常用机械零件的设计原理和方法，能够进行零件的选型和尺寸计算，合理设计机械零件的结构和参数。
3. 熟悉常见的机械传动方式，掌握传动比的计算和传动装置的设计，能够根据实际需求选择合适的传动方式和参数。
4. 能够理解机械结构的基本原理和设计方法，掌握机械连接、机构设计、机械密封等技术，能够设计出结构合理、功能完善的机械装置。
5. 熟练掌握机械设计软件的使用，具备基本的绘图和建模技巧，能够利用计算机辅助设计软件进行机械设计工作。
三、学习方法学习机械设计基础课程需要采取一定的学习方法，以提高学习效果。
以下是几点建议：1. 理论联系实际：将课堂学习的理论知识与实际工程案例相结合，理解概念的含义和应用场景。
2. 多做练习：通过大量的练习题和设计案例，加深对机械设计原理和方法的理解和运用能力。
机械零件的设计步骤
机械零件的设计步骤
机械零件的设计是一个复杂的过程，需要综合考虑各种因素。
以下是一般的设计步骤概述：
1. 明确设计需求：确定零件的功能、使用环境、负载要求等。
2. 概念设计：根据设计需求，进行初步的构思和方案设计。
3. 绘制草图：使用手绘或计算机辅助设计软件，绘制零件的草图。
4. 确定材料：选择适合零件工作条件的材料，考虑材料的力学性能、加工性能等。
5. 详细设计：根据草图，进行详细的尺寸设计、结构设计和公差设计。
6. 强度和刚度分析：使用工程分析方法，对零件进行强度和刚度计算，确保其满足使用要求。
7. 绘制工程图：根据设计结果，绘制详细的零件工程图，包括尺寸、公差、材料等信息。
8. 零件制造工艺设计：考虑零件的加工工艺，选择适当的加工方法和设备。
9. 质量控制：制定质量检测标准，确保零件的质量符合要求。
10. 成本评估：估算零件的制造成本，确保其在预算范围内。
11. 设计验证：进行样机试制或计算机模拟，验证设计的可行性和性能。
12. 改进与优化：根据验证结果，对设计进行必要的改进和优化。
13. 最终设计确认：完成设计后，进行最终的审查和确认。
机械零件的设计准则
机械零件的设计准则
机械零件是机械设备中的核心部件，其设计直接影响着整个设备
的性能和寿命，因此从以下几个方面出发，讲述机械零件的设计准则：
1. 功能性
设计机械零件的首要目的是完成其所需的功能。
在设计时需要明
确零件所需完成的任务和运转环境，然后根据这些信息确定材料、尺寸、形状和配合方式等基本要求。
2. 可制造性
机械零件的设计需要考虑到大量的制造技术问题，如加工工艺、
工作量、排产等。
好的机械零件设计必须考虑到成本和生产过程中的
容错能力。
3. 安全性
机械零件的设计必须保证安全可靠。
作为一个机械工程师，必须
了解机械零件的功能及其运转条件，考虑到机械零件对人员或设备造
成潜在的风险，才能设计出安全可靠的机械零件。
4. 维护性
机械零件已经投入使用后，需要进行不断的维护和保养。
因此在
设计时应该考虑到机械零件的更换、维修难度，是否需要预留拆卸接
口等问题。
5. 环保性
在现代社会，环保已成为社会关注的热点。
因此机械零件的设计也要考虑到环保。
在设计机械零件时，应该尽可能地减少不必要的材料和能源浪费，使机械设备更加环保。
通过上述五个方面的准则，我们可以在机械零件设计中更准确、全面、有指导性地考虑到不同的因素，从而设计出性能、可靠性和经济性更好的机械零件。
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过将材料的屈服极限（塑性材料）或是强度极 限（脆性材料）除以适当的安全系数得到。
2．疲劳强度准则
疲劳强度是保证机械零件在变载荷工况条件下，能 正常工作一定时间的基本要求。零件疲劳强度不够，就 会在其工作寿命期间内出现疲劳断裂、疲劳点蚀等失效 形式而丧失工作能力，甚至导致安全事故。
磨损是两个接触表面在作相对运动的过程中，表 面物质丧失或转移的现象。
胶合是由于两相对运动表面间的油膜被破坏，在 高速、重载的工作条件下，发生局部粘在一起的现象， 当两表面相对滑动时，相粘结的部位被撕破而在表面 上沿相对运动方向形成沟痕，称为胶合。
接触疲劳是受到接触变应力长期作用的表面产生 裂纹或微粒剥落的现象。
2．疲劳强度失效
大部分机械零件是在变应力条件下工作的，变 应力的作用可以引起零件疲劳破坏而导致失效。
另外，零件表面受到接触变应力长期作用也会 产生裂纹或微粒剥落的现象。疲劳破坏是随工作时 间的延续而逐渐发生的失效形式，是引起机械零件 失效的重要原因。例如，轴受载后由于疲劳裂纹扩 展而导致断裂、齿根的疲劳折断和点蚀以及链条的 疲劳断裂等都是典型的疲劳破坏。
一般设计机械零件的判据: 静强度、疲劳强度、 摩擦磨损
1．静强度失效
机械零件在受拉、压、弯、扭等外载荷作用时， 由于某一危险截面上的静应力超过零件的强度极限而 发生断裂或破坏。例如，螺栓受拉后被拉断和键或销 的剪断或压溃等均属于此类失效。
此外，当作用于零件上的应力超过了材料的屈 服极限，则零件将产生塑性变形。塑性变形将导致 精度下降或定位不准等，严重影响零件的正常工作， 因此也属于失效。
静强度是保证机械零件在静载荷工况条件下能正 常工作的基本要求。零件的强度不够，就会出现整体 断裂或塑性变形等失效形式而丧失其工作能力，甚至 导致安全事故。
强度准则就是指零件中的最大应力小于或等于许
用应力，即
或
[ ]
（2.1a）
[ ]
（2.1b）
[ ] lim
S
[ ] lim
S
式中，、—是零件的工作正应力和剪应力；
疲劳强度准则与式（2.1）类似，但是疲劳强度的许 用应力要按下式计算：
或
[ ] lim
[ ]
S lim
S
（2.2a） （2.2b）
式中，S、、S—疲劳强度的正应力和剪应力的安全系数；
、 lim lim—材料的疲劳极限正应力和剪应力。
特别需要指出：按疲劳强度设计时，因为载荷是 变化的，零件的工作应力不再是简单的正应力或剪应 力，除了必须考虑应力的均值和变化幅值的大小外， 还必须考虑载荷变化规律的影响。另外，疲劳强度与 许多因素（如载荷性质、零件尺寸、表面加工精度、 应力集中情况等）有关，因此在这类机械零件的设计 过程中必须根据具体工况加以修正。
3．摩擦学设计准则
耐磨性是指作相对运动零件的工作表面抵抗磨损 的能力。机械零件磨损后，将改变其尺寸与形状，降 低机械的工作精度，削弱其强度。据统计，由于磨损 而导致失效的零件约占全部报废零件的80%。
由于目前对磨损的计算尚无可靠、定量的计算方 法，因此常采用条件性计算。
验算压强p不超过许用值，以保证工作面不致
有些零件只有在满足某些工作条件下才能正常工 作。例如，液体摩擦的滑动轴承，只有在存在完整的 润滑油膜时才能正常地工作，否则滑动轴承将发生过 热、胶合、磨损等形式的失效，属于摩擦学失效。
又如，带传动的打滑和螺纹的微动磨损也是摩擦 学失效的例子。
4．其他失效
除了以上指出的主要失效形式，机械零件还有 其他一些失效形式，如变形过大的刚度失效、不稳 定失效等等。
机械零件在载荷作用下所产生的弹性变形量应小 于或等于机器工作时所允许的弹性变形量的极限值， 即
y[y ]
[] []
（2.4a） （2.4b） （2.4c）
式中，y、 、 －零件工作时的挠度、偏转角和扭转角； [y]、[]、[]－零件的许用挠度、许用偏转角和扭转角。
（2）可靠性准则
满足强度要求的一批完全相同的零件，在规定的 工作条件下和规定的使用期限内，并非所有零件都能 完成规定的功能，必有一定数量的零件会丧失工作能 力而失效。
产生过度磨损；
验算压强和速度乘积pV值不超过许用值，以限制
单位接触表面上单位时间内产生的摩擦功不致过大， 可防止发生胶合破坏；
验算工作速度V。
以上准则可写成:
p [ p] pv [ pv ] v [v]
（2.3a） （2.3b） （2.3c）
式中，p—工作表面的压强，MPa； [p]—材料的许用压强，MPa；
机械零件的静强度失效是由于静力超过了屈服极 限，并在断裂发生之前，往往出现很大的变形，因此 静强度失效往往是可以发现，并可以预知的。
疲劳强度失效逐步形成但很难事先预知，因此它 危害更大。
3．摩擦学失效
摩擦学失效主要是腐蚀、磨损、打滑、胶合和 接触疲劳。
腐蚀是发生在金属表面的一种电化学或化学侵蚀 现象，其结果将使零件表面产生锈蚀而使零件的抗疲 劳能力降低。
V —工作速度，m/s；
[pv] —pv的许用值，MPam/s； [v] —v的许用值，m/s。
4．其他准则
（1）刚度准则
刚度：零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。
若零件刚度不够，其弯曲挠度或扭转角超过允许的限度后， 将影响机械系统正常工作。例如车床主轴的弹性变形过大，将 影响加工精度；齿轮轴的挠度过大，将影响一对齿轮的正确啮 合，并会增加载荷沿齿宽分布的不均匀性。
第2章 机械零件的设计
➢2.1 机械零件的失效形式和设计准则概述 ➢2.2 机械零件设计的基本要求和一般程序 ➢2.3 机械零件材料的选用原则及常用材料
2.1 机械零件的失效形式和设计准则概述
2.1.1 机械零件的主要失效形式
失效:机械零件在设计预定的期间内和规定条件 下，不能完成正常的功能。
机械零件失效的形式:整体断裂、塑械零件的具体失效形式还取决于该零 件的工作条件、材质、受载状态及所产生的应力性 质等多种因素。即使同一种零件，由于工作情况及 机械的要求不同，也可能出现多种失效形式。例如 齿轮传动可能出现轮齿折断、磨损、齿面疲劳点蚀、 胶合或塑性变形等失效形式。
2.1.2 机械零件的设计准则
1．静强度准则