机械零件的设计与选材原则
机械工程基础教案
机械工程基础教案第一章：机械工程概述教学目标：1. 了解机械工程的定义、发展历程和应用领域。
2. 掌握机械工程的基本要素和设计原则。
3. 了解机械工程的重要性和对社会发展的贡献。
教学内容：1. 机械工程的定义和发展历程。
2. 机械工程的应用领域和基本要素。
3. 机械工程的设计原则和重要性。
4. 机械工程对社会发展的贡献。
教学方法：1. 讲授法：讲解机械工程的定义、发展历程和应用领域。
2. 案例分析法：分析机械工程的成功案例，展示机械工程对社会发展的贡献。
教学评估：1. 课堂讨论：学生能积极参与讨论机械工程的基本要素和设计原则。
2. 小组项目：学生能分组完成一个机械工程设计项目，展示其对机械工程的理解和应用能力。
第二章：机械零件与材料教学目标：1. 了解机械零件的分类和功能。
2. 掌握机械零件的设计和选材原则。
3. 了解常用机械材料的特性和应用。
教学内容：1. 机械零件的分类和功能。
2. 机械零件的设计和选材原则。
3. 常用机械材料的特性和应用。
教学方法：1. 讲授法：讲解机械零件的分类和功能，以及机械零件的设计和选材原则。
2. 实验法：学生通过实验了解常用机械材料的性能和应用。
教学评估：1. 课堂练习：学生能完成机械零件设计和选材的练习题。
第三章：机械制造工艺教学目标：1. 了解机械制造的基本工艺和方法。
2. 掌握机械制造工艺参数的计算和选择。
3. 了解机械制造过程中的质量控制和安全生产。
教学内容：1. 机械制造的基本工艺和方法。
2. 机械制造工艺参数的计算和选择。
3. 机械制造过程中的质量控制和安全生产。
教学方法：1. 讲授法：讲解机械制造的基本工艺和方法。
2. 案例分析法：分析机械制造过程中的成功案例，展示质量控制和安全生产的重要性。
教学评估：1. 课堂讨论：学生能积极参与讨论机械制造工艺参数的计算和选择。
2. 小组项目：学生能分组完成一个机械制造工艺设计项目，展示其对机械制造工艺的理解和应用能力。
机械加工毛坯选用准则
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重规矩，严要求，少危险。2020年12 月20日 星期日1 2时49 分36秒0 0:49:36 20 December 2020
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好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。上 午12时4 9分36 秒上午1 2时49 分00:49:3620.1 2.20
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每天都是美好的一天，新的一天开启 。20.12. 2020.1 2.2000:4900:49 :3700:4 9:37De c-20
焊接要求原材料强度好、塑性好 和液态稳定性好。
焊接件的尺寸、形状一般不受限制， 结构轻便，材料利用率高，生产周期短， 主要用于制造各种金属结构件，也用于 制造零件的毛坯及修复废旧零件等。
二、毛坯选择应考虑的因素
毛坯的选择包括毛坯的材料、种类和成 形方法，具体选择时应考虑以下因素：
(1)生产批量 (2)零件对材料组织和性能以及材料的工艺 性能的要求
第一节机械零件毛坯选择的原则第二节常用机械零件的毛坯种类和选择一毛坯的种类二毛坯选择应考虑的因素三典型机械零件与结构件毛坯的选择第一节机械零件毛坯选择的原则环保性原则上述四项原则是相互联系的考虑时应在保证第一项原则的前提下力求做到质量好成本低制造周期短和环保的原则
第五章 毛坯选用
第一节 机械零件毛坯选择的原则 第二节 常用机械零件的毛坯种类和选择
(2) 型材件
型材件大都是由冶金后轧制成形的。
型材的形状和尺寸品种多样，常 见的形状有圆形、方形、六角形等及 特殊形状的断面。
(3) 锻件
锻件是金属在固态下塑性流动成 形的，锻件形状较铸件简单。
多用于承受重载、动载及复杂载 荷的重要件。它生产成本高，材料利 用率低。
(4) 焊接件
焊接件是借助于金属原子间的扩散 和结合作用，形成永久性连接。
机电一体化(第2章 机械系统)
与一般的机械系统设计要求相比，机电一体化系统 的机械系统要求定位精度高，动态响应特性好（即响应要 快，稳定性要好），为达到要求，在设计中常提出无间隙、 低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比等 要求。为达到上述要求，主要从以下几方面采取措施：
（1）单推-单推式
可预拉伸安装，预紧力大， 轴向刚度较高。
简易单推-单推式支承
（2）双推-双推式
轴向刚度最高，适于高刚度、 高速、高精度的丝杠传动。 对丝杠热变形敏感。
（3）双推-简支式
预紧力小，寿命长，常用 于中速、高精度的长丝杠 传动系统。注意丝杠热变 形影响。
（4）双推-自由式
承载能力小，轴向刚度低，多用于 短程、轻载、低速的垂直安装。
4) 缩小反向死区误差，如采取消除传动间隙、减少支承变形的 措施； 5) 提高刚度 改进支承及架体的结构设计以提高刚性、减少振 动、降低噪声。选材上；结构轻型化、紧密化。
这些措施反映了机电一体化系统设计的基本特点。
二、机械传动部件的选择与设计
机械传动部件的主要功能是传递转矩和转速，它实质上 是一种转矩、转速变换器，其目的是使执行元件与负载之间在 转矩与转速方面得到最佳匹配。
（3）谐振频率 包括机械传动部件在内的弹性系统，若不计 阻尼，可简化为质量-弹簧系统，为多自由度系统，有第一谐振 频率和高阶谐振频率等。当外界传来的激振频率接近或等于系 统固有频率时，系统产生谐振，不能正常工作。
还有电气驱动部件的谐振频率。
（4）摩擦 摩擦分为粘性摩擦、库仑摩擦和静摩擦。
实际机械导轨的摩擦特性随材料和表面状态的不同有很 大的不同。
（一）机械传动部件的功能要求及常用的传动部件
机械传动部件的传动类型、传动方式、传动刚性以及传 动可靠性对机电一体化系统的精度、稳定性和快速响应性有重 要影响。机电一体化系统设计时，需要选择传动间隙小、精度 高、体积小、重量轻、运动平稳、传递转矩大的传动部件。
机械设计整体说课课件
04
详细描述
发动机的燃烧过程需要保证燃 料充分混合和燃烧，以减少有 害气体排放和提高燃油经济性 。同时，发动机的冷却系统也 需要优化，以防止过热和减少
磨损。
机器人设计
• 总结词：机器人是一种自动化机械装置，具有感知、决策和执行等功能。
• 详细描述：机器人设计需要考虑运动学、动力学、感知和控制等因素。机器人的类型包括工业机器人和服务机器人等，根据不同的应用场景选择合适的机器人类型。 • 总结词：机器人设计过程中，需要优化机械结构、控制系统和感知系统，以提高机器人的精度和稳定性。 • 详细描述：机器人的机械结构需要保证其刚度和精度，同时还需要考虑其重量和能耗等因素。机器人的控制系统需要实现精确的运动轨迹规划和自主决策能力。此外，机器人的感知系
绿色设计
总结词
随着环保意识的日益增强，绿色设计已成为机械设计的重要发展方向。
详细描述
绿色设计是指在机械设计过程中，充分考虑环境因素和资源利用效率，力求在满足产品功能和性能的同时，降低 对环境的负面影响。通过绿色设计，可以实现机械产品的节能、减排、降耗，促进可持续发展。
人性化设计
总结词
人性化设计是机械设计发展的另一重要趋势，强调产品的易用性和舒适性。
生产效率。
03
促进技术进步
机械设计是技术创新的源泉， 通过不断的技术创新和改进， 可以推动机械工业的发展和进
步。
机械设计的原则与标准
01
机械设计的原则
02
机械设计的标准
主要包括功能性、可靠性、经济性、环保性和安全性等原则。设计时 需要综合考虑各种原则，确保机械系统能够满足使用要求。
为了规范机械设计过程，国家制定了一系列的标准和规范，如《机械 设计基础》、《机械制图》等。这些标准和规范是机械设计的指导性 文件，有助于提高设计质量和可靠性。
金属材料的选用原则
金属材料的选用原则材料科学被称之为人类文明的四大支柱之一。
金属材料的选用同其它各类材料一样，是一个比较复杂的问题。
它是各机械产品设计中极为重要的一环。
要生产出高质量的产品，必须从产品的结构设计、选材、冷热工艺、生产成本等方面进行综合考虑。
但对于要赶超世界先进水平的产品来说，能否达到国际水平，关键还在于材料和工艺水平，当然管理水平也是重要一环。
正确、合理选材是保证产品最佳性能、工作寿命、使用安全和经济性的基础。
现就金属材料选用的一般原则做以下介绍：⑴所选用材料必须满足产品零件工作的要求各种机械产品，由于它们的用途、工作条件等的相同，对其共同组成的零部件也自然有著相同的建议，具体表现在受载大小、形式及性质的相同，受力状态、工作温度、环境介质、摩擦条件等的相同。
例如：对于航空用燃气涡轮发动机来说，涡轮叶片是整机中工作环境最恶劣的零件，因此，对燃气涡轮工作叶片来说要求是比较高的，以材料的要求也自然是高的，要求材料能够耐高温、抗腐蚀，并且有高的耐蠕变和疲劳性能，以及在高温下的机械强度等。
因此，通常使用镍基高温合金和钴基合金。
另外，由于航空发动机是多次使用，所选的材料也直接影响到使用寿命。
对于火箭发动机来说，由于它是短时间的一次使用，在选材方面是不同的，只要短时间性能好就可以。
在选材时，应当根据零散件工作条件的相同，具体分析对材料使用性能的相同建议。
通常不说道，机械零件的失灵形式存有以下三种：①脱落失灵，包含塑性脱落、烦躁脱落、塑性脱落、高形变脱落、介质快速脱落；②过量变形失灵，主要包含过量的弹性变形和塑形变形失灵；③表面受损的失灵，例如磨损、锈蚀、表面烦躁失灵等。
⑵所选材料必须满足产品零件工艺性能的要求材料工艺性能的优劣，对零件加工的深浅程度、生产效率和生产成本等方面都起至着十分关键的促进作用。
金属材料的基本加工方法包括：切削加工、压力加工、铸造、焊接和热处理等。
焊接加工（包含车、铣、滚、搓、扣等）性能：通常通过焊接抗力大小、零件表面粗糙度、工件确定的深浅及焊接刀具磨损程度去来衡量其优劣。
零件结构设计的基本要求和内容
零件结构设计的基本要求和内容IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】零件结构设计的基本要求摘要：本文介绍零件结构设计的基本要求，限于篇幅，主要介绍零件设计的功能使用要求和为了实现这些要求而采取的一些措施。
关键词：零件结构设计要求措施正文：一、功能使用要求设计机械或零件必须首先满足其功能和使用要求。
机械的功能要求，如运动范围和形式要求、速度大小和载荷传递都是由具体的零件来实现的。
除传动要求外，机械零件还需要有承载、固定、链接等功能；零件结构设计应满足强度、刚度、精度、耐磨性及防腐等使用要求。
1、提高强度和刚度的结构设计为了使机械零件能正常工作，在设计的整个过程中都要保证零件的强度和刚度能满足要求。
对于重要的零件要进行强度和刚度计算。
静强度的计算指危险截面拉压、剪切、弯曲和扭剪应力的计算；静刚度的计算指相对载荷或应力下的变形计算。
两者均与零件的材料、受力和结构尺寸密切相关。
通过合理选择机械的总体方案使零件的受力合理，特别是通过正确的结构设计使它所受的应力和产生的变形较小可以提高零件的强度和刚度，满足其工作能力的要求。
合理的计算有助于选择最佳方案，但同时也要考虑零件在加工、装拆过程中保证足够的强度和刚度要求。
（1）通过结构设计提高静强度和刚度的措施1）改变受力a)改变受力情况，降低零件的最大应力b)载荷分担将一个零件所受的载荷分给几个零件承受，以减少每个零件的受力。
c)载荷均布：通过改变零件的形状，改善零件的受力；采用挠性均载元件；提高加工精度。
d)其他的载荷抵消或转化措施，采取措施使外载荷全部或部分地相互抵消，有化外力为内力、用拉伸代替弯曲等。
2）改变截面a)采用合理的断面形状，在零件材料和受力一定的条件下，只能通过结构设计，如增大截面积，增大抗弯、抗扭截面系数来提高其强度。
b)用肋或隔板，采用加强肋或隔板科提高零件、特别是机架零件的刚度3）利用附加结构措施改变材料内应力状态，通过加强附加结构措施使受力零件产生弹性强化或塑性强化来提高强度。
机械零件设计概论
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
断裂或塑性变形;
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
过大的弹性变形;
2
变应力的循环特性:
σ
-1 = r min 0
+1 max
T
σ
σa
σa
σmax σmin σm o
----对称循环变应力 ----脉动循环变应力
----静应力
静应力是变应力的特例
σ
r =+1
σmax
σmin to
σa σa
σ=常数
o
t
σ
σmax
σa
σa
σm
t o σmin
t
循环变应力
对称循环变应力 r =-1
材料
种类规格
相对价格
碳素结构钢Q235 （φ 33~42）
1
优质碳素钢 （φ 29~50）
热轧圆滚合钢动金轴结承构钢钢（（φφ292~95~05）0）
合金工具钢（φ 29~50） 4Cr9Si2耐热钢（φ 29~50）
1.5~1.8 1.7~2.5
3 3~20
5
灰铸铁铸件 碳素铸钢件铸件
铜合金、铝合金铸件
磨损↑ →间隙↑、 精度↓、效率↓、振动↑、 冲击↑、噪音↑
据统计，约有80%的损坏零件是因磨损而报废的。
磨损的主要类型 ：硬质颗粒或摩擦表面上硬的凸蜂，在摩擦过程中引起的材料脱落现象称为磨 粒磨损 。硬质颗粒可能是零件本身磨损造成的金属微粒，也可能是外来的尘 土杂质等。摩擦面间的硬粒，能使表面材料脱落而留下沟纹。
论机械设计中的材料选择与处理技术
论机械设计中的材料选择与处理技术摘要：随着国民经济的快速发展，国家科技水平也取得了显著的进步，国力不断增强，使得社会对机械设计的要求开始越来越高，而作为机械设计中极为重要的一个环节，材料的选择应用处理则更加受到了人们的重视，一个高质量的机械产品离不开好的材料。
而就目前而言，我国机械设计这一重要环节中，还存在着一些方面的问题，这些问题在不同程度上影响了机械产品的质量，因此，相关技术人员必须严谨对待这个问题，科学、合理的进行材料的选择与处理应用。
关键词：机械设计材料处理绿色环保前言：在机械设计过程中，材料的选择成为了设计工作者们非常注重的一个环节，当前，机械业发展日新月异，高科技机器在各行各业中层出不穷。
笔者认为，机械设计材料处理的选择应当结合实际情况，从重要意义，使用要求，绿色节能环保，可持续发展道路等几个方面入手。
笔者从事相关工作，就机械设计中涉及到的材料选择和处理应用问题谈谈自身的看法，以期能与更多的同行进行探讨，寻求其中的最佳道路。
1 机械设计过程中材料选择的重要性与实际意义加入WTO以来，我国经济在短短的几十年内迅速发展，已经成为了世界第二大经济体。
资源的大量汲取，特别是对机械制造业资源的大肆利用，使得很多用于机械制造的材料都消耗殆尽。
我国本来就是一个人口大国，尽管资源总量排在世界前列，但是人均下来，仅仅处在世界最后一位。
在这种实际情况下，机械设计过程中材料的选择显得更加重要，我们在进行选材时就要更加注重绿色环保与节约能源，也就是我们常常说到的经济性，我们要将有限的资源，最大限度的投入社会建设中去。
2 采取科学的手段，进行材料的选择和处理应用2．1 浅析调质技术和相关工艺在进行机械设计时，经常被用到的一种热处理技术就是调质技术，经过这种技术处理过的零件，可以大大强化材料的强度，刚度等，其综合性能有了明显的提高，使材料在使用过程中能够承受更大的冲击力，这对于机械制造而言，是十分重要的，材料能够承受冲击力的能力越大，进行零件设计时，就可以选取更小截面，来节约材料，从而减轻所设计设备的重量、体积，因此，这种技术在机械设计时得到广泛的应用。
第1章机械零件设计概论
§1.1 机械、机器、机构及其组成 §1.2 本课程的内容、性质的任务 §1.3 机械设计的基本要求和设计 过程 §1.4 机械零件的工作能力及其计算准则 §1.5 机械零件的载荷、应力和许用应力 §1.6 机械零件的材料的选用原则 §1.7 机械设计的新发展
1.1 机械、机器、机构及组成
1.6 机械制造常用材料及其选择
3、铜合金
青铜 — 含锡青铜、不含锡青铜 种类： 黄铜 — 铜锌合金，并含有少量的锰、铝、镍 轴承合金（巴氏合金） 特点：良好的塑性和液态流动性； 良好的减摩性和抗腐蚀性。 零件毛坯获取方法：辗压、铸造。 应用：应用范围广泛。
二、非金属材料
1、橡胶 橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。
4) 腐蚀磨损
在滚动或兼有滑动和滚动的高副申，如凸轮、齿轮等，受载时材料表层有很大的 接触应力。当载荷重复作用时，常会出现表层金属呈小片状剥落，而在零件表面 形成小坑，这种现象称为疲劳磨损或疲劳点蚀。 在摩擦过程申，与周围介质发生化学反应 或电化学反应的磨损，称为腐蚀磨
静应力是变应力的特例 1.5 机械零件的载荷、应力和许用应力
零件工作表面出现疲劳破坏或过度磨损 零件的弹性变形过大 零件发生强烈振动
2) 衡量零件工作能力的指标： 强度、刚度、抗磨性、耐热性、振动稳定性
1.4 机械零件的工作能力及其计算准则
三、机械零件的计算准则
强度计算准则 (整体强度和表面强度)： [ ] 刚度计算准则； 抗磨性计算准则：
[ ]
1.1 机械、机器、机构及组成
机 器
进气阀3 制造角度:由若干个机械零件装配面成的 。 运动角度:由若干个可以相对运动的构件组装而成的。
结构角度:由机构组成的，而机构则是由一些能相对 独立运动的构件组成的。 排气阀4
1 机械设计基础概论
工作能力计算准则：根据零件失效的原因，可建立相应的零件工作 能力的判定条件。
计算准则包括：①强度判定条件：应力许用应力； ②刚度判定条件：变形量许用变形量； ③耐磨性判定条件：压强许用压强； ……。 判定条件可概括为：计算量许用量。
1、机械零件的强度准则（基本条件） 强度：零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表面失效的 能力。 判定准则：零部件在载荷作用下的工作应力不超过许用应力。
2、 磨损的分类
按照磨损的机理以及零件表面磨损状态的不同，一般工况下把 磨损分为磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损等。
(1）粘着磨损 也称胶合，摩擦表面的微观凸峰粘在一起后，在相对运动 中，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘着磨损。
(2）磨粒磨损 也称磨料磨损，是外界的硬颗粒或粗糙的硬表面在相对运 动中，对摩擦表面的擦伤所引起的磨损。
•经济性要求 1、应尽可能采用先进的设计方法，计算机辅助设计，加快 设计进度，降低设计成本； 2、尽量采用标准件、通用件，产品系列化； 3、采用新技术、新材料和新结构，选用高效传动系统以降 低能耗； 4、考虑机器的机械化、自动化水平，提高机器的生产率。
•满足社会要求 操作方便、省力，劳动强度低，维修简便；能够安全运行； 造型美观；低噪音、无毒、低辐射等。
另外，要考虑材料的费用（材料费占成本的30﹪以上）。
材料的费用 （材料费占成本 的30﹪以上）
原材料的价格 包 括
零件制造费用
机械零件材料具体的选用措施： (1)尽量采用高强度铸铁来代替钢材，用工程塑料或粉末冶金 材料代替有色金属材料； (2)采用热处理或表面强化处理等工艺，充分发挥利用材料的 潜在力学性能； (3)合理采用表面镀层等方法，减少磨损速度，延长零件的使 用寿命； (4)采用组合式零件结构，使得工作部分用贵重材料，非工作 部分用廉价材料（如部分铸铁刀具只在刀尖处用金刚石、大型蜗轮 用青铜齿圈和铸铁轮心的组合式结构）； (5)优化工艺方案，提高材料的利用率； （6）用本地富有元素合金钢代替稀有元素合金钢，金属采购、 运输费用。
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机械零件的设计与选材原则
机械零件的设计与选材是机械制造中非常重要的环节，直接关系到
机械产品的质量和可靠性。
本文将介绍机械零件设计的基本原则和选
材的注意事项，以帮助读者更好地了解机械零件的设计与选材。
一、机械零件设计原则
1.功能需求：机械零件的设计首先要满足产品的功能需求。
设计师
需要明确该零件在机械系统中的作用，确保其具备正确的功能和性能。
2.结构合理：机械零件的结构应当合理设计，避免存在过多的转角
和凹凸，以减少应力集中和疲劳破裂的风险。
同时，还应考虑零件的
装配和拆卸方便性。
3.尺寸准确：机械零件的尺寸设计要准确无误，以确保与其他零部
件的配合工作。
尺寸设计的误差通常应该在允许范围内，并以容差的
方式进行控制。
4.材料选择：选择合适的材料对机械零件的功能和性能至关重要。
材料的选择要考虑零件的使用环境、工作温度和所需的力学性能等因素。
5.易加工性：机械零件的设计还应考虑到其加工过程。
要选择易于
加工和制造的设计方案，以提高生产效率和降低成本。
二、机械零件选材原则
1.强度要求：机械零件的材料选择应根据其所需的强度来确定。
根
据零件承受的载荷和应力水平，选择具有足够强度的材料。
2.耐磨性要求：对于摩擦和磨损较大的机械零件，应选择具有良好
耐磨性能的材料，以提高零件的使用寿命。
3.耐腐蚀性要求：对于暴露在腐蚀性介质中的机械零件，应选择具
有良好耐腐蚀性的材料，以防止零件受到腐蚀而损坏。
4.温度要求：机械零件在高温或低温条件下的工作要求决定了材料
的选取。
在高温下工作的零件需要具有良好的高温强度和热稳定性，
而低温下工作的零件需要具有良好的低温韧性。
5.制造成本：机械零件选材还要考虑到制造成本。
材料的选择应在
满足性能要求的前提下，尽量降低制造成本，提高生产效率。
综上所述，机械零件的设计与选材是一项综合考虑多个因素的任务。
合理的设计与选材能够确保机械产品的功能和性能。
因此，在进行机
械零件设计和选材时，设计师应根据功能需求、结构合理性、尺寸准
确性、材料选择和易加工性原则进行综合考虑，以提高零件的使用寿
命和可靠性。
同时，根据零件的强度要求、耐磨性要求、耐腐蚀性要求、温度要求和制造成本进行合理的选材，以满足机械零件在特定工
作环境下的功能和性能需求。