《機械設計》課本(第八版)濮良貴改編(第1、2章)

1、機械設計（第八版）濮良貴主編著第一章 緒論第一章 緒論29 機器在經濟建設中的作用機械是現(xiàn)代各行業(yè)的基礎，是物質生產的基本工具，其應用水平是一個國家技術水平和現(xiàn)代化程度的重要標志，也是信息化產業(yè)的基礎。設計則是產品生產的第一道工序，其成敗很大程度上是在本階段決定的。1. 能做有用功：1） 代替人力或完成人力所不能完成的工作。2） 改善勞動條件，提高生產率。3） 較人工生產提高產品質量。2. 有利于產品的標準化、系列化和通用化。3. 有利于產品生產的機械化、電氣化和自動化。所以大量設計制造和廣泛使用各種先進的機器是促進經濟發(fā)展， 加速現(xiàn)代化建設的一個重要內容。本課程的內容、性質與任務： 一內容介

2、紹整臺機器機械部分設計的基本知識，重點討論： 1一般尺寸和常用工作參數(shù)下的通用零件的設計，包括其基本設計理論和方法。注：一般尺寸和參數(shù)：不包括巨/微型，高溫/壓/速等。 2介紹有關技術資料、標準的應用。例如：有關國標，機械零件設計手冊等。學習的具體內容：（1）總論部分：機器及零件設計的基本原則，設計計算理論，材料選擇，結構要求，以及摩擦、磨損、潤滑等方面的基本知識；機械設計（第八版）濮良貴主編著第一章 緒論（2） 連接部分：螺紋連接和螺旋傳動，鍵、花鍵及無鍵連接和銷連接等；（3） 傳動部分：帶傳動，齒輪傳動，蝸桿傳動等；（4） 軸系部分：滾動軸承，軸的設計，聯(lián)軸器、離合器和制動器等；（5） 其

3、它部分：彈簧、機座、箱體等。二性質是以一般通用零件的設計為核心的設計性課程，主要討論它們的基本設計理論與方法的技術基礎課程。本課程不僅要求學生掌握機械零件的常用設計方法，主要是通過這些內容的學習，全面提高學生具備通用零件、部件，以及專用零件的設計能力。三任務本課程的主要任務是培養(yǎng)學生：（1） 有正確的設計思想和創(chuàng)新探索能力；（2） 掌握一般設計方法，能設計簡單機械的能力；（3） 具有運用標準、手冊和查閱資料的能力；（4） 掌握典型的實驗方法，具備基本的實驗能力；（5） 了解國家政策，了解機械的發(fā)展動向。例如：優(yōu)化/可靠性設計，CAD 等課程安排：共 56 學時，其中講授 48 學時，實驗 8

4、學時。機械設計（第八版）濮良貴主編著第二章 機械設計總論第二章 機械設計總論 機器的組成人們?yōu)榱藵M足生產和生活的需要，研制了類型繁多、功能各異的機器。尤其是蒸汽機出現(xiàn)之后，使機器具有了完整的形態(tài)。一臺完整的機器的組成如下：潤滑、照明和顯示等輔助系統(tǒng)原動機部分 傳動部分執(zhí)行部分控制系統(tǒng)機器的主體1. 原動機部分：驅動整部機器完成預定功能的動力源。一般為電動機或內燃機。 2執(zhí)行部分：完成機器預定功能的部分?？蓛H有一個，也可有幾個：單個執(zhí)行部分：壓路機的壓輥；多個執(zhí)行部分：橋式起重機的卷筒、吊鉤部分執(zhí)行上下吊放重物的功能，小車行走部分執(zhí)行橫向運送重物的功能，大車行走部分執(zhí)行縱向運送重物的功能。 3傳

5、動部分：將原動機的運動、動力參數(shù)轉換成執(zhí)行部分所需的形式。如把旋轉運動變?yōu)橹本€運動，高轉速變?yōu)榈娃D速，小轉矩變?yōu)榇筠D矩。機器的傳動部分多數(shù)使用機械傳動系統(tǒng)，也可使用液壓或電力傳動系統(tǒng)。機械傳動是絕大多數(shù)機器不可缺少的重要組成部分。 簡單的機器只由上述三個基本部分組成。隨著機器的功能越來越復雜，對機器的精確度要求也就越來越高，如只有以上三個基本部分，使用起來就會遇到很大的困難。所以機器除了以上三個部分外，還會有控制系統(tǒng)、傳感部分和輔助系統(tǒng)等。4. 控制部分保證機器的啟動、停止和正常協(xié)調動作。5. 傳感部分將機器的工作參數(shù)，如位移、速度、加速度、溫度、壓力等反饋給控制部分。 6輔助部分包括機器的潤

6、滑、顯示、照明等。也是保證機器正 常工作不可缺少的部分以汽車為例：發(fā)動機是汽車的原動機；離合器、變速箱、傳動軸和差速器組成傳動部分； 車輪、懸掛系統(tǒng)及底盤是執(zhí)行部分；轉向盤和轉向系統(tǒng)、拍檔桿、剎車及其踏板、離合器踏板及油門組成控制系統(tǒng)；油量表、速度表、里程表、潤滑油溫度表及蓄電瓶電流表、電壓表等組成顯示系統(tǒng)；后視鏡、車門鎖、刮雨器及安全裝置等為其他輔助裝置； 前后燈及儀表盤燈組成照明系統(tǒng)；轉向信號燈及車尾紅燈組成信號系統(tǒng)。 設計機器的一般程序一部機器的質量基本上決定于設計質量，制造過程對機器質量所起的作用，本質上就在于實現(xiàn)設計時所規(guī)定的質量。因此，機器的設計階段是決定機器好壞的關鍵。它是一個創(chuàng)

7、造性的工作過程， 同時也是一個盡可能多地利用已有的成功經驗的工作。機器質量：1）設計質量（基本的，相當人的先天性） 2）制造質量（主要是實現(xiàn)設計質量，相當于后天性） 設計原則：在充分參考及繼承已有成功設計經驗上創(chuàng)新。作為一部完整的機器，它是一個復雜的系統(tǒng)。要提高設計質量， 必須有一個科學的設計程序。見 P5，表 2-1。編制設計計算說明書，使用說明書、標準明細表、其他技術文件等?？傮w設計草圖 及部件裝配圖，并繪制出零件圖、部件圖及總裝圖。提出原理性設計方案原理圖或機構運動圖。設計任務書提出任務計劃階段分析對機器的要求確定任務書要求機器功能分析提出可能解決的方案方案設計階段組合幾種可能的方案評

8、價決策 選定方案明確構形要求結構化選材料、定尺寸評 價技術設計階段決策確定結構形狀及尺寸零件設計部件設計總體設計技術文件的編制編制技術文件設計的階段工作步驟階段的目標機械設計的一般過程：計劃階段方案設計階段技術設計階段技術文件編制階段（一）計劃階段：這只是個預備階段，其目標是給出設計任務書。此階段主要由三項工作要做：（1） 、調研：了解同類產品生產、使用情況、優(yōu)缺點、材料、標準件有哪些及采用先進技術的可能性。（2） 、分析：機器的功能、經濟性、加工等約束條件。（3） 、寫出設計任務書：內容包括機器的功能、經濟性估計、制造要求估計、基本使用要求及預計期限等。注意；對這些要求和條件，只是給出一個合

9、理范圍，而非準確數(shù)字。（二）方案設計階段：這個階段對設計的成敗很關鍵。此階段的目的是：提出原理性的設計方案、原理圖或機構運動簡圖。 1機器功能分析： 對機器功能中的必須要求、最低要求及希望要求進行綜合分析，也就是這些功能能否達到，相互間有沒有矛盾等。最后確定出功能參數(shù)。 2確定工作原理：實現(xiàn)同一種機器功能，可有多種工作原理。例：加工螺紋： 1）機床車削：螺桿旋轉，車刀直移。 2）板牙鉸制：螺桿固定，板牙既轉又移。 3）滾絲模滾壓： 3擬定結構方案：同一種工作原理，可有多種執(zhí)行機構的實現(xiàn)方案。例：對刨削平面：工作原理是工件相對刀具的直移，方案有二： 1）牛刨：工件固定，刀具直移。 2）龍門刨：工

10、件直移，刀具固定。原動機部分的方案也可以有多種選擇。對絕大多數(shù)的固定機械都優(yōu)先選擇電動機作為原動機，熱力原動機主要用于運輸機、工程機械或農業(yè)機械。（熱力發(fā)動機將常規(guī)燃燒或核燃料反應產生的熱能、地熱能和太陽能等轉換為機械功的動力機械，它是人類所利用的主要動力機械。常用的熱力發(fā)動機有內燃機：包括汽油機、柴油機和煤氣機等、燃氣輪機和蒸汽動力裝置等。）傳動部分的方案就更為復雜了，對于同一傳動任務，可以由多種機構及不同機構的組合來完成。因此，如用N1 表示原動機的方案 數(shù)， N2 和N3 分別代表傳動部分和執(zhí)行部分的可能方案數(shù)，方案有個，則機器的總方案數(shù)就為： N = N1 N 2 N3 個。 4方案評

11、價：應對多種工作原理和多個結構方案進行綜合評價取其優(yōu)。方案評價原則：經濟性、技術上可行。經濟性總費用最低。經濟性評價既要考慮設計及制造時的 經濟性，也要考慮使用時的經濟性。如果 機器的結構方案較為復雜，則其設計制造 成本就要相對增大，但是隨著機器機構的 健全，其功能將更為齊全，生產率也較高，則使用的經濟性較好；反之，若結構較為簡單，功能不夠齊全，雖然機器的設計及制造費用低，但使用費用卻會增多。評價結構方案的設計制造經濟型時，還可以用單位功效的成本來表示。例如單位輸出功率的成本，單件產品的成本等。進行機器評價時，還必須對機器的可靠性進行分析，從可靠性 的觀點來看，盲目地追求復雜的結構往往是不明智

12、的。一般地講， 系統(tǒng)越復雜，則系統(tǒng)的可靠性就越低。為了提高復雜系統(tǒng)的可靠性， 就必須增加并聯(lián)備用系統(tǒng)，這就提高了機器的成本。環(huán)境保護也是設計中必須認真考慮的重要方面。通過方案評價，最后進行決策，確定一個據以進行下步技術設計的原理圖或機構運動簡圖。方案設計階段要正確處理好借鑒與創(chuàng)新的關系。同類機器的成功的先例應當借鑒，但其中的薄弱環(huán)節(jié)和不符合現(xiàn)有任務要求的部分應當加以改進或替換。堅決反對：1）保守和照搬原有設計；2）一味求新而把合理的原有經驗棄置不用（三）技術設計階段：技術設計階段的目標是繪制總裝配草圖、部件裝配草圖，由草圖設計確定零部件的外形、基本尺寸和零件工作圖、部件裝配圖和總裝圖。為了確定

13、零件的基本尺寸，必須完成以下工作： 1機器的運動學設計：按已定結構方案選定原動機根據原動機的參數(shù)（功率、轉速、線速度等）確定各運動構件的運動參數(shù)(轉速、速度、加速度等）。2機器的動力學計算：按結構及運動參數(shù)計算主要零件所受的公稱載荷（名義載荷） 的大小及特性。（由于零件尚未設計出來） 3工作能力設計：由公稱載荷大小和特性，根據工作能力準則作零部件的初步設計。通過計算或類比得出零件的基本尺寸。也就是按結構、運動及動力參數(shù)對零件作強度、剛度、穩(wěn)定性及壽命的初步設計。 4部件裝配草圖及總裝配草圖的設計：根據已定出的主要零、部件的基本尺寸，設計出部件裝配草圖及總裝配草圖。在草圖上，需要對所有零件的外形

14、及尺寸進行結構設計。這個步驟中，要很好地協(xié)調各零件的結構及尺寸，同時考慮結構工藝性，使得全部零件有最合理的構形。5. 主要零件校核：因為在初步計算設計時，零件外形、結構還未定，因此不能進 行詳細的工作能力的計算。繪出草圖以后，所有的零件尺寸均已知， 才能進行較為精確地校核，再根據校核結果，反復修改零件的結構 及尺寸，直至滿意。即：按裝配草圖對零件精度校核修改零件結構和草圖。6. 零件工作圖設計：此時，要充分考慮靠零件加工和裝配工藝性等細節(jié)，繪制零件的工作圖。即：按草圖確定的基本尺寸定出零件全部結構尺寸及制造技術要求7. 完成裝配圖：按定型的零件工作圖上的結構及尺寸，重新繪制部件裝配圖及總裝圖。

15、通過這一工作可以檢查出零件工作圖中可能隱藏的尺寸和結構上的錯誤。這一工作通俗稱為紙上裝配。（四）技術文件編制階段： 技術文件一般應包括：1. 設計計算說明書：包括方案選擇及技術設計的全部結論性內容。2. 使用說明書：向用戶介紹機器的性能參數(shù)范圍、使用操作方法、日常保養(yǎng)及簡單的維修方法、備用件目錄等。 3標準件明細表：列出所有標準件。 對機器的主要要求設計機器的任務是在當前技術發(fā)展所能達到的條件下，根據生產和生活的需要提出的。不管機器的類型如何，一般來說，會對機器提出以下基本要求。（一）使用功能要求：機器應具有預定的使用功能。這主要靠正確地選擇機器的工作原理，正確地設計或選用能夠全面實現(xiàn)功能要求

16、的執(zhí)行機構、傳動機構和原動機，以及合理地配置必要的輔助系統(tǒng)來實現(xiàn)。（二）經濟性要求：機器的經濟性體現(xiàn)在設計、制造和使用的全過程中，設計機器時就要全面綜合地進行考慮。設計制造的經濟性表 現(xiàn)為機器的成本低，使用經濟性表現(xiàn)為高生產率，高效率，低能耗， 以及低的管理和維護費用等。即：1） 設計制造經濟性：機器成本低。2） 使用經濟性：高產、高效、低能耗，易操作維護。提高設計和制造經濟性指標的主要途徑有: 1）采用先進的現(xiàn)代設計方法(CAD)，使設計參數(shù)最優(yōu)化,達到盡可能精確的計算結果,保證機器足夠的可靠性。 2）最大限度地采用標準化、系列化及通用化的零、部件。3） 盡可能采用新技術、新工藝、新結構和新

17、材料。4） 合理地組織設計和制造過程。5） 力求改善零件的結構工藝性，使其用料少、易加工、易裝配。提高使用經濟性指標的主要途徑有: 1）合理地提高機器的機械化和自動化水平，以期提高機器的生產率 。 2）選用高效率的傳動系統(tǒng)，盡可能減少傳動的中間環(huán)節(jié)，以期降低能源消耗。 3）適當?shù)夭捎梅雷o及潤滑，以延長機器的使用壽命。4）采用可靠的密封，減少或消除滲漏現(xiàn)象。（三）勞動保護要求：1)要使機器的操作者方便和安全。因此設計時要按照人機工程學的觀點布置各種按鈕、手柄，使操作方式符合人們的心理和習慣。同時，設置完善的安全裝置、報警裝置、顯示裝置等。 2）改善操作者及機器的環(huán)境。所設計的機器應符合勞動保護法

18、規(guī)的要求。降低機器運轉時的噪聲水平，防止有毒、有害介質的滲漏， 對廢水、廢氣和廢液進行治理。即：1） 對操作者方便、安全。2） 對環(huán)境無破壞：低噪、無污染等。（四）壽命與可靠性的要求：機器的可靠度指在規(guī)定的使用時間內和預定的環(huán)境下機器能夠正常工作的概率。機器由于某種故障而不能完成預定的功能稱為失效，它是隨機發(fā)生的，其原因是零件所受的載荷、環(huán)境溫度、零件本身物理和機械性能等因素是隨機變化的。為了提高零件的可靠性，就應當在工作條件和零件性能兩個方面使其變化盡可能小。（五）其它專用要求：針對不同機器所特有的要求。例如：1) 對機床有長期保持精度的要求；2) 對飛機有質量小，飛行阻力小而運載能力大的要

19、求；3) 對流動使用的機器有便于安裝和拆卸的要求；4) 對大型機器有便于運輸?shù)囊蟮鹊取?機械零件的主要失效形式機械零件的失效：機械零件由于某種原因不能正常工作時，稱為失效。工作能力在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度。通常此限度是對載荷而言，所以習慣上又稱為：承載能力。機械零件的失效形式主要有：（一）整體斷裂1） 零件受外載時，危險截面上的應力超過強度極限而過載斷裂。2） 零件受變應力作用而疲勞斷裂。例如：螺栓的斷裂、齒輪輪齒根部的折斷。（二）過大的殘余變形在外載作用下，如果零件中的應力超過了材料屈服極限塑變。（三）零件的表面破壞：零件的表面破壞主要有腐蝕、磨損和接觸疲勞。 1腐蝕：

20、是發(fā)生在金屬表面的一種電化學或化學侵蝕現(xiàn)象。結果使零件表面因銹蝕而破壞。 2磨損：是兩個接觸表面在作相對運動的過程中表面物質喪失或轉移的現(xiàn)象。 3接觸疲勞：在接觸變應力的長期作用下，表面開裂小片脫落的現(xiàn)象。腐蝕、磨損和接觸疲勞都是隨工作時間的延續(xù)而逐漸發(fā)生的失效形式。處于潮濕空氣中或與水、汽及其他腐蝕性介質相接觸的金屬零件，均有可能發(fā)生腐蝕現(xiàn)象；所有作相對運動的零件接觸表面都有可能發(fā)生磨損；而在接觸變應力條件下工作的零件表面也將有可能發(fā)生接觸疲勞。（四）破壞正常工作條件引起的失效：失效原因:強度、剛度、耐磨性、振動穩(wěn)定性、溫度等原因。例如：當有效圓周力臨界摩擦力時，使帶傳動失效打滑。液體摩擦的

21、滑動軸承當潤滑油膜破壞，使滑動軸承發(fā)生過熱、膠合、磨損等形式的失效；高速轉動的零件，當其轉速與轉動件系統(tǒng)的固有頻率一樣時， 將發(fā)生共振從而使振幅增大，以致引起斷裂的失效。統(tǒng)計結果顯示：斷裂僅占 4.79%；腐蝕、磨損、疲勞破壞占 73.88%。這是主要失效原因。 設計機械零件時應滿足的基本要求機器是由各種各樣的零部件組成的，要使所設計的機器滿足基本要求，就必須使組成機器的零件滿足以下要求：（一）避免在預定壽命期內失效的要求： 應保證零件有足夠的強度、剛度、壽命。1、強度要求機械零件在工作中發(fā)生斷裂和不允許的殘余變形通屬于強度不足。除了用于安全裝置中預定適時破壞的零件，對任何零件都是應當避免的。

22、因此，具有適當?shù)膹姸仁窃O計零件的最基本要求。有些大型零件，例如機架、床身等，雖然在工作時不會發(fā)生斷裂。但在運輸過程中，由于吊裝、固定等操作，也有可能使零件承受比工作載荷大得多的載荷，因而引起斷裂，此時就要優(yōu)先考慮運輸時的強度問題。提高零件強度的措施有：采用高強度的材料；使零件具有足夠的截面尺寸；合理設計零件的截面形狀，增大慣性矩；采用熱處理和化學處理方法提高材料的強度性能；提高零件的制造精度，以減少工作時的動載荷；合理配置零件的相對位置，以降低零件的載荷。2. 、剛度要求零件在工作時的彈性變形不能超過允許的范圍稱為零件的剛度要求。只有當彈性變形過大會影響機器工作性能的零件（主軸、導軌），才需要

23、滿足這項要求。對這類零件，除了做強度計算外，還必須做剛度計算。零件的剛度分為：整體變形剛度和表面接觸剛度兩種。 a整體變形剛度：指零件整體在載荷作用下發(fā)生伸長、縮短、扭曲等彈性變形的程度。 b表面接觸剛度；指兩零件接觸表面上的微觀凸峰，在外載荷作用下，發(fā)生變形所導致兩零件相互位置變化的程度。提高零件剛度的措施有：a對整體變形剛度：增大零件的截面尺寸或增大慣性矩；縮短支承的跨距或采用多點支承。b對接觸剛度：增大貼合面，以降低單位面積壓力；精加工，以降低表面不平度。3、壽命要求零件正常工作連續(xù)的時間，叫零件壽命。疲勞破壞影響零件壽命的主要因素有：腐蝕磨損大部分零件都在變應力條件下工作，故疲勞破壞是

24、引起零件破壞的主要原因。影響疲勞強度的因素有：應力集中；零件的尺寸大小；零件表面質量及環(huán)境狀況：設計時，應從以上幾個方面采取措施，來提高抵抗疲勞破壞能力。零件處在腐蝕性介質中工作時，可能使材料遭到腐蝕。對這些零件，應選用耐腐蝕材料或采用各種防腐蝕的表面保護措施。抗腐蝕的措施有：表面發(fā)蘭（發(fā)黑）；表面鍍層；表面涂漆；表面陽極化。（二）結構工藝性要求：零件工藝性良好的標志在具體的生產條件下，零件要便于加工而加工費用又很低。工藝性的基本要求：1) 毛坯選擇合理基本方法：選用型材、鑄造、鍛造、沖壓和焊接等。 毛坯選擇與生產批量、材料性能和加工可能性有關。 單件或小批量生產時，選用棒料、板材、型材或焊件

25、。大批量生產時，往往選用鑄造、鍛造、沖壓等方法。2) 結構簡單合理最好采用平面、柱面、螺旋面等簡單表面極其組合；盡量減少加工面數(shù)和加工面積；增加相同形狀、相同元素（直徑、圓角半徑、配合、螺紋、鍵、齒輪模數(shù)等）的數(shù)量；盡量采用標準件；3) 合理的制造精度和表面粗糙度零件的加工成本隨精度和表面粗糙度的提高而急劇增加。決不能盲目追求高精度，應在滿足使用要求的前提下，盡量采用較低的精度和表面質量。4) 盡量減小零件的加工量毛坯形狀和尺寸應盡量接近零件本身的形狀和尺寸。力求使少或無切削加工，節(jié)約材料、降低成本。盡量采用精密鑄造、精密鍛造、冷軋、冷擠壓、粉末冶金等先進工藝滿足上述要求。（三）經濟性要求：零

26、件的經濟性首先表現(xiàn)在零件的生產制造成本上。簡化零件的結構，降低材料消耗；采用無余量、少余量的毛坯，減少加工工時；采用廉價而充足的材料代替昂貴材料；大型零件采用組合結構而非整體結構；盡量采用標準件。（四）質量小的要求：減小質量的好處：1）節(jié)省材料，降低成本。2）減小慣性，改善機器的動力性能。減小質量的措施：采用緩沖裝置來降低零件所受沖擊載荷；采用安全裝置來限制作用在零件所受最大載荷；從零件應力較小處削減部分材料，以改善零件受力的均勻性，提高材料的利用率；采用與工作載荷方向相反的預載荷，以降低零件的工作載荷；采用輕型薄璧沖壓件或焊接件代替鑄造、鍛壓件；采用強重比高的材料。（五）可靠性要求：在預定的

27、工作條件下及使用時間內，零件應能正常完成使用功能。零件的失效是隨機發(fā)生的，其原因是零件所受的載荷、環(huán)境溫度、零件本身物理和機械性能等因素是隨機變化的。為了提高零件的可靠性，就應當在工作條件和零件性能兩個方面使其變化盡可能小。6 機械零件的設計準則設計零件時，首先應根據零件的失效形式確定其設計準則以及相應的設計計算方法。一般來講，有以下幾種準則： 強度準則-確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的塑性變形，是最基本的設計準則。剛度準則-確保零件不發(fā)生過大的彈性變形。壽命準則-通常與零件的疲勞、磨損、腐蝕相關。振動穩(wěn)定性準則高速運轉機械的設計應注重此項準則。可靠性準則當計及隨機因素影響時，仍應確保上述各項準

28、則。（一）強度準則強度準則是指零件中的應力不得超過許用值。即：（2-1）lim脆性材料：= (強度極限)limB材料的極限應力lim塑性材料：= (屈服極限)limS為了安全起見，引入安全系數(shù) S，得：lim/S或 -許用應力（2-2） S 為大于 1 的數(shù)，S 過大，雖安全但浪費材料；S 過小，雖節(jié)省材料，但趨于危險。（二）剛度準則-是指零件在力作用下的彈性變形量不得超過許用值。即： yy（2-3）（三）壽命準則影響零件使用壽命的因素主要是腐蝕、磨損和疲勞，前兩者還沒有成熟的計算方法，工程中通常是求出使用壽命時的疲勞極限作為計算的依據。（四）振動穩(wěn)定性準則保證機器中受激振零件的固有頻率與激振

29、源的頻率錯開，即要求：0.85 f fp4）或 1.15 f fp（2-如果不滿足條件，可采取如下措施：改變零件及系統(tǒng)剛性；調整支承的位置；增減支承；隔離激振源；采用阻尼元件以減小零件的振幅。（五）可靠性準則可靠度的定義：對件數(shù)為 N 的一批零件進行試驗，經過時間 t0之后有 N 件仍能正常工作，則該零件在該試驗環(huán)境條件下工作時間t 的可靠度定義為：R=（2-5）若 tN R-R 是時間的函數(shù)。N/N0若在時間 t+dt 內，又有 dN 個零件失效，則 dt 內零件的失效的比dN率l(t )定義為： l(t )= - dtN-失效率“-”表示 dN 的增大將使 N 減少。分離變量并積分得： -

30、 t l (t )dt = N dN= lnN= ln R00即：R = e-tl (t )dtNNN00零件可靠度的另一個指標是零件的平均工作時間，也稱平均壽命。對于不可修復的零件，平均壽命是指失效前的平均工作時間， 用 MTTF 表示；對于可修復的零件，則是指其平均無故障間隔時間m，用 MTBF 表示。m 與 的關系為:m=1/零部件的失效率 與時間 t 的關系曲線，如圖所示常被稱為浴盆曲線。其曲線分為三段： 第階段：早期失效階段此階段，失效率由開始時很高的數(shù)值急劇下降到某一穩(wěn)定的數(shù)值。引起此階段失效率特別高的原因是零、部件中存在的初始缺陷，0t如零件上未被發(fā)現(xiàn)的加工裂紋，安裝不正確、接觸

31、表面未跑合等。第階段：正常使用階段這個階段如果發(fā)生失效，一般是由于偶然的原因引起的，其發(fā)生是隨機性的，所以，失效率表現(xiàn)為緩慢增長。第階段：磨損階段由于長時間的使用而使零件發(fā)生磨損，疲勞裂紋擴展等原因， 失效率急劇增加。7 機械零件的設計方法理論設計常規(guī)設計方法經驗設計模型實驗設計機械零件的設計方法優(yōu)化設計 現(xiàn)代設計方法可靠性設計計算機輔助設計常規(guī)設計方法是指采用一定的理論分析和計算，結合人們在長期的設計和生產實踐中總結出的方法、公式、圖表等進行設計的方法。1） 、理論設計根據長期的總結出來的設計理論和實驗數(shù)據所進行的設計。以受拉桿為例，強度計算公式為： /S或 F/A/SlimlimF-拉力，

32、 A截面積。設計計算：A FS/lim = F/AF A校核計算有四種可選方式： S =/ Scalim SlimSca計算安全系數(shù)2） 、經驗設計根據對某類零件已有的設計與使用實踐而歸納出的經驗公式，或根據設計者本人的設計經驗用類比的方法所進行 的設計。這對于那些使用要求變化不大而結構形狀已典型化的零件， 是很有效的設計方法。例如：箱體、機架、傳動件的結構要素等。3）、模型實驗設計 把初步設計的零、部件或機器做成小模型或小尺寸樣機，經過試驗的手段對其特性進行檢驗，根據實驗結果再對設計進行逐步修改，達到完善。這種方法對于那些尺寸巨大而結構又很復雜的重要零件的設計是一種很有效的方法。現(xiàn)代設計方法

33、是指在近二、三十年發(fā)展起來的更為完善、科學、計算精度高、設計與計算速度更快的機械設計方法。、可靠性設計-以保證零件具有所需可靠度 R 來設計。、優(yōu)化設計對較為重要的機器或零件設計，多做幾個方案進行比較，擇優(yōu)選用。根據工作要求、科學理論、生產條件、實踐經驗，建立數(shù)學模型，列出目標函數(shù)和約束方程，編制程序，由計算機求出最優(yōu)參數(shù)。、計算機輔助設計 CAD(Computer Aided Design)設計人員通過人機對話，進行反復設計和修改，直至滿足設計指標為止。、有限元法設計這種方法是把大型或形狀復雜的零件，看成有限個力學小單元，在有限個節(jié)點處聯(lián)接而成的組合體，用有關參數(shù)來描述小單元的性質，由此建立

34、力的平衡關系和變形的協(xié)調關系，求出各小單元的內力和位移，從而求解強度、剛度和穩(wěn)定性。、斷裂力學法設計零件在外載荷的作用下，材料在缺陷或應力集中出有微小的裂紋。在某些條件下，會迅速擴展乃至斷裂。這種方法用于大型、高壓結構物或大型轉子的設計。、設計方法學這種方法是將一個工程實體看成一個系統(tǒng)，并以系統(tǒng)整個問題和總體目標的最優(yōu)化作為考慮問題的出發(fā)點，而不針對個別目標。8 機械零件設計的一般步驟機械零件設計大體要經過以下幾個步驟：1) 根據零件的使用要求，選擇零件的類型和結構。為此，必須對各種零件的不同類型、優(yōu)缺點、特性和使用范圍等，進行綜合對比與正確選用。2) 根據機器的工作要求，計算作用在零件上的載

35、荷。3) 根據零件的工作條件及對零件的特殊要求(如高溫環(huán)境等)選擇適當?shù)牟牧稀?) 根據零件的失效形式，確定零件的計算準則，通過計算，確定零件的基本尺寸。5) 根據工藝性和標準化，進行零件的結構設計。6) 細節(jié)設計完成之后，必要時進行詳細的校核計算，以判定結構的合理性。選擇類型及結構計算零件上載荷確定計算準則選擇零件的材料校核計算確定零件的基本尺寸結構設計繪制零件工作圖寫計算說明書7) 繪制零件工作圖，并撰寫計算說明書。零件的設計流程圖：9 機械零件的材料及其選用（一）常用材料灰鑄鐵 (TH300)鑄鐵球墨鑄鐵(QT500-5) 黑色金屬低碳鋼 (08F)中碳鋼 (45)鋼高碳鋼 (60)金屬

36、材料合金鋼 (1Cr18） 鋁合金 (LY12)有色金屬銅合金 (ZCuSn10P1)鑄鐵-灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。特點：良好的液態(tài)流動性，可鑄造成形狀復雜的零件。較好的減震性、耐磨性、切削性（指灰鑄鐵）、成本低廉。應用：應用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之。鋼-低碳鋼 、中碳鋼 、高碳鋼、合金鋼、結構鋼、工具鋼、特殊鋼(不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼等)、鑄鋼等。特點：與鑄鐵相比，鋼具有高的強度、韌性和塑性。可用熱處理方法改善其力學性能和加工性能。鋼制零件毛坯獲取方法：鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。應用：應用范圍極其廣泛。鋼的選用原則：優(yōu)選碳素鋼，其次是硅、錳、硼、釩類合金鋼。表 3

37、-1常用材料的相對價格材料種類規(guī)格相對價格碳素結構鋼 Q235（3342）優(yōu)質碳素鋼（2950）1.51.8熱軋圓鋼合金結構鋼（2950）滾動軸承鋼（2950）1.72.53合金工具鋼（2950）3204Cr9Si2 耐熱鋼（ 2950）5灰鑄鐵鑄件0.85鑄件碳素鋼鑄件銅合金、鋁合金鑄件1.7810青銅 含錫青銅、不含錫青銅。銅合金黃銅 銅鋅合金，并含有少量的錳、鋁、鎳。軸承合金（巴氏合金）特點：具有良好的塑性和液態(tài)流動性。青銅合金還具有良好的減摩性和抗腐蝕性。零件毛坯獲取方法：輾壓、鑄造。應用：應用范圍廣泛。高分子材料 -塑料、橡膠、合成纖維。非金屬材料陶瓷強如鋼、輕如鋁、硬如金剛石。復合

38、材料強度高、彈性模量大、質量輕。橡膠-橡膠富于彈性，能吸收較多的沖擊能量。常用作聯(lián)軸器或減震器的彈性元件、帶傳動的膠帶等。硬橡膠可用于制造用水潤滑的軸承襯。塑料-塑料的比重小，易于制成形狀復雜的零件，而且各種不同塑料具有不同的特點，如耐蝕性、絕熱性、絕緣性、減摩性、摩擦系數(shù)大等，所以近年來在機械制造中其應用日益廣泛。（二）機械零件材料的選用原則適用于制作機械零件的材料種類非常之多，在設計機械零件時， 如何從各種各樣的材料中選擇出合適的材料，是一項受多方面因素 所制約的復雜的工作。設計者應根據零件的用途、工作條件和材料的物理、化學、機械和工藝性能以及經濟因素等進行全面考慮。載荷及應力的大小和性質

39、零件的工作情況 選材的一般原則零件的尺寸及重量零件的結構及加工性材料的經濟性1. 載荷及應力的大小和性質這方面的因素主要是從強度觀點來考慮的，應在充分了解材料的機械性能的前提下來進行選擇。脆性材料只適用于制造在靜載荷下工作的零件；塑性材料適用于在有沖擊情況下工作的零件。金屬材料的性能一般可以通過熱處理加以提高和改善，因此，要充分利用熱處理手段來發(fā)揮材料的潛力。對于常用的調質鋼，由于其回火溫度的不同，可得到機械性能不同的毛坯。2. 零件的工作情況-指零件所處的環(huán)境特點、工作溫度、摩擦磨損程度等。在濕熱環(huán)境下工作的零件，其材料應具有良好防腐蝕能力，可選用不銹鋼、銅合金等。兩配合零件的線性膨脹系數(shù)不能相差過大，一面在溫度變化時產生過大熱應力或使配合松動，另一方面要考慮材料機械性能隨溫度而變化的情況。零件在工作中可能發(fā)生磨損的表面，應提高其表面硬度，增加耐磨性，因此應選擇淬火鋼、滲碳鋼、氮化鋼。3. 零件的尺寸及重量零件的尺寸及質量的大小與材料的品種及毛坯制取方法有關。用鑄造材料制造毛坯時，一般可以不受尺寸及質量大小的限制；而用鍛造材料制造毛坯時，則須注意鍛壓機械及設備的生產能力。應盡可能選用強重比大的材料，以便減小零件的尺寸和質量。4. 零件結構的復雜程度及材料的加工可能性結構復雜的零件宜選用鑄造毛坯，或用板