第1章機械設(shè)計的基礎(chǔ)知識

第1章機械設(shè)計的基礎(chǔ)知識1.2

機械零件的失效形式及設(shè)計準則1.4

機械零件的強度計算1.6

機械零件的材料及熱處理1.7

機械零件的標準化1.1

對機器的主要要求1.5

機械零件的設(shè)計方法及一般步驟1.3

設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的基本要求*2

設(shè)計機器的任務(wù)是在當前技術(shù)發(fā)展所能達到的條件下，根據(jù)生產(chǎn)及生活的需要提出的。不管機器的類型如何，一般來說，對機器都要提出以下的基本要求：

使用功能要求經(jīng)濟性要求勞動保護要求可靠性要求其它專用要求詳細說明1.1

對機器的主要要求*31.2

機械零件的失效形式及設(shè)計準則1.2.1機械零件的主要失效形式機械零件的失效：機械零件由于某些原因而喪失工作能力或達不到設(shè)計要求性能時，稱為失效。機械零件可能的失效形式：

由強度、剛度、耐磨性、振動穩(wěn)定性、可靠性、溫度對工作能力的影響引起的失效。主要有以下幾種：

整體斷裂

過大的殘余變形

零件的表面破壞

破壞正常工作條件引起的失效*4機械零件常見的失效形式有：整體斷裂、過大的殘余變形、零件的表面破壞以及破壞正常工作條件引起的失效等。

整體斷裂整體斷裂是指零件在載荷（拉、壓、彎、剪、扭等）作用下，其危險截面的應(yīng)力超過零件的強度極限而導(dǎo)致的斷裂，或在變應(yīng)力作用下，危險截面發(fā)生的疲勞斷裂。齒輪輪齒斷裂軸承內(nèi)圈斷裂還有脆性斷裂和韌性斷裂。*5

整體斷裂整體斷裂是指零件在載荷（拉、壓、彎、剪、扭等）作用下，其危險截面的應(yīng)力超過零件的強度極限而導(dǎo)致的斷裂，或在變應(yīng)力作用下，危險截面發(fā)生的疲勞斷裂。*6

過大的殘余變形

當作用于零件上的應(yīng)力超過了材料的屈服極限，零件將產(chǎn)生殘余變形。機床上夾持定位零件的過大的殘余變形，要降低加工精度；高速轉(zhuǎn)子軸的殘余撓曲變形，將增大不平衡度，并進一步地引起零件的變形。齒輪齒面塑形變形軸承外圈塑性變形*7

零件的表面破壞

零件的表面破壞主要是腐蝕、磨損和接觸疲勞（點蝕）。腐蝕是發(fā)生在金屬表面的一種電化學(xué)或化學(xué)侵蝕現(xiàn)象。腐蝕的結(jié)果是使金屬表面產(chǎn)生銹蝕，從而零件表面遭到破壞。對于承受變應(yīng)力的零件，還要引起腐蝕疲勞。磨損是兩個接觸表面在作相對運動的過程中表面物質(zhì)喪失或轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。

零件表面的接觸疲勞是受到接觸變應(yīng)力長期作用的表面產(chǎn)生裂紋或微粒剝落的現(xiàn)象。

處于潮濕空氣中或與水、汽及其它腐蝕性介質(zhì)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(yīng)力條件下工作的零件表面將有可能發(fā)生接觸疲勞。

*8軸瓦磨損滾動軸承外圈滾道的磨損

零件的表面破壞*9齒面接觸疲勞滾動軸承滾道的疲勞點蝕

零件的表面破壞*10

破壞正常工作條件引起的失效

有些零件只有在一定的工作條件下才能正常的工作，如：

液體摩擦的滑動軸承，只有在存在完整的潤滑油膜時才能正常工作。帶傳動只有在傳遞的有效圓周力小于臨界摩擦力時才能正常工作。高速轉(zhuǎn)動的零件，只有在轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動件系統(tǒng)的固有頻率避開一個適當?shù)拈g隔才能正常工作。零件在工作時會發(fā)生哪一種失效，這與零件的工作環(huán)境、載荷性質(zhì)等很多因素有關(guān)。有統(tǒng)計結(jié)果表明，一般機械零件的失效主要是由于疲勞、磨損、腐蝕等因素引起。*11

強度準則

剛度準則

設(shè)計零件時，首先應(yīng)根據(jù)零件的失效形式確定其設(shè)計準則以及相應(yīng)的設(shè)計計算方法。一般來講，有以下幾種準則：

耐磨性準則

振動穩(wěn)定性準則

可靠性準則：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(shè)計準則。：確保零件不發(fā)生過大的彈性變形。：通常與零件的疲勞、磨損、腐蝕相關(guān)。：高速運轉(zhuǎn)機械的設(shè)計應(yīng)注重此項準則。：當計及隨機因素影響時，仍應(yīng)確保上述各項準則。1.2.2機械零件的設(shè)計準則*12

強度準則強度準則就是指零件中的應(yīng)力不得超過允許的限度。即：

σ≤σlim

其中：σlim即為材料的極限應(yīng)力，對于脆性材料：取σlim＝σB（強度極限），對于塑性材料：取σlim＝σS（屈服極限）?？紤]到各種偶然性或難以精確分析的影響，上式右邊要除以設(shè)計安全系數(shù)(簡稱安全系數(shù))，即：σ≤σlim/S即σ≤[σ]式中：安全系數(shù)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)省材料但趨危險，故S的選取應(yīng)適當。[σ]稱為許用應(yīng)力。★強度準則是最基本的設(shè)計準則。針對的失效形式為：斷裂失效（過載斷裂、疲勞斷裂）、塑性變形失效和點蝕失效。σ—零件的應(yīng)力，MPaσlim—材料極限應(yīng)力，MPa；S—為安全系數(shù)；*13

剛度準則零件在載荷作用下產(chǎn)生的彈性變形量y（撓度、偏轉(zhuǎn)角、扭轉(zhuǎn)角），小于或等于機器工作性能所允許的極限值[y]（許用變形量），就叫做滿足了剛度要求，或符合剛度計算準則。其表達式為：彈性變形量y可按各種變形量的理論或?qū)嶒灧椒▉泶_定，而許用變形量[y]則應(yīng)隨不同的使用場合，根據(jù)理論或經(jīng)驗來確定其合理的數(shù)值。

★剛度準則針對零件過大的彈性變形失效。y、

q、j—分別是零件的撓度、偏轉(zhuǎn)角和扭轉(zhuǎn)角；[y]、[q]、[j]—分別是許用的撓度、偏轉(zhuǎn)角和扭轉(zhuǎn)角。

*14

耐磨性準則★耐磨性準則針對的是零件的表面失效。

.在工程中對零件的條件性耐磨性計算表達式為：

p—工作表面上的壓強，MPa；[p]—材料的許用壓強，MPa；v—工作表面線速度，m/s；[pv]—pv的許用值，MPa·m/s。*15振動穩(wěn)定性準則機器中存在著很多周期性變化的激振源。例如：齒輪的嚙合，滾動軸承中的振動，滑動軸承中的油膜振蕩，彈性軸的偏心轉(zhuǎn)動等。如果某一零件本身的固有頻率與上述激振源的頻率重合或成整數(shù)倍關(guān)系時，這些零件就會發(fā)生共振，以致使零件破壞或機器工作關(guān)系失常等。所謂振動穩(wěn)定性，就是說在設(shè)計時要使機器中受激振作用的各零件的固有頻率與激振源的頻率錯開。例如，令f代表零件的固有頻率，fp代表激振源的頻率，則通常應(yīng)保證如下的條件：0.85f>fp或1.15f<fp當不能滿足上述條件時，改變零件的固有頻率，避免共振的措施：★改變零件和系統(tǒng)的剛性；★提高回轉(zhuǎn)件的動平衡精度；★改變支承位置；★增加或減少輔助支承；★用隔振元件隔開激振源與零件防止振動傳播；★采用阻尼以消耗引起振動的能量。*16可靠性準則如有一大批某種零件，其件數(shù)為N0在一定的工作條件下進行試驗。如在t時間后仍有N件在正常地工作，則此零件在該工作環(huán)境條件下工作t時間的可靠度R可表示為：R=N/N0如果試驗時間不斷延長，則N將不斷地減小，故可靠度也將改變。這就是說，零件的可靠度是一個時間的函數(shù)。若在時間t到t+dt的間隔中，又有dN件零件發(fā)生破壞，則在此dt時間間隔內(nèi)破壞的比率f(t)定義為:

式中f(t)稱為失效率,負號表示dN的增大將使N減小。分離變量并積分，得：

即：★可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。機械產(chǎn)品常用的可靠性指標主要有:失效概率F失效率λ?？煽慷萊*17★浴盆曲線—描述機械產(chǎn)品典型的失效率λ（t）與時間t的關(guān)系的曲線。0ⅠⅡⅢ第Ⅰ階段：早期失效階段；第Ⅲ階段：損壞階段。第Ⅱ階段：正常使用階段；圖1.1

失效率曲線

早期失效階段，失效率由很高的數(shù)值急劇地下降到某一穩(wěn)定的數(shù)值。引起這一階段失效率特別高的原因是零、部件存在的初始缺陷。正常使用階段如果發(fā)生失效，一般是由偶然的原因引起的，故其發(fā)生是隨機性的，失效率則表現(xiàn)為一常數(shù)。損壞階段主要是由于長期的使用而使零件發(fā)生磨損、疲勞裂紋擴展等原因，使失效率急劇地增加。表征失效率的另一個指標是兩次失效間的平均工作時間MTBF，用符號m表示，和λ的關(guān)系為：m=1/λ*18

避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求

結(jié)構(gòu)工藝性要求

經(jīng)濟性要求

質(zhì)量小的要求

可靠性要求

機器是由各種各樣的零部件組成的，要使所設(shè)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：詳細說明應(yīng)保證零件有足夠的強度、剛度、壽命。設(shè)計的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工和裝配。

零件應(yīng)有合理的生產(chǎn)加工和使用維護的成本。

質(zhì)量小則可節(jié)約材料，質(zhì)量小則靈活、輕便。應(yīng)降低零件發(fā)生故障的可能性（概率）。1.3設(shè)計機械零件時應(yīng)滿足的基本要求*191.4

機械零件的強度計算★機械零件的強度計算是機械零件設(shè)計中最基本的計算。強度分類

靜應(yīng)力強度變應(yīng)力強度靜應(yīng)力強度計算適用的場所：①靜應(yīng)力作用的零件的強度校核；②變應(yīng)力作用的零件的強度校核，但應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N＜103；③有短時過載的零件的強度校核。*201.4.1強度計算中的基本定義1.載荷分類按照隨時間變化特征分按照計算要求分靜載荷

不隨時間變化或變化緩慢的載荷變載荷

隨時間變化的載荷

計算載荷—考慮各種因素綜合影響計算的載荷。名義載荷—根據(jù)額定功率用力學(xué)公式計算出的載荷。2．應(yīng)力分類靜應(yīng)力—不隨時間變化或變化緩慢的應(yīng)力稱為靜應(yīng)力；變應(yīng)力—隨時間變化的應(yīng)力稱為變應(yīng)力。FFⅠⅠtA*21FFⅠⅠ截面Ⅰ―Ⅰ所受應(yīng)力為變應(yīng)力其應(yīng)力變化圖形為：注意:變應(yīng)力既可由變載荷引起，也可由靜載荷引起。FtⅠⅠ變應(yīng)力―大小、方向隨時間變化的應(yīng)力AAFFFFFFFFFFt對稱循環(huán)變化的彎曲應(yīng)力由靜載荷F引起*22★應(yīng)力變化的周期T、應(yīng)力幅值σa和平均應(yīng)力σm均不變的為穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力。變應(yīng)力的分類穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力★應(yīng)力變化的周期T、應(yīng)力幅值σa和平均應(yīng)力σm之一不為常數(shù)的為非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力。規(guī)律性的——非規(guī)律性的——脈動循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力*23穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的主要參數(shù)（1）最大應(yīng)力σmaxms（2）最小應(yīng)力σmin（3）平均應(yīng)力σm（4）應(yīng)力幅σat=0t（5）應(yīng)力比r－1＜r＜+1（非對稱）r=0（脈動）r=－1（對稱）t*24★依作用在零件上的變應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的不同，零件材料的疲勞分為兩種。1.4.2材料疲勞的類別低周疲勞（應(yīng)變疲勞）循環(huán)次數(shù)低于103次或104次；高周疲勞循環(huán)次數(shù)高于104次。1.4.3高周疲勞的機械零件的疲勞強度計算1.疲勞曲線（機械零件材料的）曲線的得出：實驗的結(jié)果實驗限定條件：實驗?zāi)康模禾囟ú牧?、特定的?yīng)力比r

或特定循環(huán)次數(shù)N。①建立疲勞極限σmax

與應(yīng)力循次數(shù)N的關(guān)系曲線。②建立極限平均應(yīng)力σm與極限應(yīng)力幅σa的關(guān)系曲線。*251）σ―N曲線（機械零件材料的）BAB段（對應(yīng)N≤103）在該區(qū)間內(nèi)，隨循環(huán)次數(shù)增加，發(fā)生破壞的最大應(yīng)力基本不變。結(jié)論：當應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N≤103：按靜應(yīng)力強度考慮。ANA=14NB≈103KN圖1.4

材料疲勞曲線之一（σ―N）實驗限定條件：②特定的循環(huán)特性r①特定的材料實驗?zāi)康模航⑵跇O限σmax

與應(yīng)力循次數(shù)N的關(guān)系曲線。*26ANA=14NB≈103BCBC段―低周疲勞段隨著循環(huán)次數(shù)增加，使材料發(fā)生破壞的最大應(yīng)力不斷下降。該階段的疲勞破壞形式為塑性變形，也稱作應(yīng)變疲勞按破壞形式命名。由于循環(huán)次數(shù)相對較少（NC=104）所以也叫做低周疲勞按循環(huán)次數(shù)命名N≤104：低周疲勞CD段―有限壽命疲勞段N該段上任一點所代表的疲勞極限稱作有限壽命疲勞極限―有限壽命疲勞極限靜力失效具有突變性疲勞失效具有漸變性NC≈104ND=N0D*27ANA=14NB≈103BND=N0DNNC≈104CD

點代表無限壽命疲勞極限―無限壽命疲勞極限當試件上作用的應(yīng)力值無論應(yīng)力循環(huán)多少次，試件都不會發(fā)生疲勞破壞。―循環(huán)基數(shù)。有限壽命和無限壽命的界限值。當可按無限壽命考慮。值與零件材料、應(yīng)力性質(zhì)以及尺寸有關(guān)，由實驗決定。對于鋼材料試件=即試件的的壽命按無限壽命考慮彎曲、拉壓疲勞時；中等尺寸、彎曲疲勞時；大尺寸零件*28N0N有限壽命疲勞極限與無限壽命疲勞極限之間的關(guān)系。CCD段曲線滿足下列數(shù)學(xué)關(guān)系：聯(lián)立以上兩式，得：m―壽命系數(shù)m―材料常數(shù)m=6~20，一般尺寸9，中等或大尺寸mD*29o實驗限定條件：②特定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N（取N=N0）實驗包含的范圍：

―1≤r≤1實驗?zāi)康模航⒆畲髴?yīng)力σmax與循環(huán)特性r的關(guān)系曲線。曲線上任意一點都代表了一定循環(huán)特性的疲勞極限※

圖1-5等壽命疲勞曲線點代表對稱循環(huán)（r=－1）材料的的極限應(yīng)力

①

特定材料點代表脈動循環(huán)（r=0）材料的的極限應(yīng)力點代表鋼材料的屈服極限（r=1）2）等壽命疲勞曲線（機械零件材料的）*30or=－1t※代表對稱循環(huán)疲勞極限。上任意一點都代表一個對稱循環(huán)應(yīng)力※由O引出的射線σ－1*31oσ0/2※D’代表脈動循環(huán)疲勞極限?！蒓點引出的45°射線OD’上任意一點都代表一個脈動循環(huán)應(yīng)力。45°σ0/2t*32※橫坐標上任意一點都代表了應(yīng)力幅值的靜應(yīng)力※點代表材料的屈服極限σS。oσStr=1靜力極限是疲勞極限的特例靜力極限是疲勞極限的特例*332.極限應(yīng)力線圖（機械零件材料的）簡化結(jié)果：用直線近似代替曲線o具體簡化方法：、過兩點連一條直線①②過點作一條與橫軸成45°夾角的直線與直線相交，并得出點45°★極限應(yīng)力線圖是等壽命疲勞曲線簡化而成的。實驗包含的范圍：

―1≤r≤1*34o45°σS已知、的坐標：直線的方程:※直線的方程：※直線任意一點都代表K―試件的材料常數(shù)*35機械零件的極限應(yīng)力線圖對稱循環(huán)疲勞極限脈動循環(huán)疲勞極限非對稱循環(huán)疲勞極限是采用標準材料試件通過試驗得出的材料疲勞極限材料標準試件※具體零件與標準試件間存在以下幾方面的差異1.應(yīng)力集中差異2.絕對尺寸差異3.表面狀態(tài)差異結(jié)論：材料疲勞極限不能代表具體零件的疲勞極限*36零件極限應(yīng)力圖來自：

材料極限應(yīng)力圖將材料極限應(yīng)力圖轉(zhuǎn)化為零件極限應(yīng)力圖的具體修正方法：每點縱坐標值（應(yīng)力幅值）按同一比例縮?。ǔ砸粋€大于1

的系數(shù)→o45°σSG將材料極限應(yīng)力圖上→)*37σSo45°σ02Kσ根據(jù)A、D兩點的坐標：求得的方程為：或為：―零件的材料常數(shù)―試件的材料常數(shù)σ-1e=σ-1Kσ2零件極限應(yīng)力圖*382、零件的極限應(yīng)力線圖

由于零件幾何形狀的變化、尺寸大小、加工質(zhì)量及強化因素等的影響，使得零件的疲勞極限要小于材料試件的疲勞極限。

以彎曲疲勞極限的綜合影響系數(shù)Ｋσ表示材料對稱循環(huán)彎曲疲勞極限σ-1與零件對稱循環(huán)彎曲疲勞極限σ-1e的比值，即在不對稱循環(huán)時，Ｋσ是試件與零件極限應(yīng)力幅的比值。

將零件材料的極限應(yīng)力線圖中的直線A'D'G'

按比例向下移，成為右圖所示的直線ADG，而極限應(yīng)力曲線的CG

部分，由于是按照靜應(yīng)力的要求來考慮的，故不須進行修正。這樣就得到了零件的極限應(yīng)力線圖。詳細介紹*393．許用安全系數(shù)1）靜應(yīng)力脆性材料以強度極限σB為極限應(yīng)力，許用安全系數(shù)選?。核苄圆牧弦郧O限σS為極限應(yīng)力，許用安全系數(shù)選?。阂话闱闆r：S=1.2~1.5塑性較差材料：S=1.5~2.5S=3~42）變應(yīng)力以疲勞極限σr作為極限應(yīng)力，許用安全系數(shù)選?。?。一般情況：S=1.3~1.7非精確計算：S=1.7~2.5安全系數(shù)也可用部分系數(shù)法確定:S1—考慮載荷及計算準確性；S2—考慮材料力學(xué)性能；S3—考慮零件的重要性。*404.單向穩(wěn)定變應(yīng)力下的機械零件疲勞強度45°oNσmσaM、N

兩點代表零件兩個不同的工作應(yīng)力點。兩種疲勞強度計算方法分別為：①一般校核計算②精確校核計算最大工作應(yīng)力為：問題：如何根據(jù)極限應(yīng)力圖確定極限應(yīng)力？

即極限應(yīng)力曲線AGC上哪點是對應(yīng)的？M*4145°oσmσa應(yīng)根據(jù)三種情況確定1）r等于常數(shù)的情況（

r=C

）（絕大多數(shù)轉(zhuǎn)軸的應(yīng)力狀態(tài)）當r=C時，由o點引出的任意一條射線上的點所代表的應(yīng)力都滿足：M′當工作應(yīng)力點為M時，對應(yīng)的極限應(yīng)力為M′工作應(yīng)力N點的極限應(yīng)力點為N′與r=C等價FMCCNN′*4245°oσmσaM※M點所代表零件上作用的最大工作應(yīng)力為：※M、M′兩點的坐標為點：※M′點所代表的零件極限應(yīng)力：利用關(guān)系推導(dǎo)出的應(yīng)用表達式見下頁M′※M點所代表零件上作用的最大工作應(yīng)力為：※M、M′兩點的坐標為點：※M點所代表零件上作用的最大工作應(yīng)力為：※M、M′兩點的坐標為點：※M′點所代表的零件極限應(yīng)力：※M、M′兩點的坐標為點：*43由：（1）（2）將式（1）代入公式:得出：……（3）將（3）代入（2），得出：*44精確校核（安全系數(shù)法）疲勞強度校核（應(yīng)力點在疲勞區(qū)）45°o疲勞安全區(qū)MM’*4545°o點：點：靜強度校核（應(yīng)力點在靜力區(qū)）靜力安全區(qū)σaσmNN’*4645°o小結(jié)當r=C時：工作應(yīng)力點處在疲勞區(qū)時一般需做兩種強度校核：精確疲勞強度校核工作應(yīng)力點處在靜力區(qū)時僅需做：精確靜強度校核M疲勞區(qū)：△AoG靜力區(qū)：△GoC靜力安全區(qū)疲勞安全區(qū)N精確靜強度校核工作應(yīng)力點處在疲勞區(qū)時一般需做兩種強度校核：工作應(yīng)力點處在疲勞區(qū)時一般需做兩種強度校核：*472）平均應(yīng)力等于常數(shù)（σm=C

）（振動的受載彈簧的應(yīng)力狀態(tài)）oNσm精確疲勞強度校核為：精確靜強度校核為：工作應(yīng)力點處在疲勞區(qū)時應(yīng)做兩種校核（考慮過載）工作應(yīng)力點處在靜力區(qū)時疲勞安全區(qū)精確靜強度校核為：靜力安全區(qū)σm*483）最小應(yīng)力等于常數(shù)（σmin=C）

（緊螺栓聯(lián)接中螺栓受軸向變載荷的應(yīng)力狀態(tài)）o45°M精確疲勞強度校核為：精確靜強度校核為：工作應(yīng)力點處在疲勞區(qū)時工作應(yīng)力點處在靜力區(qū)時精確靜強度校核為：靜力安全區(qū)疲勞安全區(qū)*49

零件變應(yīng)力為以上三種情況時，即便工作應(yīng)力點處在疲勞區(qū)，一般也需做兩種強度計算：注意：疲勞強度計算靜強度計算為什么？*50例題1.1

分別用公式法和圖解法求某發(fā)動機連桿的安全系數(shù)。桿在危險剖面處的直徑d=70mm。當氣缸發(fā)火時，連桿受到壓力500KN，在吸氣時，則受到拉力120KN。連桿表面精磨并用優(yōu)質(zhì)碳鋼制造。連桿材料如下：，解：（1）確定最大及最小應(yīng)力（2）確定平均應(yīng)力和應(yīng)力幅值，由式（1.8）及式（1.9）*51（3）計算試件受循環(huán)彎曲應(yīng)力時的材料常數(shù)，由式（1.17）（4）確定疲勞強度安全系數(shù)，因循環(huán)特性為常數(shù)，由式(1.30)（5）計算屈服強度安全系數(shù)，由式(1.31)*52（6）用圖解法求安全系數(shù)求點A（0，σ-1/Kσ）及點D（σ0/2，σ0/2Kσ

）的坐標值：.A點（0，193.66）、D點（229，161.27）C點（355，0）

選比例尺μσ作圖σaσm0D（229，161）45°GC（355，0）E′E″EM（49，81）A（0，194.）*534、提高機械零件疲勞強度的措施

在綜合考慮零件的性能要求和經(jīng)濟性后，采用具有高疲勞強度的材料，并配以適當?shù)臒崽幚砗透鞣N表面強化處理。

適當提高零件的表面質(zhì)量，特別是提高有應(yīng)力集中部位的表面加工質(zhì)量，必要時表面作適當?shù)姆雷o處理。

盡可能降低零件上的應(yīng)力集中的影響，是提高零件疲勞強度的首要措施。

盡可能地減少或消除零件表面可能發(fā)生的初始裂紋的尺寸，對于延長零件的疲勞壽命有著比提高材料性能更為顯著的作用。減載槽

在不可避免地要產(chǎn)生較大應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)處，可采用減載槽來降低應(yīng)力集中的作用。*541.4.4機械零件的抗斷裂強度在工程實際中，往往會發(fā)生工作應(yīng)力小于許用應(yīng)力時所發(fā)生的突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為低應(yīng)力脆斷。

對于高強度材料，一方面是它的強度高（即許用應(yīng)力高），另一方面則是它抵抗裂紋擴展的能力要隨著強度的增高而下降。因此，用傳統(tǒng)的強度理論計算高強度材料結(jié)構(gòu)的強度問題，就存在一定的危險性。

斷裂力學(xué)——是研究帶有裂紋或帶有尖缺口的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強度和變形規(guī)律的學(xué)科。

通過對大量結(jié)構(gòu)斷裂事故分析表明，結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂紋和缺陷的存在是導(dǎo)致低應(yīng)力斷裂的內(nèi)在原因。為了度量含裂紋結(jié)構(gòu)體的強度，在斷裂力學(xué)中運用了應(yīng)力強度因子KI（或KⅡ、KⅢ）和斷裂韌度KIC(或KⅡC、KⅢC）這兩個新的度量指標來判別結(jié)構(gòu)安全性，即：KI＜KIC時，裂紋不會失穩(wěn)擴展。KI≥KIC時，裂紋失穩(wěn)擴展。*551.4.5機械零件的接觸強度接觸應(yīng)力的特點：作用在點、線接觸的兩構(gòu)件接觸處的、局部受力變形后的較小區(qū)域內(nèi)的很大應(yīng)力。周期性變化的接觸應(yīng)力長期作用的后果：疲勞點蝕疲勞點蝕發(fā)生的過程：初始疲勞裂紋裂紋內(nèi)被擠入高壓油裂紋擴展表層金屬呈小片狀剝落降低了承載能力，并引起振動和噪音。疲勞點蝕的后果：*56兩物體接觸形式分類：共形面接觸—兩相互接觸面的幾何形狀完全相同，處處貼合；異形曲面接觸—平面與曲面、曲面與曲面間的接觸★在點接觸情況下，受力變形后接觸區(qū)一般呈橢圓形?！飪善叫袌A柱體接觸，受力變形后，接觸線變成一個窄矩形。

*57兩平行圓柱體受力變形前為線接觸兩平行圓柱體受力變形后為矩形面積接觸FF2b接觸端面應(yīng)力分布最大應(yīng)力計算式

（赫茲公式）B*581、兩圓柱體接觸受力后的變形與應(yīng)力分布：

上圖表示兩個軸線平行的圓柱體外接觸和內(nèi)接觸受力后的軸向投影圖。未受力前，兩圓柱體沿與軸線相平行的一條線（在圖上投影為一個點）相接觸；在受力后，由于材料的彈性變形，接觸線變成寬度為2b的一個矩形面，接觸表面上所承受的壓應(yīng)力處處不同，此壓應(yīng)力向量的分布呈半橢圓柱形。最大接觸應(yīng)力用符號σH表示。*59圖中ω1及ω2分別為零件1和零件2初始接觸線上沿連心線方向的彈性位移（即最大彈性位移）。在點接觸情形下（例如球軸承及圓弧齒輪中），受力后接觸區(qū)一般呈橢圓形，而不是線接觸時的矩形。當兩個球面相接觸時，接觸區(qū)則變成一個圓形。

1、兩圓柱體接觸受力后的變形與應(yīng)力分布：

*602、接觸應(yīng)力的計算:

接觸應(yīng)力也叫赫茲應(yīng)力。它的計算是一個彈性力學(xué)問題。對于線接觸，彈性力學(xué)給出的接觸應(yīng)力計算公式為：F——作用于接觸面上的總壓力；B——初始接觸線長度；ρ1和ρ2

——分別為兩零件初始接觸線處的曲率半徑,其中正號用于外接觸，負號用于內(nèi)接觸。

稱為綜合曲率，而稱為綜合曲率半徑*612、接觸應(yīng)力的計算:u1和u2——分別為零件1和零件2材料的泊松比；

E1和E2——分別為零件1和零件2村料的彈性模量。當接觸位置連續(xù)改變時，顯然對于零件上任一點處的接觸應(yīng)力只能是0到σH之間變化。因此，接觸應(yīng)力是一個脈動循環(huán)應(yīng)力。在做接觸疲勞計算時，極限應(yīng)力也應(yīng)是一個脈動循環(huán)的極限接觸應(yīng)力。接觸應(yīng)力是不同于以往所學(xué)過的擠壓應(yīng)力的。擠壓應(yīng)力是面接觸引起的應(yīng)力，是二向應(yīng)力狀態(tài)，而接觸應(yīng)力是三向應(yīng)力狀態(tài)。接觸應(yīng)力的特點是：僅在局部很小的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生很大的應(yīng)力。*62

理論設(shè)計

經(jīng)驗設(shè)計

模型實驗設(shè)計

機械零件的設(shè)計方法通常分為常規(guī)設(shè)計方法和現(xiàn)代設(shè)計方法兩大類。

現(xiàn)代設(shè)計方法是指在近二、三十年發(fā)展起來的更為完善、科學(xué)、計算精度高、設(shè)計與計算速度更快的機械設(shè)計方法。如機械優(yōu)化設(shè)計、機械可靠性設(shè)計、計算機輔助設(shè)計等等。

常規(guī)設(shè)計方法是指采用一定的理論分析和計算，結(jié)合人們在長期的設(shè)計和生產(chǎn)實踐中總結(jié)出的方法、公式、圖表等進行設(shè)計的方法。它又可分為：1.5機械零件的設(shè)計方法及一般步驟

1.5.1機械零件的設(shè)計方法*63

理論設(shè)計根據(jù)長期總結(jié)出來的設(shè)計理論和實驗數(shù)據(jù)所進行的設(shè)計，稱為理論設(shè)計?，F(xiàn)以簡單受拉桿件的強度計算為例來討論理論設(shè)計的概念。設(shè)計時強度計算公式為：σ≤σlim/S或F/A≤σlim/S式中：F——作用于拉桿上的外載荷；A——拉桿橫截面面積；σlim——拉桿材料的極限應(yīng)力；S——設(shè)計安全系數(shù)（簡稱為安全系數(shù)）

1．設(shè)計計算由公式直接求出桿件必須的橫截面尺寸A，即：

A≥SF/σlim*64

理論設(shè)計

2．校核計算在按其它辦法初步設(shè)計出桿件的橫截面尺寸后，可選用下列四式之一進行校核計算：σ＝F/A≤[σ]F≤σlimA/SSca=σlim/σ≥Sσlim≥Sσ式中：Sca為安全系數(shù)計算值，或簡稱為計算安全系數(shù)。設(shè)計計算多用于能通過簡單的力學(xué)模型進行設(shè)計的零件；校核計算則多用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)力分布較復(fù)雜，但又能用現(xiàn)有的應(yīng)力分析方法（以強度為設(shè)計準則時）或變形分析方法（以剛度為設(shè)計準則時）進行計算的場合。*65

經(jīng)驗設(shè)計

根據(jù)對某類零件已有的設(shè)計與使用實踐而歸納出的經(jīng)驗關(guān)系式，或根據(jù)設(shè)計者本人的工作經(jīng)驗用類比的方法所進行的設(shè)計叫做經(jīng)驗設(shè)計。這對那些使用要求不大變動而結(jié)構(gòu)形狀已典型化的零件，是很有效的設(shè)計方法。例如箱體、機架、傳動零件的各結(jié)構(gòu)要素等。

*66

模型實驗設(shè)計

對于一些尺寸巨大而機構(gòu)又很復(fù)雜的重要零件，尤其是一些重型整體機械零件，為了提高設(shè)計質(zhì)量，可采用模型實驗設(shè)計的方法。即把初步設(shè)計的零、部件或機器作成小模型或小尺寸樣機，經(jīng)過實驗的手段對其各方面的特性進行檢驗，根據(jù)實驗結(jié)果對設(shè)計進行逐步的修改，從而達到完善。這樣的設(shè)計叫做模型實驗設(shè)計。

*67選擇零件類型、結(jié)構(gòu)

機械零件的設(shè)計一般要經(jīng)過以下幾個步驟：詳細說明

計算零件上的載荷確定計算準則選擇零件的材料確定零件的基本尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計校核計算畫出零件工作圖寫出計算說明書

1.5.2機械零件的設(shè)計方法*68機械零件的設(shè)計大體要經(jīng)過以下幾個步驟：

1）根據(jù)零件的使用要求，選擇零件的類型和結(jié)構(gòu)。為此，必須對各種零件的不同用途、優(yōu)缺點、特性與使用范圍等，進行綜合對比并正確選用。

2）根據(jù)機器的工作要求，計算作用在零件上的載荷。

3）根據(jù)零件的工作要求及對零件的特殊要求，選擇適當?shù)牟牧稀?/p>

4）根據(jù)零件可能的失效形式確定計算準則，根據(jù)計算準則進行計算，確出零件的基本尺寸。

5）根據(jù)工藝性及標準化等原則進行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

6）細節(jié)設(shè)計完成后，必要時進行詳細的校核計算，以判定結(jié)構(gòu)的合理性。

7）畫出零件的工作圖，并寫出計算說明書。*69在進行設(shè)計時，對于數(shù)值的計算除少數(shù)與幾何尺寸精度要求有關(guān)外，對于手算工作一般以兩、三位有效數(shù)字的計算精度為宜。必須再度強調(diào)指出，結(jié)構(gòu)設(shè)計是機械零件的重要設(shè)計內(nèi)容之一，在有些情況下，它占用了設(shè)計工作量中的一個較大比例，一定要給予足夠的重視。繪制的零件工作圖應(yīng)完全符合制圖標準，并滿足加工的要求。寫出的設(shè)計說明書要條理清晰，語言簡練，數(shù)字正確，格式統(tǒng)一，并附有必要的結(jié)構(gòu)草圖和計算草圖。重要的引用數(shù)據(jù)，一般要指明來源出處。對于重要的計算結(jié)果，要寫出簡短的結(jié)論。*701.6

機械零件的材料及熱處理1.6.1機械零件常用材料1．鋼鐵金屬1）鑄鐵2）鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼中碳鋼（含碳量0.3%～0.5%）低碳鋼（含碳量在0.1%～0.2%）高碳鋼（含碳量0.55%～0.7%）鑄鋼灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵合金鑄鐵脆性材料，不能輾壓和鍛造*712．非金屬材料1）塑料2）橡膠3）非鐵合金鋁合金銅合金青銅黃銅機械制造中最常用的材料是鋼鐵金屬，其次是非鐵合金。非金屬材料如塑料、橡膠等，在機械制造中也具有獨特的使用價值。*721.6.2材料的選擇原則

滿足零件的使用要求1）零件承受工作載荷的能力；主要考慮載荷特點、強度、剛度等2）零件的工作條件及工作環(huán)境；3）耐磨性、壽命、可靠性等要求；4）零件尺寸和質(zhì)量的要求。

滿足零件的工藝性要求

滿足經(jīng)濟性要求1）材料的相對價格：在滿足使用要求的前提下，價格相對低；2）考慮不同材料的加工成本；3）采用局部品質(zhì)的原則；如蝸輪的齒圈用銅合金，輪芯采用鑄鐵或碳鋼4）材料的利用率；如采用無切削或少切削的材料及工藝5）考慮材料的供應(yīng)狀況及儲運成本。應(yīng)保證零件有足夠的強度、剛度、壽命。設(shè)計的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工和裝配。

零件應(yīng)有合理的生產(chǎn)加工和使用維護的成本。*731.7機械零件的標準化機械產(chǎn)品的三化：零件標準化、產(chǎn)品系列化、部件通用化

通用化：部件通用化是對不同規(guī)格的同類產(chǎn)品或不同類產(chǎn)品，在設(shè)計中盡量采用相同的零件或部件，如幾種類型不同的轎車可以采用相同的輪胎。零件的標準化：對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、檢驗方法、設(shè)計方法和制圖要求等制訂出供設(shè)計、制造及修配中共同遵守使用的標準。產(chǎn)品系列化：對產(chǎn)品按主要參數(shù)分檔，形成一定系列的產(chǎn)品，可用較少規(guī)格的產(chǎn)品滿足不同的需要，在設(shè)計中盡量采用相同的零件或部件，如圓柱齒輪減速器系列。*74標準化重要的經(jīng)濟意義和優(yōu)越性1）能以最先進的方法在專門化工廠中對那些用途廣泛的零件進行專業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)，以提高質(zhì)量，降低成本。2）統(tǒng)一材料和零件的性能指標，使其能夠進行比較，有力于提高零件性能的可靠性。3）在設(shè)計中采用標準零件和部件，可以提高設(shè)計效率，使設(shè)計者把更多的時間與精力用于創(chuàng)造性的工作。4）標準化便于機器的制造與維修工作。標準分為:國際標準、區(qū)域性標準、國家標準、行業(yè)標準、地方標準、企業(yè)標準。我國目前將標準分為：國家標準、行業(yè)標準、地方標準、企業(yè)標準。標準又分為：強制性（GB）（如制圖標準、螺紋標等）；

推薦性（GB/T）（如直徑標準等）兩種。*75

與設(shè)計有關(guān)的標準:國際標準國家標準行業(yè)標準企業(yè)標準等如：ISO

GB

JB、HB

QB

國標分為：強制標準和推薦標準強制性國家標準：代號為GB××××(為標準序號)－××××(為批準年代)強制性國標必須嚴格遵照執(zhí)行，否則就是違法。推薦性國家標準：代號為GB／T××××－××××，這類標準占整個國標中的絕大多數(shù)。如無特殊理由和特殊需要，必須遵守這些國標，以期取得事半功倍的效果。*76

機械現(xiàn)代設(shè)計方法通常是相對傳統(tǒng)的設(shè)計方法而言的?，F(xiàn)代設(shè)計方法從總體上概括為力求運用現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)、應(yīng)用力學(xué)、微電子學(xué)及信息科學(xué)等方面的最新成果與手段實現(xiàn)下列轉(zhuǎn)換：以動態(tài)的取代靜態(tài)的─如機器結(jié)構(gòu)動力學(xué)計算。以定量的取代定性的─如有限元計算。以隨機量取代確定量─如可靠性設(shè)計。以優(yōu)化設(shè)計取代可行性設(shè)計─如優(yōu)化設(shè)計。并行設(shè)計取代串行設(shè)計─如并行設(shè)計。微觀的取代宏觀的─如微－納米摩擦學(xué)設(shè)計。系統(tǒng)工程法取代分部處理法─如系統(tǒng)工程。自動化設(shè)計取代人工設(shè)計的轉(zhuǎn)化─如計算機輔助設(shè)計。

1.8

機械現(xiàn)代設(shè)計方法簡介*77總之，設(shè)計工作本質(zhì)上是一種創(chuàng)造性的活動，是對知識與信息等進行創(chuàng)造性的工作與處理。發(fā)展機械現(xiàn)代設(shè)計方法，實質(zhì)上就是不斷追求最機智、最恰當而且最迅速地解決用戶要求、社會效益、經(jīng)濟效益、機械內(nèi)在要求等對機械構(gòu)成的全部約束條件。機械現(xiàn)代設(shè)計方法發(fā)展很快，目前常見或較易見到的有：計算機輔助設(shè)計（CAD：computer-aideddesign）、優(yōu)化設(shè)計（OD：optimizationdesign)、可靠性設(shè)計（RD：reliabilitydesign）、摩擦學(xué)設(shè)計（TD：tribologydesign）、設(shè)計方法學(xué)設(shè)計（DMD：design-methodologydesign）、并行設(shè)計（CD：concurrentdesign）、虛擬產(chǎn)品設(shè)計（VPD：virtural-productdesign）、質(zhì)量驅(qū)動設(shè)計（QDD：quality-drivendesign）、參數(shù)化設(shè)計（PD：parametrizationdesign）、智能設(shè)計（ID：intelligentdesign）、分形設(shè)計（FD：fractualdesign）、基于實例設(shè)計（CBD：case-baseddesign）、網(wǎng)上設(shè)計（OND：on-netdesign）等。1.8

機械現(xiàn)代設(shè)計方法簡介*78本章結(jié)束*79對機器的主要要求使用功能要求

機器應(yīng)具有預(yù)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(shè)計或選用能夠全面實現(xiàn)功能要求的執(zhí)行機構(gòu)、傳動機構(gòu)和原動機，以及合理配置必要的輔助系統(tǒng)來實現(xiàn)。*80對機器的主要要求經(jīng)濟性要求

機器的經(jīng)濟性體現(xiàn)在設(shè)計、制造和使用的全過程中，設(shè)計機器時就要全面綜合地進行考慮。設(shè)計制造經(jīng)濟性表現(xiàn)為機器的成本低，使用經(jīng)濟性表現(xiàn)為高生產(chǎn)率，高交率，低能耗，以及低的管理和維護費用等。*81對機器的主要要求經(jīng)濟性要求1)采用先進的現(xiàn)代設(shè)計方法，使設(shè)計參數(shù)最優(yōu)化達到盡可能精確的計算結(jié)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(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料。4)合理地組織設(shè)計和制造過程。5)力求善零件的結(jié)構(gòu)工藝性，使其料少、易加工、裝配。提高設(shè)計和制造經(jīng)濟性指標的主要途徑有*82對機器的主要要求經(jīng)濟性要求1)合理地提高機器的機械化和自動化水平，以及提高機器的生產(chǎn)率。2)選用高效率的傳動系統(tǒng)，盡可能減少傳動的中間球節(jié)，以期降低能源耗。3)適當?shù)夭捎梅雷o及潤滑，以延長機器的使用壽命。4)采用靠的密封，減少或消除滲漏現(xiàn)象。提高設(shè)計和制造經(jīng)濟性指標的主要途徑有提高使用經(jīng)濟性指標的主要途徑有*83對機器的主要要求勞動保護要求勞動保護要求有兩層含義：1)要使機器的操作者方便和安全。因此設(shè)計時要按照要機工程學(xué)觀點布置各種按鈕、手柄，使操作方式符合眾的心理和習(xí)慣。同時，設(shè)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(shè)計的機器應(yīng)符合勞動保護法規(guī)的要求。降低機器運轉(zhuǎn)時的噪聲水平，防止有毒、有害介質(zhì)的滲漏，對廢水、廢氣、和廢液進行治理。*84對機器的主要要求可靠性要求

機器可靠性的高低是用可靠度來衡量的。機器的可靠度Ｒ，是指在規(guī)定的使用時間內(nèi)和預(yù)定的環(huán)境條件下機器能夠正常工作的效率。機器由于某種故障而不能完成其預(yù)定的功能叫失效。失效和正常工作是相互獨立的一對互斥事件。因此機器失效的概率F應(yīng)當為：F=1-R

機器的可靠性也是機器的一種固有屬性。機器出廠時已經(jīng)存在的可靠性叫機器的固有可靠性。它在機器的設(shè)計、制造階段就已經(jīng)確定?？紤]用戶的人為因素叫做機器的使用可靠性。作為機器的設(shè)計者，當然對機器的可靠性能起來以決定性的作用。*85對機器的主要要求其他專用要求

對不同的機器，還有一些為該機器所特有的要求。例如機床有長期保持精度的要求；對飛機有質(zhì)量小，飛行阻力小而運載能力大的要求；對流動使用的機器有便于安裝和拆卸的要求；對大型機器有便于運輸?shù)囊蟮鹊取?86

（一）避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求

零件應(yīng)滿足的基本要求

1．強度零件在工作中發(fā)生斷裂或不允許的殘余變形統(tǒng)屬強度不足。上述失效形式，除了用于安全裝置中預(yù)定適時破壞的零件外，對任何零件都是應(yīng)當避免的。因此具有適當?shù)膹姸仁窃O(shè)計零件時必須滿足的最基本條件。為了提高機械零件的強度，在設(shè)計時原則上可以采用以下的措施：

采用強度高的材料；使零件具有足夠的截面尺寸；合理地設(shè)計零件的截面形狀，以增大截面的慣性矩；采用熱處理和化學(xué)熱處理方法，以提高材料的機械強度特性；提高運動零件的制造精度，以降低工作時的動載荷；合理地配置機器中各零件的相互位置，以降低作用于零件上的載荷等。

*87

（一）避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求

零件應(yīng)滿足的基本要求

2．剛度

零件在工作時所產(chǎn)生的彈性變形不超過允許的限度，就叫做滿足了剛度要求。顯然，只有當彈性變形過大就要影響機器工作性能的零件，才需要滿足這項要求。對于這類零件，設(shè)計時除了要作強度計算外，還必須作剛度計算。

為了提高零件的整體剛度，可采取如下措施：增大零件截面尺寸或增大截面的慣性矩；縮短支承跨距或采用多支點結(jié)構(gòu)，以減小撓曲變形等。

*88

（一）避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求

零件應(yīng)滿足的基本要求

3．壽命

有的零件在工作初期雖然能夠滿足各種要求，但在工作一定時間后，卻可能由于某些原因而失效。這個零件正常工作延續(xù)的時間就叫零件的壽命。

影響零件壽命的主要原因有：材料的疲勞，材料的腐蝕以及相對運動零件接觸表面的磨損。*89

（一）避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求

零件應(yīng)滿足的基本要求

3．壽命材料的疲勞大部分機械零件均在變應(yīng)力條件下工作，因而疲勞破壞是引起零件失效的主要原因。近代對零件進行精確的強度計算時，都要考慮到零件材料的疲勞問題。影響零件材料疲勞強度的主要因素是：應(yīng)力集中、零件尺寸大小、零件表面品質(zhì)及環(huán)境狀況。在設(shè)計零件時，應(yīng)努力從這幾個方面采取措施，以提高零件抵抗疲勞破壞的能力。材料的腐蝕零件處于腐蝕性介質(zhì)中工作時，就可能使材料遭受腐蝕。對于這些零件，應(yīng)選用耐腐蝕材料或采用各種防腐蝕的表面保護，例如發(fā)藍、表面鍍層、噴涂漆膜及表面陽極化處理等，以提高零件的耐腐蝕性能。*90

（二）結(jié)構(gòu)工藝性要求零件應(yīng)滿足的基本要求

零件具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，是指在既定的生產(chǎn)條件下，能夠方便而經(jīng)濟地生產(chǎn)出來，并便于裝配。所以零件的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)從毛坯制造、機械加工過程及裝配等幾個生產(chǎn)環(huán)節(jié)加以綜合考慮。工藝性還和批量大小及具體的生產(chǎn)條件相關(guān)。為了改善零件的工藝性，就應(yīng)當熟悉當前的生產(chǎn)水平及條件。對零件的結(jié)構(gòu)工藝性具有決定性影響的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計，在整個設(shè)計工作中占有很大的比重，因而必須予以足夠的重視。

*91（四）經(jīng)濟性要求零件應(yīng)滿足的基本要求

零件的經(jīng)濟性首先表現(xiàn)在零件本身的生產(chǎn)成本上。設(shè)計零件時，應(yīng)力求設(shè)計出耗費（包括錢財、制造時間及人工）最少的零件。要降低零件的成本，首先要采用輕型的零件結(jié)構(gòu)，以降低材料消耗；采用少余量或無余量的毛坯或簡化零件結(jié)構(gòu)，以減少加工工時。這些對降低零件成本均有顯著的作用。工藝性良好的結(jié)構(gòu)就意味著加工及裝配費用低，所以工藝性對經(jīng)濟性有著直接的影響。采用廉價而供應(yīng)充足的材料以代替貴重材料；對于大型零件采用組合結(jié)構(gòu)以代替整體結(jié)構(gòu)，都可以在降低材料費用方面起到積極的作用。另外，盡可能采用標準化的零、部件，就可在經(jīng)濟性方面取得很大的效益。。

*92（五）質(zhì)量小的要求零件應(yīng)滿足的基本要求

對絕大多數(shù)零件來說，都應(yīng)當力求減小其質(zhì)量。減小質(zhì)量有兩方面的好處：一方面可以節(jié)約材料；另一方面，對于運動零件來說，可以減小慣性，改善機器的動力性能。為了減小質(zhì)量，可采取如下措施：采用緩沖裝置來降低零件上所收的沖擊載荷；采用安全裝置來限制作用在主要零件上的最大載荷；從零件上應(yīng)力較小處削減部分材料，以改善零件受力的均勻性，從而提高材料的利用率；采用與工作載荷相反方向的預(yù)載荷，以降低零件上的工作載荷；采用輕型薄壁的沖壓件或焊接件來代替鑄、鍛零件，以及采用強重比高的材料等。*93機械零件的設(shè)計步驟機械零件的設(shè)計步驟：1）根據(jù)零的使用要求，選零件的類型和結(jié)構(gòu)。為此，必須對各種零件的不同用途、優(yōu)缺點、特性與使用范圍等，進行綜合對比并正確選用。2）根據(jù)機器的工作要求，計算作用在零件上的載荷。3）根據(jù)零件的工作要求及對零件的特殊要求，選擇適當?shù)牟牧稀?）根據(jù)零件可能的失效形式確定