第2章機械設計總論人們為了滿足生產和生活的需要，研制了類型繁多、功能各異的機器。蒸汽機出現之后，才使機器具有了完整的形態。§2-1機器的組成一臺完整的機器的組成如下：原動機部分傳動部分執行部分潤滑、顯示、照明等輔助部分控制系統傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器1、原動機機器的組成是驅動整個機器以完成預定功能的動力源。它把其它形式的能量轉換為機械能。原動機的動力輸出絕大多數呈旋轉運動的狀態，輸出一定的轉矩。

原動機經歷了如下發展過程：人力、畜力——水力機、風力機——蒸汽機、內燃機、汽輪機、電動機機器的組成風力機機器的組成蒸汽機機器的組成機器的組成機器的組成….2、執行部分機器的組成是用來完成機器預定功能的組成部分。一部機器可以只有一個執行部分，也可以把機器的功能分解成好幾個執行部分。

機器器的的組組成成3、傳傳動動裝裝置置用來來連接接原原動動機機部部分分和和執執行行部部分分，它將將原動動機的的運動動形式式、運運動及及動力力參數數轉變變為執執行部部分所所需的的運動動形式式、運運動及及動力力參數數。例如：：把旋旋轉運運動轉轉換為為直線運運動；高轉轉速變變為低轉速速；小轉矩矩變為為大轉轉矩等。機機器的的傳動部部分大大多數數采用用機械械傳動動系統統，有時時也采采用液壓或或電力力傳動動系統統。機械械傳動動系統統是絕絕大多多數機機器不不可缺缺少的的重要要組成成部分分。機器實實例機器實實例控制部部分——保證機機器的的啟動動、停停止和和正常常協調調動作作。傳感部部分——將機器器的工工作參參數，，如位位移、、速度度、加加速度度、溫溫度、、壓力力等反反饋給給控制制部分分。輔助部部分——包括機機器的的潤滑滑、顯顯示、、照明明等。也是是保證證機器器正常常工作作不可可缺少少的部部分§2-2設計機機器的的一般般程序序一般而而言，，機器器的設計階階段是決定定機器器好壞的的關鍵鍵一環環。機械械設計計是一一個創造性性的工工作過過程，實踐經經驗是保證證設計計質量量的重重要因因素。。因此此，要要求設設計者者特別別注意意經驗的的積累累。一部完完整的的機器器是一一個復雜的的系統統，要提提高設設計質質量，，必須須有一一個科學的的設計計程序序。潘存云云教授授研制制潘存云云教授授研制制技術設計方案設計計劃提出任任務分析對機器的要求確定任務要求機器功能分析提出可能的解決辦法組合幾種可能的方案決策——選定方案明確構構形要要求結構化選擇材料、確定尺寸零件設計編制技術文件評價決策—確定結構形狀與尺寸評價部件設計總體設計機器設設計的的一般般流程程一、計計劃階階段包括：：需求求分析析、明明確功功能、、制定定設計計任務務書。。設計任任務書書機器的的功能能經濟性性估計計制造要要求的的大致致估計計基本使使用要要求預計的的設計計周期期二、方案設設計階階段對機器器的功功能進進行綜綜合分分析、、確定定功能參參數、、提出出實現現方案案。在制定定功能能參數數時一一定要要注意意恰當處處理需需要與與可能能、理理想與與現實實、長長遠目目標與與當前前目標標等之間間的關關系。。一般而而言，，實現現同一一個功功能，，有多種可可能的的方案案。以螺紋制制造為為例，，有車車削、、滾壓壓、板板牙加加工等等方法法。方法不不同，，其執執行部部分的的工作作原理理也不不同。。因此，，存在一一個方方案的的比較較和取取舍問問題。方案評評價原原則：：經濟濟性、、技術術上可可行。。總費用設計制造費用使用費用費用復雜程度經濟性性——總費用用最低低。方案設設計階階段要要正確處處理好好借鑒鑒與創創新的的關系系。同類機機器的的成功先先例應應當借借鑒，但其其中的的薄弱弱環節節和不不符合合現有有任務務要求求的部部分應應當加加以改改進或或替換換。一味求新而把合理的原有經驗棄置不用保守和照搬原有設計堅決反對為了確確定零零件的的基本本尺寸寸，必必須完完成以以下工工作：：(1）機器器的運運動學學設計計(2）機器器的動動力學學設計計確定原原動機機的參參數（（功率率、轉轉速、、線速速度等等）。。求解解構件件的運運動參參數（（轉速速、速速度、、加速速度等等）。。計算構構件所所受公公稱載載荷（（名義義載荷荷）大大小和和特性性。三、技術設設計階階段繪制總總裝配配草圖圖、部部件裝裝配草草圖，，由草草圖確確定零零部件件的外外形、、基本本尺寸寸和零零件工工作圖圖。(3）零件件的工工作能能力設設計(4）部件件裝配配草圖圖及總總裝配配草圖圖的設設計——結構設設計(5）主要要零件件的校校核計計算由公稱稱載荷荷大小小和特特性，，根據據工作作能力力準則則作零零部件件的初初步設設計。。通過過計算算或類類比得得出零零件的的基本本尺寸寸。以結構構設計計尺寸寸為依依據，，對零零件進進行精精確的的受力力分析析和工工作能能力校校核計計算。。四、技術文文件編編制技術文文件設計說說明書書使用說說明書書零件明明細表表標準件件匯總總表產品驗驗收條條件……技術文文件——用來說說明產產品性性能、、設計計、制制造、、操作作使用用、維維護或或其他他所有有與產產品相相關的的文檔檔資料料。實例：：大型風風機葉葉片運運輸問問題計劃階階段需求分分析、、明確確功能能、制制定設設計任任務書書。型號生產廠商葉片總長L(mm)法蘭節園直徑ф(mm)螺栓件數及型號支點L1(mm)重心L2（mm）弦長L3(mm)重量（t）預彎（mm）XE96-2000東泰46500211060×M36151008.953000XE93-2000連眾45300211060×M36317501410036008.6/XE93-2000惠騰45300211060×M36300001399037008.3514691、國外外已經經申請請專利利的舉舉升原原理圖圖二、方方案設設計對機器器的功功能進進行綜綜合分分析、、確定定功能參參數、、提出出實現現方案案。2、改進進設計計的全全新舉舉升原原理圖圖1、經過過優化化的舉舉升機機構關關鍵尺尺寸三、技技術設設計2、經過過優化化的舉舉升液液壓缸缸布置置方式式3舉升運運輸裝裝備結結構設設計四、技術文文件編編制技術文文件設計說說明書書使用說明明書零件明細細表標準件匯匯總表試驗大綱綱……湘電風能能：大大型葉葉片舉升升運輸裝裝備葉片水平平運輸時時，運輸輸裝備圖圖。湘電風能能：大大型葉葉片舉升升運輸裝裝備葉片舉升升一定角角度運輸輸圖。設計機器器的任務是在當前前技術發發展所能能達到的的條件下下，根據據生產及及生活的的需要提提出的。。不管機機器的類類型如何何，一般般來說，，對機器器都要提提出以下下的基本要求求：§2-3對機器的的主要要要求在滿足預期期功能的前提下下，要求求性能好好、效率率高、成成本低，，造型美美觀，在在預定使使用期限限內要安安全可靠靠，操作作方便、、維修簡簡單。具體要求求如下：1、使用功能能要求使用功能能要求——機器應具具有預定的使使用功能能。這主要要靠正確確地選擇擇機器的的工作原原理，正正確地設設計或選選用能夠夠全面實實現功能能要求的的執行行機機構構、、傳傳動動機機構構和和原原動動機機，以以及及合合理理地地配配置置必必要要的的輔輔助助系系統統來來實實現現。。經濟濟性性要要求求———機器器的的經經濟濟性性體體現現在在設設計計、、制制造造和和使使用用的的全全過過程程中中，，設設計計機機器器時時就就要要全全面面綜綜合合地地進進行行考考慮慮。。設設計計制制造造的的經經濟濟性性表表現現為為機機器器的的成本本低低，使使用用經經濟濟性性表表現現為為高生生產產率率高高效效率率、、低低能能耗耗、、以以及及低低的的管管理理和和維維護護費費用用等。。2、經經濟濟性性要要求求提高高設設計計和和制制造造經經濟濟性性指指標標的的主主要要途途徑徑有有:（1）采采用用先先進進的的現代代設設計計方方法法(CAD)，使使設設計計參參數數最最優化化,達到到盡盡可可能能精精確確的的計計算算結結果果,保證證機機器器足足夠夠的的可可靠靠性性。。（2）最最大大限限度度地地采采用用標準準化化、、系系列列化化及及通通用用化化的零零、、部部件件。。（3）盡盡可可能能采采用用新技技術術、、新新工工藝藝、、新新結結構構和和新新材材料料。（4）合合理理地地組織織設設計計和和制制造造過過程程。（5）力力求求改改善善零零件件的的結構構工工藝藝性性，使使其其用用料料少少、、易易加加工、、易易裝裝配配。。（1）合合理理地地提提高高機機器器的的機械械化化和和自自動動化化水水平平，以以期期提提高機機器器的的生生產產率率。。提高高使使用用經經濟濟性性指指標標的主主要要途途徑徑有有（2）選選用用高效效率率的的傳傳動動系系統統，盡盡可可能能減減少少傳傳動動的的中中間間環節節，，以以期期降低低能能源源消消耗耗。（3）適適當當地地采采用用防護護及及潤潤滑滑，以以延延長長機機器器的的使使用用壽壽命命。。（4）采采用用可靠靠的的密密封封，，減減少少或或消消除除滲滲漏漏現現象象。(1)要使使機機器器的的操作作者者方方便便和和安安全全。因因此此設設計計時時要要按按照照人人機機工工程程學學的的觀觀點點布布置置各各種種按按鈕鈕、、手手柄柄，，使使操操作作方方式式符符合合人人們們的的心心理理和和習習慣慣，，同同時時，，設設置置完完善善的的安安全全裝裝置置、、報報警警裝裝置置、、顯顯示示裝裝置置等等。。(2）改善善操操作作者者及及機機器器的的環環境境。所所設設計計的的機機器器應應符符合合勞勞動動保保護護法法規規的的要要求求。。降降低低機機器器運運轉轉時時的的噪噪聲聲水水平平，，防防止止有有毒毒、、有有害害介介質質的的滲滲漏漏，，對對廢廢水水、、廢廢氣氣和和廢廢液液進進行行治治理理。。3、勞勞動動保保護護要要求求機器器的的可靠靠度度———指在在規規定定的的使使用用時時間間（（壽壽命命））內內和和預預定定的的環環境境下下機機器器能能夠夠正正常常工工作作的的概概率率。。機器器由由于于某某種種故故障障而而不不能能完完成成預預定定的的功功能能稱稱為為失效效，它它是是隨隨機機發發生生的的，，其其原原因因是是零零件件所所受受的的載載荷荷、、環環境境溫溫度度、、零零件件本本身身物物理理和和力力學學性性能能等等因因素素是是隨隨機機變變化化的的。。為為了了提提高高零零件件的的可可靠靠性性，，就就應應當當在在工工作作條條件件和和零零件件性性能能兩兩個個方方面面使使其其變變化化盡盡可可能能小小。。4、壽壽命命與與可可靠靠性性要要求求其他他專專用用要要求求———針對對不不同同機機器器所所特特有有的的要要求求。。例例如如：：(1)對機床有有長期期保持持精度度的要求求；(2)對飛機有有質量量小，，飛行行阻力力小而而運載載能力力大的要求求；(3)對流動使使用的的機器器有便于于安裝和和拆卸卸的要求求；(4)對大型機機器有有便于于運輸輸的要要求求等等。。5、其其它它專專用用要要求求機械械零零件件的的失效效：機械械零零件件由由于于某某種種原原因因不能能正正常常工工作作時時，，稱稱為為失失效效。工作作能能力力———在不不發發生生失失效效的的條條件件下下，，零零件件所所能安安全全工工作作的的限限度度。通通常常此此限限度度是是對對載載荷荷而而言言，，所所以以習習慣慣上上又又稱稱為為承載載能能力力。§2-4機械械零零件件的的主主要要失失效效形形式式例如如，，發發生生強強烈烈的的振振動動，，聯聯接接的的松松弛弛，，摩摩擦擦傳傳動動的的打打滑滑等等。。整體體斷斷裂裂過大大的的殘殘余余變變形形工作作表表面面的的過過度度磨磨損損或或損損傷傷破壞壞正正常常的的工工作作條條件件零件件的的失失效效形形式式機械械零零件件雖雖然然有有多種種可可能能的的失失效效形形式式，歸歸納納起起來來最最主主要要的的為為：：整體體斷斷裂裂過大大的的殘殘余余變變形形工作作表表面面的的過過度度磨磨損損或或損損傷傷整體體斷斷裂裂過大大的的殘殘余余變變形形破壞壞正正常常的的工工作作條條件件工作作表表面面的的過過度度磨磨損損或或損損傷傷整體體斷斷裂裂過大大的的殘殘余余變變形形機械械零零件件失失效效實實例例：：潘存云教授研制輪齒塑性變形潘存云教授研制齒輪輪齒折斷潘存云教授研制軸承內圈破裂潘存云教授研制軸承外圈塑性變形潘存云教授研制齒面接觸疲勞潘存云教授研制軸瓦磨損失效效原原因因:強度度、、剛剛度度、、耐耐磨磨性性、、振振動動穩穩定定性性、、溫溫度度等等統計計結結果果顯顯示示：：斷裂裂僅僅占占4.79%;腐蝕蝕、、磨磨損損、、疲疲勞勞破破壞壞占占73.88%，是是主主要要失失效效原原因因。。▲避免免在在預預定定壽壽命命期期內內失失效效的的要要求求▲結構構工工藝藝性性要要求求▲經濟濟性性要要求求▲質量量小小的的要要求求▲可靠靠性性要要求求機器器是是由由各各種種各各樣樣的的零零部部件件組組成成的的，，要要使使所所設設計計的的機機器器滿滿足足基基本本要要求求，，就就必必須須使使組組成成機機器器的的零零件件滿滿足足以以下下要要求求：：§2-5設計計機機械械零零件件時時應應滿滿足足的的基基本本要要求求▲避免免在在預預定定壽壽命命期期內內失失效效的的要要求求▲結構構工工藝藝性性要要求求▲經濟濟性性要要求求▲避免免在在預預定定壽壽命命期期內內失失效效的的要要求求▲結構構工工藝藝性性要要求求▲質量量小小的的要要求求▲經濟濟性性要要求求▲避免免在在預預定定壽壽命命期期內內失失效效的的要要求求▲結構構工工藝藝性性要要求求提高高零零件件強強度度的的措措施施有有：：▲采用用高高強強度度的的材材料料▲使零零件件具具有有足足夠夠的的截截面面尺尺寸寸▲合理理設設計計零零件件的的截截面面形形狀狀，，增增大大慣慣性性矩矩▲采用用熱熱處處理理和和化化學學處處理理方方法法提提高高材材料料的的強強度度性性能能▲提高高零零件件的的制制造造精精度度，，以以減減少少工工作作時時的的動動載載荷荷▲合理理配配置置零零件件的的相相對對位位置置，，以以降降低低零零件件的的載載荷荷1.強度度要要求求應保保證證零零件件有有足夠夠的的強強度度、、剛剛度度、、壽壽命命。。一、、避避免免在在預預定定壽壽命命期期內內失失效效的的要要求求2.剛度度要要求求零件件在在工工作作時時的的彈彈性性變變形形不不能能超超過過允允許許的的范范圍圍稱稱為為零零件件的的剛剛度度要要求求。。提高零件件剛度的的措施有有▲增大零件件的截面面尺寸或或增大慣慣性矩；；▲縮短支承承的跨距距或采用用多點支支承。3.壽命要求求影響零件件壽命的的主要因因素有大部分零零件工作作在變應應力下，，疲勞破壞壞是引起起零件破破壞的主主要原因因。影響疲疲勞強度度的因素素有疲勞破壞壞腐蝕磨損▲應力集中中▲零件的尺尺寸大小小▲零件表面面質量及及環境狀狀況零件處在在腐蝕性性介質中中工作時時，可能能使材料料遭到腐腐蝕。抗腐蝕的的措施有有▲表面發蘭蘭（發黑黑）▲表面鍍層層▲表面涂漆漆▲表面陽極極化二、結構構工藝性性要求零件工藝藝性良好好的標志志——在具體的的生產條條件下，，零件要要便于加工工而加工工費用又又很低。。工藝性的的基本要要求：(1)毛坯選擇擇合理制備方法法：選用型型材、鑄鑄造、鍛鍛造、沖沖壓和焊焊接等。。毛坯選擇擇與生產產批量、、材料性性能和加加工可能能性有關關。單件或小小批量生生產時，，選用棒棒料、板板材、型型材或焊焊件。大批量生生產時，，往往選選用鑄造造、鍛造造、沖壓壓等方法法。(2)結構簡單單合理▲最好采用用平面、、柱面、、螺旋面面等簡單單表面及及其組合合▲盡量減少少加工面面數和加加工面積積▲盡量采用用標準件件▲增加相同同形狀、、相同元元素（直直徑、圓圓角半徑徑、配合合、螺螺紋、、鍵、齒齒輪模數數等）的的數量(3)合理理的的制制造造精精度度和和表表面面粗粗糙糙度度零件件的的加加工工成成本本隨隨精精度度和和表表面面粗粗糙糙度度的的提提高高而而急急劇劇增增加加。。決決不不能能盲盲目目追追求求高高精精度度，，應應在在滿滿足足使使用用要要求求的的前前提提下下，，盡盡量量采采用用較較低低的的精精度度和和表表面面質質量量。。(4)盡量量減減小小零零件件的的加加工工量量▲毛坯坯形形狀狀和和尺尺寸寸應應盡盡量量接接近近零零件件本本身身的的形形狀狀和和尺尺寸寸。。力力求求使使少少或或無無切切削削加加工工，，節節約約材材料料、、降降低低成成本本▲盡量量采采用用精精密密鑄鑄造造、、精精密密鍛鍛造造、、冷冷軋軋、、冷冷擠擠壓壓、、粉粉末冶冶金金等等先先進進工工藝藝滿滿足足上上述述要要求求欲設設計計出出工工藝藝性性良良好好的的零零件件，，設計計者者必必須須虛虛心心向向工工藝藝技技術術人人員員和和一一線線工工人人學學習習，，在在實實踐踐中中積積累累經經驗驗。三、、經經濟濟性性要要求求零件件的的經經濟濟性性首首先先表表現現在在零零件件的的生產產制制造造成成本本上上。▲簡化化零零件件的的結結構構，降降低低材材料料消消耗耗▲采用用無余余量量、、少少余余量量的的毛毛坯坯，減減少少加加工工工工時時▲采用用廉廉價價而而充充足足的的材料料代代替替昂昂貴貴材材料料▲大型型零零件件采采用用組合合結結構構而而非非整整體體結結構構▲盡量量采采用用標標準準件件四、、質質量量小小的的要要求求減小小質質量量的的好好處處節約約材材料料；；減小小慣性性，改改善善機機器器的的動力力性性能能。減小小質質量量的的措措施施：：▲采用用緩沖沖裝裝置置來來降降低低零零件件所所受受沖沖擊擊載載荷荷▲采用用安全全裝裝置置來來限限制制作用用在在零零件件所所受最最大大載載荷荷減小小質質量量的措措施施(續)：▲從零零件件應應力力較較小小處處削削減減部部分分材材料料，以以改改善善零零件件受受力的的均均勻勻性性，，提提高高材材料料的的利利用用率率▲采用用與與工作作載載荷荷方方向向相相反反的的預預載載荷荷，以以降降低低零零件件的工工作作載載荷荷▲采用用輕型型薄薄璧璧沖沖壓壓件件或或焊焊接接件件代代替替鑄鑄造造、、鍛鍛壓壓件件▲采用用強重重比比高高的材材料料五、、可可靠靠性性要要求求零件件的的失效效是隨機機發發生生的，，其其原原因因是是零零件件所所受受的的載載荷荷、、環環境境溫溫度度、、零零件件本本身身物物理理和和機機械械性性能能等等因因素素是是隨隨機機變變化化的的。。為為了了提提高高零零件件的的可可靠靠性性，，就就應應當當在在工作作條條件件和和零零件件性性能能兩個個方方面面使使其其變變化化盡盡可可能能小小。。§2-6機械械零零件件的的計計算算準準則則▲強度度準準則則▲剛度度準準則則設計計零零件件時時，，首首先先應應根根據據零零件件的的失失效效形形式式確確定定其其設設計計準準則則以以及及相相應應的的設設計計計計算算方方法法。。一一般般來來講講，，有有以以下下幾幾種種準準則則：：——確保零件件不發生生斷裂破破壞或過過大的塑性變形形，是最最基本的的設計準準則——確保零件件不發生生過大的的彈性變變形▲強度準則則▲剛度準則則▲壽命準則則▲振動穩定定性準則則▲可靠性準準則——通常與零零件的疲疲勞、磨磨損、腐腐蝕相關關——高速運轉轉機械的的設計應應注重此項準則則——當計及隨隨機因素素影響時時，仍應應確保上述各各項準則則▲壽命準則則▲振動穩定定性準則則▲可靠性準準則▲壽命準則則▲振動穩定定性準則則強度準則則是指零零件中的的應力不得得超過許許用值。即：一、強度度準則σ≤σlimσlim——材料的極極限應力力脆性材料料σlim=σB(強度極限限)塑性材料料σlim=σS(屈服極限限)為了安全起見見，引入安全系數數S，得σ≤σlim/S或σ≤[σ]S為大于1的數，S過大，雖雖安全但但浪費材材料；S過小，雖雖節省材材料，但但趨于危危險。——許用應力力二、剛度度準則是指零件件在力作作用下的的彈性變變形量不不得超過過許用值值。即y≤[y]三、壽命命準則影響零件件使用壽壽命的因因素主要要是腐蝕、磨磨損和疲疲勞。前兩者者還沒有有成熟的的計算方方法，工工程中通通常是求出使用用壽命時時的疲勞勞極限作作為計算算的依據據。四、振動動穩定性性準則保證機器器中受激振振零件的的固有頻頻率與激激振源的的頻率錯錯開，即即要求：：fp<0.85f或fp>1.15f如果不不滿足足條件件，可可采取取如下下措施施：▲改變零零件及及系統統剛性性▲增減支支承▲調整支支承的的位置置▲隔離激激振源源▲采用阻阻尼元元件以以減小小零件件的振振幅▲改變零零件及及系統統剛性性▲調整支支承的的位置置▲增減支支承▲改變零零件及及系統統剛性性▲調整支支承的的位置置▲隔離激激振源源▲采用阻阻尼元元件以以減小小零件件的振振幅▲增減支支承▲改變零零件及及系統統剛性性▲調整支支承的的位置置五、可可靠性性準則則可靠度度的定定義：：對件數數為N0的一批批零件件進行行試驗驗，經經過時時間t之后有有N件仍能能正常常工作作，則該零零件在在該試試驗環環境條條件下下工作作時間間t的可靠靠度定定義為為R=N/N0若t↑R↓N↓——R是時間間的函函數。。若在時時間t+dt內，又又有dN個零件件失效效，則則dt內零件件的失失效的的比率率定義義為——失效率率“-”表示dN的增大大將使使N減少。。即零件可可靠度度的另另一個個指標標是兩次失失效之之間的的平均均無故故障時時間m（MTBF），m與λ的關系系為M=1/λ分離變變量并并積分分得§2-7機械零零件的的設計計方法法機械零零件的的設計計方法法常規設設計方方法現代設設計方方法理論設設計經驗設設計模型實實驗設設計常規設設計方方法是是指采采用一一定的的理論分分析和和計算算，結合合人們們在長長期的的設計計和生生產實實踐中中總結結出的的方法、、公式式、圖圖表等進行行設計計的方方法。。(1)理論設設計根據長長期實實踐總總結出出來的的設計理理論和和實驗驗數據據所進行行的設設計。。1、常規規設計計方法法以受拉桿桿為例，，強度計計算公式為為σ≤σlim/S或F/A≤σlim/SF——拉力，，A——截面積積。設計計計算A≥FS/σlim校核計計算有有四種種可選選方式式σ=F/A≤[σ]F≤A[σ]Sca=σlim/σ≥Sσlim≥SσSca——計算安安全系系數經驗設計——根據對某類類零件已有的設計計與使用實實踐而歸納納出的經驗驗公式，或根據設設計者本人人的設計經經驗用類比比的方法所所進行的設設計。這對于那些使使用要求變變化不大而而結構形狀狀已典型化化的零件，，是很有效效的設計方方法。例例如如箱箱體體、、機機架架、、傳傳動動件件的的結結構構要要素素等等。。（2）經經驗驗設設計計模型型實實驗驗設設計計———把初步步設設計計的的零零、、部部件件或或機機器器做做成成小小模模型型或或小小尺尺寸寸樣樣機機，經經過過試試驗驗的的手手段段對對其其特特性性進進行行檢檢驗驗，，根根據據實實驗驗結結果果再再對對設計計進進行行逐逐步步修修改改，達達到到完完善善。。這種種方方法法對對于于那那些些尺寸寸巨巨大大而而結結構構又又很很復復雜雜的的重重要要零零件件的的設設計計是是一一種種很很有有效效的的方方法法。。（3）模模型型實實驗驗設設計計現代代設設計計方方法法是是指指在在近近二二三三十十年年發發展展起起來來的的更更為為完完善善、、科科學學、、計計算算精精度度高高、、設設計計與與計計算算速速度度更更快快的的機機械械設設計計方方法法。。2、現現代代設設計計方方法法§2-8機械械零零件件設設計計的的一一般般步步驟驟(1)根據據零零件件的的使使用用要要求求，，選選擇擇零零件件的的類型型和和結結構構。為此此，，必必須須對對各各種種零零件件的的不同同類類型型、、優優缺缺點點、、特特性性和和使使用用范范圍圍等，，進進行行綜綜合合對對比比與與正正確確選選用用。。(2)根據據機機器器的的工工作作要要求求，，計算算作作用用在在零零件件上上的的載載荷荷。(3)根據據零零件件的的工工作作條條件件及及對對零零件件的的特特殊殊要要求求(如高高溫溫環環境境等等)選擇擇適適當當的的材材料料。(4)根據據零零件件的的失效效形形式式，確確定定零零件件的的計算算準準則則，通通過計計算算，，確確定定零零件件的的基基本本尺尺寸寸。。(5)根據據工藝藝性性和和標標準準化化，進進行行零零件件的的結構構設設計計。(6)細節節設設計計完完成成之之后后，，必必要要時時進進行行詳詳細細的的校核核計計算算，以以判判定定結結構構的的合合理理性性。。(7)繪制制零零件件工工作作圖圖，，并并撰撰寫寫計計算算說說明明書書。選擇擇零零件件類類型型、、結結構構寫出計算說明書畫出零件工作圖校核計算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構設計零件件的的設設計計流流程程圖圖黑色色金金屬屬有色色金金屬屬鑄鐵鐵鋼1、金屬屬材材料料一、、常常用用材材料料低碳碳鋼鋼(08F)中碳碳鋼鋼(45)高碳碳鋼鋼(60)合金金鋼鋼(1Cr18）………灰鑄鑄鐵鐵(TH300)球墨墨鑄鑄鐵鐵(QT500-5)………§2-9機械械零零件件材材料料的的選選用用原原則則鋁合合金金(LY12)銅合合金金(ZCuSn10P1)鑄鐵鐵———灰鑄鑄鐵鐵、、球球墨墨鑄鑄鐵鐵、、可可鍛鍛鑄鑄鐵鐵、、合合金金鑄鑄鐵鐵等等。。特點點：：良良好好的的液態態流流動動性性，可可鑄鑄造造成成形狀狀復復雜雜的的零零件件。較較好好的的減震震性性、、耐耐磨磨性性、、切切削削性性（（指指灰灰鑄鑄鐵鐵））、、成成本本低低廉廉。。應用用：：應應用用范范圍圍廣廣。。其其中中灰鑄鑄鐵鐵最最廣廣、、球球墨墨鑄鑄鐵鐵次次之之。。（1）鑄鑄鐵鐵鋼———低碳碳鋼鋼、、中中碳碳鋼鋼、、高高碳碳鋼鋼、、合金金鋼鋼、、結結構構鋼鋼、、工工具具鋼鋼、、特特殊殊鋼鋼(不銹銹鋼鋼、、耐耐熱熱鋼鋼、、耐耐酸酸鋼鋼等等)、鑄鑄鋼鋼等等。。特點點：：與鑄鑄鐵鐵相相比比，，鋼具具有有高高的的強強度度、、韌韌性性和和塑塑性性。可用熱處理方方法改善善其力學學性能和和加工性性能。（2）鋼高分子材材料——塑料、橡橡膠、合合成纖維維。橡膠——橡膠富于彈性性，能吸收收較多的的沖擊能量量。常用作作聯軸器器或減震震器的彈彈性元件件、帶傳傳動的膠膠帶等。硬橡橡膠可用用于制造造用水潤潤滑的軸軸承襯。。塑料——塑料的密度小，，易于制制成形狀狀復雜的的零件，，而且各種種不同塑塑料具有有不同的的特點，，如耐蝕蝕性、絕絕熱性、絕絕緣性、、減摩性性、摩擦擦系數大大等，所所以近年年來在機機械制造造中其應應用日益益廣泛。。2、高分子材材料復合材料料陶瓷——強如鋼、、輕如鋁鋁、硬如如金剛石石。——強度高、、彈性模模量大、、質量輕輕。3、陶瓷3、陶瓷4、復合材材料二、機械械零件材材料的選選用原則則適用于制制作機械械零件的的材料種種類非常常之多，，在設計計機械零零件時，，如何從從各種各各樣的材材料中選選擇出合合適的材材料，是是一項受受多方面面因素所所制約的的復雜的的工作。。設計者應應根據零件的用用途、工工作條件件和材料料的物理理、化學學、機械械和工藝藝性能以以及經濟濟因素等等進行全面面考慮。。脆性材料料——只適用于于制造在在靜載荷荷下工作作的零件件；1.載荷及應應力的大小和性性質這方面的的因素主主要是從從強度觀點點來考慮慮的，應在在充分了了解材料料的機械械性能的的前提下下來進行行選擇。。金屬材料料的性能能一般可可以通過過熱處理加加以提高高和改善善，因此要要充分利利用熱處理手手段來發發揮材料料的潛力力。對于常常用的調調質鋼，，由于其其回火溫溫度的不不同，可可得到力力學性能能不同的的毛坯。。塑性材料料——適用于在在有沖擊擊情況下下工作的的零件。。2.零件的工工作情況況指零件所所處的環境特點點、工作作溫度、、摩擦磨磨損程度度等。▲在濕熱環境境下工作作的零件，，其材料料應具有有良好防腐蝕能力，，可選用用不銹鋼鋼、銅合合金等▲兩配合零零件的線線膨脹系系數不能能相差過過大若相差過過大。一一方面在在，溫溫度變化化時產生生過大熱熱應力或或使配合合松動，，另一方方面要考考慮材料料機械性性能隨溫溫度而變變化的情情況。▲零件在在工作中中可能發生生磨損的的表面，，應提高高其表面面硬度，增增加耐磨磨性，因此應應選擇淬淬火鋼、、滲碳鋼鋼、氮化鋼零件的尺寸及質質量的大大小與材料的品品種及毛毛坯制取取方法有有關。3.零件的尺尺寸及質質量▲用鑄造造材料制制造毛坯坯時，一一般可以以不受尺寸寸及質量量大小的限限制▲而用鍛鍛造材料料制造毛毛坯時，，則須注注意鍛壓機械械及設備的生產產能力▲應盡可可能選用用強重比大大的材料料，以便減減小零件件的尺寸和質量量鑄造材料料：液態流流動性、、收縮率率、偏析析和縮孔孔傾向性性4.零件結構構的復雜雜程度及及材料的的加工可可能性結構復雜雜：鑄造或或板材沖沖壓后焊焊接；結構簡單單：鍛造法法制毛坯坯鍛造材料料：延展性性、熱脆脆性、塑塑性變形形的能力力焊接材料料：焊接性性、焊縫縫產生裂裂紋傾向向性材料熱處處理：可淬性性、變形形、熱處處理介質質滲透能能力冷加工工工藝：硬度、、易切削削、冷作作硬化▲材料料的加工費用用5.材料的經經濟性材料的經經濟性主主要表現現在以下下幾方面面：▲材料料本身的的相對價格格▲材料料的利用率▲采用用組合結構構▲節約稀有有材料選材時還還應考慮慮到當時時當地材材料的供供應狀況況。為了了簡化供供應和貯貯存的材材料品種種，對于于小批制造造的零件件，應盡可可能地減少同一一部機器器上使用用的材料料品種和和規格。6.材料的供供應狀況況各種材料料的化學學成分和和力學性性能可在在相關國國標、行行標和機機械設計計手冊中中查得。。為了材料料供應和和生產管管理上的的方便，，應盡量量減少一一臺機器器所用材材料的品品種。表2-2常用鋼鐵材料的牌號及力學性能材料力學性能試件尺寸類別牌號強度極限σB

屈服極限σS

延伸率%mmQ215335～41021531碳素結構鋼Q235375～46023526d≤16Q275490～610275202041024525優質碳素結構鋼3553031520d≤25456003551635SiMn88373515d≤25合金結構鋼

40Cr9817859d≤2520CrMnTi107983410d≤1560Mn981785