機(jī)械零件設(shè)計(jì)總論

§2-1機(jī)器的組成§2-2設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序§2-3對(duì)機(jī)器的主要要求§2-4機(jī)械零件的主要失效形式§2-5設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足的基本要求§2-6機(jī)械零件的計(jì)算準(zhǔn)則§2-7機(jī)械零件的設(shè)計(jì)方法§2-8機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟§2-9機(jī)械零件材料的選用原則§2-10機(jī)械零件設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化§2-11機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介第2章機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論

人們?yōu)榱藵M足生產(chǎn)和生活的需要，研制了類型繁多、功能各異的機(jī)器。尤其是蒸汽機(jī)出現(xiàn)之后，使機(jī)器具有了完整的形態(tài)。

一臺(tái)完整的機(jī)器的組成如下：原動(dòng)機(jī)部分傳動(dòng)部分執(zhí)行部分潤(rùn)滑、顯示、照明等輔助部分控制系統(tǒng)傳感器傳感器傳感器§2-1機(jī)器的組成原動(dòng)部分－機(jī)器完成預(yù)定功能的動(dòng)力源，最常見的是

內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)。執(zhí)行部分－完成預(yù)定的動(dòng)作，位于傳動(dòng)路線的終點(diǎn)。

傳動(dòng)部分－聯(lián)接原動(dòng)機(jī)和執(zhí)行部分的中間部分。

控制部分－保證機(jī)器的啟動(dòng)、停止和正常協(xié)調(diào)動(dòng)作。傳感部分－將機(jī)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。輔助部分－包括機(jī)器的潤(rùn)滑、顯示、照明等。也是保證機(jī)器正常工作不可缺少的部分§2-2設(shè)計(jì)機(jī)器的一般程序

一般而言，機(jī)器的設(shè)計(jì)階段是決定機(jī)器好壞的關(guān)鍵一環(huán)。機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)造性的工作過程，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要因素。因此，要求設(shè)計(jì)者特別注意經(jīng)驗(yàn)的積累。一部完整的機(jī)器是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。要提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，必須有一個(gè)科學(xué)的設(shè)計(jì)程序。機(jī)械設(shè)計(jì)的一般過程：▲

計(jì)劃階段▲方案設(shè)計(jì)階段▲技術(shù)設(shè)計(jì)階段▲

技術(shù)文件編制階段一、計(jì)劃階段包括：需求分析、明確功能、制定設(shè)計(jì)任務(wù)書。設(shè)計(jì)任務(wù)書機(jī)器的功能經(jīng)濟(jì)性估計(jì)制造要求的大致估計(jì)基本使用要求預(yù)計(jì)的設(shè)計(jì)周期二、方案設(shè)計(jì)階段

對(duì)機(jī)器的功能進(jìn)行綜合分析、確定功能參數(shù)、提出實(shí)現(xiàn)方案。

在制定功能參數(shù)時(shí)一定要注意恰當(dāng)處理需要與可能、理想與現(xiàn)實(shí)、長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)與當(dāng)前目標(biāo)等之間的關(guān)系。一般而言，實(shí)現(xiàn)同一個(gè)功能，有多種可能的方案。以螺紋制造為例：有車削、滾壓、板牙加工等方法。方法不同，其執(zhí)行部分的工作原理也不同。因此，存在一個(gè)方案的比較和取舍問題。方案評(píng)價(jià)原則：經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)上可行?？傎M(fèi)用設(shè)計(jì)制造費(fèi)用使用費(fèi)用費(fèi)用復(fù)雜程度經(jīng)濟(jì)性----總費(fèi)用最低。方案設(shè)計(jì)階段要正確處理好借鑒與創(chuàng)新的關(guān)系。

同類機(jī)器的成功的先例應(yīng)當(dāng)借鑒，但其中的薄弱環(huán)節(jié)和不符合現(xiàn)有任務(wù)要求的部分應(yīng)當(dāng)加以改進(jìn)或替換。一味求新而把合理的原有經(jīng)驗(yàn)棄置不用保守和照搬原有設(shè)計(jì)堅(jiān)決反對(duì)三、技術(shù)設(shè)計(jì)階段

繪制總裝配草圖、部件裝配草圖，由草圖確定零部件的外形、基本尺寸和零件工作圖。為了確定零件的基本尺寸，必須完成以下工作：1）機(jī)器的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)2）機(jī)器的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)3）零件的工作能力設(shè)計(jì)4）部件裝配草圖及總裝配草圖的設(shè)計(jì)----結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5）主要零件的校核計(jì)算

確定原動(dòng)機(jī)的參數(shù)（功率、轉(zhuǎn)速、線速度等）。求解構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（轉(zhuǎn)速、速度、加速度等）。計(jì)算構(gòu)件所受公稱載荷（名義載荷）的大小和特性。

由公稱載荷大小和特性，根據(jù)工作能力準(zhǔn)則作零部件的初步設(shè)計(jì)。通過計(jì)算或類比得出零件的基本尺寸。

以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸為依據(jù)，對(duì)零件進(jìn)行精確的受力分析和工作能力校核計(jì)算四、技術(shù)文件編制技術(shù)文件設(shè)計(jì)說明書

使用說明書

零件明細(xì)表

標(biāo)準(zhǔn)件匯總表產(chǎn)品驗(yàn)收條件………….

技術(shù)文件----用來說明產(chǎn)品性能、設(shè)計(jì)、制造、操作使用、維護(hù)、或其它所有與產(chǎn)品相關(guān)的文檔資料。技術(shù)設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)計(jì)劃提出任務(wù)分析對(duì)機(jī)器的要求確定任務(wù)要求機(jī)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(gòu)形要求結(jié)構(gòu)化選擇材料、確定尺寸零件設(shè)計(jì)編制技術(shù)文件評(píng)價(jià)決策—確定結(jié)構(gòu)形狀與尺寸評(píng)價(jià)部件設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)機(jī)器設(shè)計(jì)的一般流程設(shè)計(jì)機(jī)器的任務(wù)是在當(dāng)前技術(shù)發(fā)展所能達(dá)到的條件下，根據(jù)生產(chǎn)及生活的需要提出的。不管機(jī)器的類型如何，一般來說，對(duì)機(jī)器都要提出以下的基本要求：▲使用功能要求§2-3對(duì)機(jī)器的主要要求使用功能要求----機(jī)器應(yīng)具有預(yù)定的使用功能。這主要靠正確地選擇機(jī)器的工作原理，正確地設(shè)計(jì)或選用能夠全面實(shí)現(xiàn)功能要求的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和原動(dòng)機(jī)，以及合理地配置必要的輔助系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。----在滿足預(yù)期功能的前提下，要求性能好、效率高、成本低，造型美觀，在預(yù)定使用期限內(nèi)要安全可靠，操作方便、維修簡(jiǎn)單。具體要求如下：▲經(jīng)濟(jì)性要求▲勞動(dòng)保護(hù)要求▲可靠性要求▲其它專用要求經(jīng)濟(jì)性要求求----機(jī)器的經(jīng)濟(jì)濟(jì)性體現(xiàn)在在設(shè)計(jì)、制制造和使用用的全過程程中，設(shè)計(jì)計(jì)機(jī)器時(shí)就就要全面綜綜合地進(jìn)行行考慮。設(shè)設(shè)計(jì)制造的的經(jīng)濟(jì)性表表現(xiàn)為機(jī)器器的成本低低，使用經(jīng)經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)現(xiàn)為高生產(chǎn)產(chǎn)率，高效效率，低能能耗，以及及低的管理理和維護(hù)費(fèi)費(fèi)用等?！褂霉δ苣芤蟆?jīng)濟(jì)性要要求▲勞動(dòng)保護(hù)護(hù)要求▲可靠性要要求▲其它專用用要求提高設(shè)計(jì)計(jì)和制造造經(jīng)濟(jì)性性指標(biāo)的的主要途途徑有:1）采用先進(jìn)進(jìn)的現(xiàn)代代設(shè)計(jì)方方法(CAD)，使設(shè)計(jì)計(jì)參數(shù)最最優(yōu)化,達(dá)到盡可可能精確確的計(jì)算算結(jié)果,保證機(jī)器器足夠的可靠性性。2）最大限度度地采用用標(biāo)準(zhǔn)化化、系列列化及通通用化的的零、部件。3）盡可能采采用新技技術(shù)、新新工藝、、新結(jié)構(gòu)構(gòu)和新材材料。4）合理地組組織設(shè)計(jì)計(jì)和制造造過程。。5）力求改善善零件的的結(jié)構(gòu)工工藝性，，使其用用料少、、易加工、易裝裝配。1）合理地提提高機(jī)器器的機(jī)械械化和自自動(dòng)化水水平，以以期提高機(jī)器的的生產(chǎn)率率。提高使用用經(jīng)濟(jì)性性指標(biāo)的的主要途途徑有:2）選用高效效率的傳傳動(dòng)系統(tǒng)統(tǒng)，盡可可能減少少傳動(dòng)的的中間環(huán)節(jié)，以以期降低低能源消消耗。3）適當(dāng)?shù)夭刹捎梅雷o(hù)護(hù)及潤(rùn)滑滑，以延延長(zhǎng)機(jī)器器的使用用壽命。。4）采用可靠靠的密封封，減少少或消除除滲漏現(xiàn)現(xiàn)象。1)要使機(jī)器器的操作作者方便便和安全全。因此設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)要按按照人機(jī)機(jī)工程學(xué)學(xué)的觀點(diǎn)點(diǎn)布置各各種按鈕鈕、手柄柄，使操操作方式式符合人人們的心心理和和習(xí)慣。。同時(shí)，，設(shè)置完完善的安安全裝置置、報(bào)警警裝置、、顯示裝裝置等。。2）改善操操作者及及機(jī)器的的環(huán)境。。所設(shè)計(jì)的的機(jī)器應(yīng)應(yīng)符合勞勞動(dòng)保護(hù)護(hù)法規(guī)的的要求。。降低機(jī)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪噪聲水平平，防止止有毒、、有害介介質(zhì)的滲滲漏，對(duì)對(duì)廢水、、廢氣和和廢液進(jìn)進(jìn)行治理理?！褂霉δ苣芤蟆?jīng)濟(jì)性要要求▲勞動(dòng)保護(hù)護(hù)要求▲可靠性要要求▲其它專用用要求機(jī)器的可可靠度----指在規(guī)定定的使用用時(shí)間內(nèi)內(nèi)和預(yù)定定的環(huán)境境下機(jī)器器能夠正正常工作作的概率率。機(jī)器由于于某種故故障而不不能完成成預(yù)定的的功能稱稱為失效效，它是是隨機(jī)發(fā)發(fā)生的，，其原因因是零件件所受的的載荷、環(huán)環(huán)境溫度度、零件件本身物物理和機(jī)機(jī)械性能能等因素是是隨機(jī)變變化的。。為了提提高零件件的可靠靠性，就就應(yīng)當(dāng)在在工作條條件和零零件性能能兩個(gè)方方面使其其變化盡盡可能小小?！褂霉δ苣芤蟆?jīng)濟(jì)性要要求▲勞動(dòng)保護(hù)護(hù)要求▲可靠性要要求▲其它專用用要求其它專用用要求----針對(duì)不同同機(jī)器所所特有的的要求。。例如：：1)對(duì)機(jī)床有有長(zhǎng)期保保持精度度的要求求；2)對(duì)飛機(jī)有有質(zhì)量小小，飛行行阻力小小而運(yùn)載載能力大大的要求求；3)對(duì)流動(dòng)使使用的機(jī)機(jī)器有便便于安裝裝和拆卸卸的要求求；4)對(duì)大型機(jī)機(jī)器有便便于運(yùn)輸輸?shù)囊笄蟮鹊?。?！褂霉δ苣芤蟆?jīng)濟(jì)性要要求▲勞動(dòng)保護(hù)護(hù)要求▲可靠性要要求▲其它專用用要求機(jī)械零件件的失效效：機(jī)械零件件曲于某某種原因因不能正正常工作作時(shí)，稱稱為失效。工作能力力----在不發(fā)生生失效的的條件下下，零件件所能安安全工作作的限度度。通常常此限度度是對(duì)載載荷而言言，所以以習(xí)慣上上又稱為為：承載能力力。例如：發(fā)發(fā)生強(qiáng)烈烈的振動(dòng)動(dòng)；聯(lián)接接的松弛弛;摩擦傳動(dòng)動(dòng)的打滑滑等?！?-4機(jī)械零件件的主要要失效形形式整體斷裂裂;過大的殘殘余變形形;工作表面面的過度度磨損或或損傷;破壞正常常的工作作條件;零件的失失效形式式如軸、齒齒輪、軸軸瓦、軸軸頸、螺螺栓、帶帶傳動(dòng)等等。機(jī)械械零件雖雖然有多多種可能能的失效效形式，，歸納起起來最主主要的為為機(jī)械零件件失效的的實(shí)例：：齒輪輪齒折斷軸承內(nèi)圈破裂軸承外圈塑性變形輪齒塑性變形齒面接觸疲勞軸瓦磨損失效原因因:強(qiáng)度、剛剛度、耐耐磨性、、振動(dòng)穩(wěn)穩(wěn)定性、、溫度等等原因。統(tǒng)計(jì)結(jié)果果顯示：：斷裂僅占占4.79%;腐蝕、磨磨損、疲疲勞破壞壞占73.88%。--主要失效效原因。?！苊庠陬A(yù)預(yù)定壽命命期內(nèi)失失效的要要求▲結(jié)構(gòu)工藝藝性要求求▲經(jīng)濟(jì)性要要求▲質(zhì)量小的的要求▲可靠性要要求機(jī)器是由由各種各各樣的零零部件組組成的，，要使所所設(shè)計(jì)的的機(jī)器滿滿足基本本要求，，就必須須使組成成機(jī)器的的零件滿滿足以下下要求：：應(yīng)保證零零件有足足夠的強(qiáng)強(qiáng)度、剛剛度、壽壽命。§2-5設(shè)計(jì)機(jī)械械零件時(shí)時(shí)應(yīng)滿足足的基本本要求一、避免免在預(yù)定定壽命期期內(nèi)失效效的要求求提高零件件強(qiáng)度的的措施有有：▲采用高強(qiáng)強(qiáng)度的材材料；▲使零件具具有足夠夠的截面面尺寸；；▲合理設(shè)計(jì)計(jì)零件的的截面形形狀，增增大慣性性矩；▲采用熱處處理和化化學(xué)處理理方法提提高材料料的強(qiáng)度度性能；；▲提高零件件的制造造精度，，以減少少工作時(shí)時(shí)的動(dòng)載載荷；▲合理配置置零件的的相對(duì)位位置，以以降低零零件的載載荷。1.強(qiáng)度要求求2.剛度要求求零件在工工作時(shí)的的彈性變變形不能能超過允允許的范范圍稱為為零件的的剛度要求求。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(diǎn)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(yīng)應(yīng)力下，，故疲勞勞破壞是是引起零零件破壞壞的主要要原因。。影響疲疲勞強(qiáng)度度的因素素有：疲勞破壞壞腐蝕磨損▲應(yīng)力集中中；▲零件的尺尺寸大小??；▲零件表面面質(zhì)量及及環(huán)境狀狀況：零件處在在腐蝕性性介質(zhì)中中工作時(shí)時(shí)，可能能使材料料遭到腐腐蝕?？垢g的的措施有有：▲表面發(fā)蘭蘭（發(fā)黑黑）；▲表面鍍層層；▲表面涂漆漆；▲表面陽極極化。二、結(jié)構(gòu)構(gòu)工藝性性要求零件工藝藝性良好好的標(biāo)志志----在具體的的生產(chǎn)條條件下，，零件要要便于加加工而加加工費(fèi)用用又很低低。工藝性的的基本要要求：1)毛坯選擇擇合理制備方法法：選用型材材、鑄造造、鍛造造、沖壓壓和焊接接等。毛坯選擇擇與生產(chǎn)產(chǎn)批量、、材料性性能和加加工可能能性有關(guān)關(guān)。單件或小小批量生生產(chǎn)時(shí)，，選用棒棒料、板板材、型型材或焊焊件。大批量生生產(chǎn)時(shí)，，往往選選用鑄造造、鍛造造、沖壓壓等方法法。2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單單合理▲最好采用用平面、、柱面、、螺旋面面等簡(jiǎn)單單表面極極其組合合；▲盡量減少少加工面面數(shù)和加加工面積積；3)合理的制制造精度度和表面面粗糙度度零件的加加工成本本隨精度度和表面面粗糙度度的提高高而急劇劇增加。。決不能能盲目追追求高精精度，應(yīng)應(yīng)在滿足足使用要要求的前前提下，，盡量采采用較低低的精度度和表面面質(zhì)量。?！M量采用用標(biāo)準(zhǔn)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、螺紋、鍵鍵、齒輪輪模數(shù)等等）的數(shù)數(shù)量；4)盡量減小小零件的的加工量量▲毛坯形狀狀和尺寸寸應(yīng)盡量量接近零零件本身身的形狀狀和尺寸寸。力求求使少或或無切削削加工，，節(jié)約材材料、降降低成本本?！M量采用用精密鑄鑄造、精精密鍛造造、冷軋軋、冷擠擠壓、粉粉末冶金金等先進(jìn)進(jìn)工藝滿滿足上述述要求。。欲設(shè)計(jì)出出工藝性性良好的的零件，，設(shè)計(jì)者者必須虛虛心向工工藝技術(shù)術(shù)人員和和一線工工人學(xué)習(xí)習(xí)，在實(shí)實(shí)踐中積積累經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)。三、經(jīng)濟(jì)濟(jì)性要求求零件的經(jīng)經(jīng)濟(jì)性首首先表現(xiàn)現(xiàn)在零件件的生產(chǎn)產(chǎn)制造成成本上。?！?jiǎn)化零件件的結(jié)構(gòu)構(gòu)，降低低材料消消耗；▲采用無余余量、少少余量的的毛坯，，減少加加工工時(shí)時(shí)；▲采用廉價(jià)價(jià)而充足足的材料料代替昂昂貴材料料；▲大型零件件采用組組合結(jié)構(gòu)構(gòu)而非整整體結(jié)構(gòu)構(gòu)；▲盡量采用用標(biāo)準(zhǔn)件件。四、質(zhì)量量小的要要求減小質(zhì)量量的好處處：節(jié)約材料料；減小慣性性，改善善機(jī)器的的動(dòng)力性性能。減小質(zhì)量量的措施施：▲采用緩沖沖裝置來來降低零零件所受受沖擊載載荷；減小質(zhì)量量的措施施：▲采用緩沖沖裝置來來降低零零件所受受沖擊載載荷；▲采用安全全裝置來來限制作作用在零零件所受受最大載載荷；▲從零件應(yīng)應(yīng)力較小小處削減減部分材材料，以以改善零零件受力的均勻勻性，提提高材料料的利用用率；▲采用與工工作載荷荷方向相相反的預(yù)預(yù)載荷，，以降低低零件的工作載荷荷；▲采用輕型薄薄璧沖壓件件或焊接件件代替鑄造造、鍛壓件件；▲采用強(qiáng)重比比高的材料料。五、可靠性性要求零件的實(shí)效效是隨機(jī)發(fā)發(fā)生的，其其原因是零零件所受的的載荷、環(huán)境境溫度、零零件本身物物理和機(jī)械械性能等因素是隨隨機(jī)變化的的。為了提提高零件的的可靠性，，就應(yīng)當(dāng)在在工作條件件和零件性性能兩個(gè)方方面使其變變化盡可能能小?！?-6機(jī)械零件的的計(jì)算準(zhǔn)則則▲強(qiáng)度準(zhǔn)則▲剛度準(zhǔn)則設(shè)計(jì)零件時(shí)時(shí)，首先應(yīng)應(yīng)根據(jù)零件件的失效形形式確定其其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則則以及相應(yīng)應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算方法。。一般來講講，有以下下幾種準(zhǔn)則則：▲壽命準(zhǔn)則▲振動(dòng)穩(wěn)定性性準(zhǔn)則▲可靠性準(zhǔn)則則---確保零件不不發(fā)生斷裂裂破壞或過過大的塑性變形，，是最基本本的設(shè)計(jì)準(zhǔn)準(zhǔn)則。----確保零件不不發(fā)生過大大的彈性變變形。---通常與零件件的疲勞、、磨損、腐腐蝕相關(guān)。。----高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)機(jī)械的設(shè)計(jì)計(jì)應(yīng)注重此項(xiàng)準(zhǔn)則。。----當(dāng)計(jì)及隨機(jī)機(jī)因素影響響時(shí)，仍應(yīng)應(yīng)確保上述各項(xiàng)項(xiàng)準(zhǔn)則。強(qiáng)度準(zhǔn)則是是指零件中中的應(yīng)力不不得超過許許用值。一、強(qiáng)度準(zhǔn)準(zhǔn)則即：σ≤σlimσlim----材料的極限限應(yīng)力脆性材料：：σlim=σB(強(qiáng)度極限)塑性材料：：σlim=σS(屈服極限)為了安全起起見，引入入安全系數(shù)數(shù)S，得：σ≤σlim/S或σ≤[σ]S為大于1的數(shù)，S過大，雖安安全但浪費(fèi)費(fèi)材料；S過小，雖節(jié)節(jié)省材料，，但趨于危危險(xiǎn)。----許用應(yīng)力二、剛度準(zhǔn)準(zhǔn)則----是指零件在在力作用下下的彈性變變形量不得得超過許用用值。即：：y≤[y]三、壽命準(zhǔn)準(zhǔn)則影響零件使使用壽命的的因素主要要是腐蝕、、磨損和疲疲勞，前兩兩者還沒有有成熟的計(jì)計(jì)算方法，，工程中通通常是求出出使用壽命命時(shí)的疲勞勞極限作為為計(jì)算的依依據(jù)。四、振振動(dòng)穩(wěn)穩(wěn)定性性準(zhǔn)則則保證機(jī)機(jī)器中中受激激振零零件的的固有有頻率率與激激振源源的頻頻率錯(cuò)錯(cuò)開，，即即要要求：：0.85f>fp或1.15f<fp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(tǒng)統(tǒng)剛性性；▲增減支支承；；▲調(diào)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。。五、可可靠性性準(zhǔn)則則可靠度度的定定義：：對(duì)對(duì)件件數(shù)為為N0的一批批零件件進(jìn)行行試驗(yàn)驗(yàn)，經(jīng)經(jīng)過時(shí)時(shí)間t之后有有N件仍能能正常常工作作，則則該零零件在在該試試驗(yàn)環(huán)環(huán)境條條件下下工作作時(shí)間間t的可靠靠度定定義為為：R=N/N0若t↑→R↓→N↓----R是時(shí)間間的函函數(shù)。。若在時(shí)時(shí)間t+dt內(nèi)，又又有dN個(gè)零件件失效效，則則dt內(nèi)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。。分離變變量并并積分分得：：即：零件可可靠度度的另另一個(gè)個(gè)指標(biāo)標(biāo)是兩兩次失失效之之間的的平均均無故故障時(shí)時(shí)間m（MTBF），m與λ的關(guān)系系為:M=1/λλ§2-7機(jī)械零零件的的設(shè)計(jì)計(jì)方法法常規(guī)設(shè)設(shè)計(jì)方方法是是指采采用一一定的的理論論分析析和計(jì)計(jì)算，，結(jié)合合人們們?cè)陂L(zhǎng)長(zhǎng)期的的設(shè)計(jì)計(jì)和生生產(chǎn)實(shí)實(shí)踐中中總結(jié)結(jié)出的的方法法、公公式、、圖表表等進(jìn)進(jìn)行設(shè)設(shè)計(jì)的的方法法。機(jī)械零零件的的設(shè)計(jì)計(jì)方法法常規(guī)設(shè)設(shè)計(jì)方方法現(xiàn)代設(shè)設(shè)計(jì)方方法理論設(shè)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)模型實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)1)理論設(shè)設(shè)計(jì)----根據(jù)長(zhǎng)長(zhǎng)期的的總結(jié)結(jié)出來來的設(shè)設(shè)計(jì)理理論和和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)數(shù)據(jù)據(jù)所進(jìn)進(jìn)行的的設(shè)計(jì)計(jì)。以受拉拉桿為為例，，強(qiáng)度度計(jì)算算公式式為：：σ≤σlim/S或F/A≤σlim/SF----拉力，，A----截面積積。設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算：：A≥FS/σlim校核計(jì)計(jì)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(jì)算安安全系系數(shù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)-----根據(jù)對(duì)對(duì)某類類零件件已有有的設(shè)設(shè)計(jì)與與使用用實(shí)踐踐而歸歸納出出的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)公公式，，或根根據(jù)設(shè)設(shè)計(jì)者者本人人的設(shè)設(shè)計(jì)經(jīng)經(jīng)驗(yàn)用用類比比的方方法所所進(jìn)行行的設(shè)設(shè)計(jì)。。這對(duì)對(duì)于那那些使使用要要求變變化不不大而而結(jié)構(gòu)構(gòu)形狀狀已典典型化化的零零件，，是很很有效效的設(shè)設(shè)計(jì)方方法。。例如如：箱箱體、、機(jī)架架、傳傳動(dòng)件件的結(jié)結(jié)構(gòu)要要素等等。機(jī)械零零件的的設(shè)計(jì)計(jì)方法法常規(guī)設(shè)設(shè)計(jì)方方法現(xiàn)代設(shè)設(shè)計(jì)方方法理論設(shè)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)模型實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)模型實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)-----把初步步設(shè)計(jì)計(jì)的零零、部部件或或機(jī)器器做成成小模模型或或小尺尺寸樣樣機(jī)，，經(jīng)過過試驗(yàn)驗(yàn)的手手段對(duì)對(duì)其特特性進(jìn)進(jìn)行檢檢驗(yàn)，，根據(jù)據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果果再對(duì)對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)進(jìn)行行逐步步修改改，達(dá)達(dá)到完完善。。機(jī)械零零件的的設(shè)計(jì)計(jì)方法法常規(guī)設(shè)設(shè)計(jì)方方法現(xiàn)代設(shè)設(shè)計(jì)方方法理論設(shè)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)模型實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)這種方方法對(duì)對(duì)于那那些尺尺寸巨巨大而而結(jié)構(gòu)構(gòu)又很很復(fù)雜雜的重重要零零件的的設(shè)計(jì)計(jì)是一一種很很有效效的方方法?！，F(xiàn)代設(shè)設(shè)計(jì)方方法是是指在在近二二、三三十年年發(fā)展展起來來的更更為完完善、、科學(xué)學(xué)、計(jì)計(jì)算精精度高高、設(shè)設(shè)計(jì)與與計(jì)算算速度度更快快的機(jī)機(jī)械設(shè)設(shè)計(jì)方方法。。優(yōu)化設(shè)設(shè)計(jì)可靠性性設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)輔助助設(shè)計(jì)計(jì)機(jī)械零零件的的設(shè)計(jì)計(jì)方法法常規(guī)設(shè)設(shè)計(jì)方方法現(xiàn)代設(shè)設(shè)計(jì)方方法理論設(shè)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)模型實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)設(shè)計(jì)§2-8機(jī)械零零件設(shè)設(shè)計(jì)的的一般般步驟驟1)根據(jù)零零件的的使用用要求求，選選擇零零件的的類型型和結(jié)結(jié)構(gòu)。。為此，，必須須對(duì)各各種零零件的的不同同類型型、優(yōu)優(yōu)缺點(diǎn)點(diǎn)、特特性和和使用用范圍圍等，，進(jìn)行行綜合合對(duì)比比與正正確選選用。。2)根據(jù)機(jī)機(jī)器的的工作作要求求，計(jì)計(jì)算作作用在在零件件上的的載荷荷。3)根據(jù)零零件的的工作作條件件及對(duì)對(duì)零件件的特特殊要要求(如高溫溫環(huán)境等等)選擇適適當(dāng)?shù)牡牟牧狭稀?)根據(jù)零零件的的失效效形式式，確確定零零件的的計(jì)算算準(zhǔn)則則，通通過計(jì)算算，確確定零零件的的基本本尺寸寸。5)根據(jù)工工藝性性和標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化化，進(jìn)進(jìn)行零零件的的結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)。6)細(xì)節(jié)設(shè)設(shè)計(jì)完完成之之后，，必要要時(shí)]進(jìn)行詳詳細(xì)的的校核核計(jì)算算，以判定定結(jié)構(gòu)構(gòu)的合合理性性。7)繪制零零件工工作圖圖，并并撰寫寫計(jì)算算說明明書。。選擇零零件類類型、、結(jié)構(gòu)構(gòu)寫出計(jì)算說明書畫出零件工作圖校核計(jì)算

計(jì)算零件上的載荷確定計(jì)算準(zhǔn)則選擇零件的材料確定零件的基本尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)零件的的設(shè)計(jì)計(jì)流程程圖：：黑色金金屬有色金金屬鑄鐵鋼金屬材材料一、常常用材材料低碳鋼鋼(08F)中碳鋼鋼(45)高碳鋼鋼(60)合金鋼鋼(1Cr18）…灰鑄鐵鐵(TH300)球墨鑄鑄鐵(QT500-5)…§2-9機(jī)械零零件材材料的的選用用原則則鋁合金金(LY12)銅合金金(ZCuSn10P1)鑄鐵--灰鑄鐵鐵、球球墨鑄鑄鐵、、可鍛鍛鑄鐵鐵、合合金鑄鑄鐵等等。特點(diǎn)：：良好的的液態(tài)態(tài)流動(dòng)動(dòng)性，，可鑄鑄造成成形狀狀復(fù)雜雜的零零件。。較好的的減震震性、、耐磨磨性、、切削削性（（指灰灰鑄鐵鐵）、、成本本低廉廉。應(yīng)用：：應(yīng)用范范圍廣廣。其其中灰灰鑄鐵鐵最廣廣、球球墨鑄鑄鐵次次之。。黑色金金屬有色金金屬鑄鐵鋼金屬材材料一、常常用材材料低碳鋼鋼(08F)中碳鋼鋼(45)高碳鋼鋼(60)合金鋼鋼(1Cr18）…灰鑄鐵鐵(TH300)球墨鑄鑄鐵(QT500-5)…§2-9機(jī)械零零件材材料的的選用用原則則鋁合金金(LY12)銅合金金(ZCuSn10P1)鋼--低碳鋼鋼、中碳鋼鋼、高碳鋼鋼、合金鋼鋼、結(jié)結(jié)構(gòu)鋼鋼、工工具鋼鋼、特特殊鋼鋼(不銹鋼鋼、耐耐熱鋼鋼、耐耐酸鋼鋼等)、鑄鋼鋼等。。特點(diǎn)：：與鑄鐵鐵相比比，鋼鋼具有有高的的強(qiáng)度度、韌韌性和和塑性性?？煽捎脽釤崽幚砝矸椒ǚǜ纳粕破淞αW(xué)性性能和和加工工性能能。鋼的選選用原原則：：優(yōu)選碳碳素鋼鋼，其其次是是硅、錳錳、硼硼、釩釩類合合金鋼鋼。鋼制零零件毛毛坯獲獲取方方法：：鍛造、、沖壓壓、焊焊接、、鑄造造等。。應(yīng)用：：應(yīng)用范范圍極極其廣廣泛。。表3-1常用材料的相對(duì)價(jià)格材料種類規(guī)格相對(duì)價(jià)格熱軋圓剛碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235（φ33~42）1鑄件優(yōu)質(zhì)碳素鋼（φ29~50）1.5~1.8合金結(jié)構(gòu)鋼（φ29~50）1.7~2.5滾動(dòng)軸承鋼（φ29~50）3合金工具鋼（φ29~50）3~204Cr9Si2耐熱鋼（φ29~50）5灰鑄鐵鑄件0.85碳素鋼鑄件1.7銅合金、鋁合金鑄件8~10價(jià)格便便宜且且供應(yīng)應(yīng)充分分我國(guó)資資源豐豐富黑色金金屬有色金金屬鑄鐵鋼金屬材材料低碳鋼鋼(08F)中碳鋼鋼(45)高碳鋼鋼(60)合金鋼鋼(1Cr18）…灰鑄鐵鐵(TH300)球墨鑄鑄鐵(QT500-5)…鋁合金金(LY12)銅合金金(ZCuSn10P1)銅合金金-銅鋅合合金，，并含含有少少量的的錳、鋁、鎳特點(diǎn)：：具有良良好的的塑性性和液液態(tài)流流動(dòng)性性。青青銅合合金還還具有有良好好的減減摩性性和抗抗腐蝕蝕性。。青銅黃銅軸承合合金（（巴氏氏合金金）-含錫青青銅、、不含含錫青青銅零件毛毛坯獲獲取方方法：：輾壓壓、鑄鑄造。。應(yīng)用：：應(yīng)用范范圍廣廣泛。。高分子子材料料復(fù)合材材料陶瓷非金屬屬材料料---塑料、、橡膠膠、合合成纖纖維。。---強(qiáng)如鋼鋼、輕輕如鋁鋁、硬硬如金金剛石石。--強(qiáng)度高高、彈彈性模模量大大、質(zhì)質(zhì)量輕輕。橡膠--橡膠富富于彈彈性，，能吸吸收較較多的的沖擊擊能量量。常常用作作聯(lián)軸軸器或或減震震器的的彈性性元件件、帶帶傳動(dòng)動(dòng)的膠膠帶等。硬硬橡膠膠可用用于制制造用用水潤(rùn)潤(rùn)滑的的軸承承襯。。塑料--塑料的的比重重小，，易于于制成成形狀狀復(fù)雜雜的零零件，，而且且各種種不同同塑料料具有有不同同的特特點(diǎn)，，如耐耐蝕性性、絕絕熱性、、絕緣緣性、、減摩摩性、、摩擦擦系數(shù)數(shù)大等等，所所以近近年來來在機(jī)機(jī)械制制造中中其應(yīng)應(yīng)用日日益廣廣泛。?！d荷及及應(yīng)力力的大大小和和性質(zhì)質(zhì)▲零件的的工作作情況況▲零件的的結(jié)構(gòu)構(gòu)及加加工性性▲材料的的經(jīng)濟(jì)濟(jì)性▲零件的的尺寸寸及重重量二、機(jī)機(jī)械零零件材材料的的選用用原則則適用于于制作作機(jī)械械零件件的材材料種種類非非常之之多，，在設(shè)設(shè)計(jì)機(jī)機(jī)械零零件時(shí)時(shí)，如如何從從各種種各樣樣的材材料中中選擇擇出合合適的的材料料，是是一項(xiàng)項(xiàng)受多多方面面因素素所制制約的的復(fù)雜雜的工工作。。設(shè)計(jì)者者應(yīng)根根據(jù)零零件的的用途途、工工作條條件和和材料料的物物理、、化學(xué)學(xué)、機(jī)機(jī)械和和工藝藝性能能以及及經(jīng)濟(jì)濟(jì)因素素等進(jìn)進(jìn)行全全面考考慮。。選材的的一般般原則則脆性材材料----只適用用于制制造在在靜載載荷下下工作作的零零件；；1.載荷及及應(yīng)力力的大大小和和性質(zhì)質(zhì)2.零件的的工作作情況況--指零件件所處處的環(huán)環(huán)境特特點(diǎn)、、工作作溫度度、摩摩擦磨磨損程程度等等。這方面面的因因素主主要是是從強(qiáng)強(qiáng)度觀觀點(diǎn)來來考慮慮的，，應(yīng)在在充分分了解解材料料的機(jī)機(jī)械性性能的的前提提下來來進(jìn)行行選擇擇。金屬材材料的的性能能一般般可以以通過過熱處處理加加以提提高和和改善善，因因此，，要充充分利利用熱熱處理理手段段來發(fā)發(fā)揮材材料的的潛力力。對(duì)對(duì)于常常用的的調(diào)質(zhì)質(zhì)鋼，，由于于其回回火溫溫度的的不同同，可可得到到機(jī)械械性能能不同同的毛毛坯。。塑性材材料----適用于于在有有沖擊擊情況況下工工作的的零件件?！跐駸釤岘h(huán)境境下工工作的的零件件，其其材料料應(yīng)具具有良良好防防腐蝕能力力，可可選用用不銹銹鋼、、銅合合金等等。零件的的尺寸寸及質(zhì)質(zhì)量的的大小小與材材料的的品種種及毛毛坯制制取方方法有有關(guān)。。3.零件的的尺寸寸及重重量▲兩配合合零件件的線線性膨膨脹系系數(shù)不不能相相差過過大，，一面面在溫度變變化時(shí)時(shí)產(chǎn)生生過大大熱應(yīng)應(yīng)力或或使配配合松松動(dòng)，，另一一方面要考考慮材材料機(jī)機(jī)械性性能隨隨溫度度而變變化的的情況況?！慵谠诠ぷ髯髦锌煽赡馨l(fā)發(fā)生磨磨損的的表面面，應(yīng)應(yīng)提高高其表表面硬度，，增加加耐磨磨性，，因此此應(yīng)選選擇淬淬火鋼鋼、滲滲碳鋼鋼、氮化鋼鋼?！描T造造材料料制造造毛坯坯時(shí)，，一般般可以以不受受尺寸寸及質(zhì)質(zhì)量大小的的限制制；▲而用鍛鍛造材材料制制造毛毛坯時(shí)時(shí)，則則須注注意鍛鍛壓機(jī)機(jī)械及及設(shè)備的生生產(chǎn)能能力。?！鴳?yīng)盡可可能選選用強(qiáng)強(qiáng)重比比大的的材料料，以以便減減小零零件的的尺寸和質(zhì)質(zhì)量。。▲材料的的加工工費(fèi)用用;5.材料的的經(jīng)濟(jì)濟(jì)性選材時(shí)時(shí)還應(yīng)應(yīng)考慮慮到當(dāng)當(dāng)時(shí)當(dāng)當(dāng)?shù)夭牟牧系牡墓?yīng)應(yīng)狀況況。為為了簡(jiǎn)簡(jiǎn)化供供應(yīng)和和貯存存的材材料品品種，，對(duì)于于小批批制造造的零零件，，應(yīng)盡盡可能能地減減少同同一部部機(jī)器器上使使用的的材料料品種種和規(guī)規(guī)格。。6.材料的的供應(yīng)應(yīng)狀況況材料的的經(jīng)濟(jì)濟(jì)性主主要表表現(xiàn)在在以下下幾方方面：：▲材料本本身的的相對(duì)對(duì)價(jià)格格;▲材料的的利用用率;▲采用組組合結(jié)結(jié)構(gòu);▲節(jié)約稀稀有材材料。。各種材材料的的化學(xué)學(xué)成分分和力力學(xué)性性能可可在相相關(guān)國(guó)國(guó)標(biāo)、、行標(biāo)標(biāo)和機(jī)機(jī)械設(shè)設(shè)計(jì)手手冊(cè)中中查得得。為了材材料供供應(yīng)和和生產(chǎn)產(chǎn)管理理上的的方便便，應(yīng)應(yīng)盡量量減少少一臺(tái)臺(tái)機(jī)器器所用用材料料的品品種。。表2-2常用鋼鐵材料的牌號(hào)及力學(xué)性能材料力學(xué)性能試件尺寸類別牌號(hào)強(qiáng)度極限σB

屈服極限σS

延伸率%mmQ215335-41021531碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235375-46023526d≤16Q275490-610275202041024525優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼3553031520d≤25456003551635SiMn88373515d≤25合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr9817859d≤2520CrMnTi107983410d≤1560Mn9817858d≤80ZG270-50050027018鑄鋼ZG310-57057031015d≤100ZG42SiMn60038012HT150145----灰鑄鐵HT200195----HT250240----壁厚10~20QT400-1540025015球墨鑄鐵QT500-75003207QT600-36003703壁厚30~2001)產(chǎn)品品品種規(guī)規(guī)格的的系列列化將同一一類產(chǎn)產(chǎn)品的的主要要參數(shù)數(shù)、型型式、、尺寸寸、基基本結(jié)結(jié)構(gòu)等等依次次分檔檔，制制成系系列化化產(chǎn)品品，以以較少少的規(guī)規(guī)格品品種滿滿足用用戶的的廣泛泛要求求。定義義：：標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化就就是是要要通通過過對(duì)對(duì)零零件件的的尺尺寸寸、、結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)要要素素、、材材料料性性能能、、設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)方方法法、、制制圖圖要要求求等等，，制制定定出出大大家家共共同同遵遵守守的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。。2)零部部件件的的通通用用化化將用用途途、、結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)相相近近的的零零部部件件（（如如軸軸承承、、螺螺栓栓等等）），，經(jīng)經(jīng)過過統(tǒng)統(tǒng)一一后后實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)互互換換；；3)產(chǎn)品品質(zhì)質(zhì)量量標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化要保保證證產(chǎn)產(chǎn)品品產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)質(zhì)量量合合格格和和穩(wěn)穩(wěn)定定，，就就必必須須做做好好設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)、、加加工工工工藝藝、、裝裝配配檢檢驗(yàn)驗(yàn)、、包包裝裝儲(chǔ)儲(chǔ)運(yùn)運(yùn)等等環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化。?！?-10機(jī)械械零零件件設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)中中的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化基本本特特征征：：統(tǒng)一一、、簡(jiǎn)簡(jiǎn)化化。。意義義：：1)制造造上上可可以以實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)專專業(yè)業(yè)化化大大批批量量生生產(chǎn)產(chǎn)，，既既可可提提高高產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)質(zhì)量量，，又又能能降降低低成成本本；；2)設(shè)計(jì)計(jì)方方面面可可減減少少設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)工工作作量量