機(jī)械設(shè)計(jì)概論課件

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)概論

我們從今天開始要學(xué)習(xí)一門新的課程，課程的名稱叫“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”。首先，我們需要先對(duì)這門課程加以簡(jiǎn)要介紹，主要闡述三個(gè)問題，即：通過本課程的學(xué)習(xí)我們將學(xué)到什么？為什么要學(xué)習(xí)這門課程？如何才能學(xué)好這門課程？也就是“學(xué)什么？”、“為什么學(xué)？”、“如何學(xué)？”這三個(gè)問題，使同學(xué)們對(duì)本課程有一個(gè)大概的了解?，F(xiàn)在我們先講述第一個(gè)問題，即“學(xué)什么？”，也就是第一節(jié)。

第一節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)研究的對(duì)象和內(nèi)容

1．1本課程的研究對(duì)象我們這門課程稱作“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”，顧名思義本課程研究的對(duì)象是“機(jī)械”，而研究的內(nèi)容則是有關(guān)機(jī)械的一些基本理論和設(shè)計(jì)方法問題。從總體上來看，內(nèi)容上包含有機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)兩個(gè)部分，對(duì)這兩個(gè)部分進(jìn)行整合就成為我們的這一門課程《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》。然而什么是“機(jī)械”呢？本課程研究的有關(guān)機(jī)械的基本理論又包括哪些具體內(nèi)容呢？在這里我們首先要熟悉本課程的幾個(gè)基本名詞和概念。a.機(jī)械：機(jī)械是機(jī)器與機(jī)構(gòu)的總稱；為了了解機(jī)械那么首先就需要了解什么是機(jī)器和機(jī)構(gòu)

b.機(jī)器：機(jī)器是具有確定運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件的組合體，它用來轉(zhuǎn)換能量，改變或傳遞物料和處理信息，以代替和減輕人的體力和腦力勞動(dòng)。

那么就需要了解什么是機(jī)器和機(jī)構(gòu)。c.機(jī)構(gòu)：機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)傳遞機(jī)械運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力或改變機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式的構(gòu)件組合體。例如我們?cè)诠こ躺匣蛏钪谐Ｒ姷凝X輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等等。在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，人們?yōu)榱烁纳苿趧?dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，創(chuàng)造和發(fā)展了各種機(jī)械機(jī)器的種類很多，根據(jù)其用途不同，可以分為：動(dòng)力機(jī)器（如電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)等）、加工機(jī)器（如機(jī)床、紡織機(jī)、包裝機(jī)等）、運(yùn)輸機(jī)器（如汽車、拖拉機(jī)、輸送機(jī)等）和信息處理機(jī)器（如計(jì)算機(jī)、機(jī)械積分儀、記帳機(jī)等）。一部機(jī)器都是由若干個(gè)機(jī)構(gòu)組合而成，共同聯(lián)合工作而實(shí)現(xiàn)預(yù)定的工作要求的，如圖1-1所示的牛頭刨床。牛頭刨床的工作過程是：電動(dòng)機(jī)通電后開始工作，帶動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、刀具運(yùn)動(dòng)以及工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)工件的刨削工作。圖1-1

又如圖所示1－2所示的內(nèi)燃機(jī)，它由氣缸體（機(jī)架）、曲軸、連桿、活塞、進(jìn)氣閥、排氣閥、推桿、凸輪及齒輪等所組成。當(dāng)燃?xì)馔苿?dòng)活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過連桿使曲軸作連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)換成曲軸的機(jī)械能。為了保證曲軸的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪、凸輪、推桿和彈簧等的作用，按一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律啟閉閥門，以輸入燃?xì)夂团懦龔U氣。

圖1－2內(nèi)燃機(jī)通過對(duì)該機(jī)構(gòu)分析，我們可以發(fā)現(xiàn)它主要有三種機(jī)構(gòu)組成：1）由機(jī)架、曲軸、連桿和活塞組成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，它將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲軸的連續(xù)運(yùn)動(dòng)；2）由機(jī)架、凸輪和推桿構(gòu)成的凸輪機(jī)構(gòu)，它將凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；3）由機(jī)架、齒輪構(gòu)成的齒輪機(jī)構(gòu)，其作用是改變轉(zhuǎn)速的大小和方向。從大的方面看，機(jī)器由三個(gè)部分所組成，即原動(dòng)部分、傳動(dòng)部分和執(zhí)行部分。伴隨著科技的發(fā)展，一個(gè)重要的趨勢(shì)就是各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域之間的相互滲透和融合。如今在機(jī)械工程領(lǐng)域，自動(dòng)控制、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等地應(yīng)用日益廣泛和深入，因此從某種意義上來說：現(xiàn)代的機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)該是機(jī)電一體化的系統(tǒng)。一個(gè)現(xiàn)代化的機(jī)械系統(tǒng)包括四個(gè)方面，即：原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)。原動(dòng)機(jī)的功能是用來接受外部能源，通過轉(zhuǎn)換而自由運(yùn)行（轉(zhuǎn)），為機(jī)械系統(tǒng)提供動(dòng)力輸入（多數(shù)情況下是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)），例如電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能、內(nèi)燃機(jī)將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能等等。傳動(dòng)部分由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，用于將運(yùn)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)（如速度、轉(zhuǎn)矩等）進(jìn)行變換，改變?yōu)閳?zhí)行部分所需的運(yùn)轉(zhuǎn)形式，從而使執(zhí)行部分實(shí)現(xiàn)預(yù)期的生產(chǎn)職能。雖然機(jī)器的種類很多，在我們的生活中普遍存在、發(fā)揮著各不相同的作用，這些機(jī)器的具體構(gòu)造也各不相同，但從機(jī)械的組成分析，又有共同點(diǎn)，它們都是由一些典型的零件和機(jī)構(gòu)所組成。所有這些機(jī)器都具有三個(gè)共同的基本特征：1．機(jī)器都是由一系列構(gòu)件（也稱運(yùn)動(dòng)單元體）組成；2．組成機(jī)器的各構(gòu)件之間都具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；3．機(jī)器均能轉(zhuǎn)換機(jī)械能或完成有用的機(jī)械功；機(jī)器的種類繁多，其構(gòu)造、性能和用途各不相同,但從機(jī)器的組成分析，它們都是由一些典型的機(jī)構(gòu)和零件所組成.機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)傳遞機(jī)械運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力或改變機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式的構(gòu)件組合體。例如我們?cè)诠こ躺匣蛏钪谐Ｒ姷凝X輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)、帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等等。機(jī)構(gòu)雖然有許多種類，用途各有不同，但它們都有與機(jī)器前兩個(gè)特征相同的特征。由上述分析可知，機(jī)構(gòu)是機(jī)器的重要組成部分，用以實(shí)現(xiàn)機(jī)器的動(dòng)作要求。一部機(jī)器可能只包含有一個(gè)機(jī)構(gòu)，也可由若干個(gè)機(jī)構(gòu)所組成。

機(jī)器與機(jī)構(gòu)的根本區(qū)別在于，機(jī)構(gòu)的主要職能是傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，而機(jī)器的主要職能除傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力外，還能轉(zhuǎn)換機(jī)械能或完成有用的機(jī)械功。組成機(jī)械的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的單元體稱為構(gòu)件，可以是一個(gè)零件，也可以是由幾個(gè)零件組成的剛性結(jié)構(gòu)。構(gòu)件與零件的根本區(qū)別在于：構(gòu)件是運(yùn)動(dòng)的單元體，而零件是制造的單元體。這些自由分散的零件，一旦按照一定的方式和規(guī)則組合到一部機(jī)器中，它們就成為機(jī)器上不可或缺的一部分，發(fā)揮著各自的作用。特別是一些關(guān)鍵零部件，決定著整個(gè)機(jī)器的性能。在各種機(jī)械中普遍使用的零件稱為通用零件，如螺釘、軸、軸承、齒輪等。只在某種機(jī)器中使用的零件稱為專用零件，如活塞、曲軸、葉片等。§1.2本課程的研究?jī)?nèi)容本課程主要闡述機(jī)械設(shè)計(jì)的一般原則和程序主要內(nèi)容和應(yīng)滿足的基本要求，機(jī)械零件的一般設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和工作能力，常用工程材料等；機(jī)械的組成、常用的機(jī)械傳動(dòng)以及通用的聯(lián)接零件，軸系零件的工作原理、特點(diǎn)和基本設(shè)計(jì)方法或選用原則。雖然我們的學(xué)習(xí)是分散進(jìn)行，而且只能選擇極少數(shù)典型例子來學(xué)習(xí)，但不能把它們看作是分散孤立的，要牢記它們都是為機(jī)器整體的要求服務(wù)的，要能夠透過典型看到一般，透過分散想到整體的要求，牢固樹立工程的觀點(diǎn)?！?.3本課程的研究任務(wù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是一門機(jī)械類及近機(jī)械類專業(yè)（例如我們的機(jī)電技術(shù)教育專業(yè)）進(jìn)入專業(yè)課學(xué)習(xí)前必修的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，研究各類機(jī)械共同特性的基礎(chǔ)知識(shí)，目的是培養(yǎng)學(xué)生具有一定設(shè)計(jì)能力的技術(shù)基礎(chǔ)課程。它主要是在我們學(xué)習(xí)過高等數(shù)學(xué)、普通物理、理論力學(xué)等理論基礎(chǔ)課之后，將理論和實(shí)際機(jī)械相結(jié)合來探討機(jī)械內(nèi)部基本規(guī)律的基礎(chǔ)性理論課程。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化水平的提高，任何一個(gè)行業(yè)領(lǐng)域都在廣泛的使用機(jī)械。對(duì)于工程技術(shù)人員來說，必將遇到機(jī)械設(shè)備的使用、維護(hù)、管理等問題，需要?jiǎng)?chuàng)造出大量結(jié)構(gòu)新穎、性能優(yōu)良的新型機(jī)械設(shè)備充實(shí)和裝備各行業(yè)；需要更新改造現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備，以期合理地使用，發(fā)揮其潛力。這就要求我們必須了解和具備一定的機(jī)械方面的知識(shí)。本課程所學(xué)內(nèi)容是研究現(xiàn)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)、工作性能和設(shè)計(jì)、發(fā)明新機(jī)械的知識(shí)基礎(chǔ)。它對(duì)機(jī)械類及近機(jī)械類各專業(yè)的專業(yè)課學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)乃至將來參加實(shí)際工作都有直接的和長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義，起著非常重要的作用。通過本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)達(dá)到的基本要求是：1）掌握機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理、運(yùn)動(dòng)特性和機(jī)械動(dòng)力學(xué)的知識(shí)，初步具備確定機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案、分析和設(shè)計(jì)基本機(jī)構(gòu)的能力；2）掌握通用機(jī)械零件的工作原理、特點(diǎn)、選用和設(shè)計(jì)計(jì)算的基本知識(shí)，具備設(shè)計(jì)一般簡(jiǎn)單機(jī)械的能力；3）具備運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)等有關(guān)技術(shù)資料的能力。本課程涉及的知識(shí)面較廣同時(shí)又偏重于應(yīng)用，所以需要我們能夠綜合應(yīng)用許多先修課程的知識(shí)，學(xué)習(xí)時(shí)重視理論聯(lián)系實(shí)際，重視基本技能的訓(xùn)練，注意分析問題和解決問題的方法。一方面要著重搞清基本概念，理解基本原理，掌握機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)的基本方法；另一方面也要要注意這些原理和方法在機(jī)械工程上實(shí)際應(yīng)用的范圍和條件。

具體而言就是：1）強(qiáng)化搞清基本概念：本課程的特點(diǎn)之一就是名詞概念多，我們要牢記這些基本概念不僅僅是簡(jiǎn)單的名詞定義，它對(duì)課程的學(xué)習(xí)、認(rèn)識(shí)、理解有著非常重要的作用，有時(shí)就是直接利用基本概念來分析、解決問題，以及進(jìn)行機(jī)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)。因此，對(duì)所涉及到的基本概念不能死記硬背，要結(jié)合圖形進(jìn)行理解記憶，必須重點(diǎn)搞清其含義和指導(dǎo)意義。

2）深化理解基本原理：對(duì)課程中涉及到的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)理論、機(jī)構(gòu)分析的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論、齒輪嚙合、加工及其傳動(dòng)理論、機(jī)械速度波動(dòng)及調(diào)節(jié)原理、機(jī)械平衡理論等，要充分理解搞懂，要能夠正確應(yīng)用這些理論。并要善于用理論及其公式證明問題和解決問題，使之更有說服力。3）牢牢掌握基本研究方法：課程中各種基本設(shè)計(jì)方法，以及機(jī)構(gòu)組合、變異、演化方法等是本門課程使用的基本研究方法，應(yīng)牢牢掌握并善于用其解決工程實(shí)際問題。

4）逐步樹立工程觀點(diǎn)：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是一門理論性和實(shí)踐性都比較強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，研究對(duì)象和內(nèi)容就是工程實(shí)際上常用的機(jī)械及其相關(guān)知識(shí)，學(xué)習(xí)過程中應(yīng)把基本原理和方法與研究的實(shí)際機(jī)構(gòu)和機(jī)器密切聯(lián)系起來。善于用所學(xué)的知識(shí)觀察和分析所遇到的各種機(jī)構(gòu)和機(jī)器。在附加一定條件下，可將一些比較復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)化為比較簡(jiǎn)單的問題，注意各種理論和方法的應(yīng)用條件和范圍，正確而靈活的運(yùn)用。同時(shí)要注意，在實(shí)際工作中，有些需要嚴(yán)格的理論分析，有些則采用實(shí)驗(yàn)、試湊、近似等簡(jiǎn)化方法，解決工程實(shí)際問題可以有幾種方法，其所得結(jié)果也往往不唯一，有時(shí)也不要求十分精確。因此，樹立工程觀點(diǎn)，培養(yǎng)綜合分析、判斷、決策能力，和嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度是十分重要的，對(duì)所有這些方法都要給予足夠的重視?！?.4機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展簡(jiǎn)介機(jī)械設(shè)計(jì)的歷史可以追溯到人類開始制造和使用工具的初期；在經(jīng)歷了直覺設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、半經(jīng)驗(yàn)半理論設(shè)計(jì)的漫長(zhǎng)演變歷程后，到20世紀(jì)70年代隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)地迅猛發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)來完成技術(shù)設(shè)計(jì)的有關(guān)分析、計(jì)算和繪圖作業(yè)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）逐漸得到開發(fā)應(yīng)用。而本課程的學(xué)習(xí)正是開發(fā)和應(yīng)用計(jì)算機(jī)CAD軟件所必須得重要知識(shí)之一。此外，有限元分析和機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)則是機(jī)械CAD的兩大支撐技術(shù)。在機(jī)械CAD發(fā)展的同時(shí)，人們不滿足僅僅利用計(jì)算機(jī)來代替人工分析、計(jì)算和繪圖，而試圖在機(jī)械設(shè)計(jì)的全過程中發(fā)揮計(jì)算機(jī)的效能，于是出現(xiàn)了協(xié)助技術(shù)人員進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的CAPP，以及將人工智能應(yīng)用于方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)以及工藝設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化；

進(jìn)而又提出將設(shè)計(jì)、制造及生產(chǎn)管理等應(yīng)用計(jì)算機(jī)加以集成化的計(jì)算機(jī)制造系統(tǒng)（CIMS），現(xiàn)已獲得初步成效。另一方面，工程設(shè)計(jì)方法學(xué)的研究也得到重視和長(zhǎng)足的進(jìn)展，如系統(tǒng)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、人機(jī)工程以及可靠性設(shè)計(jì)等；近年來隨著對(duì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)的認(rèn)識(shí)和對(duì)創(chuàng)造性的高度重視，機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)已經(jīng)稱為一個(gè)重要研究方向。所以，在學(xué)習(xí)本課程的同時(shí)，應(yīng)密切關(guān)注有關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)向和最新成果，才可能適應(yīng)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展和激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。第二節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)基本要求和一般程序§2.1機(jī)械設(shè)計(jì)的重要性從某種意義上說，機(jī)械設(shè)計(jì)水平的高低可以說是衡量一個(gè)國(guó)家技術(shù)發(fā)展水平的尺度。90年代末，美國(guó)就提出了“為競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)而設(shè)計(jì)”（DesigningforCompetitiveAdvantage)的口號(hào)。也有人說“21世紀(jì)將是設(shè)計(jì)的世紀(jì)”。面向國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)必須依靠產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)，而人們手中最重要的武器就是“設(shè)計(jì)”。

20世紀(jì)后期所形成的全球經(jīng)濟(jì)一體化格局，預(yù)示著21世紀(jì)在世界范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)更加激烈。對(duì)于包括機(jī)械制造在內(nèi)的制造業(yè)來說，這種競(jìng)爭(zhēng)就具體體現(xiàn)在產(chǎn)品上，即要求：產(chǎn)品上市快（T）、質(zhì)量高（Q）、成本低（C）、服務(wù)好（Ｓ），從而才能占領(lǐng)市場(chǎng)。而這些要求在很大程度上就取決于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)來說，就是適應(yīng)市場(chǎng)的需求，以最短的設(shè)計(jì)周期，拿出功能強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好、便于使用于維護(hù)的產(chǎn)品。機(jī)械設(shè)計(jì)在機(jī)器制造業(yè)起著十分重要的作用，往往機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能和競(jìng)爭(zhēng)力就在于設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，雖然機(jī)械產(chǎn)品成本中的約80％是制造費(fèi)用，設(shè)計(jì)成本只占5％左右，而就是這5％的設(shè)計(jì)活動(dòng)決定著70～80％的產(chǎn)品成本。而機(jī)械制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家自立于世界的標(biāo)志，是國(guó)家財(cái)政收入的主要?jiǎng)?chuàng)造者，其產(chǎn)值占到國(guó)民產(chǎn)值得80%左右。所以，作為機(jī)電專業(yè)的學(xué)生必須努力學(xué)習(xí)，掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的基本原理、方法和技能，只有這樣才能成為國(guó)家的有用之才，才能肩負(fù)起我國(guó)工業(yè)振興的重任?！?.2機(jī)械設(shè)計(jì)一般過程機(jī)械設(shè)計(jì)過程一般包括四個(gè)階段，即：1）明確任務(wù)階段；2）方案設(shè)計(jì)階段；3）技術(shù)設(shè)計(jì)階段；4）施工設(shè)計(jì)階段。1）明確任務(wù)階段在實(shí)際工作中，我們知道有各種各樣的、用途各不相同的機(jī)器。但是，所有這些機(jī)器的設(shè)計(jì)過程都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即都是從提出設(shè)計(jì)任務(wù)開始的。而設(shè)計(jì)任務(wù)的提出主要是依據(jù)工作和生產(chǎn)的需要。設(shè)計(jì)任務(wù)一般是以任務(wù)書的形式下達(dá)的，其中明確規(guī)定有：機(jī)器的用途、主要性能參數(shù)范圍、工作環(huán)境條件、特殊要求、生產(chǎn)批量、預(yù)期成本、完成期限、承制單位等內(nèi)容。一般是由主管單位、用戶提出。任務(wù)書的要求決定了設(shè)計(jì)工作的內(nèi)容、質(zhì)量和水平。例如，批量和用途直接決定加工手段、成本等內(nèi)容，同時(shí)也必須考慮承制單位的加工能力。2）方案設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)部門和設(shè)計(jì)人員首先要認(rèn)真研究任務(wù)書，在全面明確上述要求后，在調(diào)查研究、分析資料的基礎(chǔ)上，擬訂設(shè)計(jì)計(jì)劃，按照下述的步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)：（1）機(jī)器工作原理選擇;（2）機(jī)器的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì);（3）機(jī)器的動(dòng)力設(shè)計(jì)（1）機(jī)器工作原理選擇工作原理是實(shí)現(xiàn)預(yù)期職能的基本依據(jù)。我們聽說過“條條道路通羅馬”的話，實(shí)現(xiàn)同樣的預(yù)期職能，可以采用不同的工作原理、方法和途徑。所以，在研制新機(jī)器時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體情況提出多種不同的工作原理，通過全面分析比較，從中選擇最滿意的一種。例如采煤，可以使用風(fēng)鎬，也可以使用高壓水柱沖擊煤層開采，也可以采用割煤機(jī)進(jìn)行開采等。（2）機(jī)器的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)就是根據(jù)上一步確定的機(jī)器工作原理，確定機(jī)器執(zhí)行部分的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。例如牛頭刨床，要求工作行程要慢、而返回行程要快。這一步主要依據(jù)我們前面所述的機(jī)械原理知識(shí)來完成。這里，必須同時(shí)考慮選擇適當(dāng)?shù)脑瓌?dòng)機(jī)，妥善考慮和設(shè)計(jì)機(jī)械的傳動(dòng)部分實(shí)現(xiàn)方法，并考慮運(yùn)動(dòng)參數(shù)調(diào)整的必要性于可能性。

（3）機(jī)器的動(dòng)力設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)器的工作原理和運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)果，按照機(jī)器的總體性能要求，根據(jù)其運(yùn)動(dòng)特性、工作阻力、速度、傳動(dòng)效率等，計(jì)算機(jī)器所需的驅(qū)動(dòng)功率，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)機(jī)的選擇。同時(shí)也要考慮調(diào)節(jié)于控制的必要性于可能性，也可以利用機(jī)械原理和電工學(xué)知識(shí)來完成。3）技術(shù)設(shè)計(jì)階段主要是依據(jù)原動(dòng)機(jī)的特性和運(yùn)轉(zhuǎn)特性或根據(jù)零部件的工作載荷進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般采用前一種方法，選擇設(shè)計(jì)出各零部件。在工作原理確定之后的工作，就是將前面選定的設(shè)計(jì)方案通過必要的分析計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用圖面（裝配圖、零件圖等）及技術(shù)文件的形式來加以具體表示。包括：運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、動(dòng)力分析、整體布局、零件結(jié)構(gòu)、材料、尺寸、精度和其它參數(shù)的確定以及必要的強(qiáng)度和剛度計(jì)算等。反映在實(shí)際工作的成果——圖紙上，大體可以分為四個(gè)步驟：（一）總體設(shè)計(jì)階段：根據(jù)工作原理繪制機(jī)器的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，這是圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的第一階段。在這個(gè)階段，要考慮各個(gè)機(jī)構(gòu)主要零件的大體位置。同時(shí)，為了擬訂機(jī)器的總體布置，需要分析比較各種可能的傳動(dòng)方案。（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段：考慮和決定各部分的相對(duì)位置和聯(lián)接方法，零件的具體形狀、尺寸、安裝等一系列問題，把機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖變成具體的裝配圖（或結(jié)構(gòu)圖），這是圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的第二個(gè)階段。（三）零件設(shè)計(jì)階段：裝配圖只確定了機(jī)器的總體尺寸、各個(gè)零部件的相對(duì)位置及配合關(guān)系，而沒有反映出各個(gè)零件的全部尺寸、結(jié)構(gòu)等。零件設(shè)計(jì)階段就是把機(jī)器的所有零件（標(biāo)準(zhǔn)件除外）拆分出來，繪制成零件圖，為加工提供依據(jù)。（四）技術(shù)文件制定：完成圖紙滯后，必須完成一系列的技術(shù)文件，應(yīng)包括各種明細(xì)表、系統(tǒng)圖、設(shè)計(jì)說明書和使用說明書等。4）施工設(shè)計(jì)階段（工藝設(shè)計(jì)）本階段是將設(shè)計(jì)與制造聯(lián)接起來的重要環(huán)節(jié)，即規(guī)劃零件的制造工藝流程，確定工藝參數(shù)、檢測(cè)手段、夾具、模具設(shè)計(jì)等工作。這些屬于機(jī)制工藝學(xué)課程的內(nèi)容。由于在很大程度上取決于經(jīng)驗(yàn)、依賴于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，所以計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（CAPP）未能像機(jī)械CAD一樣獲得突破性進(jìn)展和廣泛應(yīng)用。一個(gè)完整的設(shè)計(jì)過程不但包含以上四個(gè)階段，還包括制造、裝配、試車、生產(chǎn)等所有環(huán)節(jié)，對(duì)圖紙和技術(shù)文件進(jìn)行完善和修改，直到定型投入正式生產(chǎn)的全過程。實(shí)際工作中，上述的幾個(gè)階段是交叉反復(fù)進(jìn)行的。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、三維圖形技術(shù)以及虛擬裝配制造技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)方法有了極大的變革，借助這些技術(shù)我們可以極大地降低設(shè)計(jì)和試制成本，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力?！?.3機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求一）機(jī)器應(yīng)該滿足的基本要求1．使用性要求（實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能，滿足運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能的要求）（功能性要求）機(jī)器必須能夠保證在預(yù)定壽命期間內(nèi)，按照規(guī)定的技術(shù)條件順利而有效地實(shí)現(xiàn)全部預(yù)期職能的要求，不能失效。它是設(shè)計(jì)的最基本的出發(fā)點(diǎn)。這是依靠正確選擇機(jī)器的工作原理、機(jī)構(gòu)類型、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案，以及正確設(shè)計(jì)零部件的機(jī)構(gòu)組合來保證。2．經(jīng)濟(jì)性要求這是一個(gè)綜合性指標(biāo)，表現(xiàn)在設(shè)計(jì)制造和使用兩個(gè)方面。提高設(shè)計(jì)制造的經(jīng)濟(jì)性的途徑有三條：1）使產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化；2）運(yùn)用現(xiàn)代化設(shè)計(jì)制造方法；3）科學(xué)管理。提高使用經(jīng)濟(jì)性的途徑有四條：1）提高機(jī)械化、自動(dòng)化水平；2）提高機(jī)械效率；3）延長(zhǎng)使用壽命；4）防止無意義的損耗。3．安全性要求有三個(gè)含義：1）設(shè)備本身不因過載、失電以及其它偶然因素而損壞；2）切實(shí)保障操作者的人身安全（勞動(dòng)保護(hù)性）；3）不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。勞動(dòng)保護(hù)性有三個(gè)方面：1）提高操作安全性，在外露的旋轉(zhuǎn)部件應(yīng)添加安全罩，某些需要的地方需設(shè)立安全報(bào)警裝置，例如煤氣、鍋爐等；2）降低體力及腦力損耗，從操作力、過程的復(fù)雜程度、操縱數(shù)目等方面進(jìn)行考慮；例如在具有集中潤(rùn)滑的大型設(shè)備中，采用如圖所示的聯(lián)鎖裝置，以降低操作者的精神負(fù)擔(dān)。3）改善操作環(huán)境，增加操作的舒適性，例如乘座的振動(dòng)、機(jī)器外觀的色彩搭配等等。4．工藝性要求這包含兩個(gè)方面1）裝配工藝性2）零件加工工藝性。在不影響工作性能的前提下，應(yīng)使機(jī)構(gòu)盡可能地簡(jiǎn)化，力求用簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)裝置取代復(fù)雜的裝置去完成同樣的職能，便于拆裝，盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件。零件的結(jié)構(gòu)合理，很好的處理設(shè)計(jì)與制造的矛盾，滿足加工制造的需要。5．可靠性要求隨著機(jī)械系統(tǒng)日益復(fù)雜化、大型化、自動(dòng)化及集成化，要求機(jī)械系統(tǒng)在預(yù)定的環(huán)境條件下和壽命期限內(nèi)，具有保持正常工作狀態(tài)的性能，這就稱為可靠性。6．其它特殊要求針對(duì)某一具體的機(jī)器，都有一些特殊的要求。例如：飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量要輕、食品等機(jī)械、紡織機(jī)械等不得對(duì)產(chǎn)品造成污染等。二）機(jī)械零件設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則及一般步驟1、設(shè)計(jì)機(jī)械零件的基本要求機(jī)械零件的設(shè)計(jì)，必須依據(jù)其在機(jī)器中的作用及工作情況，滿足強(qiáng)度、剛度、壽命、工藝性、可靠性以及某些特殊的要求的一部分或全部?jī)?nèi)容。具體有以下幾個(gè)方面：1）在預(yù)定壽命期限內(nèi)不失效——設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

機(jī)械零件應(yīng)某種原因不能正常工作的現(xiàn)象稱為失效。機(jī)械零件的主要失效形式有斷裂、表面破壞（腐蝕、磨損和接觸疲勞等）、過量殘余變形和正常工作條件的破壞。維避免這些失效，設(shè)計(jì)中需要考慮以下幾個(gè)問題。a.強(qiáng)度要求

零件在工作時(shí)，在額定的工作條件下，既不發(fā)生任何形式的破壞，也不產(chǎn)生超過容許限度的殘余變形，能保證機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和工作，我們就認(rèn)為該零件滿足了強(qiáng)度要求。強(qiáng)度不足是零件在工作中斷裂或過量殘余變形的直接原因。

零件的強(qiáng)度分為體積強(qiáng)度和表面接觸強(qiáng)度。零件在載荷作用下，如果產(chǎn)生的應(yīng)力在較大的體積內(nèi)，則這種應(yīng)力狀態(tài)下的零件強(qiáng)度稱為體積強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱強(qiáng)度，即平常我們所說的強(qiáng)度）。若兩個(gè)零件在受載前后由點(diǎn)接觸或線接觸變?yōu)樾”砻娣e接觸，且其表面產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力（稱為接觸應(yīng)力），這時(shí)零件的強(qiáng)度稱為表面接觸強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱接觸強(qiáng)度）。在設(shè)計(jì)中，除了部分受力較小或形狀復(fù)雜無法計(jì)算的零件靠經(jīng)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)確定外，大多數(shù)重要零件都是利用強(qiáng)度條件式來校核的（材料力學(xué)中的相關(guān)強(qiáng)度理論）。若零件的強(qiáng)度不夠，就會(huì)出現(xiàn)整體斷裂，表面接觸疲勞或塑性變形等失效而喪失工作能力，所以設(shè)計(jì)零件時(shí)必須滿足強(qiáng)度要求。其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：

<[]=其中: ——稱作計(jì)算應(yīng)力；[]——稱作許用抗拉應(yīng)力P——拉力載荷；F——面積尺寸；——極限應(yīng)力；S——安全系數(shù)其含義是：零件中的應(yīng)力應(yīng)當(dāng)小于或等于其許用應(yīng)力[]才能滿足強(qiáng)度要求。該公式由于是用來校核零件的初定剖面F是否滿足強(qiáng)度要求的，所以稱為校核公式。要注意的是：如果零件剖面上承受的載荷是剪載荷，分別可以用剪應(yīng)力和許用剪應(yīng)力[]等代入上面的式中進(jìn)行計(jì)算?？梢钥闯觯簭?qiáng)度準(zhǔn)則就是把對(duì)零件起損傷作用的一方（例如載荷和應(yīng)力）與零件對(duì)損傷起抵抗作用的一方進(jìn)行比較來判斷零件強(qiáng)度的。通過上面的強(qiáng)度條件式，可以發(fā)現(xiàn)，提高零件強(qiáng)度的措施有：1）增大零件危險(xiǎn)剖面的尺寸、合理設(shè)計(jì)剖面形狀，以增大剖面面積的慣性矩；2）采用高強(qiáng)度材料，對(duì)材料進(jìn)行提高強(qiáng)度及降低內(nèi)應(yīng)力的熱處理，控制加工工藝以減小或消除微觀缺陷等；3）力求降低零件上的載荷，例如減小軸的支承跨距以降低作用在其上的彎矩，采用減振結(jié)構(gòu)以降低沖擊載荷等；4）妥善設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)以降低應(yīng)力集中程度等。b.剛度要求在機(jī)器工作時(shí)，有時(shí)機(jī)器并沒有破壞，但是由于零件的變形而導(dǎo)致機(jī)器的失效或不能正常的工作或完成預(yù)定的工作任務(wù)。這就是剛度失效。對(duì)于這類情況，我們不但要求進(jìn)行強(qiáng)度的計(jì)算，同時(shí)要進(jìn)行剛度的計(jì)算。零件的剛度要求是指工作時(shí)，零件所產(chǎn)生的彈性變形不超過規(guī)定的限度。剛度的計(jì)算是利用剛度條件式來判定的。針對(duì)彈性變形的二種情況（彎曲和扭轉(zhuǎn)），剛度條件式分別為：或；有時(shí)也可以直接利用剛度要求來進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般來說滿足剛度要求的零件都滿足強(qiáng)度要求。剛度分為兩類：體積剛度和表面接觸剛度。上面所述的剛度都屬于體積剛度。兩個(gè)比較粗糙的接觸表面，在大的壓力作用下，接觸表面的微觀凸峰將會(huì)被壓平，就會(huì)引起兩零件的相對(duì)位置發(fā)生超過容許限度的變化，就產(chǎn)生不能滿足接觸剛度的情況。在設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)該給予充分的注意。

提高零件整體剛度的原則措施有：1）適當(dāng)增加零件的剖面尺寸；2）合理設(shè)計(jì)零件的剖面形狀；3）合理添置加強(qiáng)筋，采用多支點(diǎn)結(jié)構(gòu)；4）提高零件接觸表面的加工精度或經(jīng)適度跑合，以降低表面粗糙度；5）適當(dāng)增大接觸面積，以降低單位壓力等。c.壽命要求壽命要求就是要求零件在預(yù)定工作期間保持正常工作而不致報(bào)廢。主要是針對(duì)那些在變應(yīng)力下工作和工作時(shí)受到磨損或腐蝕的零件提出的。

提高零件壽命的措施主要有：1）妥善設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)以降低應(yīng)力集中程度；2）采用精加工或表面強(qiáng)化處理以提高零件工作表面的質(zhì)量；3）合理選擇摩擦副配對(duì)材料、潤(rùn)滑劑與潤(rùn)滑方法以提高零件抗磨損能力；4）選用耐腐蝕材料制造在腐蝕介質(zhì)中工作的零件；5）利用熱處理提高零件材料的機(jī)械性能或利用滾壓、噴丸等工藝使零件表面產(chǎn)生有利的殘余預(yù)應(yīng)力等等。d.振動(dòng)性和噪聲要求隨著機(jī)械向高速發(fā)展和人們對(duì)環(huán)境舒適性要求的提高，對(duì)機(jī)械振動(dòng)和噪聲的要求也越來越高。當(dāng)機(jī)械或零件的固有振動(dòng)頻率等于或接近受激振源作用所引起的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率時(shí)，將產(chǎn)生共振。這不但影響機(jī)器的正常工作，甚至?xí)斐善茐男允鹿?。因此，?duì)于高速機(jī)械應(yīng)該進(jìn)行振動(dòng)分析和計(jì)算，采取降低振動(dòng)和噪聲的措施。具體來說，并不是每一類型的零件都需要進(jìn)行所有上述的計(jì)算，而是從實(shí)際載荷的工作條件出發(fā)，分析其主要的失效形式，再確定其計(jì)算準(zhǔn)則，必要時(shí)再按其它要求進(jìn)行校核。例如，機(jī)床主軸，首先根據(jù)剛度確定尺寸，再校核其強(qiáng)度、振動(dòng)穩(wěn)定性。2)工藝性要求所謂機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性，是指在一定生產(chǎn)條件下，能夠方便經(jīng)濟(jì)地制造和裝配，即零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)使之易于加工。工藝性要求也是零件設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，必須要從生產(chǎn)批量、材料、毛坯制作、加工方法、裝配過程等方面進(jìn)行全面的考慮。由于制造費(fèi)用一般要占產(chǎn)品成本的80％以上，所以工藝性的好壞直接影響著零件的經(jīng)濟(jì)性。有人說：一個(gè)好的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該首先是一個(gè)工藝師。3）經(jīng)濟(jì)性要求零件的經(jīng)濟(jì)性要求就是要用最低的成本和最少的工時(shí)制造出滿足技術(shù)要求的零件。我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須時(shí)刻牢記，要從降低材料消耗、盡可能利用廉價(jià)材料代替昂貴的材料、盡可能多使用標(biāo)準(zhǔn)件等等方面入手，努力提高經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。4）可靠性零件可靠性的概念與機(jī)械系統(tǒng)可靠性相似，并且用零件的可靠度來衡量。零件可靠度定義為：在預(yù)定的環(huán)境條件下和使用時(shí)間（壽命）內(nèi)，零件能夠正常工作而不會(huì)失效的概率（可能性）。5）標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化是指對(duì)零件的特征參數(shù)及其結(jié)構(gòu)尺寸、檢驗(yàn)方法和制圖的規(guī)范化要求。機(jī)械零件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)分為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB）、部頒標(biāo)準(zhǔn)（如JB、YB等）和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等三級(jí)，這些標(biāo)準(zhǔn)（特別是國(guó)家和有關(guān)部頒標(biāo)準(zhǔn)）是在機(jī)械設(shè)計(jì)中必須嚴(yán)格遵守的。此外，進(jìn)出口產(chǎn)品一般還應(yīng)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO）。習(xí)慣上，又把零件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化稱作“三化”。這是縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量合生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的重要途徑。6）其它要求設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，在滿足上述的前提下還應(yīng)力圖減小質(zhì)量，減小材料消耗和慣性載荷，對(duì)于行走機(jī)械可以增大其有效的工作能力，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。此外，對(duì)于一些專門用途或在特殊環(huán)境下工作的機(jī)械零件，還需要考慮諸如耐高溫或低溫、耐腐蝕、表面裝飾和造型應(yīng)美觀等要求。2、機(jī)械零件設(shè)計(jì)的一般步驟1）根據(jù)零件的使用要求（如功率、轉(zhuǎn)速等），選擇零件的類型及結(jié)構(gòu)型式，并擬定計(jì)算簡(jiǎn)圖。2）分析作用在零件上的載荷（拉、壓力，剪切力）。3）根據(jù)零件的工作條件，按照相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，確定許用應(yīng)力。4）分析零件的主要失效形式，按照相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，確定零件的基本尺寸。5）按照結(jié)構(gòu)工藝性、標(biāo)準(zhǔn)化的要求，設(shè)計(jì)零件的結(jié)構(gòu)及其尺寸。6）繪制零件的工作圖，擬定必要的技術(shù)條件，編寫計(jì)算說明書。在實(shí)際工作中，有時(shí)采用與上述設(shè)計(jì)步驟相反的校核計(jì)算：即先參照已有的實(shí)物或圖樣，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用類比法來初步確定零件的結(jié)構(gòu)尺寸；再根據(jù)載荷應(yīng)力分析來確定有關(guān)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并驗(yàn)算零件中的工作應(yīng)力（或計(jì)算應(yīng)力）是否小于或等于許用應(yīng)力，或者驗(yàn)算其安全系數(shù)是否大于或等于許用安全系數(shù)。第三節(jié)許用應(yīng)力和安全系數(shù)

載荷是指構(gòu)件或零件工作時(shí)所承受的外力。根據(jù)載荷性質(zhì)不同，可以分為靜載荷和變載荷兩類。不隨時(shí)間變化的或變化很小的載荷稱為靜載荷，在靜載荷作用下產(chǎn)生的不隨時(shí)間變化或變化很小的應(yīng)力稱為靜應(yīng)力（如圖1－4所示）。如鍋爐中的壓力、擰緊螺栓引起的應(yīng)力等。大小和方向隨時(shí)間而變化的載荷稱為變載荷。在變載荷作用下產(chǎn)生的隨時(shí)間變化的應(yīng)力稱為變應(yīng)力（例如齒輪傳動(dòng)中輪齒的應(yīng)力）。典型的有：非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力、對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力和脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力三類。圖1－5如圖1－5所示，穩(wěn)定變應(yīng)力的最大應(yīng)力為最小應(yīng)力為其平均應(yīng)力和應(yīng)力幅分別為：圖1－5最小應(yīng)力與最大應(yīng)力之比稱為循環(huán)特征r，即：由上述可知，變應(yīng)力參數(shù)共有五個(gè)，即：、、r、、。已知其中兩個(gè)參數(shù)便可以求出其余參數(shù)。而循環(huán)特征參數(shù)r可以用來表示變應(yīng)力的變化情況。圖1－6圖1－5圖1－7機(jī)械零件中的變應(yīng)力多數(shù)情況下可以按照對(duì)稱循環(huán)（r=—1）或脈動(dòng)循環(huán)（r＝0）來處理。例如：轉(zhuǎn)軸中的彎曲應(yīng)力可以看作對(duì)稱循環(huán)（r=—1），單向轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸中的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力r＝0；而一般情況下是—1<r<1。由于靜應(yīng)力的分析和設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單一點(diǎn)，而變應(yīng)力的處理則相對(duì)麻煩，所以一般在機(jī)械設(shè)計(jì)中只要能夠滿足工程的應(yīng)用，常常將那些應(yīng)力（或載荷）變化幅度不大和變化次數(shù)較少的情況也近似地按靜應(yīng)力來處理，以簡(jiǎn)化計(jì)算。3.2零件的極限應(yīng)力1、靜應(yīng)力下的極限應(yīng)力在靜應(yīng)力作用下工作的機(jī)械零件，其取決于零件的失效形式。對(duì)于脆性材料制成的零件應(yīng)防止發(fā)生斷裂，通常取材料的強(qiáng)度極限作為極限應(yīng)力；當(dāng)采用塑性材料制成零件時(shí)，應(yīng)防止產(chǎn)生過大的塑性變形，通常取材料的屈服極限作為極限應(yīng)力，即＝。2、變應(yīng)力下的極限應(yīng)力在變應(yīng)力下長(zhǎng)期工作的零件，其取決于材料的疲勞斷裂，而疲勞斷裂是一種損傷積累，它會(huì)在遠(yuǎn)低于強(qiáng)度極限的應(yīng)力下，突然斷裂而無明顯得塑性變形，這時(shí)的應(yīng)力稱為疲勞極限應(yīng)力（和稱為持久極限）。如圖1-8所示，表示應(yīng)力和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N之間關(guān)系的疲勞曲線。從圖中可以看出，應(yīng)力越小，零件材料經(jīng)受的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)也就越多。對(duì)于一般的鐵碳合金來說，當(dāng)循環(huán)次數(shù)N超過某一N0值以后，曲線趨于水平。此時(shí)，疲勞極限不再隨N地增加而降低，N0稱作循環(huán)基數(shù)，對(duì)應(yīng)于N0的應(yīng)力稱為材料的持久極限在對(duì)稱循環(huán)（r=—1）應(yīng)力作用下，取其作為極限應(yīng)力；在脈動(dòng)循環(huán)（r＝0）應(yīng)力作用下，取其持久極限作為極限應(yīng)力。NN0σ－1Nσ－1圖1－83、許用應(yīng)力和安全系數(shù)設(shè)計(jì)安全系數(shù)S是為了考慮一系列不定因素而取定的一個(gè)大于1的常數(shù)。在設(shè)計(jì)規(guī)范中都給出了S的范圍。同時(shí)，需要注意，不同的行業(yè)會(huì)有不同的要求，必須將行業(yè)的要求與通用的方法結(jié)合起來進(jìn)行選擇。選擇安全系數(shù)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)材料、工作條件、應(yīng)力計(jì)算等方面進(jìn)行綜合考慮。如果沒有規(guī)范可以參考，一般情況下可?。篠=1.25～4。也可以按照下表來選?。旱谒墓?jié)機(jī)械制造常用材料及選擇原則機(jī)械零件所用的材料是多種多樣的，有鋼、鑄鐵、有色合金和非金屬材料等。但是金屬材料，尤其是黑色金屬材料，應(yīng)用的最為廣泛?！?.1常用材料簡(jiǎn)介1）鋼a）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：這類鋼按供應(yīng)條件分主要有甲、乙兩類，機(jī)械制造中則使用甲類。供應(yīng)時(shí)只按機(jī)械性能，使用時(shí)不作熱處理，主要用于制造一般機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。b）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：具有較好的機(jī)械性能，可以使用熱處理在較大范圍內(nèi)提高機(jī)械性能，應(yīng)用最為廣泛。常用于制造要求較高的螺栓、扳手、齒輪、凸輪等。c）合金結(jié)構(gòu)鋼：由于碳素結(jié)構(gòu)鋼在某些特殊的地