设计机械零件是应满足的基本要求及其设计方法

设计机械零件是应满足的基本要求及其设计方法

机制（四）班冯阳0706014012

机械设计是一门应用技术科学，涉及数学、物理、化学、力学、材料科学、电子技术和制造技术等多学科与多技术领域。设计满足人们生产、生活需要，而且具有市场竞争力的产品是机械设计的核心任务。所以了解机械设计应满足的基本要求及其设计方法对我们机械系的学生是非常的重要的。

（一）首先我们先了解机械设计应满足的要求：

在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低；在预定使用期限内安全可靠，操作方便、维修简单和造型美观等。

概括地说是：工作可靠、成本低廉。避免失效、提高效益。

一、在预定的使用期限内（预定寿命）不失效

例如：

齿轮转动寿命15年、每年300天、两班制720h

滚动轴承60000c、3600h～7000c、2000h

为使机械零件具有预定寿命，从零件的工作能力出发要求零件具有一定的强度、刚度和寿命。

强度：材料抵抗负载的机械性能。

使零件具有适当的强度是设计时必须满足的最基本要求，拉伸σ＝

KF/A≤[σ]= σvm/S否则将发生断裂和残余变形。

提高强度的措施：

采用高强度材料

采用合理的剖面形加大危险剖面尺寸

通过热处理提高表面强度

提高制造精度降低动载荷

刚度：承受单位载荷时的变形

对精密零件或弹性变形过大会影响机器工作性能

零件刚度

整体变形刚度：零件整体伸长，扭转，抗曲

表面接触刚度：表面微观变形，导致相对位置发生变化

提高刚度方法：

整体：剖面尺寸跨距

表面：提高加工精度

寿命：在特定条件下，零件工作持续时间称为零件寿命。由于质量、磨损、腐蚀等原因，零件达不到预期寿命，例如疲劳实验机，影响零件寿命的主要因素：

材料疲劳

绝大多数零件是在变应力状况下工作的，疲劳失效是主要形式，例如在齿轮、轴承、轴、带传动。

一般通过限制是变应力≤疲劳极限应力来保证寿命。

磨损

牵引齿轮缸套轴承钢轨绝缘

防止：材料、密封、润滑

腐蚀

带来损失占总产值的３～４％

防止：

选用防腐材料：不锈钢、铜、铝合金、轴承蜗轮

表面保护：镀层：铬、锌，活塞

喷漆：法国埃菲尔铁塔仅６０年的维修费超过造价。

聚乙烯薄膜，机床

钢铁处锈纯化新工艺（北京、葛洲坝）

（二）在了解一些机械设计应满足的基本要求后，我们来说说一些机械设计的方法。

一．机械零件的设计方法通常分为常规设计方法和现代设计方法两大类

（一）常规设计方法是指采用一定的理论分析和计算，结合人们在长期的设计和生产实践中总结出的方法、公式、图表等进行设计的方法。它又可分为：

一理论设计

根据现有的设计理论和实验数据所进行的机械零件设计，称为理论设计。

理论设计分为：

（1）设计计算。由理论设计计算公式确定零部件的主要参数和

尺寸。

（2）校核计算。先按经验和某些简易的方法初步确定出零部件的主要参数和尺寸，代结构完全确定后，用理论校核公式

进行校核计算。

设计计算都用于能通过简单的力学模型进行设计的零部件;而校核计算都用于结构复杂、应力分布较复杂，但又能进行强度或刚度计算的零部件。

二经验设计

根据对某些零部件已有的设计与实际应用而归纳出的经验公式和数据，或者用类比法所进行的设计，称为经验设计。

经验设计简单方便，用于典型化的零部件，是比较实用的设计方法。但是他有较大的局部性，在确定零部件的结构参数时，由于考虑安全问题而容易导致结构笨重。

多数情况下，机械零件的设计同是采用上述的两种方法进行，因为设计计算和校核计算只能针对零部件的主要参数今次能够，大量的结构参数需要根据结构要求采取经验设计方法加以确定。

三模型实验设计

对于一些尺寸较大，结构复杂、工况条件特殊又难以进行理论设计计算的重要零部件，为了提高设计的可靠性，可采用莫行实验设计的方法。即把初步设计的零部件或机器做成小模型或小尺寸的样机，通过对模型或样机的实验，考核其性能并取得必要的数据，然后根据试验结果修改原初步设计，使其逐步完整。这样的设计过程，称为模型

实验设计。

这种设计方法费时、费钱，因此只用于特别重要的设计中。（二）现代设计方法是指在近二、三十年发展起来的更为完善、科学、计算精度高、设计与计算速度更快的机械设计方法。如机械优化设计、机械可靠性设计、计算机辅助设计等等。

我们就简单的介绍一下现代设计方法中的计算机辅助设计：

随着计算机的普及，机械零件设计越来越多地利用计算机的辅助设计方法。例如利用计算机绘制零件图纸，进行零件的各种参数计算等，Pro/ENGINEER就是这些计算机辅助设计软件中的佼佼者。

Pro/ENGINEER是由美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation）公司1989年推出的，目前，Pro/ENGINEER在2001版本的基础上推出了全新的Wildfire版本，该版本的操作在2001版本的基础上进行大幅度的改动，极大简化了用户操作步骤，更加方便人机交流，界面紧凑合理，并将当今领先的设计思想融入到整个设计流程中，极大地提高了工作效率，实测数据显示，较之2001版，其操作性方面的提高使设计效率最高可提高40%。

Pro/ENGINEER在机械零件设计上最重要的一个特点是参数式设计，就是将零件尺寸的设计用参数来描述，并在设计修改时通过修改参数的数值来更改零件的外形。Pro/ENGINEER中的参数不只代表设计对象外观的相关尺寸，还具有实质上的物理意义。例如可以运用系统参数(如体积、表面积、重心、三维坐标等)，或用户按照设计流程需求将自己定义的用户定义参数(如密度、厚度等具有设计意义的