机械零件的结构设计方案

❖ 刚度可分为两种，一种是由于两个零件接合间有 间隙，在载荷作用后，两个零件的相互位置和设 计的相互位置发生偏差，这种叫做接触刚度；另 一种是零件本身在载荷作用下发生的伸长、缩短、 挠曲和扭转等弹性变形，叫做变形刚度。
❖ （3）.寿命---此要求与强度有一定的联系。零件 开始工作时，虽能满足强度的要求，但是，工作 一定时期后，却可能丧失强度。这个要求通常是 针对有相对运动的零件，或在工作时产生变应力 的零件提出的。
❖ （2）.所设计的机器应能最大限度地满足经济性 的原则：机器的经济性是一个综合的指标，表现 在设计、制造、使用的整个过程中。设计、制造 的经济性表现在设计及制造成本的降低；使用的 经济性表现为高生产率、高效率，维护费用低廉。 因此，在设计时应综合考虑。
❖ （3）.必须特别关心机器操作者的劳动保护：设 计机器时，首先，必须特别注意技术安全问题； 其次，要尽可能地改善操作者的劳动条件；另外， 对机器的外形美观也应注意。
❖ （1）.理论设计---是根据人们已经掌握了的合乎 客观规律的理论及实践知识所进行的设计，使用 理论力学、材料力学、机械原理、金属学等课程 的知识。理论设计的计算过程分为：
❖ A.设计计算——在零件尺寸尚未决定之前，根据 载荷情况，由计算公式直接求出零件的几何尺寸 的过程叫设计计算。
❖ 设计计算的必要条件是：载荷情况、材料性能、 和零件工作情况，以及应力分布规律，同时，这 个规律在实际设计中，一般表现为简单的数学关 系。如：在计算受拉伸载荷的直杆剖面面积时， 可直接引用材料力学公式：F≥P/〔σ〕p
❖ 式中：F——Baidu Nhomakorabea杆的剖面面积；
P——直杆承受拉伸载荷；
〔σ〕p——直杆材料的许用拉伸应力。
❖ B.校核计算——先根据其他方法，（如按经验、 规范近似地计算）初步定出零件的尺寸及形状， 然后，用理论的方法校核零件危险剖面的安全系 数计算值。这个计算过程叫校核计算。
❖ 校核计算多用于应力分布规律复杂，但又能用材 料力学的公式表示出来的零件设计中，也用于应 力分布规律虽简单，但其计算数据又须在零件尺 寸已知时才能决定的情况下。如轴的设计、弹簧 的设计是这样进行的。
❖ 设计时原则上可以采用以下措施：采用强度性能 高的材料；使零件具有足够的剖面尺寸；合理地 设计剖面形状；采用热处理等工艺方法以提高材 料的强度特性；提高运动零件的精度，以降低动 载荷；合理设计零件的结构，以降低载荷集中和 应力集中等。
❖ （2）.刚度---零件承受载荷时抵抗产生弹性变形 的能力。实践证明，凡是能满足刚度要求的零件， 强度一般是没有问题的。这是由于按刚度计算的 零件剖面尺寸，往往大于按强度计算所得的尺寸。
❖ （5）.重量小---减轻机械零件和机器的重量有两 方面的好处：一是可以节约材料；二是对运动的 零件，可以减小惯性，减小机器的启动功率。
3.设计与设计的方法：
❖ 设计---应用正确的基本原理和已有的实践经验来 创造发展新事物或改造旧事物。机器或机械零件 的设计也符合这一概念。常用的设计机械零件的 方法有以下几种：
❖ 有时有经验的设计工作者，在设计某些零件时， 虽然已经具备进行设计计算的条件，但是，为了 简化计算手续，也常根据有关资料或粗略估计， 直接进行结构设计，然后采用校核计算。
❖ 由于理论设计是在阐明了材料性能及应力分布 规律的基础上所进行的设计，因而它是比较科学 和先进的方法。它是在大量的感性知识的基础上 总结出来的设计规律。所以，对于一切重要的零 件，都应尽可能地采用理论设计。
机械零件的结构设计
1.机器设计的基本原则：
❖ 机械零件是组成机器的基本要素，研究机械零 件的设计，就要简络地讨论机器的基本设计原 则。虽然机器的分类很多，但设计所遵循的原 则是相同的。
❖ （1）.必须满足对机器提出的使用要求：首先， 设计的机器应能有效地完成预定的使用目的；其 次，必须使设计的机器能可靠地工作，就要求机 械零件的设计必须满足基本的强度、刚度、寿命、 精确度及稳定性等。
❖ 虽然经验设计没有详尽的理论化的科学分析作为 依据，但经验公式的形成，已经具有一定的科学 统计性。因此，具有很大的实用价值。另外，由 于它也是由实践中总结出来的经验关系，因而它 也能经得起实践的考验，在实践中证明是正确的。
❖ 通常用于外形复杂、载荷情况不明而目前尚不能 用理论分析的零件设计中。例如，机架、变速箱 体的设计等。经验设计正是用在理论设计薄弱的 地方，并且是理论设计的前身。此外，对一些价 值不高的零件也通常采用经验设计的方法。
❖ （3）.模型实验设计---对于一些巨大的、结构复 杂而重要的零件和部件，现有的理论知识尚不足 以进行详尽分析，采用模型实验设计的方法。也 就是说，将初步设计的零件或部件做出模型，经 过实验，再根据实验结果加以修改，这样的过程 叫模型实验设计。这种设计方法是借助于实验来 弥补理论的不足，同时，也消除了经验设计中不 够科学的成分。它用于大型重要的零件或部件。
❖ 随着科技的发展，理论设计的方法不断改善和 变化。但是，理论设计还会有不完善的地方，所 以，也不应当将书本的理论设计方法看作是绝对 完善的方法。
❖ （2）.经验设计---根据某类零件已有的设计与使 用经验而总结出来的经验公式，或根据设计者本 人的设计经验，采用类比的办法所进行的设计叫 经验设计。
❖ （4）.满足其他的特殊要求：如机床有长期保持 精度的要求；对大型机器有便于运输的要求；对 水泵有长期保持性能的要求等。
2.设计机械零件时应满足的基本要求：
❖ （1）.强度---零件必须具有足够的强度，强度是 设计一切机械零件及机器的最基本的要求。当机 器工作时，零件承受载荷后，即不能发生任何形 式的断裂，也不能出现超过容许限度的残余变形。
❖ 影响零件工作寿命的主要因素有：一是零件的磨 损；二是零件材料的疲劳；三是高温时零件材料 的蠕变。
❖ （4）.工艺性---机械零件要具有良好的工艺性， 是指那些在即定的生产条件下，能用最少的资金 消耗，制造出能满足使用及技术要求的零件。花 钱少、制造容易、满足使用及技术要求是零件工 艺性的三个方面。