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机械设计的材料选择与应用
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随着社会工业的快速发展，机械工程也取得一定进步，其中也衍生出机械设计材料浪费问题。基于此，文章对机械设计材料选择的意义进行分析，对机械设计材料选择应用的注意事项进行总结，对从事机械设计方面有关材料选择与应用提供一定的借鉴。
机械设计；材料；选择；应用
1机械设计材料选择的意义分析随着社会经济的发展，城市化进程的加快，机械制造行业在社会经济中占据重要地位。机械行业的发展为社会经济起着保障性的作用，尤其是现阶段机械行业飞速发展，对于机械原材料消耗加剧，在我国自然资源损耗中占有较大比例。就目前来说，许多机械设计所需原材料已经处于一种消耗过度的状况，甚至无法满足机械行业持续供应的需求，这一点和社会主义可持续发展的价值观相违背。因此，机械设计材料选择的经济性、环保性是十分有必要的。专家指出，机械设计选材应用方面必须要对材料选择的科学合理性给予足够的重视，对每一份机械材料都要深思熟虑，确保能够充分利用，最后对机械设计的结构以及功能等进行综合评估，以确保材料以最科学最合理的选择方式设计出来。
2机械设计材料选择应用的注意事项
2.1材料荷载类型的选择数据调查显示，大部分零部件失效的主要原因是由于零件的外载荷性能较差而产生的。机械设计材料在选择时，对正确荷载的材料进行选择非常关键，究竟如何选择可以参考以下两种方法：一方面，外载荷作用力能够促使机械材料出现弯曲和扭曲，大部分力均集中于材料表层。换言之，材料表面的性能对于材料零件性能的失效会起到一定的抑制作用。因此，对材料进行选择时，通常情况都是利用碳钢调质、低钢渗碳等方式加工材料，如此加工方式能够有效防止机械材料产生不必要的损伤；另一方面，在对机械设计材料进行选择，尽可能选择各部分性能均匀分布的材料，如此确保设计生产过程的稳定高效。
2.2碳素钢、合金钢材料的选择现如今的机械设计行业中，碳素钢由于其优越的加工性能、操作性能以及低经济成本而得到广泛应用。然而，碳素钢的强度不高，韧性比较低，因此，在热处理加工时操作程序比较复杂，导致该种材料在应用方面产生一定的限制。应用研究发现，合金钢材料可以弥补此缺陷，其特殊性能受到大家普遍关注。
2.3适用性和经济性机械工程设计过程中对于相关材料进行选择，必须要考察材料是否经济适用。如果以机械设计人员的角度进行分析，机械设计的过程可以详细分为几个阶段，比如说铸造工艺、装配工艺以及生产工艺等，设计人员要考虑整个过程，结合设计特点，对经济适用的机械材料进行选择，以此能够最大化的开发材料的使用价值，确保材料契合设计要求。机械加工材料各种不同的特性使得机械设计工艺的材料选择方法也略有区别，在确保工艺需求的基础上，对工艺需求材料特征进行把握。此外，按照具体的工程预算对材料的经济性进行考察，具体有两个原则，一方面是最低标准，必须要达到机械设计的质量要求与功能；另一方面，确保材料经济实惠、价美物廉。针对于一些具有可循环利用特征的机械材料，能够在机械设计的整个环节中进行循环利用，从而大大减少了能源消耗，使得机械设计的经济成本大大降低，促进机械工程经济效益的提升。
2.4节能性和环保性节能环保是现阶段社会可持续发展的一个重要理念，也是环境保护的重要手段。目前来说，随着人们对于环保有了更深层次的认识，环境保护已逐渐成为社会关注的热点话题。实际上，环境污染与资源消耗等问题是环境保护的重中之重，可持续发展理念的提升是建立在对生产资源消耗进行控制的基础上。所以，机械设计材料选择方面也要注重节能性和环保性，以可持续发展理念为指导，在确保设计需求的基础上尽可能的选择低能耗以及低污染的材料，并且尽量降低不可再生资源的应用空间。
2.5材料选择的可持续发展上文中提到，机械设计材料选择不能违背社会可持续发展的重要原则，具体来说就是以资源的可持续发展为前提，重点发展机械工程设计的可持续发展，站在机械设计需求的角度上，对应用材料潜力进行充分挖掘，结合施工材料的特点，使其能够真正地发挥出降低能耗、节约能源的作用。
3机械设计的材料选择和应用
文章结合机械材料的特点，对机械设计材料选择和应用进行深入探讨。
3.1实用性机械材料的选择应用机械设计过程中，对于材料的选择、应用必须要着重考察材料的实用性，是否适用而且是否实用，都是必须要在设计环节考虑清楚的重要问题。机械设计中材料应用具体是按照设计工艺的相关指标，各种工艺特点决定了选材的要求比较严格。具体来讲，按照工艺特征具体的区别，首先要保证生产需求，这是最基础的要求，同时保证零件加工达到设计需求，同时考虑材料的强度、耐磨性等，此外还有材料外观等因素。
3.2载荷类型机械材料的选择应用机械设计中，因为机械材料失效而导致故障问题非常多，有可能是因为设计材料选择在负荷能力上有一定的差异而产生的。为确保机械设计可以正常应用，就要求对机械设计材料的选择应用进行严格把控。此外，材料选择时还需对材料的荷载能力进行估算。
3.3低消耗机械材料的选择应用可持续发展的理念适用于各行各业，具体体现到机械设计的选材应用方面来讲，必须要确保选材符合低能耗、无污染的原则。机械设计过程中在对材料进行加工和处理过程中也要符合节能环保的理念。一般来说，大部分机械加工处理都是选择热处理的方式，但是这种处理方式无论是对机械材料的使用寿命来说，还是具体使用性能不可避免产生一定的损害和影响，还会对周边环境造成污染。因此，尽可能的减少热处理加工工艺，可以选择冷热轧状况下材料性能依然能够得到充分发挥的材料。假如在材料加工处理过程中无法规避热处理的加工工艺，那么要尽可能的选择加工处理工序相对简单的材料，如此减少消耗和污染。
3.4无害机械材料的选择应用机械设计过程中，许多材料属于危险材料，举例而言Ni元素，危险性元素一方面会对环境造成一定的污染，另一方面还有可能会对人身体造成伤害。因此，必须要把安全隐患扼杀在机械选材的环节，注意加强材料的检测手段和强度，严把检测关，防止由于各种原因而导致的有害材料混入到机械材料与机械设备中的情况。
3.5可回收机械材料的选择应用众所周知，机械设计中大多数零部件为金属成分，实际上金属产量并非无限的，随着机械化建设的消耗增加，导致机械化发展过程困难重重。举例来说，钢材在机械工程应用中尽管比较常见，但是从钢材的型号和种类上来讲种类繁多，因此，对钢材的回收工作具有较大的难度。此外，如果各种不同类型的金属元素相互之间掺杂混合在一起，金属元素回收的难度加倍，材料资源被严重浪费。
综上所述，随着社会主义的发展，工业机械化进度的加快，机械化建设而产生了机械原材料过度消耗。为减少机械材料过度消耗，对机械设计材料进行科学合理的选择与应用，成为现阶段机械设计的重要发展方向。
[1]朱晓丽，张国凤.浅论计算机技术在《机械设计及自动化》教学中的应用[J].网络财富，2008（5）.
[2]陈天熙.浅议远程机械设计[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2010（4）.
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作者：刘锐 单位：安徽三联学院机械设计的材料选择与应用责任编辑：杨雪&&&&阅读：人次
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【机械设计的基本要求】　　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。【机械设计的一般程序】　　机械设计的一般程序如下图所示。【机械零件的主要失效形式和工作能力】　　零件曲于某种原因不能正常工作时，称为失效。　　零件的失效形式: 断裂或塑性变形；过大的弹性变形；工作表面的过度磨损或损伤；发生强烈的振动；联接的松弛； 摩擦传动的打滑等。失效原因是强度、刚度、耐磨性、振动稳定性及温度等原因。　　强度条件：计算应力＜许用应力；　　刚度条件：变形量＜许用变形量；　　防止失效的判定条件：计算量＜许用量（工作能力计算准则）。　　工作能力：在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上又称为承载能力。　　名义载荷：在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。　　名义应力：按名义载荷计算所得之应力。　　工作载荷：在某种工作条件下零件实际承受的载荷。　　载荷系数K：考虑各种附加载荷因素的影响。　　计算载荷：载荷系数与名义载荷的乘积。　　计算应力：按计算载荷计算所得之应力。【机械零件的设计准则和一般步骤】（1）零件的设计计算准则　　强度准则　　刚度准则　　磨性准则 　p≤[p]　　抗振稳定性准则 0.85f＞fp或1.15f＜fp　　机械零件虽然有多种可能的失效形式，但归纳起来最主要的为强度、刚度、耐磨性、稳定性和温度的影响等几个方面的问题。对于各种不同的失效形式，相应地有各种工作能力判定条件。例如：当强度为主要问题时，按强度条件判定，即应力≤许用应力；当刚度为主要问题时，按刚度条件判定，即变形量≤许用变形量。　　设计机械零件时，常根据一个或几个可能发生的主要失效形式，运用相应的判定条件，确定零件的形状和主要尺寸。（2）一般设计步骤　　机械零件的设计常按下列步骤进行：1）拟定零件的计算简图； 2）确定作用在零件上的载荷；3）选择合适的材料；4）根据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定条件，确定零件的形状和主要尺寸，应当注意，零件尺寸的计算值一般并不是最终采用的数值，设计者还要根据制造零件的工艺要求和标准、规格加以圆整；5）绘制工作图并标注必要的技术条件。　　以上所述为设计计算。在实际工作中，也常采用相反的方式——校核计算。这时先参照实物（或图纸）和经验数据，初步拟定零件的结构和尺寸，然后再用有关的判定条件进行验算。还应注意，在一般机器中，只有一部分零件是通过计算确定其形状和尺寸的，而其余的零件则仅根据工艺要求和结构要求进行设计。【机械零件的材料及其选择】　　机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金。非金属材料如塑料、橡胶等，在机械制造中也具有独特的使用价值。　　适用于制作机械零件的材料种类非常之多，在设计机械零件时，如何从各种各样的材料中选择出合适的材料，是一项受多方面因素所制约的复杂的工作。设计者应根据零件的用途、工作条件和材料的物理、化学、机械和工艺性能以及经济因素等进行全面考虑。（1）载荷及应力的大小和性质　　脆性材料：只适用于制造在静载荷下工作的零件　　塑性材料：适用于在有冲击情况下工作的零件。　　金属材料的性能一般可以通过热处理加以提高和改善，因此，要充分利用热处理手段来发挥材料的潜力。对于常用的调质钢，由于其回火温度的不同，可得到机械性能不同的毛坯。（2）零件的工作情况　　零件的工作情况是指零件所处的环境特点、工作温度、摩擦磨损程度等。在湿热环境下工作的零件，其材料应具有良好防腐蚀能力，可选用不锈钢、铜合金等。两配合零件的线性膨胀系数不能相差过大，一面在温度变化时产生过大热应力或使配合松动，另一方面要考虑材料机械性能随温度而变化的情况。零件在工作中可能发生磨损的表面，应提高其表面硬度，增加耐磨性，因此应选择淬火钢、渗碳钢、氮化钢。（3）零件的尺寸及重量　　零件的尺寸及质量的大小与材料的品种及毛坯制取方法有关。用铸造材料制造毛坯时，一般可以不受尺寸及质量大小的限制；而用锻造材料制造毛坯时，则须注意锻压机械及设备的生产能力。应尽可能选用强重比大的材料，以便减小零件的尺寸和质量。（4）材料的经济性　　材料的经济性主要表现在以下几方面：材料本身的相对价格；材料的加工费用；材料的利用率；采用组合结构；节约稀有材料。（5）材料的供应状况　　选材时还应考虑到当时当地材料的供应状况。为了简化供应和贮存的材料品种，对于小批制造的零件，应尽可能地减少同一部机器上使用的材料品种和规格，各种材料的化学成分和力学性能可在相关国标、行标和机械设计手册中查得。【机械零件的工艺性及标准化】（1）工艺性　　设计机械零件时，不仅应使其满足使用要求，即具备所要求的工作能力，同时还应当满足生产要求，否则就可能制造不出来，或虽能制造但费工费料很不经济。　　在具体生产条件下，如所设计的机械零件便于加工而加工费用又很低，则这样的零件就称为具有良好的工艺性。有关工艺性的基本要求是：　　①毛坯选择合理机械制造中毛坯制备的方法有：直接利用型材、铸造、锻造、冲压和焊接等。毛坯的选择与具体的生产技术条件有关，一般取决于生产批量、材料性能和加工可能性等。　　②结构简单合理设计零件的结构形状时，警好采用最简单的表面（如平面、圆柱面、螺旋面）及其组合，同时还应当尽量使加工表面数目最少和加工面积最小。　　③规定适当的制造精度及表面粗糙度零件的加工费用随着精度的提高而增加，尤其在精度较高的情况下，这种增加极为显著。因此，在没有充分根据时，不应当追求高的精度。同理，零件的表面粗糙度也应当根据配合表面的实际需要，作出适当的规定。　　欲设计出工艺性良好的零件，设计者就必须与工艺技术员工相结合并善于向他们学习。此外，在金属工艺学课程和手册中也都提供了一些有关工艺性的基本知识，可供参考。（2）标准化　　标准化是指以制订标准和贯彻标准为主要内容的全部活动过程。标准化的研究领域十分宽广，就工业产品标准化而言，它是指对产品的品种、规格、质量、检验或安全、卫生要求等制订标准并加以实施。　　产品标准化本身包括三个方面的含义：（l）产品品种规格的系列化，将同一类产品的主要参数、型式、尺寸、基本结构等依次分档，制成系列化产品，以较少的品种规格满足用户的广泛需要；（2）零部件的通用化，将同一类型或不同类型产品中用途结构相近似的零部件（如螺栓、轴承座、联轴器和减速器等），经过统一后实现通用互换；（3）产品质量标准化，产品质量是一切企业的“生命线”，要保证产品质量合格和稳定就必须做好设计、加工工艺、装配检验，甚至包装储运等环节的标准化。这样，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。　　对产品实行标准化具有重大的意义：在制造上可以实行专业化大运生产，既可提高产品质量又能降低成本；在设计方面可减少设计工作量；在管理维修方面，可减少库存量和便于更换损坏的零件。　　感觉知识不够用怎么破？更多经典、精彩的内容请翻看【推荐理由】　　（1）够经典：机械类超级畅销书，上版图册上市4年重印11次，总销量突破3万册！　　（2）够独特：独一无二的图册，含1600多张不同的机构和机械装置图，介绍了典型机械零件的设计和功能，激发机械设计师灵感！　　（3）够受欢迎：网站、地面店单品排名始终名列前位！点击阅读原文即可购买！
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浅析材料在机械设计中的选择和使用
2015年8期目录
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　摘要：在开展机械设计的相关工作时，必须重视材料的选择及使用。目前机械行业正处在持续快速发展阶段，同时对经济增长的方式进行改变及可持续发展改革的不断深入，相关部门只有重视机械设计材料选择、运用，才能使机械设计的整体质量得到保证。文章对材料在机械设计中的选择和使用进行分析，为选择优质的机械设计材料提供有利条件。 中国论文网 /8/view-6776396.htm　　关键词：材料选择；材料使用；机械设计；机械行业；机械产品 文献标识码：A 　　中图分类号：TH122 文章编号：（2015）08- DOI：10.ki.11-4406/n.2015. 　　1 概述 　　要想国内经济实现持续发展、城市化的建设步伐加快，应在不断实践、研究中对机械设计的具体工作进行完善，进而将设计中的所有细节工作做好，最终达到人们的生活需求及社会发展需求。对机械进行设计时，必须重视材料选择的具体工作，材料在较大程度上对产品质量、机械设计的行业发展有直接影响。因此，机械设计的人员一定要将材料选择工作做好，进而才可以使其得到更好的运用。 　　2 分析机械设计过程中材料的选择及应用的方法 　　2.1 分析调质及其设计应用 　　根据目前的具体情况看，调质技术是最常用的一种热处理技术。对大多数零部件进行处理时均可以通过调质技术进行操作，且该技术的效果能够使所选的材料综合性能得到提升，即利用调质技术能够对材料强度进行拉伸，使机械设计材料的屈服度及拉伸强度得以不断提升，进而增强材料的塑性及强度。通过提升材料的冲击度、强度，能够使设计过程中零部件的使用截面减小，进而降低整个机械的重量及降低部件的消耗及所占空间。在运用调质技术的过程中，必须注意下面的三点要求：一是一定要将调质标注清楚，若只是将热处理标注出来，大部分厂家很可能会运用其他处理技术来进行操作，如利用正回火使材料的硬度达到相关标准，但正回火技术降低材料强度大大降低，致使其在具体工作中出现断裂情况；二是必须将调质硬度范围注明，进而才可以为工厂生产提供便利，如果硬度的范围较窄就不能达到具体的生产需求；三是材料硬度与所要求的实际强度必须相适应。 　　2.2 分析表面硬化技术与选材 　　对机械进行设计时，应利用硬化技术对各种金属材料的表面进行相应的处理，且对其进行处理主要是为增强材料的耐蚀性、耐磨性，而氮化技术、渗碳技术则是比较常用的硬化技术。渗碳技术通常是指，在渗碳炉对钢材表面碳含量进行增加，使其达到被允许范围时在淬火，进而让钢材的表面硬度能够达到相应的技术标准，再通过低温回火技术将其应力消除，使其组织结构更加稳定。能够利用渗碳技术进行处理的材料通常是渗碳钢，进行机械设计的过程中，可参照实际要求对其进行运用。如可以根据心部强度、零部件主要的尺寸大小对材料进行选择，需要重视的一点是材料的使用不能过度，否则导致生产成本不断增加。通常情况下，如果截面的有效面积低于50mm，可选择20Cr。但是，如果有效截面面积大小在50～150mm之间，而且其重量低于50kg，就可选择20CrMnTi。渗碳层度深度应参照实际的需求才能进行确定，若增加其层深就说明必须使渗碳时间延长。 　　2.3 分析氮化技术及相关材料的选择 　　不管是何种钢材通常都可以利用氮化技术对其进行相应的处理，但比较常用的一种钢材主要是45型号的氮化钢。使用氮化技术时往往是利用氮化炉对其进行操作，因而其优势主要是变形较小，进行氮化后就不必再加工。同时，氮化硬度应参照材料质量才能确定，进行设计的过程中必须注意一定要使用整体的氮化技术，由于氮化层并不会带来不好的影响，所以不必再次进行处理。必要时可运用局部的氮化技术对局部进行相应的保护，进行氮化后再把保护层全部去掉。该技术最大的一个特点就是热处理的过程中变形较小、硬化层也相对较小，尤其是适合与调质技术共同使用，进而可以使材料耐磨性、技术强度大大提升。 　　3 分析机械设计中最常用的四种材料 　　3.1 高分子材料 　　在机械设计，对于高分子材料而言，其主要包括合成纤维及塑料。此类材料在相应的工业生产中存在许多优点，且材料来源非常丰富。能够从天然气中进行提取，该材料所消耗的能源较少，且其密度也比较小，其延展性同样非常好。 　　3.2 金属材料 　　各种工程的材料使用中，其使用范围最广泛的主要是金属材料。据统计资料显示，金属材料在机械类产品中占了90%以上的比例。尤其是钢铁材料在机械设计中的使用最为普遍，由于钢铁的韧性、强度较好，且其价格相对较便宜，也可以达到各种性能标准，所以使用较多。金属类材料中的合金，其性能非常优良，比较适合用来制作各种机械产品中的零部件。 　　3.3 复合材料 　　机械设计中所使用的符合材料主要由不同的、两种以上的材料做构成，且通过化学与物理方法有机组合而成的新型材料，此类材料的性能均可以达到各种工业生产的需求。其中，复合材料通常包含非金属材料和金属材料，而金属材料有合金、镁、铝；非金属材料则包括陶瓷、橡胶、树脂等。金属丝、碳化纤维及玻璃纤维则属于增强型的材料。 　　3.4 陶瓷材料 　　对陶瓷材料来说，其主要成分是碳化硅、氮化硅，且此类材料的特点主要有密度较低、硬度较高、具有较强的抗压强度及耐腐蚀性强，其缺点是价格非常贵、比较容易发生断裂、比较脆。目前，陶瓷材料大多使用在密封零件的制作中。 　　4 机械设计中材料的选择及使用必须注意的相关事项 　　4.1 对材料进行选择时必须重视其适用性及经济性 　　机械设计的具体工作人员应根据不同的机械设计工艺，比如锻造工艺、铸造工艺、焊接工艺根据各种需求选择适合的材料，进而才可以使材料发挥出最大的效用。如铸造工艺中所使用的材料一定要具备较好的偏折性、吸气性、收缩性；焊接工艺中的材料应有良好的敏感性及使用性；而锻造工艺使用的材料则应具有相应的锻后冷墩性、冲压性、冷却性、可锻性。只有将各种工艺制作中需要的材料性质把握好，进而才可以选择出真正合适的机械设计材料。另外，对材料进行选择、使用的过程中还要重视材料的经济性，所选材料应在满足设计需求的同时尽量保证价格为最实惠、最便宜，这样就才能够时机械设计成本得以降低。 　　4.2 材料选择过程中一定要重视其环保性及节能性 　　近几年，随着科学技术、社会经济的持续发展，自然破坏现象也越来越严重，自然环境问题早已成为社会中的热点话题之一。环境与人类的生活、生存有密不可分的关系，对自然环境进行保护也是各个社会成员共同的责任及义务，想要促进社会发展，就必须对环境进行有效的保护，过度的开采往往只会产生适得其反的后果。因此，对机械设计中的材料选择一定要重视节能性及环保性；设计人员一定要坚持可持续发展观，使用污染较小、能耗较少的材料，对那些不可再生、有效的资源必须尽量节约，进而能够在完成机械设计任务的基础上，使自然环境得到相应的保护。 　　5 结语 　　做好机械设计材料选择、使用工作对机械设计事业的发展有重要作用，对机械材料进行选择的过程中，必须将材料的节能性、经济性、环保性、实用性等因素考虑进去，进而才可以使机械产品的质量、性能得到保证，才可以给机械设计的持续、健康发展提供必要的 　　条件。 　　参考文献 　　[1] 赵忠国.机械设计中的材料的选择和应用[J].科技风，）. 　　[2] 刘洋君.机械设计中的材料的选择和应用[J].湖南农机，）. 　　[3] 周一鸣，索春英.浅谈自动化技术在机械设计中的应用[J].价值工程，）. 　　[4] 王杰，程明远，李士晓.浅谈机械设计加工中应注意的几个问题[J].科技信息，）. 　　[5] 田源.机械设计中配制配合的应用研究[J].农家科技，）. 　　作者简介：黄丹（1982-），女，江苏沛县人，泰尔重工股份有限公司助理工程师，研究方向：机械设计。 　　（责任编辑：黄银芳）
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　　机械零件设计是从机器的工作原理、承载能力、构造和维护等方面研究通用机械零件的设计问题，其中包括如何合理确定零件的形状和尺寸、如何合理选择零件的材料以及如何使零件具有良好的工艺性等。
　　零件是组成机器的基本单元，要使所设计的机器满足基本使用要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求。
　　1．避免在预定寿命期内失效的要求
　　在预定寿命期内不失效的要求包括三方面：强度、刚度、寿命。
　　(1)强度
　　零件在工作中发生断裂、磨损或不允许的变形统属强度不足。上述失效形式，除了用于安全装置中预定适时破坏的零件外，对任何零件都是应当避免的。因此保证零件有足够的强度，是机器正常工作的一个基本要求。
　　为了提高机械零件的强度，在设计时原则上可以采用以下的措施：采用强度高的材料；使零件具有足够的截面尺寸；合理地设计零件的截面形状，以增大截面的惯性矩；采用热处理和化学热处理方法，以提高材料的力学性能；提高运动零件的制造精度，以降低工作时的；合理地配置机器中各零件的相互位置，以降低作用于零件上的载荷等。
　　(2)刚度
　　零件在工作时所产生的弹性变形不超过允许的限度，就叫做满足了刚度要求。对于弹性变形过大就要影响机器工作性能的零件，设计时除了要作强度计算外，还必须作刚度计算。
　　为了提高零件的整体刚度，可采取如下措施：增大零件截面尺寸或增大截面的惯性矩；缩短支承跨距或采用多支点结构，以减小挠曲变形等。
　　(3)寿命
　　有的零件在工作初期虽然能够满足各种要求，但在工作一定时间后，却可能由于某些原因而失效。这个零件正常工作延续的时间就叫零件的寿命。
　　零件寿命是决定机器寿命的基础，零件的破坏会导致机器无法正常工作。影响零件寿命的主要原因有：材料的疲劳，材料的腐蚀以及相对运动零件接触表面的磨损。
　　2．结构工艺性要求
　　零件具有良好的结构工艺性，是指在既定的生产条件下，能够方便而地生产出来，并便于装配。所以零件的结构工艺性应从毛坯制造、机械加工过程及装配等几个生产环节加以综合考虑。工艺性还和批量大小及具体的生产条件相关。为了改善零件的工艺性，就应当熟悉当前的生产水平及条件。对零件的结构工艺性具有决定性影响的零件结构设计，在整个设计工作中占有很大的比重，因而必须予以足够的重视。
　　3．经济性要求
　　零件的经济性首先表现在零件本身的生产成本上。零件的经济性了机器的经济性，设计零件时，应力求设计出耗费(包括钱财、制造时间及人工)最少的零件。
　　要降低零件的成本，首先要采用轻型的零件结构，以降低材料消耗，并且采用廉价而供应充足的材料以代替贵重材料，可以降低材料费用；采用少余量或无余量的毛坯或简化零件结构，以减少加工工时；工艺性良好的结构就意味着及装配费用低，所以工艺性对经济性有着直接的影响，对于大型零件采用组合结构以代替整体结构，这些对降低零件成本均有显著的作用。另外，尽可能采用标准化的零、部件，就可在经济性方面取得很大的效益。
　　4．质量小的要求
　　对绝大多数零件来说，都应当力求减小其。减小质量有两方面的好处：一方面可以节约材料，节约材料就意味着节省成本；另一方面，对于运动零件来说，可以减小惯性，改善机器的动力性能。
　　可采取以下措施减小零件的质量：采用缓冲装置来降低零件上所受的冲击载荷；使用安全装置来限制作用在主要零件上的最大载荷；适当减少零件上应力较小处材料，以改善零件受力的均匀性，从而提高材料的利用率；施加与工作载荷相反方向的预载荷，以降低零件上的工作载荷，采用轻型薄壁的冲压件或焊接件来代替铸、锻零件，以及采用强重比高的材料等。
　　5．可靠性要求
　　机器的可靠性是由零件的可靠性保证的，零件可靠度是指在规定的使用时间内和预定的环境条件下，零件能够正常地完成其功能的。对于绝大多数机械来说，失效的发生都是随机性的。因此，为了提高零件的，就应当在和零件的性能两个方面使其随机变化尽可能地小。此外，在使用中加强维护和对工作条件进行监测，也可以提高零件的可靠性。
　　机械零件的常规设计方法有以下几种。
理论设计。所谓理论设计，就是根据设计理论和实验数据所进行的设计。它又可分为设计计算和校核计算两类。设计计算是根据零件的工作情况，选定计算准则，按其所规定的要求计算出零件的主要几何尺寸和参数。校核计算是先按其他方法初步拟定出零件的主要尺寸和参数，然后根据计算准则所规定的要求校核零件是否安全。由于校核计算时已知零件的有关尺寸，因此能计入影响强度的结构因素和尺寸因素，计算结果比较精确。
经验设计。经验设计是指根据已有的经验公式或设计者本人的工作经验，或借助类比方法所进行的设计。它主要适用于使用要求变动不大而结构形状已典型化的零件，如箱体、机架、传动零件的结构要素等。
模型实验设计。这种设计主要是针对一些尺寸巨大、结构复杂的重要零件，根据的结果，按比例制成小尺寸的，采取实验手段对其各方面的特性进行检验，再根据实验结果对原设计进行逐步修改，从而达到完善的设计。模型实验设计是在设计理论还不成熟，已有的经验又不足以解决设计问题时，为积累新经验、发展新理论和获得好结果而采用的一种设计方法。但这种设计方法费时、耗资，一般只用于特别重要的设计中。
　　(1)选择零件的类型和结构要根据零件的使用要求，在熟悉各种零件的类型、特点及应用范围的基础上进行。
　　(2)分析和计算。根据机器的工作情况，确定作用在零件上的载荷。
　　(3)选择合适的材料。根据零件的使用要求、工艺要求和经济性要求选择合适的材料。
　　(4)确定零件的主要尺寸和参数。根据对零件的失效分析和所确定的计算准则进行计算，确定零件的主要尺寸和参数。
　　(5)零件的结构设计。应根据功能要求、工艺要求、标准化要求，确定零件合理的形状和结构尺寸。
　　(6)校核计算。只对重要的零件且有必要时才进行这种校核计算，以确定零件工作时的安全程度。
　　(7)绘制零件的工作图。
　　(8)编写设计计算说明书。
　　常用的材料有钢、铸铁、有色金属和非金属等，常用材料的牌号、性能及热处理知识可查阅机械设计手册。
　　在中选择材料是一个重要环节。随着材料科学的不断发展，机械制造业对零件的要求在提高。因此，设计者在选择材料时，应充分了解材料的性能和适用条件，并考虑零件的使用、工艺和经济性等要求。
　　1．使用要求
　　为保证机械零件不失效，根据载荷作用情况，对零件尺寸的限制和零件重要程度，对材料提出强度、刚度、、塑性、冲击韧性、阻尼性和吸振性等力学性能方面的相应要求。同时，由于零件工作环境等其他需求，对材料可能还有密度、导热性、抗腐蚀性、热稳定性等物理性能和化学性能方面的要求等。
　　2．工艺要求
　　选择零件材料时必须考虑到加工制造工艺的影响。铸造毛坯应考虑材料的液态流动性、产生缩孔或偏折的可能性等；锻造毛坯应考虑材料的延展性、热脆性和变形能力等；焊接零件应考虑材料的可焊性和产生裂纹的倾向等；对进行热处理的零件应考虑材料的可淬性、淬透性及淬火变形的倾向等；对于切削加工的零件应考虑材料的易切削性、切削后能达到的表面粗糙度和表面性质的变化等。
　　3．经济性
　　从经济观点出发，在满足性能要求的前提下，应尽可能选用价廉的材料，以降低材料费用。另外，还应综合考虑到生产批量等因素的影响，如宜用铸造毛坯；采用焊接件，可以降低。
　　一、工艺性
　　良好的工艺性是指所设计的机械零件能用最短的时间、最少的劳动量、最低的制造费用生产出来，且装拆、维修方便。零件制造一般包括毛坯生产、切削加工、热处理、装配等阶段，各阶段都是有机联系着的，设计时必须全面考虑。设计机械零件时有关工艺性的基本要求有以下几方面的内容：
　　1．零件的结构与生产条件和规模相适应
　　单件或小批量生产的零件，应充分利用现有的生产条件。如直径大于600mm的齿轮毛坯，用一般的锻压设备难以锻造，应采用铸件或焊接件。在单件或时，不宜采用铸件或模锻件，以免模具造价太贵(尤其是模锻)而提高零件成本。如果没有磨齿机床，就不要采用齿面硬度高、热处理变形大的热处理方法。
　　2．毛坯选择合理
　　零件的毛坯可以是铸件、锻件、轧制件、焊接件和冲压件等。毛坯的选择应考虑生产批量大小、材料性能和加工性能等。如对锻件而言，单件或小批量生产宜用自由锻，宜用模锻。
　　3．结构和形状应简单合理
　　零件的结构和形状越复杂，制造、装配和维修就越困难，也就越高，因此，要尽可能采用简单的圆柱面、平面、共轭曲面及其，尽量减少被加工面的数目和被加工面的面积，尽量采用相同尺寸(直径、圆角半径、配合尺寸和公差，螺纹的直径、线数和螺距，齿轮模数等)。
　　4．规定合理的制造精度和表面粗糙度
　　制造精度过高、表面粗糙度值过低，都会明显增加机械零件的。因此，在满足使用要求的前提下，应尽可能降低制造精度、增大表面粗糙度值。
　　5．满足热处理的要求
　　为避免热处理时变形、开裂或降低热处理质量(如硬度不足、软点、强度低、渗碳层薄或不均匀等)，零件的几何形状应简单、对称，长径比不可太大，尽量减少应力集中源，截面均匀，无锐边和尖角，避免不通孔、配作孔和局部渗碳、渗氮等。零件也应有足够的刚度。为使淬火气膜不易附着、冷却均匀、变形较小，对零件表面粗糙度有一定要求。
　　6．考虑装拆的工艺性
　　设计中，应考虑零件能便于装配、拆卸，并尽可能减少装拆的工作量，还应考虑、安装、使用、维修的方便性和经济性。
　　标准化是指对零件的尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、设计方法、制图要求等制定出各式各样的，供大家共同遵守。与标准化密切相关的是零部件的、产品的系列化。
　　通用化是指最大限度地减少和合并产品的形式、尺寸和材料的品种，使零部件尽量在不同规格的同类产品乃至不同类产品中，以减少企业内部的零部件种数，从而简化，并获得较高的。
　　是指将尺寸和结构拟订出一定数量的原始模型，然后根据需求，按照一定的规律优化组合成。
　　标准化、通用化和系列化被统称为“三化”。“三化”的优越性表现在：
　　1)采用标准结构及零部件，可以简化设计工作，缩短设计周期，提高设计质量。
　　2)便于安排专门工厂采用先进技术进行专业化大生产，保证，并能大幅度降低劳动量、材料消耗和制造成本。
　　3)技术条件和检验、试验方法的标准化，可以改进和提高零部件的质量。
　　4)增强互换性，便于维修。
　　我国现已颁布的与机械设计有关的标准，可以分为(GB、GB／T)、(如JB、YB等)、专业标准和四级。我国已加入()，许多新的国家标准已采用了相应的国际标准。设计时，应执行和采用各项标准。
鄢利群,高路主编.8 机械零件设计概论 机械设计基础.化学工业出版社,2011.02.
刘铁铸等编著.第1章 AutoCAD2011机械设计基础 AutoCAD2011机械设计行业应用实践.机械工业出版社,2011.01.
李力,向敬忠主编;韩泽光,罗继曼副主编.第一章 绪论 高等学校应用型特色规划教材 机械设计基础(近机、非机类).清华大学出版社,2007年05月第1版.
陆凤仪等主编.第二章 机械及机械零件设计概述 机械设计.机械工业出版社,2011.01.
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