机械设计讲稿(1-2)

第一篇：机械设计讲稿(1-2)

2007—2008学年第一学期

机械设计讲稿

2005级机制

第一章

绪论..............................................................................5

1-1 机械的组成及本课程研究对象.....................................5

1.机械的组成................................................................5 2.机械设计课的研究对象.............................................5 1-2 本课程的性质和任务....................................................5 1-3 机械设计课的特点和学习方法.....................................6 第二章 机械及机械零件设计总论..............................................7

2-1机器的组成....................................................................8

一、机器的组成...........................................................8

二、机械零件的分类....................................................8 2-2设计机器的一般程序.....................................................8

一、计划阶段...............................................................9

二、方案设计阶段.......................................................9

三、技术设计阶段.....................................................9

四、技术文件编写阶段................................................9 2-3对机器的主要要求.......................................................10

一、使用功能的要求..................................................10

二、经济性要求：机械的经济性是一个综合性指标.10

三、劳动保护要求.....................................................10

四、可靠性要求..........................................................11

五、其他专用要求......................................................11 2-4机械零件的主要失效形式.............................................11

一、整体断裂..............................................................11

二、过大的残余变形...................................................11

三、零件表面的破坏...................................................11

四、破坏正常工作条件引起的失效...........................12 2-5设计机械零件时应满足的基本要求.............................12

一、避免在预定寿命期内失效的要求......................12

二、结构工艺性要求..................................................13

三、经济性要求：.....................................................13

四、重量小的要求.....................................................13

五、可靠性的要求.....................................................13 2-6机械零件的设计准则...................................................13

一、强度准则.............................................................14

二、刚度准则.............................................................14

三、寿命准则.............................................................14

四、振动稳定性准则..................................................14

五、可靠性准则.........................................................15 2-7机械零件的设计方法...................................................15

一、理论设计 ：.......................................................16

二、经验设计法：.....................................................16

三、模型设计法：.....................................................16 2-8机械零件设计的一般步骤............................................17 §2-9常用材料....................................................................17 §2-10机械零件设计中的标准化........................................17

第一章

绪论

基本要求及重点、难点 基本要求:

搞清楚“学什么”、“为什么学”和“如何学”这三个大问题，树立学好本课程的信心和决心。

重点、难点：

机械的组成及本课程研究的对象，本课程的性质和任务，本课程的特点和学习方法。

§1-1 机械的组成及本课程研究对象

1.机械的组成

生产和生活中的各种各样机械设备，尽管它们的构造、用途和性能千差万别，但是它们一般都是由

原动机传动装置工作机或执行部分

三大基本部分组成的。

随着机器的功能越来越复杂，所以机器会不同程度地增加其他部分，如控制系统和辅助系统等。从制造安装方面来分析，任何机械设备都是由许多机械零部件组成的。机械零件是机械制造过程中不可分拆的最小单元。机械部件是机械制造过程中为完成同一目的而由若干协同工作的零件组合在一起的组合体。例如，轴承，联轴器，发动机。在各类机械中都用到的零、部件称为通用零、部件，如齿轮、螺栓、轴、联轴器、滚动轴承、减速器等.只在特定类型的机械中才能用到的零、部件称为专用零、部件，如涡轮机的叶片；内燃机的曲轴，飞机的起落架等。

2.机械设计课的研究对象

本课程主要从研究一般机械传动装置的设计出发，研究机械中具有一般工作条件和常用参数范围内的通用机械零、部件的工作原理、结构特点、基本设计理论和设计计算方法。

§1-2 本课程的性质和任务

本课程的性质是一门设计性的技术基础课，本课程在机械类及近机械类专业教学计划中具有承前启后的重要作用，是一门主干课程。

学习机械设计课的任务：

1)树立正确的设计思想，理论联系实际，具有创新精神；

2)掌握设计或选用通用设计零部件的基本理论、基本知识和基本技能，了解机械设计的一般规律，具有设计机械传动装置和一般机械的能力；

3)具有运用标准、规范，查阅技术资料的能力、计算能力、绘图能力和运用计算机进行辅助设计的能力；

4)掌握机械设计的实验原理和方法，具有设计实验研究的初步能力。

5)了解机械设计的新理论、新方法及发展趋势（了解机械设计的新发展）。

6)了解设计机械时应满足的基本要求和步骤。

7)了解设计机械零件应满足的基本要求及基本步骤。

§1-3 机械设计课的特点和学习方法

机械设计课程和基础理论课程相比较，是一门综合性、实践性很强的设计性课程，因此在学习方法上应尽快完成由单科向综合、由抽象向具体、由理论到实践的思维方式的转变。通常在学习本课程时应注意以下几点： 在学习本课程的同时要及时复习和巩固有关先修课程的知识。弄清设计原理和设计公式的应用条件及公式中各物理量之间的相互关系。3 正确对待理论设计和经验设计的关系。4 正确处理计算与绘图的关系。5 正确对待设计计算结果。6 重视培养结构设计能力。注意培养综合运用所学知识的能力。8 重视培养整机设计能力。注意创新能力的培养及创新技术的学习。后续课程应用到的几个基本概念：

失效：机械零件在设计预定的期间内，并在规定条件下，不能完成正常的功能。失效的主要形式：断裂，塑性变形，过量的弹性变形，表面失效和破坏正常工作条件而引起的失效等等

强度：是零件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表面失效(磨损、腐蚀除外)的能力，是机械零件首先应该满足的基本要求。

刚度：是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。第二章 机械及机械零件设计总论

基本要求及重点、难点

设计机械及机械零件的基本要求和一般程序（或方法)；机械零件的载荷与应力；机械零件的主要失效形式和设计准则；机械设计的材料选用、结构工艺性和标准化（部分内容自学）。

基本要求:

1)从总体上建立起机械设计和机械零部件设计的总体概念，即从机械的总体要求出发，引出对机械零部件的要求，根据零件的失效形式，拟定设计准则，用一定的设计方法来设计零部件。

2)掌握关于机械零件的载荷与应力的基本概念，尤其要熟练掌握变应力、极限应力、许用应力与安全系数、接触应力的基本概念。

3)掌握机械零件材料的选用原则和结构工艺性设计的基本要求，学会采用标准。

重点：

1)机械零件的载荷与应力的分类及变应力、极限应力、许用应力与安全系数、接触应力的概念和有关公式。

2)机械零件的失效形式及设计准则。3)机械零件的材料。

4)结构工艺性及机械设计中的标准化。难点：

1)变应力下机械零件的极限应力与安全系数的确定。2)接触应力的基本概念和计算公式。3)机械零件的失效形式和设计准则。4)设计机械零件时的结构工艺性。§2-1机器的组成

一、机器的组成

原动机传动装置工作机或执行部分机器是由三大基本部分组成的。

二、机械零件的分类

在一部现代机器中，常会包含着机械、电气、液压、气动、润滑、冷却、控制、监测等系统部分和全部。但机器的主体仍然是机械系统。无论分解哪一部机器，它的机械系统总是由一些机构组成，每个机构又是由许多构件组成，构件又是由一个和几个零件所组成。所以机械零件是组成机器的基本要素。、什么是机械零件？

所谓零件是指机器设备、仪表、及其他装置中的单个组成部分和这些部分的联接件，它是组成机器的基本要素,是加工的单元体。、分类）普通零件：在不同类型的机械中经常遇到并完成同一功能的零件,如齿轮。）特殊零件：只用于一定类型机器的零件，如发动机的活、塞、飞机的螺旋桨等。

§2-2设计机器的一般程序

一、计划阶段

二、方案设计阶段

三、技术设计阶段

四、技术文件编写阶段

一部机器的质量基本上取决于设计质量，制造过程对机器的质量所起的作用实际上是来实现设计时所规定的质量。因此机器的好坏设计是关键。

要想设计出一部好的机器，就要把继承与创新结合起来。作为一部完整的机器，它是一个复杂的系统因此要想设计出高质量的机器，就必须有一个科学的设计程序。而机器又是各种各样的，因此不可能有唯一的设计程序。但根据人们长期的经验，一部机器大致可分为以下几个阶段：

一、计划阶段

根据生产和生活的需要而提出所要设计的机器，在这个阶段应对所提出设计的机器作全面的调查分析。在此基础上写出设计任务书，设计任务书大体上包括：机器的功能、经济性的估价、制造方面的大致估计、基本的使用要求以及完成设计的期限。

二、方案设计阶段

本阶段对设计的成败起关键作用，完成同一功能的机器，可采取不同的工作原理，如加工齿轮、切削螺纹等。同一工作原理也有不同的结构方案。

原动机方案为： N1 传动系统方案为： N2 执行系统方案为： N3 所以 总的方案数 N=N1·N2·N3

在诸多方案中，技术上可行的可能只有几个。针对几个可行的方案进行分析，要从技术及经济方面进行综合分析，以确定最后的方案。如以经济进行评价时，在考虑设计制造费用的同时也要考虑使用的经济性。在方案设计阶段，要正确处理好借鉴与创新的关系。

三、技术设计阶段

技术设计阶段的目标是产生总装草图及部件装配草图。通过草图设计确定各部件及零件的外形及基本尺寸，包括各部件之间的联接零部件的外形及基本尺寸。这是设计过程中工作量最大的部分。

要确定主要零部件的基本尺寸，必须做以下工作：、机器运动学设计——确定原动机的动力参数及运动参数以及各运动构件的运动参数。、机器动力学的计算——计算各零件的载荷。、零件工作能力的计算——强度、刚度、寿命、振动稳定性等。、零部件的装配草图及总装配草图——根据已确定的基本尺寸，设计装配草图，以确定零部件的外形尺寸，并进行结构化设计。、主要零件的校核。

装配图确定之后，即可进行零件工作图的设计。

四、技术文件编写阶段

技术文件很多，常用的有设计计算说明书、使用说明书、标准件明细表等.§2-3对机器的主要要求

一、使用功能的要求

二、经济性要求

三、劳动保护要求

四、可靠性要求

五、其他专用要求

由于零件是组成机器的基本要素，因此要研究零件的设计就离不开机器设计的总任务。为了更好地了解设计零件是应满足的要求，就必须先了解一下机器应满足的要求。一般来说机器应满足下述一些要求：

一、使用功能的要求

人们为了生产及生活的需要，才设计出各种各样的机器。因而所设计的机器必须具有使用功能的要求。为了使所设计的机器具有这一功能关键在于工作原理的选择。工作原理不同设计的机器就不同，如齿轮加工。

二、经济性要求：机械的经济性是一个综合性指标

1、设计制造经济性：成本低。主要途经有 1）采用先进的设计方法；

2）尽量采用标准化、系列化、通用化的零部件； 3）尽可能的采用新工艺、新技术、新结构、新材料； 4）合理的组织设计和制造过程；

5）采用合理的结构工艺，使其用料少，易加工、易装配。

2、使用的经经济性：高生产率、高效率（以减少传动件的功率损耗）、消耗少、管理、维护费用低。

三、劳动保护要求

人：操作习惯、简单、安全保护

机器：在机器的设计阶段就必须对机器的使用安全予以足够的重视。

所谓劳动保护是指使用机器的人的人身安全及机器工作时的本身安全。因此各种各样的防护措施就成为机器必不可少的组成部分。

四、可靠性要求

1、设计制造的可靠性（机器出厂时已确定）

2、使用的可靠性（由用户所决定，维修技术及使用经验）。

可靠性是用可靠度R来衡量的，它是指在规定的使用时间内和预定的环境条件下，机器能够完成其功能的概率。而不能正常工作为失效率F。

五、其他专用要求

对于不同的机器还有一些为自己所特有的要求。如对航空发动机要求在最小重量的条件下得到最大的推力；对流动机械要求便于装拆；对机床要求长期保持精度的要求。设计机器时，在满足共同的基本要求的前提下，应着重满足这些特殊要求，以提高机器的使用性能。

§2-4机械零件的主要失效形式

机械零件的主要失效形式有

一、整体断裂

零件在受到拉、压、弯、扭等外载荷的作用时，由于某一危险剖面的应力超过零件的强度极限而断裂，或者零件在受变应力作用时，危险剖面上发生的疲劳断裂均属于此类。如螺栓的断裂、齿轮齿根部的断裂等。

二、过大的残余变形

如作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限，则零件就会产生残余变形。如机床上的夹持定位的零件的过大残余变形将降低零件的加工精度。汽缸盖螺栓组联接其拉应力超过屈服极限，螺栓的变形量过大将降低联接的密封性。

三、零件表面的破坏

零件表面的破坏主要是腐蚀、磨损、及疲劳。腐蚀是发生在金属表面的一种电化学或化学腐蚀的现象，其结果使零件表面生锈，从而使零件表面发生破坏。对于承受交变应力的零件，还会引起腐蚀疲劳现象。磨损是两个接触表面，在相对运动过程中，发生物质丧失或转移的现象。零件表面的接触疲劳是长期使表面受到接触应力，表面产生裂纹和微粒剥落的现象。这种现象均是时间的延续而逐渐发生的失效形式。

四、破坏正常工作条件引起的失效

有些零件只有在一定的工作条件下才能保持正常工作，一旦破坏了条件就要造成失效。如液体摩擦滑动轴承，只有在存在完整的润滑油膜时才能正常的工作，否则将使轴承发热，引起严重磨损、胶合等失效形式。再如皮带传动，只有在 Fmax ≤ Fcf 时才能正常工作。

§2-5设计机械零件时应满足的基本要求

一、避免在预定寿命期内失效的要求

二、结构工艺性要求

三、经济性要求

四、质量小的要求

五、可靠性要求

设计机器零件时应满足的基本要求是从设计机器中提出来的。一般来说，大致可有以下一些基本要求：

一、避免在预定寿命期内失效的要求、强度

具有足够的强度是设计机器零件时必须满足的最基本的要求，以避免零件在工作过程中发生断裂及不允许的过大残余变形。

措施；选高强度的材料、增大剖面积、合理的剖面尺寸及热处理工艺、提高制造精度；对工作过程中不会发生断裂的机架、床身等应考虑起吊、运输的强度问题。、刚度

零件在工作过程中，所产生的弹性变形不超过允许的限度叫满足了刚度。只有当零件的弹性变形过大就会影响机器工作性能的零件才需要满足这项要求。

零件的刚度分为： 整体变形刚度、表面接触刚度

1）整体刚度是只零件在载荷作用下发生的伸长、缩短、扭曲、弯曲等变形程度。

措施：增大剖面尺寸及惯性矩、减少支承矩或增加支承。

2）表面接触刚度是指两零件接触表面的微观凸峰，在载荷作用下发生变形所导致两零件相对位置的变化。

措施：增大接触面积、提高加工精度。、寿命

零件正常工作延续的时间就叫做零件的寿命。

影响零件寿命的主要因素有：材料的疲劳、材料的腐蚀及相对运动零件接触表面的磨损三个方面。

大部分零件都是在变应力条件下工作的，因而疲劳破坏是引起零件失效的主要原因。

措施：降低应力集中、增加零件尺寸及提高表面质量。

当零件处于腐蚀性介质中工作时，应选择耐腐蚀的材料及防护措施。

二、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经济的生产出来，并便于装配成机器（从毛坯——加工——装配成机器）。

三、经济性要求：

减少材料、低价材料、减少制造的工时、以降低零件本身的成本、减少消耗、降低工人的劳动强度等。

工艺性好的零件就意为着加工、装配费用低，标准化、系列化的零件费用低。

四、重量小的要求

对于绝大多数零件都要求减少重量，不仅节省材料，还可减少惯性。对于运输机械来说，减少自重可提高运载量，从而提高经济效益。

措施：采用缓冲装配来降低零件上的载荷，安全装配来限制零件上的最大载荷。

五、可靠性的要求

零件的可靠性也是以可靠度来衡量的——即在规定的使用时间内及预定的环境条件下，零件能够正常工作的概率

对于绝大多数零件来说失效的发生是随机的，其原因是零件的工作环境、温度、载荷等都是随机变的；零件本身的机械性能及物理性能也是随机变化的。因此要提高零件的可靠度，就应当在工作条件和零件本身性能两个方面使其随机变化尽可能小，此外在使用中加强维护和对工作条件进行监测也可提高零件的可靠度。

§2-6机械零件的设计准则

一、强度准则

二、刚度准则

三、寿命准则

四、振动稳定性准则

五、可靠性准则

设计零件时所依据的准则是根据零件的失效形式提出来的

一、强度准则

强度准则就是指零件中的应力≤允许的限度。

由于零件的破坏形式不同，其限度也不同。对于一次性断裂，应力≤材料的强度极限；对于疲劳破坏，应力≤疲劳极限；对于残余变形应力≤屈服极限。即

lim

(2-1)但考虑到各种偶然性和难以分析的影响，要除以安全系数s。即



lims（2-2）

二、刚度准则

零件在载荷作用下产生的弹性变形量 y ≤机器工作性能所允许的极限值〔 y 〕就叫满足了刚度。即

y ≤〔 y 〕

(2-3)y 可用力学的方法或实验的方法来确定，而〔 y 〕则应随不同的应用场合，根据理论或经验确定其合理的数值。

三、寿命准则

由于影响寿命的主要因素——腐蚀、磨损和疲劳是三个不同范畴的问题。到目前还没有提出关于腐蚀寿命的计算方法，因而无法列出腐蚀的设计准则；磨损的类型很多，产生的机理尚未完全搞清楚，影响的因素也很复杂。目前尚无能进行可靠的定量计算。本书不加以讨论。关于疲劳寿命通常是求出使用寿命时的疲劳极限来作为计算地依据。这在第三章中再作介绍。

四、振动稳定性准则

机器中存在着许多周期性变化着的激振源。如齿轮的啮合、滚动轴承中的振动，滑动轴承中的油膜振荡。如果某一零件的固有频率与激振频率近似或相等时，将发生共振现象。严重的共振会使零件及振动系统中其他零件甚至整部设备遭到破坏。因此对高速机械及高速零件应进行振动计算。所为振动稳定性，就是说在设计时要使机器中受激振作用的各零件的固有频率与激振频率错开.f 代表固有频率，f p 代表激振频率。则通常使

0 ． 85f ＞ f p 或 1.15f ＜ f p(2-4)若此式不能满足，可改变零件及系统的刚度，改变支承位置，增加或减少辅助支承等方法来改变 f，有时可在系统中设消振器。

五、可靠性准则

如有一批零件，其数量为 N0 , 在一定的工作条件下做实验，如在 t 时间后仍有 N 件在正常工作，则此零件的可靠度

R=N/N0

(2-5)如果试验的时间不断延长，则 N 将不断减少，故 R 将不断下降，也就是说零件的可靠度是时间的函数。如果在时间 t → t+dt 中，又有 dN 件失效，则在 dt 时间内破坏的dNdt比率f(t)积分：

N,f(t)——为失效率，负号表示随 dN增加将使 N 减少。分离变量并

dNNdtt0dtNN0lnR

即Re0t

(2-6)

零件的失效率λ=f(t)与时间 t 的关系通过 实验可得到浴盆样的一条曲线。可分为三个阶段。

表征零件可靠性的另一指标是零件的平均工作时间 m（也称为平均寿命）。对于不可修复的零件，平均寿命是指其失效前的平均工作时间；对于可修复的零件，则是指平均故障间隔时间。在工程实际中，平均寿命应用统计方法求得。

§2-7机械零件的设计方法

分类：、理论设计法、经验设计法、模型设计法、现代设计法：优化设计、可靠性设计、CAD 设计。

一、理论设计 ：

根据长期总结出的设计理论及实验数据所进行的设计，称为理论设计法。现以简单的受拉杆件的强度计算为例来讨论理论设计的概念。设计时强度计算按式（2-2）为

Flimslim｛A式中：

s

（2—7）

F——作用于拉杆上的外载荷；A——拉杆横截面面积；

σlim——拉杆材料的极限应力S——设计安全系数（简称为安全系数）1、设计计算：由公式直接求出：

AFslim

（2-7a）、校核计算：

FA

(2-7b)

FlimAs

(2-7c)sScalim

(2-7d)

lims

(2-7e)

二、经验设计法：

对典型化的零件是很有效的设计方法。、根据现有设备、设计者的实践

三、模型设计法：

对大而复杂的重要零件，费时价高只用于特别重要的设计。§2-8机械零件设计的一般步骤

大体经过以下几个步骤：

一、根据零件的使用要求，选择类型和结构。对各种不同的零件进行综合比较。

二、根据机器的工作要求，计算作用于零件上的载荷。

三、根据零件的工作条件及特殊需要选择材料。

四、据零件的失效形式确定设计准则——以确定零件的基本尺寸。

五、根据工艺及标准化原则进行零件的结构设计。

六、细节设计完成之后，必要时进行详细校核计算以判断结构合理性。

七、画出零件的工作图，并写出计算说书。

必须强调指出，结构设计是机械零件重要设计内容之一，在有些情况下它占据了设计工作量中一个较大的比例，一定要给予很大的重视。绘制零件工作图时应完全符合制图的标准，并满足加工的要求。写出的计算说明书，条理要清楚、语言简明、数据正确、格式一，并附有必要的结构草图。对于重要的计算结果要写出简短的结论。

§2-9常用材料

1.金属材料:广泛应用

2.高分子材料:塑料、橡胶、合成纤维三大类，原料丰富可从石油、天然气、煤。3．陶瓷

4．复合材料：是以树脂为主料。选择原则

1、载荷、应力的大小及性质。

2、零件的工作情况：处的环境、工作温度、磨损程度。

3、零件的尺寸及质量。

4、零件的复杂程度及材料的加高可能性。复杂可采用铸造毛坏、板材冲压后焊接，简单的锻造。

5、材料的经济性：本身、加工、材料的利用率、组合材料、节省贵重材料。

6、材料的供应。

§2-10机械零件设计中的标准化

所谓机械零件设计中的标准化,就是通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、制图要求等，制定各种各样的大家共同遵守的标准。标准化的优点：

1、提高产品质量、降低成本，对用途广泛的通用零部件以专门厂家生产。

2、提高零件的可靠性，材料和零件的性能指标统一。以便比较分析。

3、降低设计周期，提高设计质量，采用标准的零部件减少设计的工作量。机械制图的标准化保证工程语言的统一。常用的有国标、部标及企业标准。

系列化：

所谓系列化是指同一产品，在同一结构或基本尺寸条件下规定出若干个辅助尺寸不同的产品。如滚动轴承。

第二篇：机械设计常用材料

机械设计常用材料 1、45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢。

主要特征: 最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。

应用举例: 主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞。轴、齿轮、齿条、蜗杆等。焊接件注意焊前预热，焊后消除应力退火。

2、Q235A（A3钢）——最常用的碳素结构钢。

主要特征: 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度、好的冷弯性能。

应用举例: 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。

3、40Cr——使用最广泛的钢种之一，属合金结构钢。

主要特征: 经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊前应预热到100～150℃，一般在调质状态下使用，还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。

40CR属于低淬透性合金调质钢，一般调质使用，比45#钢要好点，做要求不是很严的轴类件，也可以热处理后表面处理做齿轮，一般做轴退火后800度保温5小时淬火，用油淬，然后520度保温80分钟用水或者油快冷回火

应用举例:调质处理后用于制造中 速、中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等，调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等，经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮等。

4、HT150——灰铸铁

应用举例:齿轮箱体，机床床身，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等5、35——各种标准件、紧固件的常用材料

主要特征: 强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。冷态下可局部镦粗和拉丝。淬透性低，正火或调质后使用

应用举例: 适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件：如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固件6、65Mn——常用的弹簧钢

应用举例:小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制做弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧、冷卷螺旋弹簧，卡簧等。7、0Cr18Ni9——最常用的不锈钢（美国钢号304，日本钢号SUS304）

特性和应用: 作为不锈耐热钢使用最广泛，如食品用设备，一般化工设备，原于能工业用设备

8、Cr12——常用的冷作模具钢（美国钢号D3，日本钢号SKD1)

特性和应用: Cr12钢是一种应用广泛的冷作模具钢，属高碳高铬类型的莱氏体钢。该钢具有较好的淬透性和良好的耐磨性；由于Cr12钢碳含量高达2.3%，所以冲击韧度较差、易脆裂，而且容易形成不均匀的共晶碳化物；

Cr12钢由于具有良好的耐磨性，多用于制造受冲击负荷较小的要求高耐磨的冷冲模、冲头、下料模、冷镦模、冷挤压模的冲头和凹模、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉深模以及粉末冶金用冷压模等

9、DC53——常用的日本进口冷作模具钢

特性和应用: 高强韧性冷作模具钢，日本大同特殊钢（株）厂家钢号。高温回火后具有高硬度、高韧性，线切割性良好。9用于精密冷冲压模、拉伸模、搓丝模、冷冲裁模、冲头等

10、SM45——普通碳素塑料模具钢（日本钢号S45C）

一、材料代号的统一

1.一般结构用钢：Q235

2.轴类零件：S45，SKD11，SUJ2等，推荐使用标准镀硬铬棒45钢，或SUJ2（轴承钢）

3.铝合金材料：AL5052,AL5056,AL6061,AL6063，4.不锈钢材料：SUS304，SUS316

5.非金属材料：POM，尼龙，MC尼龙，优力胶，铁氟龙，电木

6.其它金属材料：黄铜，紫铜，铬铜，二、表面处理

1.镀锌：用于一般钢零件，板件

目的、特长：防锈、低价格，但外观不好

2.镀化镍：用于钢，不锈钢，铜，铝合金

目的、特长：防锈、高价格，耐腐蚀性提高

3.镀硬铬：用于钢，铜，黄铜

目的、特长：有光泽外观，耐腐蚀性良好

4.发黑处理：用于钢

目的、特长：外观良好，价格低，处理时间短 5.阳极氧化：用于铝合金，分为本色和黑色

目的、特长：防腐性，耐磨性，耐热性较好，无导电性，三、钢铁材料的热处理

1.轴的调质

2.零件表面或整体淬火,渗碳淬火，渗氮，碳氮共渗，氮化

3.硬度的标示：以洛氏硬度标注，代号HRC~

第三篇：机械设计大题

1.键和花键的应用和特点

平键：特点：结构简单，对中性好，装拆，维护方便。

应用：用于轴径大于100mm，对中性要求不高且载荷较大的重机械中

花键：承载能力强，导向性好，对中性好，互换性好，加工复杂，成本高。应用：主要用于定心精度高、载荷大或经常滑移的连接（飞机，汽车，拖拉机，机床制造）。

2．摩擦型带的弹性滑动

1）由于拉力差引起的带的弹性变形而产生的滑动现象——弹性滑动 2）弹性滑动是不可避免的，是带传动的固有特性。

（∵ 只要带工作，必存在有效圆周力，必然有拉力差）3）速度间关系：v轮1>v带>v轮2。

量关系→滑动率ε表示：v1v2100%1~2%

v传动比iv1D1n1601000

v2D2n2601000n1D2Dn或n2(1)11 n2D1(1)D24）后果：a)v轮2

3．齿轮传动的主要失效形式

轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、和齿面胶合，塑性变形 4.滚动轴承的基本概念

滚动轴承室是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一中机械元件

5.轴系的轴向固定

常用的轴向固定有两种，一是双支撑单向固定（两端固定式），二是单支撑双向固定（一端固定，一端游动）

1滚动轴承的寿命计算

某轴由一对代号为30212的圆锥滚子轴承支承，其基本额定动载荷C = 97.8 kN。轴承受 径向力R1= 6000N，R2 =16500N。轴的转速 n =500 r/min，轴上有轴向力FA = 3000 N，方向如图。轴承的其它参数见附表。冲击载荷系数fd = 1。求轴承的基本额定寿命。

一传动装置的锥齿轮轴用一对代号为30212的圆锥滚子轴承支承，布置如图。已知轴的转速为1200r/min，两轴承所受的径向载荷R1= 8500N，R2 =3400N。fd = 1，常温下工作。轴承的预期寿命为15000小时。试求：1．允许作用在轴上的最大轴向力 FA 2．滚动轴承所受的轴向载荷 A1、A2

图示为二级圆柱齿轮减速器的低速轴，用一对型号为6308 轴承支承，已知：齿轮分度

圆直径d = 400 mm，齿轮上的圆周力Ft = 8000 N，径向力Fr = 3000 N，轴向力Fa = 2000 N，载荷平

稳。试求：

1）

1、2 两轴承的当量动载荷P1、P2； 2）两轴承的寿命之比 Lh1/Lh2。

解：支反力：R1H = 250 N，R1V = 2000 N，R1 = 2016 N R2H = 3250 N，R2V = 6000 N，R2 = 6824 N 轴承1：R1 = 2016 N，A1 = 0 N，P1 = R1 = 2016 N 轴承2：R2 = 6824 N，A2 = Fa = 2000 N，P2 = fd（X2 R2+ Y2 A2）=（0.56×6824 + 1.53×2000）= 6881 N 载荷比：P2/ P1 = 6881/2016 = 3.41 寿命比：Lh1/Lh2 =(P2/ P1)3 = 39.65 1，某轴用一对30310 轴承支承，轴承径向载荷R1 = 8000 N，R2 = 2000 N，轴上有轴向载荷 Fa1 = 2000 N，Fa2 = 1000 N，工作转速n = 350 r/min，常温下工作，有中等冲击，试计算轴承的寿命。

解：查表得到30310 轴承：C = 122 kN，Y = 1.7，e = 0.35，S = R/(2Y)。

S1 = 8000/3.4 = 2353 N，S2 = 2000/3.4 = 588 N，FA = Fa1 －Fa2 =1000 N（方向同Fa1）A1 = S1 = 2353 N，A2 = S1 + FA = 2353 + 1000 = 3353 N 取：fd = 1.5 A1 / R1＜e，P1 = 1.5R1 = 12000 N，A2 / R2＜e，P2 = 1.5（0.4×R1 +1.7×3353）= 9750 N L10h = 108403 h

2.图示为深沟球轴承的载荷P 与 寿命L 的关系曲线，试求： 1）轴承的基本额定动载荷C 2）若：P = 0.1C，n = 1000 r/min，L10h = ？、因为轴承寿命L = 1（106 转）时承受的载荷为基本额定动载荷C，由图查得：C = 4500 N，∵ P = 0.1C，n =1000 r/min，3.一齿轮减速器的中间轴由代号为6212 的滚动轴承

支承，已知其径向载荷R = 6000 N，轴的转速为n = 400 r/min，载荷平稳，常温下工作，已工作过5000 h，问： 1）该轴承还能继续使用多长时间？

2）若从此后将载荷改为原载荷的50%，轴承还能继续使用多长时间？ 解：依题意：P = fd R = 6000 N 查得：C = 36800 N，1）可以继续工作时间：9613-5000 = 4613 h 2）改为半载可以继续工作时间：4613×23 = 36904 h

例3-1 如图所示，用8个M24（d1=20.752 mm）的普通螺栓联接的钢制液压油缸，螺栓材料的许 用应力[σ ] =80 MPa，液压油缸的直径D =200 mm，为保证紧密性要求，剩余预紧力为QP′ =1.6F，试

求油缸内许用的的最大压强Pmax。

依题意： Q = QP′ + F =1.6F + F = 2.6F 由： 2.6F = 20814，解得：F = 8005 N 汽缸许用载荷： FΣ = z F = 8F = 64043 N

例3-6 图示的夹紧联接中，柄部承受载荷P = 600N，柄长L=350mm，轴直径db =60mm，螺栓 个数z =2，接合面摩擦系数f = 0.15，螺栓机械性能等级为8.8，取安全系数S=1.5，可靠性系数Kf = 1.2，试确定螺栓直径。

例3-5 如例3-5 图1 所示螺栓联接，4 个普通螺栓成矩形分布，已知螺栓所受载荷R = 4000 N，L=300mm，r=100mm，接合面数m =1，接合面间的摩擦系数为f = 0.15，可靠性系数Kf = 1.2，螺栓的许用应力为[σ ] =240MPa，试求：所需螺栓的直径（d1）。、求得螺栓小径d1：

例 3-7 图示为一圆盘锯，锯片直径D =500 mm，用螺母将其压紧在压板中间。如锯片外圆的工 作阻力F t= 400N，压板和锯片间的摩擦系数f = 0.15，压板的平均直径D1=150mm，取可靠性系数Kf =1.2，轴的材料为 45钢，屈服极限σ S =360MPa，安全系数 S=1.5，确定轴端的螺纹直径。

3-52．在图示的汽缸联接中，汽缸内径D = 400mm，螺栓个数z =16，缸内压力p 在0~2 N/mm 之间变化，采用铜皮石棉垫片，试确定螺栓直径。

3-51．如题3-51 图所示，用6 个M16 的普通螺栓联接的钢制液压油缸，螺栓性能为8.8 级，安全系数 S = 3，缸内油压p =2.5N/mm2，为保证紧密性要求，剩余预紧力QP′ ≥1.5F，求预紧力QP 的取值范围。（端盖与油缸结合面处采用金属垫片）

3-53．图示为某减速装置的组装齿轮，齿圈为 45 钢，σ S = 355MPa，齿芯为铸铁 HT250，用 6个8.8 级M6 的铰制孔用螺栓均布在D0=110mm 的圆周上进行联接，有关尺寸如图所示。试确定该联接传递最大转矩Tmax。

3-54．如题3-54 图所示支架，用4 个普通螺栓联接。已知：R = 4000N，L = 400mm，b = 200mm，每个螺栓所加的预紧力QP = 3000 N，设螺栓和被联接件的刚度相等，求螺栓所受的总拉力Q 和剩余预紧力QP′。

例7-6 一对闭式直齿圆柱齿轮传动，已知：z1= 25，z2 = 75，m = 3 mm，φ d = 1，小齿轮的转速 n=970r/min。主从动轮的[σ H ] 1 = 690 MPa，[σ H ] 2 = 600 MPa，载荷系数K = 1.6，节点区域系数ZH = 2.5，2材料弹性系数ZE = 189.8 MPa，重合度系数Zε =0.9，是按接触疲劳强度求该齿轮传动传递的功率。

解：由已知条件：u = z2 / z1 = 75/25 = 3

d1 = m z1 = 3×25 = 75 mm

b =φd d1 = 1×75 = 75 mm 因为大齿轮的许用接触应力较低，故按大齿轮计算承载能力：

齿轮传动所能传递的功率为：

7-62．题7-62 图所示为二级直齿圆柱齿轮减速器，高速级与低速级的传动比相等 u1 = u2 = 3，低速级的齿宽系数为高速级的1.3倍，齿轮材料均为45 钢，小轮均调质处理，大轮均正火处理，其许用应力为：1 轮：[σ H ]1 = 590 N/mm2；2 轮：[σ H ] 2 = 490 N/mm2；3 轮：[ H ] σ 3= 580 N/mm2；4 轮：[σ H ] 4 = 480 N/mm2；两级齿轮的载荷系数K、ZE、ZH、Zε 均相同，其中高速级已根据接触强度算得d1 = 75mm，若使两对齿轮等接触疲劳强度，问低速级小齿轮直径d3 应为多少？

解：两对齿轮接触疲劳强度相等的条件为：接触强度的安全系数相等。可以写为

7-65．有两对标准直齿圆柱齿轮，其材料、热处理方式都相同，第A 对：mA = 2mm，zA1 = 50，zA2 = 150；第B 对：mB = 4mm，zB1 = 25，zB2 = 75；其齿宽b、小轮转速n1、传递功率P 也相等。按无限寿命考虑，试分析那对齿轮的接触强度高，那对齿轮的弯曲强度高。

解：依题意：两组齿轮中，每个齿轮的许用应力都相等，只需比较其接触应力和弯曲应力的大小来分析强度的高低。1）比较接触强度

因两对齿轮的传动比以及齿宽相等，可以通过中心距（或齿轮直径）的大小比较两对齿轮的接 触应力。

两对齿轮的中心距相等，说明在相同的载荷下，接触应力一样。又因为两者许用接触应力一样，所以接触强度相等。2）比较弯曲强度

在中心距和齿宽以及所受载荷相同的条件下，可以通过模数的大小比较两对齿轮的弯曲应力，A 对齿轮模数较小，弯曲应力较大，B 对齿轮模数较大，弯曲应力较小。所以，A 对齿轮弯曲强度较低，B 对齿轮弯曲强度较高。、例7-8 一对直齿圆锥齿轮传动如图所示，齿轮1主动，n1=960 r/min，转向如图，传递功率P = 3 kW，已知：m = 4mm，z1=28，z2 = 48，b =30mm，φ R =0.3，α = 20°，试求两轮所受三个分力的大小并在图中标出方向。

例7-9 图示圆锥—斜齿圆柱齿轮减速器。齿轮1主动，转向如图，锥齿轮的参数为：模数m=2.5mm，z1=23，z2 = 69，α = 20°，齿宽系数φ R =0.3；斜齿轮的参数为：模数mn=3mm，z3=25，z4=99，α n = 20°。试：(1)标出各轴的转向；

(2)为使Ⅱ轴所受轴向力较小，合理确定3、4轮的螺旋线方向；(3)画出齿轮2、3 所受的各个分力。

(4)为使Ⅱ轴上两轮的轴向力完全抵消，确定斜齿轮3的螺旋角β3（忽略摩擦损失）。

7-61．图示为二级斜齿圆柱齿轮减速器，高速级: mn1 =2 mm，z1= 20，z2= 80，β1 =13°，α = 20°，低速级：mn3 = 3 mm，z3= 25，z4= 75，β 3 =12°，α = 20°，齿轮 1 为右旋，n1 = 960 r/min，转向如图，传递功率P1= 5 kW，忽略摩擦损失。试：

1）在图上标出Ⅱ、Ⅲ轴的转向；2）合理确定（在图上标出）各轮的旋向；

3）确定2、3 轮所受各个分力的大小和方向。4）计算β3 取值多大才能使Ⅱ轴不受轴向力。解:1）各轴的转向如题7-61 解图所示。

2）

2、3轮为左旋、4轮为右旋，如图所示。

Fa3 = Ft3 tanβ = 4022× tan12° = 855 N Fr3 = Ft3 tanα n / cosβ 3 = 4022× tan 20° / cos12° =1496 N 4）为使Ⅱ轴不受轴向力，必须：|Fa2|=|Fa3|根据： Fa2 = Ft 2 tan β1Fa3 = Ft3 tan β 3 得到： 2 tan 1 = Ft β Ft3 tanβ 3 即：

忽略摩擦损失：T2 = T3，Ft2 = 2T2/d2，Ft3 = 2T3/d3则：

将上式整理得到：

第四篇：机械设计工程师

机械设计工程师简介

纠错

岗位职责

分类 机械类

机械设计工程师

可以从事结构设计的工作。结构类

结构设计工程师：熟悉家电类、工具类产品（包括手机外壳、吸尘器、电饭煲、豆浆机、榨汁机、电钻、打草机、剪枝机、电锯等产品）生产通用要求及工艺流程 ；熟练使用Pro-E等三维设计软件及AutoCAD等机械设计软件；熟悉注塑工艺，精通模具设计及模具制作工艺知识。工作内容

《现代机械设计方法》

1、负责机械加工类、家电类、工具类产品的结构设计，包括外部、内部结构及工装设计，使产品符合可靠性、可生产性、可维修性和成本的要求；

2、根据市场、生产的需要，对产品的设计提出改进方案并及时执行；

3、实施产品的结构件的可靠性实验，并做好零部件的评估和验证工作及产品结构风险分析；

4、及时完成相关的设计技术文档。工艺设计

工艺设计是根据生产纲领和总体设计的要求,对车间的生产工艺、设备、人员、部门设置、物料需求和流动、设备布置等各项问题做出正确的决定,计算工艺投资,并对车间建筑、供电、供热、供水、动力、排水及车间内外环境治理等设计提出合理要求,保证设计的完整和协调。工艺设计在工程设计中起着主导作用,直接影响工厂的规模、投资和建成后生产可靠性、技术先进性、经济效益的好坏。工艺人员熟练地掌握本专业的设计知识,是做好工艺设计的关键。在机械工厂设计中的工艺专业,是众多专业中的“主导专业”,是最先和业主接触的专业之一,能全面地了解和掌握项目产品的生产、使用和要求。工艺专业对项目的整体性具有比较完整的构想,由此也被称为“龙头专业”。工作要求

专科毕业 4 年以上(非机械类专业需 6 年)，本科毕业 3 年以上(非机械类需5年)，机械设计工程师

其中必须有 1 年以上在生产、科研企业工作经历，同等学历者需有 15 年以上的工作经历。所谓“机械类专业”是指在大学中学过机械原理、机械零件、理论力学和材料力学四门课程的专业。工程师资格需要申报并评定后，取得相应助理级、中级、高级工程师资格

第五篇：一般机械设计思路

一般机械设计思路

以我们提出的工作台设计为例

A 分析功能要求和附加要求

功能要求：运动参数和精度参数

运动参数：行程大小、行程分辨率和定位精度（行程分辨率+机构精度）

直线25mm；？建议30%～60%定位精度；0.002mm；

精度参数：定位精度、反向间隙、运动精度、单部件形位公差、机构复合的形位公差等

0.002mm；直线度0.002mm（突变小于0.05um）；没有机构复合的形位公差

附加要求：承载能力、刚度和外形尺寸等

20KG；刚度20KG小于0.1um； 对外形尺寸没有要求

B 结构选型

支撑：

滑动导轨（平平；平山；山山）；

圆直线导轨

方直线导轨

专用直线导轨（自制直接滚珠）

基准平面专用导轨

驱动：

皮带、链轮、齿轮

丝杆或滚珠丝杆

C结构设计

方直线导轨和滚珠丝杆

基座（底座，动板）形式、尺寸、是否干涉

方直线导轨的定位安装（底座，动板）形式、尺寸、是否干涉

滚珠丝杆的的定位安装（即主轴：短跨距：两端限位；长跨距：一端限位，一端游动；中跨距？）（底座，动板）

长跨距：一端限位，一端游动；

光栅、磁栅

基本零位开关、限位开关等

D 动力设计

电机的功率和安装（联轴节）