第1章 机械设计概论

第1章机械设计概论

提示：

本章阐述机器、机构等概念，简述机械设计的要求、一般过程及具体设计的有关问题。扼要地介绍现代机器的特征及其设计思想和方法。

基本要求：

掌握机器、机构及其组成，特别是机器及机构的特征；掌握机械设计的基本要求和一般过程；了解方案设计、机械零部件设计的要求及内容；掌握机械零部件设计计算准则、标准化及材料选用；了解现代机器的特征及其设计思想和方法。

1.1.1 机器、机构及其结构组成

机械是各类机器的通称。它是人类改造自然、发展进步的主要工具。在日常生活和工作中，我们接触到很多机器。如摩托车、机器人、汽车等。

构件：机器的种类繁多、外形万变、用途各异。但从机器的结构组成、机械运动的特点进行分析，这些不同的机器都是由能产生相对运动的单元体的组合而成，这些单元体称为构件。

机构：具有特定结构形状和运动特征的构件组合称为机构。

机器组成示例：（内燃机）

各机构的功能：

曲柄滑块机构：将活塞的往复移动转化为曲轴的连续转动

齿轮机构：实现转动的传递

凸轮机构：将凸轮的转动变换为顶杆的往复移动。

带传动机构：将曲轴的转动传递给凸轮轴

综合：通过上述三个机构的协调工作便能将燃气的热能转换为曲柄转动的机械能。

结论：机器是由各种机构组成的。一部机器可能由多种机构组成，如上述的内燃机就是由曲柄滑块机构、齿轮机构和凸轮机构、带传动机构等组合而成；也可能仅由一个最简单的机构组成，如电动机就是只包含一个由定子和转子所组成的双杆回转机构。

机器的共同特征：

从上述例子以及对其他不同机器的分析可以得到机器的共同特征：

（1）它们都是人们根据某种使用要求而设计创造的一种装置。

（2）它们必须执行确定的机械运动。

（3）用于完成包括机械力、运动和能量转换等动力学任务。

相对于机器而言，机构主要反映机器的机械运动传递和运动形式转换的特征。

构件和零件：

零件：

从制造和装配的观点看，机器是由许多独立加工、独立装配的单元体所组成，这些单元体称为零件。

一个构件可以是一个零件，如图中的曲轴:

但往往由于结构、工艺等方面的原因，构件可由几个零件所组成，这些零件被刚性地

连接在一起成为一个运动整体。图示的连杆就是由单独加工的连杆体、连杆头、轴瓦和、轴套、螺栓、螺母、开口销等零件组成的一个刚性构件，各个零件之间没有相对运动。

机构的广义化：

需要指出：随着科学技术的的进步，组成机构的构件已不能都简单地作为刚体处理，某些构件可以是挠性的或弹性的；有时侯液体、气体及电磁也参与实现机械运动的传递和变换。

部件：在工程中，常常把组成机器的某一部分的零件组合体称为部件，如减速器、变速器、联轴器、离合器、制动器等。这些部件用以完成特定的工作，企业往往把它们独立加工装配。

1.1.2 机器的功能组成

作为一部完整的机器，仅具有上述的机械部分是不够的，它不能完成预期的工作。从功能和系统的角度来看，机器一般主要由五部分组成，如图所示。

(1)动力系统

动力系统包括动力机及其配套装置；它的功能是向机器提供运动和动力，是机械系统的动力源。如图的电动机。另外还有内燃机、液压马达、气马达、液压缸、气缸及电磁驱动等。

（2）执行系统

执行系统包括执行机构和执行构件，它的功能是驱动执行构件按给定的运动规律运动，实现预期的工作。执行系统一般处于机械系统的末端，执行构件直接与工作对象接触。执行系统可以只包含一个执行机构和多个执行构件，如上图所示的曲柄冲压机，其曲柄、连杆、滑块及冲头组成曲柄滑块机构为冲压执行机构，滑块及冲头是执行构件。

执行系统也可以由几个执行机构组成，如图中的自动曲柄冲压机，其执行机构除曲柄滑块机构外，还有由气缸及推料头组成的送料机构，它们配合完成冲压-送料工作。

(3）传动系统

传动系统是把动力系统的运动和力传递给执行系统的中间装置。如图中的齿轮和皮带轮都是将电机输出的运动和力传递给曲柄冲压机构。

(4）操纵系统和控制系统

操纵系统和控制系统都是为了使动力系统、传动系统、执行系统彼此协调工作，并准确可靠地完成整机功能的装置。

操纵系统:多指通过人工操作以实现上述要求的装置。如图A中的离合器是通过由连杆等构件组成的踏板机构控制其离合，实现传动的接入和分离。另外还有起动、制动（如图A 中的制动器）、变速、换向等装置。

控制系统:是指通过人工操作或测量元件获得的控制信号，经由控制器，使控制对象改变其工作参数或运行状态而实现上述要求的装置。如图中的电磁铁，电控换向阀和电控箱等组成了控制系统，协调冲压、送料等动作配合，实现自动化操作。

(5）框架支撑系统及其他的辅助系统

框架支撑系统：包括基础件（如床身、底座、立柱等）和支撑构件（如支架、箱体等）。它用于安装和支承动力系统、传动系统和操作系统等，如图A和图B中的机身。

机器各部分的位置精度、运动精度及机器的承载能力等主要依靠框架支撑系统来保证，该系统是机械系统中必不可少的部分。

此外，根据机械系统的功能要求，还有一些辅助系统，如润滑、冷却、显示、照明等。

2 现代机器及其主要特征

（1）现代机器及其组成

随着伺服驱动技术、检测传感技术、自动控制技术、信息处理技术、材料及精密机械技术、系统总体技术的飞速发展，使传统机械在产品结构和生产系统结构等方面发生了质的

变化，形成了一个崭新的现代机械工业。现代机器已经成为一个以机械技术为基础，以电子技术为核心的高新技术综合系统。

现代机器的定义：由计算机信息网络协调与控制的、用于完成包括机械力、运动和能量转换动力学任务的机械和（或）机电部件相互联系的系统。

这个定义突出计算机在现代机器中的协调控制的核心作用，同时也强调了现代机器的主要功能仍然是执行机械运动、完成有用功和能量的转换。

现代机器的组成

焊接机器人就是典型的现代机器，它的执行系统是操作机，该系统可以实现六个独立的回转运动，完成焊接操作。驱动系统按动力源的不同可分为电动、液动或气动，其驱动机为电动机、液压马达、液压缸、气缸及气马达。传动系统可以是齿轮传动、谐波传动、带传动和链传动等。也可以将上述驱动机直接与执行系统相连。控制系统是控制器，它由计算机硬件、软件和一个专用电路组成。框架支撑系统是机座。另外还有焊接电源装置等。焊接机器人由计算机协调控制操作机的机械运动，用于完成各种焊接工作。

（2）现代机器的主要特征

现代机器是由机械技术与电子技术有机结合的一个全新系统。它与传统机器比较，具有以下主要特征：

必须强调指出：在现代机器中机械系统是不可缺少的重要组成部分，机械系统和电子系统在不同的场合具有不同的优势。因此，现代机器要求综合考虑机、电、硬、软等方面的特性，使系统各部分合理匹配，实现整体的最佳化。

1.2 机械设计概述

1.2.1机械设计的基本要求

机械设计的最终目的是为市场提供优质高效、价廉物美的机械产品，在市场竞争中取得优势，赢得用户，取得良好的经济效益。

产品的质量和经济效益取决于设计、制造和管理的综合水平，而产品设计则是关键。没有高质量的设计，就不可能有高质量的产品；没有经济观念的设计者，决不可能设计出性能价格比好的产品。据统计，产品质量事故，约有50%是设计不当造成的；产品的成本60%-70%取决于设计。因此，在机械产品设计中，特别强调和重视从系统的观点出发，合理地确定系

统的功能；重视机电技术的有机结合，注意新技术、新工艺及新材料等的采用；努力提高产品的可靠性、经济性及保证安全性。以下简述机械设计应满足的基本要求。

1 满足社会需求

2 可靠性的要求

3 经济性要求

4 安全性要求

1 满足社会需求

机械产品的设计总是以社会需求为前提，一项产品的性能应尽量满足用户的需求。没有需求就没有市场，也就失去了产品存在的价值和依据。社会的需求是变化的，不同时期、不同地点、不同的社会环境就会有不同的市场行情和需求。产品应不断的更新改进，适应市场的变化；否则就会滞销、积压，造成浪费，影响企业的经济效益，严重时甚至导致企业的倒闭。所以，设计师必须确立市场观念，以社会需求和为用户服务作为最基本的出发点。

所谓需求，就是对功能的需求，用户购买产品就是购买产品的功能。产品的功能是与技术、经济等因素密切相关的。通常随着功能的增加，产品的成本也随之上升。所以设计师就必须进行市场调查和用户访问，查清市场当前的需求和预测今后的需求，然后对产品进行功能分析，遵循保证基本功能、满足使用功能，剔除多余的功能、增加新颖功能、恰到好处地利用功能原则，提高功能价值，降低实现成本，力求提高产品的竞争力

2 可靠性的要求

可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。这里所指的"产品"可以是零件、部件等，也可以是整机系统。"规定条件"是指对产品进行可靠性考核时所规定的使用条件和环境条件，包括载荷状况、工作制度、应力、强度、湿度、粉尘及腐蚀等，也包括操作规程、维修方法等。"规定时间"是指对产品可靠性考核是所规定的时间，包括运行时间、应力循环次数、行驶的里程等。"规定功能"是指对产品考核的具体功能，产品规定功能的丧失称为失效，对可修复产品的失效也称为故障。

可靠性是衡量产品质量的一个重要指标，提高产品可靠性的最有效的方法是进行可靠性设计。设计者应从整机系统出发，对可能发生的故障和失效进行预测和分析，采取相应的预防措施；对整机系统可靠性有关键影响的另部件应进行可靠性分析和设计。衡量产品可靠性

的指标有很多，机械产品常用的可靠性指标主要有可靠度R、失效概率F及失效率λ等。

机械设计的基本要求

可靠度R: 指产品在规定的条件下和规定的时间内（寿命）完成规定功能而不发生故障或失效的概率，0≤R≤1。

失效概率F:指在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能时发生故障或失效的概率。失效概率也称不可靠度，0≤F≤1。因为失效和不失效是对立事件，所以F=1-R。

失效率λ：是指产品工作到某一时刻后，在单位时间内发生失效或故障的概率，失效率也称为故障率。机械产品典型的故障率曲线如图1.7所示，因其形状象浴盆，故常称为浴盆曲线。根据故障率的变化趋势，通常将故障分为初期、稳定期（偶发）及耗损期。

初期故障通常是由机器中某些可靠性较差的另部件引起的，也可由设计中的不当或制造装配中的缺陷引起。

稳定期故障主要由一些偶发因素引起，如操作不当、运行条件的突然变化、过载及另部件的偶然性缺陷等，所以又称为偶发故障。

功能寿命(有效寿命) 指偶发性故障所对应的运行时间，它是产品能有效工作的时间

耗损期故障另部件因老化、磨损、疲劳等原因，故障率显著上升，这时机器的效率下降，生产率降低，意味着机器正常寿命的终结。

在稳定期，机器如能得到良好的维修，及时更换磨损、疲劳及老化的另部件则整机系统的故障率显著下降，功能寿命得以延长。因此，在设计阶段就应考虑机器的易维修性，使机器易于检查、发现和排除故障，为了便于维修，整机系统的薄弱环节（易损件等）尽量作成独立部件或采用标准件、通用件，并设计成容易拆卸和更换的结构等。

3 经济性要求

提高产品的经济性，既是增加产品市场竞争力、赢得用户的需要，也是节约社会劳动、提高社会效益的需要。提高产品的经济性是以寿命周期成本最低为目标的。

寿命周期成本是指产品从规划、设计、制造、使用直至报废的整个寿命周期内所支出费用的总和。

寿命周期成本=生产成本+使用成本

生产成本=直接成本+间接成本

直接成本主要包括研究与设计、材料及采购、加工和装配等与生产直接有关的各项成本；

间接成本主要包括管理、销售、广告、公用事业、保险福利、研究开发及利息等各项非直接生产环节的支出分摊到该产品的成本。

销售价格=生产成本+利润+税金

使用成本包括运行成本和维修成本。机械产品通常是寿命周期较长的耐用消费品，其使用费用累积额可能相当可观。

提高产品经济性的途径：

1、提高设计和制造的经济性

提高设计和制造的经济性，从设计的角度考虑主要有以下几方面。

1）、在完成产品功能分析的基础上，通过创新构思，优化筛选得到最佳的功能原理方案。该方案在满足功能要求和可靠性要求的前提下，具有效率高、能耗少、生产成本低及易维修等良好经济性的特点。

2）、采用先进的现代设计制造方法，使设计参数最优化，达到尽可能精确的设计结果，保证机器的可靠性。尽可能地应用CAD/CAM技术，特别是先进制造技术，提高设计制造效率、降低设计制造成本。

3）、尽可能地采用新技术、新工艺、新结构和新材料。

4）、努力提高另部件结构的工艺性，使其用料少、易加工、易装配，提高生产率、缩短生产周期，降低生产成本。

5）、最大限度地采用标准化、系列化及通用化的另部件。

2提高使用和维修经济性的途径

1) 提高产品的效率、降低能耗。

机器的效率主要取决于传动系统和执行系统的效率。传动系统的效率通常与传动类型、结构形式、工作表面的性态、摩擦润滑状况、润滑剂的种类、润滑方式及工作条件等有关；执行系统的效率与执行机构的类型、机构结构及参数有关。在方案设计和结构设计时，应充

分考虑提高效率的措施。

2）合理地确定机器的经济寿命

机器的寿命分为以下三种：

功能寿命机器从开始使用至其主要功能丧失而报废所经历的时间；

技术寿命机器从开始使用至因技术落后而被淘汰所经历的时间；

经济寿命机器从开始使用至继续使用其经济效益显著变差所经历的时间。

在科学技术高速发展的时代，机器的经济寿命、技术寿命大大短于功能寿命。按成本最低的观点，机器更新的最佳时间应由其经济寿命确定。在设计中单纯追求长寿命是不恰当的，应合理地确定机器的经济寿命。

3）提高维修的经济性

维修能延长机器的使用寿命，是保证良好的技术状况及正常运行的技术措施，但必须以付出一定的维修费用及停机费用为代价。因此，以尽可能少的维用换取尽可能多的使用经济效益，是机器进行维修的原则。

4 安全性要求

机器的安全性包括两方面：

（1）机器执行预期功能的安全性，即机器运行时系统本身的安全性，如满足必要的强度、刚度、稳定性、耐磨性等要求。因此，在设计时必须按有关规范和标准进行设计计算。另外，为了避免机器由于意外原因造成故障或失效，常需要配置过载保护、安全互锁等装置。如为了保证传动系统在过载时不致损坏，常在传动链中设置安全离合器或安全销。又如，为保证机器安全运行，离合器与制动器必须设计成互锁结构，即离合器与制动器不能同时工作。

（2）人-机-环境系统的安全性

机器是为人类服务的，同时它又在一定的环境中工作，人、机、环境三者构成一个特的系统。机器工作时不仅机器本身应具有良好的安全性，而且对使用机器的人员及周围的环境也应有良好的安全性。安全性包括两方面的内容。

在满足安全性要求的基础上，在设计上应以人为主体协调处理好人、机、环境三者的关系，力求产品功能完善，造型色彩大方宜人，人-机接口亲切、方便，要对人类的生存环境得到保护和改善

1.2.2 机械设计的类型

机械设计是一项创造性劳动，同时也是对已有成功经验的继承过程。根据实际情况的不同可以分成三种类型：

开发性设计机械产品的工作原理和具体结构等完全未知的情况下，应用成熟的科学技术或经过实验证明是可行的新技术，开发设计新产品，这是一种完全创新的设计。

适应性设计对现有机械产品的工作原理、设计方案不变的前提下，仅作局部变更或增加附加功能，在结构上作相应调整，使产品更能满足使用要求。

变形设计机械产品的工作原理和功能结构不变，为了适应工艺条件或使用要求，改变产品的具体参数和结构。

1.2.3 机械设计的一般过程

机械产品设计的过程是一个复杂的过程，不同类型的产品、不同类型的设计，其产品的设计过程不尽相同。产品的开发性设计过程大致包括规划设计、方案设计、技术设计、施工设计及改造设计等三个阶段,如图示。

1 规划设计

1）市场调查

在明确任务的基础上，广泛的开展市场调查。其内容主要包括用户对产品的功能、技术

性能、价位、可维修性及外观等具体要求；国内外同类产品的技术经济情报；现有产品的销售情况及该产品的预测；原材料及配件供应情况；有关产品可持续发展的有关政策、法规等。2）可行性分析

针对上述技术、经济、社会等各方面的情报进行详细分析并对开发的可能性进行综合研究，提出产品开发的可行性报告，报告一般包括以下内容：

（1）产品开发的必要性，市场需求预测；

（2）有关产品的国内外水平和发展趋势；

（3）预期达到的最低目标和最高目标，包括设计技术水平、经济、社会效益等；

（4）在现有条件下开发的可能性论述及准备采取的措施；

（5）提出设计、工艺等方面需要解决的关键问题；

（6）投资费用预算及项目的进度、期限等。

3）技术任务书

技术任务书下达对开发产品的具体设计要求，它是产品设计、制造、试制等评价决策的依据，也是用户评价产品优劣的尺度之一。

技术任务书的具体内容主要包括：

（1）产品功能、技术性能、规格及外型要求；

（2）主要物理、力学参数、可靠性、寿命要求；

（3）生产能力与效率的要求；

（4）环境适应性与安全保护要求；

（5）经济性要求；

（6）操纵、使用维护要求；

（7）设计进度要求。

2 方案设计

市场需求的满足是以产品功能来体现的。实现产品功能是产品设计的核心，体现同一功能的原理方案可以是多种多样的。因此，这一阶段就是在功能分析的基础上，通过创新构思、优化筛选，取得较理想的功能原理方案。产品功能原理方案的好坏，决定了产品的性能和成本，关系到产品的水平和竞争力，它是这一设计阶段的关键。

方案设计包括产品功能分析、功能原理求解、方案的综合及评价决策，最后得到最佳功能原理方案。对于现代机械产品来说，其机械系统（传动系统和执行系统）的方案设计往往表现为机械运动示意图（机械运动方案图）和机械运动简图的设计。

3 技术设计

技术设计的任务是将功能原理方案得以具体化，成为机器及其零部件的合理结构。在

此阶段要完成产品的参数设计（初定参数、尺寸、材料、精度等）、总体设计（包括总体布置图、传动系统图、液压系统图、电气系统图等）、结构设计、人机工程设计、环境系统设计及造型设计等，最后得到总装配草图。

4 施工设计

施工设计工作内容包括由总装草图分拆零件图，进行零部件设计，绘制零件工作图、部件装配图；最后绘制总装图；编制技术文件，如设计说明书、标准件及外购件明细表、备件和专用工具明细表等。

5 改进设计

改进设计包括样机试制、测试、综合评价及改进，以及工艺设计、小批生产、市场销售及定型生产等环节。

根据设计任务书的各项要求，对样机测试，发现产品在设计、制造、装配及运行中的问题，细化分析问题。在此基础上，对方案、整机、另部件作出综合评价，对存在的问题和不足加以改进。

工艺设计包括两方面的内容：

1）制定零件制造与装配工艺，设计与生产批量相适应的工艺装备及专用设备。

2）标准化、系列化检查，尽量采用标准化、系列化、通用化的另部件，所有文档资料符合标准化的要求。

通过小批生产及市场销售反馈对产品设计、工艺设计及生产规模实践考核，在进一步完善的基础上，进入定型生产。

必须强调指出，整个机械设计的过程的是复杂的，反复进行的。在某一阶段发现问题，必须回到前面的有关阶段进行并行设计。因此，整个机械设计的过程是一个不断反复、不断修改、不断完善的过程，以期逐渐接近最佳结果。

1．3 方案设计和机械零部件设计简述

机械系统的方案设计和机械零部件设计是机械设计过程的重要内容，是决定机械产品质量、水平、性能和经济效益的关键。

1.3.1 方案设计的主要内容及要求

1. 方案设计的主要内容

机械系统方案设计包括以下几项内容：

⑴功能原理设计根据产品所要实现的功能，提出一些工作原理方案及相应的工艺动作构思，这一过程就是功能原理设计。

⑵机械运动原理方案设计根据功能原理方案设计中提出的工艺动作过程及各动作的运动规律要求，选择若干种类型的机构，用一定的顺序把它们组合成一个机构系统，该系统能合理地、可靠地完成上述工艺动作过程，机械运动原理方案设计又称为机构的型综合。

⑶机械运动简图设计根据各工艺动作的运动规律和运动协调条件，确定机械运动方案中各机构的运动尺寸。上述表达机构系统各机构结构形式、相互间联接情况及运动尺寸的图就是机械运动简图。机械运动简图设计又称为机构的尺度综合。

2. 方案设计的基本要求

根据机械设计的基本要求，在方案设计阶段应满足的主要要求是：

⑴运动要求机构系统应满足工艺动作提出的运动形式、运动规律、运动协调性及运动精度等要求。

⑵动力要求机构系统的动力参数应满足机械的工作要求，具有机械效率高、速度波动小、平衡精度高、冲击振动小等良好的动力特征。

⑶经济性要求机构系统应满足机构结构组成简单、布局合理、易加工制造、使用维修方便等要求。

另外，机构系统工作稳定可靠、操作方便、环境的适应性也都是不可忽视的要求。

1.3.2 机械零部件设计概述

1. 设计的主要内容和要求

机械零部件设计是机械设计的重要组成部分，机械运动方案中的机构和构件只有通过零部件设计才能得到用于加工的零件工作图和部件装配图，同时它也是机械总体设计的基础。机械零部件设计的主要内容包括：根据运动方案设计和总体设计的要求，明确零部件的工作要求、性能、参数等，选择零部件的结构构形、材料、精度等，进行失效分析和工作能力计算，画出零件图和部件装配图。

机械产品整机应满足的要求是由零部件设计所决定的，机械零部件设计应满足的要求为：

①工作能力要求具体有强度、刚度、寿命、耐磨性、耐热性、振动稳定性及精度等；

②工艺性要求加工、装配具有良好的工艺性及维修方便；

③经济性要求主要指生产成本要低。

此外，还要满足噪声控制、防腐性能、不污染环境等环境保护要求和安全要求等。以上要求往往互相牵制，需全面综合考虑。

2. 零件的失效形式和计算准则

机械零件由于各种原因不能正常工作而失效，其失效形式很多，主要有断裂、表面压碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损等。

为了保证零件能正常工作，在设计零件时应首先进行零件的失效分析，预估失效的可能性，采取相应措施，其中包括理论计算，计算所依据的条件称为计算准则，常用的计算准则有：⑴强度准则强度是机械零件抵抗断裂、表面疲劳破坏或过大塑性变形等失效的能力。强度要求是保证机械零件能正常工作的基本要求，其典型的计算公式为

σ≤[σ]=σlim/s （MPa）

式中：σ-零件的工作正应力

[σ]-材料的许用正应力

σlim-材料的极限正应力

s-安全系数

⑵刚度准则刚度是指零件在载荷的作用下，抵抗弹性变形的能力。刚度准则要求零件在载荷作用下的弹性变形y在许用的极限值[y]之内，其表达式为y≤[y]。

⑶振动稳定性准则对于高速运动或刚度较小的机械，在工作时应避免发生共振。振动稳定性准则要求所设计的零件的固有频率ξρ应与其工作时所受激振源的频率ξ错开。

当ξρ>ξ时，要求ξρ>1.15ξ

当ξρ<ξ时，要求ξρ<0.85ξ

⑷耐热性准则机械零部件在高温工作条件下，由于过度受热，会引起润滑油失效、氧化、胶合、热变形、硬度降低等问题，使零件失效或机械精度降低。因此，为了保证零部件在高温下正常工作，应合理设计其结构及合理选择材料，必要时须采用水冷或气冷等降温措施。

⑸耐磨性准则耐磨性是指相互接触并运动零件的工作表面抵抗磨损的能力。当零件过度磨损后，将改变其结构形状和尺寸，削弱其强度，降低机械精度和效率，以致零件失效报废。因此，机械设计时应采取措施，力求提高零件的耐磨性。

关于磨损的计算，目前尚无简单可靠的理论公式，常采用条件性计算。一是验算比压P 不超过许用值[p]，以保证工作面不致因油膜破坏而产生过度磨损；二是对滑动速度v比较大的摩擦表面，为防止胶合破坏，要限制单位接触表面上单位时间产生的摩擦功不能过大。当摩擦系数f为常数时，可验算pv值不超过许用值[pv]。其表达式为

p≤[p]（MPa）

pv≤[pv] （MPa）

⑹可靠性准则机械系统的可靠性是靠零件的可靠性要求来保证的。对于重要的机械零件要求计算其可靠度R，并作为可靠性的指标。其一般表达式为

R=N s/N0=1-N f/N0

式中：N0-在一定的工作条件下和在规定时间t（寿命）内实验零件总数，

N s-正常工作零件数，

N f -失效零件总数，N0=N s+N f。

3. 机械零件的设计计算

机械零件的主要尺寸常常需要通过理论计算确定。理论设计计算是根据零件的结构特点和工作情况，将它合理简化成一定的物理模型，运用理论力学、材料力学、流体力学、摩擦学、热力学、机械振动学等理论或利用这些理论推倒出设计公式、实验数据进行设计。理论设计计算可分为设计计算和校核计算两种。

⑴设计计算按设计公式直接求得零件的有关主要尺寸。

⑵校核计算已知零件各部分的尺寸，用设计公式校核它是否满足有关的设计计算准则。

为了使设计计算的结果更符合实际，应该多方面参考过去成功的设计和实践积累的经验关系式、统计数据等。对于一些大型、结构复杂的重要零件，必要时还可以进行模型实验或实物实验。

4. 机械零部件的标准化

在机械设计中应尽可能地遵循标准化的原则。机械产品标准化的内容包括标准化、系列化和通用化等三方面，简称机械产品的"三化"。

标准化是对机械零件的种类、尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、设计方法、公差配合及制图规范等制定出相应的标准，供设计、制造及修配中共同遵照使用。如螺栓、螺母、垫圈等的标准化。

系列化是指产品按主要参数分档，形成一定系列的产品，这样可用较少规格的产品满足不同的需要，如圆柱齿轮减速器系列，系列化是标准化的重要组成部分。

通用化是对不同规格的同类产品或不同类产品，在设计中尽量采用相同的零件或部件，如几种类型不同的轿车可以采用相同的轮胎。通用化是广义的标准化。

标准化的意义表现为：

⑴能以最先进的方法对用途广泛的零件进行专业化的大规模生产，以提高质量，降低成本。

⑵可以减轻设计工作量、缩短设计周期，提高设计质量及降低设计费用。

⑶具有互换性，便于维修更换。

我国现行标准分为国家标准（GB）、行业标准（如JB、YB等）及企业标准等三个等级。标准又分为必须执行（如制图标准、螺纹标准等）和推荐使用（如直径标准等）两种。为了

《机械设计基础》考试大纲

专生本《机械设计基础》课程考核大纲 课程性质：专业技术基础课 一、课程简介 机械设计基础课程是高等学校机械类及近机类专业的一门重要的专业基础课，综合运用高等数学、工程制图、工程力学、机械制造基础、公差及技术测量等课程的基本理论和生产知识，解决常用机构及通用零部件的分析和设计问题。同时也为后继课程打下必要的基础。 二、课程考试内容及所占比重：（基本概念25%、基本原理20%、分析20%、计算20%、综合应用15%） 三、考核方式：闭卷。 四、成绩评定方式：平闭卷考试成绩(占总评成绩的100%) 五、试题类型：选择题、填空题、判断题、分析简答题、计算题、作图题、结构改错等 六、试卷结构：选择、判断题（10题、20分），填空（10题、25-30分），分析简答(5题、25分)，计算（2-3题、20分）、作图题、结构改错（1题、5-10分） 七、理论教学内容 第一章绪论 一、学习目的与要求 通过本章的学习，使学生了解和掌握机构和机器的概念，了解机器的组成。了解本课程的性质、研究对象和学习本课程的基本要求和学习方法。 二、课程内容 第一节机器及其组成； 第二节本课程的性质和研究对象； 第三节学习本课程的基本要求和方法。 三、考核知识点 1、机器与机构的含义和区别。 2、构件与零件的含义和区别 3、机器按功能分，由哪几部分组成。 第二章机械设计概论 一、学习目的与要求 通过本章的学习，使学生了解和掌握机械设计的基本要求和一般过程，掌握机械零件的失效形式及设计计算准则

二、课程内容 第一节械设计的基本要求和一般过程 第二节机械设计的内容与步骤 第三节机械零件的失效形式及设计计算准则 第四节机械零件设计的标准化、系列化及通用化 三、考核知识点 1、机械设计的基本要求 2、机械零件的失效形式 3、机械零件的设计计算准则 第三章平面机构的结构分析 一、学习目的与要求 通过本章的学习，使学生了解和掌握运动副极其分类；理解常用平面机构运动简图的绘制方法；掌握平面机构自由度的计算及机构具有确定运动的条件。 二、课程内容 第一节机构的组成 第二节平面机构的运动简图 第三节平面机构的自由度 三、考核知识点 1、平面机构、运动副、自由度等基本概念 2、常用机构运动简图的绘制 2、机构自由度的计算 3、机构具有确定运动的条件 第四章平面连杆机构 一、学习目的与要求 通过本章的学习，使学生了解和掌握平面连杆机构的特点和应用，以及铰链四杆机构的类型和曲柄存在的条件。理解压力角、传动角、死点、急回特性等概念。掌握平面四杆机构设计的方法。 二、课程内容 第一节铰链四杆机构的基本类型 第二节铰链四杆机构的演化 第三节平面四杆机构的基本特性 第四节平面四杆机构的设计 三、考核知识点 1、铰链四杆机构的三种基本类型极其演化。 2、铰链四杆机构的基本特性 （1）曲柄存在的条件（2）急回特性（3）压力角、传动角和死点位置 3、用作图法设计平面四杆机构。 第五章凸轮机构

《机械设计基础》各章习题

第一章机械设计基础概论 [复习题] 一、单项选择题 1．机器中各制造单元称为（） A．零件 B．构件 C．机构 D．部件 2．机器中各运动单元称为（） A．零件 B．部件 C．机构 D．构件 3．在卷扬机传动示意图中， 序号5、6所示部分属于（） A.动力部分 B.传动部分 C.控制部分 D.工作部分 4．如图为卷扬机传动示意图，图中序号3 所示部分属于( ) A.动力部分 B.传动部分 C.控制部分 D.工作部分 5．在如图所示的单缸四冲程内燃机中，序号1和10的组合是（）

6．如图所示，内燃机连杆中的连杆体1是（） A.机构 B.零件 C.部件 D.构件 7．在如图所示的齿轮—凸轮轴系中， 轴4称为( ) A.零件 B.机构 C.构件 D.部件 [参考答案] 一、单项选择题 1A，2D,3D,4B,5B,6B,7A 第二章平面机构运动简图及自由度 [复习题] 一、单项选择题 1．在平面机构中，每增加一个高副将引入（） A．0个约束 B．1个约束 C．2个约束 D．3个约束2．在平面机构中，每增加一个低副将引入（） A．0个约束 B．1个约束 C．2个约束 D．3个约束3．平面运动副所提供的约束为（） A.1 B.2 C.1或2 D.3 4．平面运动副的最大约束数为（） A．1 B．2 C．3 D．5 5．若两构件组成低副，则其接触形式为（）

A．面接触 B．点或线接触 C．点或面接触 D．线或面接触6．若两构件组成高副，则其接触形式为（） A.线或面接触 B.面接触 C.点或面接触 D.点或线接触7．若组成运动副的两构件间的相对运动是移动，则称这种运动副为( ) A.转动副 B.移动副 C.球面副 D.螺旋副 8．由m个构件所组成的复合铰链所包含的转动副个数为( ) A.1 B.m-1 C.m D.m+l 9．机构具有确定相对运动的条件是( ) A.机构的自由度数目等于主动件数目 B.机构的自由度数目大于主动件数目 C.机构的自由度数目小于主动件数目 D.机构的自由度数目大于等于主动件数目 10．图示为一机构模型，其对应的机构运动简图为（） A．图a B．图b C．图c D．图d 二、填空题 1、两构件直接接触并能产生相对运动的联接称为 _____________。 2、平面机构中，两构件通过面接触构成的运动副称为_____________。 3、平面机构中，两构件通过点、线接触而构成的运动副称为___________。 4、当机构的原动件数目___________其自由度时，该机构具有确定的运动。 5、在机构中采用虚约束的目的是为了改善机构的工作状况和______________。 三、计算题 1、计算如图所示机构的自由度。 2、计算图示机构的自由度，若含有复合铰链、 局部自由度和虚约束，请明确指出。 3、计算题如图所示机构的自由度，若含有复合铰链、

(机械制造行业)机械设计概述

第二章机械设计概述 机械是人类进行生产和生活的主要体力劳动工具。随着生产技术的不断发展和人民生活水平的日益提高，机械产品品种和门类日益增多，例如，各种各样的金属切削机床、仪器仪表、工程机械、重型机械、轻工机械、纺织机械、食品包装机械、石油化工机械、产品加工机械、交通运输机械、海洋作业机械、钢铁成套设备、发电设备以及办公设备、家用电器、儿童玩具等等。在现代社会，人们运用各种类型的机械，以改善劳动条件，提高劳动生产率和产品质量。同时，随着经济的发展，人们也运用越来越多的机械，以提高自身的生活质量。可以说，国民经济各部门及人类自身生活中使用机械的程度，是整个社会发展水平的重要标志之一。 机械工程是在西方工业革命后形成系统的技术科学，从明代我国逐步引进了此技术，但是至今我们在机械设计方面不属于世界先进行列。主要问题是：1、缺乏技术价值观念。2、缺乏大量技术实践。3、教学与工厂实际脱离，把机械技术变成了读书，缺乏对机械技术的全面实践，培养的人不能动手，不会设计真实东西。 工业设计师应当是通才。从专业要求看，必须了解机械工艺、材料、成本等方面的内容，理解工程师的思维方式，才能够较顺利设计产品。 此课程主要培养学生在机械技术和设计方面的职业思维方式和行为方式，对机械产品有实际经验，通过拆装实验，讨论，解决实际产品设计，从中了解设计过程。 照传统说法，一切机器都可分为三部分，动力源、传动和执行机构。一切机器的作用不外两点，一是利用能量来代替微弱的人力、畜力，另一则用机器的运动来代替人手的动作。虽然两者都是为了减轻劳动，可是它们发展的历史却很不一样。能源开发是近代的成就，应该说由水车开始，而且从历史眼光看其发展并不能说很快，一般是量变。用机器运动来代替手工动作则历史长得多，而且进步也比较大。只要比较一下上古制作陶器的陶车和近代在人的大脑中进行外科手术的机器人便清楚了。这可能是因为能源开发虽然艰巨，其目标却是单一的。用机器运动代替人工劳动，目的是多种多样的，随着人类生活的发展而不断变化。因此形成很多复杂的行业。 到底机器的哪部分是用来产生代替人手的动作呢?事实上这和传统的原则性的说法略有不同。倘若机器要执行的动作非常简单，则动力源一传动一执行这划分还是对的。但近代机器常常极其复杂，对它要求的动作也非常精细而且复杂。这种精细复杂的运动，通常要从传动中获得。这就使机器的传动部分和执行部分的界限模糊了，同时也使传动成为更复杂的技术。表面上好像很简单的问题，做起来可能会很困难。在这里提及一个历史上的例子：当瓦特设计他的蒸汽机时，他需要一个直线运动来带动阀门。从表面看这是—个很简单的问题，在今天用一个导轨便成了。但在那时的加工设备和润滑技术，还不能制出导轨，而须用连杆。但瓦特想不出这样一种连杆，便要求格拉斯哥大学的数学家们帮忙，但数学家们也想不出。后来事情传开了，竟发现全世界的数学家都解决不了这问题。瓦特只得用了一个近似的直线机构。这问题直到瓦特死后几十年，才由一位法国数学家解决了。这一事实说明了在机器上对传动机构要求之高和问题解决之难。只要机器还在使用，传动机构也必然要继续发展。 各种各样的机械是国民经济许多部门及其他领域的重要装备。随着科学技术和工业生产的发展，对机械产品不时提出新要求，除了优质、高效、低能耗、低廉价格之外，突出的课题是性能优越的、适应高精尖发展的机械功能。一般地说，机械设备均为实现某种工艺动作过程，或者实现生产过程与操作自动化。在新形势下，必须致力搞好创新设计，不断推出新产品来抢占市场，满足客观需求。机械的创新设计的着重点是机构设计，也就是机械运动方案设计。机构系统设计的核心，是选择灵巧的工艺动作过程、满意地达到特定的机械功能要求。机构系统的开发、设计，机构的选用和它们的巧妙组合，就是为了实现特定的机械功能。机构系统设计的好坏，直接影响机械产品的性能、效率、成本，因此愈来愈为人们重视。 不言而喻，产品设计是决定产品性能、质量、水平和经济效益的重要环节。随着市场经济的不断发展，商品竞争必然愈来愈剧烈。一个产品是否具有市场竞争能力，在很大程度上取决于产品的设计。产品设计如有闪失，则常常是属于根本性的问题，对产品生产、市场竞争的贻误，可能会造

机械设计基础(下)习题

机械设计基础（下） 第一章 机械设计概论 复习思考题 1、机械设计的基本要求包括哪些方面？ 2、机械设计的一般程序如何？ 3、对机械零件设计有哪些一般步骤？ 4、对机械零件设计有哪些常用计算准则？ 5、对机械零件材料的选择应考虑哪些方面的要求： 习 题 1．何谓机械零件的失效？何谓机械零件的工作能力？ 2．机械零件常用的计算准则有哪些？ 第二章 机械零件的强度 复习思考题 1、静应力与变应力的区别？静应力与变应力下零件的强度计算有何不同？ 2、稳定循环变应力的种类有哪些？画出其应力变化曲线，并分别写出最大应力σmax 、最小应力σmin 、平均应力σm 、应力幅σa 与应力循环特性γ的表达式。 3、静应力是否一定由静载荷产生？变应力是否一定由变载荷产生？ 4、机械零件疲劳破坏的特征有哪些？机械零件疲劳强度与哪些因素有关？ 5、如何由σ-1、σ0和σs 三个试验数据作出材料的简化极限应力图？ 6、相对于材料，影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些？综合影响因素K σ的表达式为何？如何作零件的简化极限应力图？ 7、应力集中、零件尺寸和表面状态是否对零件的平均应力σm 和应力幅均有影响？ 8、按Hertz 公式，两球体和圆柱体接触时的接触强度与哪些因素有关？ 习题 1．某材料的对称循环弯曲疲劳极限1801=-σMPa 。取循环基数N 0=5×106，m =9，试求循环次数N 分别为7000、25000、62000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。 2．已知材料的机械性能为σs =260MPa ，σ-1=170MPa ，ψσ=0.2，试绘制此材料的简化根限应力线图。 3．圆轴轴肩处的尺寸为：D =54mm ，d =45mm ，r =3mm 。如用上题中的材料，设其强度极限B =420MPa ，试绘制此零件的简化极限应力线图，零件的βσ=βq =1。 4．如上题中危险剖面上的平均应力σm =20MPa ，应力幅σa =30MPa ，试分别按①γ=C ，②σ m =C ，求出该载面的计算安全系数S ca 。 第三章 摩擦、磨损与润滑

第1章 机械设计概论要点

第一章机械设计概论 一﹑选择题 1.机械零件由于某些原因不能____称为失效。 A.工作 B.连续工作 C.正常工作 D.负载工作 选C 2.下列设备中____不属于机器。 A.汽车 B.机械手表 C.内燃机 D.车床 选B 3.机械设计课程研究的对象是____。 A.专用零件 B.标准零件 C.常规工作条件下的通用零件 D.特殊工作条件下的零件选C 4.从经济性和生产周期性考虑，单件生产的箱体最好采用____。 A.铸铁件 B.铸钢件 C.焊接件 D.塑料件 选C 5.机械设计课程研究的内容只限于____。 A.专用零件和部件 B.在高速高压环境温度过高或过低等特殊条件下工作的以及尺寸特大或特小的通用零件和部件 C.在普通工作条件下工作的一般参数的通用零件和部件 D.标准化的零件和部件 选C 6.下列8种机械零件：螺旋千斤顶中的螺杆，机床的地脚螺栓，车床的顶尖，减速器中的齿轮，拖拉机发动机的气缸盖螺栓，船舶推进器上的多环推力轴承，破碎机上的V带轮，多气缸内燃机曲柄轴上的盘形飞轮。其中有____是通用零件。 A.3种 B.4种 C.5种 D.6种 选D 7.下列8种机械零件：涡轮的叶片，飞机的螺旋桨，往复式内燃机曲轴，拖拉机发动机的气门弹簧，起重机的起重吊钩，火车车轮，自行车的链条，纺织机的纱锭。其中有____是专用零件。 A.3种 B.4种 C.5种 D.6种 选D 二、填空题 1.机械零件设计计算的最基本计算准则是____。 答案：强度准则 2.机械零件的主要失效形式有____、 ____、____及____。 答案：整体断裂，表面破坏，变形量过大，破坏正常工作条件引起的失效 3.机械设计学习的主要目的是掌握____机械零部件和简单机械的设计能力。

第一章 机械设计概论(2)

第一章机械设计概论 1-1 基础知识 一、机器的基本组成要素 在一部现代化的机器中，常会包含着机械、电气、液压、气动、润滑、冷却、控制、监测等系统的部分或全部，但是机器的主体，仍然是它的机械系统。机械系统总是由一些机构组成；每个机构又是由许多零件组成。所以，机器的基本组成要素就是机械零件。 机械零件可分为两大类：一类是在各种机器中经常都能用到的零件，叫做通用零件，如螺钉、齿轮、链轮等；另一类是在特定类型的机器中才能用到的零件，叫做专用零件，如叶片、螺旋桨、曲轴等。 二、设计机器的一般程序 一部新机器的设计过程大致有以下几个阶段。 1）计划阶段 计划阶段是设计机器的预备阶段，其目标是拟定出设计任务书。在此阶段，要根据社会和市场的需求，明确所设计机器的功能范围和性能指标；根据现有的技术资料进行可行性研究，明确设计中要解决的关键问题，最后形成设计任务书。设计任务书应包括机器的功能、经济性估计、制造要求、基本使用要求、预计设计期限等。 2）方案设计阶段 本阶段对设计机器的成败起关键的作用，其目标是确定一个原理性的设计方案。在此阶段，要按设计任务书的要求，提出可能采用的多种方案，并对这些方案在技术、经济、可靠性等方面进行综合评价，最后进行决策，确定一个可进行技术设计的原理图或机构运动简图。 3）技术设计阶段 技术设计阶段是产生总装配草图及部件装配草图。在此阶段，要按已确定的设计方案，进行运动学、动力学计算，零件的工作能力计算和结构设计，最后绘制出总装配图、部件装配图和零件图。在这一过程中，计算、绘图、修改常常是反复交叉进行的。本阶段所涉及的问题是机械设计课程最主要的研究任务。 4）技术文件编制阶段 技术文件编制阶段是设计机器的最后一个阶段，其目标是编写出机器的设计计算说明书、使用说明书等文件。设计计算说明书中应包括方案选择和技术设计的全部结论性内容；使用说明书应向用户介绍机器的性能参数范围、使用操作方法、日常保养及简单的维修方法、备用件目录等。

《机械设计基础》习题集及答案

《机械设计基础》课程习题 集 系部： 适用专业： 制定人： 审核人： 系（部）

《机械设计基础》课程习题集 第一章机械设计概论 一、填空题。 1、机械零件最常见的失效形式有_______,_______,_______,_______,。 2、机械没计的“三化”指__________,__________,__________。 3、强度是指零件在载荷作用下抵抗__________的能力，强度可分为__________和__________。 4、刚度是指受载后抵抗__________的能力。 5、机械零件丧失预定功能或者预定功能指标降低到许用值以下的现象，为__________。 二、选择题。 1、机械设计这门学科，主要研究（）的工作原理、结构和设计计算方法。 A、各类机械零件和部件 B、通用机械零件和部件 C、专用机械零件和部件 D、标准化的机械零件和部件 2、设计一台机器包括以下几项工作:a、零件设计;b、总体设计;c、技术设计，它们进行的顺序大休上是( )。 A、acb B、bac C、bca D、cba 3、下列零件的失效形式中，不属于强度问题。 A、螺栓断裂 B、齿轮的齿面发生疲劳点蚀 C、蜗杆轴产生过大的弯曲变形 D、滚动轴承套圈的滚道上被压出深深的凹坑 4、在设计机械零件时，对摩擦严重的一些零件，要考虑其散热性，主要是由于（）。 A、在高温下将产生蠕变现象，出现较大塑性变形 B、材料的机械性能下降，可能造成零件因强度不够而失效 C、下产生较大的热变形，影响正常工作 D、升高后，破坏了正常润滑条件，从而使零件发生胶合 5、我国国家标准的代号是（）。 A、GC B、KY C、GB D、ZB 三、是非题。 1、机器的各部分之间具有确定的相对运动，在工作时能够完成有用的机械功或实现能般的转换。 2、机构的各部分之间具有确定的相对运动，所以机器与机构只是说法不同而己。 3、由于强度不够引起的破坏是零件失效中最常见的形式。 4、表面失效主要有疲劳点浊、磨损和腐蚀等，表面失效后通常会增加零件的摩擦，使尺寸发生变化，最终导致零件的报废。 5、刚度足指零件受载后抵抗弹性变形的能力。在机械没计中，零件在载荷作用下产生的弹性变形从应大于或等于机器工作性能允许的极限值。 四、简答题。

《机械设计》课程教学大纲

《机械设计》课程教学大纲 课程名称: 机械设计 课程英文名称: MACHINE DESIGN 总学时:60 讲课学时:48 实验学时:12 上机学时:20（单独安排学时） 学分：3 课程类型：必修课 开课单位：机电工程学院机械设计系 授课对象: 机电工程学院机械设计制造及其自动化专业 能源工程学院能源与环境工程系，飞行器推进及流体动力系 其它有关专业 先修课程：工程图学；材料力学；机械精度设计与检测技术；机械工程材料；金属工艺学；机械原理 开课时间：第五学期 教材与主要参考书： [1] 宋宝玉，王黎钦主编.机械设计.北京：高等教育出版社，2010.5. [2] 王黎钦，陈铁鸣主编.机械设计.第四版.哈尔滨工业大学出版社，2008.8. [3] 宋宝玉主编.机械设计课程设计指导书.高等教育出版社，2010.5. [4] 王连明,宋宝玉主编.机械设计课程设计.第三版. 哈尔滨工业大学出版社, 2007.12 [5] 张锋,宋宝玉主编.机械设计大作业指导书.高等教育出版社，2010.5 [6] 机械设计教学组编.机械设计实验教材. 哈尔滨工业大学教材科. [7] 机械设计教学组编.机械设计电算教材.哈尔滨工业大学教材科. 一、课程的教学目的 机械设计课程是一门用以培养学生机械设计能力的技术基础课，本课程主要研究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，以及机械系统方案的设计与选择，其主要任务是培养学生： 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机械零部件的基本理论、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；

机械设计概论习题(2)

第一章机械设计概论 一，分析与思考题 1-1 什么是通用零件?什么是专用零件?试各举三个实例。 1-2 机械设计课程研究的内容是什么? 1-3 设计机器时应满足哪些基本要求?设计机械零件时应满足哪些基本要求? 1-4 机械零件主要有哪些失效形式?常用的计算准则主要有哪些? 1-5 什么是零件的强度要求?强度条件是如何表示的?如何提高零件的强度? 1-6 什么是零件的刚度要求?刚度条件是如何表示的?提高零件刚度的措施有哪些? 1-7 机械零件设计中选择材料的原则是什么? 1-8 指出下列材料的种类，并说明代号中符号及数字的含义：HTl50，ZG230-450，65Mn，45，Q235，40Cr，20CrMnTi，ZCuSnl0Pb5。 1-9 机械的现代设计方法与传统设计方法有哪些主要区别? 第二章机械零件的疲劳强度设计 一、分析与思考题 2-1 试举例说明什么零件的疲劳破坏属于低周疲劳破坏，什么零件的疲劳破坏属高周疲劳破坏。 2-2 在材料的疲劳曲线上，为何需要人为规定一循环基数N0，并将对应的极限应力称为材料的疲劳极限? 2-3 弯曲疲劳极限的综合影响系数Kσ的含义是什么?它与哪些因素有关?它对零件的疲劳强度和静强度各有何影响? 2-4 在单向稳定变应力下工作的零件，如何确定其极限应力? 2-5 疲劳损伤线性累积假说的含义是什么?写出其数学表达式。 2-6 影响机械零件疲劳强度的主要因素有哪些?提高机械零件疲劳强度的措施有哪些? 二、设计计算题 2-7 一零件由45钢制成，材料的力学性能为：σs=360MPa，σ-1=300 MPa，ψσ=0.2。已知零件上的最大工作应力σmax=190MPa，最小工作应力σmin=110MPa，应力变化规律为σm=常数，弯曲疲劳极限的综合影响系数Kd=2.0，试分别用图解法和计算法确定该零件的计算安全系数。

机械设计知识概述

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第二章机械设计概述 机械是人类进行生产和生活的主要体力劳动工具。随着生产技术的不断发展和人民生活水平的日益提高，机械产品品种和门类日益增多，例如，各种各样的金属切削机床、仪器仪表、工程机械、重型机械、轻工机械、纺织机械、食品包装机械、石油化工机械、产品加工机械、交通运输机械、海洋作业机械、钢铁成套设备、发电设备以及办公设备、家用电器、儿童玩具等等。在现代社会，人们运用各种类型的机械，以改善劳动条件，提高劳动生产率和产品质量。同时，随着经济的发展，人们也运用越来越多的机械，以提高自身的生活质量。可以说，国民经济各部门及人类自身生活中使用机械的程度，是整个社会发展水平的重要标志之一。 机械工程是在西方工业革命后形成系统的技术科学，从明代我国逐步引进了此技术，但是至今我们在机械设计方面不属于世界先进行列。主要问题是：1、缺乏技术价值观念。2、缺乏大量技术实践。3、教学与工厂实际脱离，把机械技术变成了读书，缺乏对机械技术的全面实践，培养的人不能动手，不会设计真实东西。

工业设计师应当是通才。从专业要求看，必须了解机械工艺、材料、成本等方面的内容，理解工程师的思维方式，才能够较顺利设计产品。 此课程主要培养学生在机械技术和设计方面的职业思维方式和行为方式，对机械产品有实际经验，通过拆装实验，讨论，解决实际产品设计，从中了解设计过程。 照传统说法，一切机器都可分为三部分，动力源、传动和执行机构。一切机器的作用不外两点，一是利用能量来代替微弱的人力、畜力，另一则用机器的运动来代替人手的动作。虽然两者都是为了减轻劳动，可是它们发展的历史却很不一样。能源开发是近代的成就，应该说由水车开始，而且从历史眼光看其发展并不能说很快，一般是量变。用机器运动来代替手工动作则历史长得多，而且进步也比较大。只要比较一下上古制作陶器的陶车和近代在人的大脑中进行外科手术的机器人便清楚了。这可能是因为能源开发虽然艰巨，其目标却是单一的。用机器运动代替人工劳动，目的是多种多样的，随着人类生活的发展而不断变化。因此形成很多复杂的行业。 到底机器的哪部分是用来产生代替人手的动作呢?事实上这和传统的原则性的说法略有不同。倘若机器要执行的动作非常简单，则动力源一传动一执行这划分还是对的。但近代机器常常极其复杂，对它要求的动作也非常精细而且复杂。这种精细复杂的运动，通常要从传动中获得。这就使机器的传动部分和执行部分的界限模糊了，同时也使传动成为更复杂的技术。表面上好像很简单的问题，做起来可能会很困难。在这里提及一个历史上的例子：当瓦特设计他的蒸汽机时，他需要一个直线运动来带动阀门。从表面看这是—个很简单的问题，在今天用一个导轨便成了。但在那时的加工设备和润滑技术，还不能制出导轨，而须用连杆。但瓦特想不出这样一种连杆，便要求格拉斯哥大学的数学家们帮忙，但数学家们也想不出。后来事情传开了，竟发现全世界的数学家都解决不了这问题。瓦特只得用了一个近似的直线机构。这问题直到瓦特死后几十年，才由一位法国数学家解决了。这一事实说明了在机器上对传动机构要求之高和问题解决之难。只要机器还在使用，传动机构也必然要继续发展。 各种各样的机械是国民经济许多部门及其他领域的重要装备。随着科学技术和工业生产的发展，对机械产品不时提出新要求，除了优质、高效、低能耗、低廉价格之外，突出的课题是性能优