第二章機械設計總論基本要求1、 了解機械的構(gòu)成及功能結(jié)構(gòu)。2、 了解機械設計的特點。第一節(jié)機器的組成機器的發(fā)展經(jīng)歷了一個從簡單到復雜的過程。人類為了滿足生產(chǎn)及生活的需要，設計和制造了類型繁多、功能各異的機器。但是，只有在蒸汽機出現(xiàn)以后，機器才具有了完整的形態(tài)。一部完整的機器由原動機部分、執(zhí)行部分、傳動部分、控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成。原動機部分是驅(qū)動整部機器以完成預定功能的動力源。一般來說，它是把其它形式的能量轉(zhuǎn)換為機械能。原動機的動力輸出絕大多數(shù)呈旋轉(zhuǎn)運動的狀態(tài)，輸出一定的轉(zhuǎn)矩。原動機經(jīng)歷了如下發(fā)展過程.

執(zhí)行部分是用來完成機器預定功能的組成部分。一部機器可以只有一個執(zhí)行部分，也可以把機器的功能分解成好幾個執(zhí)行部分。它是一部機器中最接近作業(yè)工作端的機構(gòu)，它通過執(zhí)行構(gòu)件與被作業(yè)件相接觸，以完成作業(yè)任務。傳動部分用來連接原動機部分和執(zhí)行部分，用來將原動機的運動形式、運動及動力參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行部分所需的運動形式、運動及動力參數(shù)。例如：把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動；高轉(zhuǎn)速變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速；小轉(zhuǎn)矩變?yōu)榇筠D(zhuǎn)矩等。機器的傳動部分大多數(shù)采用機械傳動系統(tǒng)，有時也采用液壓或電力傳動系統(tǒng)。機械傳動系統(tǒng)是絕大多數(shù)機器不可缺少的重要組成部分。隨著機器的功能越來越復雜，對機器的精度要求也越來越高，所以機器除了以上三個部分外，還會不同程度地增加其它部分，如控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等?？刂葡到y(tǒng)用來處理機器各組成部分之間，以及與外部其它機器之間的工作協(xié)調(diào)關(guān)系。原動機部分發(fā)動機變速箱、差速器等傳動部分:離合器傳動軸菊助系統(tǒng)：各類儀表.車燈菌刮器等原動機部分發(fā)動機變速箱、差速器等傳動部分:離合器傳動軸菊助系統(tǒng)：各類儀表.車燈菌刮器等控制系毓：方向盤*持擋料剎車，油門等執(zhí)行部分:車輪第二節(jié)設計機器的一般程序一部機器的質(zhì)量基本上決定于設計質(zhì)量，機器的設計階段是決定機器好壞的關(guān)鍵。它是一個創(chuàng)造性的工作過程，同時也是一個盡可能多地利用已有的成功經(jīng)驗的工作。作為一部完整的機器，它是一個復雜的系統(tǒng)。要提高設計質(zhì)量，必須有一個科學的設計程序。設計機器的一般程序：計劃階段在根據(jù)生產(chǎn)或生活的需要提出所要設計的新機器后，計劃階段只是一個預備階段。此時，對所要設計的機器僅有一個模糊的概念。在計劃階段中，應對所設計的機器的需求情況作充分的調(diào)查研究和分析。通過分析，進一步明確機器所應具有的功能，并為以后的決策提出由環(huán)境、經(jīng)濟、加工以及時限等各方面所確定的約束條件。在此基礎上，明確地寫出設計任務的全面要求及細節(jié)，最后形成設計任務書，作為本階段的總結(jié)。設計任務書大體上應包括：機器的功能，經(jīng)濟性的估計，制造要求方面的大致估計，基本使用要求，以及完成設計任務的預計期限等。此時，對這些要求及條件一般也只能給出一個合理的范圍，而不是準確的數(shù)字。例如可以用必須達到的要求、最低要求、希望達到的要求等方式予以確定。方案設計階段本階段對設計的成敗起關(guān)鍵的作用。在這一階段中充分地表現(xiàn)出設計工作有多個解的特點。機器的功能分析，就是要對設計任務書提出的機器功能各種要求進行綜合分析，即這些功能能否實現(xiàn)，多項功能間有無矛盾，相互間能否替代等。最后確定出功能參數(shù)，作為進一步設計的依據(jù)。確定出功能參數(shù)后，即可提出可能的解決辦法，亦可提出可能采用的方案。尋求方案時，按原動部分、傳動部分及執(zhí)行部分分別進行討論。原動部分的方案可以有多種選擇。由于電力供應的普遍性和電力拖動技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在絕大多數(shù)的固定機械都優(yōu)先選擇電動機作為原動部分。熱力原動機主要用于運輸機、工程機械或農(nóng)業(yè)機械。即使是用電動機作原動機，也還有交流和直流的選擇，高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速的選擇等。傳動部分的方案就更為復雜、多樣，對于同一傳動任務，可以有多種機構(gòu)及不同機構(gòu)的組合來完成。如果用N1表示原動機的可能方案數(shù)，N2和N3分別代表傳動部分和執(zhí)行部分可能的方案數(shù)，則機器總體的可能方案數(shù)N為：N=N1?N2?N3討論機器的執(zhí)行部分時，首先是關(guān)于工作原理的選擇問題。例如，設計制造螺釘?shù)臋C器時，其工作原理既可采用在圓柱形毛坯上用車刀車削螺紋的辦法，也可采用在圓柱形毛坯上用滾絲模滾壓螺紋的辦法。工作原理不同，所設計出的機器就會根本不同。根據(jù)不同的工作原理，可以擬定多種不同的執(zhí)行機構(gòu)的具體方案。例如僅以切削螺紋來說，既可以來用工件只作旋轉(zhuǎn)運動而刀具作直線運動來切削螺紋（如在普通車床上切削螺紋），也可以使工件不動而刀具作轉(zhuǎn)動和移功來切削螺紋（如用板牙加工螺紋）。這就是說，即使對于同一種工作原理，也可能有幾種不同的結(jié)構(gòu)方案。在如此眾多的方案中，技術(shù)上可行的僅有幾個。對這幾個可行的方案，要從技術(shù)方面和經(jīng)濟方面進行綜合費用評價。圖示機器經(jīng)濟性一一費用曲線，總費用最低處所對應的機器復雜程度就是最優(yōu)的復雜程度。評價結(jié)構(gòu)方案的設計制造經(jīng)濟性時，還可以用單位功效的成本來表示。進行機器評價時，還必須對機器的可靠性進行分析，把可靠性作為一項評價指標。一般來講，系統(tǒng)越復雜，可靠性越低。通過方案評價，最后進行決策，即確定下一步技術(shù)設計的原理圖或機構(gòu)運動簡圖。在方案設計階段，要正確處理借鑒與創(chuàng)新的關(guān)系，既要反對保守和照抄照搬。技術(shù)設計階段技術(shù)設計階段的目標是總裝配草圖和部件裝配草圖。通過草圖設計確定出各部件及零件的外形及基本尺寸，包括各部件間聯(lián)接零、部件的外形及基本尺寸。為確定主要零件的基本尺寸，需做：機器的運動學設計確定原動機的參數(shù)及各運動構(gòu)件的運動參數(shù)。機器的動力學計算計算各主要零件上所受的名義載荷。零件的工作能力設計已知主要零件所受的名義載荷，即可作零、部件的初步設計，確定零、部件的基本尺寸。部件裝配草圖及總裝配草圖的設計根據(jù)已定出的主要零、部件的基本尺寸，設計出部件裝配草圖及總裝配草圖。需要全面協(xié)調(diào)各零件結(jié)構(gòu)尺寸，考慮其結(jié)構(gòu)工藝性，使全部零件有最合理的構(gòu)形。主要零件的校核有一些零件由于具體的結(jié)構(gòu)未定，只能進行初步計算及設計。在繪出部件裝配草圖及總裝草圖以后，所有零件的結(jié)構(gòu)及尺寸均為已知。因此，此時可以對各個零件進行精確校核。草圖設計完成以后，即可根據(jù)草圖已確定的零件基本尺寸，設計零件的工作圖。按最后定型的零件工作圖上的結(jié)構(gòu)及尺寸，重新繪制部件裝配圖及總裝配圖。技術(shù)文件編制階段技術(shù)文件的種類較多，常用的有機器的設計計算說明書、使用說明書、標準件明細表等。編制設計計算說明書時，應包括方案選擇及技術(shù)設計的全部結(jié)論性的內(nèi)容。編制用戶的機器使用說明書時，應向用戶介紹機器的性能參數(shù)范圍、使用操作方法、日常保養(yǎng)及簡單的維修方法、備用件的目錄等。

第三節(jié)對機器的主要要求設計機器的任務是在當前技術(shù)發(fā)展所能達到的條件下，根據(jù)生產(chǎn)及生活的需要提出的。不管機器的類型如何，一般來說，對機器都要提出以下的基本要求：使用功能要求機器應具有預定的使用功能。這主要靠正確地選擇機器的工作原理，正確地設計或選用能夠全面實現(xiàn)功能要求的執(zhí)行機構(gòu)、傳動機構(gòu)和原動機，以及合理地配置必要的輔助系統(tǒng)來實現(xiàn)。經(jīng)濟性要求機器的經(jīng)濟性體現(xiàn)在設計、制造和使用的全過程中，設計機器時就要全面綜合地進行考慮。設計制造的經(jīng)濟性表現(xiàn)為機器的成本低，使用經(jīng)濟性表現(xiàn)為高生產(chǎn)率，高效率，低能耗，以及低的管理和維護費用等。提高設計和制造經(jīng)濟性指標的主要途徑有：1） 采用現(xiàn)代設計方法，使設計參數(shù)最優(yōu)化，達到盡可能精確的計算結(jié)果,保證足夠的可靠性。2） 最大限度地采用標準化、系列化及通用化的零、部件。3） 盡可能采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料。4） 合理地組織設計和制造過程。5） 力求改善零件的結(jié)構(gòu)工藝性，使其用料少、易加工、易裝配。提高使用經(jīng)濟性指標的主要途徑有：1） 合理地提高機器的機械化和自動化水平，以期提高機器的生產(chǎn)率。2） 選用高效率的傳動系統(tǒng)，盡可能減少傳動的中間環(huán)節(jié)，以期降低能源消耗。3） 適當?shù)夭捎梅雷o及潤滑，以延長機器的使用壽命。4） 采用可靠的密封，減少或消除滲漏現(xiàn)象。勞動保護要求勞動保護要求有兩層含義：要使機器的操作者方便和安全。因此設計時要按照人機工程學觀點布置各種按鈕、手柄，使操作方式符合人們的心理和習慣。同時，設置完善的安全裝置、報警裝置、顯示裝置等。2）改善操作者及機器的環(huán)境。所設計的機器應符合勞動保護法規(guī)的要求。降低機器運轉(zhuǎn)時的噪聲水平，防止有毒、有害介質(zhì)的滲漏，對廢氣和廢液進行治理?？煽啃砸髾C器可靠性的高低是用可靠度來衡量的。機器的可靠度R，是指在規(guī)定的使用時間內(nèi)和預定的環(huán)境條件下機器能夠正常工作的概率。機器不能正常工作，即機器由于某種故障而不能完成其預定的功能叫做失效。失效和正常工作是相互獨立的一對互斥事件。因此機器失效的概率F應當為：F=1-R和機器的生產(chǎn)能力或額定功率等一樣，機器的可靠性也是機器的一種固有屬性。機器出廠時已經(jīng)存在的可靠性叫做機器的固有可靠性。它在機器的設計、制造階段就已確定?？紤]到用戶的人為因素，已出廠的機器正確地完成預定功能的概率，叫做機器的使用可靠性。作為機器的設計者，對機器的可靠性能起到?jīng)Q定性的作用。其它專用要求對不同的機器，有其特殊要求。例如：對機床有長期保持精度的要求;對飛機有質(zhì)量小，飛行阻力小而運載能力大的要求；對流動使用的機器有便于安裝和拆卸的要求；對大型機器有便于運輸?shù)囊蟮鹊取５谒墓?jié)機械零件的主要失效形式失效：一一指機械零件喪失工作能力或達不到設計要求的性能。注意：1）失效并不單純指破壞。破壞只是失效的形式之一。實際中的機械零件可能的失效形式很多，歸結(jié)起來主要有以下幾個方面的失效：強度、剛度、耐磨性、振動穩(wěn)定性、聯(lián)接的松動以及可靠性等。2）同一種機械零件的可能失效形式往往有數(shù)種。機械零件常見的失效形式有：整體斷裂、過大的殘余變形、零件的表面破壞以及破壞正常工作條件引起的失效等。工作能力：一一機械零件不發(fā)生失效的安全工作限度。承載能力：一一對載荷而言的工作能力。在設計中，應保證所設計的機械零件在正常工作中不發(fā)生任何失效。為此對于每種失效形式都制定了防止這種失效應滿足的條件，這樣的條件就是所謂的工作能力計算準則。它是設計機械零件的理論依據(jù)。（一）整體斷裂整體斷裂是指零件在載荷作用下，其危險截面的應力超過零件的強度極限而導致的斷裂，或在變應力作用下，危險截面發(fā)生的疲勞斷裂。（二） 過大的殘余變形當作用于零件上的應力超過了材料的屈服極限，零件將產(chǎn)生殘余變形。（三） 零件的表面破壞零件的表面破壞主要是腐蝕、磨損和接觸疲勞（點蝕）。（四） 破壞正常工作條件引起的失效有些零件只有在一定的工作條件下才能正常的工作，如：液體摩擦的滑動軸承，只有在存在完整的潤滑油膜時才能正常工作。帶傳動只有在傳遞的有效圓周力小于臨界摩擦力時才能正常工作。高速轉(zhuǎn)動的零件，只有在轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動件系統(tǒng)的固有頻率避開一個適當?shù)拈g隔才能正常工作。零件在工作時會發(fā)生哪一種失效，這與零件的工作環(huán)境、載荷性質(zhì)等很多因素有關(guān)。有統(tǒng)計結(jié)果表明，一般機械零件的失效主要是由于疲勞、磨損、腐蝕等因素引起。第五節(jié)設計機械零件時應滿足的基本要求機器是由各種各樣的零部件組成的，要使所設計的機器滿足基本要求，就必須使組成機器的零件滿足以下要求：（一）避免在預定壽命期內(nèi)失效的要求：應保證零件有足夠的強度、剛度、壽命。強度零件在工作中發(fā)生斷裂或不允許的殘余變形統(tǒng)屬強度不足。上述失效形式，除了用于安全裝置的零件外，對任何零件都是應當避免的。因此具有適當?shù)膹姸仁窃O計零件時必須滿足的最基本條件。為了提高機械零件的強度，在設計時原則上可以采用以下的措施：采用強度高的材料；使零件具有足夠的截面尺寸；合理地設計零件的截面形狀，以增大截面的慣性矩；采用熱處理和化學熱處理方法，以提高材料的機械強度特性；提高運動零件的制造精度，以降低工作時的動載荷；合理地配置機器中各零件的相互位置，以降低作用于零件上的載荷等。剛度零件在工作時所產(chǎn)生的彈性變形不超過允許的限度，就叫做滿足了剛度要求。顯然，只有當彈性變形過大就要影響機器工作性能的零件，才需要滿足這項要求。對于這類零件，設計時除了要作強度計算外，還必須作剛度計算。為了提高零件的整體剛度，可采取如下措施：增大零件截面尺寸或增大截面的慣性矩；縮短支承跨距或采用多支點結(jié)構(gòu)，以減小撓曲變形等。壽命有的零件在工作初期雖然能夠滿足各種要求，但在工作一定時間后，卻可能由于某些原因而失效。這個零件正常工作延續(xù)的時間就叫零件的壽命。影響零件壽命的主要原因有：材料的疲勞，材料的腐蝕以及相對運動零件接觸表面的磨損。大部分機械零件均在變應力條件下工作，因而疲勞破壞是引起零件失效的主要原因。影響零件材料疲勞強度的主要因素是：應力集中、零件尺寸大小、零件表面品質(zhì)及環(huán)境狀況。零件處于腐蝕性介質(zhì)中工作時，就有可能使材料遭受腐蝕。對于這些零件，應選用耐腐蝕材料或采用各種防腐蝕的表面保護，例如發(fā)藍、表面鍍層、噴涂漆膜及表面陽極化處理等，以提高零件的耐腐蝕性能。（二） 結(jié)構(gòu)工藝性要求：設計的結(jié)構(gòu)應便于加工和裝配。零件具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，是指在既定的生產(chǎn)條件下，能夠方便而經(jīng)濟地生產(chǎn)出來，并便于裝配。所以零件的結(jié)構(gòu)工藝性應從毛坯制造、機械加工過程及裝配等幾個生產(chǎn)環(huán)節(jié)加以綜合考慮。工藝性還和批量大小及具體的生產(chǎn)條件相關(guān)。為了改善零件的工藝性，就應當熟悉當前的生產(chǎn)水平及條件。對零件的結(jié)構(gòu)工藝性具有決定性影響的零件結(jié)構(gòu)設計，在整個設計工作中占有很大的比重，因而必須予以足夠的重視。（三） 經(jīng)濟性要求：零件應有合理的生產(chǎn)加工和使用維護的成本。零件的經(jīng)濟性首先表現(xiàn)在零件本身的生產(chǎn)成本上。設計零件時，應力求設計出耗費（包括錢財、制造時間及人工）最少的零件。要降低零件的成本，首先要采用輕型的零件結(jié)構(gòu)，以降低材料消耗；采用少余量或無余量的毛坯或簡化零件結(jié)構(gòu)，以減少加工工時。這些對降低零件成本均有顯著的作用。工藝性良好的結(jié)構(gòu)就意味著加工及裝配費用低，所以工藝性對經(jīng)濟性有著直接的影響。采用廉價而供應充足的材料以代替貴重材料;對于大型零件采用組合結(jié)構(gòu)以代替整體結(jié)構(gòu)，都可以在降低材料費用方面起到積極的作用。另外，盡可能采用標準化的零、部件，就可在經(jīng)濟性方面取得很大的效益。（四） 質(zhì)量小的要求：質(zhì)量小則可節(jié)約材料，質(zhì)量小則靈活、輕便。對絕大多數(shù)零件來說，都應當力求減小其質(zhì)量。減小質(zhì)量有兩方面的好處：一方面可以節(jié)約材料；另一方面，對于運動零件來說，可以減小慣性，改善機器的動力性能。為了減小質(zhì)量，可采取如下措施：采用緩沖裝置來降低零件上所收的沖擊載荷；采用安全裝置來限制作用在主要零件上的最大載荷；從零件上應力較小處削減部分材料，以改善零件受力的均勻性，從而提高材料的利用率；采用與工作載荷相反方向的預載荷，以降低零件上的工作載荷；采用輕型薄壁的沖壓件或焊接件來代替鑄、鍛零件，以及采用強重比高的材料等。（五） 可靠性要求：應降低零件發(fā)生故障的可能性（概率）。零件可靠度的定義與機器可靠度的定義是相同的，即在規(guī)定的使用時間內(nèi)和預定的環(huán)境條件下，零件能夠正常地完成其功能的概率。對于絕大多數(shù)機械來說,失效的發(fā)生都是隨機性的。因此，為了提高零件的可靠性，就應當在工作條件和零件的性能兩個方面使其隨機變化盡可能地小。此外，在使用中加強維護和對工作條件進行監(jiān)測，也可以提高零件的可靠性。第六節(jié)機械零件的設計準則設計零件時，首先應根據(jù)零件的失效形式確定其設計準則以及相應的設計計算方法。一般來講，有以下幾種準則：（一）強度準則：確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的塑性變形，是最基本的設計準則。強度準則就是指零件中的應力不得超過允許的限度。即：。W。lim其中：olim即為材料的極限應力，對于脆性材料：取。lim=oB（強度極限），對于塑性材料：取olim=oS（屈服極限）?？紤]到各種偶然性或難以精確分析的影響，上式右邊要除以設計安全系數(shù)（簡稱安全系數(shù)），即：oWolim/S即oW［o］式中：安全系數(shù)S為大于1的數(shù)，S過大，雖安全但浪費材料；S過小，雖節(jié)省材料但趨危險，故S的選取應適當。［o］稱為許用應力。°一最大計算應力；”］一許用應力；°lim一極限應力；S一計算安全系數(shù)；（二） 剛度準則：確保零件不發(fā)生過大的彈性變形。如果零件的剛度不足，則有的零件會因為產(chǎn)生過大的彈性變形而失效。例如：機床的主軸如產(chǎn)生過大的彈性變性會影響所加工工件的精度；剛度條件為： 實際變形量W［許用變形量］式中：實際變形量可用相關(guān)理論計算或由實驗方法確定。許用變形量是保證正常工作所允許的變形量。注意：1）零件材料的彈性模量E越大，則其剛度越大。2）用合金鋼的代替碳鋼雖能提高零件的強度，但不能提高零件的剛度。零件在載荷作用下產(chǎn)生的彈性變形量y，小于或等于機器工作性能所允許的極限值［y］（許用變形量），就叫做滿足了剛度要求，或符合剛度計算準則。其表達式為：yW［y］彈性變形量y可按各種變形量的理論或?qū)嶒灧椒▉泶_定，而許用變形量［y］則應隨不同的使用場合，根據(jù)理論或經(jīng)驗來確定其合理的數(shù)值。（三） 壽命準則：通常與零件的疲勞、磨損、腐蝕相關(guān)。由于影響壽命的主要因素一一腐蝕、磨損和疲勞是三個不同范疇的問題，所以它們各自發(fā)展過程的規(guī)律也就不同。迄今為止，還沒有提出使用有效的腐蝕壽命計算方法，因而也無法列出腐蝕的計算準則。關(guān)于磨損的計算方法，由于其類型眾多，產(chǎn)生的機理還未完全搞清，影響因素也很復雜，所以尚無通行的能夠進行定量計算的方法。關(guān)于疲勞壽命，通常是求出使用壽命時的疲勞極限來作為計算的依據(jù)。（四） 振動穩(wěn)定性準則：高速運轉(zhuǎn)機械的設計應注重此項準則。機械零件周期性產(chǎn)生彈性變形的現(xiàn)象稱為振動。當作用在零件上的周期性外力的變化頻率接近或等于零件自身的自激振動頻率時，便發(fā)生共振，導致零件失效。這種現(xiàn)象稱之為“失去振動穩(wěn)定性”。機器中存在著很多周期性變化的激振源。例如：齒輪的嚙合，滾動軸承中的振動等。如果某一零件本身的固有頻率與激振源的頻率重合或成整數(shù)倍關(guān)系時，這些零件就會發(fā)生共振，以致使零件破壞或機器工作關(guān)系失常等。所謂振動穩(wěn)定性，就是說在設計時要使機器中受激

振作用的各零件的固有頻率與激振源的頻率錯開。例如，令f代表零件的固有頻率，fp代表激振源的頻率，則通常應保證如下的條件：0.85f>fp或1.15f<fp如果不能滿足上述條件，則可改變零件及系統(tǒng)的剛性，改變支承位置，增加或減少輔助支承等辦法來改變f值。把激振源與零件隔離，使激振的周期性改變的能量不傳遞到零件上去；或采用阻尼以減小受激振動零件的振幅，都會改善零件的振動穩(wěn)定性。（五）可靠性準則：當計及隨機因素影響時，仍應確保上述各項準則。如有一大批某種零件，其件數(shù)為N0，在一定的工作條件下進行試驗。如在t時間后仍有N件在正常地工作，則此零件在該工作環(huán)境條件下工作t時間的可靠度R可表示為:R=N/N0如果試驗時間不斷延長，則N將不斷地減小，故可靠度也將改變。這就是說，零件的可靠度是一個時間的函數(shù)。若在時間t到t+dt的間隔中，又有dN件零件發(fā)生破壞，則在此dt時間間隔內(nèi)破壞的比率f（t）定義為：一.、一g獺=—竺竺N早期失效階段，失效率由很高的數(shù)值急劇地下降到某一穩(wěn)定的數(shù)值。引起這一階段失效率特別高的原因是零、部件存在的初始缺陷。正常使用階段如果發(fā)生失效，一般是由偶然的原因引起的，故其發(fā)生是隨機性的，失效率則表現(xiàn)為一常數(shù)。損壞階段主要是由于長期的使用而使零件發(fā)生磨損、疲勞裂紋擴展等原因，使失效率急劇地增加。第七節(jié)機械零件的設計方法表征失效率的另一個指標是兩次失效間的平均工作時間MTBF，用符號m表示，和入的關(guān)系為：m=1/入。第七節(jié)機械零件的設計方法機械零件的設計方法通常分為常規(guī)設計方法和現(xiàn)代設計方法兩大類。常規(guī)設計方法是指采用一定的理論分析和計算，結(jié)合人們在長期的設計和生產(chǎn)實踐中總結(jié)出的方法、公式、圖表等進行設計的方法。它又可分為：理論設計、經(jīng)驗設計、模型實驗設計?，F(xiàn)代設計方法是指在近二、三十年發(fā)展起來的更為完善、科學、計算精度高、設計與計算速度更快的機械設計方法。如機械優(yōu)化設計、機械可靠性設計、計算機輔助設計等等。（一）理論設計根據(jù)長期總結(jié)出來的設計理論和實驗數(shù)據(jù)所進行的設計，稱為理論設計。現(xiàn)以簡單受拉桿件的強度計算為例來討論理論設計的概念。設計時強度計算公式為：a<alim/S或 F/AWolim/S式中：F——作用于拉桿上的外載荷；A——拉桿橫截面面積；alim——拉桿材料的極限應力；S——設計安全系數(shù)（簡稱為安全系數(shù)）設計計算由公式直接求出桿件必須的橫截面尺寸A,即：A^SF/olim校核計算在按其它辦法初步設計出桿件的橫截面尺寸后，可選用下列四式之一進行校核計算：o=F/AW[o]FWolimA/SSca=olim/o*olimASo式中：Sca為安全系數(shù)計算值，或簡稱為計算安全系數(shù)。設計計算多用于能通過簡單的力學模型進行設計的零件；校核計算則多用于結(jié)構(gòu)復雜，應力分布較復雜，但又能用現(xiàn)有的應力分析方法（以強度為設計準則時）或變形分析方法（以剛度為設計準則時）進行計算的場合。（二） 經(jīng)驗設計根據(jù)對某類零件已有的設計與使用實踐而歸納出的經(jīng)驗關(guān)系式，或根據(jù)設計者本人的工作經(jīng)驗用類比的方法所進行的設計叫做經(jīng)驗設計。這對那些使用要求不大變動而結(jié)構(gòu)形狀已典型化的零件，是很有效的設計方法。例如箱體、機架、傳動零件的各結(jié)構(gòu)要素等。（三） 模型實驗設計對于一些尺寸巨大而機構(gòu)又很復雜的重要零件，尤其是一些重型整體機械零件，為了提高設計質(zhì)量，可采用模型實驗設計的方法。即把初步設計的零、部件或機器作成小模型或小尺寸樣機，經(jīng)過實驗的手段對其各方面的特性進行檢驗，根據(jù)實驗結(jié)果對設計進行逐步的修改，從而達到完善。這樣的設計叫做模型實驗設計。第八節(jié)機械零件設計的一般步驟機械零件的設計一般要經(jīng)過以下幾個步驟：選擇零件類型、結(jié)構(gòu)、計算零件上的載荷、確定計算準則、選擇零件的材料、確定零件的基本尺寸、結(jié)構(gòu)設計、校核計算、畫出零件工作圖、寫出計算說明書。第九節(jié)機械零件材料的選用原則一、 常用材料機械零件所使用的材料是多種多樣的，但是金屬材料，尤其是黑色金屬材料，應用得最多和最廣。此外各種新技術(shù)材料，如納米材料等，在機械中的應用也將逐漸增多。二、 機械零件材料的選用原則1、 載荷的大小和性質(zhì)，應力的大小、性質(zhì)及其分布狀況主要是從強度觀點來考慮的，在充分了解材料的機械性能的前提下來進行選擇。脆性材料原則上只適用于制造在靜載荷下工作的零件。在有沖擊的情況下，應選擇塑性材料。金屬材料的性能一般可以通過熱處理加以提高和改善，因此，要充分利用熱處理手段來發(fā)揮材料的潛力。對于常用的調(diào)質(zhì)鋼，由于其回火溫度的不同，可得到力學性能不同的毛坯。2、 零件的工作情況零件的工作情況是指零件所處的環(huán)境特點、工作溫度、摩擦磨損的程度等。在濕熱環(huán)境下工作的零件，其材料應有良好的防銹和耐腐蝕的能力，例如選用不銹鋼、銅合金等。 工作溫度對材料選擇的影響，一方面要考慮互相配合的兩零件的材料的線膨脹系數(shù)不能相差過大，以免在溫度變化時產(chǎn)生過大的熱應力，或者使配合松動；另一方面要考慮材料的機械性能隨溫度而變化的情況。 零件在工作中有可能發(fā)生磨損之處，要提高其表面硬度，以增加耐磨性。因此，應選擇適于進行表面處理的淬火鋼、滲碳鋼、氮化鋼等品種。3、 零件的尺寸及質(zhì)量零件的尺寸及質(zhì)量的大小與材料的品種及毛坯制取方法有關(guān)。用鑄造材料制造毛坯時，一般可以不受尺寸及質(zhì)量大小的限制；而用鍛造材料制造毛坯時，則須注意鍛