第一篇 机械设计总论
第一章 机械设计概论
§ 1— 1 机械设计课程的性质与任务
一、本课程的研究对象
机器 （ 机械 ）,
机械系统, 液压气动系统, 控制监测系统, 电气系统
机械零件：标准零件, 非标准件
本课程的设计性, 综合性和实践性都较强 。
本课程的研究对象：一般参数的通用零件的设计理论与方法
二、本课程的任务：
1） 树立正确的设计思想
2） 掌握通用机械零部件的设计原理, 方法和一般规律 。
3） 掌握一定的设计技能 （ 查阅资料, 运用标准, 规范 。 ）
4） 掌握典型机械零件的实验方法, 获得基本的实验技能 。
5）了解机械设计的最新动态 。
学习本课程的注意事项：
1） 注意理论联系实际, 将机械零件的设计放到整个机械系统
中加以考虑 。
2） 注意掌握零部件的共性
3）掌握机械零部件设计的一般思路
§ 1— 2 机械设计的基本要求及设计程序
一、机械设计的基本要求
1,对机械设计的要求
a) 对机器使用功能方面的要求
b) 对机器经济性的要求
2,对机械零件设计的基本要求
a) 在预定工作期限内正常, 可靠地工作, 保证机器
的各种功能
b) 要尽量降低零件的生产、制造成本
二、机械设计的一般程序
1、机器设计的一般程序
市场调
研
可行性
研究
原理
方案
设计
技术
设 计
试制
试验
小批生
产试销
投
产
设
计
任
务
书
定
出
最
佳
方
案
装配图、
零件图、
技术文
件
样
机
评
价
改
进
考核
工艺
性收
集用
户意
见
产
品
销
售
1） 建立零件的受力模型, 确定零件的计算载荷
2） 选择零件的类型与结构
3） 选择零件的材料
4） 按可能的失效形式确定零件的计算准则, 并确定零件的
基本尺寸, 并加于标准化和圆整
5） 零件的结构设计
6）绘制零件的工作图，并编写计算说明书
KPPca ?
2、机械零件设计的一般步骤
§ 1— 3 机械零件的主要失效形式和设计计算准则
一、机械零件的失效形式
失效 —— 零件丧失正常工作能力或达不到设计要求的性能
失效形式：强度失效, 刚度失效, 磨损失效, 振动,
噪声失效, 精度失效, 可靠性失效
二、机械零件的计算准则
工作能力 —— 零件不发生失效时的安全工作限度
计算准则 —— 以防止产生各种可能失效为目的而拟定的零件
工作能力计算依据的基本原则
1、强度准则
t
S
S
lim
lim
][
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疲劳极限
塑性材料
脆性材料
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YY
SS
BB
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2、刚度准则
零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力
零件在载荷作用下抵抗破坏的能力
][yy ?
y—— 可以是挠度、偏转角或扭转角
3、耐磨性准则
作相对运动的零件其工作表面抵抗磨损的能力
? ?pvpvpp ?? ][
4、振动和噪声准则
ffff pp 15.1,85.0 ??
5、热平衡准则
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6、可靠性准则 系统、机器或零件在规定的条件下和规定
的时间内完成规定功能的能力。
：可靠度 —— 表示零件在规定的条件下和规定的时间
内完成规定功能的概率
tR
N个相同零件在同样条件下同时工作，在规定的时间内有 Nf
个失效，剩下 Nt个仍继续工作，则
N
N
N
NN
N
NR fft
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??? 1
不可靠度（失效概率）,
1,1 ????? tttft FRRNNF
n个零件组成的串联系统, 单个零件的可靠度,R1,R2, … Rn，
则系统的可靠度为 Rf=R1R2… Rn
§ 1— 4 机械零件常用的材料及其选择原则
一、机械零件的常用材料
1、黑色金属
铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁
铸钢 —— 铸造性比铸铁差，但比锻钢和轧制钢好。
强度性比铸铁好，但比锻钢和轧制钢差
碳钢与合金钢 —— 应用最广泛
2、有色金属
a) 铝合金 —— 重量轻、导热导电性较好、塑性好、抗氧化性
好，高强度铝合金强度可与碳素钢相近
b) 铜合金 —— 黄铜,Cu与 Zn合金
青铜,Cu与 Sn的合金
无锡青铜,Cu与铝、硅、锰、镍的合金。
3,非金属材料
塑料 —— 轻, 易加工成形, 减摩性好, 强度低, 可作
为普通机械零件, 绝缘体
陶瓷 —— 电热性好, 硬度高
橡胶 —— 弹性, 绝缘性好, 常用作弹性元件和密封元
件, 减震元件
4、复合材料
二、机械零件材料选用的原则
1,使用要求
2,工艺要求
3,经济性要求
§ 1— 5 机械设计的最新进展
1,设计理论的不断完善与发展
2,设计手段和方法的不断更新
3,机械设计的综合程度越来越高, 与其它学科交叉越来越
广泛和深入 —— 机电一体化
4、机械设计的实验研究技术有了很大的发展和提高，实验
与理论相互促进
第一章 机械设计概论
§ 1— 1 机械设计课程的性质与任务
一、本课程的研究对象
机器 （ 机械 ）,
机械系统, 液压气动系统, 控制监测系统, 电气系统
机械零件：标准零件, 非标准件
本课程的设计性, 综合性和实践性都较强 。
本课程的研究对象：一般参数的通用零件的设计理论与方法
二、本课程的任务：
1） 树立正确的设计思想
2） 掌握通用机械零部件的设计原理, 方法和一般规律 。
3） 掌握一定的设计技能 （ 查阅资料, 运用标准, 规范 。 ）
4） 掌握典型机械零件的实验方法, 获得基本的实验技能 。
5）了解机械设计的最新动态 。
学习本课程的注意事项：
1） 注意理论联系实际, 将机械零件的设计放到整个机械系统
中加以考虑 。
2） 注意掌握零部件的共性
3）掌握机械零部件设计的一般思路
§ 1— 2 机械设计的基本要求及设计程序
一、机械设计的基本要求
1,对机械设计的要求
a) 对机器使用功能方面的要求
b) 对机器经济性的要求
2,对机械零件设计的基本要求
a) 在预定工作期限内正常, 可靠地工作, 保证机器
的各种功能
b) 要尽量降低零件的生产、制造成本
二、机械设计的一般程序
1、机器设计的一般程序
市场调
研
可行性
研究
原理
方案
设计
技术
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试制
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装配图、
零件图、
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1） 建立零件的受力模型, 确定零件的计算载荷
2） 选择零件的类型与结构
3） 选择零件的材料
4） 按可能的失效形式确定零件的计算准则, 并确定零件的
基本尺寸, 并加于标准化和圆整
5） 零件的结构设计
6）绘制零件的工作图，并编写计算说明书
KPPca ?
2、机械零件设计的一般步骤
§ 1— 3 机械零件的主要失效形式和设计计算准则
一、机械零件的失效形式
失效 —— 零件丧失正常工作能力或达不到设计要求的性能
失效形式：强度失效, 刚度失效, 磨损失效, 振动,
噪声失效, 精度失效, 可靠性失效
二、机械零件的计算准则
工作能力 —— 零件不发生失效时的安全工作限度
计算准则 —— 以防止产生各种可能失效为目的而拟定的零件
工作能力计算依据的基本原则
1、强度准则
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零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力
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3、耐磨性准则
作相对运动的零件其工作表面抵抗磨损的能力
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5、热平衡准则
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6、可靠性准则 系统、机器或零件在规定的条件下和规定
的时间内完成规定功能的能力。
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内完成规定功能的概率
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个失效，剩下 Nt个仍继续工作，则
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不可靠度（失效概率）,
1,1 ????? tttft FRRNNF
n个零件组成的串联系统, 单个零件的可靠度,R1,R2, … Rn，
则系统的可靠度为 Rf=R1R2… Rn
§ 1— 4 机械零件常用的材料及其选择原则
一、机械零件的常用材料
1、黑色金属
铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁
铸钢 —— 铸造性比铸铁差，但比锻钢和轧制钢好。
强度性比铸铁好，但比锻钢和轧制钢差
碳钢与合金钢 —— 应用最广泛
2、有色金属
a) 铝合金 —— 重量轻、导热导电性较好、塑性好、抗氧化性
好，高强度铝合金强度可与碳素钢相近
b) 铜合金 —— 黄铜,Cu与 Zn合金
青铜,Cu与 Sn的合金
无锡青铜,Cu与铝、硅、锰、镍的合金。
3,非金属材料
塑料 —— 轻, 易加工成形, 减摩性好, 强度低, 可作
为普通机械零件, 绝缘体
陶瓷 —— 电热性好, 硬度高
橡胶 —— 弹性, 绝缘性好, 常用作弹性元件和密封元
件, 减震元件
4、复合材料
二、机械零件材料选用的原则
1,使用要求
2,工艺要求
3,经济性要求
§ 1— 5 机械设计的最新进展
1,设计理论的不断完善与发展
2,设计手段和方法的不断更新
3,机械设计的综合程度越来越高, 与其它学科交叉越来越
广泛和深入 —— 机电一体化
4、机械设计的实验研究技术有了很大的发展和提高，实验
与理论相互促进
