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机械零件的结构设计 1.机器设计的基本原则： 机械零件是组成机器的基本要素，研究机械零件的设计，就要简络地讨论机器的基本设计原则。虽然机器的分类很多，但设计所遵循的原则是相同的。 （1）.必须满足对机器提出的使用要求：首先，设计的机器应能有效地完成预定的使用目的；其次，必须使设计的机器能可靠地工作，就要求机械零件的设计必须满足基本的强度、刚度、寿命、精确度及稳定性等。 （2）.所设计的机器应能最大限度地满足经济性的原则：机器的经济性是一个综合的指标，表现在设计、制造、使用的整个过程中。设计、制造的经济性表现在设计及制造成本的降低；使用的经济性表现为高生产率、高效率，维护费用低廉。因此，在设计时应综合考虑。 （3）.必须特别关心机器操作者的劳动保护：设计机器时，首先，必须特别注意技术安全问题；其次，要尽可能地改善操作者的劳动条件；另外，对机器的外形美观也应注意。 （4）.满足其他的特殊要求：如机床有长期保持精度的要求；对大型机器有便于运输的要求；对水泵有长期保持性能的要求等。 2.设计机械零件时应满足的基本要求： （1）.强度---零件必须具有足够的强度，强度是设计一切机械零件及机器的最基本的要求。当机器工作时，零件承受载荷后，即不能发生任何形式的断裂，也不能出现超过容许限度的残余变形。 设计时原则上可以采用以下措施：采用强度性能高的材料；使零件具有足够的剖面尺寸；合理地设计剖面形状；采用热处理等工艺方法以提高材料的强度特性；提高运动零件的精度，以降低动载荷；合理设计零件的结构，以降低载荷集中和应力集中等。 （2）.刚度---零件承受载荷时抵抗产生弹性变形的能力。实践证明，凡是能满足刚度要求的零件，强度一般是没有问题的。这是由于按刚度计算的零件剖面尺寸，往往大于按强度计算所得的尺寸。 刚度可分为两种，一种是由于两个零件接合间有间隙，在载荷作用后，两个零件的相互位置和设计的相互位置发生偏差，这种叫做接触刚度；另一种是零件本身在载荷作用下发生的伸长、缩短、挠曲和扭转等弹性变形，叫做变形刚度。 （3）.寿命---此要求与强度有一定的联系。零件开始工作时，虽能满足强度的要求，但是，工作一定时期后，却可能丧失强度。这个要求通常是针对有相对运动的零件，或在工作时产生变应力的零件提出的。 影响零件工作寿命的主要因素有：一是零件的磨损；二是零件材料的疲劳；三是高温时零件材料的蠕变。 （4）.工艺性---机械零件要具有良好的工艺性，是指那些在即定的生产条件下，能用最少的资金消耗，制造出能满足使用及技术要求的零件。花钱少、制造容易、满足使用及技术要求是零件工艺性的三个方面。 （5）.重量小---减轻机械零件和机器的重量有两方面的好处：一是可以节约材料；二是对运动的零件，可以减小惯性，减小机器的启动功率。 3.设计与设计的方法： 设计---应用正确的基本原理和已有的实践经验来创造发展新事物或改造旧事物。机器或机械零件的设计也符合这一概念。常用的设计机械零件的方法有以下几种： （1）.理论设计---是根据人们已经掌握了的合乎客观规律的理论及实践知识所进行的设计，使用理论力学、材料力学、机械原理、金属学等课程的知识。理论设计的计算过程分为： A.设计计算——在零件尺寸尚未决定之前，根据载荷情况，由计算公式直接求出零件的几何尺寸的过程叫设计计算。 设计计算的必要条件是：载荷情况、材料性能、和零件工作情况，以及应力分布规律，同时，这个规律在实际设计中，一般表现为简单的数学关系。如：在计算受拉伸载荷的直杆剖面面积时，可直接引用材料力学公式：F≥P/〔σ〕p 式中：F——直杆的剖面面积； P——直杆承受拉伸载荷； 〔σ〕p——直杆材料的许用拉伸应力。 B.校核计算——先根据其他方法，（如按经验、规范近似地计算）初步定出零件的尺寸及形状，然后，用理论的方法校核零件危险剖面的安全系数计算值。这个计算过程叫校核计算。 校核计算多用于应力分布规律复杂，但又能用材料力学的公式表示出来的零件设计中，也用于应力分布规律虽简单，但其计算数据又须在零件尺寸已知时才能决定的情况下。如轴的设计、弹簧的设计是这样进行的。 有时有经验的设计工作者，在设计某些零件时，虽然已经具备进行设计计算的条件，但是，为了简化计算手续，也常根据有关资料或粗略估计，直接进行结构设计，然后采用校核计算。 由于理论设计是在阐明了材料性能及应力分布规律的基础上所进行的设计，因而它是比较科学和先进的方法。它是在大量的感性知识的基础上总结出来的设计规律。所以，对于一切重要的零件，都应尽可能地采用理论设计。 随着科技的发展，理论设计的方法不断改善和变化。但是，理论设计还会有不完善的地方，所以，也不应当将书本的理论设计方法看作是绝对完善的方法。 （2）