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西北工业大学机械设计基础CH06

CONTENTS机械设计基础概述机械零件的强度与刚度机械零件的摩擦、磨损与润滑机械零件的常用材料及其选择连接件的设计与选用轴系零部件的设计与选用

机械设计基础概述01

机械设计的主要目的是将需求和概念转化为具体的机械产品或系统，以满足特定的功能要求。通过优化机械结构、减少材料消耗、提高加工精度等方式，降低生产成本，提高生产效率。优秀的机械设计可以提高产品的性能、可靠性、安全性等，从而增强产品的市场竞争力。实现预期功能提高生产效率增强产品竞争力机械设计的目的和意义

设计应满足产品或系统的功能要求。功能性设计应确保产品或系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。可靠性机械设计的基本要求和步骤

设计应考虑成本效益，追求最佳性价比。设计应确保产品或系统在使用过程中不对人员和环境造成伤害或危害。机械设计的基本要求和步骤安全性经济性

设计步骤明确设计任务和要求。进行市场调研和需求分析。机械设计的基本要求和步骤

制定设计方案并进行初步设计。进行详细设计和优化。完成设计文档和图纸。机械设计的基本要求和步骤

进行样机试制和试验验证。修改完善设计并进行最终评审。机械设计的基本要求和步骤

借助人工智能、机器学习等技术，实现自动化、智能化的机械设计，提高设计效率和质量。智能化设计注重环保和可持续发展，采用环保材料、优化能源利用等方式，降低机械产品对环境的影响。绿色设计通过模块化的设计方式，实现机械产品的快速组合和配置，提高设计的灵活性和适应性。模块化设计利用数字孪生、虚拟现实等技术，实现机械产品的数字化建模和虚拟化仿真，为设计提供更准确的数据支持。数字化与虚拟化机械设计的发展趋势

机械零件的强度与刚度02

作用在机械零件上的外力，包括静载荷和动载荷。单位面积上的内力，由载荷引起并分布在零件内部。应力是载荷与零件承载面积的比值，当载荷增大时，应力也相应增大。载荷应力载荷与应力的关系载荷与应力的关系

静强度与疲劳强度静强度机械零件在静载荷作用下抵抗破坏的能力。疲劳强度机械零件在交变应力作用下抵抗疲劳破坏的能力。静强度与疲劳强度的关系静强度是疲劳强度的基础，疲劳强度通常低于静强度。

机械零件在受力时抵抗变形的能力。机械零件在受力作用下产生的形状或尺寸的改变。刚度越大，零件在相同载荷作用下的变形越小；反之，刚度越小，变形越大。刚度变形刚度与变形的关系刚度与变形的关系

选用高强度、高刚度的材料，如合金钢、钛合金等。通过改进零件的结构形状、减小应力集中、增加支撑等方式提高强度和刚度。采用淬火、回火等热处理工艺，提高材料的力学性能。如喷丸、滚压等表面处理技术，可以提高零件表面的强度和刚度。合理选择材料优化结构设计热处理强化表面强化处理提高零件强度与刚度的措施

机械零件的摩擦、磨损与润滑03

两个相互接触的物体在相对运动或有相对运动趋势时，在接触表面上产生的阻碍相对运动的现象。摩擦定义摩擦过程中，材料从零件表面逐渐丧失的现象。磨损定义摩擦是磨损的原因，磨损是摩擦的结果。摩擦与磨损的关系摩擦与磨损概述

润滑剂的种类润滑油、润滑脂、固体润滑剂、气体润滑剂等。选用原则根据机械零件的工作条件（如温度、压力、速度等）、摩擦副的性质（如材料、表面粗糙度等）以及润滑剂的性能（如粘度、油性、极压性等）来选用合适的润滑剂。润滑剂的种类及选用

齿轮的润滑齿轮传动常用喷油润滑和浸油润滑两种方式，选择时主要考虑齿轮的圆周速度、齿面接触应力和工作环境等因素。轴承的润滑滚动轴承常用脂润滑和油润滑两种方式，选择时主要考虑轴承的工作温度、转速和载荷等因素。导轨的润滑导轨常用脂润滑和油润滑两种方式，选择时主要考虑导轨的精度、速度和载荷等因素。典型零件的润滑方式及选择

合理选择摩擦副材料降低表面粗糙度采用表面处理技术控制工作条件减少摩擦与磨损的措施选择具有自润滑性能的材料或互溶性好的材料配对，以降低摩擦系数和减少磨损。如渗碳淬火、表面淬火、化学热处理等，以提高零件表面的硬度和耐磨性。提高零件表面的加工精度，降低表面粗糙度，以减小摩擦阻力和减少磨损。如控制温度、降低压力、减小相对运动速度等，以改善摩擦副的工作条件，减少磨损。

机械零件的常用材料及其选择04

具有良好的强度、塑性和韧性，易于加工和焊接，成本低廉，广泛应用于各种机械零件。碳钢通过添加合金元素改善钢的性能，如提高强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性，用于制造高性能的机械零件。合金钢具有优良的铸造性能、减震性能和耐磨性，成本低廉，常用于制造机座、箱体等结构件。铸铁如铜、铝、锌等，具有优良的导电性、导热性和耐腐蚀性，用于制造特殊要求的机械零件。有色金属常用金属材料及其性能

复合材料由两种或两种以上不同性质的材料组成，具有优异的综合性能，如碳纤维复合材料具有高强度、高模量和低密度等特点，用于制造高性能的机械零