機械零件設(shè)計的基本要求

機械零件是指組成機器的不可拆分的基本單元，如螺栓、螺釘、鍵、帶、齒輪、軸、彈簧、銷等。機械零件設(shè)計是從機器的工作原理、承載能力、構(gòu)造和維護等方面研究通用機械零件的設(shè)計問題，其中包括如何合理確定零件的形狀和尺寸、如何合理選擇零件的材料以及如何使零件具有良好的工藝性等。

機械零件是組成機器的基本單元，要使所設(shè)計的機器滿足基本使用要求，就必須使組成機器的零件滿足以下要求。

1、避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求

在預(yù)定壽命期內(nèi)不失效的要求包括三方面：強度、剛度、壽命。

（1）強度

機械零件在工作中發(fā)生斷裂、磨損或不允許的變形統(tǒng)屬強度不足。上述失效形式，除了用于安全裝置中預(yù)定適時破壞的零件外，對任何零件都是應(yīng)當避免的。因此保證零件有足夠的強度，是機器正常工作的一個基本要求。

為了提高機械零件的強度，在設(shè)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(shè)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(xué)熱處理方法，以提高材料的力學(xué)性能；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。

（2）剛度

機械零件在工作時所產(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。對于彈性變形過大就要影響機器工作性能的零件，設(shè)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。

（3）壽命

有的機械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。

零件壽命是決定機器壽命的基礎(chǔ)，零件的破壞會導(dǎo)致機器無法正常工作。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。

2、結(jié)構(gòu)工藝性要求

機械零件具有良好的結(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(yīng)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(yīng)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(shè)計，在整個設(shè)計工作中占有很大的比重，因而必須予以足夠的重視。

3、經(jīng)濟性要求

機械零件的經(jīng)濟性首先表現(xiàn)在零件本身的生產(chǎn)成本上。零件的經(jīng)濟性決定了機器的經(jīng)濟性，設(shè)計零件時，應(yīng)力求設(shè)計出耗費(包括錢財、制造時間及人工)最少的零件。

要降低機械零件的成本，首先要采用輕型的零件結(jié)構(gòu)，以降低材料消耗，并且采用廉價而供應(yīng)充足的材料以代替貴重材料，可以降低材料費用；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；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，對于大型零件采用組合結(jié)構(gòu)以代替整體結(jié)構(gòu)，這些對降低零件成本均有顯著的作用。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。

4、質(zhì)量小的要求

對絕大多數(shù)機械零件來說，都應(yīng)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，節(jié)約材料就意味著節(jié)省成本；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。
可采取以下措施減小機械零件的質(zhì)量：采用緩沖裝置來降低零件上所受的沖擊載荷；使用安全裝置來限制作用在主要零件上的最大載荷；適當減少零件上應(yīng)力較小處材料，以改善零件受力的均勻性，從而提高材料的利用率；施加與工作載荷相反方向的預(yù)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。