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兰州城市学院工学系 甘肃 兰州 730070
摘要：对机械零件设计中的主要原则进行论述，提供一些有价值的资料，以便对合理设计机械零件起到一定的帮助。
关键词：机械零件；设计；涉及问题
在机械零件设计时，除了要满足设计准则外，设计人员还必须处理好如下问题：(1)材料选用问题；(2)公差与配合、表面粗糙度问题；(3)标准化及系列化问题等。
1材料选用问题
材料选择是设计中的一个重要环节。同一零件如采用不同材料制造，则零件尺寸、结构、加工方法、工艺要求等都会有所不同。选择材料主要用考虑三个方面问题：使用要求、工艺要求和经济要求。
1.1按使用要求选择材料
（1）如果零件取决于强度，且尺寸和重量又受到某些限制时，应选用强度较高的材料。在静应力下工作的零件，应力分布均匀的，宜选用组织均匀，屈服极限较高的材料；应力分布不均匀，宜采用热处理后在应力较大部位具有较高强度的材料。在变应力下工作的零件，应选用疲劳强度较高的材料。
（2）若零件尺寸取决于刚度，则应选用弹性模量较大的材料。碳素钢和合金钢的弹性模量相差很小，故选用优质合金钢没有意义。剖面积相同，改变零件形状能使刚度得到较大的提高。
（3）零件尺寸取决于接触强度的，应选用可进行表面强化处理的材料，如调质钢、渗碳钢、氮化钢。以齿轮传动为例，经渗碳、氮化或碳氮共渗等处理后，其接触强度要比正火或调质的高很多。正火或调质齿轮宜于在单件生产中采用。
1.2按工艺要求选择材料
零件形状和尺寸对材料也有一定要求。形状复杂、尺寸较大的零件难以锻造。如果采用铸造或焊接，则其材料必须具有良好的铸造性能或焊接性能，在结构上也要适应铸造或焊接的要求。至于选用铸造还是焊接，则应视批量大小而定。对于锻件，也要视批量大小而决定采用模锻还是自由锻。
在自动机床上进行大批量生产的零件，应考虑材料的切削性能。
1.3按经济要求选择材料
经济性首先表现为材料的相对价格。当零件重量不大而加工量很大时，加工费用在零件总成本中要占很大比重。这时，选择材料时所考虑的因素将不是相对价格而是其加工性能。影响经济性的因素还有材料的利用率、零件的结构等。
在很多情况下，零件在其不同部位上对材料有不同的要求。这时，可根据局部品质原则，在不同部位上采用不同的材料或采用不同的热处理工艺，使局部的要求分别得到满足。例如蜗轮的轮齿必须具有优良的耐磨性和较高的抗胶合能力，其他部分只需要具有一般的强度即可，故在铸铁轮心外套以青铜齿圈，以满足这些要求。
2公差与配合、表面粗糙度问题
2.1公差与配合问题
对于大规模生产的零件要求具有互换性，以便在装配时不需要选择和不用附加加工，就能达到预期的技术要求。为此，必须保证零件的尺寸、几何形状、相互位置以及表面粗糙度的一致性，即必须使尺寸介于两个允许的极限尺寸之间，这两个极限尺寸之差称为公差。当两个零件相互装配时，就形成了一个配合，公差的大小一般由配合的要求而定。下面以孔与轴的配合简要介绍相配圆柱表面的公差与配合。
如图1所示，设计给定的尺寸称为基本尺寸，零线代表基本尺寸的位置。由代表上下偏差的两条直线所限定的区域称为公差带。同一基本尺寸的孔与轴的结合称为配合。根据公差带的相对位置，配合分为间隙配合、过渡配合和过盈配合三大类。
2.2表面粗糙度问题
表面粗糙度是指零件的微观几何形状误差。它主要是由于机械加工后在零件表面留下微小的凹凸不平的刀痕。评定表面粗糙度的方法之一是在取样长度l上测量轮廓算术平均偏差Ra，即
(8-1)
近似为
表面粗糙度对零件的使用性能影响很大。随着粗糙度的增大，实际接触面积减少而局部压强增大，将加速磨损，同时粗糙度的增大将降低联接的承载能力、降低零件的疲劳强度等。另外，随着零件的精度要求提高，要求的表面粗糙度Ra值越小，加工费用将迅速上升。因此在保证使用性能要求的前提下，应选用较大的表面粗糙度。
3 工艺性问题
零件的工艺性问题主要是指设计出的零件是否可以制造出来，以及零件的制造费用是否经济。在具体生产条件下，如果设计的机械零件便于加工且加工费用较低，就称这样的零件具有良好的工艺性。零件的工艺性要求主要有：
(1)毛坯选择合理
机械零件的毛坯来源主要有：直接利用型材、铸造、锻造、冲压和焊接等。选择什么样的毛坯取决于生产技术条件，如：生产批量、材料性能和加工能力等。
(2)结构简单合理
设计零件的结构形状时，最好采用最简单的表面(如平面、圆柱面等)和简单表面的组合，并尽量使加工表面数目最少和加工面积最小。
(3)规定适当的制造精度和表面粗糙度
零件的制造精度和表面粗糙度的提高，将使零件的加工费用迅速上升，所以设汁时，精度的确定应适当。
零件的工艺性要求除上述几项外，还有许多。为了设计出工艺性较好的零件，还需多多参阅有关的文献资料。
4优先数系和标准化问题
优先数系是用来使型号、尺寸、转速、功率等量值得到合理的分级。这样可便于组织生产和降低成本。
优先数系确定的基本思想是将某个数值段按等比划分成若干份。一般数值段取为10，划分的份数可以为5、10、20、40等。GB／T321-1980规定的优先数系有四个基本系列，即R5系列，公比为；R10系列，公比为；R20系列，公比为；R40系列，公比为。下表1所示为R5和R20系列的优先数系。
表1 R5和R20优先数系
优先数系中的任何一个数值称为优先数，在确定分级数值时，必须最大限度地采用优先数。对于大于10的优先数可以乘上10、100、1000等。
标准化问题是指以制订标准和贯彻标准为主要内容的全部活动过程。标准化的原则是统一、简化、协调、选优(优化)。将生产的产品或零件加以标准化具有重大的意义。在产品、零件的制造上可以实现专业化大批量生产，进而可提高产品质量和降低产生成本；在设计方面，采用标准化零部件，可以减轻设计工作量；在产品管理、使用、维修等方面，标准化产品和零件都具有很大的优越性。
我国将标准分为四级：国家标准、行业标准、地方标准和企业标准。在无特殊需要的设计中。必须采用这些标准或标准件.我国现已参加了国际标准化组织,并积极鼓励采用国际标准，近年来颁布的国家标准许多都已采用相应的国际标准。
参考文献：
[1]朱家诚.机械设计基础[M].合肥：合肥工业出版社，2005
全科论文中心http://www.issncn.net
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