机械零件设计的基本要求 - 高性能卧式加工中心卧式镗铣床数控龙门加工中心

发布日期：2019-01-10 作者：点击：

机械零件是指组成机器的不可拆分的基本单元，如螺栓、螺钉、键、带、齿轮、轴、弹簧、销等。机械零件设计是从机器的工作原理、承载能力、构造和维护等方面研究通用机械零件的设计问题，其中包括如何合理确定零件的形状和尺寸、如何合理选择零件的材料以及如何使零件具有良好的工艺性等。

机械零件是组成机器的基本单元，要使所设计的机器满足基本使用要求，就必须使组成机器的零件满足以下要求。

1、避免在预定寿命期内失效的要求

在预定寿命期内不失效的要求包括三方面：强度、刚度、寿命。

（1）强度

机械零件在工作中发生断裂、磨损或不允许的变形统属强度不足。上述失效形式，除了用于安全装置中预定适时破坏的零件外，对任何零件都是应当避免的。因此保证零件有足够的强度，是机器正常工作的一个基本要求。

为了提高机械零件的强度，在设计时原则上可以采用以下的措施：采用强度高的材料；使零件具有足够的截面尺寸；合理地设计零件的截面形状，以增大截面的惯性矩；采用热处理和化学热处理方法，以提高材料的力学性能；提高运动零件的制造精度，以降低工作时的动载荷；合理地配置机器中各零件的相互位置，以降低作用于零件上的载荷等。

（2）刚度

机械零件在工作时所产生的弹性变形不超过允许的限度，就叫做满足了刚度要求。对于弹性变形过大就要影响机器工作性能的零件，设计时除了要作强度计算外，还必须作刚度计算。

为了提高零件的整体刚度，可采取如下措施：增大零件截面尺寸或增大截面的惯性矩；缩短支承跨距或采用多支点结构，以减小挠曲变形等。

（3）寿命

有的机械零件在工作初期虽然能够满足各种要求，但在工作一定时间后，却可能由于某些原因而失效。这个零件正常工作延续的时间就叫零件的寿命。

零件寿命是决定机器寿命的基础，零件的破坏会导致机器无法正常工作。影响零件寿命的主要原因有：材料的疲劳，材料的腐蚀以及相对运动零件接触表面的磨损。

2、结构工艺性要求

机械零件具有良好的结构工艺性，是指在既定的生产条件下，能够方便而经济地生产出来，并便于装配。所以零件的结构工艺性应从毛坯制造、机械加工过程及装配等几个生产环节加以综合考虑。工艺性还和批量大小及具体的生产条件相关。为了改善零件的工艺性，就应当熟悉当前的生产水平及条件。对零件的结构工艺性具有决定性影响的零件结构设计，在整个设计工作中占有很大的比重，因而必须予以足够的重视。

3、经济性要求

机械零件的经济性首先表现在零件本身的生产成本上。零件的经济性决定了机器的经济性，设计零件时，应力求设计出耗费(包括钱财、制造时间及人工)最少的零件。

要降低机械零件的成本，首先要采用轻型的零件结构，以降低材料消耗，并且采用廉价而供应充足的材料以代替贵重材料，可以降低材料费用；采用少余量或无余量的毛坯或简化零件结构，以减少加工工时；工艺性良好的结构就意味着加工及装配费用低，所以工艺性对经济性有着直接的影响，对于大型零件采用组合结构以代替整体结构，这些对降低零件成本均有显著的作用。另外，尽可能采用标准化的零、部件，就可在经济性方面取得很大的效益。

4、质量小的要求

对绝大多数机械零件来说，都应当力求减小其质量。减小质量有两方面的好处：一方面可以节约材料，节约材料就意味着节省成本；另一方面，对于运动零件来说，可以减小惯性，改善机器的动力性能。

可采取以下措施减小机械零件的质量：采用缓冲装置来降低零件上所受的冲击载荷；使用安全装置来限制作用在主要零件上的最大载荷；适当减少零件上应力较小处材料，以改善零件受力的均匀性，从而提高材料的利用率；施加与工作载荷相反方向的预载荷，以降低零件上的工作载荷，采用轻型薄壁的冲压件或焊接件来代替铸、锻零件，以及采用强重比高的材料等。

5、可靠性要求

机器的可靠性是由零件的可靠性保证的，零件可靠度是指在规定的使用时间内和预定的环境条件下，机械零件能够正常地完成其功能的概率。对于绝大多数机械来说，失效的发生都是随机性的。因此，为了提高机械零件的可靠性，就应当在工作条件和零件的性能两个方面使其随机变化尽可能地小。此外，在使用中加强维护和对工作条件进行监测，也可以提高机械零件的可靠性。

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