大的残余变形，要降低加工精度；高速转子轴的残余挠曲变
形，将增大不平衡度，并进一步地引起零件的变形。
3、 零件的表面破坏：主要是腐蚀、磨损和接触疲
劳。
腐蚀：发生在金属表面的一种电化学或
化学侵蚀现象，其结果是使金属表面产生锈蚀，从而使零件
表面遭到破坏，与些同时，对于承受变应力的零件，还要引
起腐蚀疲劳的现象。
（六）价值分析
价值分析（Value Analysis，简称VA）又叫价值工程（Value Engineering，简称VE），它是一种 使产品达到物美价廉的有效的一种现代管理技术，由于它应用于产品设计尤见成效，故已发展 成为现代设计方法中的一个重要内容。此法首先要确定价值分析的对象，然后对它们进行成本 分析和功能价值计算，应用最新的科学技术成果，对实现产品功能的原理和方法进行革新和创 造，提出新的方案，并对新方案进行评价和决策，选出最佳设计方案，以提高产品的价值。
三、机械零件的主要失效形式
1、 整体断裂：零件在受拉、压、弯、剪、扭等外载荷作用时， 由于某一危险截面上的应力超过零件的强度极限而发生的断 裂，或者零件在受变应力作用时，危险截面上发生的疲劳断
裂均属此类。如螺栓的断裂、齿轮齿根部的折断等。
2、 过大的残余变形：如果作用于零件上的应力超过了材料的屈
服极限，则零件将产生残余变形。机床上夹持定位零件的过
机械工程学基本知识
一、机器的基本组成
1、机器的基本组成要素 在一台现代化的机器中，常会包含着机械、电气、液压、气动、润
滑、冷却、信号、控制、监测等系统的部分或全部，但是机器的主体仍 为机械系统。无论分解哪一台机器，它的机械系统总是由一些机构组 成；每个机构又是由许多零件组成。所以，机器的基本组成要素就是机 械零件（也就是制造装配的单元）。
（四）模块化设计
模块化设计是在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能 分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合就可以构成不同的产 品，以满足市场的不同需求。产品模块化的主要目标之一是以尽可能少的模块种类和数量组成 尽可能多的种类和规格的产品。 模块化设计相对于传统设计具有如下优点： 1． 减少产品的设计和制造时间，缩短供货周期，有利于争取客户； 2． 有利于产品的更新换代和新产品的开发，增加企业对市场的快速应变能力； 3． 有利于提高产品质量，降低成本，增加产品的市场竞争能力； 4． 便于产品的维修。
（三）可靠性设计
机械可靠性设计是将概率论、数理统计、失效物理和机械学相结合而形成的一种综合性设计技 术。它的主要特点是将常规设计方法中所涉及到的设计变量，如载荷、应力、强度、寿命等， 所具有的多值现象看成是服从某种分布规律的随机变量，用概率统计方法设计出符合机械产品
可靠性指标要求的零部件和整机的主要参数和结构尺寸。
Ⅰ代表早期失效阶段（存在初始缺陷；需磨合） Ⅱ代表正常使用阶段（如失效则为偶然的原因引起，为随机性
的，失效率表现为缓慢增长） Ⅲ代表损坏阶段（需良好的维护和及时更换马上要发生破坏的零
件，可延缓机器进入此阶段的时间）
五、零件的设计方法
机械零件的设计方法可分为常规设计方法和现代设计方法。
一、常规设计方法
五、机械零件的设计准则
1、强度准则：指零件中应力不得超过允许的限度。其代表性的表达
式为
δ≤δlim 考虑到各种偶然性或精确分析的影响，上式右边要除以设计安
全系数S，即
δ≤δlim/S 2、刚度准则：即零件在载荷作用上产生的弹性变形量y（y由理论或
实验方法确定）小于或等于机器工作性能所允许的极限值[y].，
荷）等等
2）刚度（弹性变形不超过允许的限度，就满足要
求）
整体刚度（整体伸长、缩短、挠曲、扭
转）： 可增大截面尺寸或截面的惯性距等；
表面接触刚度：增大贴合面而降低压力；精加工；
3）寿命：正常工作延缓的时间。影响因素：a 材料的疲劳；b 材
料的腐蚀；c 相对运动零件接触表面的磨损；
2、结构工艺性要求，即在既定的生产条件下，能够方便而经济地生产
计算的方法。关于疲劳寿命，通常是求出使用寿命时的疲劳极限或额定
载荷来作为计算的依据。
4、振动稳定性准则：在设计时要使机器中受激振作用的各零件的固
有频率与激振源的频率错开。f 代表零件的固有频率，fp代表激振源的 频率，则通常应保证如下的条件：
0.85f ＞ fp 或 1.15f ＜ fp 5、可靠性准则：可靠度R=N / N0（总件数为N0 t 时间后仍有N件正 常）如试验时间延长，则N减小，R也变化。则R是t 函数。设时间t 到t
2、机器的基本组成部分 一部完整的机器的组成如下图所示：
控制系统 辅助系统，例如润滑、显示、照明等 执行部分 传动部分 原动机部分
原动机部分：驱动整部机器以完成预定功能的动力源（简单的一个 原动机，复杂的有好几个，现代使用的为电动机或热力机，如我们的成 型机，切割机都用电动机）
执行部分：完成机器预定功能的组成部分。（如成型机的模具压制 成型功能，切割机的砂轮的切割功能等等）
传动部分：完成把原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行 部分所需的运动形式、运动及动力参数。例如把旋转运动变为直线运 动，高转速变为低转速，小转矩变为大转矩，把转轮的轴线转过90度 （应用涡轮涡杆）。
以上三部分只是机器的三个基本部分，随着机器功能越来越复杂， 对机器的精确度要求也就越来越高，如只有以上三个部分，使用起来就 会遇到很大的困难，所以，我们还会在机器上不同程度地增加其它部 分，如控制系统和辅助系统。例如新成型机的报数系统。
常规设计方法是目前广泛和长期所采用的设计方法。也是本课程中机械零件设计时所采用的设 计方法。常规设计方法有以下三种：
（一）理论设计
理论设计是根据现有的设计理论和实验数据所进行的设计。按照设计顺序的不同，零件的理论 设计计算可分为设计计算和校核计算。 1． 设计计算 该计算方法是根据零件的工作情况、要求，进行失效分析，确定的零件工作能力 准则，并按其理论设计公式确定零件的形状和尺寸。 2． 校核计算 该计算方法是先参照已有实物、图纸和经验数据初步拟定出零件的结构和尺寸， 然后根据工作能力准则所确定的理论校核公式进行校核计算。
对于尺寸特大、结构复杂、难以进行理论计算的重要零件可采用模型实验设计。即把初步设计 的零、部件或机器做成小模型或小样机，通过模型或样机实验对其性能进行检验，根据实验结 果修改初步设计，从而使设计结果满足工作要求。
二、现代设计方法简介
机械设计在近30年来发生相当大的变化，设计方法更趋于科学、完善，计算精度更高，计算速 度更快。现代设计的主要方法有以下几种：
反方向的预载荷，以降低零件上的工作载荷；e 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（即强度与单位体积材料
所受的重力之比）高的材料等。
5、可靠性要求：即在规定的使用时间（寿命）内和预定的环境条件
下，零件能够正常地完成其功能的概率。（提高措施：使工作条件和零
件性能两个方面的随机变化尽可能小）
（二）经验设计
经验设计是根据同类机器及零件已有的设计和长期使用累积的经验而归纳出的经验公式，或者 是根据设计者的经验用类比法所进行的设计。经验设计简单方便，对于那些使用要求变动不大 而结构形状已典型化的零件，是比较实用可行的设计方法。例如普通减速器箱体、齿轮、带轮 等传动零件的结构设计。
（三）模型实验设计
通用零件—在各种机器中经常都能用到的零件，如螺钉、螺 母、齿轮、链轮等等
机械零件 专用零件—在特定类型的机器中才能用到的零件，如涡轮机的叶 片、飞机的螺旋桨、往复式活塞内燃机的曲轴等等
任何机器的性能，都是建立在它的主要零件的性能或某些关键零件的综 合
性能的基本之上的。比如我们公司的成型机，其主要性能在于转轮、压 棒、压轮以及模具等等之间的配合，只有这些零件的性能得到保证，我 们才能保证整机的综合性能，才能确保机台的精密度（暂不考虑人的因 素）。
2． 可以贮存大量的设计信息和设计经验，使一些缺乏设计经验及新从事设计工作的人员也能
顺利完成设计任务；
3． 能在较短时间内给出很多设计方案，并进行分析比较，以获得最佳设计方案；
4． 把设计人员从繁琐的重复性工作中解脱出来，将更多的时间和精力集中到创造性的工作
上；
5．
可与计算机辅助制造（CAM）、计算机管理自动化结合起来形成计算机集成制造系统
y≤[y]
3、寿命准则：由于影响寿命的主要因素----腐蚀、磨损和疲劳是三
个不同的范畴的问题，所以它们各自发展过程的规律也就不同。迄今为
止，还没提出实用有效的腐蚀寿命计算方法，因而也无法列出腐蚀的计
算准则。关于磨损的计算方法，由于其类型众多，产生的机理还未完全
搞清，影响因素也很复杂，所以尚无可供工程实际使用的能够进行定量
磨损：两个接触
表面在作相对运动的过程中表面物质丧失或转移的现象。
（我厂此失效最多）
疲劳：
受到接触应力长期作用的表面产生裂纹或微粒剥落的现象。
四、设计机械零件时应满足的基本要
求
1、避免在预定的寿命期内失
效
1）强度（断裂、不允许的残余
变形属于强度的问题；再者要考虑到在运输中的强度
问题）
措
施：a 材料;b 截面尺寸；c 热处理；d 制造精度（降低工作中的动载
+dt的间隔中，又有dN件零件坏了，则在此dt时间间隔内破坏的比率
λ(t)定义为
λ(t)= - dN / (dt *N) -------失效率，负号表dN的增大将使
N减小。分离变量并积分得
-∫t0λ(t) dt = ∫NN0
dN/N=lnN/N0 =lnR 即R=e-∫t0λ(t) dt 零件的失效率λ(t)与时间t 的关系如下图所示
出来，并便于装配成机器。