在本课程的学习过程中，对于机械零件，除合理选择材料外， 还应着重掌握其工作能力计算和结构设计方法。

　　此外还应该注意，大部分零件由于所选材料的不同、结构设计 的差异等诸多因素都会导致多种设计结果，即可用多种方案来完成 同一功能要求。因此，要不断提高综合分析与解决问题的能力，学 会从多种可能的解答中通过评价找出最佳的设计方案。

　　此外，机械设计中还把为完成同一使命、彼此协同工作的一组 零件所组成的组合体称为部件，如滚动轴承、联轴器、减速器等， 所以有时也通称为机械零部件，它包括了零件和部件。

　　机械设计基础主要研究常用机构和通用零部件的工作原理、结 构特点9博体育、基本设计理论和计算方法。同时还将扼要介绍与本课程有 关的国家标准、规范和一些标准零件、部件的选用原则，以及简单 机械传动装置的设计方法。

　　例如，用金属、塑料、陶瓷等材料作为基材，用纤维强度很高的 玻璃、石墨机械零件、硼等非金属材料作为纤维，可把纤维与基材复合成各种 纤维增强复合材料，又称纤维增强塑料，可用来制造薄壁压力容器、 汽车外壳等。

　　又如，在普通碳素钢板表面贴附塑料或不锈钢，可分别获得强度 高而又耐腐蚀的塑料复合钢板或金属复合钢板。

　　复合材料目前成本尚高，供应较少，但它是材料工业发展的方向 之一，随着科学技术的进步将获得广泛应用。

　　铜合金是机械零件中最常用的有色金属材料，分为黄铜和青铜 两类。 1．黄铜

　　黄铜(ZCuZn38等)是以锌为主要合金元素的铜合金。它具有一 定的强度和较高的耐腐蚀性能，常用于制造管件、散热器、垫片以 及化工、船用等零件。

　　青铜又分普通青铜(锡青铜)和特殊青铜(铝青铜、铅青铜等)。 普通青铜(ZCuSn5Pb5Zn5等)的减摩性、耐磨性、导热性均良 好，常用于制造蜗轮、对开螺母、滑动轴承中的轴瓦等零件。 铝青铜(ZCuAll0Fe3等)的耐磨性和耐腐蚀性较好，常用于制造 蜗轮、在蒸汽和海水条件下工作的齿轮等零件。 铅青铜(ZCuPb30等)具有很高的导热性和抗疲劳强度，可用于 制造高速、重载滑动轴承的轴瓦机械零件。 铸造铜合金牌号的表示方法是在符号“ZCu’后面加注所含各 主要合金元素的符号及其质量分数(％)。

　　本章重点学习内容： 1．零件、构件、机械、机构、机器等名词的涵义 2． 机械零件的常用材料 3．机械零件工作能力的判定条件 4．机械零件结构设计的基本要求 5．平面运动副的分类及其表示方法 6．平面机构具有确定运动的条件

　　合金结构钢牌号的表示方法是用两位数字表示碳的含量，并 在其后加注所含各主要合金元素的符号及其含量，而且规定：合金 元素平均质量分数低于1.5％时，不注含量；当平均质量分数在1.5 ％～2.5％,2.5％～3.5％,3.5％～4.5％,…时,以相应数字2，3，4，… 表示。

　　例如40SiMn2,其成分的平均质量分数为:碳0.40％,硅低于0.15％, 锰在1.5％～2.5％之间。

　　铸钢主要用于制造承受重载荷的大型零件或形状复杂、力学 性能要求较高的零件，如承受重载荷的大型齿轮、联轴器等。铸钢 包括碳素铸钢和合金铸钢。铸钢的力学性能与锻钢基本接近，但其 减振性和铸造性能均不及铸铁。

　　灰铸铁是应用最广的一种铸铁，碳以片状石墨存在于铁的基 体中，因此其断口呈灰色。灰铸铁的抗压强度高于抗拉强度，切 削性能好，但不宜承受冲击载荷，常用于制造受压状态下工作的 零件，如机器底座、机架等。

　　灰铸铁牌号的表示方法是在符号“HT”后加注一组表示抗拉 强度的数字，如HT200，其抗拉强度为200MPa。

　　显著提高。除伸长率和韧性稍低外，其他力学性能基本与钢接近， 同时兼有灰铸铁的优点；但是球墨铸铁的铸造工艺性能要求较高， 品质不易控制。用球墨铸铁制造的曲轴、齿轮等，其成本低于锻钢 件。

　　球墨铸铁牌号的表示方法是在符号“QT”后加注两组数字，如 QT400—15，表示抗拉强度为400MPa，伸长率为15%。

　　机械零件丧失工作能力或达不到设计要求的性能时，称为失效。 在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度，称为工作能力。

　　常见的零件失效形式有：断裂，过大的弹性变形或塑性变形，摩 擦表面的过度磨损、打滑、过热，联接松动以及运动精度达不到要求 等。

　　碳的平均质量分数低于0.25％的钢，其抗拉强度和屈服点低， 而塑性好，适用于冲压、焊接加工；

　　高 碳 碳的平均质量分数高于0.60％的钢，它具有很高的强度和弹性， 钢 是弹簧、钢丝绳等零件的常用材料。

　　优质碳素结构钢(GB/T699-1999) 含磷、硫等杂质较少9博体育，其性能优于碳素结构钢，而且

　　主要用于受力不大而且基本上是承受静载荷的零件，其中以 Q235、Q255较为常用。

　　碳素结构钢的牌号用Q和后面一位数字表示，如Q235表示屈服 点235MPa的碳素结构钢。

　　l—电动机 2、4—带轮 3—V带 5—偏心轴 6—动颚(板) 7—肘板 8—定颚(板) 9—飞轮

　　在组成机器的各个零件中，有的零件是以单个形式参与机器运 动，例如带轮、偏心轮、肘板等。有的则是将多个零件刚性联接， 作为一个整体参与机器运动。例：动颚板。

　　2、工艺要求：毛坯到成品都便于制造 3、经济性要求：材料及其加工成本均比较低，而且供货方便。 各种材料的力学性能及应用均可从机械设计手册中查取，本课 程也在有关章节中作了适当的介绍。

　　机械零件的常用材料分为金属和非金属两大类。其中，金属材 料应用最广，非金属材料以其独特的性能也日益显示出广阔的应用 前景。金属材料包括黑色金属(钢、铸铁)和有色金属，前者应用最 多。此外，近年来复合材料的研究与开发，也已成为材料科学的一 个新方向。下面简要介绍机械零件的常用材料及其应用。

　　优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，代表钢中碳的平均含 量。9博体育如45钢，其碳的平均质量分数为0.45％。

　　对于锰含量较高的优质碳素结构钢，其牌号还要在碳含量数字 之后加注符号“Mn‘’，如40Mn等。

　　由机器的组成可知，机器通常是由是由各种机构以及各种零件 组成的。机器中的零件分为两类。

　　1、通用零件 通用零件在各种类型的机械中都可能用到，如 螺栓、轴、齿轮9博体育、弹簧等；

　　2、专用零件 只用于某些类型的机械中，如电动机中的转子、 叠片、笼条等，内燃机、蒸汽机中的曲轴、活塞等。

　　铸钢牌号的表示方法是在符号“ZG”后加注两组数字，如 ZG310—570，表示屈服点为310MPa，抗拉强度为570MPa。

　　铸铁和钢都是铁碳合金，区别在于碳含量不同。碳的质量分数 高于2％的铁碳合金称为铸铁，反之称为钢。

　　铸铁是脆性材料，其抗拉强度、塑性、韧性均较差，不能进行 碾压和锻造；但其减振性和耐磨性较好，成本较低。另外，铸铁具 有良好的液态流动性，因此常用于铸造各种形状复杂的零件。

　　对于连杆机构、凸轮机构等常用机构，应注意其非匀速传动的 特点，重点分析其运动特性，掌握实现其运动规律的设计方法。

　　选择材料是设计机械零件的重要环节之一，也是一个复杂的技 术经济问题。一般应综合考虑以下要求，选出适宜的材料。

　　1、零件的使用要求：如强度、刚度、冲击韧度、导热性、抗腐 蚀性以及耐磨性、减振性等，通常以强度为主。

　　对于某一具体零件，可能产生的失效形式由其工作条件和受载情 况决定。针对各种不同失效形式，所列判定零件工作能力的条件， 称为工作能力计算准则。

　　机械设计基础是高等学校工科有关专业的一门重要技术基础课。 通过本课程的学习，可以使学生获得正确使用和维护机械设备的基 本知识，初步培养学生运用有关设计资料设计简单机械传动装置的 能力，为学习有关专业机械设备课程以及参与技术革新奠定必要的 基础。

　　本课程是一门实践性和综合性很强的课程，整个学习过程涉及 机械制图、理论力学、材料力学、工程材料、金属工艺学以及互换 性与技术测量等多门学科。本书内容的安排是从认识机械入手，分 析机器的基本组成、传动系统及零部件的功能，进而引深到机械零 部件的设计与计算、机械传动装置设计的一般方法和过程以及常用 机构的运动分析和设计。

　　机器种类繁多，其结构形式和用途各不相同，但大致都是由以 下四部分组成的。

　　原动机部分 ： 驱动整部机器以完成预定功能的动力源，颚式破 碎机的原动机是电动机。

　　执行部分： 完成机器预定功能的组成部分，也称工作机，是具 体干活的部分，颚式破碎机的执行部分是颚头（定颚、动颚）。

　　传动部分： 解决原动机与工作机运动形式、运动及动力参数的 转变。机器的传动部分多数使用机械传动系统。颚式破碎机的传动 部分包括V带传动和由偏心轮、动颚、肘板以及机架组成的连杆机 构

　　从颚式破碎机可知，一部机器可以只含有一个机构，颚式破碎机 只含有一个曲柄摇杆机构；

　　一部机器也可以由数个机构组成，如图所示牛头刨床的主传动系 统(切削和进给运动)，是由齿轮机构(5、6、13)、(10、11、13)、导杆 机构(6、7、8、13、14)、曲柄摇杆机构(11、12、17、13)、间歇运动 机构(17、16、13)等组成的。

　　把零件作为组成机器的基本单元不能有效地表达机器中各部分 的相对运动关系。为了表达机器中各部分的相对运动关系，把在机 器中能作相对运动的实体称为构件。

　　由图可以看出，机构有两个特征： 1、由多个构件组成 2、各构件间具有确定的相对运动。 对机器而言，除具备机构的这两个 特征外，还有第三个特征。 3、能够完成有效的机械功(如颚式 破碎机粉碎矿石)或进行能量转换(如内燃 机把热能转换成机械能)。 因此，从其组成、运动特性、受力 状况等方面进行分析，机构和机器没有 区别。为使研究的问题简化，常将机构 和机器统称为机械。

　　钢的品种多、性能好，是机械零件最常用的材料。根据化 学成分的不同，钢可分为碳素钢和合金钢。

　　碳素钢的性能主要取决于碳含量，即碳的质量分数。碳含 量越高，钢的强度越高，塑性越低。

　　碳素结构钢(GB/T700-1988) 杂质较多，只保证机械强度，不保证化学成分，不能

　　为了改善钢的性能，根据不同要求加入一种或几种合金元素而 形成的钢，称为合金钢。

　　不同的合金元素，使钢获得不同的性能，例如：铬能提高硬度、 高温强度和耐腐蚀性；镍能提高强度而不降低韧性；锰能提高强度、 韧性和耐磨性；硅可提高弹性极限和耐磨性，但降低韧性。应当指 出，合金钢的性能不仅与化学成分有关，在很大程度上还取决于适 当的热处理。

　　橡胶、塑料、皮革、陶瓷、木材、纸板等，均属非金属材料。 橡胶除具有弹性并能缓冲、吸振外，还具有耐磨、绝缘等性能，广 泛用于制造胶带、轮胎、密封垫圈和减振零件等。塑料具有耐磨、 耐腐蚀、质量轻、易于成形等优点，因此近年来得到了广泛的应用。