設(shè)計機械零件應(yīng)滿足如下基本要求 :
(一)避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求
1.強度
零件在工作中發(fā)生斷裂或不允許的殘余變形統(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(dāng)避免的。因此具有適當(dāng)?shù)膹姸仁窃O(shè)計零件時必須滿足的最基本條件。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,以提高材料的機械強度特性;
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
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。顯然,只有當(dāng)彈性變形過大就要影響機器工作性能的零件,才需要滿足這項要求。對于這類零件,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。
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。
(二)結(jié)構(gòu)工藝性要求
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(dāng)熟悉當(dāng)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。
(三)可靠性要求
零件可靠度的定義與機器可靠度的定義是相同的,即在規(guī)定的使用時間內(nèi)和預(yù)定的環(huán)境條件下,零件能夠正常地完成其功能的概率。對于絕大多數(shù)機械來說,失效的發(fā)生都是隨機性的。因此,為了提高零件的可靠性,就應(yīng)當(dāng)在工作條件和零件的性能兩個方面使其隨機變化盡可能地小。此外,在使用中加強維護和對工作條件進行監(jiān)測,也可以提高零件的可靠性!
(四)經(jīng)濟性要求
零件的經(jīng)濟性首先表現(xiàn)在零件本身的生產(chǎn)成本上。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;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。這些對降低零件成本均有顯著的作用。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。
采用廉價而供應(yīng)充足的材料以代替貴重材料;對于大型零件采用組合結(jié)構(gòu)以代替整體結(jié)構(gòu),都可以在降低材料費用方面起到積極的作用。
另外,盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化的零、部件,就可在經(jīng)濟性方面取得很大的效益。
(五)質(zhì)量小的要求
對絕大多數(shù)零件來說,都應(yīng)當(dāng)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;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。
為了減小質(zhì)量,可采取如下措施:采用緩沖裝置來降低零件上所收的沖擊載荷;采用安全裝置來限制作用在主要零件上的最大載荷;從零件上應(yīng)力較小處削減部分材料,以改善零件受力的均勻性,從而提高材料的利用率;采用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。