机械设计制造总论.pdf

第一篇机械设计制造总论第一章机械设计制造常用资料第一节常用资料一、字母表!汉语拼音字母大写小写名称拼音汉字注音大写小写名称拼音汉字注音大写小写名称!拼音汉字注音#$%阿&()街*+,+!诶思-.,玻诶/00,科诶122,!特诶344,雌诶56,6诶勒788!乌9:,得诶;,!物诶?)鹅AA,讷诶BCC%!蛙DE,E诶佛FGG喔HII(!希JKK,哥诶LMM,坡诶NOO%!呀PQQ%哈RSS(8邱TUU,!资诶V(衣WX%X阿儿注：!Y 名称栏内的汉字注音是按普通话的近似音，二字以上的要连续读。ZY“=”只用来拼写外来语、少数民族语言和方言。第一章机械设计制造常用资料表!#!希腊字母正体斜体大写小写大写小写英文名称（国际音标注音）正体斜体大写小写大写小写英文名称!（国际音标注音）!$%&$(%)#$#$*+*,+$!%&%&-.%$-/$0#(1/23$/!)*)*4$55$6(5#+75/897*7+5$/29#*!,-,-6.%0$6.%0$././&/&$/!01，101.&3/%7*.&3/%#*232397 97+!4545:.0$:/$0#67673/45$3/45#!8989.0$/$0#:;:;0$+0$+!=，=?+&3/%7*,+$&3/%7*!AA,70$/7+0#BC，CBC，C&/)$/!DE，FDE2$&$2(&#GHFG8/2$/!IJHI%$5-6$%(56#KLJK&3/&3/$!MNLM5+5,+$OPNO75.4$;7+5/&#表!*#$.*!?-%&-/$7(7+!A8)*3/$B&+,&/$!C6-.6/$DE/02,+$!F.12/$G934$!H)56.)I378.3!J49:6/$K0;./0(M+?,+$!N/AB$/OPCDP/$!Q,EF6./RSGH;6)-%,+$!T2IJ2./U1KL.23!V%MN.%WXOPS$/!Y5QR.5Z:ST:.6第一篇机械设计制造总论二、标准分类编号及标准代号标准有国际标准、国外标准和我国标准!大类。我国标准有国家标准、行业标准、地方标准和企业标准，还分为强制性标准和推荐性标准。推荐性标准的代号是在强制性标准代号后加“”。如强制性标准#$、%$，则推荐性标准为#$&、%$&。国内部分标准代号见 ()。国外部分标准代号见表(*。我国标准的编号一般构成如下：我国地方标准编号：示例+$,&)*-,辽宁省强制性标准，第)*个标准，-,年批准发布。我国企业标准编号：示例.&/0,-!沈阳第一机床厂第,个标准，-!年批准发布。表 ()!国内部分标准代号!标准代号标准名称标准代号标准名称#$国家标准$!铁路运输行业标准%$机械行业标准1$!物质行业标准+2电力行业标准3$!黑色冶金行业标准4#化工行业标准3/!有色冶金行业标准2+劳动和劳动安全行业标准#%$原国家军用标准*第一章机械设计制造常用资料!建材行业标准#$!原国家专业标准!%建筑工业行业标准!$&#!原机械部指导性标准!交通行业标准!$&(!原机械部机床局标准!)教育行业标准*!原农机部标准($轻工行业标准+$,&!北京市地方标准(汽车行业标准+$,-&!天津市地方标准(!航天行业标准+$,.&!内蒙古自治区地方标准/0石油化工行业标准+$11&!广东省地方标准/!电子行业标准+$2,&上海市地方标准表,3,3.!国外部分标准代号!代号名称代号名称4/5国际标准化组织标准6*/4!美国国家标准47国际电工委员会标准/67!美国汽车协会标准4+5联合国工业发展组织标准*$/!美国国家标准局标准68*59法国标准协会标准6/6!美国标准协会标准*8法国国家标准64/4!美国钢铁学会标准!4/日本工业标准6%:6!美国齿轮制造者协会标准!7/日本工业产品标准统一调查会标准6/:7美国机械工程师学会标准6/:!美国材料试验标准!/:7日本机械学会标准6:/!美国航空材料的技术规格!%:6日本齿轮工业协会标准!5!俄罗斯国家标准（原苏联标准）$/英国国家标准;/*!捷克斯洛伐克国家标准+4*德国工业标准/韩国国家标准4/印度国家标准?第一篇机械设计制造总论三、化学元素符号（表!#）表!#化学元素符号（摘自$%&!()*!+&）!$%,-(!(规定。.第一章机械设计制造常用资料四、常用材料的参数（!#$!%）表!#常用材料的密度&第一篇机械设计制造总论表!#!常用材料的弹性、切变模量与泊松比材料名称弹性模量!（!$%&(）切变模量（!$)&(）泊松比!材料名称弹性模量!（!$%&(）切变模量（!$)&(）泊松比!灰铸铁、白口铸铁、可锻铸铁!$*#+!*,)*%$*-.+$*-/球墨铸铁!*%!+!*,*!$*-%+$*-0碳钢!-+-*-/*#+#*!$*-)+$*-#铸钢!*/%+-*!,/*$+#*)$*-%+$*-0镍铬钢!-*!#*!$*-%+$*.$工具钢!-*!+-*-#*$+#*%$*-0+$*.$黄铜!$*0+!*).*%+.*/$*.-+$*)-紫铜!*!+!*.)*0$*-.轧制磷青铜!*!%)*-$*.%+$*./冷拉黄铜、青铜$*0!+$*00.*%+.*/$*.$+$*.)锡青铜$*0.*%$*.!轧制铝$*,0-*,+-*/$*-#+$*.-铸铝青铜!*$%)*-$*-%普通玻璃$*%,$*-!+$*-.$*-%混凝土（抗压强度 0*#&(）$*!0,+$*!),混凝土（抗压强度!)*/）$*-!)+$*!,)混凝土（抗压强度!0*,&(）$*-.-+$*!#-表!0常用材料的线膨胀系数!12材料名称温度范围（2）(（3!$,）材料名称温度范围（2）(（3!$,!）灰铸铁$+!$!$*)镍钼合金（磁尺用）!-$+!$!*$球墨铸铁$+!$!$*)铁锰合金（磁尺用）!-$+!$!*$磷铜钛铸铁-$+%$0*!/紫铜!$+!$!/*-)%钢-$+!$!*%0黄铜!-$+!$!#*$4!$5-$+!$!*$铝青铜!-$+!$!/*,-$67-$+!$!*.锡青铜!-$+!$!#*$)$67-%+!$!*$铝!$+!$-.*#,%&8-%+!$!*!镍!$+!$!.*$-67!.-$+!$!$*%光学玻璃!-$+!$!*$,$9:-&8-$+!$!*%+!-*)有机玻璃!-$+!$!-$+!.$!67!#;:04:-$+!$!,*,水泥、混凝土!-$!$+!);:%#-$!*%纤维、夹布胶木!.$+)$;:.-6-$+!$!*%聚氯乙烯管材!$+,$%$+#$?67!%!$!)*$尼龙!$+!$!$+!%$67&55-$+!$!-*.硬橡胶、胶木!/+-%/0第一章机械设计制造常用资料注：!值系该温度范围内测定的平均值。例：材料为!#$的精密刻线尺，其长度!%&(，初始温度为&%)*，发热后的温度)%)+*，则,(刻线尺的热伸长量!%!（)-&）%&.#/&-0/&/（)+-)）%.+1#(。表&-&-&!常用材料的熔点、热导率和比热容名称熔点（*）热导率比热容（2(34）（567,(383*）（95:34）（567,5:3*）名称熔点（*）热导率比热容（2(34）（567,(383*）（95:34）（567,5:3*!）灰铸铁&)10.1;).$1;$#11.+.&+铝!0#$)+&=#1.+.)&0铸钢&1)#1$.&=铅!+)=+1.$+&).$.+&软钢&1;
.11#).1.&)锡!)+)0).0#1)+1.#.#0黄铜#).$+.0.1锌!1&#+.0.1青铜#0+.$#+$#.).)镍&1#)#.)#&1#).).&$注：表中的热导率值指 ;&*的范围内。五、摩擦因数（表&-&-&;&-&-&+）表&-&-&!常用材料的摩擦因数材料名称摩擦因数#静摩擦动摩擦无润滑剂无润滑剂 有润滑剂材料名称摩擦因数#静摩擦动摩擦!无润滑剂无润滑剂 有润滑剂钢钢.&#，.&;.&)#.&#.#;.&硬钢电木!.+#钢软钢.).&;.)硬钢玻璃!.1$钢铸钢.+.&$.#;.&#硬钢硬质橡胶!.+$钢青铜.&#，.&;.&#.&#.&;.&#硬钢石墨!.&#钢巴氏合金.&#;.+铸铁铸铁.&$#!.&#.=;.&)钢铜铅合金.&#;.+铸铁青铜!.&#;.).=;.&#钢粉末金属.+#;.#铸铁橡皮!.$.#钢橡胶.0;.$铸铁皮革.+;.#，.&#!.0.&#钢塑料.;.&#青铜青铜!.&.).=;.&钢尼龙.+;.#.#;.&黄铜黄铜!.$;&.#钢软木.&#;.+铅铅!&.)软钢软钢.1镍镍!.$软钢铸铁.).&$.#;.&#铬铬!.$;&.#软钢黄铜.10锌锌!.+#;.0#软钢铝合金.+钛钛!.+#;.0#软钢铅.1镍石墨!.)1软钢镍.1玻璃硬橡胶!.#+软钢铝.+0金刚石金刚石!.&软钢青铜.).&$.=;.&#尼龙尼龙.).&;.)&第一篇机械设计制造总论!软钢铅基白合金!#!橡胶纸!$!软钢锡基白合金!%!硬钢红宝石!&#软钢镉镍合金!%硬钢蓝宝石!%软钢油膜轴承合金!$(硬钢二硫化钼!$软钢铝青铜!&!表示有润滑剂情况。表$)$)$&物体的摩擦因数表$)$)$%滚动摩擦因数的概略值!*+!摩擦材料摩擦因数摩擦材料摩擦因数软钢软钢!淬火钢淬火钢!$铸铁铸铁!木材钢!%,!#表面 淬 火 车轮一钢轨圆锥形车轮!(,!$圆柱形车轮!,!-$第一章机械设计制造常用资料六、机械传动效率的概略值（表!#）。表!#机械传动效率的概略值$!第一篇机械设计制造总论七、各种硬度对照表（表!#）表!#各种硬度对照表注：布氏硬度与抗压强度（$%&）的近似关系为：碳钢（()!*#）!+,-./0(黄铜（退火）!+,#(（(1!*#）!+,-.2#(镍钢及铬镍钢!+,-.22(铸钢件!+,（-3 2）(锌合金铸件!+,4.5(-!第一章机械设计制造常用资料第二节计算单位和单位换算一、国际单位制及其应用（摘自!#$%$&#）国际单位制（(）是我国法定计量单位的基础，一切属于国际单位制的单位都是我国法定计量单位。国际单位制（(）构成如下：国际单位制(单位(基本单位（见表$)$)$*）(导出单位包括(辅助单位在内的具有专门名称的(导出单位（见表$)$)$+）组合形式的(导出单位(单位的倍数单位（见表$)$)$,）有关单位见表$)$)$*-表$)$)$,。表$)$)$*!国际单位制的基本单位!量的名称单位名称单位符号量的名称单位名称单位符号长度米.热力学温度开 尔文!/质量千克（公斤）01物质的量摩 尔!.23时间秒4发光强度坎 德拉!56电流安 培7注：$8（）中的名称为前面的同义词，下同。98 中的字是在不致混淆的情况下，可以省略的字，下同。#8 人民生活和贸易中，质量习惯称为重量。:$第一篇机械设计制造总论表!#包括$%辅助单位在内的具有专门名称的$%导出单位!由于人类健康安全防护上的需要而确定的具有专有名称的$%导出单位。表!&$%!单位的倍数单位词头因数词头名称英文中文符号因数词头名称英文中文!符号!()*+,-尧 它.!/012分!/!(!30,-泽 它4!(105,2厘!1!&06-艾 可萨7!892:2毫!9!;921?+微!(,0?-太 拉!A5-5+纳 诺!5!AB2B-吉 咖C!(21+皮 可!90B-兆D!;E09,+飞 母托!E!8F2:+千F!&-,+阿 托!-!(G01,+百G!(!30,+仄 普托!3!/01+十/-!()*+1,+幺 科托?注：!)称为万，!&称为亿，!(称为万亿，这类数词的使用不受词头的影响，但不应与词头混淆。;!第一章机械设计制造常用资料二、可与!单位并用的我国法定计量单位（表#$#$#%）表#$#$#%可与!单位并用的我国法定计量单位量的名称单位名称单位符号与!单位关系时间分小 时日（天）&()*#&(+,-.#)+,-&(+/,-.#*+01)+#11-&(+2,1-.平面 角度角 分角 秒（!）（3）（4）#!+,-3+（!5#2-）67*#3+,-4+（!5#-2-）67*#4+（!5,12-）67*旋转速度转每分65&(#65&(+（#5,-）.$#长度海里(&89#(&(+#2:0&（只用于航程）速度节;(#;(+#(&895)+（#2:05/,-）&5.（只用于航行）质量吨原子质量单位=#=#?,-:,:#-0A;体积升#，B#+#*&/+#-$/&/能电子伏9C#9C#?,-0#2%0#-$#%D级差分贝*E线密度特 克斯9F#5;&面积公顷)&0#)&0+#-1&0注：#G 平面角单位度、分、秒的符号，在组合单位中应采用（!）、（3）、（4）的形式。例如，不用!5.而用（!）5.。0G 升的两个符号，属同等地位，可任意选用。/G 公顷的国际通用符号为)7。三、法定计量单位与非法定计量单位的换算（表#$#$0-H表#$#$00）表#$#$0-长度单位换算&（米）I&（厘米）&（毫米）忽米#&（微米）J（英尺）(（英寸）,#第一篇机械设计制造总论!#$%&#$#($!$#%&$#($!$!$#%&$#($!$!$!$#%&$#($!$!$!$!$#%&$#($#)&#$)&#)$&#)&$#(#)&#$(*!%$%+)%$+)%+$)%+)$#%+)$#$&#!工厂习惯把忽米称作“丝”或“道”。表!,!,%!功率单位换算-（瓦）.-（千瓦）/0（公制马力）123 456（公斤力 米5秒）!$!$!#*$!%!$#*!%(#+$(#+!(+$&!$&!$!#!$#+*$!#*$!&)$!#&表!,!,%常用法定计量单位与非法定计量单位的换算物理量名称法定计量单位非法定计量单位单位名称单位符号单位名称单位符号单位换算长度米4公里!公里 7!#4海里8 49:;费密!费密 7!347!,!+4埃!,*4面积平方米4%公亩?!?7!%4%公顷?!?7!)4%平方英尺3=%!3=%7$%#4#平方英寸98%!98%7*$)+!*!,)4%平方英里49:;%!49:;%7%$+&!*4%(!第一章机械设计制造常用资料!第一篇机械设计制造总论!第一章机械设计制造常用资料!第一篇机械设计制造总论第三节常用数学一、常用三角计算（表!#$和表!#%）表!#$直角三角形边长和角度计算公式!#第一章机械设计制造常用资料表!#$任意三角形边长和角度的计算公式二、常用几何图形的面积计算公式（表!#%）表!#%常用几何图形的面积计算公式#第一篇机械设计制造总论!第一章机械设计制造常用资料三、常用几何体的面积、体积及形心位置（表!#$）表!#$常用几何体的面积、体积及形心位置%#第一篇机械设计制造总论!第一章机械设计制造常用资料四、常用截面的几何特性计算公式（表!#$和表!#%）表!#$常用截面的几何特性计算公式&#第一篇机械设计制造总论!第一章机械设计制造常用资料!矩形截面值参照表!#$。表!#$矩形截面梁扭转时系数值注：抗弯截面模数!%!&#（()）；抗扭截面模数$%!%&#（()）；截面惯性半径&%!（(）；截面面积（(#）。五、圆周等分系数（表!#*）表!#*圆周等分系数表$#第一篇机械设计制造总论注：例：要在直径!#$的圆周上钻%&个等距离的小孔，求两孔的中心距 !？解：从表&(&()*查得%&等分时系数 !#+&#&,，所以#!-!#-#+&#&,!+#*$。六、圆周均布孔的坐标尺寸（表&(&(%#）表&(&(%#圆周均布孔的坐标尺寸*)第一章机械设计制造常用资料!第一篇机械设计制造总论七、角度与弧度换算（表!#!）表!#!角度换算弧度注：圆周上弧线长度等于半径时，所对的圆心角叫做一个弧度，其值为$%!%&()*。!#第一章机械设计制造常用资料第二章机械系统的组成机器由三个部分即原动机、传动装置和工作机组成。机械种类繁多，它们一般由动力系统、传动系统、执行系统、操纵系统和控制系统等子系统组成。第一节动力系统动力系统指动力机（或原动机）及其配套装置，是给机械系统提供动力、实现能量转换的部分。有的动力机是将自然界能源（一次能源）直接转化为机械能，例如水轮机、汽轮机和内燃机等。有的动力机则将二次能源（电能、液能、气能）转化为机械能，例如电动机、液压马达、气动马达等。动机机输出的运动以转动为主，也有输出直线运动的，例如直线运动电机、油缸、气缸等。动力机是驱动执行机构运动的机械，即原动机。常用的动力机有电动机、液压马达、气动马达和内燃机等。电动机是一种将电能转变成旋转机械能的能量转换装置，是最常用的动力机。按不同的使用电源，电动机可分为交流和直流两大类。交流电动机根据电动机的转速与旋转磁场的转速是否相同，又可分为同步和异步两种。直流电动机则根据励磁方式分为它励、并励、串励、复励等形式。液压马达是把液压能转变成旋转机械能的一种能量转换装置。液压马达按输出转矩的大小和转速高低可以分为两类：高速、小转矩液压马达，转速范围一般在!#!$%&(或更高，转矩在几百牛顿米以下；低速、大转矩液压马达，转速一般低于!$%&(，转矩为几百至几万牛顿米。气动马达的作用原理与液压传动中的液压马达类似，它以压缩空气为动力，输出转矩，驱动执行机构作旋转运动。气动马达按工作原理可分为容积式和透平式两类。内燃机是一种燃料在气缸内部进行燃烧，直接将产生的气体（即工质）所含的热)!第一篇机械设计制造总论能转变为机械能的机械。按其主要运动机构的不同，内燃机分为往复活塞式和旋转活塞式两大类。内燃机是一种较为复杂的机械，它由许多分系统组成，各类内燃机的组成和结构不尽相同，即使同一类型的内燃机，各分系统的具体构造也有差别，但按总体构造，内燃机主要包括机体、曲柄滑块机构、配气机构、燃油供给系统、点火系统、润滑系统、冷却系统及启动装置等部分。第二节传动系统与执行系统一、传动系统（一）传动系统是将动力机的动力和运动传递给执行系统的中间装置。一般，以传递动力为主的传动称为动力传动，以传递运动为主的传动称为运动传动。它的主要功能是：!减速或增速，即把动力机的输出速度降低或增高后传递给执行系统；#变速，即实现有级或无级的变速，将多种速度提供给执行系统；$传递动力，即传递速度的同时将动力机的动力传递给执行系统；%按工作要求，改变运动规律，将连续的匀速旋转运动改变为按某种规律变化的旋转、非旋转的其它运动；&实现由一个或多个动力机驱动若干个相同或不相同速度的驱动机构。（二）传动系统通常由传动部分、操纵部分和辅助部分组成。!传动部分由各种传动元件或部件，轴及轴系、制动、离合、换向和蓄能元件组成，以实现动力和运动的传递。#操纵部分由具有起动、离合、制动、调速、换向等机能的操纵装置组成，通过手动或电动方式进行操作，以改变动力机或传动系统的工作状态和参数，使执行机构保持或改变其运动和力。$辅助部分为保证传动系统的正常工作，改善工作条件，延长使用寿命而设计的装置。例如冷却、润滑、计数、照明、消声、防振和除尘等装置。二、执行系统直接用来完成各种工艺动作或生产过程的机构称为执行机构（或称工作机构）。执行系统包括执行机构或工作机，它们是利用机械能来改变作业对象的性质、状态、形状或位置，或对作业对象进行检测、度量等以进行生产或达到其它预定要求的装置。执行系统一般处于机械系统的末端，直接与作业对象接触，其输出也是整个机械$第二章机械系统的组成系统的主要输出。机器的执行机构是根据工艺过程的功能要求而设计的。实现某一工艺过程往往需要多种运动，并且同一种工艺过程的运动方案又是多种多样的。这些方案将从根本上影响着机器的性能、结构、尺寸、重量及使用效果等。所以，执行机构的运动设计是一部机器设计的关键之一。第三节操纵系统和控制系统操纵系统和控制系统是指通过人工操作或测量元件获取的控制信号，经由控制器，使控制对象改变其工作参数或运行状态的装置。例如各类伺服机构、自动控制装置等。对于传统的“动力机!传动装置!工作机”形式的机械系统，侧重于运动和动力的流动；对于现代机械系统，则更关注信息的流动和控制。任何一个机械系统在其运动过程中，各执行机构都按要求以一定的顺序和规律动作。在受控的机械系统中，执行机构运动的开始、结束及运动规律都由操纵系统和控制系统保证。机械的操纵系统和控制系统一般要控制使各执行机构按要求的运动方向和速度以一定的顺序和规律实现运动，完成给定的作业循环，有时还要求对产品进行检测、预测、预报事故、报警以及消除故障等。#第一篇机械设计制造总论第三章机械设计的一般程序第一节机械设计的类型与基本要求一、机械设计的类型机械设计可分为四种类型：!开发性设计按照用户或市场需求目标设计新型机械，例如第一台电液集成数控机床的设计就属于创新的开发性设计。#适应性设计在已有的原理方案基础上，为适应变动的工作要求，对产品作局部适当变更，或增设某种新部件，扩大产品功能而满足新的使用要求。如内燃机增加增压器，以增大输出功率；增加节油器，以节约燃料，均属适应性设计。$变型设计保持工作原理和功能结构不变，仅改变结构配置和尺寸，按新的用户或市场需要作新的布局或变更尺寸参数。如将台式电风扇设计为落地式电风扇，即属变型设计。%组合选型设计根据原理方案要求，或在已有的部分结构基础上，从市场或企业现有的零、部件中选取零部件，进行有效的组合，从而得到新的组合结构形式。如液压系统设计，即按原理和参数要求，选用标准液压元器件进行组合选型设计。上述四类设计中，开发性设计难度最大，设计周期较长，其它三类设计较容易，设计周期较短。采用组合选型设计目的在于充分利用已有条件，使设计简化、快捷；采用适应性设计和变型设计可以充分发挥现有机械的潜力，或扩大机械的功能；采用开发性设计具有创新活力，随着生产发展和市场竞争的需要，可以实现产品的不断更新换代。&$第三章机械设计的一般程序二、机械设计的基本要求机械设计的任务是在当前技术发展所能达到的条件下，根据用户或市场的需要提出的。机械设计应满足以下的基本要求：!使用要求设计的机械零件应在规定条件下，规定的寿命期限内，实现规定的功能和效率，有效地实现预期的目的。#经济性要求机械的经济性要求体现在设计、制造和使用的全过程中，设计时应予以全面综合的考虑。设计和制造的经济性表现为产品的成本低；使用经济性表现为产品使用中生产率高、效率高，管理和维护费用低，消耗的能源、原材料和辅助材料较少。（!）提高设计和制造经济性指标的主要途径有：!采用现代设计方法，实现设计参数最优化，保证产品的可靠性；采用标准化，系列化和通用化的零、部件；#采用新技术、新工艺、新结构和新材料；$改善零件的结构工艺性，使其用料少、易加工、易装配。（#）提高使用经济性指标的主要途径有：!提高产品的机械化和自动化水平，提高产品的使用效率；选用高效率的传动系统，降低能源消耗；#采用更好的防护（如闭式传动，表面防护等）及润滑措施，延长产品的使用寿命；$采用可靠的密封，减少或消除渗漏现象。$劳动保护要求!使产品操作方便、安全。设计时按照人机工程学的观点尽可能减少操作手柄的数量，操作手柄和按钮等应放置在便于操作的位置，合理地规定操作时的驱动力，操作方式要符合人们的心理和习惯，设置完善的安全防护与保安装置、报警装置和显示装置等。改善操作者使用环境。设计的机器应符合劳动保护法规的要求。降低机器运转时的噪声，防止有毒、有害介质的渗漏，对废气、废水和废液进行治理，根据工程美学的原则美化机器的外形和外部色彩等。%可靠性要求可靠性要求指在规定的使用时间（寿命）内和预定的环境条件下，机械能够正常工作的一定概率。机械的可靠性是机械的一种重要属性。&其它特殊要求对不同的用户，设计的机械产品还应满足一些特殊的要求。例如：对机床有长期$第一篇机械设计制造总论保持精度的要求；对流动使用的机器（如钻探机械）有便于安装和拆卸的要求；对大型机器有便于运输的要求等；还有的要满足装潢学要求，即造型美观大方、简洁流畅等。第二节机械设计的一般程序如表!#!所示，机械设计的一般程序可分四个阶段：!$可行性研究对产品的预期需要、工作条件和关键技术进行分析研究，通过调研，确定设计任务要求，提出功能性的主要设计参量，作成本和效益的估算，论证设计的必要性和先进性，提出由环境、经济、加工以及时限等各方面所确定的约束条件，提出可行性设计方案。在此基础上，提出设计任务书。%$方案设计根据设计任务要求寻求功能原理的解法，构思原理方案。产品的功能分析，是对设计任务书提出的产品功能中必须达到的要求、最低要求和希望达到的要求进行综合分析，即这些功能能否实现，多项功能间有无矛盾，相互间能否替代等。最后确定出功能参数，作为进一步设计的依据。确定了功能参数后，再提出可能采用的方案。方案设计时，可以按原动部分、传动部分和执行部分分别进行讨论。讨论产品的执行部分时，首先是选择工作原理。根据不同的工作原理，可以拟定多种不同的执行机构的具体方案。即使对于同一种工作原理，也可能有几种不同的结构方案。原动部分的方案也可以有多种选择。由于电力供应的普遍性和电力拖动技术的发展，目前绝大多数的固定机械都优先选择电动机作为原动部分。热力原动机主要用于运输机械、工程机械或农业机械。即使是用电动机作原动机，还需要作交流与直流的选择、高转速与低转速的选择等。传动部分的方案更为复杂多样。对于同一传动任务，可以通过多种机构或不同机构的组成来完成。然而，在上述众多方案中，仅有几个在技术上是可行的。对可行的方案要从技术方面和经济方面进行综合评价。评价时可采用的方法很多。根据经济性进行评价时，既要考虑到产品设计制造时的经济性，也要考虑到产品使用时的经济性。如果产品的结构方案比较复杂，其设计制造成本会相对增大，但这类产品的功能往往更齐全，生产率也较高，故使用经济性也较好。相反，结构较为简单、功能不够齐全的产品，设计制造费用虽少，但使用费用却会增加。评价产品时，产品的可靠性应作为一项重要的分析指标。系统越复杂，可靠性就越低。为了提高复杂系统的可靠性，必须增加并联备用系统，而这不可避免地会提高产品的成本。&#第三章机械设计的一般程序表!#!机械设计的一般程序$#第一篇机械设计制造总论通过对数种可能方案的评价，可以作出决策，并确定原理方案图或机构运动简图!技术设计按设计方案的目标，完成总体设计及零、部件的结构设计。完成设计方案的结构化，从技术和经济观点作周密的结构设计和计算。要完成全套的零件图、部件图和总装配图，编制技术文件和技术说明。为了确定主要零件的基本尺寸，必须做好以下工作：（#）机器的运动学设计根据确定的结构方案，确定原动机的参数（功率、转速、线速度等）；然后作运动学计算，确定各运动构件的运动参数（转速、速度、加速度等）；（$）机器的动力学计算结合各部分的结构和运动参数，计算各主要零件上所受载荷的大小，确定其特性。此时所求出的载荷，由于具体零件尚未设计出来，因而只是作用于该零件上的公称（或名义）载荷；（!）零件的工作能力设计已知主要零件所受的公称载荷的大小和特性，即可初步设计零、部件。设计所依据的工作能力准则，须参照零、部件的一般失效情况、工作特性、环境条件等合理地拟定，一般有强度、刚度、振动稳定性、寿命等准则，通过计算或类比，即可决定零、部件的基本尺寸；（%）部件装配草图和总装配草图的设计根据已定出的主要零、部件的基本尺寸，设计出部件装配草图和总装配草图。草图上需对所有零件的外形和尺寸进行结构化设计，很好地协调各零件的结构和尺寸，全面考虑所设计的零、部件的结构工艺性，使零件具有最合理的结构；（&）主要零件的校核有些零件由于具体的结构未定，其工作能力难以详细计算，只能作初步计算和设计；在绘出部件装配草图和总装配草图以后，所有零件的结构和尺寸均为已知，相互邻接的零件之间的关系也为已知，这时，可以较为精确地定出作用在零件上的载荷，决定影响零件工作能力的各个细节因素，在此条件下，有可能并且必须对一些重要的或者外形和受力情况复杂的零件进行精确的校核计算；根据校核的结果，反复修改零件的结构和尺寸，直到满意为止。草图设计完成后，即可确定零件的基本尺寸，设计零件的工作图，并绘制出除标准件以外的全部零件工作图。按最后定型的零件工作图上的结构和尺寸，重新绘制部件装配图和总装配图。通过这一工作，可以检查出零件中可能隐藏的尺寸链上和结构上的错误。需要编制的技术文件包括产品的设计计算说明书、使用说明书和标准件明细表等。设计计算说明书应包括方案选择和技术设计的全部结论性的内容。用户产品使用说明书中应介绍产品的性能参数范围、使用操作方法、日常保养和简单的维修方法、备用件的目录等。%改进设计根据加工制造、样机试验、技术检测、使用操作、产品鉴定分析和市场等环节反馈信息对产品作改进设计或技术处理，以确保产品质量，并完善前期设计中的不足。经过上述四个阶段，即完成了产品机械设计的全过程。机械产品即可投入试生产或批量生产，并进行销售和使用。!第三章机械设计的一般程序第四章机械制造工艺分类与过程机械制造工艺是将原材料、半成品制造成合格产品的方法和过程，是机械工业的基础技术之一。采用先进适用的制造工艺及设备是保证产品质量、节能节材、降低成本、提高劳动生产率、减轻环境污染、提高企业经济和社会效益的主要途径。第一节机械制造工艺分类机械制造工艺的内涵十分丰富，可按多种特征进行分类。我国现行的行业标准!#$%&(&机械制造工艺方法分类与代码，将工艺方法按大类、中类、小类和细分类四个层次划分，见表()*)(。表中各类均留有空项，以备扩展。表()*)(机械制造工艺方法类别划分及代码（!+$%&(&）大类中类小类代码代码名称代码名称,(-*%./0&小类名称,铸造,(砂型铸造湿型铸造干型铸造表面干型铸造自硬型铸造其他,特种铸造金属型铸造压力铸造离心铸造熔模铸造壳型铸造实型铸造连续铸造其他,*第一篇机械设计制造总论大类中类小类代码代码名称代码名称!#$%&()*小类名称压力加工锻造自由锻胎模锻模锻平锻墩锻辊段其他#轧制冷轧热轧$冲压冲裁弯曲成形精整%挤压冷挤压温挤压热挤压其他&旋压普通旋压变薄旋压拉拔冷拔热拉拔*其他其他成形方法#焊接#电弧焊无气体保护电弧焊埋弧焊溶化极气体保护电弧焊非溶化极气体保护电弧焊等离子弧焊其他电弧焊#电阻焊点焊缝焊凸焊电阻对焊其他#$气焊氧燃气焊空气燃气焊氧+乙炔喷焊气割#%压焊超声波焊摩擦焊锻焊高机械能焊扩散焊气压焊冷压焊#(特种焊接铝热焊电渣焊 气电立焊 感应焊光束焊 电子束焊储能焊螺柱焊#*钎焊硬钎焊软钎焊钎接焊$切削加工$刃具切削车削铣削刨削插削钻削镗削拉削刮剃削其他$#磨削砂轮磨削砂带磨削珩磨研磨超精加工其他$%钳加工划线手工锯削錾削锉削手工刮削手工打磨手工研磨 平衡其他%第四章机械制造工艺分类与过程大类中类小类代码代码名称代码名称!#$%&()*小类名称%特种加工%电物理加工电火花加工电子束加工离子束加工等离子加工激光加工超声加工其他%#电化学加工电解电工电铸其他%$化学加工%复合加工!电解磨削加热机械切削振动切削超声研磨超 声 电 火花加工%*其他高压水切割爆炸索切割&热处理&整体热处理退火正火淬火淬火与回火调质稳定化处理固溶处理时效&#表面热处理表面淬火物理气相沉积化学气相沉积等离子体化学气相沉积&$化学热处理渗碳碳氮共渗渗氮氮碳共渗渗其他非金属渗金属多元共渗熔渗覆盖层电镀镀单金属 镀合金 镀复合层镀复合材料层#化学镀无电流镀接触镀$真空沉积化学气相沉积物理气相沉积离子溅射离子注入%热浸镀&转化膜化学转化电化学转化 热喷涂熔体热喷涂燃气热喷涂电弧喷涂等离子喷涂电热喷涂激光喷涂 喷焊(涂装手工涂喷涂浸涂淋涂机械辊涂电泳*其他包覆衬里搪瓷机械镀)装配与包装)装配部件装配总装)#试验与检验试验检验)&包装内包装外包装#%第一篇机械设计制造总论大类中类小类代码代码名称代码名称!#$%&()*小类名称*其他*粉末冶金轴向压实等静压压实挤压与轧制*#冷作弯形扩胀收缩整形*$非金属材料成形聚合材料成形橡胶材料成形玻璃成形复合材料成形*%表面处理清洗粗化光整强化*&防锈水剂防锈油剂防锈气相防锈环境封存防锈可剥性塑料防锈*缠绕弹簧缠绕绕组绕制*(编织筛网编织*其他粘接铆接注：“堆积成形”（其中最有代表性的是“快速原型制造”）是最近几年迅速发展起来的一种新工艺方法，在制定本标准时未被列入。!近年来在半导体工业中广泛应用的“光刻加工”属于“化学+光”复合加工，还未列入标准。又称“水喷射加工”，除用于切割外，也可用于孔加工等。第二节机械制造工艺过程设计机械制造工艺过程设计，是产品设计完成之后投入制造之前最重要的工作阶段，它是产品生产工艺准备工作的核心内容。机械制造工艺过程设计一般包括产品结构工艺性审查及工艺方案的初步设计、工艺方案设计与评价、工艺方法选择、工艺流程设计、工序优化、工艺规程编制等主要阶段。一、产品结构工艺性审查及工艺方案的初步设计产品结构工艺性是指所设计的产品在满足使用要求的前提下，制造、维修的可行性和经济性。产品结构工艺性审查及工艺方案的初步设计要点是：（）在新产品设计开发阶段，产品设计人员与工艺人员一起共同找出从工艺角度看是关键的零、部件，并共同研究和决定其工艺方案初步设计。（#）发现工艺上有疑难问题，应与产品设计上的问题同步安排科研开发课题。（$）在工艺方案设计中要大胆设想多种可行方案，但在决定前要客观地论证和评价，既要敢于创新，又必须立足于科学分析和试验验证。$%第四章机械制造工艺分类与过程二、工艺方案设计工艺方案是指导产品工艺准备工作的技术依据和纲领，是工艺方法选择和工艺流程设计的基础。!工艺方案设计的原则（!）在满足产品使用要求，保证产品质量的同时，充分考虑生产周期、工艺成本和环境保护。（#）根据本企业的能力，充分发挥现有设备的作用，并积极采用先进工艺技术和设备，不断提高企业工艺水平。（$）满足当前生产批量的要求，并适当考虑产品的发展和销售前景。#不同生产类型的工艺方案根据产品生产类型不同，工艺方案主要有两种类型。（!）单件小批生产的工艺方案对于单件小批生产的全新和变型产品，其工艺方案设计的主要内容有：!在产品设计过程中就对关键零部件的设计进行工艺性审查与工艺方案初步设计。在产品设计完成后，进行全部零部件的工艺方案和工艺路线设计，工艺规程等工艺文件及工艺定额的编制。#通用工艺装备和工艺材料的准备，专用工艺装备设计、准备和验证。（#）大批大量生产的工艺方案对于批量生产，特别是大批大量生产的全新产品（包括变型程度较大的变型性新产品），其工艺方案设计的主要内容有：!在产品设计过程中对关键零部件的设计进行工艺性审查与工艺方案初步设计。在设计完成后，按单件小批生产条件，为样机编制全部零部件的工艺方案、工艺路线、工艺规程和其他工艺文件、工艺定额等，设计和准备必不可少的专用设备。#在产品设计的功能水平通过样机试验并得到验证和准备投产后，按规定的批量生产条件，编制全部正式工艺方案和其他工艺文件（包括外协件的技术条件、选择外协件的生产单位），设计和准备专用工艺装备，并按正式工艺试制小批量样机进行全面试验，以验证产品设计的工艺性及工艺设计的可行性、加工质量的稳定性及生产的工效等。$在总结工艺试验样机的试制和验证的基础上，修正试制工艺。$工艺方案评价工艺方案的评价一般要考虑产品质量的稳定性和工艺成本的降低，对于能达到同一质量稳定性要求而经济效果不同的工艺方案的比较，通常采用比较工艺成本的方法。工艺成本所包含的费用，按其与产量的关系可分为变动费用和固定费用两部分。变动费用是指在一定范围内随产量变化而变化的费用，如原材料费、工时费、动力费等；固定费用是指在一定范围内不随产量变化的费用，如专用设备、工装折旧费、管理费等。工艺成本计算公式如下：%第一篇机械设计制造总论!#$式中!年度工艺成本；年度固定工艺成本；#产品（零部件）年产量；$单位产品变动工艺成本。当比较（#）、（$）两个工艺方案时，首先计算方案不同产量水平时的年度工艺成本，并求出两方案年度工艺成本相等时的产量，即临界产量。然后把产品计划产量水平与临界产量相比较，最后以最小年度工艺成本为标准进行方案取舍。在图#%&%#中，显示了（#）、（$）两种工艺方案的工艺成本随年产量变化的情况，图中#为临界产量。若计划产量#(#时，!)(!*，应取（#）方案；当计划产量#$+#时，!)+!*，应取（$）方案。三、工艺方法选择工艺方法的合理选择是工艺方案设计及实施的重要环节，也是制定工艺路线或工艺流程的依据