机械结构设计的三原则是什么意思

① 什么是机械零件的设计准则

1、强度准则

要求机械零件的工作应力σ不超过许用应力[σ]。其典型的计算公式是：

（3-16）

σlim——极限应力，对受静应力的脆性材料取其强度极限，对受静应力的塑性材料取其屈服极限，对受变应力的零取其疲劳极限。

S——安全系数。

2.刚度准则

机械零件在受载荷时要发生弹性变形，刚度是受外力作用的材料、机械零件或结构抵抗变形的能力。材料的刚度由使其产生单位变形所需的外力值来量度。机械零件的刚度取决于它的弹性模量E或切变模量G、几何形状和尺寸，以及外力的作用形式等。分析机械零件的刚度是机械设计中的一项重要工作。对于一些需要严格限制变形的零件（如机翼、机床主轴等），须通过刚度分析来控制变形。我们还需要通过控制零件的刚度以防止发生振动或失稳。另外，如弹簧，须通过控制其刚度为某一合理值以确保其特定功能。刚度准则是要求零件受载荷后的弹性变形量不大于允许弹性变形量。刚度准则的表达式为

（3–17）

y是弹性变形量，如挠度、纵向伸长（缩短）：[y]为相应的许用弹性变形量。零件的弹性变形量可由理论计算或经实验得到，许用变形量则取决于零件的用途，根据理论分析或经验确定。

3.耐热性准则

由于摩擦等原因，机械在运转时，机械零件和润滑剂的温度一般会升高。过高的工作温度将导致润滑效果下降，同时，还会引起零件的热变形、硬度和强度下降，甚至损坏。如在高温时，金属机械零件可能发生胶合、卡死；塑料等非金属机械零件可能发生软化，甚至熔化等，在某些场合还会引起热应力。耐热性准则一般是控制机械零件的工作温度不要超过许用值，以保证零部件正常工作，其表达式是

（3–18）

为了改善散热性能、控制温升，必要时可以采用水冷或气冷等措施。

4.振动稳定性准则

当激励的频率等于物体固有频率时，物体振幅最大，激励的频率与固有频率相差越大，物体的振幅越小。激励的频率接近物体的固有频率时，受迫振动的振幅会很大，这种现象叫做共振。振动稳定性指机械零件在机器运转时避免发生共振的品质。

为了延长机器的寿命，为了避免轴和机器的损坏，应验算轴的振动稳定性，特别是高速机器的轴。振动稳定性准则要求机械零件的固有频率应与激励的频率错开，保证不发生共振。

设机器中受激励作用的零部件的固有频率为f，激励力的频率为fp，一般要求

fp<0.85f或fp>1.15f（3–19）

改变机械零件的刚度和质量可以改变其固有频率。增大机械零件的刚度和减小其质量，提高其固有频率；减小机械零件的刚度和增大其质量则降低机械零件的固有频率。有时，机器运转时为了防止共振要调节转速。

轴产生共振的主要原因是：由于材料内部质量不均匀，加之制造和安装的误差，使其质心和它的旋转中心产生偏差，轴旋转时产生惯性力，这个惯性力使转子作强迫振动。轴在引起共振时的速度称为临界速度。在临界速度下，这个惯性力的频率等于或几倍于转子的固有频率，因此发生共振。

5.寿命准则

为了保证机器在一定寿命期限内正常工作，在设计机械零件时必然要对机械零件的寿命提出要求。需要说明，在机器寿命期限内，零件是可以更换的，也就是说某些机械零件的寿命可以比机器的寿命短。机械零件的寿命主要受材料的疲劳、磨损和腐蚀影响。

为了避免发生零件疲劳引起的失效，如疲劳断裂，应根据机械零件寿命对应的疲劳极限计算疲劳强度。即根据寿命要求，结合零件转速等具体情况，根据式（3-6），计算出应力循环次数为N时的疲劳极限，再代入强度条件式，计算疲劳强度。当满足疲劳强度时，可以保证机械零件在破坏前的应力循环次数达到寿命要求。

磨损一般是不可避免的。在一定条件下，腐蚀也是不可避免的，如桥梁结构件、地埋钢质管道的腐蚀等。在设计时，主要是保证机械零件在寿命内，不要发生过度的磨损和腐蚀。磨损发生的机理尚为完全被人们掌握，影响磨损的因素也比较多，一般根据摩擦学设计原理来改善摩擦副的耐磨性。主要措施有：合理选择摩擦副材料；合理选择润滑剂和添加剂；控制摩擦副的工作条件，如压强、滑动速度和温升。

到目前为止，还没有实用、有效的腐蚀寿命计算方法，通常从材料选择及防腐处理方面采取措施。如选用耐腐蚀的材料，采用表面镀层、喷涂、磷化等处理。

6.可靠性准则

可靠性是产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。产品的质量一般应包含性能指标和可靠性指标。机械产品的性能指标是指产品具有的技术指标，如机械的功率、转矩、工作力、工作速度等。如果只有性能指标，没有可靠性指标，产品的性能指标也得不到保证。例如，一台技术先进的飞机，如果可靠性不高，势必经常发生故障，影响正常飞行和增加维修费用，甚至可能造成严重的事故。产品的可靠性用可靠度R（t）来衡量。可靠度的定义是：产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的概率。可靠度是时间的函数。有一批数量为n的相同产品，在t=0开始工作，随着时间的延续，失效的件数no（t）在加大，正常工作的件数ni（t）在减少，在任意时刻t产品可靠度为

（3–20）

若某产品工作至3000小时的可靠度R（t）=0.96，则表示有96%的产品可以正常工作到3000小时以上，对具体一件产品来讲，其工作到3000小时的概率为96%。

失效率指产品工作到t时刻，在下阶段的单位时间内发生失效的概率，可以证明，其数学表达式为

（3–21）

分离变量，两边积分，得

得

（3–22）

零部件的失效率和时间的关系一般如图3-13所示。可以用试验的方法求得失效率曲线。失效率曲线反映产品总体寿命期失效率的情况。从失效曲线可以看出，失效大体可以分为三个阶段。

图3-15

第Ⅰ阶段为早期失效阶段，曲线为递减型。产品投入使用的早期，失效率较高而下降很快。其原因主要是设计、制造、贮存、运输等形成的缺陷，以及调试、跑合、起动不当等人为因素所造成的。当这些由于先天不良引起的失效发生后，设备运转逐渐正常，则失效率就趋于稳定。应该尽量设法避免零件的早期失效，降低失效率和早期失效阶段的时间t0。

第Ⅱ阶段为偶然失效阶段，其失效率缓慢增长。失效主要由非预期的过载、误操作、意外的天灾等偶然因素所造成。由于失效原因多属偶然，故称为偶然失效阶段。降低偶然失效期的失效率则能提高有效寿命，所以应注意提高产品的质量，精心使用维护。

第Ⅲ阶段为损坏失效阶段，其失效率是递增型。在t1以后失效率明显上升。这是由于产品已经老化，疲劳、磨损、蠕变、腐蚀等所谓有耗损的原因所引起的，故称为耗损失效期。针对这一阶段失效的原因，应该注意检查、监控等，提前维修，使失效率仍不上升。

7.精度准则

对于高精度的机械零件、机构或设备，要求其运动误差小于许用值。例如在精密机械中，导轨的直线性误差、主轴的径向跳动误差、齿轮传动的转角误差等，必须要有一定的精度要求。可以根据机器和零件的功能要求，选用合适的公差与配合，即进行精度设计，并能正确地标注到图样上。还可以按照零件图给定的公差值，求出机构的误差，与要求的机构精度比较。

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② 机械加工的基本原则是什么

1、基准先行

先把基准面加工出来，再以基准面定位来加工其他表面，以保证加工质量。

2、先粗后精

粗加工在前，精加工在后，粗、精分开。

3、先主后次

先加工主要面再加工次要面，如主要表面是指装配表面、工作表面，次要表面是指键槽、连接用的光孔等。

4、先面后孔

对于箱体、支架和连杆等工件，应先加工平面后加工孔，这是因为平面轮廓尺寸较大，平面定位安装稳定，通常均以平面定位来加工孔，以便于保证平面和孔的位置精度。

(2)机械结构设计的三原则是什么意思扩展阅读：

机械加工适用范围：

1、 各种金属零件加工;

2、 钣金、箱体、金属结构;

3、 钛合金、高温合金、非金属等机械加工;

4、 风洞燃烧室设计制造;

5、 非标设备设计制造。

6、 模具设计制造。

加工需要的机械由数显铣床、数显成型磨床、数显车床、电火花机、万能磨床、加工中心、激光焊接、中走丝、快走丝、慢走丝、外圆磨床、内圆磨床、精密车床等，可进行精密零件的车、铣、刨、磨等加工， 此类机械擅长精密零件的车、铣、刨、磨等加工，可以加工各种不规则形状零件，加工精度可达2μm。

③ 机械设计都有哪些基本要求及原则

机械设计要求及原则：

1、技术性能准则：技术性能包括产品功能、制造和运行状况在内的一切性能，既指静态性能，也指动态性能。例如，产品所能传递的功率、效率、使用寿命、强度、刚度、抗摩擦、磨损性能、振动稳定性、热特性等。技术性能准则是指相关的技术性能必须达到规定的要求。

2、标准化准则：与机械产品设计有关的主要标准大致有：概念标准化，实物形态标准化，方法标准化。标准化准则就是在设计的全过程中的所有行为，都要满足上述标准化的要求。现已发布的与机械零件设计有关的标准，从运用范围上来讲，可以分为国家标准、行业标准和企业标准三个等级。从使用强制性来说，可分为必须执行的和推荐使用的两种。

3、可靠性准则：可靠性：产品或零部件在规定的使用条件下，在预期的寿命内能完成规定功能的概率。可靠性准则就是指所设计的产品、部件或零件应能满足规定的可靠性要求。

4、安全性准则：机器的安全性包括零件安全性、整机安全性、工作安全性、环境安全性。

(3)机械结构设计的三原则是什么意思扩展阅读：

机械设计优化要求：优化设计需要综合地考虑许多要求，一般有：最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少环境污染。这些要求常是互相矛盾的，而且它们之间的相对重要性因机械种类和用途的不同而异。设计者的任务是按具体情况权衡轻重，统筹兼顾，使设计的机械有最优的综合技术经济效果。

过去，设计的优化主要依靠设计者的知识、经验和远见。随着机械工程基础理论和价值工程、系统分析等新学科的发展，制造和使用的技术经济数据资料的积累,以及计算机的推广应用,优化逐渐舍弃主观判断而依靠科学计算。各产业机械的设计，特别是整体和整系统的机械设计，须依附于各有关的产业技术而难于形成独立的学科。

④ 机械加工工艺规程的设计原则有哪些

一.加工工艺规程设计原则
1）以保证零件加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求为前提。
2）工艺过程有较高的生产效率和较低的成本。
3）充分考虑和利用现有生产条件，尽可能作到平衡生产。
4）尽量减轻工人劳动强度，保证安全生产，创造良好、文明劳动条件。
5）积极采用先进技术和工艺，减少材料和能源消耗，并应符合环保要求。
6）制定机械加工工艺规程所需原始资料
产品的全套装配图及零件图
产品的验收质量标准
产品的生产纲领及生产类型
零件毛坯图及毛坯生产情况
本厂（车间）的生产条件
各种有关手册、标准等技术资料
国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况
二.加工工艺规程设计步骤
1．阅读装配图和零件图
了解产品的用途、
性能和工作条件，
熟悉零件在产品中的地位和作用，
明确零件的主要
技术要求。
2．工艺审查
审查图纸上的尺寸、
视图和技术要求是否完整、正确、统一，分析主要技术要求是否合
理、适当，审查零件结构工艺性。
3．熟悉或确定毛坯
确定毛坯的依据是零件在产品中的作用、
零件本身的结构特征与外形尺寸、
零件材料工
艺特性以及零件生产批量等。常用的毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件、型材等.
4. 选择定位基准
5. 拟定加工路线
6. 确定满足各工序要求的工艺装备
包括机床、夹具、刀具、量具、辅具等。
工艺装备的选择在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，应与生产批量和生产节拍相适应，并应充分利用现有条件，以降低生产准备费用。 对必须改装或重新设计的专用或成组工艺装备，应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书。
7.确定各工序加工余量，计算工序尺寸和公差
8.确定切削用量
9.确定时间定额
10.编制数控加工程序（对数控加工）
11.评价工艺路线
对所制定的工艺方案应进行技术经济分析，并应对多种工艺方案进行比较，或采用优化方法，以确定出最优工艺方案
12.填写或打印工艺文件
13.选择加工方法应考虑的问题
1）零件加工表面的精度和表面粗糙度要求 2）零件材料的加工性

⑤ 请问机械加工工装夹具设计的三要素是什么

请问机械加工工装夹具设计的三要素是：工装夹具应具备足够的强度和刚度、夹紧的可靠性、良好的工艺性。

利用工件前工序中加工完的孔进行定位时，需要使用有公差的销子进行定位。 通过工件孔的精度与销子外形的精度配合，根据配合公差进行组合，可以使定位精度达到实际需求。

此外，在使用销子定位的时候，一般一个使用直柱销另一个使用菱形销，那么这样装拆工件就会变得比较方便，很少会出现工件与销子卡死的情况。

(5)机械结构设计的三原则是什么意思扩展阅读：

基本要求

1、保证工件的加工精度保证加工精度的关键，首先在于正确地选定定位基准、定位方法和定位元件，必要时还需进行定位误差分析，还要注意夹具中其他零部件的结构对加工精度的影响，确保夹具能满足工件的加工精度要求。

2、提高生产效率专用夹具的复杂程度应与产能情况相适应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率。

3、工艺性能好专用夹具的结构应力求简单、合理，便于制造、装配、调整、检验、维修等。

4、使用性能好工装夹具应具备足够的强度和刚度，操作应简便、省力、安全可靠。在客观条件允许且又经济适用的前提下，应尽可能采用气动、液压等机械化夹紧装置，以减轻操作者的劳动强度。

5、经济性好专用夹具应尽可能采用标准元件和标准结构，力求结构简单、制造容易，以降低夹具的制造成本。因此，设计时应根据订单及产能情况对夹具方案进行必要的技术经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。

⑥ 机械结构设计要实现哪些功能

机械结构设计的任务

机械结构设计的任务是在总体设计的基础上，根据所确定的原理方案，确定并绘出具体的结构图，以体现所要求的功能。是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件，具体内容为在确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表面状况的同时，还须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问题。所以，结构设计的直接产物虽是技术图纸，但结构设计工作不是简单的机械制图，图纸只是表达设计方案的语言，综合技术的具体化是结构设计的基本内容。

5.1.2机械结构设计特点
机械结构设计的主要特点有：（1）它是集思考、绘图、计算（有时进行必要的实验）于一体的设计过程，是机械设计中涉及的问题最多、最具体、工作量最大的工作阶段，在整个机械设计过程中，平均约80%的时间用于结构设计，对机械设计的成败起着举足轻重的作用。（2）机械结构设计问题的多解性，即满足同一设计要求的机械结构并不是唯一的。（3）机械结构设计阶段是一个很活跃的设计环节，常常需反复交叉的进行。为此，在进行机械结构设计时，必须了解从机器的整体出发对机械结构的基本要求

5.2机械结构件的结构要素和设计方法

5.2.1结构件的几何要素

机械结构的功能主要是靠机械零部件的几何形状及各个零部件之间的相对位置关系实现的。零部件的几何形状由它的表面所构成，一个零件通常有多个表面，在这些表面中有的与其它零部件表面直接接触，把这一部分表面称为功能表面。在功能表面之间的联结部分称为联接表面。

零件的功能表面是决定机械功能的重要因素，功能表面的设计是零部件结构设计的核心问题。描述功能表面的主要几何参数有表面的几何形状、尺寸大小、表面数量、位置、顺序等。通过对功能表面的变异设计，可以得到为实现同一技术功能的多种结构方案。

5.2.2结构件之间的联接

在机器或机械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在结构设计中除了研究零件本身的功能和其它特征外，还必须研究零件之间的相互关系。

零件的相关分为直接相关和间接相关两类。凡两零件有直接装配关系的，成为直接相关。没有直接装配关系的相关成为间接相关。间接相关又分为位置相关和运动相关两类。位置相关是指两零件在相互位置上有要求，如减速器中两相邻的传动轴，其中心距必须保证一定的精度，两轴线必须平行，以Ｖこ萋值恼

⑦ 机器设计的基本原则有哪些

（1）功能性要求。

人们是为了生产和生活上的需要才设计制造各式各样的机器，因此，机器必须具有预定的使用功能。这主要靠正确选择机器的工作原理，正确设计或选用原动机、传动机构和执行机构，以及合理配置辅助系统来保证。

（2）可靠性要求。

机器在预定工作期限内必须具有一定的可靠性。机器的可靠性可用可靠度R来衡量。机器的可靠度只是指机器在规定的工作期限内和规定的工作条件下，无故障地完成规定功能的概率。而机器在规定期限和条件下不能完成规定功能的概率则称为不可靠度，或称破坏概率，用F表示。显然，可靠度与破坏概率间应满足：

R＝1-F提高机器可靠度的关键是提高其组成零、部件的可靠度。此外从机器设计的角度出发，确定适当的可靠性水平、力求结构简单、减少零件数目、尽可能选用标准件高可靠度零件、合理设计机器中的组件和部件以及选取较大安全系数等，对提高机器可靠度也是十分有效的。

（3）经济性要求。

机器的经济性体现在设计、制造和使用的全过程中，包括设计制造经济性和使用经济性。设计制造经济性表现为机器的成本低；使用经济性表现为高生产率、高效率、较低的能源与材料消耗，以及低的管理和维护费用等。设计机器时应最大限度地考虑其经济性。

提高设计制造经济性的主要途径有：

①尽量采用先进的现代设计理论和方法，力求参数最优化，以及应用CAD技术，加快设计进度，降低设计成本。

②合理地组织设计和制造过程。

③最大限度地采用标准化、系列化及通用化的零、部件。

④合理地选用材料，努力改善零件的结构工艺性，尽可能采用新材料、新结构、新工艺和新技术，使其用料少、质量轻、加工费用少。

⑤尽力注意机器的造型设计，扩大销售量。

提高机器使用经济性的主要途径有：

①提高机械化、自动化水平。

②选用高效率的传动系统和支承装置。

③注意采用适当的防护、润滑和密封装置等，以提高生产率，降低能源消耗并延长机器使用寿命等。

（4）劳动保护要求。

设计机器时应对劳动保护要求给予极大的重视，一般可从以下两方面着手：

①注意操作者的操作安全，减轻操作时的劳动强度。具体措施有：对外露的运动件加设防护罩；设置保险、报警装置，以消除和避免不正确操作等引起的危害；操纵应简便省力、简单而重复的劳动要利用机械本身的机构来完成。

②改善操作者及机器的环境。具体措施有：降低机器工作时的振动与噪声；防止有毒、有害介质渗漏；治理废水、废气和废液；美化机器的外形及外部色彩，如图4-9和图4-10所示。总之，所设计的机器应符合劳动保护法规的要求。

图4-9拟人化机器人

图4-10人性化座椅（5）其他特殊要求。

对不同的机器，还有一些针对该机器所特有的要求。例如，对仪器机械有保持清洁、不能污染产品的要求；对机床有长期保持精度的要求；对飞机有质量小、飞行阻力小等的要求。设计机器时，不仅要满足前述共同的基本要求，同时还应满足其特殊要求。

⑧ 机械设计有什么设计准则

机械设计 机械零件的设计具有众多的约束条件，设计准则就是设计所应该满足的约束条件。 1、技术性能准则
技术性能包括产品功能、制造和运行状况在内的一切性能，既指静态性能，也指动态性能。例如，产品所能传递的功率、效率、使用寿命、强度、刚度、抗摩擦、磨损性能、振动稳定性、热特性等。技术性能准则是指相关的技术性能必须达到规定的要求。例如振动会产生额外的动载荷和变应力，尤其是当其频率接近机械系统或零件的固有频率时，将发生共振现象，这时振幅将急剧增大，有可能导至零件甚至整个系统的迅速损坏。振动性稳定准则就是限制机械系统或零件的相关振动参数，如固有频率、振幅、噪声等在规定的允许范围之内。又如机器工作时的发热可能会导致热应力、热应变，甚至会造成热损坏。热特性准则就是限制各种相关的热参数(如热应力、热应变、温升等)在规定范围内。
2、标准化准则 与机械产品设计有关的主要标准大致有： 概念标准化：设计过程中所涉及的名词术语、符号、计量单位等应符合标准;
实物形态标准化：零部件、原材料、设备及能源等的结构形式、尺寸、性能等，都应按统一的规定选用。
方法标准化：操作方法、测量方法、试验方法等都应按相应规定实施。
标准化准则就是在设计的全过程中的所有行为，都要满足上述标准化的要求。现已发布的与机械零件设计有关的标准，从运用范围上来讲，可以分为国家标准、行业标准和企业标准三个等级。从使用强制性来说，可分为必须执行的和推荐使用的两种。
3、可靠性准则
可靠性：产品或零部件在规定的使用条件下，在预期的寿命内能完成规定功能的概率。可靠性准则就是指所设计的产品、部件或零件应能满足规定的可靠性要求。
4、安全性准则 机器的安全性包括： 零件安全性：指在规定外载荷和规定时间内零件不发生如断裂、过度变形、过度磨损和不丧失稳定性等等。
整机安全性：指机器保证在规定条件下不出故障，能正常实现总功能的要求。 工作安全性：指对操作人员的保护，保证人身安全和身心健康等等。
环境安全性：指对机器周围的环境和人不造成污染和危害。

⑨ 机械零件选材必须遵循的三项原则是什么

使用要求、工艺性、标准化。

设计机械零件时，不仅应使其满足使用要求，即具备所要求的工作能力，同时还应当满足生产要求，否则就可能制造不出来，或虽能制造但费工费料很不经济。在具体生产条件下，如所设计的机械零件便于加工而加工费用很低，则这样的零件就称为具有良好的工艺性。

标准化的研究领域十分宽广，就工业产品标准化而言，它是指对产品的品种、规格、质量、检验或安全、卫生要求等制订标准并加以实施。产品标准化本身包括三个方面的含义：产品品种规格的系列化、零部件的通用化、产品质量标准化。

(9)机械结构设计的三原则是什么意思扩展阅读

零件基本要求

1、强度要求

零件在工作时不发生断裂或者不产生超过容许限度的塑性变形的能力，这是机器正常运转和安全生产的最基本要求。

2、刚度要求

零件工作时不产生超过规定的弹性变形的能力。这个要求只是对那些由于弹性形变过大就要降低机器工作性能的零件提出的。

3、寿命要求

要求零件在预期的工作期间保持正常工作而不致报废。这个要求主要是对那些在变应力下工作和工作时受到磨损或腐蚀的零件提出的。

4、工艺性要求

在给定的工艺条件和生产水平下，能用较少的成本和劳动量把零件制造出来，并便于进行装配。要从生产批量，材料，毛坯制作，加工方法，装配过程，使用要求等各方面来考虑，合理设计零件结构。

5、经济性要求

要用较低的成本和较少的工时制造出满足技术要求的零件这与零件的工艺性有着密切的关系，并在很大程度上影响着机械的经济性。

可以采取降低材料消耗，采用少余量或无余量的毛坯，以廉价材料代替昂贵材料，只在零件的关键部位采用优质贵重的材料，尽量采用标准零件等措施来提高零件的经济性。

6、其他要求

随着零件的容许空间、质量限制、重要程度、工作情况等的不同，还会提出体积、质量、可靠性、振动稳定性、噪声等各种不同的要求，设计者应结合具体情况予以区别对待。

⑩ 建筑结构设计的三大基本要求是什么 提高钢筋混凝土梁抗弯承载力的措施是什么