浅析机械设计中的材料选择

摘 要：面对世界上制造业的爆发式发展，机械行业的新产品也是在井喷式出现。产品的市场导向告诉设计人员，人们在购买产品时的考虑的因素越来越多：使用性能、经济因素、机械寿命。这些都要求机械设计人员综合考虑各方面因素来设计出满足人们多种需求的产品。现代机械设计方法中，结构设计已经不再是人们在思想上第一考虑的要素，随着设计方法的发展与各种技术的引入，人们对机械材料的引入也增加了机械设计的可靠性。材料学被引入现代机械设计并日益得到重视。

关键词：机械设计；材料科学；疲劳强度

1 机械设计中材料选择概述

现代机械设计已不再是传统的机械性能设计，而成为了一个综合学科的设计，包括美学、材料学、环境学等多方面的综合性设计。在日益完善的条件下，这些因素的加入，无疑增加了机械设计行业的难度。这些设计方法在无形中已经进入机械设计行业的考虑条件内，并越来越重要。材料学是最先被引入的，而且一直得到人们的重视，特别是在材料种类越来越多的今天，材料已经成为设计前设计人员首先考虑的项目。机械设计人员只有按照自己的设计需求，选择性能上相一致或接近的材料，才能在产品设计出时达到预期的效果，无论各方面性能。目前，机械零件设计材料的选择不仅仅局限于现有的以单一材料来设计，而是在一个零件里包含两种及以上材料。

2 现代机械设计的材料选择

面对目前机械产品设计中，材料对产品性能的影响越来越大，材料设计也一直被纳入机械设计首要考虑条件。目前设计人员在材料方面主要考虑以下几点；

2.1使用性

对于机械设计人员，设计的目的不仅仅是为了让各各零件之间达到较好的配合和预期的外观性能，还要保证机械具有一定的使用寿命和疲劳强度。材料对机械的使用性具有较大影响，作为整个机械来讲，各个零件的相互协作才能保证机器的正常运转。材料本身具有其多种性能，包括疲劳强度、拉伸强度等，其在机械上则表现在产品的使用性能上，例如产品的平均修复时间等。在某个零件的设计过程中，如果在材料的使用上出现问题，导致零件的强度大打折扣，在机器实际运行中就容易出现各种故障。重伤所述，为了我们机械人员在设计时做出合格的产品，机械材料不仅要满足机器在运行时的机械性能，还要满足设计时预期的疲劳寿命。

2.2工艺性

材料的工艺性能是指材料本身能够适应各种加工工艺要求的能力，对于结构特别复杂的零件，只有特殊材料才能满足加工要求，这就要求设计人员在设计阶段对零件的材料慎重选择。现代化设计中，机械产品要求小巧美观，很对结构要求结构紧凑，功能齐全，机械连接也已经摆脱了以螺纹连接和不可拆连接为主的局面，而靠零件间的结构型锁合来连接。这些都加剧了对设计人员考虑材料的要求。

2.3经济性

机械产品在满足使用性能和工艺性要求的情况下，还要满足经济性要求。对于不同材料，其价格也相应不同。提高设计及制造经济性的主要措施有：尽量选用“标准化、通用化、系列化”的零都件.以简化设计、保证质量、降低成本。采用能够降低成本、提高质量、改进性能的“新产品、新技术、新结构、新材料”。 采用先进的生产和装配工艺，尽可能地简化传动链、简化结构、减少零部件种类和数量。 在设计的最终产品，要达到用料最少，尽量用性价比较高的材料，产品零件容易加工且加工方法尽量简化，减少或避免使用互换性差的零件，尽量加大标准件的使用。这样，无论是在生产上还是在材料上，都降低了产品成本，提高其经济性能。

2.4环境性

环境性要求是现代化机械设计首要考虑问题，主要表现为以下方面：

2.4.1在设计时尽量少用储量较少的材料，如钨等金属的使用，要尽量找到代替材料，来进行优化，在满足结构及机械性能要求的基础上，尽量减少使用成本高，粗料少的材料。

2.4.2减少同一个机器里材料种类的用量，同时选用可再生，可回收材料。对于同一个机械，使用同种材料，有利于机械报废后对于材料的的回收再利用。

3 结论

现代机械产品的设计，材料的选择是一个重要的问题。面对目前成千上万种材料，我们不仅要在传统的基础上考虑材料的使用性能，还涉及到制造到使用的整个过程。对于材料的适用性、安全性、经济性、环保性和回收再利用性等几个方面综合考虑。现代机械设计的过程中，已经引入很多现代化设计方法，如有限元设计方法，能对材料的各种性能进行定量定性分析。在以后的机械设计中，材料的选择还应该考虑到机械产品的多功能性，这也是对将来研究提出的前瞻性要求，但也是材料科学发展的趋势。

参考文献：

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