屈青珩 杜磊浩 梁盛濤

摘要：機械設計是機械制造行業(yè)發(fā)展的基礎，對于我國經(jīng)濟的發(fā)展也有著重要的影響。而材料的選擇應用影響著機械設計的成功與否，也越來越被人們所關注。本文從機械設計的概述入手，簡要的介紹了機械設計中一些常用的材料類型，最后就機械設計中材料選擇應用所要遵循的原則進行了詳細的分析，期望能為日后研究機械設計中材料的選擇應用提供一定的幫助。

關鍵詞：機械設計；材料；選擇應用；原則；

引言

當前，社會經(jīng)濟和科學技術的發(fā)展，極大的推動了我國工業(yè)化的發(fā)展，提升了社會的現(xiàn)代化水平。與此同時，社會和工業(yè)的發(fā)展對于機械設備性能的要求也越來越高。而在機械的加工設計中，材料的選擇應用影響著最終設計的機械設備的性能質量。故而，對機械設計中材料的選擇應用進行研究，對指引我國機械設計行業(yè)的發(fā)展和推動國民經(jīng)濟的增長具有十分重要的意義。

一、機械設計

機械設計，是指根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的使用需求來構思分析相關機械設備的工作原理、運行方式、能量傳遞、設備結構、零件材料等，并將其作為機械設備的制造依據(jù)轉化為現(xiàn)實的制造過程，它是機械工程的重要組成部分，對機械設備的性能有著非常重要的影響。而機械設計的目標是在現(xiàn)實條件允許的基礎上，爭取做出最優(yōu)化設計（最低的制造成本、最優(yōu)的工作性能、最低的能源消耗、最少的環(huán)境污染）。

機械設計分為三類：新型設計、繼承設計、變形設計。其中新型設計是指通過應用成熟技術或者是新技術來設計新型機械；繼承設計是指在現(xiàn)有機械設備的基礎上，應用相關技術來對其進行設計改進，以降低其制造成本、優(yōu)化性能、減少能耗；變形設計是指為了迎合市場的變化需要，而對現(xiàn)有的機械設備重新進行設計，將其改進成不同于標準化機械設備的變型產(chǎn)品。而在機械設計時要遵循技術性能、標準化、可靠性、安全性等準則。

二、機械設計中的常用材料

機械設計的工作人員一般將機械設計用到的材料分為金屬材料、非金屬材料（高分子材料、陶瓷材料）、復合型材料等。

金屬材料。金屬是一種有光澤、易導電、導熱、具有延展性的機械材料。由于其硬度高、穩(wěn)定性好、種類多樣、工藝性能優(yōu)良，性價比較高，在當前機械設計中的應用非常廣泛。目前機械設計中常用的金屬材料有黑色金屬、有色金屬、合金三種，黑色金屬如鑄鐵、鑄鋼、碳鋼等，其耐磨性好、具有良好的減震性能，在設計齒輪時應用較多。有色金屬的穩(wěn)定性好、電磁性高，多用于汽車、飛機的設計。而由兩種或者是多種金屬進行相互合成得到的合金，其性能如韌性、強度、耐磨性等，比單一的金屬的性能更加優(yōu)良，能滿足不同行業(yè)的應用需求，應用極其的廣泛，特別是在機械加工行業(yè)中非常受歡迎。

非金屬材料。機械設計中應用較多的非金屬材料有陶瓷類材料、高分子材料等。陶瓷類材料。陶瓷類材料的硬性強、性能穩(wěn)定、比較耐腐蝕、耐磨，硬度很高但密度低，在刀具、有密封性要求的原件、耐熱元件的制造中應用較多，但陶瓷類材料在應用的過程中成本也比較高。高分子材料。機械設計中經(jīng)常用到的高分子材料有塑料、橡膠、合成纖維等，這些材料的原料豐富，制各過程較為簡單，能耗小。其中，塑料的密度小、絕緣、耐腐蝕、可塑性強，在某些方面甚至可以代替金屬材料；橡膠的彈性好，能夠有效的吸收物體的沖擊能量，多用于減震器等彈性元件的制造；合成纖維的能耗低、提取方便，在機械設計中的應用也較為廣泛。且大部分的非金屬材料的電熱性都很優(yōu)良，在絕緣體及有密封性要求的零件設計中應用較多。

復合型材料。由兩種或者是兩種以上材料融合形成的復合材料，耐磨性、減震性都比較強，很多性能更是可以彌補單一材料的不足，能夠滿足不同工藝的要求，目前其在航空航天、國防、軍事等領域都有應用。但當前復合型材料的價格較為昂貴，一些民用企業(yè)還不能承擔起大量使用的費用，這也在一定程度上影響了其廣泛的應用。

三、機械設計中材料選擇應用的原則

（1）選用載荷類型合適的材料

機械設備在進行運行時，時有出現(xiàn)一些機械設備的元件無法運行或者是在運行中不能充分的發(fā)揮作用，這主要是元件在進行設計時選擇材料的載荷性能不足所造成的。所以在進行設計時，要根據(jù)設計的具體需求對材料的載荷性能進行選擇，這樣才能充分的發(fā)揮出相關機械設備的最佳性能。

（2）選用經(jīng)濟適用型的材料

在企業(yè)進行機械設備的設計時，一般都會進行設備的預算估價。所以工作人員在進行設計時，要充分的對各個元件進行分析，在材料的預算合理的前提下，選用性價比最高的材料，如一些能夠循環(huán)使用的材料，充分的發(fā)揮出材料的使用價值。

（2）選用實用型的材料

在進行機械設計時，要對機械設備不同環(huán)節(jié)的特性進行分析。比如一些環(huán)節(jié)需要硬度高的材料，而另一加工環(huán)節(jié)需要耐熱性較好的材料。這樣在材料的選擇時，才能根據(jù)不同的設計需求選擇材料，選擇的材料才會更加的實用，能最大限度的保障機械設備的正常運行。

（3）選用無害型的材料

隨著科學技術的發(fā)展，除了天然的材料之外，還出現(xiàn)了很多人工合成的機械材料。而當前有很多的材料都帶有毒性，如含有鉛、砷等元素，若在機械設備中進行使用，長期下來不僅會嚴重的損害工作人員的身體，還會污染周邊的土地和水源，破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡。所以，在進行機械設計時，設計人員要避免選用有毒的材料，這樣才能避免影響人們的身體健康和生態(tài)環(huán)境的平衡。

（4）選用環(huán)保節(jié)能型的材料

當前，經(jīng)濟的快速發(fā)展已經(jīng)嚴重的污染了自然環(huán)境，破壞了生態(tài)平衡，所以人們越來越注意環(huán)境的保護。故而設計人員在進行機械設計時，要盡量的選擇節(jié)能環(huán)保型的材料，最大程度的減少機械設備在運行時的能耗，降低污染。而且在進行選擇時，也要盡量的去選擇需要進行熱軋或是冷軋?zhí)幚淼牟牧隙皇切枰M行預熱處理的材料，這樣不僅可以減少對空氣的污染，還能充分的發(fā)揮出材料的使用性能，避免其受到破壞，提高材料的使用壽命。此外，在進行材料的選擇時，也要注意材料能否進行回收利用，爭取最大程度的減少資源的消耗。

（5）選用可持續(xù)發(fā)展型的材料

當前，國家正在大力的實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。所以在進行機械設計時，設計人員要結合社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，減少不可再生能源的使用，對于材料的潛力進行充分的挖掘，爭取最大程度的發(fā)揮出機械材料的最大性能，提高材料的使用效率。同時，在選擇是也要注意材料在使用時的能源消耗值，減少高能耗材料在機械設計中的使用。

四、結語

綜上所訴，機械材料的種類有金屬材料、非金屬材料（高分子材料、陶瓷材料）、復合型性材料等多種類型，機械材料的選擇應用對于機械設計行業(yè)發(fā)展有著重要的影響。所以在進行機械設計的材料選擇應用時，要注意選擇應用載荷類型合適、經(jīng)濟適用、無害、實用、環(huán)保節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展型的材料，這樣才能更好的促進機械設計行業(yè)的發(fā)展，同時推動我國國民經(jīng)濟更快的發(fā)展。