屈青珩 杜磊浩 梁盛涛

摘要：机械设计是机械制造行业发展的基础，对于我国经济的发展也有着重要的影响。而材料的选择应用影响着机械设计的成功与否，也越来越被人们所关注。本文从机械设计的概述入手，简要的介绍了机械设计中一些常用的材料类型，最后就机械设计中材料选择应用所要遵循的原则进行了详细的分析，期望能为日后研究机械设计中材料的选择应用提供一定的帮助。

关键词：机械设计；材料；选择应用；原则；

引言

当前，社会经济和科学技术的发展，极大的推动了我国工业化的发展，提升了社会的现代化水平。与此同时，社会和工业的发展对于机械设备性能的要求也越来越高。而在机械的加工设计中，材料的选择应用影响着最终设计的机械设备的性能质量。故而，对机械设计中材料的选择应用进行研究，对指引我国机械设计行业的发展和推动国民经济的增长具有十分重要的意义。

一、机械设计

机械设计，是指根据工业生产的使用需求来构思分析相关机械设备的工作原理、运行方式、能量传递、设备结构、零件材料等，并将其作为机械设备的制造依据转化为现实的制造过程，它是机械工程的重要组成部分，对机械设备的性能有着非常重要的影响。而机械设计的目标是在现实条件允许的基础上，争取做出最优化设计（最低的制造成本、最优的工作性能、最低的能源消耗、最少的环境污染）。

机械设计分为三类：新型设计、继承设计、变形设计。其中新型设计是指通过应用成熟技术或者是新技术来设计新型机械；继承设计是指在现有机械设备的基础上，应用相关技术来对其进行设计改进，以降低其制造成本、优化性能、减少能耗；变形设计是指为了迎合市场的变化需要，而对现有的机械设备重新进行设计，将其改进成不同于标准化机械设备的变型产品。而在机械设计时要遵循技术性能、标准化、可靠性、安全性等准则。

二、机械设计中的常用材料

机械设计的工作人员一般将机械设计用到的材料分为金属材料、非金属材料（高分子材料、陶瓷材料）、复合型材料等。

金属材料。金属是一种有光泽、易导电、导热、具有延展性的机械材料。由于其硬度高、稳定性好、种类多样、工艺性能优良，性价比较高，在当前机械设计中的应用非常广泛。目前机械设计中常用的金属材料有黑色金属、有色金属、合金三种，黑色金属如铸铁、铸钢、碳钢等，其耐磨性好、具有良好的减震性能，在设计齿轮时应用较多。有色金属的稳定性好、电磁性高，多用于汽车、飞机的设计。而由两种或者是多种金属进行相互合成得到的合金，其性能如韧性、强度、耐磨性等，比单一的金属的性能更加优良，能满足不同行业的应用需求，应用极其的广泛，特别是在机械加工行业中非常受欢迎。

非金属材料。机械设计中应用较多的非金属材料有陶瓷类材料、高分子材料等。陶瓷类材料。陶瓷类材料的硬性强、性能稳定、比较耐腐蚀、耐磨，硬度很高但密度低，在刀具、有密封性要求的原件、耐热元件的制造中应用较多，但陶瓷类材料在应用的过程中成本也比较高。高分子材料。机械设计中经常用到的高分子材料有塑料、橡胶、合成纤维等，这些材料的原料丰富，制各过程较为简单，能耗小。其中，塑料的密度小、绝缘、耐腐蚀、可塑性强，在某些方面甚至可以代替金属材料；橡胶的弹性好，能够有效的吸收物体的冲击能量，多用于减震器等弹性元件的制造；合成纤维的能耗低、提取方便，在机械设计中的应用也较为广泛。且大部分的非金属材料的电热性都很优良，在绝缘体及有密封性要求的零件设计中应用较多。

复合型材料。由两种或者是两种以上材料融合形成的复合材料，耐磨性、减震性都比较强，很多性能更是可以弥补单一材料的不足，能够满足不同工艺的要求，目前其在航空航天、国防、军事等领域都有应用。但当前复合型材料的价格较为昂贵，一些民用企业还不能承担起大量使用的费用，这也在一定程度上影响了其广泛的应用。

三、机械设计中材料选择应用的原则

（1）选用载荷类型合适的材料

机械设备在进行运行时，时有出现一些机械设备的元件无法运行或者是在运行中不能充分的发挥作用，这主要是元件在进行设计时选择材料的载荷性能不足所造成的。所以在进行设计时，要根据设计的具体需求对材料的载荷性能进行选择，这样才能充分的发挥出相关机械设备的最佳性能。

（2）选用经济适用型的材料

在企业进行机械设备的设计时，一般都会进行设备的预算估价。所以工作人员在进行设计时，要充分的对各个元件进行分析，在材料的预算合理的前提下，选用性价比最高的材料，如一些能够循环使用的材料，充分的发挥出材料的使用价值。

（2）选用实用型的材料

在进行机械设计时，要对机械设备不同环节的特性进行分析。比如一些环节需要硬度高的材料，而另一加工环节需要耐热性较好的材料。这样在材料的选择时，才能根据不同的设计需求选择材料，选择的材料才会更加的实用，能最大限度的保障机械设备的正常运行。

（3）选用无害型的材料

随着科学技术的发展，除了天然的材料之外，还出现了很多人工合成的机械材料。而当前有很多的材料都带有毒性，如含有铅、砷等元素，若在机械设备中进行使用，长期下来不仅会严重的损害工作人员的身体，还会污染周边的土地和水源，破坏生态系统的平衡。所以，在进行机械设计时，设计人员要避免选用有毒的材料，这样才能避免影响人们的身体健康和生态环境的平衡。

（4）选用环保节能型的材料

当前，经济的快速发展已经严重的污染了自然环境，破坏了生态平衡，所以人们越来越注意环境的保护。故而设计人员在进行机械设计时，要尽量的选择节能环保型的材料，最大程度的减少机械设备在运行时的能耗，降低污染。而且在进行选择时，也要尽量的去选择需要进行热轧或是冷轧处理的材料而不是需要进行预热处理的材料，这样不仅可以减少对空气的污染，还能充分的发挥出材料的使用性能，避免其受到破坏，提高材料的使用寿命。此外，在进行材料的选择时，也要注意材料能否进行回收利用，争取最大程度的减少资源的消耗。

（5）选用可持续发展型的材料

当前，国家正在大力的实施可持续发展战略。所以在进行机械设计时，设计人员要结合社会经济的可持续发展战略，减少不可再生能源的使用，对于材料的潜力进行充分的挖掘，争取最大程度的发挥出机械材料的最大性能，提高材料的使用效率。同时，在选择是也要注意材料在使用时的能源消耗值，减少高能耗材料在机械设计中的使用。

四、结语

综上所诉，机械材料的种类有金属材料、非金属材料（高分子材料、陶瓷材料）、复合型性材料等多种类型，机械材料的选择应用对于机械设计行业发展有着重要的影响。所以在进行机械设计的材料选择应用时，要注意选择应用载荷类型合适、经济适用、无害、實用、环保节能、可持续发展型的材料，这样才能更好的促进机械设计行业的发展，同时推动我国国民经济更快的发展。