第2機械設計總論

1、第第2章章 機械設計總論機械設計總論21 機械零件設計概論機械零件設計概論22 機械零件的強度機械零件的強度23 機械零件的接觸強度機械零件的接觸強度24 機械零件的耐磨性機械零件的耐磨性25 機械制造常用材料及其選擇機械制造常用材料及其選擇26 機械零件的工藝性及標準化機械零件的工藝性及標準化21 機械零件設計概論機械零件設計概論機械設計應滿足的要求：機械設計應滿足的要求：在滿足預期功能的前提下，在滿足預期功能的前提下，性能好、效率高、成本性能好、效率高、成本低低，在預定使用期限內，在預定使用期限內安全可靠，操作方便、維修安全可靠，操作方便、維修簡單簡單和和造型美觀造型美觀等。等。機械零件的

2、失效：機械零件的失效： 機械零件曲于某種原因不能正常工作時，稱為機械零件曲于某種原因不能正常工作時，稱為失效。失效。工作能力工作能力-在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度。通常此限度是對載荷而言，所以習慣上工作的限度。通常此限度是對載荷而言，所以習慣上又稱為：又稱為：承載能力。承載能力。零件的失效形式零件的失效形式:斷裂或塑性變形斷裂或塑性變形;過大的彈性變形過大的彈性變形;工作表面的過度磨損或損傷工作表面的過度磨損或損傷;發(fā)生強烈的振動；聯(lián)接的松弛發(fā)生強烈的振動；聯(lián)接的松弛;摩擦傳動的打滑等。摩擦傳動的打滑等。失效原因失效原因: 強度、剛度、耐磨性、

3、振動穩(wěn)定性、溫度等強度、剛度、耐磨性、振動穩(wěn)定性、溫度等 原因。原因。強度條件：強度條件：計算應力計算應力許用應力；許用應力；機械零件設計的步驟：機械零件設計的步驟： 1)擬定零件的計算簡圖擬定零件的計算簡圖; 5) 繪制工作圖并標注必要的技術條件。繪制工作圖并標注必要的技術條件。 防止失效的判定條件是：防止失效的判定條件是： 計算量計算量許用量許用量 -工作能力計算準則。工作能力計算準則。2) 確定作用在零件上的載荷確定作用在零件上的載荷; 3) 選擇合適的材料選擇合適的材料; 4) 根據零件可能出現的失效形式，選用相應的判定根據零件可能出現的失效形式，選用相應的判定 條件，確定零件的形狀條

4、件，確定零件的形狀 ; 剛度條件：剛度條件：變形量變形量nnn0 0 時時, ,試件將不會斷裂。試件將不會斷裂。n n0 0 -循環(huán)基數循環(huán)基數n n0 0 對應的應力稱為：對應的應力稱為：cnnmmn011當當nnn2%-含碳量含碳量 2%鐵碳合金鐵碳合金特點：特點：良好的液態(tài)流動性，可鑄造成形狀復雜的零件。良好的液態(tài)流動性，可鑄造成形狀復雜的零件。較好的減震性、耐磨性、切削性（指灰鑄鐵）、成本低較好的減震性、耐磨性、切削性（指灰鑄鐵）、成本低廉。廉。應用：應用：應用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之。應用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之。選用原則：選用原則： 優(yōu)選碳素鋼，其次是優(yōu)選碳

5、素鋼，其次是硅、錳、硼、釩類合金鋼。硅、錳、硼、釩類合金鋼。特點：特點：與鑄鐵相比，鋼具有高的強度、韌性和塑性。與鑄鐵相比，鋼具有高的強度、韌性和塑性?？捎脽崽幚矸椒ǜ纳破淞W性能和加工性能?？捎脽崽幚矸椒ǜ纳破淞W性能和加工性能。零件毛坯獲取方法：零件毛坯獲取方法：鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。應用：應用：應用范圍極其廣泛。應用范圍極其廣泛。表表2-2 2-2 常用材料的相對價格常用材料的相對價格材材 料料 種種 類類 規(guī)規(guī) 格格 相對價格相對價格熱軋圓熱軋圓鋼鋼碳素結構鋼碳素結構鋼q235 （ 3342） 1鑄鑄 件件優(yōu)質碳素鋼優(yōu)質碳素鋼 （ 2950） 1.51.8

6、 合金結構鋼（合金結構鋼（ 2950） 1.72.5 滾動軸承鋼（滾動軸承鋼（ 2950） 3 合金工具鋼（合金工具鋼（ 2950） 320 4cr9si2耐熱鋼（耐熱鋼（ 2950） 5 灰鑄鐵鑄件灰鑄鐵鑄件 0.85 碳素鋼鑄件碳素鋼鑄件 1.7 銅合金、鋁合金鑄件銅合金、鋁合金鑄件 810 3.3.銅合金銅合金- -銅鋅合金，并含有少量的銅鋅合金，并含有少量的錳、錳、鋁鋁、鎳鎳特點：特點：具有良好的塑性和液態(tài)流動性。青銅合金還具具有良好的塑性和液態(tài)流動性。青銅合金還具有良好的減摩性和抗腐蝕性。有良好的減摩性和抗腐蝕性。零件毛坯獲取方法：輾壓、鑄造。零件毛坯獲取方法：輾壓、鑄造。應用：應用

7、：應用范圍廣泛。應用范圍廣泛。種類種類青銅青銅黃銅黃銅軸承合金（巴氏合金）軸承合金（巴氏合金）- -含錫青銅、不含錫青銅含錫青銅、不含錫青銅二、非金屬材料二、非金屬材料1. 1. 橡膠橡膠 橡膠富于彈性，能吸收較多的沖擊能量。橡膠富于彈性，能吸收較多的沖擊能量。常用作聯(lián)軸器或減震器的彈性元件、帶傳動的膠帶常用作聯(lián)軸器或減震器的彈性元件、帶傳動的膠帶等。等。硬橡膠可用于制造用水潤滑的軸承襯。硬橡膠可用于制造用水潤滑的軸承襯。 2. 2. 塑料塑料 塑料的比重小，易于制成形狀復雜的零件，塑料的比重小，易于制成形狀復雜的零件，而且各種不同塑料具有不同的特點，如耐蝕性、絕而且各種不同塑料具有不同的特點

8、，如耐蝕性、絕熱熱性、絕緣性、減摩性、摩擦系數大等，所以近年來在性、絕緣性、減摩性、摩擦系數大等，所以近年來在機械制造中其應用日益廣泛。機械制造中其應用日益廣泛。 3.3.其它非金屬材料：其它非金屬材料：皮革、木材、紙板、棉、絲等。皮革、木材、紙板、棉、絲等。選材因素：選材因素：用途、用途、工作條件工作條件、物理物理、化學化學、機械工藝性能機械工藝性能、經濟經濟性。性。零件材料零件材料各種材料的化學成分和力學性能可在相關國標、行標各種材料的化學成分和力學性能可在相關國標、行標和機械設計手冊中查得。和機械設計手冊中查得。為了材料供應和生產管理上的方便，應盡量縮減材料為了材料供應和生產管理上的方便

9、，應盡量縮減材料的品種。的品種。表表2-1 2-1 常用鋼鐵材料的牌號及力學性能常用鋼鐵材料的牌號及力學性能材材 料料 力力 學學 性性 能能 試件尺寸試件尺寸類類 別別 牌牌 號號 強度極限強度極限b b 屈服極限屈服極限s s 延伸率延伸率% mm% mmq215 335-410 215 31 碳素碳素結構鋼結構鋼q235 375-460 235 26 d 16 q275 490-610 275 20 20 410 245 25 優(yōu)質碳素優(yōu)質碳素結構鋼結構鋼35 530 315 20 d 25 45 600 355 16 35 simn 883 735 15 d 25 合金合金結構鋼結構鋼

10、 40cr 981 785 9 d 25 20crmnti 1079 834 10 d 15 60mn 981 785 8 d 80 zg270-500 500 270 18 鑄鑄 鋼鋼zg310-570 570 310 15 d100 zg42simn 600 380 12 ht150 145 - - 灰鑄鐵灰鑄鐵ht200 195 - - ht250 240 - - 壁厚壁厚1020qt400-15 400 250 15 球墨鑄鐵球墨鑄鐵qt500-7 500 320 7 qt600-3 600 370 3 壁厚壁厚3020026 機械零件的工藝性及標準化機械零件的工藝性及標準化一、一、工

11、藝性工藝性零件設零件設計要求計要求使用要求使用要求-具備所要求的工作能力；具備所要求的工作能力；制造要求制造要求-制造工藝可行，成本低；制造工藝可行，成本低；零件工藝性良好的標志：零件工藝性良好的標志： 在具體的生產條件下，零件要便于加工且費用低。在具體的生產條件下，零件要便于加工且費用低。工藝性的基本要求：工藝性的基本要求：1) 毛坯選擇合理毛坯選擇合理制備方法制備方法單件或小批量生產時，選用單件或小批量生產時，選用棒料、板材、型材或焊件。棒料、板材、型材或焊件。應用于大批量生產。應用于大批量生產。用型材用型材焊接焊接鍛造鍛造鑄造鑄造沖壓沖壓 26 機械零件的工藝性及標準化機械零件的工藝性及

12、標準化一、一、工藝性工藝性零件設零件設計要求計要求使用要求使用要求-具備所要求的工作能力；具備所要求的工作能力；制造要求制造要求-制造工藝可行，成本低；制造工藝可行，成本低；零件工藝性良好的標志：零件工藝性良好的標志： 在具體的生產條件下，零件要便于加工且費用低。在具體的生產條件下，零件要便于加工且費用低。工藝性的基本要求：工藝性的基本要求：1) 毛坯選擇合理毛坯選擇合理制備方法：制備方法：選用型材、焊接、鑄造、鍛造、沖壓等。選用型材、焊接、鑄造、鍛造、沖壓等。毛坯選擇與生產批量、材料性能和加工可能性有關。毛坯選擇與生產批量、材料性能和加工可能性有關。單件或小批量生產時，選用棒料、板材、型材或

13、焊件。單件或小批量生產時，選用棒料、板材、型材或焊件。大批量生產時，往往選用鑄造、鍛造、沖壓等方法。大批量生產時，往往選用鑄造、鍛造、沖壓等方法。2) 結構簡單合理結構簡單合理最好采用平面、柱面、螺旋面等簡單表面極其組合；最好采用平面、柱面、螺旋面等簡單表面極其組合；盡量減少加工面數和加工面積；盡量減少加工面數和加工面積；3) 合理的制造精度和表面粗糙度合理的制造精度和表面粗糙度零件的加工成本隨精度和表面粗糙度的提高而急劇增加。零件的加工成本隨精度和表面粗糙度的提高而急劇增加。決不能盲目追求高精度，應在滿足使用要求的前提下，決不能盲目追求高精度，應在滿足使用要求的前提下，盡量采用較低的精度和表

14、面質量。盡量采用較低的精度和表面質量。盡量采用標準件；盡量采用標準件；增加相同形狀、相同元素（直徑、圓角半徑、配合、增加相同形狀、相同元素（直徑、圓角半徑、配合、 螺紋、鍵、齒輪模數等）的數量；螺紋、鍵、齒輪模數等）的數量；4) 盡量減小零件的加工量盡量減小零件的加工量毛坯形狀和尺寸應盡量接近零件本身的形狀和尺寸。毛坯形狀和尺寸應盡量接近零件本身的形狀和尺寸。力求使少或無切削加工，節(jié)約材料、降低成本。力求使少或無切削加工，節(jié)約材料、降低成本。盡量采用精密鑄造、精密鍛造、冷軋、冷擠壓、粉末盡量采用精密鑄造、精密鍛造、冷軋、冷擠壓、粉末冶金等先進工藝滿足上述要求。冶金等先進工藝滿足上述要求。二、二

15、、標準化標準化內容：內容： 1)1)產品品種規(guī)格的系列化產品品種規(guī)格的系列化將同一類產品的主要參數、型式、尺寸、基本結構等依將同一類產品的主要參數、型式、尺寸、基本結構等依次分檔，制成系列化產品，以較少的規(guī)格品種滿足用戶次分檔，制成系列化產品，以較少的規(guī)格品種滿足用戶的廣泛要求。的廣泛要求。定義：定義：標準化是在經濟、技術、科學及管理等社會實踐標準化是在經濟、技術、科學及管理等社會實踐中，對重復事務和概念，通過制定、發(fā)布和實施標準，中，對重復事務和概念，通過制定、發(fā)布和實施標準，以獲得最佳秩序和效益。以獲得最佳秩序和效益。2)零部件的通用化零部件的通用化將用途、結構相近的零部件（如軸承、螺栓等），經過將用途、結構相近的零部件（如軸承、螺栓等），經過統(tǒng)一后實現互換；統(tǒng)一后實現互換；3)產品質量標準化產品質量標準化要保證產品產品質量合格和穩(wěn)定，就必須做好設計、加要保證產品產品質量合格和穩(wěn)定，就必須做好設計、加工工藝、裝配檢驗、包裝儲運等環(huán)節(jié)的標準化。工工藝、裝配檢驗、包裝儲運等環(huán)節(jié)的標準化?；咎卣鳎夯咎卣鳎航y(tǒng)一、簡化。統(tǒng)一、簡化。意義：意義： 1)制造上可以實現專業(yè)化大批量生產