機(jī)械設(shè)計(jì)與選材

第10章機(jī)械設(shè)計(jì)與選材本章學(xué)習(xí)要求1.了解機(jī)械零件的失效和失效的形式；2掌握選材的原則和分析方法；3.學(xué)會(huì)常用機(jī)械零件選材。本章學(xué)習(xí)重點(diǎn)選材的原則；常用機(jī)械零件選材和工藝路線。學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)選材的動(dòng)機(jī)：首次開(kāi)發(fā)生產(chǎn)一種新產(chǎn)品、新零件或新裝置；現(xiàn)有產(chǎn)品的改進(jìn)和更新?lián)Q代；零件過(guò)早失效甚至災(zāi)難性事故發(fā)生后，需改變用材。呆第蛾1領(lǐng)節(jié)看機(jī)械朗零件穿的失銀效分勿析卻失效規(guī)的概寸念貸當(dāng)零洋件由躍于某鍬種原欣因喪磨失預(yù)皇定的職功能價(jià)時(shí)，遼即它慧發(fā)生融了失性效。行①汗零件雹完全沿破壞訊，不沒(méi)能繼礙續(xù)工斷作；砍②劣嚴(yán)重洪損傷賞，繼隊(duì)續(xù)工挎作不我安全獲；萄③名雖能參安全秒工作明，但晚不能浙滿意肆地起拴到預(yù)啞期的猾作用斑。蹦失效武的形茶式零件失效零件失效斷裂失效變形失效表面損傷失效彈性變形失效塑性變形失效塑性斷裂失效低應(yīng)力脆斷失效疲勞斷裂失效蠕變斷裂失效介質(zhì)加速斷裂失效磨損失效表面疲勞失效腐蝕失效從失效冰的原刺因設(shè)設(shè)計(jì)加工零件失效安裝使用材料材質(zhì)低劣選材不當(dāng)工作條件估計(jì)錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)外型不合理計(jì)算錯(cuò)誤焊接缺陷鑄、鍛造缺陷熱處理缺陷冷加工缺陷過(guò)載使用安裝不良操作失誤維護(hù)不良再失效百分析渡的方博法基型本環(huán)徒節(jié)示蠟意圖服役條件服役條件失效零件失效分析技術(shù)應(yīng)力分析無(wú)損探傷斷口分析金相分析化學(xué)分析機(jī)械性能測(cè)試失效類型磨損斷裂變形力學(xué)分析應(yīng)力分析失效原因裝配使用工藝材料設(shè)計(jì)主要抗力指標(biāo)改進(jìn)設(shè)計(jì)抗力指標(biāo)與內(nèi)外因素關(guān)系改進(jìn)工藝指標(biāo)與壽命關(guān)系，提高零件失效抗力的途徑實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)使用考驗(yàn)工業(yè)試驗(yàn)昂第乒2物節(jié)文選材律的依袋據(jù)和港基本隊(duì)原則瘡①鈴從材婆料使錦用性冬能的住角度役出發(fā)梨，選秋用的梢材料磨必須債保證疑零件伐在使代用過(guò)瓶程中他具有楊良好務(wù)的工秩作能餃力；熔②茅根據(jù)女材料勸工藝垮性能摸的要辮求，傍必須紫保證紐零件畫便于贏加工瓣制造支；座③封從經(jīng)塘濟(jì)性網(wǎng)角度食考慮面，必湖須保閘證零兄件的讓總成觸本最輔低。傘④法環(huán)境藥與資蠶源原奮則敬使用痰性能司與選倒材鑰--慨--誦首要俯原則瘡使用為性能欺主要轟指零景件在鞭使用和狀態(tài)泰下應(yīng)惹具有伐的力絹學(xué)性榨能、沖物理舊性能創(chuàng)和化免學(xué)性填能。拼分析難零件滾的工厭作條裕件鏡首先駕應(yīng)判證斷零繪件在誘工作妖中所找受載棋荷的號(hào)性質(zhì)某和大復(fù)小，點(diǎn)計(jì)算城載荷岔引起挖的應(yīng)測(cè)力分吼布。懂i棉載荷裁的性條質(zhì)是例決定怕材料叫使用士性能撈的主貴要依緒據(jù)之演一。諸ii戒胃計(jì)算障應(yīng)力膠是確脊定材馬料使泄用性蘭能的覆數(shù)量膨依據(jù)聯(lián)。梳考慮全零件塑的工瓦作環(huán)按境：吩環(huán)境蜂因素奸會(huì)與至零件諷的力礙學(xué)狀代態(tài)綜頸合作走用，遺提出選更為葡復(fù)雜哥的性響能要擇求。浸最后室還應(yīng)此充分歡考慮抗材料賠的某妨些特螞殊要患求。富受力斤狀況瓦載荷禾的類雪型（克如靜遞載、檔動(dòng)載飼、循廢環(huán)載傷荷或喜單調(diào)翼載荷辣等）我，載鍬荷的克作用研形式幸（如爽拉伸暴、壓遇縮、蓬彎曲讓或扭怕轉(zhuǎn)等銀），者載荷謹(jǐn)?shù)拇蠓逍∫詭偶胺止聿继匕蔹c(diǎn)（竹如均脖布載承荷或么集中轉(zhuǎn)載荷算）。寨環(huán)境圣狀況欣溫度第（如域低溫閥、高世溫、局常溫樹(shù)或變?nèi)铚兀┏黾敖楦辟|(zhì)情攜況（鈴如有爐無(wú)腐冤蝕或里摩擦租作用譽(yù)）。屆特殊檢功能白導(dǎo)電告性、開(kāi)磁性燒、熱頭膨脹擇性、念比重鹿、外看觀等彈。磚進(jìn)行古失效踐分析題失效狠抗力綱取決個(gè)于材慮料的字性能博，對(duì)前零件慎主要魂失效棚形式墻的分嗓析常扎?？傻∫跃C啞合出錯(cuò)零件衰所要修求的瘡主要來(lái)使用筐性能除。沉零件怠性能椒要求沖的指緞標(biāo)化箏將零礎(chǔ)件對(duì)舊使用梨性能賣的要兔求具勤體轉(zhuǎn)什化為年實(shí)驗(yàn)辦室力好學(xué)性殃能指煮標(biāo)（秩如強(qiáng)即度、稈韌性習(xí)、塑廟性、鴨硬度掏等）軌；再萍根據(jù)子工作廢應(yīng)力蕉、使餡用壽疼命或腫安全逗性確貓定性晶能指牢標(biāo)的汁具體陶數(shù)值悄。住選材斗與材皮料工索藝性裳能的稠關(guān)系釘材料路的工孟藝性抽能主豆要包服括冷困加工總性能誦如冷恐變形章加工儀和切座削加滾工性反能，糠熱加忙工性斑能如辜鑄造吵性能鄰、焊侄接性債能、翻鍛造如性能連和熱毛處理像性能亭等。棋盡量讓選用僻工藝棄簡(jiǎn)單亡的材琴料洋選材撲材質(zhì)干與其花工藝癢性要欲求搜各工晌序工愈藝之鞋間的絡(luò)相互塵聯(lián)系栗和結(jié)袍合犁金屬界零件迫的加便工工灶藝路懶線圖烏性能塘、質(zhì)漸量要龍求不拉高的么零件句毛坯輔─→衣正火罪或退麗火刻─→現(xiàn)切削猴加工賞─→號(hào)零件嘆。冬如鑄賄鐵或晃碳鋼根，只謎要注艷意采蔑用適芬宜的殺毛坯巷制造昂方法氧，其備工藝拆性能怨均能潮滿足以要求抱。督性能橋要求漿較高轎的零是件（拒如軸盈、齒肢輪等佛）速毛坯出─→惱預(yù)先武熱處暮理（辜正火胳、退跑火）猜─→節(jié)粗加嚴(yán)工舟─→藍(lán)最終鋸熱處泄理（肢淬火砍十回遮火，勒固溶恥時(shí)效弟，滲稼碳處抱理等千）愛(ài)─→級(jí)精加搖工針─→易零件讓。徒金屬壘零件欣用材蜓多為昆碳鋼皆、合鹿金鋼逗、高鎖強(qiáng)鋁創(chuàng)合金顆等，苗其中注有些區(qū)材料青的加般工性練能存盈在問(wèn)溝題，元因此紋選材孫時(shí)應(yīng)于注意侵對(duì)其帝工藝族性能蛾的分側(cè)析。沸性能飄和質(zhì)盛量要嘉求極版高的拒零件背（如驢精密懷絲杠軋）島毛坯價(jià)─→掀預(yù)先栗熱處濫理（女正火致、退棚火）稻─→弊粗加棟工披─→炕最終崗熱處搶理（禾淬火器+痕低溫兩回火捉，固赴溶時(shí)掃效或偏滲碳斧）泳─→疼半精露加工妙─→乖穩(wěn)定飽化處檔理（佳或氮蚊化）哪─→匯精加疼工劇─→嗓穩(wěn)定渡化處鹽理運(yùn)─→膚零件稼。譽(yù)加工立路線林復(fù)雜脊，加熊工精憤度和著質(zhì)量趕要求憂高，猶在選侄材時(shí)嫁應(yīng)務(wù)鳥必保磁證材野料的晨工藝開(kāi)性能平。煙經(jīng)濟(jì)離性與繁選材須產(chǎn)品刑成本蓋與性匪能的置關(guān)系大：申蜓產(chǎn)品促成本更分析諒1.代瀉基本殺材料擔(dān)的成進(jìn)本備材料骨的價(jià)謹(jǐn)格在亭產(chǎn)品螞的總免成本它中占腔有較艱大的沙份額裝（它30漏~7鑼0%片）。嗎選擇玉更為嫁廉價(jià)史的材誘料是喇降低促產(chǎn)品扣成本護(hù)的重只要手叫段之掌一；創(chuàng)提高潛材料池的利央用程極度，憐降低職制造玩過(guò)程顧中的做材料木消耗隙量（餓我國(guó)淹鋼材甚利用做率平禽均派為月65渣%珍，距而美泄國(guó)達(dá)歇到筒80荒%飽）。短倦我國(guó)死常用綢金屬階材料搖的相莖對(duì)價(jià)里格詳材檔料葉相對(duì)瑞價(jià)格聚材卵料終相對(duì)容價(jià)格望普通激碳素蛇結(jié)構(gòu)桐鋼循1結(jié)鉻不副銹鋼騙5犬優(yōu)質(zhì)濁碳素費(fèi)結(jié)構(gòu)垂鋼嗓1.縱3~贏1.憶5舅鉻鎳手不銹西鋼杠15粒合金饑結(jié)構(gòu)掏鋼（跌Cr掉-N墨i窗鋼除鞏外）裂1.梁7~蹲2.屆5鈔灰鑄斤鐵陰~1將.4換鉻鎳瞧合金過(guò)結(jié)構(gòu)睡鋼（點(diǎn)中合洗金鋼忽）嘆5永鑄造顧鋁合緞金、布銅合喉金增8~薄10組滾珠太軸承兩鋼納3悼普通獸黃銅奪13慢~1即7限低合儲(chǔ)金工慮具鋼帽3~版4哄錫青撈銅、戴鋁青清銅奶19監(jiān)高速鋼鋼立16尸~2捕0役鈦合灰金鴿50罩~8睬0劍硬質(zhì)滋合金獄15從0~帶20腦0莊（工租程塑維料）挪5~攪15欠基陣本材尼料的罷價(jià)格相的影海響因練素：伯提煉費(fèi)和制混取的絨成本滑礦物點(diǎn)資源宅的儲(chǔ)丑量、襲開(kāi)采仰成本禍、礦屑石品很位等諷材料渾的提型純、探合金獵化（孝合成雕）成寺本析加工農(nóng)增值侮成本魚供求辯關(guān)系紐所造痛成的荷價(jià)格辦波動(dòng)機(jī)2.皂劑制造錢成本該。歌加工脖成本經(jīng)約占荒零件信成本忌的證30川%景左右戀，生申產(chǎn)批寶量越識(shí)少，排這一脾比例排越高諒。享總成酬本出P=考T+此xN丈，殿T洋為工紗具與翼設(shè)備趕費(fèi)用丙，框x癥代表綱每件問(wèn)產(chǎn)品趙的成謙本，賺N她為生走產(chǎn)批除量（以件攤/害批）陵。蓄產(chǎn)量招對(duì)制畝造成堪本的坡影響瘦環(huán)境追與資案源原襖則益隨著敏地球堡資源襖的日竊益枯溪竭、楊環(huán)境宣的日拒益惡因化，著材料噸的環(huán)閑境和去資源論準(zhǔn)則蜻在今仿后會(huì)茅變得煩日益頁(yè)重要料。這座一準(zhǔn)惡則要亮求材粉料在貫生產(chǎn)催──休使用盡──淘廢棄恒的全灑過(guò)程境中，循對(duì)能滿源和劣資源勉的消減耗少抖，對(duì)降生態(tài)件環(huán)境抱影響滿小，醒可以茶完全隆再生躬利用皆或廢糾棄時(shí)甘完全淚降解族。愚1.賓如能源卷和資辱源消遍耗少遼世界忙能源荷儲(chǔ)藏鎮(zhèn)量仔石油直天然烈氣島煤縱鈾悶可開(kāi)觀采儲(chǔ)繞量這99仗70辦億桶祥13肯8炭萬(wàn)億嚼m(xù)吉3層1壩，話03跟9畏，旨27其2么噸默20忙0儀萬(wàn)噸辨可開(kāi)宋采年坡限聾45兔.5侍年夜64請(qǐng)年粗21豆9丈年換74雅年怒主要漿產(chǎn)地懲及儲(chǔ)栗量比玉例梢中東摩66餓.4膚%詞獨(dú)聯(lián)大體、閑中東懼70謠%暗美、株蘇、執(zhí)中、羊澳止>質(zhì)7弱0%鹽五重要繡金屬低的世狗界儲(chǔ)辣量茄儲(chǔ)量肅（遙10袋6葉t蹦）歐可用丘年數(shù)桌再生恢率狂(%組)沈Fe怖野1渠×荷10黨6個(gè)10姨9蘆31挖.7逢腫Al丘銜11斥70券羽35拿覆16誰(shuí).9盈致Cu忙榜30粘8躺24扇輪40跟.9尿蝦Zn治沾12漸3忘18稠沉21遇.2龍?jiān)訫o貴吳5.哲4緣36襖盾Ag脂堅(jiān)0.馬2偶14圖輸41移.0嚴(yán)報(bào)Cr峰鵲77萄5歸11請(qǐng)2釘Ti獸間14壓7驚51日蠅通過(guò)浴產(chǎn)品洞的小昏型化裕，材袖料輕恒量化糞，減槽少材根料的捕絕對(duì)傻使用葬量；村通過(guò)氏零件泉的長(zhǎng)頁(yè)壽命足化和語(yǔ)再利黑用，糟減少樓材料盛的相主對(duì)使騰用量霞；牌通過(guò)搭易分克選及鏡可再流生循鞏環(huán)材戒料的槐利用槽，降逮低對(duì)禍天然頁(yè)資源用的依鑰賴；內(nèi)選用均能耗樸低的毯材料結(jié)及加蜘工工陳藝。逆2.楊凡環(huán)境識(shí)污染殊小跌環(huán)境廉準(zhǔn)則陣必將普成為例選材垃的重探要依俯據(jù)之俘一，旬即要犯求材覽料在掃生產(chǎn)兩─想使用移─輩廢棄真的全戀過(guò)程四中具灑有與挺環(huán)境雨的協(xié)悠調(diào)性津，充功分降窯低對(duì)潔環(huán)境咽造成愚的負(fù)狂荷。備采用蒙能耗映少、乏污染菊小的纏材料滾，節(jié)套能無(wú)臉害化糟的生繼產(chǎn)、蒼制造姿工藝圾，法選擇素可再油生循畜環(huán)性揮好的帝材料躍（材梢質(zhì)單姓純，謝化學(xué)蓬組成例簡(jiǎn)單鳥，便艱于提斑純，簡(jiǎn)通用辦性強(qiáng)猛），拖降低姑廢棄祝物環(huán)色境負(fù)盼荷，惹選擇貢以再茅生資肚源為螺原料喂的材灘料?？缟a(chǎn)卷各種然材料嶼消耗走的能芳量及疲碳的票排放丹量廁材料剩礦物亭燃料辨能耗羨排碳煩量務(wù)MJ目/K摘g勻MJ撕/m房3泛Kg微/t孔Kg騾/m份3獄木材盟1.綠5~并2.胸8壩75辱0~悅13喂90庸30撫~5百6墨15挺~2環(huán)8務(wù)混凝獨(dú)土閣2.燦0線48侵00敏50現(xiàn)12愈0衰鋼材插35潮26資6,應(yīng)00興0榜70貨0迅53踐20涂一次候鋁螺43緣5終1,投10勤0,亦00覽0雀87檢00餐22棚,0奇00恨再生霜鋁裂13政33病,0工00蓮一定踐性能敢水平辰下的望材料仿能耗脆木材蓋混凝晴土碗鋼樸塑料聰鋁、彼鎂及秧鈦合匯金熄E良ρ彈/噸b刑24妙14禽5態(tài)10筋0~遼50家0訪47判5-扶10閱02址71鞠0-快10秩29直E途──旁生產(chǎn)揭每公殿斤材戴料的赤能耗廳ρ─叛─擦材料扯密度哄b惜──碰抗拉債強(qiáng)度癢3鬧．彼材料蹈的可談再生欲循環(huán)要性：爺混凝群土雖灶能耗拳低但妖幾乎零不能療回收脆、降腦解；展木材美不但輝能耗工低，蒸還能音充分寺回收米，并拘可以鉆降解鵝；閉多數(shù)彼塑料紗回收呆率很居低；概金屬滴材料拒能耗政高但抽可較華容易樂(lè)地回篩收，紛其中獸鋁的置回收繼價(jià)值奇尤其尋高，扛擴(kuò)大豆對(duì)再鋸生鋁劉的利視用，堤具有盞相當(dāng)廣大的堂環(huán)境穿意義欺。豬選材擺的一迅般程課序爭(zhēng)1醒．基憶于對(duì)技具體衫零件件的工聯(lián)作條嗎件和悄失效啟形式蛛的分緞析，埋以及甚對(duì)同耗類零都件現(xiàn)濾有狀吸況（綠所用苦材料茅、使楚用壽折命、找失效線形式出以及膊供應(yīng)瓶情況皮）的燙調(diào)研被，再鄭結(jié)合稠力學(xué)改計(jì)算吐或試宇驗(yàn)確片定零哭件應(yīng)觸具有真的力半學(xué)性爛能指接標(biāo)和源理化抽性能脹指標(biāo)縱。晌2貝．對(duì)猜若干檢備選艦材料殃的性堂能指渠標(biāo)和焦制造擱工藝導(dǎo)進(jìn)行腔綜合捷分析寫和篩踢選，奸初步蛛選定遠(yuǎn)材料申的牌久號(hào)、陽(yáng)規(guī)格津及制撥造工邁藝。敘3巨．進(jìn)或行實(shí)對(duì)驗(yàn)室夕試驗(yàn)魯以檢熄驗(yàn)選窮用材沸料是螞否達(dá)輪到各逗項(xiàng)性胞能要陷求，棗并進(jìn)寸行小醉批試渴生產(chǎn)租以檢菠驗(yàn)材觸料制版造過(guò)燒程中果工藝種性是愈否滿槽足要劫求。士小批那試驗(yàn)控產(chǎn)品里質(zhì)量休合格孝后，菠選材博方案霧即可膝確定魔下來(lái)例。增實(shí)例商：賞解放原牌載揪重汽虧車變列速箱掛齒輪自性能績(jī)要求嫁