機械設計基礎--第9章機械零件設計概論

1、第9章 機械零件設計概論,91 機械零件設計概論,92 機械零件的強度,93 機械零件的接觸強度,94 機械零件的耐磨性,95 機械制造常用材料及其選擇,96 公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先數(shù)系,97 機械零件的工藝性及標準化,91 機械零件設計概論,機械設計應滿足的要求： 在滿足預期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在預定使用期限內(nèi)安全可靠，操作方便、維修簡單和造型美觀等。,機械零件的失效： 機械零件曲于某種原因不能正常工作時，稱為失效。,工作能力-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，所以習慣上又稱為：,承載能力。,零件的失效形式:,斷裂或塑性變形;,過大

2、的彈性變形;,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;,摩擦傳動的打滑等。,如軸、齒輪、軸瓦、軸頸、螺栓、帶傳動等。機械零件雖然有多種可能的失效形式，歸納起來最主要的為,對于各種不同的失效形式，也各有相應的工作能力判定條件,強度條件：計算應力許用應力；,機械零件設計的步驟： 1)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。,防止失效的判定條件是： 計算量N0 時,試件將不會斷裂。,N0 -循環(huán)基數(shù),N0 對應的應力稱為：,當N2.11%,-含碳量 2.11%,鐵碳合金,特點：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

3、本低廉。,應用：應用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之。,選用原則： 優(yōu)選碳素鋼，其次是硅、錳、硼、釩類合金鋼。,特點：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。,零件毛坯獲取方法：鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。,應用：應用范圍極其廣泛。,價格便宜且供應充分,我國資源豐富,3.銅合金,-銅鋅合金，并含有少量的錳、鋁、鎳,特點：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。,零件毛坯獲取方法：輾壓、鑄造。,應用：應用范圍廣泛。,種類,青銅,黃銅,軸承合金（巴氏合金）,-含錫青銅、不含錫青銅,二、非金屬材料,1. 橡膠 橡膠富于彈性，能吸收較

4、多的沖擊能量。常用作聯(lián)軸器或減震器的彈性元件、帶傳動的膠帶等。硬橡膠可用于制造用水潤滑的軸承襯。,2. 塑料 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、絕熱性、絕緣性、減摩性、摩擦系數(shù)大等，所以近年來在機械制造中其應用日益廣泛。,3.其它非金屬材料：皮革、木材、紙板、棉、絲等。,選材因素：,設計機械零件時，選擇合適的材料是一項復雜的技術經(jīng)濟問題設計者應根據(jù)零件的用途、工作條件和材料的物理、化學、機械和工藝性能以及經(jīng)濟因素等進行全面考慮。,用途、工作條件、物理、化學、機械工藝性能、經(jīng)濟性。,零件材料,各種材料的化學成分和力學性能可在相關國標、行標和機械設計手

5、冊中查得。,為了材料供應和生產(chǎn)管理上的方便，應盡量縮減材料的品種。,96 公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先系數(shù),一、 公差與配合,互換性：零件在裝配時，不需要選擇和附加加工的就 能滿足預期技術與使用要求的特性。,基本尺寸：由設計圖紙給定的零件理論尺寸；為確定值。,實際尺寸：制造加工后測量所得零件尺寸；由于測量 有誤差，所以實際尺寸并非真值。相對于 基本尺寸而言，總是有誤差?；虼蠡蛐?實際尺寸,實際尺寸,實際尺寸,基本尺寸,實際尺寸,最小極限尺寸：零件滿足互換性要求的最小允許尺寸；,最大極限尺寸：零件滿足互換性要求的最大允許尺寸；,尺寸誤差 ：實際尺寸與理論設計尺寸之差；,上偏差 ：最大極限尺寸與基

6、本尺寸之差；符號：ES,es,下偏差 ：最小極限尺寸與基本尺寸之差；符號：EI,ei,尺寸公差：最大極限尺寸與最小極限尺寸之差；即 允許的尺寸變動量。,公差=Lmax- Lmax,=ES-EI,=es-ei,零線：代表基本尺寸所在位置的一條直線；,公差帶：由代表上、下偏差的兩條直線所限定的區(qū)域；,國標規(guī)定：孔與軸各有28個，分別用如下符號表示：,孔：A B C CD D E EF F FG G H JS K M N P R S T U V W X Y Z ZA ZB ZC,軸：a b c cd d e ef f fg g h js k m n p r s t u v w x y z za zb

7、 zc,基本偏差：標準表列的，用于確定公差帶相對于零線位置的上偏差或下偏差，一般為靠近零線的那個偏差。,孔：A B C CD D E EF F FG G H JS K M N P R S T U V W X Y Z ZA ZB ZC,軸：a b c cd d e ef f fg g h js k m n p r s t u v w x y z za zb zc,基本偏差系列,呈正態(tài)分布,配合：基本尺寸相同，相互結(jié)合的孔與軸公差帶之間 的關系；,間隙或過盈：孔的尺寸減去相配合軸的尺寸所得代數(shù)差；,間隙：代數(shù)差為“+”， 孔軸;,過盈：代數(shù)差為“-”， 孔軸，用于可動聯(lián)接，如活動鉸鏈；,孔軸，用于

8、靜聯(lián)接，如火車輪與軸。,可能有間隙，也可能具有過盈。用于 要求具有良好的同軸性而又便于拆裝 的靜聯(lián)接，如齒輪與軸；,最大間隙: Xmax = 孔max-軸min,最小間隙: Xmin = 孔min-軸max,最大過盈: Ymax = 孔min-軸max,最小過盈： Ymin = 孔max-軸min,間隙配合,過盈配合,過渡配合,Xmin= 0,Ymin= 0,配合 基準制,基孔制配合：孔是基準孔，下偏差EI=0， 代號為:H ， 通過改變軸的公差帶來或得各種不同的配合特性。,基孔制配合,基軸制配合,應用廣泛 ，可減少孔加工刀具,基軸制配合：軸是基準軸，上偏差es=0， 代號為:h ， 通過改變

9、孔的公差帶來或得各種不同的配合特性。,基孔制常用與優(yōu)先配合的選用,基軸制常用與優(yōu)先配合的選用,二、 表面粗糙度,中線,定義：零件表面的微觀幾何形狀誤差稱為表面粗糙度,特征：加工后零件表面留下的微細而凹凸不平的刀痕。,評定參數(shù)：輪廓算術平均偏差-取樣長度l內(nèi)，被測輪廓上各點至輪廓中線偏居絕對值的算術平均值：,Ra愈小，零件的加工成本愈高。,表面粗糙度對零件功能有重要的影響。例如：,1. 對摩擦磨損的影響,零件表面愈粗糙，摩擦系數(shù)愈大。但光滑到一定程度時，潤滑油被擠出，產(chǎn)生親和力反而使摩擦系數(shù)增大。,2. 對疲勞強度的影響,零件表面愈粗糙，在刀痕根部愈容易產(chǎn)生應力集中，使疲勞強度降低。,3. 對耐

10、腐蝕的影響,4. 對結(jié)合處密封性能的影響,5. 對振動和噪聲的影響等等,零件表面愈粗糙，在刀痕根部愈容易產(chǎn)生腐蝕滲透。,零件表面愈光滑，密封性能愈好。,零件表面愈粗糙，振動和噪聲愈大。如滾動軸承。,三、 優(yōu)先數(shù)系,優(yōu)先數(shù)系是國際上統(tǒng)一的數(shù)值分級制度，是一種無量綱的分級系數(shù)，適用于各種量值的分級。在確定產(chǎn)品的參數(shù)或參數(shù)系列時，應該最大限度采用。,產(chǎn)品的主要參數(shù)如：型號、直徑、轉(zhuǎn)速、承載量和功率等按優(yōu)先數(shù)系形成系列，便于組織生產(chǎn)和降低成本，以實現(xiàn)產(chǎn)品的標準化和系列化。,GB321-80規(guī)定了四個優(yōu)先數(shù)系的基本系列：,優(yōu)先數(shù)-表中任意一個數(shù)值。,大于10的優(yōu)先數(shù)，可將表數(shù)值分別乘以10、100、10

11、00 。,優(yōu)先數(shù)-表中任意一個數(shù)值。,大于10的優(yōu)先數(shù)，可將表數(shù)值分別乘以10、100、1000 。,97 機械零件的工藝性及標準化,一、工藝性,零件設計要求,使用要求-具備所要求的工作能力；,制造要求-制造工藝可行，成本低；,零件工藝性良好的標志： 在具體的生產(chǎn)條件下，零件要便于加工且費用低。,工藝性的基本要求： 1) 毛坯選擇合理,制備方法,毛坯選擇與生產(chǎn)批量、材料性能和加工可能性有關。,單件或小批量生產(chǎn)時，選用棒料、板材、型材或焊件。,應用于大批量生產(chǎn)。,用型材,焊接,鍛造,鑄造,沖壓,97 機械零件的工藝性及標準化,一、工藝性,零件設計要求,使用要求-具備所要求的工作能力；,制造要求-

12、制造工藝可行，成本低；,零件工藝性良好的標志： 在具體的生產(chǎn)條件下，零件要便于加工且費用低。,工藝性的基本要求： 1) 毛坯選擇合理,制備方法：選用型材、焊接、鑄造、鍛造、沖壓等。,毛坯選擇與生產(chǎn)批量、材料性能和加工可能性有關。,單件或小批量生產(chǎn)時，選用棒料、板材、型材或焊件。,大批量生產(chǎn)時，往往選用鑄造、鍛造、沖壓等方法。,2) 結(jié)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；,盡量減少加工面數(shù)和加工面積；,3) 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。,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面質(zhì)量。,盡量采用

13、標準件；,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(shù)等）的數(shù)量；,4) 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。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、粉末冶金等先進工藝滿足上述要求。,欲設計出工藝性良好的零件，設計者必須虛心向工藝技術人員和一線工人學習，在實踐中積累經(jīng)驗。,二、標準化,內(nèi)容： 1)產(chǎn)品品種規(guī)格的系列化 將同一類產(chǎn)品的主要參數(shù)、型式、尺寸、基本結(jié)構等依次分檔，制成系列化產(chǎn)品，以較少的規(guī)格品種滿足用戶的廣泛要求。,定義：標準化是在經(jīng)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，以獲得最佳秩序和效益。,2)零部件的通用化 將用途、結(jié)構相近的零部件（如軸承、螺栓等），經(jīng)過統(tǒng)一后實現(xiàn)互換；,3)產(chǎn)品質(zhì)量標準化 要保證產(chǎn)品產(chǎn)品質(zhì)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。,基本特征：統(tǒng)一、簡化。,意義： 1)制造上可以實現(xiàn)專業(yè)化大批量生產(chǎn)，既可提高產(chǎn)品質(zhì)量，又能降低成本；,2)設計方面可減少設計工作量；,