第九章設(shè)計(jì)總論

1、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)Fundamentals of Machine Design 俞愛林俞愛林廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院EMAIL：第九章第九章 機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)：1、機(jī)械零件的主要失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、機(jī)械零件的主要失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則2、載荷定義、應(yīng)力種類及強(qiáng)度計(jì)算方法、載荷定義、應(yīng)力種類及強(qiáng)度計(jì)算方法3、機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度計(jì)算方法、機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度計(jì)算方法 9-1 機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述 9-2 機(jī)械零件的強(qiáng)度 9-3 機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度 9-4 機(jī)械零件的耐磨性 9-5 機(jī)械制造中常用材料及其選擇 9-6 公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先數(shù)列 9

2、-7 機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化一、機(jī)械零件研究對(duì)象一、機(jī)械零件研究對(duì)象9-1 9-1 機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述 齒輪機(jī)構(gòu)（傳動(dòng)）齒輪機(jī)構(gòu)（傳動(dòng)）齒輪齒輪 傳動(dòng)件傳動(dòng)件 軸、軸承、套筒等軸、軸承、套筒等 軸系零件軸系零件 鍵鍵 聯(lián)接件聯(lián)接件機(jī)原：機(jī)構(gòu)機(jī)原：機(jī)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的單元運(yùn)動(dòng)的單元機(jī)設(shè)：零件機(jī)設(shè)：零件制造裝配的單元制造裝配的單元研究對(duì)象研究對(duì)象:在普通工作條件下工作的一般參數(shù)的通用零件和在普通工作條件下工作的一般參數(shù)的通用零件和 部件的設(shè)計(jì)部件的設(shè)計(jì) 零件：組成機(jī)器的基本要素零件：組成機(jī)器的基本要素 通用零件通用零件各類各類機(jī)器機(jī)器常能常能用到的零件用到的零件 螺栓、齒輪、軸螺栓、

3、齒輪、軸 專用零件專用零件特定類型特定類型機(jī)器機(jī)器才能才能用到的零件用到的零件 飛機(jī)螺旋槳、內(nèi)燃機(jī)曲軸、渦輪機(jī)葉片飛機(jī)螺旋槳、內(nèi)燃機(jī)曲軸、渦輪機(jī)葉片傳動(dòng)零件軸系零件聯(lián)接零件附件機(jī)架特點(diǎn)特點(diǎn)：繁雜（門類多、關(guān)系多、要求多、公式多、繁雜（門類多、關(guān)系多、要求多、公式多、 圖形多、表格多）圖形多、表格多）二、課程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法二、課程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法: :1 1、把握住每章的重點(diǎn)及分析處理問題的思路和基本、把握住每章的重點(diǎn)及分析處理問題的思路和基本方法方法-如何按已定的計(jì)算準(zhǔn)則來進(jìn)行設(shè)計(jì)如何按已定的計(jì)算準(zhǔn)則來進(jìn)行設(shè)計(jì)? ?2 2、其次：公式推導(dǎo)、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及曲線來源、其次：公式推導(dǎo)、經(jīng)驗(yàn)

4、數(shù)據(jù)及曲線來源 3 3、只記基本簡(jiǎn)單公式，稍復(fù)雜公式只需用不必記憶、只記基本簡(jiǎn)單公式，稍復(fù)雜公式只需用不必記憶 應(yīng)用（應(yīng)用（* *工作原理）及特點(diǎn)工作原理）及特點(diǎn)* *載荷及應(yīng)力分析載荷及應(yīng)力分析* *失效形式及材料選擇失效形式及材料選擇* *計(jì)算準(zhǔn)則計(jì)算準(zhǔn)則* *確定主要參數(shù)和尺寸確定主要參數(shù)和尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三、分析處理問題的思路三、分析處理問題的思路四、設(shè)計(jì)機(jī)械零件應(yīng)滿足的基本要求四、設(shè)計(jì)機(jī)械零件應(yīng)滿足的基本要求 （1 1）預(yù)定功能要求，能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能）預(yù)定功能要求，能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能 （2 2）預(yù)定的壽命內(nèi)不能失效，工作可靠）預(yù)定的壽命內(nèi)不能失效，工作可靠 （3 3）結(jié)

5、構(gòu)工藝性要求：加工、裝配）結(jié)構(gòu)工藝性要求：加工、裝配 （4 4）經(jīng)濟(jì)性要求）經(jīng)濟(jì)性要求五、機(jī)械零件的工作能力準(zhǔn)則五、機(jī)械零件的工作能力準(zhǔn)則1、機(jī)械零件常見失效形式2、工作能力準(zhǔn)則3、強(qiáng)度準(zhǔn)則4、剛度準(zhǔn)則5、耐磨性準(zhǔn)則6、耐熱性準(zhǔn)則7、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則1 機(jī)械零件常見失效形式 失效：失效：?jiǎn)适ьA(yù)定功能或預(yù)定功能指標(biāo)降低到許用值以下。喪失預(yù)定功能或預(yù)定功能指標(biāo)降低到許用值以下。失效的主要形式是破壞，但不僅僅指破壞。失效的主要形式是破壞，但不僅僅指破壞。常見主要失效形式有：常見主要失效形式有： 斷裂：如軸、齒輪輪齒發(fā)生斷裂斷裂：如軸、齒輪輪齒發(fā)生斷裂 表面點(diǎn)蝕：工作表面片狀剝落表面點(diǎn)蝕：工作表面片狀剝

6、落 塑性變形：零件發(fā)生永久性變形塑性變形：零件發(fā)生永久性變形 過大彈性變形過大彈性變形 表面破壞表面破壞 過大振動(dòng)和噪聲、過熱等過大振動(dòng)和噪聲、過熱等 例如軸可能的失效形式：例如軸可能的失效形式：斷裂、塑性變形、過大彈性變形、共振斷裂、塑性變形、過大彈性變形、共振強(qiáng)度問題強(qiáng)度問題剛度問題剛度問題耐磨性問題耐磨性問題Fn2 工作能力準(zhǔn)則 工作能力：工作能力：不失效條件下零件的安全工作限度不失效條件下零件的安全工作限度 這個(gè)限度通常是以零件承受載荷的大小來表示，所以又這個(gè)限度通常是以零件承受載荷的大小來表示，所以又常稱為常稱為“承載能力承載能力” 如：如： 吊鉤最大起重量吊鉤最大起重量50 kN

7、工作能力或承載能力工作能力或承載能力50 kN 工作能力準(zhǔn)則：工作能力準(zhǔn)則：衡量零件工作能力的指標(biāo)衡量零件工作能力的指標(biāo) 對(duì)零件設(shè)計(jì)，針對(duì)其主要失效形式選擇適對(duì)零件設(shè)計(jì)，針對(duì)其主要失效形式選擇適合的工作能力準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)合的工作能力準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì) 具體有：具體有：強(qiáng)度準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則、耐磨性準(zhǔn)強(qiáng)度準(zhǔn)則、剛度準(zhǔn)則、耐磨性準(zhǔn)則、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則、耐熱性準(zhǔn)則則、振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則、耐熱性準(zhǔn)則50 kN3 強(qiáng)度準(zhǔn)則 機(jī)械零件工作能力的最基本準(zhǔn)則機(jī)械零件工作能力的最基本準(zhǔn)則 強(qiáng)度：強(qiáng)度：材料抵抗斷裂或殘余變形的能力材料抵抗斷裂或殘余變形的能力 強(qiáng)度準(zhǔn)則：強(qiáng)度準(zhǔn)則：工作應(yīng)力工作應(yīng)力許用應(yīng)力許用應(yīng)力 或或 針對(duì)失效形式

8、：針對(duì)失效形式：斷裂、疲勞破壞、殘余變形斷裂、疲勞破壞、殘余變形 典型零部件：典型零部件：軸、齒輪、軸、齒輪、 帶輪等帶輪等Slim 正應(yīng)力：正應(yīng)力：Slim 剪應(yīng)力：剪應(yīng)力：極限應(yīng)力極限應(yīng)力4 剛度準(zhǔn)則 剛度：剛度：材料抵抗彈性變形的能力材料抵抗彈性變形的能力 剛度準(zhǔn)則：剛度準(zhǔn)則：實(shí)際變形量實(shí)際變形量許用變形量許用變形量 彎曲剛度：撓度條件：彎曲剛度：撓度條件： y y 傾角條件：傾角條件： 扭曲剛度：扭角條件：扭曲剛度：扭角條件：j j j j 針對(duì)失效形式：針對(duì)失效形式：過大的彈性變形過大的彈性變形 典型零部件：典型零部件：軸、蝸桿等軸、蝸桿等5 耐磨性準(zhǔn)則 耐磨性：耐磨性：零件抗磨損的

9、能力零件抗磨損的能力 磨損是相當(dāng)復(fù)雜的物理化學(xué)過程磨損是相當(dāng)復(fù)雜的物理化學(xué)過程 影響磨損的因素包括載荷的大小和性質(zhì)、滑動(dòng)速度、潤(rùn)滑影響磨損的因素包括載荷的大小和性質(zhì)、滑動(dòng)速度、潤(rùn)滑劑的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)等劑的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)等 具體有：具體有：磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、沖磨粒磨損、粘著磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、沖蝕磨損、微動(dòng)磨損蝕磨損、微動(dòng)磨損 耐磨性準(zhǔn)則：耐磨性準(zhǔn)則： P 針對(duì)失效形式：針對(duì)失效形式：零件表面破壞零件表面破壞 典型零部件：典型零部件：齒輪、軸承、鏈等齒輪、軸承、鏈等6 耐熱性準(zhǔn)則 高溫引起承載能力降低、蠕變，也會(huì)造成熱變形、附加熱高溫引起承載能力降低、蠕變，也

10、會(huì)造成熱變形、附加熱應(yīng)力，破壞正常的潤(rùn)滑條件，改變零件間的間隙，降低精應(yīng)力，破壞正常的潤(rùn)滑條件，改變零件間的間隙，降低精度等度等 耐熱性準(zhǔn)則：耐熱性準(zhǔn)則：工作溫度低于許用值工作溫度低于許用值 針對(duì)失效形式：針對(duì)失效形式：高溫引起的潤(rùn)滑不良、蠕變高溫引起的潤(rùn)滑不良、蠕變 典型零部件：典型零部件：蝸桿、齒輪、滑動(dòng)軸承等蝸桿、齒輪、滑動(dòng)軸承等7 振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則 共振：共振：當(dāng)機(jī)器的自振固有頻率當(dāng)機(jī)器的自振固有頻率f與周期性激振頻率相同或與周期性激振頻率相同或整數(shù)倍時(shí)，就會(huì)發(fā)生共振，此時(shí)振幅急劇增大，導(dǎo)致零件整數(shù)倍時(shí)，就會(huì)發(fā)生共振，此時(shí)振幅急劇增大，導(dǎo)致零件破壞或機(jī)器工作條件失常等破壞或機(jī)器工作條件失

11、常等 振動(dòng)穩(wěn)定性：振動(dòng)穩(wěn)定性：機(jī)器工作時(shí)振幅不能超過許可值機(jī)器工作時(shí)振幅不能超過許可值 振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則：振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則：0.85f fp 或或 1.15ffp 針對(duì)失效形式：針對(duì)失效形式：共振產(chǎn)生的工作失常共振產(chǎn)生的工作失常 典型零部件：典型零部件：軸等軸等9-2 9-2 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度一、載荷二、應(yīng)力三、機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算一、載荷一、載荷 載荷：載荷：作用于零件上的力或力矩作用于零件上的力或力矩 工作載荷：工作載荷：機(jī)器正常工作時(shí)所受的實(shí)際載荷機(jī)器正常工作時(shí)所受的實(shí)際載荷 名義載荷：名義載荷：理想工作條件下的載荷理想工作條件下的載荷 計(jì)算載荷：計(jì)算載荷：作用于零件的實(shí)際載荷，考

12、慮各種附加載荷作用于零件的實(shí)際載荷，考慮各種附加載荷 計(jì)算載荷計(jì)算載荷=K 名義載荷名義載荷載荷系數(shù)載荷系數(shù)隨機(jī)變應(yīng)力隨機(jī)變應(yīng)力1 靜應(yīng)力：不隨時(shí)間變化的應(yīng)力：不隨時(shí)間變化的應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力二、應(yīng)力二、應(yīng)力變應(yīng)力：變應(yīng)力：不穩(wěn)定變應(yīng)力：規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力和隨機(jī)變應(yīng)力不穩(wěn)定變應(yīng)力：規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力和隨機(jī)變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力一個(gè)循環(huán)OOtt2 變應(yīng)力：隨時(shí)間變化的應(yīng)力：隨時(shí)間變化的應(yīng)力atm穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力3、穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的基本參數(shù)和種類 1 1）基本參數(shù)）基本參數(shù) 應(yīng)力循環(huán)特性應(yīng)力循環(huán)特性（應(yīng)力比）（應(yīng)力比）ammaxammin2minmax

13、m2minmaxamaxmin最大應(yīng)力最大應(yīng)力最小應(yīng)力最小應(yīng)力平均應(yīng)力平均應(yīng)力應(yīng)力幅應(yīng)力幅2 2）穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力種類）穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力種類=+1=+1 靜應(yīng)力靜應(yīng)力 = =1 1 對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)=0=0脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力 -10 0 1非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力t tmaxmaxminmin m m a at 靜應(yīng)力=+1tt對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力=1t脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力= 0非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力-1 00 1注意：注意：1、最大、最小應(yīng)力都是代數(shù)值，以絕對(duì)值較大者為最大應(yīng)力，、最大、最小應(yīng)力都是代數(shù)值，以絕對(duì)值較大者為最大應(yīng)力，并規(guī)定它為正號(hào)，按照這樣的規(guī)定，循環(huán)特征的范圍為：并規(guī)定

14、它為正號(hào)，按照這樣的規(guī)定，循環(huán)特征的范圍為：2、靜應(yīng)力只能由靜載荷產(chǎn)生，而變應(yīng)力可能由變載荷產(chǎn)生，、靜應(yīng)力只能由靜載荷產(chǎn)生，而變應(yīng)力可能由變載荷產(chǎn)生， 也可能由靜載荷產(chǎn)生。也可能由靜載荷產(chǎn)生。1 靜應(yīng)力下的許用應(yīng)力 SB SS破壞形式破壞形式 斷裂或塑性變形斷裂或塑性變形塑性材料塑性材料: :取屈服極限作為極限應(yīng)力取屈服極限作為極限應(yīng)力脆性材料脆性材料: :取強(qiáng)度極限作為極限應(yīng)力取強(qiáng)度極限作為極限應(yīng)力三、機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算三、機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算 疲勞破壞特征：疲勞破壞特征： 1 1）破壞時(shí)的應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的靜強(qiáng)度極限；）破壞時(shí)的應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的靜強(qiáng)度極限； 2 2）無明顯塑性變形的脆性突然斷裂

15、；）無明顯塑性變形的脆性突然斷裂； 3 3）在循環(huán)應(yīng)力多次反復(fù)作用下產(chǎn)生）在循環(huán)應(yīng)力多次反復(fù)作用下產(chǎn)生, ,即疲勞斷裂是即疲勞斷裂是 損傷的累積損傷的累積; ;疲勞斷裂與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)密切相關(guān)疲勞斷裂與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)密切相關(guān) 4 4）對(duì)零件的材料、形狀、尺寸、表面狀態(tài)、使用）對(duì)零件的材料、形狀、尺寸、表面狀態(tài)、使用 條件等都非常敏感。條件等都非常敏感。2 變應(yīng)力下的許用應(yīng)力機(jī)械零件在變應(yīng)力作用下產(chǎn)生的破壞稱為疲勞破壞機(jī)械零件在變應(yīng)力作用下產(chǎn)生的破壞稱為疲勞破壞1 1）疲勞曲線）疲勞曲線 應(yīng)力循環(huán)特性一定時(shí)，表示應(yīng)力應(yīng)力循環(huán)特性一定時(shí)，表示應(yīng)力 與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N N間的間的關(guān)系曲線。關(guān)

16、系曲線。( (求材料在不同求材料在不同N N下的疲勞極限下的疲勞極限) )它是取同一它是取同一r r不同不同N N值時(shí)做實(shí)驗(yàn)所得。不同材料具有不同疲勞曲線。值時(shí)做實(shí)驗(yàn)所得。不同材料具有不同疲勞曲線。N1N0rNNCNmrN當(dāng)當(dāng)NNNN0 0 : : rNrN= = -1 -1 當(dāng)當(dāng) -1-1無限循環(huán)不破壞無限循環(huán)不破壞rNrN：對(duì)應(yīng)：對(duì)應(yīng)N N的疲勞極限的疲勞極限NNrN rN 用用1 1表示材料在對(duì)稱情況下的疲勞表示材料在對(duì)稱情況下的疲勞極限極限(N=N(N=N0 0) )N N0 0循環(huán)基數(shù)循環(huán)基數(shù)當(dāng)當(dāng)N NN N0 0 : :01NNmmrNmrNNN01對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)N N0 0的應(yīng)力稱為材

17、料的的應(yīng)力稱為材料的疲勞極限疲勞極限2 2）變應(yīng)力下的許用應(yīng)力）變應(yīng)力下的許用應(yīng)力取材料的取材料的疲勞極限疲勞極限作為極限應(yīng)力（無限壽命下的作為極限應(yīng)力（無限壽命下的許用應(yīng)力）許用應(yīng)力）Sk11當(dāng)應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)變化時(shí)：當(dāng)應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)變化時(shí)：零件的尺寸系數(shù)零件的尺寸系數(shù) 零件的表面狀態(tài)系數(shù)零件的表面狀態(tài)系數(shù)k k零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)零件的有效應(yīng)力集中系數(shù)Sk00當(dāng)應(yīng)力是脈動(dòng)循環(huán)變化時(shí)：當(dāng)應(yīng)力是脈動(dòng)循環(huán)變化時(shí)：安全系數(shù)：參考相關(guān)資料安全系數(shù)：參考相關(guān)資料9-3 9-3 機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度 高副零件工作時(shí)，理論上是點(diǎn)接觸或線接觸高副零件工作時(shí)，理論上是點(diǎn)接觸或線接觸實(shí)際上由于實(shí)

18、際上由于接觸部分的局部彈性變形而形成面接觸接觸部分的局部彈性變形而形成面接觸由于接觸面積很小，由于接觸面積很小，使表層產(chǎn)生的局部應(yīng)力很大。該應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力。在表面接使表層產(chǎn)生的局部應(yīng)力很大。該應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力。在表面接觸應(yīng)力作用下的零件強(qiáng)度稱為觸應(yīng)力作用下的零件強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度接觸強(qiáng)度在接觸應(yīng)力的反復(fù)作用下，在接觸應(yīng)力的反復(fù)作用下，首先在表層內(nèi)約首先在表層內(nèi)約20 處產(chǎn)處產(chǎn)生疲勞裂紋，然后裂紋逐漸生疲勞裂紋，然后裂紋逐漸擴(kuò)展，最后使表面金屬呈小擴(kuò)展，最后使表面金屬呈小片剝落片剝落 疲勞點(diǎn)蝕疲勞點(diǎn)蝕疲勞點(diǎn)蝕是齒輪、滾動(dòng)軸承疲勞點(diǎn)蝕是齒輪、滾動(dòng)軸承等零件的主要失效形式。等零件的主要失效形式。m)

19、1()1()11(22212121EEbFnH兩圓柱體接觸接觸應(yīng)力（線接觸）兩圓柱體接觸接觸應(yīng)力（線接觸）計(jì)算依據(jù)：彈性力學(xué)的赫茲公式計(jì)算依據(jù)：彈性力學(xué)的赫茲公式接觸強(qiáng)度的判斷條件：接觸強(qiáng)度的判斷條件：HHHHHSlim而例例1 1：當(dāng)三個(gè)相同的零件甲、乙、丙承受的：當(dāng)三個(gè)相同的零件甲、乙、丙承受的maxmax是相同的，但是相同的，但應(yīng)力的循環(huán)特性應(yīng)力的循環(huán)特性分別為分別為+1+1，0 0，一，一1 1，其中，最易疲勞損傷，其中，最易疲勞損傷的零件是的零件是。答：丙例例2 2：零件受交變應(yīng)力時(shí)，：零件受交變應(yīng)力時(shí)，N N次循環(huán)時(shí)的疲勞極限次循環(huán)時(shí)的疲勞極限為為 ，其中代號(hào)注腳其中代號(hào)注腳“r

20、r”代表代表_。 A. B. C. D. rNNrKammamaxminminmax例例3：零件工作時(shí)可能出現(xiàn)塑性變形時(shí)，應(yīng)按零件工作時(shí)可能出現(xiàn)塑性變形時(shí)，應(yīng)按 準(zhǔn)則計(jì)算；準(zhǔn)則計(jì)算；零件工作時(shí)可能發(fā)生斷裂時(shí)，應(yīng)按零件工作時(shí)可能發(fā)生斷裂時(shí)，應(yīng)按 準(zhǔn)則計(jì)算；準(zhǔn)則計(jì)算；零件工作時(shí)產(chǎn)生的彈性變形可能超過允許的極限時(shí)應(yīng)按零件工作時(shí)產(chǎn)生的彈性變形可能超過允許的極限時(shí)應(yīng)按 準(zhǔn)則計(jì)算。準(zhǔn)則計(jì)算。A A 強(qiáng)度強(qiáng)度 B B 剛度剛度 C C 壽命壽命 D D 振動(dòng)穩(wěn)定性振動(dòng)穩(wěn)定性 E E 可靠性可靠性例例5：應(yīng)力變化曲線如圖所示，：應(yīng)力變化曲線如圖所示，該變應(yīng)力的循環(huán)特性為：該變應(yīng)力的循環(huán)特性為：例例4：一對(duì)齒輪

21、作單向傳動(dòng)，：一對(duì)齒輪作單向傳動(dòng)，輪齒的彎曲應(yīng)力可看成哪類循輪齒的彎曲應(yīng)力可看成哪類循環(huán)變應(yīng)力環(huán)變應(yīng)力9-4 9-4 機(jī)械零件的耐磨性機(jī)械零件的耐磨性摩擦表面物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象稱為摩擦表面物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損磨損。耐磨性耐磨性：零件抗磨損的能力稱為耐磨性：零件抗磨損的能力稱為耐磨性磨損的類型磨損的類型磨料磨損磨料磨損：油不凈，硬質(zhì)顆?；虼植谟脖砻嬖谲洷砻嫔系那校河筒粌?，硬質(zhì)顆?；虼植谟脖砻嬖谲洷砻嫔系那?削或刮擦作用引起的材料脫落削或刮擦作用引起的材料脫落粘著磨損（膠合）：粘著磨損（膠合）：壓力作用壓力作用局部溫升高局部溫升高粘著（焊接）粘著（焊接） 相對(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)撕脫、剪切撕脫、剪切

22、材料轉(zhuǎn)移材料轉(zhuǎn)移 疲勞磨損（點(diǎn)蝕）：疲勞磨損（點(diǎn)蝕）：交變接觸應(yīng)力交變接觸應(yīng)力裂紋擴(kuò)展裂紋擴(kuò)展表面剝落表面剝落 麻點(diǎn)、凹坑麻點(diǎn)、凹坑 腐蝕磨損：腐蝕磨損：金屬表面與周圍介質(zhì)化學(xué)反應(yīng)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中造金屬表面與周圍介質(zhì)化學(xué)反應(yīng)，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中造 成表面材料損失成表面材料損失耐磨計(jì)算：耐磨計(jì)算： pp 高速時(shí)，要考慮發(fā)熱量：高速時(shí)，要考慮發(fā)熱量：pvpv 鋼和鑄鐵，其次是有色金屬和非金屬鋼和鑄鐵，其次是有色金屬和非金屬9-5 9-5 機(jī)械制造常用材料及其選擇機(jī)械制造常用材料及其選擇 1 金屬材料（1 1）鑄鐵）鑄鐵: : 含含2 2的鐵碳合金稱為鑄鐵的鐵碳合金稱為鑄鐵 良好的液態(tài)流動(dòng)性（易成型）、吸振

23、、耐磨、價(jià)廉。良好的液態(tài)流動(dòng)性（易成型）、吸振、耐磨、價(jià)廉。（2 2）鋼）鋼: : 含量含量2 2的鐵碳合金稱為鋼的鐵碳合金稱為鋼 具有高的強(qiáng)度、韌性和塑性，可用熱處理改變其特性具有高的強(qiáng)度、韌性和塑性，可用熱處理改變其特性 按化學(xué)成分，鋼分為：按化學(xué)成分，鋼分為： A.A.碳素鋼：低碳鋼碳素鋼：低碳鋼(C)0.25%(C)0.25%、中碳鋼、中碳鋼(C)=0.25%(C)=0.25%0.55% 0.55% 高碳鋼高碳鋼 (C) (C) 0.55% (0.55% (性質(zhì)取決于含碳量性質(zhì)取決于含碳量, ,含碳含碳 量越高，則強(qiáng)度越高）量越高，則強(qiáng)度越高） B.B.合金鋼（加入了合金元素的鋼）合金

24、鋼（加入了合金元素的鋼）一、常用材料一、常用材料按用途鋼分為：結(jié)構(gòu)鋼（制造各種機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)的構(gòu)件）按用途鋼分為：結(jié)構(gòu)鋼（制造各種機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)的構(gòu)件） 工具鋼（制造各種刃具、模具和量具）工具鋼（制造各種刃具、模具和量具） 特殊鋼（如不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼等，用于特殊鋼（如不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼等，用于) )常用鋼鐵材料的牌號(hào)及力學(xué)性能見表常用鋼鐵材料的牌號(hào)及力學(xué)性能見表9-19-1（3 3）銅合金：）銅合金：分為：青銅和黃銅分為：青銅和黃銅 黃銅：銅和鋅的合金，塑性和流動(dòng)性好，可輾壓和鑄造黃銅：銅和鋅的合金，塑性和流動(dòng)性好，可輾壓和鑄造 青銅：減摩和抗腐蝕較好青銅：減摩和抗腐蝕較好2

25、 非金屬材料（1 1）橡膠：）橡膠：彈性好，能吸收震動(dòng)和緩和沖擊彈性好，能吸收震動(dòng)和緩和沖擊（2 2）塑料：）塑料：比重小，易于制成形狀復(fù)雜的零件，應(yīng)用越來越廣泛比重小，易于制成形狀復(fù)雜的零件，應(yīng)用越來越廣泛二、材料熱處理二、材料熱處理1 目的2 方法退火退火退火、正火、淬火、回火、表面熱處理退火、正火、淬火、回火、表面熱處理正火正火將零件加熱到某一溫度將零件加熱到某一溫度保溫保溫隨爐冷卻隨爐冷卻加熱到某一溫度加熱到某一溫度保溫保溫較快冷卻較快冷卻( (例空冷例空冷) ) 消除內(nèi)應(yīng)力消除內(nèi)應(yīng)力, ,硬度減小硬度減小改善切削性能改善切削性能 （1 1）改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)）改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu) 提高材料

26、力學(xué)性能提高材料力學(xué)性能 （2 2）消除內(nèi)應(yīng)力）消除內(nèi)應(yīng)力( (加工加工, ,熱處理熱處理) ) 韌度韌度, ,強(qiáng)度有所提高強(qiáng)度有所提高 消除內(nèi)應(yīng)力消除內(nèi)應(yīng)力( (不如退火不如退火) )淬火淬火回火回火硬度大大提高硬度大大提高耐磨性耐磨性, ,疲勞強(qiáng)度提高疲勞強(qiáng)度提高內(nèi)應(yīng)力增大內(nèi)應(yīng)力增大需消除需消除( (回火回火) )綜合力學(xué)性能較好綜合力學(xué)性能較好( (強(qiáng)度、硬度、塑性、強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性韌性) ) 重要零件重要零件 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)內(nèi)應(yīng)力及脆性均較大內(nèi)應(yīng)力及脆性均較大, ,硬度硬度, ,彈性彈性彈簧彈簧內(nèi)應(yīng)力及脆性均內(nèi)應(yīng)力及脆性均, , 硬度及強(qiáng)度均較高硬度及強(qiáng)度均較高刀具刀具高溫高溫加熱到某

27、一溫度加熱到某一溫度保溫保溫急速冷卻急速冷卻 將將淬硬的鋼件淬硬的鋼件加熱到某一溫度加熱到某一溫度( (較低較低) )保溫保溫冷卻冷卻( (空冷空冷) )低溫低溫中溫中溫表面熱處理表面熱處理強(qiáng)化零件表面強(qiáng)化零件表面表面淬火表面淬火, ,化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理 表面硬度及耐磨性表面硬度及耐磨性芯部韌性不變芯部韌性不變將某種化學(xué)元素將某種化學(xué)元素( (活性原子活性原子) )滲入滲入零件表面零件表面力學(xué)性能力學(xué)性能 表面很硬表面很硬, ,芯韌芯韌表面硬度、耐磨性、表面硬度、耐磨性、抗蝕性、疲勞強(qiáng)度抗蝕性、疲勞強(qiáng)度表面迅速加熱表面迅速加熱急冷急冷低溫回火低溫回火滲碳滲碳( (碳原子碳原子):):氮化氮化

28、( (氮原子氮原子):):氰化氰化( (碳碳+ +氮氮):):表面淬火表面淬火化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理 彈性極限：彈性極限： P 抗拉強(qiáng)度：抗拉強(qiáng)度： B 屈服強(qiáng)度：屈服強(qiáng)度： S ( 0.2 )硬度：硬度：HBS:布氏硬度布氏硬度硬度機(jī)壓頭為淬火鋼球，不能測(cè)太硬的材料，一般硬度機(jī)壓頭為淬火鋼球，不能測(cè)太硬的材料，一般HBS450HRC、HRB、HRA:洛氏硬度洛氏硬度120金剛石錐體，載荷金剛石錐體，載荷150kgf,不能冊(cè)硬、脆的薄層零件不能冊(cè)硬、脆的薄層零件HV:維氏硬度維氏硬度136 金剛石四角錐體，載荷小，金剛石四角錐體，載荷小，5-30kgf顯微硬度顯微硬度三種硬度單位之比較：三種硬度

29、單位之比較：HV(維氏維氏) HBS(布氏布氏)；HRC(洛氏洛氏)10 HBS p S B A AB BCDE三、材料力學(xué)性能指標(biāo)三、材料力學(xué)性能指標(biāo) 使用要求使用要求：使用環(huán)境、載荷性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、重要程度使用環(huán)境、載荷性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、重要程度. 工藝要求工藝要求：零件及其毛坯的形狀、批量、加工方法零件及其毛坯的形狀、批量、加工方法. 經(jīng)濟(jì)要求經(jīng)濟(jì)要求：材料價(jià)格結(jié)合加工費(fèi)用、材料利用率材料價(jià)格結(jié)合加工費(fèi)用、材料利用率.四、材料的選擇原則四、材料的選擇原則9-6 9-6 公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先數(shù)列公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先數(shù)列 批量零件應(yīng)有互換性，即裝配時(shí)不需要選擇和再加工。批量零件應(yīng)有互換

30、性，即裝配時(shí)不需要選擇和再加工。 為實(shí)現(xiàn)零件的互換性，必須保證零件的尺寸在一個(gè)合理的范為實(shí)現(xiàn)零件的互換性，必須保證零件的尺寸在一個(gè)合理的范圍內(nèi)；即加工的零件尺寸必須在兩個(gè)允許的極限尺寸之間圍內(nèi)；即加工的零件尺寸必須在兩個(gè)允許的極限尺寸之間公差公差：這兩個(gè)極限尺寸之差：這兩個(gè)極限尺寸之差如圖：零線代表基本尺寸的位置。由上下偏差的兩條直線所限定如圖：零線代表基本尺寸的位置。由上下偏差的兩條直線所限定的區(qū)域稱為公差帶的區(qū)域稱為公差帶上偏差上偏差下偏差下偏差一、公差與配合一、公差與配合公差代號(hào)：孔與軸的公差帶位置各有公差代號(hào)：孔與軸的公差帶位置各有28個(gè)。分別用大小寫拉丁字個(gè)。分別用大小寫拉丁字母表示

31、母表示軸軸小寫小寫 f f、k k、r r孔孔大寫大寫 H H、G G、K K公差等級(jí)公差等級(jí)( (尺寸精度等級(jí)尺寸精度等級(jí)):1):12020級(jí)，常用級(jí)，常用4 41111級(jí)級(jí)置于公差代號(hào)之后置于公差代號(hào)之后軸軸(f7(f7、k7k7、r7); r7); 孔孔(F7(F7、H7H7、K7)K7)配合：配合：基本尺寸相同、相互結(jié)合的孔與軸的基本尺寸相同、相互結(jié)合的孔與軸的公差帶之間的關(guān)系公差帶之間的關(guān)系 間隙間隙配合配合孔軸孔軸 過渡過渡配合配合孔軸或孔軸孔軸或孔軸 過盈過盈配合配合孔軸孔軸35H7/f635H7/f635H7/k635H7/k635H7/r635H7/r6配合制度：基孔制和基

32、軸制配合制度：基孔制和基軸制基孔制：孔是基準(zhǔn)孔，下偏差為零，代號(hào)為基孔制：孔是基準(zhǔn)孔，下偏差為零，代號(hào)為H，各種配合是靠，各種配合是靠 改變軸的公差來實(shí)現(xiàn)改變軸的公差來實(shí)現(xiàn)基軸制：軸是基準(zhǔn)軸，上偏差為零，代號(hào)為基軸制：軸是基準(zhǔn)軸，上偏差為零，代號(hào)為h，各種配合特性，各種配合特性 是靠改變孔的公差來實(shí)現(xiàn)是靠改變孔的公差來實(shí)現(xiàn)公差與公差與配合的選用：配合的選用：1、在滿足使用要求的條件下，盡可能選低的等級(jí)；等級(jí)高于或、在滿足使用要求的條件下，盡可能選低的等級(jí)；等級(jí)高于或 等于等于8級(jí)時(shí)，孔比軸低一級(jí)；低于級(jí)時(shí)，孔比軸低一級(jí)；低于8級(jí)，軸與孔同級(jí)。級(jí)，軸與孔同級(jí)。2、優(yōu)先選用基孔制、優(yōu)先選用基孔制3 3、盡可能選用優(yōu)先配合、盡可能選用優(yōu)先配合( (查手冊(cè)，如課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表查手冊(cè)，如課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表18-518-5）（評(píng)定）輪廓算術(shù)平均偏差（評(píng)定）輪廓算術(shù)平均偏差( (表面粗糙度表面粗糙度):):在被測(cè)量的基在被測(cè)量的基本長(zhǎng)度內(nèi)，輪廓上各點(diǎn)至輪廓中線偏距絕對(duì)值的算數(shù)平均值本長(zhǎng)度內(nèi)，輪廓上各點(diǎn)至輪廓中線偏距絕對(duì)值的算數(shù)平均值二、表面粗糙度二、表面粗糙度 近似為：近似為：零件表面的微觀幾何形狀誤差零件表面的微觀幾何形狀誤差中線中線：規(guī)定的測(cè)量基準(zhǔn)線，該線能使在測(cè)