機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)概述(全)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)概述第一章 金屬材料的有關(guān)問(wèn)題（一） 金屬材料的機(jī)械性能金屬零件受一定外力作用時(shí)，對(duì)金屬材料有一定的破壞作用。因此要求金屬材料具有抵抗外力的作用而不被破壞的性能，這種性能稱為機(jī)械性能。金屬材料的機(jī)械性能主要包括：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度等。它們的具體數(shù)值是在專門的試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定出來(lái)的。1、金屬材料的變形和應(yīng)力金屬材料受外力作用時(shí)引起的形狀改變稱為變形。變形分為彈性變形（當(dāng)外力取消后，變形消失并恢復(fù)到原來(lái)形狀）和塑性變形（當(dāng)外力除去后，不能恢復(fù)到原來(lái)形狀，保留一部分殘余形變）。當(dāng)金屬材料受外力作用時(shí)，其內(nèi)部還將產(chǎn)生一個(gè)與外力相對(duì)抗的內(nèi)力，它的大

2、小與外力相等，方向相反。單位截面上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。在拉伸和壓縮時(shí)應(yīng)力用符號(hào)表示。=P/F式中： 應(yīng)力，MPa;P 拉伸外力，N；F 試樣的橫截面積，mm2。2、強(qiáng)度強(qiáng)度是金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。強(qiáng)度可通過(guò)拉力試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。將圖（a）所示標(biāo)準(zhǔn)樣安裝在拉力試驗(yàn)機(jī)上，對(duì)其施加一個(gè)平穩(wěn)而無(wú)沖擊逐漸遞增的軸向拉力，隨著拉力的增加試樣產(chǎn)生形變?nèi)鐖D（B）直到斷裂如圖（C）。以試樣的受拉力P為縱坐標(biāo)，伸長(zhǎng)值L為橫坐標(biāo)，給制出拉伸曲線。OE段：負(fù)荷與伸長(zhǎng)成線性關(guān)系，是材料的彈性變形階段。金屬材料由彈性變形過(guò)渡到塑性變形時(shí)的應(yīng)力稱為彈性極限，用e表示。e=Pe/Fo式中： e 彈性極限，MPa；Pe 材料

3、開始塑性變形時(shí)的負(fù)荷，N；Fo 試樣原橫截面積，2 。當(dāng)負(fù)荷超過(guò)E點(diǎn)，試樣開始產(chǎn)生塑性變形，這一段曲線幾乎呈水平，表明試樣在拉伸過(guò)程中，負(fù)荷不增加甚至有降低，試樣繼續(xù)塑性形變，材料喪失了抵抗變形的能力。這種現(xiàn)象稱為屈服。產(chǎn)生現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力稱為屈服點(diǎn)，用s表示。s=Ps/Fo式中： s 屈服點(diǎn)，Mpa ；Ps 材料產(chǎn)生明顯形變時(shí)的負(fù)荷，N；Fo 試樣原橫截面積，2 。負(fù)荷超過(guò)S點(diǎn)后，形變量隨負(fù)荷增加而急劇增加，當(dāng)過(guò)B點(diǎn)，形變部位出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，試樣已不能抵抗外力作用，在K點(diǎn)發(fā)生斷裂。試樣拉斷前能承受的最大負(fù)荷 Pb所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為抗拉強(qiáng)度，用b表示。b= Pb/Fo式中： b 抗拉強(qiáng)度，Mpa ；

4、Pb 試樣拉斷前的最大拉力，N；Fo 原橫截面積，2 。屈服強(qiáng)度（s），抗拉強(qiáng)度（b）和屈強(qiáng)比（屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比s/b）是評(píng)定金屬材料質(zhì)量的重要機(jī)械性能指標(biāo)，是設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)之一。3、塑性 塑性是金屬材料受外力作用時(shí)斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。通常用兩種方法來(lái)表示。（1） 伸長(zhǎng)率：試樣拉斷后標(biāo)距部分所增加的長(zhǎng)度與原標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比，用表示。=（L1L0）/L0×100%式中： 試樣的伸長(zhǎng)率，%；L1 試樣拉斷后標(biāo)距長(zhǎng)度，；L0 試樣原標(biāo)距長(zhǎng)度，.(2) 斷面收縮率：試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原截面積的百分比，用表示。式中 試樣的斷面收縮率，%；F0 試樣原橫截面

5、積，2 。F1 試樣拉斷后縮頸處的最小橫截面積，2 。、的數(shù)值越大，說(shuō)明金屬材料的塑性越好，反之亦然。良好的塑性是金屬材料進(jìn)行塑性加工的必要條件。4、硬度硬度是金屬材料抵抗外物壓入其表面的能力，一般說(shuō)，硬度高的材料耐磨性較好，強(qiáng)度也比較高。硬度是評(píng)價(jià)金屬材料質(zhì)量的機(jī)械性能指標(biāo)，也是機(jī)械零件設(shè)計(jì)要求的技術(shù)條件之一。生產(chǎn)中有不同的測(cè)定方法，常用的有布氏硬度和洛氏硬度。(1) 布氏硬度：用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，以相應(yīng)的試驗(yàn)力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保荷時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，測(cè)量試樣表面壓痕直徑。以壓痕球狀表面積所承受的平均負(fù)荷作為布氏硬度值，用符號(hào)HBS（HBW）表示。HBS（HBW）=式中：HBS（

6、HBW） 布氏硬度值，kgf2 ; P 加在淬火鋼球上的負(fù)荷，kgf； D 淬火鋼球直徑，。壓頭為鋼球時(shí)用HBS，適用于布氏硬度值在450以下的材料，如鑄鐵和有色金屬。壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)用HBW，適用于布氏硬度值在650以下的材料。（2）洛氏硬度：用壓頭壓入的壓痕深度表示材料的硬度值。壓痕越深表示材料越軟，硬度值越低。兩種硬度可以利用特制的表格進(jìn)行換算。 硬度表示金屬材料在局部范圍內(nèi)對(duì)塑性變形的抗力，所以硬度與強(qiáng)度間有一定的換算關(guān)系。5、沖擊韌性沖擊韌性是金屬材料抗擊沖擊負(fù)荷的能力?，F(xiàn)在普通采用一次擺錘沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定材料的沖擊韌性。實(shí)驗(yàn)表明，材料受小能量多次重復(fù)沖擊的能力，主要取決于材料強(qiáng)度。

7、強(qiáng)度越高，壽命越長(zhǎng)，設(shè)計(jì)中可不必過(guò)分追求高沖擊值。6、疲勞強(qiáng)度實(shí)際中許多工件所承受負(fù)荷的方向和大小是周期變化的。這種周期變化的負(fù)荷稱為交變負(fù)荷。金屬工件在交變負(fù)荷作用下，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間工作而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱為金屬疲勞。在交變負(fù)荷作用下金屬工件所受應(yīng)力大小和斷裂前應(yīng)力交變循環(huán)的次數(shù)有關(guān)。應(yīng)力越大，則斷裂前能隨承受的循環(huán)次數(shù)越低。當(dāng)鋼鐵材料的循環(huán)次數(shù)達(dá)到107，有色金屬的循環(huán)次數(shù)達(dá)到108 時(shí)，若試樣仍不發(fā)生疲勞破壞，其最大應(yīng)力稱為該材料的疲勞極限。當(dāng)應(yīng)力交變循環(huán)對(duì)稱時(shí)，疲勞極限用-1表示。生產(chǎn)中多數(shù)金屬工件是在交變負(fù)荷下工作的，疲勞破壞是破裂的主要形式。因此疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)是材料的重要強(qiáng)度計(jì)算之一。另外，

8、改善零件結(jié)構(gòu)形狀避免應(yīng)力集中；降低表面粗糙度；采取表面強(qiáng)化處理等都能有效提高金屬工件的抗疲勞能力。（二）金屬材料的其他性能1、金屬材料的物理性能包括比重、溶點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和膨脹性等。工件用途不同，對(duì)金屬材料的物理性能要求不一樣2、金屬材料的化學(xué)性能主要指金屬材料在定溫或高溫條件下抵抗活潑介質(zhì)對(duì)其浸蝕的能力。3、金屬材料的工藝性能是金屬材料物理和化學(xué)性能的綜合，是否易于加工成型的能力。按工藝方法不同，工藝性能主要有鑄造性能、鍛造性能、焊接性和切削加工性能。在設(shè)計(jì)零件及選擇加工方法時(shí)要考慮材料的工藝性能。（三）鐵碳合金的基本組織及性能普通碳鋼和鑄鐵均屬鋼碳合金范疇，合金鋼和合金鑄鐵是有意加入合

9、金元素的鐵碳合金。鐵和碳是鋼鐵材料的兩個(gè)最基本的組元。目前應(yīng)用的鐵碳合金，其含碳量均在6.69%以下，當(dāng)含碳量大于6.69%的鐵碳合金脆性極大，沒(méi)有實(shí)用意義。含碳量小于2.11%的鐵碳合金稱為鋼，含碳量大于2.11%的鐵碳合金稱為生鐵。一切固態(tài)物質(zhì)，根據(jù)其內(nèi)部原子的聚集狀態(tài)可分為晶體與非晶體兩大類。晶體內(nèi)部的原子在空間作規(guī)則的排列，如食鹽、金剛石、石墨和所有的金屬都是晶體。非晶體內(nèi)部的原子則雜亂無(wú)章地?zé)o規(guī)則的規(guī)程，如玻璃、瀝青、石臘和松香等都是非晶體。大多數(shù)金屬在固態(tài)下的晶格保持不變，但是有些金屬，如鐵、鋅、銻、錳、鉬等在固態(tài)下，隨著溫度的變化，其晶體結(jié)構(gòu)還會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，這種晶體形式的轉(zhuǎn)變稱為同

10、素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過(guò)程也是重結(jié)晶過(guò)程。如純鐵的溶點(diǎn)為1534和912時(shí)先后發(fā)生兩次晶格形式的轉(zhuǎn)變；在15381394時(shí)為體心立方晶格，稱為鐵，1394912為面心立方晶格，稱鐵，在912以下為體心立方晶格，稱為鐵。鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是鋼鐵能夠進(jìn)行熱處理的重要依據(jù)。各種金屬材料具有不同的性能，這是由于其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)決定的。在液態(tài)時(shí)，鐵和碳可以溶解為一個(gè)均勻的液相。在固態(tài)時(shí)，它可以形成固溶體、化合物或混合物。固溶體是合金中一種組元（溶劑）溶解其他組元（溶質(zhì)），或組元之間互相溶解而形成的一種均勻固相，形成單一的均勻物質(zhì)，其中所溶解的組元在顯微鏡下也區(qū)別不出來(lái)。金屬化合物，是兩組元相互作用而形成的

11、一種新的具有金屬特性的物質(zhì)。其晶體結(jié)構(gòu)與性能和兩組元都不同，如鐵碳合金中鐵和碳組成的碳化物稱為滲碳體，化學(xué)式為Fe3C。混合物是純金屬，固溶體或化合物按一定重量比例組成的均勻物質(zhì)。混合物中多部分仍按自己原來(lái)的晶格形式結(jié)合而成晶體，顯微鏡下可區(qū)別出多組元的晶體。絕大多數(shù)工業(yè)用合金都是混合物，其性能取決于這些混合物多部分的性能及它們的形態(tài)、大小和分布。鐵碳合金的基本組織：（1） 鐵素體：碳溶于-Fe中的固溶體稱為鐵素體，符號(hào)為Fe。鐵素體含碳量非常低，在727時(shí)為0.0008%，其機(jī)械性能與純鐵相似，強(qiáng)度和硬度不高，塑性和韌性好。（2） 奧氏體：碳溶于-Fe中的固溶體稱為奧氏體，符號(hào)為A。穩(wěn)定的奧

12、氏體存在溫度為727，此時(shí)碳的溶解度為0.77%，奧氏體的強(qiáng)度，硬度和塑性都很好，是大多數(shù)鋼進(jìn)行高溫鍛造或軋制時(shí)所要求的組織。（3） 滲碳體：含碳量為6.69%的鐵與碳的金屬化合物，分子式Fe3C用符號(hào)Cm表示。硬度高，塑性差，硬而脆，鋼中滲碳體數(shù)量增多，強(qiáng)度和硬度提高而塑性下降。（4） 珠光體：是鐵素體與滲碳體的混合物，用P表示。顯微鏡下滲碳體和鐵素體片層相間，交替排列。在平衡條件下珠光體的含碳量為0.77%，它的強(qiáng)度高,塑性、韌性和硬度介于滲碳體與鐵素體之間.（5） 萊氏體：高溫狀態(tài)下奧氏體和滲碳體的混合物，用Le表示.其機(jī)械性能與滲碳體相似，硬度很高，塑性很差。上述五種組織中，鐵素體、奧

13、氏體和滲碳體是鐵碳合金的基本相。 碳素鋼中還含有少量的硅、錳、硫、磷，它們對(duì)鋼的組織和性能也有很大影響。硅和錳是有益元素，可溶于-Fe內(nèi)，使鋼的強(qiáng)度和硬度提高。硫和磷是有害元素。硫以FeS的形式存在，削弱了晶粒間連接，在軋制或鍛造時(shí)會(huì)造成鋼材開裂，此現(xiàn)象稱為熱脆性。磷可與-Fe相溶，形成脆性很大的Fe3P，使鋼在高溫下塑性和韌性急劇下降，此現(xiàn)象稱為冷脆性。（四）鋼的分類和編號(hào)1、鋼的分類（1） 按化學(xué)成分分類有：碳素鋼：根據(jù)含碳量多少又分為：低碳鋼：含C量0.25%,強(qiáng)度低,但塑性、焊接性好。中碳鋼: 0.250.60%之間,強(qiáng)度高 塑性、焊接性差。高碳鋼:含C量0.6%，塑性及焊接性都差，熱

14、處理后有較高強(qiáng)度和硬度。合金鋼：加入一種或數(shù)種合金元素的鋼稱合金鋼，比碳素鋼有較高強(qiáng)度和韌性，或有特殊性能。（2） 按質(zhì)量分類：碳素鋼質(zhì)量的高低是根據(jù)鋼中雜質(zhì)磷、硫的含量來(lái)區(qū)分的普通鋼：鋼中磷、硫的含量較高；優(yōu)質(zhì)鋼：鋼中磷、硫的含量較低；高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：鋼中磷、硫的含量很低。（3） 按用途分類：結(jié)構(gòu)鋼制造多種機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)。工具鋼制造多種刃具、量具和模具。特殊性能鋼特殊的物理化學(xué)性能、如不銹鋼，耐熱、耐磨鋼等。鋼碳素鋼合金鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)“普通碳素結(jié)構(gòu)鋼”碳素工具鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼甲類鋼乙類鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼低合金工具鋼高“低合

15、金工具鋼”不銹鋼耐熱鋼耐磨鋼滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼2、鋼的編號(hào)（1） 碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼的牌號(hào)有表示屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)的數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法等四個(gè)部分按順序組成。Q鋼材屈服點(diǎn)“屈”字漢語(yǔ)拼音首位字母；A、B、C、D質(zhì)量等級(jí)；F沸騰鋼“沸”字漢語(yǔ)拼音首位字母；b半鎮(zhèn)靜鋼“半”字漢語(yǔ)拼音首位字母；Z鎮(zhèn)靜鋼“鎮(zhèn)”字漢語(yǔ)拼音首位字母；TZ特殊鎮(zhèn)靜鋼“特鎮(zhèn)”兩字漢語(yǔ)拼音首位字母；（2） 合金結(jié)構(gòu)鋼：鋼的牌號(hào)有表示屈服點(diǎn)的字母、屈服點(diǎn)的數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)三個(gè)部分按順序組成。Q鋼材屈服點(diǎn)“屈”字漢語(yǔ)拼音首位字母；A、B、C、D質(zhì)量等級(jí)；(五) 鋼的熱處理鋼的熱處理是將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱，保溫和冷

16、卻，以改變其整體或表面組織，獲得所需性能的工藝方法。重要的零件要進(jìn)行熱處理，以提高金屬材料的強(qiáng)度和硬度，改善材料的逆性和韌性等，充分發(fā)揮材料的潛力。大多數(shù)的熱處理都要將鋼加熱到相變溫度以上，使其組織由鐵素體和滲碳體的混 合物轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膴W氏體。只有奧氏體狀態(tài)才能通過(guò)不同的冷卻方式轉(zhuǎn)變成不同的組織，從而使鋼獲得所需要的性能。鋼的熱處理工藝主要有退火、正火、淬火、回火和表面熱處理等。1、退火將組織偏離平衡狀態(tài)的金屬或合金加熱到適當(dāng)溫度保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻），以達(dá)到接近平衡狀態(tài)組織。根據(jù)退火目的將退火分為以下兩種：（1） 完全退火：使用最廣泛，主要用于亞共析鋼（C0.77%）鍛件

17、，軋件和鑄件退火，其目的是通過(guò)重結(jié)晶使晶粒細(xì)化，均勻組織，消除殘余應(yīng)力。（2） 球化退火：使鋼中碳化物呈球化，用于過(guò)共析鋼（含碳0.77%C2.11%）和工具鋼，使?jié)B碳體球化，降低硬度提高韌性，改善工件切削加工性能，減少工件淬火時(shí)產(chǎn)生變形和開裂。2、正火將工件加熱后，保溫適當(dāng)時(shí)間后在自由流通的空氣中冷卻得到球光體組織。對(duì)低碳鋼或低碳合金鋼，正火目的是提高硬度改善切削加工性能。對(duì)過(guò)共析鋼或合金工具鋼，正火目的是減少滲碳體數(shù)量，便于球化退火。對(duì)不太重要的工件，目的是細(xì)化晶粒，使組織均勻化，提高機(jī)械性能，可作為工件的最終熱處理。3、淬火將合金加熱到相變溫度以上，保溫，快速冷卻，獲得不穩(wěn)定組織。淬火后

18、的工件再配合適當(dāng)?shù)幕鼗穑菇饘俨牧线_(dá)到使用要求。如刃具和模具要求高的硬度和耐磨性，多種軸類和齒輪要求較好的韌性都是通過(guò)淬火和回火來(lái)達(dá)到的。 鋼件淬火通常用水、油和鹽、堿的水溶液作為淬火介質(zhì)，使用什么介質(zhì)取決于鋼的化學(xué)成分及對(duì)工件的技術(shù)要求，形狀簡(jiǎn)單，截面較大的碳素鋼件多在水中淬火，合金鋼和復(fù)雜的碳素鋼件多在油中淬火 。4、回火為消除殘余應(yīng)力及獲得所要求的組織和性能，將淬火后的工件加熱到一定溫度保溫，然后冷卻到室溫。淬火后的工件應(yīng)及時(shí)回火，這是由于淬火馬氏體是不穩(wěn)定的組織，回火促使其組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，保持工件使用過(guò)程中不再發(fā)生形狀和尺寸的改變，其次回火可降低淬火工件的脆性，減少和消除內(nèi)應(yīng)力，最后回火

19、可獲得要求的強(qiáng)度，硬度和韌性，以滿足工件使用要求。根據(jù)加熱溫度范圍，回火可分為低溫、中溫和高溫回火，其中低溫回火應(yīng)用于高碳工具模具、量具、滲碳后表面淬火的工件；中溫回火用于多種彈簧、彈性?shī)A頭及鍛模；高溫回火用于重要工件如軸、齒輪、連桿和螺栓等。5、表面熱處理僅對(duì)工件表面加熱、冷卻而不改變成分的熱處理稱為表面熱處理。最常用的是表面淬火，使工件表層變硬，而心部仍保持原來(lái)的組織。表面淬火使工件表面具有較好的硬度和耐磨性。表面淬火有火焰加熱表面淬火和高頻感應(yīng)加熱表面淬火等。火焰加熱是用氧氣乙炔（或氧氣煤氣）混合氣體燃燒的火焰，噴射加熱工件表面，然后再噴水冷卻，這種方法設(shè)備簡(jiǎn)單，淬硬速度快，成本低，但火

20、焰加熱表面容易過(guò)熱，淬火效果不穩(wěn)定。利用中、高頻（頻率一般為50030萬(wàn)HZ）高變電磁場(chǎng)在工件表面產(chǎn)生感應(yīng)電流進(jìn)行加熱的熱處理工藝稱為感應(yīng)加熱表面淬火。感應(yīng)電流在工件截面上的分布是不均勻的，心部電流幾乎等于零，表面電流密度極大，這個(gè)現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。頻率越高，電流密度極大的表層越薄。工件表層可迅速被加熱，幾秒鐘即可使溫度升高8001000，而心部仍接近室溫。一但表層溫度上升到淬火加熱溫度時(shí)，立即噴水冷卻（合金鋼浸油淬火），表面形成馬氏體，工件表面變硬。這種方法較為先進(jìn)，生產(chǎn)率高，加熱溫度和淬硬層容易控制，淬火質(zhì)量好，但是設(shè)備昂貴，主要適用于大批生產(chǎn)。6、化學(xué)熱處理將工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中

21、保溫，使一種或幾種元素滲入它的表面，改變表面的化學(xué)成份，組織和性能，提高工件表面的耐磨性、耐腐蝕性及抗氧化性等。常見的化學(xué)熱處理有滲碳、滲氮和碳氮共滲等。滲碳多用氣體滲碳，在專用井式電阻爐中進(jìn)行。滲碳后，工件表層0.52.0范圍內(nèi)含碳量可提高0.851.0%，滲碳后，工件還要進(jìn)行淬火和低溫回火。適用低碳鋼和低碳合金鋼，提高工件表面硬度，耐磨性和使用壽命。滲氮也稱氮化。氮化可使工件表面得到一定的氮化層，有更高的硬度和耐磨性，高的耐疲勞強(qiáng)度。滲氮沒(méi)有相變，不需淬火，變形也很小。但生產(chǎn)周期長(zhǎng)，工藝復(fù)雜，成本高。碳氮共滲也叫氰化。碳氮共滲時(shí)通入碳氮?dú)怏w和一定數(shù)量的干燥無(wú)水的氨氣，使其發(fā)生分解，形成活性

22、碳原子和氮原子，同時(shí)被工件表面吸附并擴(kuò)散形成氰化層。氰化過(guò)程加熱溫度較低（820840），氰化后可直接淬火或冷卻后再加熱淬火。碳氮共滲工件變形小，滲層有較高的耐磨性，疲勞強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。但其工藝復(fù)雜，用于形狀復(fù)雜、要求變形小的小型耐磨零件，如儀表和縫紉機(jī)零件等。第二章 機(jī)械零件的聯(lián)接與緊固機(jī)械零件的連接與緊固方法很多，主要有焊接、螺紋連接、鉚釘連接、銷釘連接、鍵連接等等，這里主要介紹焊接與螺紋連接（一）焊接1、焊接特點(diǎn)通過(guò)焊接，被連接的焊件不僅在宏觀上建立了永久性的聯(lián)系，而且在微觀上建立了金屬內(nèi)部組織之間的內(nèi)在聯(lián)系，其連接表面接近到原子間的結(jié)合力的程度，因此，焊接時(shí)往往采用加熱或加壓或兩者并用

23、的措施，以實(shí)現(xiàn)連接表面間的原子結(jié)合。2、焊接方法（1） 熔焊：焊件連接處局部加熱到熔化狀態(tài)，再冷卻凝固成一體，不加壓完成焊接。按加熱熱源形式分為氣焊、電弧焊、電渣焊、等離子弧焊、電子束焊、激光焊等。（2） 壓焊：焊接過(guò)程中對(duì)焊件施加壓力（加熱或不加熱），如電阻焊、摩擦焊等。（3） 釬焊：采用低熔點(diǎn)的填充金屬（稱為釬料），熔化后與固態(tài)母材相互擴(kuò)散形成金屬結(jié)合。專心-專注-專業(yè)3、焊接分類熔 焊壓 焊釬 焊氣 焊電弧焊電渣焊弧 焊等 離 子電子束焊激光焊電阻焊摩擦焊爆炸焊擴(kuò)散焊超聲波焊冷壓焊軟釬焊硬釬焊手弧焊埋弧焊保護(hù)焊氣 體點(diǎn) 焊縫 焊對(duì) 焊錫 焊銅 焊銀 焊自 動(dòng)半自動(dòng)氬弧焊CO2 焊 4、焊

24、接應(yīng)用（1） 制造各種金屬構(gòu)件：房屋房架、橋梁、船體、車輛、飛機(jī)、火箭、壓力、容器、管道、起重機(jī)、鍋爐。（2） 生產(chǎn)機(jī)器零件（或毛壞）、大型機(jī)件可達(dá)幾十噸、百噸。（3） 修補(bǔ)鑄、鍛件的缺陷和局部受損零件。5、焊接結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)（1） 焊接接頭的組織和性能有較大的不均勻性；（2） 焊接結(jié)構(gòu)有較大的焊接應(yīng)力和變形，不僅影響形狀和尺寸，且降低結(jié)構(gòu)和承載能力；（3） 焊接接頭容易產(chǎn)生缺陷，且應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，在一定條件下，焊接結(jié)構(gòu)比鉚接結(jié)構(gòu)更易出現(xiàn)脆斷事故。6、電弧焊和電渣焊簡(jiǎn)介焊件局部被加熱到熔化狀態(tài)，形成金屬熔池，填充金屬以熔滴形式向熔池過(guò)渡。手弧焊最常用。焊條藥皮在熔化過(guò)程中，產(chǎn)生一定量的保護(hù)氣體和

25、液態(tài)熔渣，起隔絕空氣的作用。液態(tài)熔渣在熔池中浮起，起保護(hù)液態(tài)金屬的作用。和一般冶煉過(guò)程相比較，焊接電弧和熔池溫度比一般冶煉溫度高，金屬元素強(qiáng)烈蒸發(fā)和燒損，又由于熔池體積小，從熔化到凝固的時(shí)間又短，溫度變化快，冶金反應(yīng)的速度和方向變化迅速，如氣體和熔渣不及時(shí)浮出就會(huì)在焊縫中產(chǎn)生氣孔和夾渣的缺陷。如果低碳鋼，采用光焊絲，由于熔化金屬缺乏保護(hù)，空氣中的氮、氧大量侵入，焊縫質(zhì)量顯著變壞。此外空氣中的水份、焊件、焊絲表面的油、銹、水，使焊縫含氫量增加，引起氫脆性，導(dǎo)致冷裂紋和形成氣孔。為了保證焊縫質(zhì)量，必須采取措施，去除有害物質(zhì)，增加合金元素。7、焊條及其編號(hào)焊條由焊芯和藥皮組成。焊芯在焊接中作為電極，

26、傳導(dǎo)電流，產(chǎn)生電弧。焊芯的質(zhì)量至為重要，一般采用經(jīng)過(guò)特殊冶煉的焊接專用鋼絲（稱焊絲），其化學(xué)成份不同，用途也不同。焊絲牌號(hào)前面第一個(gè)字符“H”，表示焊條用鋼，如H08，H08A，H08MnA，H08Mn2SiA，H10Mn2等，國(guó)標(biāo)有規(guī)定。藥皮是涂在焊絲外面的涂料層。焊條藥皮按其作用分為穩(wěn)弧劑，造氣劑、造渣劑、脫氧劑、合金劑和粘結(jié)劑等。藥皮的原材料由礦物、鐵合金、有機(jī)物和化工產(chǎn)品等四類。多種原材料粉末按一定比例配成涂料，壓涂在焊芯上。焊皮按熔渣化學(xué)性質(zhì)分為兩大類：以酸性氧化物（如：SiO2、TiO2等）為主的焊條稱為酸性焊條；以堿性氧化物（如CaO等）和熒石（CaF2）為主的焊條稱為堿性焊條。

27、焊條牌號(hào)分為十大類：結(jié)構(gòu)鋼焊條、鉬和鉻鉬耐熱焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、低溫鋼焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條、特殊用途焊條。焊條牌號(hào)及意義舉例：表示焊條各大類詳見有關(guān)表格內(nèi)容表示各大類中的若干小類表示藥皮類型和焊接電源種類 ×× ×酸性焊條和堿性焊條的性能差別很大，使用時(shí)不可隨意代替。酸性焊條操作工藝性好（如穩(wěn)弧性好，容易脫渣，飛濺少、成形美觀），對(duì)油、銹和水的敏感性不大，抗氣孔能力強(qiáng)，焊接電源可采用交流或直流。因此酸性焊條廣泛用于一般結(jié)構(gòu)的焊接。結(jié)構(gòu)鋼焊條中，除低氫鉀型和低氫鈉型藥皮外均為酸性焊條。堿性焊條脫氧能力強(qiáng)，藥皮中有能起

28、去氫作用的熒石，所堿性焊條焊縫金屬含氫量低，抗裂性好，常用于焊接重要的焊接結(jié)構(gòu)，其缺點(diǎn)是對(duì)油、銹和水的敏感性大，使用不當(dāng)易產(chǎn)生氣孔，藥皮中CaF2產(chǎn)生的氟阻礙氣體電離，電弧穩(wěn)定性差，一般要求采用直流電，焊接時(shí)有毒煙塵多，應(yīng)注意通風(fēng)和防護(hù)。8、焊接變形和應(yīng)力焊接變形和應(yīng)力的形成原因，是由于焊接接頭區(qū)域受不均勻加熱和冷卻的作用，其膨脹和收縮受四周冷金屬的拘束不能自由進(jìn)行，會(huì)產(chǎn)生焊接變形和殘余應(yīng)力。焊接變形和應(yīng)力總是同時(shí)存在，相互聯(lián)系的，一般情況下，若母材塑性較好和結(jié)構(gòu)剛性較小，則變形較大而應(yīng)力較小，反之應(yīng)力大而變形小。常見焊接變形有：縮短變形、角變形、彎曲變形、扭曲變形、波浪形變形。（1）預(yù)防焊接

29、變形的工藝措施 反變形法 剛性固定法用壓板固定可減少變形，但會(huì)產(chǎn)生較大應(yīng)力。 采用合理的焊接順序?qū)?米以上焊縫可采用逐步退焊法、跳焊法、分中逐步退焊法；對(duì)中長(zhǎng)焊縫（0.51米長(zhǎng)）可采用分中對(duì)稱焊法。（2）焊接變形的矯正 機(jī)械矯正法：適于塑性好的材料，如低碳鋼和普通低合金鋼。 火焰矯正法：局部加熱工件，利用加熱時(shí)發(fā)生的壓縮塑性變形和冷卻時(shí)的收縮變形、矯正原來(lái)的變形，僅適用于低碳鋼和沒(méi)有淬硬傾向的普通低合金鋼。（3）焊接應(yīng)力：由圖看出，焊縫及其附近的壓縮塑性變形區(qū)內(nèi)的縱為拉應(yīng)力，其數(shù)值可達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度5（焊縫尺寸過(guò)小時(shí)除外）。（4）減少焊接應(yīng)力的工藝措施 選擇合理的焊接順序：拼板時(shí)先焊錯(cuò)開的短

30、焊縫，后焊直通的長(zhǎng)焊縫。 焊前預(yù)熱：減少焊件各部分溫差，降低焊后冷卻速度，減少殘余應(yīng)力。 錘擊焊縫，焊完一道焊縫后，用一定形狀的錘均勻迅速錘擊焊縫金屬，使之得到延伸，可降低殘余應(yīng)力，又可減少焊接變形。 加熱適當(dāng)部位，使之伸長(zhǎng)。焊后冷卻時(shí)，加熱區(qū)和焊縫一起收縮，以減少殘余應(yīng)力。（5）消除焊接殘余應(yīng)力的方法：重要焊接結(jié)構(gòu)焊后均應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力處理。常用消除應(yīng)力退火（也稱高溫回火）來(lái)消除殘余應(yīng)力。一般在爐中加熱到600650，保溫一定時(shí)間后隨爐冷卻（或空冷），可消除80%以上殘余應(yīng)力。9、焊接結(jié)構(gòu)的工藝性焊接結(jié)構(gòu)工藝性包括材料選擇、焊縫布置和焊接接頭設(shè)計(jì)。 焊接結(jié)構(gòu)材料的選擇材料不同，焊接的難易程度差

31、別很大，應(yīng)選擇焊接性能良好的金屬材料制造焊接結(jié)構(gòu)。低碳鋼和強(qiáng)度級(jí)別不高的普通低合金鋼（如16Mn等）具良好的焊接性，易于保證焊接質(zhì)量。不同種類的兩種金屬焊接難度很大，一般應(yīng)盡量避免使用。 焊縫布置原則² 焊縫位置應(yīng)便于焊接操作，焊條要能伸到焊接部位。² 焊縫應(yīng)避開應(yīng)力較大部位，尤其應(yīng)力集中部位（應(yīng)力集中的轉(zhuǎn)角位置）焊縫要避開受力點(diǎn)，如焊縫不宜在轉(zhuǎn)角位置。² 焊縫應(yīng)避免過(guò)分集中和交叉。² 焊縫設(shè)置應(yīng)盡可能對(duì)稱，以減少?gòu)澢冃巍?#178; 盡量減少焊縫長(zhǎng)度和數(shù)量。² 焊縫一般應(yīng)避開加工部位（或加工表面）。 接頭設(shè)計(jì)² 接頭形式選擇多種形

32、式接頭，要從變形及應(yīng)力狀態(tài)方面進(jìn)行比較和選擇。常見桁架結(jié)構(gòu)多采用搭接接頭。薄板氣焊多采用卷邊接頭。² 坡口型式選擇手弧焊常用坡口有I形、V形、X形及U型四種坡口，可用氣割、切削加工（刨、車削等）等方法加坡口，不同型式適用于不同厚度金屬板焊接。通常，要求焊透的受力焊縫盡量采用雙面焊，利于保證質(zhì)量，不能雙面焊的工件可采用單面焊雙面成形技術(shù)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的坡口形式。² 接頭斷面設(shè)計(jì)原則焊接接頭兩側(cè)板厚或斷面應(yīng)相同或接近，使接頭兩側(cè)加熱均勻。對(duì)接不同厚度鋼板的重要受力接頭時(shí)，若兩板厚度差不超過(guò)下表規(guī)定，坡口形式和尺寸按厚板選取，若板的厚度差超過(guò)表中規(guī)定，在厚板上做單面或雙面削薄弱，其削

33、薄長(zhǎng)度L3-4（-1）。不同厚度鋼板對(duì)接的允許厚度差（mm）較薄的厚度255991212允許厚度差（-1）1234（二）螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接因其構(gòu)造簡(jiǎn)單，拆裝方便，都已標(biāo)準(zhǔn)化，批量生產(chǎn)，成本低廉，聯(lián)接可靠，有足夠的強(qiáng)度、剛度和自鎖性，廣泛用于各種金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)中。1、螺紋及螺紋聯(lián)接的主要參數(shù)螺紋的外表面是圓柱螺旋線。圓柱螺旋線是沿著圓柱表面運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)的軌跡，該點(diǎn)的軸向位移a與相應(yīng)的角位移a成正比，在圓柱表面上，沿著螺旋線所形成的連續(xù)凸起和溝槽稱為螺紋。螺紋由外螺紋和內(nèi)螺紋組成，按照母體形狀，螺紋分為圓柱螺紋和圓錐螺紋。根據(jù)牙型可分為三角螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋。三角形螺紋用于聯(lián)接，后三種

34、螺紋用于傳動(dòng)。螺紋的主要參數(shù)有： 線數(shù)：如果有兩個(gè)以上的動(dòng)點(diǎn)，同時(shí)在同一個(gè)圓柱面上作同樣的螺旋運(yùn)動(dòng)，且軸向?yàn)榈染喾植紩r(shí)，則形成多線螺旋線。螺旋線的條數(shù)稱為螺紋的線數(shù)，用n表示。 旋向：點(diǎn)沿圓柱表面運(yùn)動(dòng)的角位移方向和軸向位移方向不同，螺旋線有右旋和左旋之分，螺釘順時(shí)針旋入的稱為右旋螺紋，逆時(shí)針旋入的稱左旋螺紋，常用大多數(shù)螺紋都是右旋的。 牙型角，牙型半角/2：在螺紋牙型上，連接牙頂和牙底的側(cè)表面稱為牙側(cè)，相鄰牙側(cè)間的夾角叫牙型角。牙側(cè)與螺紋軸線的垂線的夾角/2叫牙型半角。 外徑（大徑）d：與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相重合的假想圓柱面的直徑叫螺紋外徑（或大徑），亦稱公稱直徑。 內(nèi)徑（小徑）d1：與外

35、螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱面的直徑叫螺紋內(nèi)徑（或小徑）。 中徑d2：指一個(gè)假想的中徑圓柱的直徑，該圓的母線通過(guò)牙型上溝槽和凸起寬度相等的地方。 螺距P：相鄰兩牙在中線上對(duì)應(yīng)相點(diǎn)間的軸向距離。 導(dǎo)程S：同一條螺旋線上相鄰兩牙在中線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離，S=nP， 對(duì)單線螺紋而言，因n=1，所以S=P。 螺旋升角：在中徑圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角，。用于聯(lián)接的螺紋主要有：普通螺紋與管螺紋。普通螺紋牙型角60°，以外徑d為公稱直徑。同一公稱直徑可有多種螺距的螺紋。其中最大螺距的螺紋叫粗牙螺紋，其余的都叫細(xì)牙螺紋。一般聯(lián)接常用粗牙螺紋，據(jù)公稱直徑查標(biāo)準(zhǔn)選用。

36、細(xì)牙螺紋升角小，自鎖性好。細(xì)牙螺紋比粗牙螺紋釘桿強(qiáng)度高，但不耐磨，易滑扣，多用于薄壁零件。管螺紋有牙型角55°的英制細(xì)牙螺紋，公稱直徑為管子內(nèi)徑，還有圓錐管螺紋，牙型角有55°和60°兩種，不同填料即可保證聯(lián)接緊密性。2、螺紋聯(lián)接的主要型式，標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接零件螺紋聯(lián)接的主要型式有： 螺栓聯(lián)接：當(dāng)被聯(lián)接件不太厚時(shí)，用普通螺栓貫穿兩個(gè)（或多個(gè)）被聯(lián)接的孔，再擰緊螺母，此種應(yīng)用最廣。 螺釘聯(lián)接，如被聯(lián)接之一較厚，即可采用螺釘聯(lián)接。螺釘擰入深度與螺釘及被聯(lián)接件的材料有關(guān)，按等強(qiáng)度條件決定的最小擰入深度可查有關(guān)手冊(cè)。此種聯(lián)接不適于經(jīng)常拆卸的聯(lián)接，經(jīng)常拆卸可使螺孔磨損導(dǎo)致修理困難及

37、被聯(lián)接件的報(bào)廢。 雙頭螺柱聯(lián)接：用于被聯(lián)接件之一較厚而又經(jīng)常拆裝的場(chǎng)合。拆裝時(shí)只需卸下螺母，不必?cái)Q出螺柱。設(shè)計(jì)時(shí)注意雙頭螺柱必須緊固。在擰松螺母時(shí)，保證螺柱在螺孔中不得轉(zhuǎn)動(dòng)。雙頭螺柱聯(lián)接常用的緊固方式如下頁(yè)圖所示：其中：（a） 利用過(guò)盈配合螺紋，擰入螺紋孔，構(gòu)成旋合全長(zhǎng)橫向收緊；（b） 利用螺紋收尾部分（不完全螺紋）擠入螺紋孔構(gòu)成局部橫向收緊；（c） 利用擋環(huán)端面抵緊螺紋孔，并使螺柱軸向定位；（d） 利用螺柱頂部結(jié)構(gòu)，抵緊螺紋孔底面，構(gòu)成軸向固緊。 緊定螺釘聯(lián)接：將釘擰入一個(gè)零件的螺紋孔，使釘?shù)哪┒隧斪×硪涣慵砻婊蝽斎胂鄳?yīng)的坑穴。它主要用于固定兩零件的相互位置，不宜傳遞很大的力或力矩。螺紋聯(lián)

38、接用標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件主要有以下六種： 螺栓：按加工精度不同分為粗制螺柱和精制螺栓兩種。螺栓頭部常用的有標(biāo)準(zhǔn)六角頭，小六角頭、方頭。 雙頭螺柱：兩端均制有螺紋，共擰入機(jī)體端的螺紋長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，L1的大小與被聯(lián)接件的材料有關(guān)，當(dāng)鋼對(duì)鋼連接時(shí)，L1=d，當(dāng)鋼對(duì)鑄鐵聯(lián)接時(shí)L1=1.25d和L1=1.5d，當(dāng)鋼對(duì)鋁合金時(shí)L1=2d。 螺釘：結(jié)構(gòu)形狀與螺栓類似，但螺釘頭部形式較多，其中內(nèi)、外六角頭可施加較大的擰緊力矩。圓頭和十字頭都不便施加較大力矩，所以選用的直徑不要過(guò)大，一般不超過(guò)10mm。 緊定螺釘：其頭部和尾部的形式很多，常用尾部形狀有錐端，平端和圓柱端，一般要求尾端要有足夠的硬度。 螺母：常用六角螺母，亦

39、有粗制和精制之分。按其高度不同分為標(biāo)準(zhǔn)螺母，扁螺母及厚螺母。如要求減輕重量且不常拆卸可用扁螺母，常拆卸時(shí)用厚螺母。 墊圈：常用的附件，放在螺母與被聯(lián)接件之間，可以保護(hù)支撐面或防止螺母松脫（彈簧墊圈等）。3、螺紋緊固件的強(qiáng)度級(jí)別國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：螺紋緊固件按其材料機(jī)械性能分級(jí)，強(qiáng)度級(jí)別由數(shù)字表示：螺栓用兩個(gè)數(shù)字表示，小數(shù)點(diǎn)前的數(shù)字為材料的抗拉強(qiáng)度Bmin/100，小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)字為10×，兩個(gè)數(shù)字相乘的10倍即為材料的最低屈服極限Smin（MPa）。螺母用一個(gè)數(shù)字表示，為。為防止螺紋副咬死和減少磨損，應(yīng)使螺母的材料級(jí)別比螺栓材料的級(jí)別低。4、螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松按螺紋聯(lián)接裝配時(shí)是否擰緊，分為

40、松聯(lián)接和緊聯(lián)接。固定滑輪的聯(lián)接螺栓就是松聯(lián)接的典型例子，這種螺栓只有在承受外載荷時(shí)才受到力的作用。實(shí)際應(yīng)用中，絕大多數(shù)聯(lián)接在裝配時(shí)就需要擰緊，此時(shí)螺栓所受的力叫預(yù)緊力。預(yù)緊可增加聯(lián)接剛度，緊密性和提高防松能力。聯(lián)接螺紋標(biāo)準(zhǔn)件都能滿足自鎖條件。螺母或釘頭與被聯(lián)接件支撐面間的磨擦力也有助于防止螺母松脫。但是，如果溫度變化大或承受沖擊荷載，或振動(dòng)都會(huì)使螺母逐漸松脫，設(shè)計(jì)時(shí)必須按工作條件及可靠性要求，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)考慮設(shè)置防松裝置。這種防松裝置一般可分為三類： 利用磨擦力防松，彈簧墊圈是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便的防松零件，但因彈力不均而不十分可靠。還可用雙螺母防松。還可用鎖緊螺母防松。鎖緊螺母上端開口后徑向收口，

41、擰緊后張開，靠螺母彈性鎖緊，簡(jiǎn)單可靠，可多次拆裝，用于較重要場(chǎng)合。 利用聯(lián)接件的形狀防松利用附加聯(lián)接件的形狀，或改變螺紋副的形狀使螺紋副不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。其作法有：² 六角槽螺母設(shè)置開口銷，安裝時(shí)在螺桿末端鉆孔（指開口銷）可用于承受沖擊線載荷變化較大的聯(lián)接。² 單耳止動(dòng)圈：將其一邊彎起貼在螺母?jìng)?cè)面上，另一邊彎下貼在被聯(lián)接件的側(cè)壁上，防松可靠。² 三聯(lián)止動(dòng)墊圈：將三個(gè)螺母擰緊后把墊圈的兩邊分別扳起貼在三個(gè)螺母的側(cè)面上，使三個(gè)螺母彼此制約。² 串聯(lián)鋼絲：用于螺釘數(shù)目不多且排列較密的聯(lián)接，注意鋼絲穿聯(lián)方向，圖中右圖方向合理，防松效果，但安裝費(fèi)時(shí)。² 端面

42、沖點(diǎn)：屬于永久止動(dòng)，用于不擬拆卸的螺紋聯(lián)接。 利用附加材料防松，如將螺母焊在釘桿上，側(cè)面焊死，或用粘合劑涂在螺紋表面，不僅防松還可密封。5、螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素 從加工看，聯(lián)接接合面的幾何形狀應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，常使螺栓組的形心與聯(lián)接面的形心相重合。最好有兩個(gè)對(duì)稱軸，加工計(jì)算都方便。通常采用條狀或環(huán)狀接合面，減少加工量和接合面不平的影響，同時(shí)增加聯(lián)接剛度。 受力矩作用的螺栓組，螺栓布置盡量遠(yuǎn)離對(duì)稱軸，同一圓周上螺栓數(shù)目應(yīng)采用4，6，8，12便于劃線和分度。 螺栓受力要合理，對(duì)受橫向載荷的普通螺栓可采用減荷裝置。或改用鉸制孔螺栓，盡量避免螺栓受附加彎曲載荷（如支承面不平，螺母孔不正，被聯(lián)接件剛度小

43、，聯(lián)接機(jī)體孔偏斜等）。 裝配時(shí)使每個(gè)螺栓的預(yù)緊力一樣，使接合面產(chǎn)生均布?jí)毫?。因此相鄰螺栓的中心距t一般應(yīng)小于10d。對(duì)有緊密性要求的聯(lián)接，要按有關(guān)規(guī)定設(shè)計(jì)t值。t值大小還要考慮扳手的活動(dòng)空間，因此t值也不能太小。6、螺栓組受力情況 受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接：包括螺栓組連接、普通螺栓聯(lián)接和鉸制孔用螺栓聯(lián)接。對(duì)普通螺栓聯(lián)接，螺栓預(yù)緊后在結(jié)合面間產(chǎn)生壓緊力，靠磨擦力抵抗橫向外載荷。對(duì)鉸制孔用螺栓聯(lián)接，在橫向外載荷作用下，螺栓桿承受剪切和擠壓。 對(duì)受旋轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接，其受力情況與橫向載荷基本相同。 受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接：多螺栓受力均勻，其軸線相同，設(shè)想螺栓均布，每個(gè)螺栓受外載荷相同。 受翻轉(zhuǎn)力矩的

44、螺栓組：翻轉(zhuǎn)趨勢(shì)與M轉(zhuǎn)向相同。當(dāng)M作用后00左側(cè)的螺栓被拉緊，軸向拉力增大，右側(cè)的螺栓被放松，螺栓的預(yù)緊力QP減小。圖（b）為在預(yù)緊力作用下，接合面間的擠壓應(yīng)力分布圖。圖（c）為翻轉(zhuǎn)力矩作用下，接合面間的擠壓應(yīng)力分布圖。圖（d）為不考慮受載螺栓預(yù)緊力變化時(shí)，翻轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生應(yīng)力與預(yù)緊力合成后，擠壓應(yīng)力的分布圖。由圖看出，接合面左邊緣擠壓應(yīng)力最小，右邊緣擠壓應(yīng)力最大。螺栓聯(lián)接設(shè)計(jì)時(shí)，不論其受什么樣外載荷，均先求出螺栓組受的總合力，然后再進(jìn)行單個(gè)螺栓的強(qiáng)度計(jì)算。7、提高螺栓聯(lián)接強(qiáng)度的措施 改善螺紋牙間載荷分配不均現(xiàn)象從剛度變形來(lái)分析，在力的傳遞過(guò)程中，螺栓受拉，螺距增大，而螺母受壓螺距減小，兩者螺距的

45、變化差要靠旋合螺紋的彎剪變形來(lái)協(xié)調(diào)補(bǔ)償。研究情況表明，從螺母支承面算起第一圈紋牙變形最大，第二圈次之，以后遞減，因此采用圈數(shù)過(guò)多的螺母并不能提高聯(lián)接強(qiáng)度。為改善螺紋牙上載荷分布的不利情況，常采用的方法有：² 設(shè)懸置螺母，使母體和螺栓都受拉，減少螺距變化差，使螺紋牙上載荷分布均勻。² 用內(nèi)斜螺母，螺母旋入端制成10°15°的內(nèi)斜角，原受力大的下面幾圈螺紋牙受力點(diǎn)外移，剛性隨之減小，載荷上移，使載荷分布趨于均勻。² 環(huán)槽螺母，螺母開割凹槽，造成螺母部分受拉，作用同設(shè)懸置螺母。這些措施加工復(fù)雜，只適用于重要場(chǎng)合。 減少螺栓應(yīng)力幅受交變載荷的螺栓聯(lián)接來(lái)

46、說(shuō)，增加螺栓長(zhǎng)度、減小螺桿橫截面積或減小螺桿材料的彈性橫量E都可降低螺桿剛度，如采用柔性螺栓。 減少應(yīng)力集中，在螺栓的螺紋牙上、螺紋收尾處、過(guò)渡圓角處、桿截面變化處都有應(yīng)力集中。其中螺紋牙根的應(yīng)力集中影響很大，可增大牙根的圓角半徑，如將r=0.1443p增為r=0.21p，螺栓聯(lián)接強(qiáng)度可提高2440%。此外加大釘頭釘桿過(guò)渡圓角，切制卸載槽及采用卸載過(guò)渡，螺紋收尾退力槽等均可減少集中應(yīng)力。這些措施的缺點(diǎn)是增加了成本，只在重要聯(lián)接時(shí)使用。 避免附加應(yīng)力如支撐面不平、螺母孔不正、被聯(lián)接件打孔不在一條直線上，被聯(lián)接件剛度過(guò)小，鉤頭聯(lián)接，都使聯(lián)接產(chǎn)生附加應(yīng)力，設(shè)計(jì)中要加以避免。 采用合理的制造工藝制造工

47、藝對(duì)螺栓的疲勞強(qiáng)度有很大影響，加工時(shí)螺紋表面層中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力應(yīng)想辦法消除。滾壓螺紋比車制螺紋工藝好。車制螺紋把本來(lái)表面質(zhì)量較好的棒料車去，金屬纖維也被車去不合理，而滾壓螺紋是利用材料的塑性成形，滾壓后金屬組織緊密，螺紋工作時(shí)力流方向與材料纖維方向一致，其強(qiáng)度比車制螺紋提高4095%。對(duì)螺紋表面氮化，氰化等表面硬化處理也可提高螺栓的疲勞強(qiáng)度。第三章 金屬制造工藝簡(jiǎn)介金屬制造工藝的分類：熱加工包括鑄造、鍛壓和焊接。冷加工，亦稱為金屬切削加工，包括刀具切削加工（其中有車削加工、鉆鏜加工、刨削、插削、拉削、銑削加工，磨料切削加工；齒輪齒形的加工）。下面分別進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。（一）鑄造鑄造的過(guò)程是將液態(tài)金

48、屬澆注到鑄模中，待其冷卻后獲得一定形狀和性能的鑄件。這是金屬在液態(tài)下的成形方法。鑄造可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜、特別是內(nèi)腔復(fù)雜的毛壞坯，尺寸和重量不受限制。既可單件生產(chǎn)，也可批量生產(chǎn)，使用的材料大部分來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，還可用廢料和廢零件，因此成本低。鑄件與零件形狀、尺寸接近，加工余量小。鑄件的缺點(diǎn)是工序繁多，工藝過(guò)程控制難度大。由于金屬冷卻時(shí)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，易出現(xiàn)缺陷，因此質(zhì)量不穩(wěn)定；由于其內(nèi)部組織粗大不勻，其機(jī)械性能不如鍛件高。目前還存在勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)條件差的問(wèn)題。鑄造生產(chǎn)方法分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類，以砂型鑄造為主。1、砂型鑄造目前大部分砂型還是手工制作的。砂型鑄造主要用于鑄鐵、鑄鋼、鑄銅、鑄鋁

49、等材料的鑄件生產(chǎn)。進(jìn)行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要考慮鑄造工藝及金屬鑄造性能的要求，防止產(chǎn)生縮孔、縮松、澆不足，冷隔、變形及裂紋等缺陷，應(yīng)注意以下問(wèn)題： 鑄件要有合理壁厚及結(jié)構(gòu)斜度，鑄件壁厚盡可能均勻。鑄件壁的連接：鑄件壁連接處要有結(jié)構(gòu)圓角。避免交叉和銳角連接，厚壁與薄壁的銜接要逐步過(guò)渡。鑄件應(yīng)避免過(guò)大的水平面。為防止鑄件翹曲變形，對(duì)較大的平板鑄件及壁厚不均勻的長(zhǎng)形箱體，應(yīng)將其設(shè)計(jì)成對(duì)稱形狀或增加肋板來(lái)提高其剛度。避免鑄件收縮受阻如常見輪形鑄件，輪輻為偶數(shù)，直線形。但是對(duì)于收縮率較大的合金，因應(yīng)力過(guò)大有時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋。為防止裂紋，可制成彎曲輪輻，以借輪輻或輪緣的微量變形，減少內(nèi)應(yīng)力。按順序凝固原則設(shè)計(jì)鑄件結(jié)

50、構(gòu)圖示鑄鋼殼體，將其改成右面的樣子，在殼體底部76mm保持均勻壁厚，往上逐步增加壁厚，直到與法蘭盤相接，保證了殼體按順序凝固，不再產(chǎn)生縮松缺陷了。2、特種鑄造 熔模鑄造，以蠟為材料制模，又叫“失蠟制造”，能鑄造各種有色及黑色金屬鑄件。 金屬型鑄造，模型可反復(fù)使用4萬(wàn)次，鑄件有較好的精度（達(dá)到IT12IT14），表面光潔，少加工或不加工即可使用，可機(jī)械化生產(chǎn)。壓力鑄造：壓鑄機(jī)壓室內(nèi)澆注液態(tài)或半液態(tài)金屬，充填鑄型，并在高壓下成形和結(jié)晶。常用壓鑄比壓為5150MPa，金屬流速達(dá)5100m/s。效率高易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，產(chǎn)品質(zhì)量好，實(shí)現(xiàn)少屑和無(wú)屑加工，成本低。低壓鑄造。離心鑄造：金屬液加入旋轉(zhuǎn)的鑄型中。（二

51、）鍛壓包括鍛與沖壓，在外力作用下使金屬產(chǎn)生塑性變形，一般要在高溫下進(jìn)行。鍛造分為自由鍛和模鍛兩大類。沖壓加工的對(duì)象是金屬薄板，一般在常溫下進(jìn)行，故又稱為板料沖壓或冷沖壓。1、自由鍛將坯料放在設(shè)備（自由鍛錘或水壓機(jī)）的上、下抵鐵之間，因坯料在壓力作用下是自由流動(dòng)的，故稱為自由鍛。 按使用設(shè)備和鍛造力性質(zhì)不同，自由鍛分為錘上自由鍛和水壓機(jī)上自由鍛，大型鍛件要在水壓機(jī)上進(jìn)行。 自由鍛產(chǎn)品尺寸精度低、加工量大，材料消耗多，生產(chǎn)率低，勞動(dòng)條件差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，只有在單件、小批量生產(chǎn)才是合理的。2、模鍛模鍛時(shí)將坯料放在鍛模膛內(nèi)，使工件壓力成形。按照使用設(shè)備不同，模鍛分為錘上模鍛，曲柄壓力機(jī)上模鍛、平鍛機(jī)上模

52、鍛，螺旋壓力機(jī)上模鍛及其他專用設(shè)備上模鍛。模鍛生產(chǎn)率高，工件表面光潔，尺寸精度高，材料利用率高，鍛件內(nèi)部，鍛造流線分布更加合理，提高了使用壽命，可鍛軟復(fù)雜零件，操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，成本較低，常用于中小型鍛件的批量生產(chǎn)。3、板料沖壓利用裝在沖壓機(jī)床上的沖模對(duì)金屬板料加工，使之變形或分離，從而獲得零件或毛坯。板料坯料通常是厚度在12mm以下的薄板一般不加熱。板料沖壓的原材料要具有良好的塑性和較低的抗變形能力，如低碳鋼、合金鋼、銅、鋁。沖壓件重量輕，剛度好、結(jié)構(gòu)輕巧、質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好。操作簡(jiǎn)單，易于機(jī)械化和自動(dòng)化，且成本低。由于沖壓模具制作成本高，大批量生產(chǎn)才是合理的。4、其他壓力加工方法擠

53、壓形成，使用的壓力大，金屬變形量大，可制作多種材料，多種形狀的金屬工件，且精度高、機(jī)械性能好，可機(jī)械化自動(dòng)化。輥軋成形：如輥軋、熱軋齒輪、輾環(huán)。精密模鍛，經(jīng)向鍛造、高速錘鍛造等。（三）切削加工 切削加工分為鉗工和機(jī)械加工兩大類。 鉗工一般為手工操作，主要有劃線、鏨削、鋸削、銼削、刮削、鉆孔和鉸孔、攻絲和套扣等，機(jī)械裝配和修理也屬鉗工范圍。 機(jī)械加工按所用切削工具，又分為兩類：一類是利用刀具進(jìn)行加工的，如車削、鉆削、鏜削、刨削、銑削等；另一類是用磨料進(jìn)行加工的；如磨削、銜磨、研磨、超精加工等。機(jī)械加工必須有刀具，如車刀、刨刀、插刀、銳刀、鏜刀等，磨削用的刀是砂輪。1、車削加工車削加工用機(jī)床有普通

54、機(jī)床、立式車床、轉(zhuǎn)塔車床、仿形車床、自動(dòng)車床及各種專用車床。車削能加工的表面有端面、外圓、內(nèi)圓、錐面、螺紋、回轉(zhuǎn)成形面、回轉(zhuǎn)溝槽及滾花等，使用范圍廣泛，加工表面精度好，且易保證零件加工表面的位置精度，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低。2、鉆鏜加工鉆床加工：常用設(shè)備有臺(tái)式鉆床、立式鉆床和搖臂鉆床等，能進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻絲、锪孔和锪凸臺(tái)等。鏜床加工：主要設(shè)備是臥式鏜床。鏜床可鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、切槽、車外圓、車端面和銑平面、其中鏜孔是主要的。由于鏜床上有精確的定位裝置，適合對(duì)箱體機(jī)座、支架等形狀復(fù)雜大型零件孔系進(jìn)行定位和加工，是機(jī)械加工的關(guān)鍵性設(shè)備，是其他設(shè)備不能取代的。鏜床加工范圍廣泛，能獲得較高的加

55、工精度和較低的粗糙度，其缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低。3、刨削、插削和拉削刨削用來(lái)加工平面、刨床分牛頭刨和龍門刨兩種。刨床能加工的平面有水平面、垂直面、斜面，還能加工溝槽（直角槽、V形和T形槽、燕尾槽）和直線成形面。刨削機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，有空引程，且每一往復(fù)中伴有兩次沖擊，限制了刨削速度，生產(chǎn)率較低。插削可看作是“立式刨床”，主要用于加工孔內(nèi)鍵槽、方孔、多邊形孔、花鍵孔及某些零件的外表面。插削使用的設(shè)備是插床。拉削的設(shè)備是拉床。拉刀的直線移動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)。拉削無(wú)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，其進(jìn)給是靠接刀的每齒升高量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所以拉削可看作是按高低順序排列的，多把刨刀進(jìn)行的刨削。拉削一般用于作精加工，且一次行程即達(dá)到精

56、度要求，能加工拉削平面、半圓弧面和一些組合面。拉刀是一種定形刀具，拉削一次就完成粗切、精切、較準(zhǔn)和修光工作，是一種精加工方法、效率高。但拉刀制造復(fù)雜、成本高，不能加工臺(tái)階孔、盲孔和特大孔，只適宜加工一種規(guī)格的孔或鍵槽。4、銑削加工合銑削加工是用銑刀的旋轉(zhuǎn)和工件的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，是平面加工的主要方法之一。設(shè)備有臥式銑床、立式銑床、龍門銑床、工具銑床及各種專用銑床。銑床可加工平面（水平面、垂直面、斜面）、溝槽（直角槽、鍵槽、角度槽、燕尾槽、T形槽、圓弧槽）和成形面。還能進(jìn)行孔加工（包括鉆、擴(kuò)、鉸、鏜孔）和分度工作。5、磨料切削加工磨料是用分布在砂輪表面上為數(shù)甚多的磨料進(jìn)行切削的。磨削方法有：外圓磨、內(nèi)圓磨、平面磨、螺紋磨削，此外高精度及高效率磨削方法有：精密度削、超精磨削，鏡