工業(yè)設(shè)計(jì)機(jī)械基礎(chǔ)第五章--機(jī)械設(shè)計(jì)概述課件

1、第五章 機(jī)械設(shè)計(jì)概述 第一節(jié) 機(jī)械結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中的地位 一、設(shè)計(jì)工作中的機(jī)械與結(jié)構(gòu) 1設(shè)計(jì)對象中的機(jī)械與結(jié)構(gòu)示例 圖5-1計(jì)算機(jī)桌示例選材 支架常用金屬型鋼、型鋁、木料制作，面板則用非金屬板材；型材板材品種、規(guī)格、型號非常多，性能和價(jià)格迥異，合理選材需有材料知識。 桌子、椅子等各種家具是設(shè)計(jì)工作的傳統(tǒng)對象。進(jìn)行計(jì)算機(jī)桌和座椅的設(shè)計(jì)，除了造型美觀和人機(jī)學(xué)要求以外,不可避免要涉及的問題還有：聯(lián)接 原材料多為長棒、大板，按圖紙進(jìn)行切割、沖壓、加工、表面涂飾，才成為一個(gè)個(gè)的零件，然后聯(lián)接成產(chǎn)品。聯(lián)接方法很多，各種聯(lián)接方法的適用條件、性能、成本差異也很大。這些均為設(shè)計(jì)者所必須了解?？烧{(diào)、可動(dòng)的簡單機(jī)構(gòu) 座

2、椅高度、座面傾角需可調(diào)，鍵盤和鼠標(biāo)托板可以推進(jìn)拉出等。設(shè)計(jì)者應(yīng)能正確地實(shí)現(xiàn)這類構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)、調(diào)節(jié)、固定。 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和牢固 產(chǎn)品應(yīng)牢靠，在預(yù)定壽命中不破損；但又不可粗大笨重。 通過工程力學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，已經(jīng)為此打下了初步的基礎(chǔ)。 圖5-2 幾種常見的社會(huì)設(shè)施 沒有上述幾方面的機(jī)械結(jié)構(gòu)知識,不可能著手這些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。 可折疊器物能減小收藏存儲(chǔ)空間,便于攜帶和運(yùn)輸,成為設(shè)計(jì)的一個(gè)熱點(diǎn)方向, 它們的設(shè)計(jì)當(dāng)然離不開機(jī)械結(jié)構(gòu)的知識。圖5-3 幾種可折疊器物 日用家電、信息等類產(chǎn)品與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān),其中大多由電力驅(qū)動(dòng),但完成最終功能的仍然是機(jī)械結(jié)構(gòu),這些產(chǎn)品圖清楚地表明:機(jī)械結(jié)構(gòu)在它們的設(shè)計(jì)中都是重要的工

3、作內(nèi)容。圖5-4家電、信息等類產(chǎn)品中機(jī)械結(jié)構(gòu)很重要2設(shè)計(jì)人員面對的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作 若對象只涉及簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，例如日用品、家具、小型公共設(shè)施等，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該承擔(dān)其全部設(shè)計(jì)任務(wù)，包括其中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 若對象涉及的機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)任務(wù)由技術(shù)工程師和造型設(shè)計(jì)師來協(xié)作完成，但對造型設(shè)計(jì)工作、順利與與技術(shù)工程師溝通協(xié)作來說，機(jī)械結(jié)構(gòu)知識仍必不可缺。 設(shè)計(jì)工作與機(jī)械結(jié)構(gòu)密不可分，設(shè)計(jì)人員必須具備一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，這是設(shè)計(jì)人員業(yè)務(wù)素質(zhì)高低的基本衡量指標(biāo)之一。 圖5-5機(jī)械結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的產(chǎn)品示例二、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的教學(xué)要求與學(xué)習(xí)方法 1.了解機(jī)械與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本概況，掌握初步設(shè)計(jì)技能 重在對機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)寬泛

4、的、概貌的“面”上了解，而不求“點(diǎn)”上的深透。 重在了解機(jī)械機(jī)構(gòu)“可以實(shí)現(xiàn)什么樣的應(yīng)用目標(biāo)？”，而不深究技術(shù)細(xì)節(jié)。 為掌握簡單機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技能打下基礎(chǔ)。 2.加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)踐性、直觀性、應(yīng)用性 盡量多以日常生活用品為例闡述，直觀性有利于提高學(xué)習(xí)興趣。 各章的思考題練習(xí)題注重實(shí)踐性練習(xí)，學(xué)生應(yīng)努力去接觸產(chǎn)品實(shí)物。 多數(shù)是實(shí)踐性作業(yè)，重視并努力做好作業(yè)，是學(xué)好課程的關(guān)鍵。第二節(jié) 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求和一般程序 一、機(jī)械與結(jié)構(gòu)1. 零件、構(gòu)件、部件 圖5-6 零件與構(gòu)件的示例零件是機(jī)械或結(jié)構(gòu)中不能再拆分的個(gè)體,是加工制造的單元體。構(gòu)件是機(jī)械中結(jié)合在一起運(yùn)動(dòng)的整體,是運(yùn)動(dòng)的單元體。部件是機(jī)械或結(jié)構(gòu)

5、中在構(gòu)造和作用上自成整體、可以單獨(dú)分離出來的部分;也常把機(jī)械與結(jié)構(gòu)在裝配中的局部單元體稱為部件。因此部件的概念比較寬泛、靈活,可大可小。構(gòu)件可能是一個(gè)零件,也可能由多個(gè)零件組合而成。內(nèi)燃機(jī)中曲軸是一個(gè)構(gòu)件,也是一個(gè)零件， 而連桿這個(gè)構(gòu)件則由多個(gè)零件連接而成。部件是裝配的單元體2. 機(jī)構(gòu)、機(jī)器、機(jī)械 機(jī)構(gòu) 能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)變換和動(dòng)力傳遞的零件、構(gòu)件的組合。機(jī)器 能代替或減輕人的勞動(dòng)、能完成有用機(jī)械功的機(jī)構(gòu)與構(gòu)件的組合。 機(jī)械則是機(jī)構(gòu)和機(jī)器的總稱,因此機(jī)械的含義比較寬泛。 實(shí)例 鏈條加鏈輪鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 自行車簡單的機(jī)器 螺桿加螺母螺旋機(jī)構(gòu) 千斤頂、臺(tái)鉗簡單的機(jī)器 圖5-7 螺旋千斤頂與臺(tái)鉗 a）螺旋千斤頂

6、 b）臺(tái)鉗 現(xiàn)代機(jī)器的組成部分： 原動(dòng)機(jī)部分 電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、液壓泵、氣泵等。傳動(dòng)部分 帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)等機(jī)構(gòu)及其組合。執(zhí)行部分 機(jī)器完成工作任務(wù)的部分，聯(lián)接在傳動(dòng)部分的終端?？刂撇糠?有機(jī)械、光電、電子等控制元器件組成。 3. 機(jī)械設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu) 通常指建筑物、設(shè)施及產(chǎn)品中起支承作用的支架、框架。 機(jī)械是由兩個(gè)部分組成的：第一部分原動(dòng)、傳動(dòng)等運(yùn)動(dòng)部分； 第二部分不運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)部分。在造型設(shè)計(jì)領(lǐng)域里，對機(jī)械設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般不做嚴(yán)格區(qū)分。 結(jié)構(gòu)也是由一些零件、構(gòu)件組合而成的。在產(chǎn)品中,像家具、便攜小車、自行車寶寶座位等,其構(gòu)成主體就是結(jié)構(gòu)。一般社會(huì)設(shè)施的主體也是結(jié)構(gòu),如垃圾箱，公

7、告欄、宣傳欄、公共電話亭等。結(jié)構(gòu)是產(chǎn)品和社會(huì)設(shè)施設(shè)計(jì)的常見對象。圖5-8翻轉(zhuǎn)式不銹鋼垃圾箱圖5-9社會(huì)設(shè)施示例二、機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求 1實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能 ：預(yù)定功能是已經(jīng)先期確定的目標(biāo),是設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。在預(yù)定環(huán)境條件和工作壽命內(nèi)實(shí)現(xiàn)該功能,是設(shè)計(jì)工作的基本要求。 2經(jīng)濟(jì)性要求：產(chǎn)品的性能和成本總是密切相關(guān)的,較高的性價(jià)比,才符合市場需求。但產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性不僅指產(chǎn)品的生產(chǎn)制造成本,還涉及產(chǎn)品的工作效率、使用中的能耗材耗與對環(huán)境的影響、維護(hù)管理費(fèi)用、報(bào)廢處理費(fèi)用等。 3. 安全與可靠：以人為本,讓產(chǎn)品更加安全可靠、便于操作使用,這些“宜人性”要求越來越成為產(chǎn)品市場競爭的關(guān)鍵要素。 4加工制造工藝性：

8、指零部件和產(chǎn)品便于加工制造、裝配、運(yùn)輸。工藝性是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念,不但隨技術(shù)進(jìn)步不斷變化,也與生產(chǎn)規(guī)模、企業(yè)現(xiàn)代化程度等條件有關(guān),需要因時(shí)因地具體把握。 5標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化“三化”要求。 6其他特殊要求：某些產(chǎn)品會(huì)因特定使用條件而有某些特殊要求,例如耐腐蝕、耐高溫低噪聲或靜音、快速拆裝與便攜、特定族群的文化習(xí)俗等。 三、機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序 設(shè)計(jì)程序共同的大方向是：從總體到局部，從方案到細(xì)節(jié)。 圖5-10機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序四、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化 1標(biāo)準(zhǔn)化與標(biāo)準(zhǔn)零部件 常見的標(biāo)準(zhǔn)化零件有螺釘、螺母、墊圈、銷、鍵、滑動(dòng)軸承、V帶、液氣管道接頭、密封圈等;常見的標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件有滾動(dòng)軸承、鏈條、聯(lián)軸

9、器、門窗合頁、油氣閥門等;常見的標(biāo)準(zhǔn)化部件有電動(dòng)機(jī)、變速機(jī)、離合器、氣泵液泵等。在機(jī)械設(shè)計(jì)中,凡通用零部件,都不必自己設(shè)計(jì),而是查手冊選購。2系列化與通用化 將機(jī)械中通用零部件的結(jié)構(gòu)、尺寸、材料、參數(shù)和性能等指標(biāo)加以統(tǒng)一規(guī)定,稱為零部件的標(biāo)準(zhǔn)化。每一種標(biāo)準(zhǔn)零部件,其尺寸均按一定規(guī)律從小到大、性能指標(biāo)按一定要求從低到高組成多種的型號和規(guī)格,這就是標(biāo)準(zhǔn)零部件的系列化。在一件產(chǎn)品內(nèi)或系列產(chǎn)品之間盡量采用同一規(guī)格、同一尺寸型號的零部件,減少零部件的種類,以便于制造、管理、使用、更換、維修,稱為通用化。3.機(jī)械設(shè)計(jì)中貫徹“三化”原則的意義1)減輕設(shè)計(jì)工作量。2)標(biāo)準(zhǔn)零部件是由專業(yè)化工廠大規(guī)模生產(chǎn)的,效率

10、高、成本低、質(zhì)量可靠。3)便于維護(hù)使用,便于更換維修?！叭笔窃O(shè)計(jì)應(yīng)貫徹的原則,也是國家的一項(xiàng)技術(shù)政策。第三節(jié) 機(jī)械結(jié)構(gòu)的常用材料及其選用原則 一、機(jī)械結(jié)構(gòu)的常用材料 機(jī)械結(jié)構(gòu)用的材料種類 1. 機(jī)械結(jié)構(gòu)常用金屬材料鋼和鋁合金的綜合性能適合一般機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求,且價(jià)格合適,是機(jī)械結(jié)構(gòu)的常用材料。銅合金價(jià)格較高,但以優(yōu)良的耐磨性、減摩性和導(dǎo)電性而適用于特定零構(gòu)件。表5-1 機(jī)械結(jié)構(gòu)中常用金屬材料及應(yīng)用舉例表5-1 機(jī)械結(jié)構(gòu)中常用金屬材料及應(yīng)用舉例材 料 分 類應(yīng)用舉例或說明鋼碳素鋼低碳鋼(wC0.25%)鉚釘、螺釘、螺母、連桿、滲碳零件等中碳鋼(0.25%0.60%)凸輪、彈簧、工具等合金鋼低合

11、金鋼較重要的零件,如齒輪、軸、連桿、壓力容器、滲碳件等中合金鋼模具、沖頭、飛機(jī)構(gòu)件等高合金鋼彈簧、火箭殼體等鑄鋼一般工程用鑄鋼機(jī)座、箱體、曲軸、大齒輪等合金鑄鋼水輪機(jī)葉片、高壓容器、曲軸等鑄鐵灰鑄鐵低牌號(HT100、HT150)底座、端蓋、手輪等高牌號(HT200、HT300)泵殼、法蘭、齒輪、帶輪等球墨鑄鐵鐵素體型差速器殼、扳手、犁刀、支座、彎頭等珠光體型曲軸、凸輪軸、齒輪、活塞環(huán)、軸套等鋁合金變形鋁合金(可沖壓)防銹鋁焊接油箱、油管、鉚釘、中輕載零件硬鋁螺栓、鉚釘、螺旋槳葉片等中等強(qiáng)度零件超硬鋁要求重量輕、強(qiáng)度高的零件,如飛機(jī)大梁、起落架、桁架鑄造鋁合金鋁硅合金儀表、抽水機(jī)殼體等工作溫度

12、不高、形狀復(fù)雜的輕型零件鋁銅合金內(nèi)燃機(jī)氣缸頭、活塞、掛架梁、支臂等鋁鎂合金輪船配件、泵體、殼體等耐蝕、耐振動(dòng)的零件鋁鋅合金形狀復(fù)雜的飛機(jī)、汽車、儀器零件和日用品材 料 分 類應(yīng)用舉例或說明銅合金鑄造銅合金鑄造黃銅軸瓦、襯套、閥體、管接頭、耐蝕零件鑄造青銅蝸輪、軸瓦、絲杠螺母、葉輪、管配件、耐磨零件加工銅合金黃銅管、銷、鉚釘、墊圈、螺母、小彈簧、電氣零件、耐蝕零件青銅彈簧、軸瓦、蝸輪、螺母、耐磨減摩零件軸承合金錫基軸承合金軸承襯(減摩性、磨合性、耐蝕性、韌性俱佳)鉛基軸承合金軸承襯(強(qiáng)度、韌性、耐蝕性不及錫基軸承合金,但價(jià)格較低)2. 機(jī)械結(jié)構(gòu)常用非金屬材料 (1)塑料現(xiàn)今塑料是機(jī)械結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最

13、廣泛的非金屬材料 (表5-2)從應(yīng)用的角度可以將塑料分為通用塑料和工程塑料兩大類。按塑料的加工性能,可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。熱塑性塑料加工成型后,再次加熱仍然具有流動(dòng)性,可以再次進(jìn)行加工成型,因此可回收利用。PVC、PE、PP、ABS等屬于熱塑性塑料。熱塑性塑料制品不耐高溫，制作的容器甚至不能盛放熱水。 熱固性塑料經(jīng)過一次加熱成型固化后,再次加熱不能重新恢復(fù)其流動(dòng)態(tài),無法再次加工成型,不具有回收利用的性能。環(huán)氧樹脂、橡膠等屬于熱固性塑料。選用塑料時(shí)必須注意區(qū)別分辨。有些塑料有毒性,有些無毒,制作食品容器和兒童玩具,嚴(yán)禁選用有毒塑料。(2)橡膠橡膠的特性是彈性高,制作抗振減振、存儲(chǔ)機(jī)械能的

14、零構(gòu)件具有獨(dú)特的優(yōu)勢。橡膠還有優(yōu)良的耐磨性、密封性、隔聲性和獨(dú)特的阻尼特性,廣泛用作車輛輪胎、油氣管道接頭密封、產(chǎn)品中抗振和減振、隔聲消聲襯墊等零構(gòu)件。(3)木竹、玻璃、陶瓷一般機(jī)械中這幾種材料用得很少,但在家具、社會(huì)設(shè)施等結(jié)構(gòu)物中,木竹因與人的親和力而備受青睞。玻璃、特種玻璃在車輛和建筑中的地位還難以替代。各種新型特種陶瓷可在機(jī)械、電子、光電設(shè)備中用于制作多種特殊的零件。表5-2 常用塑料的性能特征和應(yīng)用舉例 3. 復(fù)合材料 復(fù)合材料由兩種或兩種以上材料組合而成,能夠獲得比單一材料更加優(yōu)越的性能,發(fā)展前途廣闊,是現(xiàn)代材料科學(xué)的重點(diǎn)領(lǐng)域。 按材料的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)形式不同,復(fù)合材料分為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

15、、層疊復(fù)合材料和顆粒復(fù)合材料三類。 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料發(fā)展最快、應(yīng)用最廣。例如碳纖維-樹脂復(fù)合材料,強(qiáng)度、韌性可與高強(qiáng)度鋼媲美,但重量比玻璃鋼還輕,且具有優(yōu)良的耐磨、減摩及自潤滑性、耐蝕性、耐熱性等,在工業(yè)和軍工中可用于制造高級機(jī)架、連桿、齒輪及人造衛(wèi)星天線構(gòu)架等;在生活日用品中,則用來制造高級釣魚竿、手杖、高爾夫球桿等。 玻璃鋼也是一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。二、材料選用的原則 選材應(yīng)考慮三方面因素，綜合權(quán)衡，不顧此失彼，不片面追求高檔材料。 1. 使用性能要求 (1)力學(xué)性能主要有強(qiáng)度、剛度、彈性、韌性、對應(yīng)力集中的敏感性等。(2)表面性能硬度、耐磨性、減摩性,也包括表面是否易于涂飾的性能。(3)

16、物理性能密度、耐熱性、熱膨脹性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、磁性等。(4)化學(xué)性能主要指耐蝕性,如耐酸、耐堿、抗氧化等。 2.加工工藝性能 材料適用何種加工工藝,與該材料能否制成某種形狀的零件、加工制造的成本高低都有很大的關(guān)系。例如塑料注射成型中一個(gè)模子可以注射多達(dá)幾十萬個(gè)零件,效率高,單件加工成本低,又能做成復(fù)雜的形狀。不銹鋼雖有多種無可置疑的優(yōu)越性能,但它不易制成復(fù)雜形狀、焊接也較困難,限制了它更廣泛的應(yīng)用。 現(xiàn)代制造業(yè)的常見加工工藝手段有：注射、沖壓、鑄造、鍛造、切割與切削加工、焊接、熱處理、表面處理和涂飾等。 現(xiàn)代制造方法與機(jī)械設(shè)計(jì)密切相關(guān),是一個(gè)內(nèi)容豐富的專門技術(shù)領(lǐng)域。3. 經(jīng)濟(jì)性要求 三、板材

17、、管材、型材1. 板材與選材有關(guān)的經(jīng)濟(jì)性,應(yīng)該包括三個(gè)方面:1)材料價(jià)格、加工成本等生產(chǎn)廠家方面的經(jīng)濟(jì)性因素。2)使用壽命、使用效率等用戶方面的經(jīng)濟(jì)性因素。3)產(chǎn)品廢棄以后對環(huán)境污染的影響、回收利用的可能性等社會(huì)環(huán)保方面的經(jīng)濟(jì)性因素。前面插圖中所列舉的產(chǎn)品或設(shè)施中,有不少需要用板材、管材和型材。鋼、銅合金、鋁合金、塑料、木料和復(fù)合木料均有多種品種規(guī)格的板材。(1)鋼板分熱軋鋼板和冷軋鋼板兩大品種。熱軋鋼板的因表面光潔程度不高,多用于大中型建筑結(jié)構(gòu),而較少用于家庭日用等小型產(chǎn)品。冷軋鋼板表面光潔,家庭日用等小型產(chǎn)品中多采用它。圖5-14 金屬板材面板的機(jī)箱和工作臺(tái) a）小型機(jī)箱 b）工作臺(tái) 2.

18、 管材 鋼管 分焊接鋼管、熱扎無縫鋼管、冷拔無縫鋼管三個(gè)主要品種。 熱扎無縫鋼管小規(guī)格的熱軋無縫鋼管在游樂場設(shè)施、過街天橋欄桿、社區(qū)健身器材等產(chǎn)品設(shè)施上常會(huì)見到,一般要經(jīng)過表面涂飾,避免生銹,增加美觀。較少用于小型精致產(chǎn)品。 冷扎（冷拔）無縫鋼管冷軋(冷拔)無縫鋼管輕巧美觀、強(qiáng)度剛度俱佳,是生活和精細(xì)工業(yè)產(chǎn)品的常用選材。 一輛自行車上就有多種尺寸規(guī)格的鋼管。不同鋼管家具可采用各種不同的鋼管。 實(shí)心棒材有正圓、正方、正六邊形等截面規(guī)格,但在同等重量下,實(shí)心棒材的強(qiáng)度和剛度均低于或遠(yuǎn)低于空心管材,所以產(chǎn)品中較少采用實(shí)心棒材。(2)其他板材有色金屬板材：冷軋銅合金板、熱軋銅合金板、鋁合金板非金屬板材

19、的品種材更多：硫化橡膠板,硬、軟聚氯乙烯板等塑料板材,實(shí)木,復(fù)合木等木質(zhì)木基板材等。板材規(guī)格很多，性能各異,新品種也不斷問世。為了選得理想的新型板材,需要花精力通過多渠道來獲取相關(guān)的資料。焊接鋼管沿鋼管縱向有一條焊縫,影響美觀和使用性能,適合用于要求價(jià)格低廉的產(chǎn)品上。圖5-13管材在產(chǎn)品中的應(yīng)用自行車上多種尺寸規(guī)格的鋼管以鋼管為支架結(jié)構(gòu)的幾種家具。冷拔方形鋼管 冷拔矩形鋼管 用冷拔方鋼管造型的社會(huì)設(shè)施 圖5-16 冷拔非圓形鋼管 不銹鋼冷扎（冷拔）無縫鋼管尤適用于外觀需要精致美觀、以及與醫(yī)療、飲食等有關(guān)的產(chǎn)品上 冷拔無縫等壁厚方形鋼管和冷拔無縫等壁厚矩形鋼管等非圓形管材, 因擴(kuò)展了產(chǎn)品造型風(fēng)格

20、而受到青睞。其他管材 銅合金管材價(jià)格較高，多用于電工產(chǎn)品及用作加工軸承。 冷拉或熱擠壓鋁合金管重量輕，常用作要求輕巧的產(chǎn)品，如手杖、野營帳篷的拉桿、便攜旅游小車的構(gòu)架、衛(wèi)具潔具的手柄等。 塑料管、橡膠管常用作水油氣管道，具有抗酸、抗堿、抗油等性能。塑料管重量輕、色彩豐富鮮艷、不會(huì)氧化腐蝕，用來制作輕型結(jié)構(gòu)。 3. 型材型鋼 熱扎型鋼在橋梁、建筑、棚架等結(jié)構(gòu)中廣泛采用，常見截面形狀有等邊角鋼、不等邊角鋼、槽鋼、工字鋼等。 圖5-15幾種常見的熱軋型鋼截面冷彎型鋼壁厚薄、重量輕、表面光潔，在中小型產(chǎn)品中常被采用。 圖5-16幾種常見的冷彎型鋼截面可利用有折彎機(jī)根據(jù)需要,折制特殊截面形狀的型鋼。 圖

21、5-17采用型鋼作立柱、橫梁的較大尺寸的機(jī)柜和貨架 型鋁 型鋁輕巧美觀、不易銹蝕，尺寸規(guī)格豐富，在日用及其他中小型產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛。圖5-18幾種常見的型鋁截面及其最小截面尺寸鋁材冷軋(冷拔)加工比鋼材容易，其最小尺寸明顯小于熱軋型鋼。a)正方形鋁管(a=10)b)矩形鋁管(ab=1410)c)等邊角鋁型材(H=B=10)d)不等邊角鋁型材(H=15,B=7)e)槽鋁型材(B=13,H=13)型材生產(chǎn)規(guī)模大、成本低,質(zhì)量穩(wěn)定可靠。各種復(fù)雜截面形狀的型鋁近年紛紛問世?，F(xiàn)今各種展覽會(huì)層出不窮,構(gòu)成了“會(huì)展經(jīng)濟(jì)”這一新的經(jīng)濟(jì)門類。要求展架制作配件有良好的通用性,能組合裝配成大小、形式不同的展架

22、,又要輕巧美觀、易裝易拆、易收藏易運(yùn)輸,于是展架用型鋁應(yīng)運(yùn)而生。某些展架型鋁的截面形狀是相當(dāng)復(fù)雜的,如圖5-19a所示。圖5-19b所示機(jī)箱的橫梁型鋁,其截面形狀也較復(fù)雜,型鋼難以做成這樣復(fù)雜的截面。圖5-19截面形狀復(fù)雜的型鋁第四節(jié) 零件結(jié)構(gòu)的工藝性和造型因素 一、零件的結(jié)構(gòu)工藝性 機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性是指零件加工成形和裝配的難易程度。1.鑄造成形鑄造是將熔煉的金屬液體澆注入鑄型內(nèi),經(jīng)冷凝后獲得所需零件形狀的成形方法。為了方便鑄造,獲得品質(zhì)良好的鑄件,設(shè)計(jì)鑄件應(yīng)注意以下工藝結(jié)構(gòu)。(1)起模斜度為了澆注后能將模樣從砂型中順利取出,造砂型時(shí)應(yīng)將鑄件內(nèi)外壁沿起模方向設(shè)計(jì)出約為120的起模斜度。圖5

23、-20鑄造過程示意圖圖5-21起模斜度(2)鑄造圓角為防止?jié)沧r(shí)金屬液體將砂型轉(zhuǎn)角處沖壞,避免鑄件在冷卻中產(chǎn)生裂紋或縮孔,應(yīng)將鑄件毛坯上的各種棱角制成圓角,稱為鑄造圓角。圖5-22鑄造圓角圖5-23鑄件壁厚(3)均勻壁厚若鑄件不同部位的壁厚相差過于懸殊,澆注后薄壁部位的液態(tài)金屬過快冷卻凝固,易導(dǎo)致后冷卻凝固的厚壁部位中產(chǎn)生縮孔、裂紋等鑄造缺陷。因此,鑄件壁厚應(yīng)盡量均勻或平緩過渡變化。電焊或氣焊過程中,焊縫局部溫度很高,焊畢即快速冷卻,使焊縫局部存在較高的內(nèi)應(yīng)力。為減小高內(nèi)應(yīng)力引起過大變形,避免開裂等缺陷,焊縫不可密集、交叉，應(yīng)采用錯(cuò)開焊縫、切除交叉處肋板角等方法適當(dāng)處理。2.焊接加工不好圖5-

24、24合理排布焊縫,降低內(nèi)應(yīng)力好 切削加工主要在機(jī)床上進(jìn)行,加工方法主要有:車削、銑削、刨削、磨削、鏜削、鉆削、拉削、插削等。與切削加工相關(guān)的零件結(jié)構(gòu)工藝問題很多,舉例如下。3.切削加工 (1)零件上鉆孔麻花鉆前端兩個(gè)切削刃通常磨成120左右。麻花鉆加工的孔,底部自然有120左右的角度 。圖5-25不通孔底部形狀的工藝性要求圖5-26要鉆孔的上端面和出口面鉆孔的起始平面應(yīng)與孔的軸線垂直。 不好好好好不好 (2)倒角 軸、孔的端頭,都應(yīng)有倒角(多為45,也可為30、60等)。 倒角主要是零件裝配工藝的要求。 零件難免磕碰,磕碰的傷痕最易發(fā)生在邊角部位。 倒角也有利于人身安全,為減少銳利邊角對人體的

25、可能傷害,機(jī)械產(chǎn)品上外輪廓的棱邊也常需要倒角或倒圓角 。圖5-27軸端、孔端和棱邊上的倒角(3)螺紋退刀槽和砂輪越程槽零件上的螺紋多為車削加工而成。無論外螺紋、內(nèi)螺紋,在螺紋段終端臺(tái)階處,必有一小段車不出螺紋牙來。車螺紋前,在臺(tái)階處應(yīng)切制一圈“退刀槽”。退刀槽的作用是:第一,便于車削時(shí)退出螺紋刀;第二,確保與之配合的螺紋零件能旋擰緊貼到臺(tái)階面位置。外圓和內(nèi)孔磨削加工前,也應(yīng)在臺(tái)階處切制一圈槽,稱為“越程槽” 。磨削砂輪的棱邊均有小圓弧,直接磨出的內(nèi)、外圓柱面的臺(tái)階“根”處,必有小圓弧的殘留。越程槽的作用是:第一,消除小圓弧殘留(也稱為“清根”),使相配合的零件能裝配緊貼到臺(tái)階面位置;第二,避免

26、砂輪磨削(內(nèi)、外)圓柱面的同時(shí)與工件臺(tái)階端面發(fā)生蹭剮。圖5-28螺紋退刀槽圖5-29砂輪越程槽 (4)減少精細(xì)加工面積 為使產(chǎn)品中的一根軸和孔配合良好,相配合的兩圓柱面都必須做一定精細(xì)度的加工。 如果軸很長、孔很深,對軸的全長和孔的全深都進(jìn)行較精細(xì)的加工是不合理的。第一,加工成本高;第二,兩者反而不容易配合好。用成本低的粗加工方法把孔的中段做大,留下兩端各一小段進(jìn)行精細(xì)加工,成本降低了,產(chǎn)品質(zhì)量更優(yōu)。 產(chǎn)品中兩個(gè)零件有較大接觸面積時(shí),情況類似,應(yīng)該設(shè)計(jì)出凸臺(tái)或凹坑等結(jié)構(gòu),以減少加工面積,降低制造成本。圖5-30凸臺(tái)和凹坑4.沖壓成形 沖壓是利用沖模在壓力機(jī)上對板材進(jìn)行的加工,可使板材分離或塑性變形,得到所需形狀、尺寸和性能的零件。日常生活中的鍋、盆、壺,盛裝飲料的易拉罐,五金拉手、合頁等,均由沖壓工藝制作成形,如圖5-31所示。圖5-31沖壓成形