機械原理 第二版 鄒慧君主編第9章 機械零件設(shè)計概述

§9-2機械制造常用材料及其選擇第9章機械零件設(shè)計概述§9-1機械零件設(shè)計概述在滿足預(yù)期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在預(yù)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。一、機械設(shè)計應(yīng)滿足的要求：機械零件設(shè)計概述機械零件的設(shè)計也必須滿足上述要求

——既要工作可靠，又要成本低廉。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(xí)慣上又稱為：承載能力二、機械零件的工作能力三、機械零件的失效由于某種原因零件不能正常工作時，稱為失效。（一）整體斷裂整體斷裂是指零件在載荷作用下，其危險截面的應(yīng)力超過零件的強度極限而導(dǎo)致的斷裂，或在變應(yīng)力作用下，危險截面發(fā)生的疲勞斷裂。齒輪輪齒斷裂

軸承內(nèi)圈斷裂軸承外圈、滾動體斷裂機械零件常見的失效形式:

斷裂、塑性變形、過大的彈性變形、工作表面的過度磨損或損傷、發(fā)生強烈的振動、連接的松弛、摩擦傳動的打滑等。機械零件設(shè)計概述（二）塑性變形當(dāng)作用于零件上的應(yīng)力超過了材料的屈服極限，零件將產(chǎn)生塑性（殘余）變形。齒輪齒面塑形變形軸承外圈塑性變形

機械零件設(shè)計概述軸承外圈塑性變形軸承內(nèi)圈塑性變形機械零件設(shè)計概述（三）零件的表面破壞零件的表面破壞主要是腐蝕、磨損和接觸疲勞（點蝕）。齒面接觸疲勞（點蝕）軸瓦磨損機械零件設(shè)計概述軸承套圈點蝕軸承內(nèi)圈點蝕機械零件設(shè)計概述失效原因:強度、剛度、耐磨性、振動穩(wěn)定性、溫度等。強度條件：計算應(yīng)力<許用應(yīng)力；五、機械零件設(shè)計的步驟5)繪制工作圖并標(biāo)注必要的技術(shù)條件。計算量≤許用量2)確定作用在零件上的載荷;3)選擇合適的材料;4)根據(jù)零件可能出現(xiàn)的失效形式，選用相應(yīng)的判定條件，確定零件的形狀;注意，零件尺寸的計算值一般并不是最終采用的數(shù)值，設(shè)計者還要根據(jù)制造零件的工藝要求和標(biāo)誰、規(guī)格加以圓整。剛度條件：變形量<許用變形量；機械零件設(shè)計概述四、機械零件的設(shè)計準(zhǔn)則——工作能力計算準(zhǔn)則1)擬定零件的計算簡圖;六、機械零件設(shè)計的計算方法設(shè)計計算——根據(jù)設(shè)計準(zhǔn)則，確定尺寸。校核計算——先參照實物、圖紙、經(jīng)驗數(shù)據(jù)等初步擬定結(jié)構(gòu)和尺寸，然后根據(jù)設(shè)計準(zhǔn)則進行驗算。機械零件設(shè)計概述機械制造常用材料及其選擇一、金屬材料1.鑄鐵鑄鐵常用金屬材料鋼有色金屬合金----含碳量>2%----含碳量≤2%鐵碳合金特點：①具有良好的液態(tài)流動性，可鑄造成形狀復(fù)雜的零件。

②較好的減震性、耐磨性、切削性（灰鑄鐵）

③成本低廉。應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之?；诣T鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵合金鑄鐵機械制造常用材料及其選擇2.鋼結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊鋼(不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼等)碳素結(jié)構(gòu)鋼（含碳量＜0.7%

）合金結(jié)構(gòu)鋼按用途按化學(xué)成分＜0.25%低碳鋼0.3%~0.5%中碳鋼＞0.5%高碳鋼按含碳量特點：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(xué)性能和加工性能。零件毛坯獲取方法：鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。選用原則：優(yōu)選碳素鋼，其次是硅、錳、硼、釩類合金鋼。應(yīng)用：應(yīng)用范圍極其廣泛。價格便宜且供應(yīng)充分我國資源豐富

表9-2常用材料的相對價格材料種類規(guī)格相對價格熱軋圓鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235（φ33~42）1鑄件優(yōu)質(zhì)碳素鋼（φ29~50）1.5~1.8合金結(jié)構(gòu)鋼（φ29~50）1.7~2.5滾動軸承鋼（φ29~50）3合金工具鋼（φ29~50）3~204Cr9Si2耐熱鋼（φ29~50）5灰鑄鐵鑄件0.85碳素鋼鑄件1.7銅合金、鋁合金鑄件8~10機械制造常用材料及其選擇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(yīng)用：應(yīng)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、非金屬材料橡膠橡膠富于彈性，能吸收較多的沖擊能量。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。機械制造常用材料及其選擇2.塑料塑料的比重小，易于制成形狀復(fù)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(yīng)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(shè)計機械零件時，選擇合適的材料是一項復(fù)雜的技術(shù)經(jīng)濟問題設(shè)計者應(yīng)根據(jù)零件的用途、工作條件和材料的物理、化學(xué)、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(xué)、機械及工藝性能、經(jīng)濟性。零件材料各種材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能可在相關(guān)國標(biāo)、行標(biāo)和機械設(shè)計手冊中查得。為了材料供應(yīng)和生產(chǎn)管理上的方便，應(yīng)盡量縮減材料的品種。機械制造常用材料及其選擇表9-1常用鋼鐵材料的牌號及力學(xué)性能材料力學(xué)性能試件尺寸類別牌號強度極限σB屈服極限σS延伸率%mmQ215335-41021531碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235375-46023526d≤16Q275490-610275202041024525優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼3553031520d≤25456003551635SiMn88373515d≤25合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr9817859d≤2520CrMnTi107983410d≤1560Mn9817858d≤80ZG270-50050027018鑄鋼ZG310-57057031015d≤100ZG42SiMn60038012HT150145----灰鑄鐵HT200195----HT250240----壁厚10~20QT400-1540