《機械設計基礎 》課件第8章

8.1概述8.2零件的體積強度8.3機械零件的接觸強度8.4零件的耐磨性8.5零件的常用材料與熱處理8.6互換性簡介8.7零件的工藝性與機械設計的有關原則習題8.1.1零件設計的基本要求

零件設計的基本要求是工作可靠、成本低廉。

工作可靠是指零件應具有足夠的強度、剛度、耐磨性等性能，在規(guī)定的使用期限內(nèi)不出

現(xiàn)失效，以保證零件及機械設備的正常工作。

成本低廉是指零件的材料及加工工藝成本低廉，為此應注意以下幾點：

(1)合理選擇材料，降低材料成本；

(2)零件結構工藝性要好，降低加工工藝成本與裝配成本；

(3)盡量采用標準化、通用化設計，既優(yōu)質(zhì)低耗，又簡化設計過程。8.1概述8.1.2機械零件的失效形式

機械零件因某種原因而不能正常工作的現(xiàn)象稱為失效。機械零件常見的失效形式主要有以下幾種：

(1)斷裂。斷裂是指零件發(fā)生破斷的現(xiàn)象。斷裂可能是因過載引起的斷裂，但更經(jīng)常的是由于零件有缺陷、應力集中嚴重、循環(huán)交變應力作用引起的疲勞斷裂。

(2)過大的變形。零件的變形分為彈性變性和塑性變形。機械零件在應力作用時首先產(chǎn)生彈性變形，當應力超過材料的屈服極限時會產(chǎn)生塑性變形。一般來講，彈性變形過大就會影響機器的運轉(zhuǎn)性能，因此，塑性變形通常是不允許的。

(3)表面失效。機械零件的表面失效是指其表面所發(fā)生的破壞現(xiàn)象，常見的有磨損、腐蝕和接觸疲勞點蝕等形式。

(4)工作條件破壞引起的失效。有些零件只有在一定條件下才能正常工作，如果破壞了這些條件，將會發(fā)生失效。如摩擦發(fā)熱導致零件出現(xiàn)承載能力下降、潤滑油膜破壞、產(chǎn)生發(fā)熱膨脹使零件互相“咬死”等現(xiàn)象，又如零件的振動頻率超過其規(guī)定值時產(chǎn)生共振而導致零件或整個系統(tǒng)損壞，此外還有摩擦傳動打滑、聯(lián)接松弛等。

在實際工作中，機械零件的失效形式往往不止一種。當有多種失效時，應分別考慮，最后確定能同時保證各種失效都不發(fā)生的方案。8.1.3機械零件的設計準則

在一定的工作條件下，零件抵抗可能出現(xiàn)的失效的能力稱為零件的工作能力。工作能力可以針對溫度、氣壓、速度等而言，更經(jīng)常地是針對載荷。針對載荷而言的工作能力稱為承載能力。

為防止零件失效而制定的判定條件稱為機械零件的設計準則，也稱為計算準則。機械零件的失效形式很多，相應的設計準則也很多，但在工程上常用的設計準則主要有以下幾種。

1．強度準則

強度是指零件在載荷作用下抵抗斷裂、塑性變形及表面疲勞點蝕、壓潰等失效的能力。

強度不足引起的失效是目前大多數(shù)零件的主要失效形式。零件因強度不足而失效，將破壞機械的正常工作，甚至可能造成設備、人身事故。強度分為體積強度和表面強度兩種。體積靜強度不足，將使零件發(fā)生斷裂或塑性變形；表面靜強度不足，將使零件表面壓潰或產(chǎn)生塑性變形；體積或表面疲勞強度不足，將使零件發(fā)生疲勞斷裂或表面疲勞點蝕。體積強度準則為：零件在載荷作用下，其危險截面處的最大應力不超過允許的限度(稱為許用應力)，或者零件在危險截面處的實際安全系數(shù)大于或等于許用的安全系數(shù)。表面強度準則為：零件表面處的最大應力不超過許用應力。

2．剛度準則

剛度是指零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。剛度準則為：零件在載荷作用下產(chǎn)生的最大彈性變形量不超過許用值。剛度準則一般是用各種彈性變形量的計算公式來表示的。和強度準則一樣，剛度準則也是機械零件的重要設計準則之一，它是某些機械零件(例如機床主軸等)的主要設計準則。

3．耐磨性準則

磨損是指零件相互接觸的表面因摩擦而造成表面材料損耗的現(xiàn)象，它使零件的幾何形狀和尺寸發(fā)生變化。

耐磨性準則是：零件的磨損量在預定工作期限內(nèi)不超過許用值。零件磨損的機理很復雜，對磨損量的計算目前尚無完善的理論依據(jù)。因此，耐磨性準則常以限制零件接觸表面的壓強來表示，即零件工作表面的壓強不大于許用壓強。由于耐磨性主要是通過限制壓強這一條件來實現(xiàn)的，因此耐磨性準則屬于條件性準則。

4．散熱性準則

零件在工作時如果溫度過高，將導致潤滑劑失去作用，使零件產(chǎn)生不利的熱變形及附加應力，從而使零件不能正常工作。散熱性準則為：零件的工作溫度不超過許用溫度。

5．可靠性準則

對大批量生產(chǎn)而無法逐個檢驗產(chǎn)品質(zhì)量的零部件，通常要知道該產(chǎn)品的可靠性?？煽啃缘暮饬恐笜耸强煽慷龋戳慵谝?guī)定的使用條件下和規(guī)定的使用時間內(nèi)能正常工作的概率。

可靠性準則就是要求所設計零件的工作可靠度不小于規(guī)定值。

6．其他設計準則

除以上設計準則外，還有一些針對零件的特殊失效形式而建立起來的設計準則。比如為防止軸類零件振動失效的臨界轉(zhuǎn)速準則、為防止帶傳動打滑的額定功率準則等。同一零件在一定工作條件下可能有幾種不同的失效形式，對應于不同的失效形式就有不同的設計準則。例如，設計機床主軸時，為防止斷裂失效，必須要考慮強度準則；為防止過大的彈性變形而降低被加工零件的精度，必須要考慮剛度準則。再如機床導軌，除了保證強度和剛度外，還要有良好的耐磨性，否則會破壞機床精度。8.1.4機械零件設計的一般步驟

機械零件的設計常按下列步驟進行：

(1)擬定零件的計算簡圖；

(2)根據(jù)零件的工作情況，確定作用在零件上的載荷及其分布；

(3)根據(jù)零件的工作條件和經(jīng)濟性，選擇合適的材料及毛坯成型方法；

(4)根據(jù)零件可能出現(xiàn)的失效形式，選用相應的判定條件，確定零件的主要尺寸或參數(shù)；

(5)按結構和工藝性要求繪制工作圖。上述根據(jù)設計準則計算確定零件主要尺寸或參數(shù)的計算稱為設計計算。在實際工作中，也常采用相反的方式——校核計算。這時先參照實物(或圖紙)和經(jīng)驗數(shù)據(jù)，初步擬定零件的結構和尺寸，然后再用有關的判定條件進行驗算。應當注意：零件尺寸的計算值一般并不是最終采用的數(shù)值，設計者還要根據(jù)制造零件的工藝要求和標準、規(guī)格加以圓整。機械設計中應優(yōu)先選用標準件，只有一些重要的零件是通過設計計算來確定其關鍵參數(shù)或尺寸的，其他零件往往根據(jù)其結構和工藝性要求，采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)或參照規(guī)范來確定。理想、平穩(wěn)的工作條件下作用在零件上的載荷稱為名義載荷。按照名義載荷用力學公式求得的零件截面上的應力，稱為名義應力。由于機器運轉(zhuǎn)時，零件會受到各種附加載荷的作用，因此，根據(jù)名義載荷或名義應力設計機械零件是不科學的。實際設計中通常用引入載荷系數(shù)K(有時只考慮工作情況的影響，則用工作情況系數(shù)KA)的辦法來估計這些因素的影響。

載荷系數(shù)與名義載荷的乘積稱為計算載荷。按照計算載荷(必要時還要引入應力集中等影響系數(shù))計算出的應力稱為計算應力。8.2零件的體積強度當機械零件按照強度條件判定時，常用的一種方法是比較零件危險截面的計算應力(σ、τ)是否小于零件材料的許用應力(［σ］、［τ］)，即(8-1)式中，S為安全系數(shù)；σlim、τlim分別為材料的極限正應力和極限切應力，其值與應力類型、材料種類及熱處理方法有關；σ、τ分別為正應力和切應力的計算應力。

需要注意的是：材料的極限應力一般是在簡單應力狀態(tài)下用實驗方法測出的，因此，對在簡單應力狀態(tài)下(拉、壓、彎曲、扭轉(zhuǎn))工作的零件，可將正應力或切應力直接帶入式(8-1)；對在復雜應力狀態(tài)下工作的零件，則應根據(jù)材料力學中的強度理論，將正、切應力帶入適當?shù)墓角蟪鲇嬎銘Ζ襝，再將計算應力σc帶入式(8-1)以判定強度是否滿足。由上述可知，許用應力取決于應力類型、零件材料的極限應力和安全系數(shù)等。

為了簡便，以下論述中應力σ是廣義的應力。對于簡單應力狀態(tài)，σ代表正應力或切應力；對于復雜應力狀態(tài)，σ代表按某種強度理論計算出的計算應力。8.2.1應力的分類與描述

按照隨時間變化的情況，應力可分為靜應力和變應力。

不隨時間變化的應力稱為靜應力，實用中將變化緩慢(應力變化的次數(shù)小于103)的應力也看做靜應力，例如鍋爐的內(nèi)壓力所引起的應力，擰緊螺母所引起的應力等。

隨時間變化的應力稱為變應力。其中，隨著時間的變化，應力改變完全無規(guī)律的稱為隨機變應力，隨機變應力屬于“概率工程設計”的研究內(nèi)容，本書不予討論；呈周期性變化的應力稱為循環(huán)變應力，圖8-1(b)所示為一般的非對稱循環(huán)變應力，圖中T為應力循環(huán)周期。圖8-1應力的類型(a)靜應力；(b)非對稱循環(huán)；(c)對稱循環(huán)；(d)脈動循環(huán)由圖8-1(b)可知(8-2)式中，σmax、σmin、σm、σa分別稱為最大應力、最小應力、平均應力和應力幅。(8-3)除上述參數(shù)外，還可用應力循環(huán)特性來描述應力變化情況。應力循環(huán)特性用字母r表示，定義為最小應力與最大應力之比，即

σmax＝-σmin(即r

＝-1)的變應力稱為對稱循環(huán)變應力(見圖8-1(c))，其σa＝σmax＝-σmin，σm＝0；σmax≠0，σmin＝0，σa＝σm＝0.5σmax的變應力稱為脈動循環(huán)變應力(見圖8-1(d))(r

＝0)；靜應力(見圖8-1(a))可看做是σmax

＝σmin(r

＝+1)的變應力。理論和實踐都證明，在各種循環(huán)特性的周期性變應力中，r＝-1時的變應力對材料的損傷最大。8.2.2靜應力下零件的許用應力靜應力作用下，零件材料有兩種損壞形式：斷裂或塑性變形。對于用塑性材料制成的零件，一般應按不發(fā)生塑性變形的條件進行計算。這時應取材料的屈服極限σs作為極限應力，故許用應力為(8-4)

對于用脆性材料制成的零件，則應取材料的強度極限σB作為極限應力，其許用應力為(8-5)對于組織均勻的脆性材料，例如淬火后低溫回火的高強度鋼，還應考慮應力集中的影響。

灰鑄鐵雖然屬于脆性材料，但由于本身有夾渣、氣孔及大石墨存在，其內(nèi)部組織的不均勻性遠遠大于外部應力集中的影響，而內(nèi)部組織不均勻?qū)姸鹊挠绊懸洋w現(xiàn)在材料的極限應力中了，故計算時不考慮應力集中。

常用鋼鐵材料的極限應力與熱處理方法和試件尺寸等因素有關，其數(shù)值詳見有關機械設計手冊。8.2.3變應力下零件的許用應力

變應力下零件的失效形式往往是疲勞斷裂。

1．疲勞斷裂的特征及其機理

(1)疲勞斷裂的最大應力遠比靜應力下材料的強度極限低，甚至比屈服極限低。

(2)不管是脆性材料還是塑性材料，其最終的斷口均表現(xiàn)為無明顯塑性變形的脆性斷裂。

(3)疲勞斷裂是損傷的積累，它的初期現(xiàn)象是在零件表面或表層形成微裂紋，隨著應力循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋逐漸擴展，材料逐漸硬化，直至余下的未裂開的截面積不足以承受外載荷時，零件就突然斷裂。在零件的斷口上可以清晰地看到這種情況。圖8-2所示為軸在彎矩、扭矩共同作用下疲勞斷裂的斷口。斷口明顯地分為兩個區(qū)域：

一個是在變應力重復作用下裂紋兩邊相互擠壓、摩擦形成的光滑的疲勞區(qū)；一個是最終發(fā)生脆性斷裂的粗糙斷裂區(qū)。

疲勞斷裂不同于一般靜應力下的斷裂，它是材料損傷到一定程度后，即裂紋擴展到一定程度后才發(fā)生的突然斷裂。所以疲勞斷裂與應力循環(huán)次數(shù)(即使用期限或壽命)密切相關。圖8-2軸在彎矩、扭矩作用下疲勞斷裂的斷口圖8-3對稱循環(huán)變應力作用下的疲勞曲線表示應力σ與應力循環(huán)次數(shù)N之間關系的曲線稱為疲勞曲線。圖8-3所示為某種材料在對稱循環(huán)變應力作用下的疲勞曲線，其橫坐標為應力循環(huán)次數(shù)N，縱坐標為斷裂時的循環(huán)應力σ。從圖中可以看出，應力越小，試件斷裂前能經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)就越多。

從大多數(shù)黑色金屬材料的疲勞試驗可知，當循環(huán)次數(shù)N超過某一數(shù)值N0以后，曲線趨向水平。N0稱為應力循環(huán)基數(shù)，對應于N0的應力σ-1稱為材料的疲勞極限(即當作用于試件的循環(huán)變應力小于或等于σ-1時，試件經(jīng)無限多次循環(huán)也不會斷裂)。σ-1值可從材料力學或有關設計手冊中查得。σ-1N

表示材料在對稱循環(huán)變應力下對應于應力循環(huán)次數(shù)N的疲勞極限。

疲勞曲線的左半部(N≤N0)可近似用方程(8-6)表示：

(8-6)

式中，為材料對應于循環(huán)次數(shù)N的疲勞極限；m為隨應力狀態(tài)而變的指數(shù)，例如彎曲時m＝9；C為實驗常數(shù)。由式(8-6)可求得對應于循環(huán)次數(shù)N

的彎曲疲勞極限為(8-7)式中，kN＝稱為壽命系數(shù)，若N＞N0，則取N

＝N0，因此kN≥1。

3．許用應力

變應力作用下，應取材料的疲勞極限作為極限應力，同時還要考慮到如下幾點：

(1)零件若存在切口、溝槽等截面突變，則會導致應力分布極不均勻(稱為應力集中)，從而顯著降低零件的疲勞強度；

(2)零件的絕對尺寸越大，其存在缺陷(內(nèi)部裂紋)的概率越大，因而其疲勞強度就越小；

(3)零件表面加工質(zhì)量越低，存在表面裂紋的概率越大，因而其疲勞強度就越小。

因此，應引入衡量截面突變影響的應力集中系數(shù)kσ、衡量尺寸大小的尺寸系數(shù)εσ和衡量表面質(zhì)量的表面狀態(tài)系數(shù)β等。當應力是對稱循環(huán)變化時，許用應力為(8-8)當應力是脈動循環(huán)變化時，許用應力為(8-9)式中，S為安全系數(shù)；σ0為材料的脈動循環(huán)疲勞極限；kσ、εσ及β的數(shù)值可在材料力學或有關設計手冊中查得。式(8-8)、(8-9)為按“無限壽命”設計零件時的許用應力，即要求零件的設計壽命大于或等于N0。若零件在整個使用期限內(nèi)，其循環(huán)總次數(shù)N小于循環(huán)基數(shù)N0時，可根據(jù)式(8-7)求得對應于N的疲勞極限σ-1N。用σ-1N替換式(8-8)中的σ-1后，即得到“有限設計壽命”下零件的許用應力。由于σ-1N大于σ-1，故采用σ-1N可得到較大的許用應力，從而減小零件的體積和重量。

4.安全系數(shù)

安全系數(shù)定得正確與否對零件尺寸有很大影響。如果安全系數(shù)定得過大，則結構笨重；如定得過小，又可能不夠安全。

在各個不同的機械制造部門，通過長期生產(chǎn)實踐，都制定了適合本部門的安全系數(shù)(或許用應力)的表格。這類表格雖然適用范圍較窄，但具有簡單、具體及可靠等優(yōu)點，設計時應優(yōu)先使用。在缺少資料的情況下，可根據(jù)載荷及應力計算的準確性、材料的力學性能以及零件的重要性，參考下述推薦確定安全系數(shù)：

(1)靜應力作用下，塑性材料以屈服極限為極限應力。由于塑性材料可以緩和過大的局部應力，故可取S＝1.2～1.5；對于塑性較差的材料(如σs/σB＞0.6)或鑄鋼件可取S＝1.5～2.5。

(2)靜應力作用下，脆性材料以強度極限為極限應力，這時應取較大的安全系數(shù)。例如，對于高強度鋼或鑄鐵件可取S＝3～4。

(3)變應力作用下，以疲勞極限作為極限應力，一般可取S＝1.3～1.7；若材料不夠均勻，計算不夠精確，則可取S＝1.7～2.5。

例8-1

一小型轉(zhuǎn)臂吊車如圖8-4所示。橫梁采用工字鋼，電動葫蘆裝在橫梁上的小車上。小車移動和橫梁轉(zhuǎn)動用人力操縱。小車、電動葫蘆的自重及起重量總計為W＝20kN。試分析：

(1)拉桿、橫梁及支承B的作用力；

(2)拉桿、橫梁可能出現(xiàn)的主要失效形式及其判定條件。圖8-4轉(zhuǎn)臂吊車

解

(1)如圖所示，已知尺寸L、l、H后，即可進行受力分析。取橫梁為隔力體，若略去橫梁自重，則其上作用有力W、F及支承B的約束反力FBx、FBy，這些力處于同一平面內(nèi)。由ΣMB＝0得拉力F可分解為Fx和Fy

：

Fx＝Fcos30°＝33.87×0.866≈29.33kN

Fy＝Fsin30°＝33.87×0.5≈16.94kN

由ΣMC＝0得由ΣMA＝0得順便指出，后兩個方程若改寫成ΣFx＝0和ΣFy＝0，同樣可以求解。

(2)小型起重設備一般工作不頻繁，滿載起重次數(shù)不多，故本題可按承受靜載荷考慮，以最大起重量(包括小車、電動葫蘆自重)作為計算載荷，拉桿、橫梁材料均選用Q235鋼。失效形式分析及判定條件如下：

①拉桿承受拉力F，可能出現(xiàn)的失效形式是強度不足引起的塑性變形或斷裂，其計算準則是：拉應力σ≤許用拉應力［σ］。②橫梁(即壓桿)承受移動載荷W壓力Fx作用，可能的失效形式主要有如下幾種：

(a)當移動載荷W位于橫梁中部時，若彎曲變形(撓度y)過大，即剛度不足，則可能引起小車在橫梁上行走困難，判定條件為“變形量y≤許用變形量［y］”。

(b)若彎曲應力與由Fx引起的壓應力的合成應力過大，即強度不足，則可能出現(xiàn)塑性變形或斷裂，判定條件為：計算應力σ≤許用拉應力［σ］。

(c)若壓桿桿長與直徑的比值較大，則可能抗側彎剛度不足，這屬于壓桿穩(wěn)定性問題。本題中，在xoz平面內(nèi)工字梁抗側彎剛度最小，在此平面內(nèi)引起側彎的載荷只有Fx，判定條件為S＝Fcx/Fx≥Smin。其中Fcx為壓桿的臨界載荷，Smin為最小安全系數(shù)。圖8-5車軸

例8-2

一車軸如圖8-5所示。已知Fr＝F＝110kN，軸的材料為Q275鋼，σB

＝550MPa，σ-1＝240MPa，規(guī)定的安全系數(shù)Smin＝1.5。試校核A—A截面的疲勞強度。

解

(1)車軸轉(zhuǎn)動時，載荷F的大小、方向都不變，故軸受對稱循環(huán)彎曲變應力，其循環(huán)特性為r＝-1。

(2)A—A截面彎矩為

M＝110×103×82＝9.02×106Nmm截面系數(shù)為彎曲應力為

3)求各項系數(shù)(由材料力學或機械設計手冊中查取)。

由σB

＝550MPa，D/d＝133/108≈1.23，r/d＝0.185查得彎曲時的有效應力集中系數(shù)kσ＝1.34，尺寸系數(shù)εσ＝0.68。按表面粗糙度1.6μm及σB＝550MPa，查得表面狀態(tài)系數(shù)β＝0.95。

(4)疲勞強度校核。彎曲時安全系數(shù)為故安全。用另一種形式的判定條件σ≤［σ-1］，可得同樣結論。通常，零件受載時是在較大的體積內(nèi)產(chǎn)生應力，這種應力狀態(tài)下的零件強度稱為體積強度(如8.2節(jié)所述)。

若兩個零件在受載前是點接觸或線接觸，受載后，由于變形，其接觸處為一小面積。通常此面積甚小而表層產(chǎn)生的局部應力卻很大，這種應力稱為接觸應力。這時零件的強度稱為接觸強度。如齒輪、滾動軸承等機械零件，都是通過很小的接觸面積傳遞載荷的，因此它們的承載能力不僅取決于體積強度，還取決于表面的接觸強度。8.3機械零件的接觸強度零件的接觸應力通常是隨時間作周期性變化的。在載荷的重復作用下，首先在表層內(nèi)約20μm處產(chǎn)生初始疲勞裂紋，然后裂紋逐漸擴展(在有潤滑油的情況下，油被擠進裂紋中產(chǎn)生高壓，會使裂紋加快擴展)，最終使表層金屬呈小片狀剝落，而在零件表面形成一些小坑(見圖8-6)。這種現(xiàn)象稱為疲勞點蝕。發(fā)生疲勞點蝕后，減小了接觸面積，損壞了零件的光滑表面，因而也降低了承載能力，并引起振動和噪聲。疲勞點蝕常是齒輪、滾動軸承等零件的主要失效形式。圖8-6疲勞點蝕由彈性力學的分析可知，當兩個軸線平行的圓柱體相互接觸并受壓時，其接觸面積為一狹長矩形，最大接觸應力發(fā)生在接觸區(qū)中線上，其值滿足如下赫茲公式：(8-10)令及E＝，并取鋼或鑄鐵的泊松比μ1＝μ2＝μ＝0.3，則式(8-10)可化簡為(8-11)式(8-10)和式(8-11)中，σH為最大接觸應力；b為接觸長度；

Fn為作用在圓柱體上的載荷；ρ為綜合曲率半徑，正號用于凸凸接觸，負號用于凹凸接觸；E為綜合彈性模量，E1、E2分別為兩圓柱體材料的彈性模量。圖8-7圓柱體的接觸應力接觸疲勞強度判定條件為(8-12)式中，σHlim為實驗測得的材料的接觸疲勞極限(兩圓柱體材料不同時，σHlim應為較軟材料的極限應力)，對于鋼，其經(jīng)驗公式為σHlim＝2.76HBS-70。由圖8-7及式(8-10)、(8-11)可知，作用在兩圓柱體上的接觸應力具有大小相等、方向相反、左右對稱且稍離接觸區(qū)中線即迅速降低的特點。由于接觸應力是局部性的應力，且應力的增長與載荷Fn并不成線性關系，而是要緩慢得多，故安全系數(shù)SH可取等于或稍大于1。圖8-8圓柱摩擦輪傳動

例8-3

圖8-8所示的摩擦輪由兩個相互壓緊的鋼制摩擦輪組成。已知D1＝100mm，D2＝140mm，b＝50mm，小輪主動，主動軸傳遞功率P＝5kW、轉(zhuǎn)速n1＝500r/min，傳動較平穩(wěn)，載荷系數(shù)K＝1.25，摩擦系數(shù)f＝0.15。試求：(1)所需的法向壓緊力Fn；

(2)兩輪接觸處的最大接觸應力；

(3)若摩擦輪材料硬度為300HBS，表面接觸強度是否足夠。

解

(1)傳動在接觸處的最大摩擦力為fFn，拖動從動輪所需的圓周力為F，考慮到附加載荷的影響和保證摩擦傳動的可靠性，計算圓周力為KF。為了防止打滑，應使fFn≥KF。小輪轉(zhuǎn)矩：

圓周力：法向壓緊力：

(2)本題中Fn＝15917N，鋼的彈性模量E＝2.06×105MPa，b＝50mm，綜合曲率半徑為故

(3)如前述，對于鋼可取接觸疲勞極限σHlim＝2.76HBS-70＝758MPa，取安全系數(shù)SH＝1.1，則［σH］＝＝＝689MPa。因σH＜［σH］，故強度足夠。摩擦表面物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損。零件抗磨損的能力稱為耐磨性。除非采用特殊措施(如靜壓潤滑、電磁懸浮等)使摩擦表面不直接接觸，否則磨損總是難免的。但是只要磨損速度穩(wěn)定緩慢，零件就能保持預定的壽命要求。

8.4零件的耐磨性統(tǒng)計表明，約有80%的零件因磨損而失效。磨損會逐漸改變零件尺寸和摩擦表面狀態(tài)。

出現(xiàn)劇烈磨損時，運動副的間隙增大，能使機械的精度喪失，效率下降，振動、沖擊和噪聲增大。這時應立即停機檢修，更換零件。磨損并非都有害，跑合、研磨都是有益的磨損。

通常，磨損過程分為跑合磨損、穩(wěn)定磨損、劇烈磨損三個階段，如圖8-9所示。圖8-9磨損過程及表面改性修復技術的應用跑合是指機器使用初期，為改善摩擦表面的質(zhì)量而進行的由輕至重、緩慢加載的有益的磨損過程。

跑合后，摩擦表面的尖峰高度降低，峰頂半徑增大，接觸面積增大，可有效地降低磨損速度。

在正常情況下，零件經(jīng)過短期跑合后即進入穩(wěn)定磨損階段，這個階段磨損率(圖中曲線的斜率)越小，零件使用壽命就越長。零件經(jīng)長時間的磨損積累后就進入劇烈磨損階段(磨損率迅速增大)，這時，零件精度下降、間隙增大、潤滑狀況惡化，從而產(chǎn)生振動、沖擊和噪聲，磨損加劇，零件迅速報廢。應用基于納米技術的摩擦表面改性修復技術處理摩擦表面，可有效地降低穩(wěn)定磨損階段的磨損率，提高減摩耐磨效果，使零件的磨損壽命大大延長(圖中虛線所示)。這種技術的原理、特點是：將由多種超細礦物質(zhì)組成的混合物添加于潤滑劑中，摩擦表面工作時，這些添加物與金屬摩擦表面發(fā)生反應，原位生成超滑(表面粗糙度Ra為20～60nm，摩擦系數(shù)為0.003～0.007)、高硬(HV690～1200)、耐高溫和極高的抗腐蝕性的金屬陶瓷層。應用這種技術不會

改變潤滑劑的黏度，無須拆卸、停車，改性、修復、減摩在正常運行的工況下自動完成。磨損現(xiàn)象相當復雜，有物理、化學和機械等方面的原因。根據(jù)磨損機理，磨損分為以下主要類型：

(1)磨粒磨損。硬質(zhì)顆粒或摩擦表面上硬的凸峰在摩擦過程中引起的材料脫落現(xiàn)象稱為磨粒磨損。硬質(zhì)顆?？赡苁橇慵旧砟p造成的金屬微粒，也可能是外來的塵土雜質(zhì)等。

摩擦面間的硬粒能使表面材料脫落而留下溝紋。

(2)粘著磨損。加工后的零件表面總有一定的粗糙度。摩擦表面受載時，實際上只有部分峰頂接觸，接觸處壓強很高，能使材料產(chǎn)生塑性流動。若接觸處發(fā)生粘著，滑動時會使接觸表面材料由一個表面轉(zhuǎn)移到另一個表面，這種現(xiàn)象稱為粘著磨損(膠合)。所謂材料轉(zhuǎn)移，是指表面擦傷和撕脫，嚴重時摩擦表面能相互咬死。

(3)疲勞磨損。在滾動或兼有滑動和滾動的高副中(如凸輪、齒輪等)，受載時材料表層有很大的接觸應力，當載荷重復作用時，表層金屬常會呈小片狀剝落，而在零件表面

形成小坑。這種現(xiàn)象稱為疲勞磨損或點蝕(見8.3節(jié))。

(4)腐蝕磨損。若運動副處于腐蝕環(huán)境中，則在摩擦過程中，材料與周圍介質(zhì)發(fā)生化學反應或電化學反應的磨損，稱為腐蝕磨損。實際發(fā)生的磨損往往很難弄清楚到底屬于哪一類磨損，因此工程上的耐磨計算是一種近似的條件性計算，即限制運動副的壓強p(也就是限制摩擦力)：

p≤［p］(8-13)

式中,［p］是由實驗或同類機器使用經(jīng)驗確定的許用壓強。相對運動速度較高時，還應考慮運動副單位時間單位接觸面積的發(fā)熱量(摩擦功耗)fpv。

在摩擦系數(shù)一定的情況下，可將pv值與許用值［pv］進行比較，即

pv≤［pv］(8-14)8.5.1機械零件的常用材料

可用作機械零件的材料有鋼、鑄鐵、有色金屬、工程塑料和工程陶瓷等，其中鋼是最常用的材料。鋼按合金元素的多少分為碳鋼和合金鋼，按含碳量高低分為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼，按用途分為結構鋼、工具鋼和特殊性能鋼，按質(zhì)量分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼，按成型方法分為鑄鋼和鍛造用鋼。8.5零件的常用材料與熱處理一般而言，承受靜拉力為主的零件通常用普通碳素結構鋼或低碳合金結構鋼。這類鋼由于含碳量低，因此強度較低，但塑、韌性及加工工藝性良好，且價格相對較低，典型牌號有Q235、16Mn。機械零件除機身、箱體等非運動零件常選用普通鋼、鑄鐵等材料外，運動零件一般選用優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼或合金結構鋼。常用的優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼有20鋼、45鋼等。鋼的含碳量越高，強度就越高，但塑性下降。

20鋼含碳量低，強度也很低，但塑性和加工工藝性良好，主要用來沖壓、焊接一些薄壁零件，如各種罩、殼等。45鋼含碳量適中，其綜合機械性能較好，但淬透性較差，主要用來制造一些截面較小且強度要求不高的零件。強度要求高、截面較大的零件通常應選用合金結構鋼，如40Cr、40MnB等。高碳鋼雖具有高強度、高硬度，但脆性大，主要用來制造各類工具或一些需要高強度、高硬度和高耐磨性的零件。一些需要鑄造才能成型的零件則應選用鑄造材料，包括鑄鋼、鑄鐵和鑄造有色金屬。鑄鋼強度高，塑、韌性好，但鑄造性能較差，通常用來制造一些形狀相對簡單且機械性能要求較高的零件。鑄鐵分為普通灰口鑄鐵、球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵等。普通灰口鑄鐵強度較低，塑性差，但價格低廉，鑄造性能優(yōu)良，通常用來制造形狀復雜且機械性能要求不高的一些零件，如機座、機床床身等。球墨鑄鐵既具有較高的強度，也具有良好的鑄造性能，故用來制造一些形狀相對復雜且機械性能要求高的零件，如內(nèi)燃機曲軸等。鑄造有色金屬主要用來制造一些對導熱、導電、耐蝕等有特殊要求的零件。常見的有色金屬有鋁合金、銅合金和鈦合金等。鋁合金和銅合金都具有良好的導電、導熱和耐蝕性能，其塑性良好，但是強度較低。工程上使用鋁合金和銅合金往往出于導熱、導電、耐蝕等方面的考慮。鋁合金的突出優(yōu)點是比強度(強度和密度的比值)高，故廣泛用于飛機制造業(yè)中。汽車工業(yè)常用鋁合金來制造發(fā)動機機體、活塞和輪轂等零件。鋁合金分為形變鋁合金和鑄造鋁合金兩大類，前者往往以棒料、板材等型材供應；后者以鋁錠供應。銅合

金的主要特點是減摩性和耐腐蝕性能好。機械零件所用的銅合金主要是青銅。青銅又分為錫青銅和無錫青銅兩種。青銅具有較高的減摩性和耐磨性，且鑄造性能和切削加工性能良好，但價格較貴。在機械零件的制造中，除使用金屬材料外，還使用非金屬材料(包括高分子材料和無機非金屬材料)。高分子材料主要有工程塑料和橡膠；無機非金屬材料主要是工程陶瓷。工程塑料的突出優(yōu)點是密度小，且具有良好的耐蝕性、絕緣性、減摩性和減振性；缺點是強度和硬度低、不耐高溫、尺寸和形狀穩(wěn)定性差、容易老化等。工程塑料按照性能可分為熱固性塑料和熱塑性塑料兩類。熱固性塑料受熱后不軟化，也不溶于溶劑，且強度和硬度高，可用于制造輕載、薄殼零件；熱塑性塑料可以重復加工，但使用溫度較低，不宜用于承載零件。

橡膠的摩擦系數(shù)大，彈性和減振性能好，能吸收沖擊能量，但強度低，除常用來制造傳動帶、減振元件和聯(lián)軸器彈性元件等外，還可用來制造密封零件和用水潤滑的軸承襯。工程陶瓷則主要用來制造耐高溫、耐腐蝕和高耐磨零件。8.5.2鋼的常用熱處理工藝及其應用

鋼的性能與其熱處理工藝有很大關系，選用鋼必須確定其熱處理工藝。鋼的熱處理分為普通熱處理和表面熱處理。前者主要包括退火、正火、淬火、回火和調(diào)質(zhì)；后者包括表面淬火和表面化學熱處理。

退火是將鋼加熱到一定溫度，然后緩慢冷卻(隨爐冷卻)的一種熱處理工藝。鋼進行退火的目的主要是消除應力、降低硬度、改善切削加工性能。正火是將鋼加熱到一定溫度，然后取出在空氣中冷卻的一種熱處理工藝。正火由于工藝周期比退火短，故工藝成本較退火低。對于一些塑性良好的低碳鋼零件，常采用正火來代替退火；當鋼的含碳量太低，造成硬度太低難以切削加工時，利用正火也能適當提高硬度，從而改善

切削加工性能；對于不重要的機械零件，可用正火作為最后熱處理方法來代替成本較高的調(diào)質(zhì)處理；對于中碳鋼的大型零件，在受設備限制不能進行調(diào)質(zhì)時，也可考慮用正火代替；對于一些重要零件，正火可作為淬火前的預備熱處理，以減少淬火時的變形和開裂傾向。淬火是將鋼加熱到一定溫度，然后迅速冷卻，使其獲得高硬度、高強度的一種熱處理工藝。只有中、高碳鋼才具有良好的淬硬性，故淬火也主要用于中、高碳鋼。由于淬火冷卻速度快，會形成很大的淬火應力，另外淬火提高鋼的強度的同時，也使鋼的塑性嚴重下降，故鋼淬火后還需要進行適當?shù)幕鼗饋硐龖?，提高塑、韌性。回火是將淬火后的鋼再加熱到一定溫度來消除應力，提高塑、韌性的熱處理工藝。按回火溫度的高低可把回火分為低溫、中溫和高溫回火。碳鋼和低合金結構鋼的低溫回火溫度約為250℃，進行低溫回火的目的常常是為了消除淬火應力；中溫回火的溫度約為400℃，進行中溫回火的目的是為了獲得較高的強度和較高的塑、韌性；高溫回火的溫度約為600℃，進行高溫回火的目的是為了在提高強度的同時保證有足夠高的塑、韌性。中碳鋼經(jīng)淬火和高溫回火后既具有比較高的強度，也具有比較高的塑、韌性，綜合機械性能較好，故將淬火后再進行高溫回火的熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)。有些機械零件要求表面有較高的硬度和強度，中心部分有足夠的塑性和韌性，這時就應對零件進行表面熱處理。零件的表面熱處理有表面淬火和表面化學熱處理兩類。鋼的表面淬火是指用高能量密度加熱方式將工件表面迅速升溫，在熱量尚未傳至內(nèi)部時立即冷卻使表面硬化而內(nèi)部組織保持不變的熱處理工藝。這種熱處理主要用于中碳鋼或中碳合金鋼零件。中碳鋼調(diào)質(zhì)后具有良好的綜合機械性能，但表面硬度和耐磨性較低，為提高其表面硬度而不降低心部的塑、韌性，只有進行表面淬火才能做到。另外對于一些大型零件，常用工頻淬火來取代普通淬火。對于一些需要淬火的薄殼零件，為避免在一般加熱過程中氧化脫碳，常采用高頻淬火。表面化學熱處理是將某些化學元素滲入鋼的表層，以改變鋼的表層化學成分、組織和性能，從而獲得高的硬度、耐磨性和抗疲勞強度的一種熱處理方法。常用的化學熱處理有滲碳、滲氮、碳氮共滲、硫化、滲金屬等，最常用的是滲碳和滲氮。滲碳是將鋼在含碳介質(zhì)中加熱，使碳原子滲入工件表面，從而提高工件表面的含碳量。這種熱處理工藝主要用于低碳鋼或低碳合金鋼工件。當工件需要盡可能高的塑、韌性時，通常應選用低碳鋼或低碳合金鋼。但若該工件表面需要高硬度和高耐磨性，則必須進行表面滲碳來提高其淬硬性，然后再進行淬火。由于滲碳溫度高達930℃，因此滲碳件的變形較大。滲氮是將工件在氮化氣氛中加熱，使氮原子滲入工件表面與工件內(nèi)的Al、V、Ti等原子結合形成高硬度的氮化物，從而提高工件的表面硬度和耐磨性。由于氮化溫度低(普通氮化溫度為700℃左右，離子氮化溫度為300℃左右)，工件變形或開裂傾向極小，故廣泛用于不便于磨削加工的零件的表面處理。碳氮共滲又

叫氰化，是將碳原子和氮原子同時滲入工件表面，這樣可以降低滲碳溫度，縮短滲碳周期。

滲硫可提高金屬表面的自潤滑能力和抗粘著磨損能力。滲鋁、鉻等金屬則可提高工件的抗氧化能力和耐蝕性能。8.5.3機械零件材料的選用原則

選擇材料是機械設計中的一個重要問題。設計者在選擇材料時，應充分了解材料的性能和適用條件，并考慮零件的使用、工藝和經(jīng)濟性等要求。

1.使用要求

選用材料時應首先考慮材料的性能應能滿足使用要求。一般主要考慮材料的機械性能如強度、剛度、彈性、塑性、沖擊韌性等，必要時還要考慮到零件對工作環(huán)境等方面的要求，如密度、導熱性、導電性、抗腐蝕性、熱穩(wěn)定性等物理性能和化學性能方面的要求。

2.工藝要求

選擇零件材料時必須考慮到制造工藝的影響，如材料的鑄造性能、焊接性能、切削加工性能等。需要熱處理時還要考慮材料的淬硬性、淬透性及淬火變形的傾向等。對于切削加工的零件，應考慮材料的易切削性、切削后能達到的表面粗糙度和表面性質(zhì)的變化等。

3.經(jīng)濟性要求

當使用要求和工藝要求都能達到要求的材料不止一種時，就需要全面考慮其綜合成本。一般來說，在滿足使用要求的前提下，應盡可能選用價廉的材料和簡單的加工工藝，以降低生產(chǎn)成本。另外還應綜合考慮到生產(chǎn)批量等因素的影響，大量生產(chǎn)宜用鍛壓、鑄造毛坯；單件生產(chǎn)采用焊接件可以降低制造費用。8.6.1公差與配合

機器是由獨立制造的零件裝配而成的。為了降低生產(chǎn)成本，在大規(guī)模生產(chǎn)的情況下，希望制造的零件具有互換性，即裝配時不加選擇及附加的加工就能達到預期的裝配技術要求。

為了實現(xiàn)零件的互換性，必須保證零件的尺寸、幾何形狀、相對位置以及表面粗糙度的一致性。就零件尺寸而言，它不可能做得絕對準確，但必須使其尺寸介于兩個允許的極限尺寸之間。因此，互換性要求建立標準化的公差與配合制度。我國的公差與配合制度采用國際公差制。8.6互換性簡介

1.基本概念

如圖8-10所示，設計給定的尺寸稱為基本尺寸，常用零線代表基本尺寸的位置。零件的實際尺寸應界于兩個允許的尺寸之間，大的允許尺寸稱為最大極限尺寸；小的允許尺寸稱為最小極限尺寸。兩極限尺寸之差(即允許的尺寸變動范圍)稱為公差。尺寸變動范圍所對應的區(qū)域稱為公差帶。最大極限尺寸與基本尺寸之差稱為上偏差，最小極限尺寸與基本尺寸之差稱為下偏差。通常，把靠近基本尺寸的那個偏差稱為基本偏差(圖中的基本偏差：軸為上偏差，孔為下偏差)。顯然，為了描述零件實際尺寸的變動范圍，既可指明最大、最小極限尺寸，也可指明基本尺寸和上、下偏差，還可以指明基本尺寸、基本偏差和公差。實用中常采用后兩種方法。圖8-10公差的基本概念

2.配合及其分類

同一基本尺寸的孔與軸的結合稱為配合。根據(jù)孔、軸公差帶的相對位置，配合分為間隙配合、過渡配合和過盈配合三大類(見圖8-11)。間隙配合的孔比軸大，用于動聯(lián)接(構成轉(zhuǎn)動副或移動副)，如軸頸與滑動軸承孔。過盈配合的孔比軸小，用于需要承受較大載荷的靜聯(lián)接，如火車的車輪與軸。過渡配合可能具有間隙，也可能具有過盈，用于要求具有良好同軸性而又便于裝拆的靜聯(lián)接，如齒輪與軸。圖8-11配合的種類國家標準規(guī)定，孔與軸的公差帶位置各有28個，孔的公差帶位置用大寫字母表示，軸的公差帶位置用小寫字母表示，如圖8-12所示。圖中公差帶水平實線到零線的距離代表基本偏差；公差帶一端未封口，表明隨著精度等級的不同，公差帶的寬度不同。圖8-12孔、軸公差帶的相對位置公差帶的寬窄決定了加工的難易，國家標準規(guī)定了20個級別，稱為精度等級(即尺寸精度等級)，用阿拉伯數(shù)字表示。例如，H7表示孔的公差帶為H，公差等級為7級；又如f8表示軸的公差帶為f，公差等級為8級。

機械制造中常用的公差等級是4～11級。4、5級用于特別精密的零件；6~8級用于重要的零件；10、11級用于低精度零件，主要用于低速機器中。這些精度等級允許直

接采用棒材、管材或精密鍛件而不需要再作切削加工。

3.配合制度

配合制度有基孔制和基軸制兩種，如圖8-13所示?；字频目资腔鶞士?，其下偏差為零，代號為H，各種配合特性靠改變軸的公差帶位置來實現(xiàn)?；S制的軸是基準軸，其上偏差為零，代號為h，各種配合特性靠改變孔的公差帶位置來實現(xiàn)。圖8-13配合制度(a)基孔制配合；(b)基軸制配合因為孔加工相對較難，所以為了減少加工孔用的刀具(如鉸刀、拉刀)品種，工程中廣泛采用基孔制。但有時仍須采用基軸制，例如，光軸與具有不同配合特性的零件相配合時，滾動軸承外徑與軸承孔配合時等。8.6.2表面粗糙度

無論采用什么加工方法得到的零件表面，總會存在微觀幾何形狀誤差(見圖8-14)，表面粗糙度就是衡量零件表面微觀幾何形狀誤差的指標。

零件的表面粗糙度會影響相對運動表面的摩擦和磨損(表面越粗糙，摩擦系數(shù)越大，磨損越快)，影響配合性質(zhì)的穩(wěn)定性(對間隙配合來講，表面越粗糙越易磨損，從而導致實際間隙增大；對過盈配合來講，表面粗糙會減小實際有效過盈)，影響零件的疲勞強度、密封性能、抗腐蝕性能等。圖8-14輪廓表面的微觀幾何形狀誤差表面粗糙度有三種評定指標，分別為輪廓算術平均偏差Ra、微觀不平度十點高度Rz和輪廓最大高度Ry，如圖8-15所示。

輪廓算術平均偏差Ra是指取樣長度l內(nèi)，被測定輪廓上各點至輪廓中線偏距絕對值的算術平均值，即圖8-15表征表面粗糙度的指標近似為

微觀不平度十點高度Rz是指取樣長度內(nèi)，5個最大輪廓峰高的平均值與5個最大輪廓谷深的平均值之和，即輪廓最大高度Ry是指取樣長度內(nèi)，輪廓峰頂線和谷底線之間的距離。

這三個指標中，Ra反映輪廓微觀幾何形狀特征的信息量最多，也能方便地用接觸式電動輪廓儀測量，因此廣泛用于評定光滑、半光滑表面。對于極光滑和極粗糙表面，用Ra則不合適。Rz比較直觀，用光切顯微鏡測量也方便，但由于不能反映峰頂?shù)募怃J或平鈍的幾何形狀特性，故應用相對少一些。至于Ry，僅用來評定某些不允許出現(xiàn)較大加工痕跡和受交變應力作用的表面。

表8-1列出了供優(yōu)先選用的表面粗糙度Ra值及與其對應的加工方法。表8-1優(yōu)先選用的表面粗糙度Ra值及與其對應的加工方法8.6.3優(yōu)先數(shù)系

優(yōu)先數(shù)系用來使型號、直徑、轉(zhuǎn)速、承載量和功率等量值得到合理的分級，以便于組織生產(chǎn)和降低成本。

GB321-80規(guī)定的優(yōu)先數(shù)系有四種基本系列：R5系列，公比為≈1.6；R10系列，公比為≈1.25；R20系列，公比為≈1.12；R40系列，公比為≈1.06。例如，R10系列的數(shù)值為1、1.25、1.6、2、2.5、3.15、4、5、6.3、8、10。其他系列的數(shù)值詳見一般設計手冊。優(yōu)先數(shù)系中任何一個數(shù)值稱為優(yōu)先數(shù)。對于大于10的優(yōu)先數(shù)，可將以上數(shù)值乘以10、100或1000等。優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系是一種科學的數(shù)值制度，在確定量值的分級時，必須最大限度地采用上述優(yōu)先數(shù)及優(yōu)先數(shù)系。設計機械零件時，不僅應滿足其使用性能要求，同時還應當滿足生產(chǎn)要求，否則就可能制造不出來，或雖能制造但費工費料很不經(jīng)濟。

零件的工藝性是指零件的制造性能，零件的結構應便于生產(chǎn)加工，加工成本盡可能低廉，而且裝配方便。零件的制造過程一般包括毛坯生產(chǎn)、切削加工、熱處理和裝配等階段，每個階段對零件的結構都有一定要求，且互相聯(lián)系、互相影響。所以，在進行零件的結構設計時必須全面考慮，應使所設計的零件具有良好的工藝性：在一定的生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)條件下，能用最少的時間和最小的勞動量把零件制造出來，而且裝配方便。8.7零件的工藝性與機械設計的有關原則8.7.1機械零件結構工藝性的基本原則

在進行零件的結構設計時，從工藝性方面應考慮的基本原則如下：

(1)與生產(chǎn)條件、批量大小及獲得毛坯的方法相適應。

零件的結構工藝性必須要與一定的生產(chǎn)條件、生產(chǎn)規(guī)模及毛坯獲得方法等相適應。生產(chǎn)條件不同、批量大小不同或毛坯制造方法不同，零件就相應地應有不同的結構。在一種情況下具有良好工藝性的結構，到了另一種情況下其工藝性不一定就好。

(2)造型簡單化。

零件的結構形狀越復雜，則制造越困難，產(chǎn)品成本也就越高。這樣的零件結構工藝性就不好。

(3)加工的可能性、方便性、精確性和經(jīng)濟性。

能在圖上畫出來的零件不一定都能制造出來，能制造出來的零件其加工不一定都方便，加工方便的零件未必都能滿足精度要求，而不能滿足精度要求的零件就是廢品。零件的精度等級并不是越高越好，而是要根據(jù)實際要求來確定，精度等級越高，成本自然也高。只有那些既能滿足工作要求又具有最低的精度等級的零件，其工藝性能才是最好的。

(4)裝拆的可能性和方便性。

零件結構應便于安裝和拆卸，便于使用和維護，具有良好的裝拆工藝性能。

欲設計出工藝性良好的零件，設計者必須與工藝技術員相溝通并善于向他們學習。此外，在金屬工藝學課程和手冊中也提供了一些有關工藝性的基本知識，可供參考。8.7.2機械設計的若干原則

1.等強度原則

等強度原則是指設計時，使零件對各種可能的失效具有相等或接近的抵抗能力，這樣才可能最大限度地做到材盡其用，節(jié)省資源。螺紋聯(lián)接件的幾何尺寸就是根據(jù)這一原則確定的。

2.局部品質(zhì)原則

局部品質(zhì)原則是指，如果零件的不同部位有不同的要求，則不同的部位應選擇不同的材料或采用不同的熱處理。機械零件中的局部表面淬火和蝸輪采用青銅齒圈、鋼鐵輪芯就是這一原則的應用。

3.標準化

標準化是指以制定標準、貫徹標準為主要內(nèi)容的全部活動過程。標準化的研究領域十分寬廣，就工業(yè)產(chǎn)品標準化而言，它是指對產(chǎn)品的品種、規(guī)格、質(zhì)量、檢驗、安全、衛(wèi)生等要求制定標準并加以實施。產(chǎn)品標準化本身包括三個方面的含義：

(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、基本結構等依次分檔，制成系列化產(chǎn)品，以較少的品種規(guī)格滿足用戶的廣泛需要。

(2)零部件的通用化——將同一類型或不同類型產(chǎn)品中用途結構相近的零部件(如螺栓、軸承座、聯(lián)軸器和減速器等)，經(jīng)過統(tǒng)一后實現(xiàn)通用互換。

(3)產(chǎn)品質(zhì)量標準化——產(chǎn)品質(zhì)量是一切企業(yè)的“生命線”，要保證產(chǎn)品質(zhì)量合格和穩(wěn)定，必須做好設計、加工工藝、裝配檢驗，甚至包裝、儲運等環(huán)節(jié)的標準化，這樣才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地。

對產(chǎn)品實行標準化具有重大的意義：在制造上可以實行專業(yè)化大量生產(chǎn)，做到優(yōu)質(zhì)低耗；在設計方面可減少設計工作量，縮短設計周期；在管理維修方面，可減少庫存量和便于更換損壞的零件。按照標準的層次，我國的標準分為國家標準、行業(yè)標準、地方標準和企業(yè)標準四級。按照標準實施的強制程度，標準又分為強制性(GB)和推薦性(GB/T)兩種。例如《公差與配合》、《普通螺紋基本尺寸》、《漸開線圓柱齒輪模數(shù)》標準都是強制性標準，必須執(zhí)行，而《帶傳

動——普通V帶傳動》