第十一章 機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論

1、第十一章第十一章 機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論111 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的基本要求和一般步驟機(jī)械零件設(shè)計(jì)的基本要求和一般步驟112 機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則113 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97 機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化111 機(jī)械零件設(shè)計(jì)的基本要求和一般步驟機(jī)械零件設(shè)計(jì)的基本要求和一般步驟機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求：機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求：在滿足預(yù)期功能的前提下，在滿足預(yù)期功能的前提下，性能好、效率高、成本性能好、效率高、成本低低，在預(yù)定使用期限內(nèi)，在預(yù)定使用期限內(nèi)安全可靠，操作方便、維修安全可靠，操作方便、維修簡單簡單和和造型美觀造型美觀等。

2、等。機(jī)械零件的失效：機(jī)械零件的失效： 機(jī)械零件曲于某種原因不能正常工作時(shí)，稱為機(jī)械零件曲于某種原因不能正常工作時(shí)，稱為失效。失效。工作能力工作能力-在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全在不發(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(duì)載荷而言，所以習(xí)慣上工作的限度。通常此限度是對(duì)載荷而言，所以習(xí)慣上又稱為：又稱為：承載能力。承載能力。零件的失效形式零件的失效形式: 斷裂或塑性變形斷裂或塑性變形; 過大的彈性變形過大的彈性變形; 工作表面的過度磨損或損傷工作表面的過度磨損或損傷; 發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)；聯(lián)接發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)；聯(lián)接的松弛的松弛; 摩擦傳動(dòng)的打滑等。摩擦傳動(dòng)的打滑等。如軸、齒輪、軸瓦

3、、軸頸、螺栓、帶傳動(dòng)等。機(jī)械零件雖然有多種可能的失效形式，歸納起來最主要的為對(duì)于各種不同的失效形式，也各有相應(yīng)的工作能力判定條件強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：計(jì)算應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力許用應(yīng)力；許用應(yīng)力；機(jī)械零件設(shè)計(jì)的步驟：機(jī)械零件設(shè)計(jì)的步驟： 1)擬定零件的計(jì)算簡圖擬定零件的計(jì)算簡圖; 5) 繪制工作圖并標(biāo)注必要的技術(shù)條件。繪制工作圖并標(biāo)注必要的技術(shù)條件。 防止失效的判定條件是：防止失效的判定條件是： 計(jì)算量計(jì)算量許用量許用量 -工作能力計(jì)算準(zhǔn)則。工作能力計(jì)算準(zhǔn)則。2) 確定作用在零件上的載荷確定作用在零件上的載荷; 3) 選擇合適的材料選擇合適的材料; 4) 根據(jù)零件可能出現(xiàn)的失效形式，選用相應(yīng)的判定根據(jù)零件

4、可能出現(xiàn)的失效形式，選用相應(yīng)的判定 條件，確定零件的形狀條件，確定零件的形狀 ; 注意，零件尺寸的計(jì)算值一般并不是最終采用的數(shù)值，設(shè)計(jì)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 失效原因失效原因: 強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動(dòng)穩(wěn)定性、溫度等強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動(dòng)穩(wěn)定性、溫度等 原因。原因。剛度條件：剛度條件：變形量變形量2%-含碳量含碳量 2%鐵碳合金鐵碳合金特點(diǎn)：特點(diǎn)：良好的液態(tài)流動(dòng)性，可鑄造成形狀復(fù)雜的零件。良好的液態(tài)流動(dòng)性，可鑄造成形狀復(fù)雜的零件。較好的減震性、耐磨性、切削性（指灰鑄鐵）、成本較好的減震性、耐磨性、切削性（指灰鑄鐵）、成本低廉。低廉。應(yīng)用：應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣。其中灰鑄鐵

5、最廣、球墨鑄鐵次之。應(yīng)用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之。選用原則：選用原則： 優(yōu)選碳素鋼，其次是優(yōu)選碳素鋼，其次是硅、錳、硼、釩類合金鋼。硅、錳、硼、釩類合金鋼。特點(diǎn)：特點(diǎn)：與鑄鐵相比，鋼具有高的強(qiáng)度、韌性和塑性。與鑄鐵相比，鋼具有高的強(qiáng)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?？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：零件毛坯獲取方法：鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。應(yīng)用：應(yīng)用：應(yīng)用范圍極其廣泛。應(yīng)用范圍極其廣泛。表表11-1 11-1 常用材料的相對(duì)價(jià)格常用材料的相對(duì)價(jià)格材材 料料 種種 類類 規(guī)規(guī) 格格 相對(duì)價(jià)格相對(duì)價(jià)格熱軋圓剛熱軋

6、圓剛 碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235 （ 3342） 1鑄鑄 件件優(yōu)質(zhì)碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼 （ 2950） 1.51.8 合金結(jié)構(gòu)鋼（合金結(jié)構(gòu)鋼（ 2950） 1.72.5 滾動(dòng)軸承鋼（滾動(dòng)軸承鋼（ 2950） 3 合金工具鋼（合金工具鋼（ 2950） 320 4Cr9Si2耐熱鋼（耐熱鋼（ 2950） 5 灰鑄鐵鑄件灰鑄鐵鑄件 0.85 碳素鋼鑄件碳素鋼鑄件 1.7 銅合金、鋁合金鑄件銅合金、鋁合金鑄件 810 價(jià)格便宜且供應(yīng)充分 我國資源豐富 3.3.銅合金銅合金- -銅鋅合金，并含有少量的銅鋅合金，并含有少量的錳、錳、鋁鋁、鎳鎳特點(diǎn)：特點(diǎn)：具有良好的塑性和液態(tài)流動(dòng)性。青銅合金還具具有良好的塑性

7、和液態(tài)流動(dòng)性。青銅合金還具有良好的減摩性和抗腐蝕性。有良好的減摩性和抗腐蝕性。零件毛坯獲取方法：輾壓、鑄造。零件毛坯獲取方法：輾壓、鑄造。應(yīng)用：應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣泛。應(yīng)用范圍廣泛。種類種類青銅青銅黃銅黃銅軸承合金（巴氏合金）軸承合金（巴氏合金）- -含錫青銅、不含錫青銅含錫青銅、不含錫青銅二、非金屬材料二、非金屬材料1. 1. 橡膠橡膠 橡膠富于彈性，能吸收較多的沖擊能量。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(dòng)的膠帶常用作聯(lián)軸器或減震器的彈性元件、帶傳動(dòng)的膠帶等。等。硬橡膠可用于制造用水潤滑的軸承襯。硬橡膠可用于制造用水潤滑的軸承襯。 2. 2. 塑料塑料 塑

8、料的比重小，易于制成形狀復(fù)雜的零件，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(diǎn)，如耐蝕性、絕而且各種不同塑料具有不同的特點(diǎn)，如耐蝕性、絕熱熱性、絕緣性、減摩性、摩擦系數(shù)大等，所以近年來在性、絕緣性、減摩性、摩擦系數(shù)大等，所以近年來在機(jī)械制造中其應(yīng)用日益廣泛。機(jī)械制造中其應(yīng)用日益廣泛。 3.3.其它非金屬材料：其它非金屬材料：皮革、木材、紙板、棉、絲等。皮革、木材、紙板、棉、絲等。選材因素：選材因素：設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，選擇合適的材料是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題設(shè)計(jì)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(jī)械和工藝性能以及經(jīng)濟(jì)因素等進(jìn)行全面考慮。 用途、用途、工作條件工

9、作條件、物理物理、化學(xué)化學(xué)、機(jī)械工藝性能機(jī)械工藝性能、經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)性。性。零件材料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)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得。和機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)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。的品種。表表11-2 11-2 常用鋼鐵材料的牌號(hào)及力學(xué)性能常用鋼鐵材料的牌號(hào)及力學(xué)性能材材 料料 力力 學(xué)學(xué) 性性 能能 試件尺寸試件尺寸類類 別別 牌牌 號(hào)號(hào) 強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限B B 屈服極限屈服極限S S 延伸率延伸率% mm% mmQ215 335-410 215 31

10、 碳素碳素結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼Q235 375-460 235 26 d 16 Q275 490-610 275 20 20 410 245 25 優(yōu)質(zhì)碳素優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼35 530 315 20 d 25 45 600 355 16 35 SiMn 883 735 15 d 25 合金合金結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼 40Cr 981 785 9 d 25 20CrMnTi 1079 834 10 d 15 60Mn 981 785 8 d 80 ZG270-500 500 270 18 鑄鑄 鋼鋼ZG310-570 570 310 15 d100 ZG42SiMn 600 380 12 HT150 145

11、- - 灰鑄鐵灰鑄鐵HT200 195 - - HT250 240 - - 壁厚壁厚1020QT400-15 400 250 15 球墨鑄鐵球墨鑄鐵QT500-7 500 320 7 QT600-3 600 370 3 壁厚壁厚30200114 機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化一、一、工藝性工藝性零件設(shè)零件設(shè)計(jì)要求計(jì)要求使用要求使用要求-具備所要求的工作能力；具備所要求的工作能力；制造要求制造要求-制造工藝可行，成本低；制造工藝可行，成本低；零件工藝性良好的標(biāo)志：零件工藝性良好的標(biāo)志：在具體的生產(chǎn)條件下，零件要便于加工而加工費(fèi)用又在具體的生產(chǎn)條件下，零件要便于加工而加工費(fèi)用又很

12、低。很低。工藝性的基本要求：工藝性的基本要求：1) 毛坯選擇合理毛坯選擇合理制備方法：制備方法：選用型材、鑄造、鍛造、沖壓和焊接等。選用型材、鑄造、鍛造、沖壓和焊接等。毛坯選擇與生產(chǎn)批量、材料性能和加工可能性有關(guān)。毛坯選擇與生產(chǎn)批量、材料性能和加工可能性有關(guān)。單件或小批量生產(chǎn)時(shí)，選用棒料、板材、型材或焊件。單件或小批量生產(chǎn)時(shí)，選用棒料、板材、型材或焊件。大批量生產(chǎn)時(shí)，往往選用鑄造、鍛造、沖壓等方法。大批量生產(chǎn)時(shí)，往往選用鑄造、鍛造、沖壓等方法。2) 結(jié)構(gòu)簡單合理結(jié)構(gòu)簡單合理最好采用平面、柱面、螺旋面等簡單表面極其組合；最好采用平面、柱面、螺旋面等簡單表面極其組合；盡量減少加工面數(shù)和加工面積；盡

13、量減少加工面數(shù)和加工面積；3) 合理的制造精度和表面粗糙度合理的制造精度和表面粗糙度零件的加工成本隨精度和表面粗糙度的提高而急劇增加。零件的加工成本隨精度和表面粗糙度的提高而急劇增加。決不能盲目追求高精度，應(yīng)在滿足使用要求的前提下，決不能盲目追求高精度，應(yīng)在滿足使用要求的前提下，盡量采用較低的精度和表面質(zhì)量。盡量采用較低的精度和表面質(zhì)量。盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件；盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件；增加相同形狀、相同元素（直徑、圓角半徑、配合、增加相同形狀、相同元素（直徑、圓角半徑、配合、螺紋、鍵、齒輪模數(shù)等）的數(shù)量；螺紋、鍵、齒輪模數(shù)等）的數(shù)量；4) 盡量減小零件的加工量盡量減小零件的加工量毛坯形狀和尺寸應(yīng)盡量接近零件本

14、身的形狀和尺寸。毛坯形狀和尺寸應(yīng)盡量接近零件本身的形狀和尺寸。力求使少或無切削加工，節(jié)約材料、降低成本。力求使少或無切削加工，節(jié)約材料、降低成本。盡量采用精密鑄造、精密鍛造、冷軋、冷擠壓、粉末盡量采用精密鑄造、精密鍛造、冷軋、冷擠壓、粉末冶金等先進(jìn)工藝滿足上述要求。冶金等先進(jìn)工藝滿足上述要求。欲設(shè)計(jì)出工藝性良好的零件，設(shè)計(jì)者必須虛心向工藝技術(shù)人員和一線工人學(xué)習(xí)，在實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)。二、二、標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容：內(nèi)容： 1)1)產(chǎn)品品種規(guī)格的系列化產(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(jié)構(gòu)等將同一類產(chǎn)品的主要參數(shù)、型式、尺寸、基本結(jié)構(gòu)等依次分檔，制成系列化產(chǎn)品，以較少的規(guī)格品種滿

15、足依次分檔，制成系列化產(chǎn)品，以較少的規(guī)格品種滿足用戶的廣泛要求。用戶的廣泛要求。定義：定義：標(biāo)準(zhǔn)化是在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、科學(xué)及管理等社會(huì)實(shí)標(biāo)準(zhǔn)化是在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、科學(xué)及管理等社會(huì)實(shí)踐中，對(duì)重復(fù)事務(wù)和概念，通過制定、發(fā)布和實(shí)施標(biāo)踐中，對(duì)重復(fù)事務(wù)和概念，通過制定、發(fā)布和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，以獲得最佳秩序和效益。準(zhǔn)，以獲得最佳秩序和效益。2)零部件的通用化零部件的通用化將用途、結(jié)構(gòu)相近的零部件（如軸承、螺栓等），經(jīng)將用途、結(jié)構(gòu)相近的零部件（如軸承、螺栓等），經(jīng)過統(tǒng)一后實(shí)現(xiàn)互換；過統(tǒng)一后實(shí)現(xiàn)互換；3)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化要保證產(chǎn)品產(chǎn)品質(zhì)量合格和穩(wěn)定，就必須做好設(shè)計(jì)、要保證產(chǎn)品產(chǎn)品質(zhì)量合格和穩(wěn)定，就必須做好設(shè)計(jì)、加工工藝、裝配檢驗(yàn)、包裝儲(chǔ)運(yùn)等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化。加工工藝、裝配檢驗(yàn)、包裝儲(chǔ)運(yùn)等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化。基本特征：基本特征：統(tǒng)一、簡化。統(tǒng)一、簡化。意義：意義： 1)制造上可以實(shí)現(xiàn)專業(yè)化大批量生產(chǎn)，既可提高產(chǎn)品制造上可以實(shí)現(xiàn)專業(yè)化大批量生產(chǎn)，既可提高產(chǎn)品質(zhì)量，又能降低成本；質(zhì)量，又能降低成本；2)設(shè)計(jì)方面可減少設(shè)計(jì)工作量；設(shè)計(jì)方面可減少設(shè)計(jì)工作量；3)管理維修方面可減少庫存量，便于更換損壞的零件。管理維修方面可減少庫存量，便于更