第2章 機(jī)械設(shè)計(jì)概論

1、 機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論 公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先數(shù)系公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先數(shù)系 機(jī)械零件的表面強(qiáng)度機(jī)械零件的表面強(qiáng)度第第2 2章章 機(jī)械設(shè)計(jì)概論機(jī)械設(shè)計(jì)概論機(jī)機(jī)械械零零件件設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)概概論論 機(jī)械零件的耐磨性機(jī)械零件的耐磨性 機(jī)械制造常用材料及選擇機(jī)械制造常用材料及選擇 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度 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2.1 2.1 概述概述 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，性能好、效率高、成本低，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、維修簡單和造在預(yù)定使用期限內(nèi)安

2、全可靠，操作方便、維修簡單和造型美觀等型美觀等 機(jī)械零件的失效機(jī)械零件的失效機(jī)械零件由于某種原因不能正常工作時，稱為機(jī)械零件由于某種原因不能正常工作時，稱為失效失效工作能力工作能力 不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度。通不發(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：常此限度是對載荷而言，所以習(xí)慣上又稱為：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；聯(lián)接的松弛發(fā)生強(qiáng)烈的振動；聯(lián)接的松弛摩擦傳動的打滑等摩擦傳動的打滑等強(qiáng)度、剛度、

3、耐磨性、振動穩(wěn)定性、溫度等原因強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動穩(wěn)定性、溫度等原因 失效原因失效原因強(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；剛度條件剛度條件：變形量：變形量 許用變形量；許用變形量； 防止失效的判定條件防止失效的判定條件計(jì)算量計(jì)算量NNN0 0以后，曲線趨于水平，以后，曲線趨于水平，可認(rèn)為在無限次循環(huán)時試件將不會斷裂?？烧J(rèn)為在無限次循環(huán)時試件將不會斷裂。應(yīng)力應(yīng)力與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N N 之間的之間的關(guān)系曲線稱為：疲勞曲線關(guān)系曲線稱為：疲勞曲線當(dāng)當(dāng)NNNN0 0 時時, , 試件將不會斷裂。試件將不會斷裂。N N0 0 循環(huán)基數(shù)循環(huán)基數(shù)N N0 0 對應(yīng)的應(yīng)力稱

4、為：對應(yīng)的應(yīng)力稱為：疲勞極限疲勞極限0mmrNrNNC當(dāng)當(dāng)NNN2%含碳量含碳量 2%鐵碳合金鐵碳合金特點(diǎn)：良好的液態(tài)流動性，可鑄造成形狀復(fù)雜的零件。特點(diǎn)：良好的液態(tài)流動性，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）、成本低廉較好的減震性、耐磨性、切削性（指灰鑄鐵）、成本低廉應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之應(yīng)用：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)：與鑄鐵相比，鋼具有高的強(qiáng)度、韌性和塑性。可用特點(diǎn)：與鑄鐵相比，鋼具有高的強(qiáng)度、韌性和塑性?？捎脽崽?/p>

5、理方法改善其力學(xué)性能和加工性能。熱處理方法改善其力學(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。零件毛坯獲取方法：鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。應(yīng)用：應(yīng)用范圍極其廣泛。應(yīng)用：應(yīng)用范圍極其廣泛。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、不含錫青銅特點(diǎn)：具有良好的塑性和液態(tài)流動性。青銅合金還具有良特點(diǎn)：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。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)

6、用范圍廣泛應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣泛二、非金屬材料二、非金屬材料 橡膠富于彈性，能吸收較多的沖擊能量。常用作聯(lián)軸器橡膠富于彈性，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、帶傳動的膠帶或減震器的彈性元件、帶傳動的膠帶等。硬橡膠可用于制等。硬橡膠可用于制造用水潤滑的軸承襯。造用水潤滑的軸承襯。 1 1、橡膠、橡膠 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、絕料具有不同的特點(diǎn)，如耐蝕性、絕熱性、絕緣性、減摩性、摩熱性、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。擦系數(shù)大等，所以近年來

7、在機(jī)械制造中其應(yīng)用日益廣泛。 2 2、塑料、塑料3 3、其它非金屬材料：皮革、木材、紙板、棉、絲等。、其它非金屬材料：皮革、木材、紙板、棉、絲等。選材因素：選材因素：用途、用途、工作條件工作條件、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)和各種材料的化學(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)手冊中查得。機(jī)械設(shè)計(jì)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2.6 2.6 公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先系數(shù)先系數(shù)一、一、

8、 公差與配合公差與配合互換性：互換性：零件在裝配時，不需要選擇和附加加工的就能滿零件在裝配時，不需要選擇和附加加工的就能滿足預(yù)期技術(shù)與使用要求的特性。足預(yù)期技術(shù)與使用要求的特性?；境叽缁境叽纾河稍O(shè)計(jì)圖紙給定的零件理論尺寸；為確定值。：由設(shè)計(jì)圖紙給定的零件理論尺寸；為確定值。實(shí)際尺寸實(shí)際尺寸：制造加工后測量所得零件尺寸；由于測量有誤差，：制造加工后測量所得零件尺寸；由于測量有誤差，所以實(shí)際尺寸并非真值。相對于基本尺寸而言，總是有誤差。所以實(shí)際尺寸并非真值。相對于基本尺寸而言，總是有誤差。尺寸公差尺寸公差：最大極限尺寸與最小極限尺寸之差；即：最大極限尺寸與最小極限尺寸之差；即 允許的尺寸變動量

9、。允許的尺寸變動量。配合：配合：基本尺寸相同，相互結(jié)合的孔與軸公差帶之間的關(guān)系基本尺寸相同，相互結(jié)合的孔與軸公差帶之間的關(guān)系配合配合類型類型間隙配合間隙配合過渡配合過渡配合過盈配合過盈配合孔孔 軸，用于可動聯(lián)接，如活動鉸鏈軸，用于可動聯(lián)接，如活動鉸鏈孔孔 軸，用于靜聯(lián)接，如火車輪與軸軸，用于靜聯(lián)接，如火車輪與軸可能有間隙，也可能具有過盈。用于可能有間隙，也可能具有過盈。用于要求具有良好的同軸性而又便于拆裝要求具有良好的同軸性而又便于拆裝的靜聯(lián)接，如齒輪與軸；的靜聯(lián)接，如齒輪與軸；最大間隙最大間隙: X: Xmaxmax = = 孔孔maxmax- -軸軸minmin最小間隙最小間隙: X: X

10、minmin = = 孔孔minmin- -軸軸max max 最大過盈最大過盈: Y: Ymaxmax = = 孔孔minmin- -軸軸max max 最小過盈：最小過盈： Y Yminmin = = 孔孔maxmax- -軸軸min min 間隙配合間隙配合孔公差帶孔公差帶軸公差帶軸公差帶孔公差帶孔公差帶軸公差帶軸公差帶孔公差帶孔公差帶軸公差帶軸公差帶孔公差帶孔公差帶軸公差帶軸公差帶過盈配合過盈配合過渡配合過渡配合孔公差帶孔公差帶軸公差帶軸公差帶孔公差帶孔公差帶軸公差帶軸公差帶孔公差帶孔公差帶Y YmaxmaxX XmaxmaxY YmaxmaxX XmaxmaxY YmaxmaxX X

11、maxmaxY YmaxmaxY YmaxmaxX XminminX XmaxmaxX Xminmin= 0= 0Y Yminmin= 0= 0軸公差帶軸公差帶X XmaxmaxY YminminH零線零線D孔公差孔公差kjshgefrpms間隙配合間隙配合過渡配合過渡配合過盈配合過盈配合配合配合基準(zhǔn)制基準(zhǔn)制基孔制配合：孔是基準(zhǔn)孔，下偏差基孔制配合：孔是基準(zhǔn)孔，下偏差EI=0EI=0， 代號為代號為:H :H ， 通過改變軸的公差帶來或得各種不同的配合特性。通過改變軸的公差帶來或得各種不同的配合特性。基孔制配合基孔制配合基軸制配合基軸制配合應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛 ，可減少孔加工刀具，可減少孔加工刀具

12、 零線零線hD軸軸公差公差KJSHGEFRPMS間隙配合間隙配合過渡配合過渡配合過盈配合過盈配合基軸制配合：軸是基準(zhǔn)軸，上偏差基軸制配合：軸是基準(zhǔn)軸，上偏差eses=0=0， 代號為代號為:h :h ， 通過改變孔的公差帶來或得各種不同的配合特性。通過改變孔的公差帶來或得各種不同的配合特性。二、二、 表面粗糙度表面粗糙度輪廓峰谷線輪廓峰谷線輪廓峰頂線輪廓峰頂線輪廓峰高輪廓峰高yp輪廓谷深輪廓谷深yv中線中線lyx定義：定義：零件表面的微觀幾何形狀誤差稱為表面粗糙度零件表面的微觀幾何形狀誤差稱為表面粗糙度特征特征：加工后零件表面留下的微細(xì)而凹凸不平的刀痕。：加工后零件表面留下的微細(xì)而凹凸不平的刀

13、痕。評定參數(shù)：評定參數(shù)：輪廓算術(shù)平均偏差輪廓算術(shù)平均偏差取樣長取樣長度度l l內(nèi)，被測輪廓上各點(diǎn)至輪廓中線偏居內(nèi)，被測輪廓上各點(diǎn)至輪廓中線偏居絕對值的算術(shù)平均值：絕對值的算術(shù)平均值：dxylRla012.7 2.7 機(jī)械零件的工藝性機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化及標(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，零件要便于加工且費(fèi)用低。在具體的生產(chǎn)條件下，零件要便于加工且費(fèi)用低。工藝性的基本要求：工藝性的基本要求：1

14、) 1) 毛坯選擇合理毛坯選擇合理制備方法制備方法單件或小批量生產(chǎn)時，選用棒料、單件或小批量生產(chǎn)時，選用棒料、板材、型材或焊件。板材、型材或焊件。應(yīng)用于大批量生產(chǎn)。應(yīng)用于大批量生產(chǎn)。用型材用型材焊接焊接鍛造鍛造鑄造鑄造沖壓沖壓 2) 2) 結(jié)構(gòu)簡單合理結(jié)構(gòu)簡單合理3) 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4) 4) 盡量減小零件的加工量盡量減小零件的加工量二、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)等依次分檔，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)格品種滿足用戶的廣泛要求。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。定義：定義：標(biāo)準(zhǔn)化是在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、科學(xué)及管理等社會實(shí)踐中，標(biāo)準(zhǔn)化是在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、科學(xué)及管理等社會實(shí)踐中，對重復(fù)事務(wù)和概念，通過制定、發(fā)布和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，以獲得最對重復(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。佳秩序和效益。2)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)過統(tǒng)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；一后實(shí)現(xiàn)互換；3)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)品質(zhì)量