機(jī)械零件名詞解釋和機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、機(jī)械零件名詞解釋和機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第一章 緒論本講重點(diǎn)本章重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容：1零件、構(gòu)件、機(jī)械、機(jī)構(gòu)、機(jī)器等名詞的涵義2 機(jī)械零件的常用材料3機(jī)械零件工作能力的判定條件4機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求5平面運(yùn)動(dòng)副的分類及其表示方法6平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件第一節(jié)機(jī)器的組成和本課程研究的內(nèi)容一、機(jī)器的組成顎式破碎機(jī) a)立體圖 b)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 l電動(dòng)機(jī)2、4帶輪3V帶5偏心軸6動(dòng)顎(板)7肘板8定顎(板)9飛輪機(jī)器是能執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)并被用來傳遞能量、物料與信息的裝置。構(gòu)件是運(yùn)動(dòng)的單元；零件是制造的單元。由顎式破碎機(jī)的組成可知：機(jī)器中不可拆的單元體是制造單元，稱為零件。在組成機(jī)器的各個(gè)零件中，有的零件是以單個(gè)形

2、式參與機(jī)器運(yùn)動(dòng)，例如帶輪、偏心輪、肘板等。有的則是將多個(gè)零件剛性聯(lián)接，作為一個(gè)整體參與機(jī)器運(yùn)動(dòng)。例：動(dòng)顎板。把零件作為組成機(jī)器的基本單元不能有效地表達(dá)機(jī)器中各部分的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。為了表達(dá)機(jī)器中各部分的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，把在機(jī)器中能作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的實(shí)體稱為構(gòu)件。動(dòng)顎體動(dòng)顎板壓板螺釘偏心軸根據(jù)破碎機(jī)中構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系畫出碎石部分的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖所示。由圖可以看出，機(jī)構(gòu)有兩個(gè)特征：1、由多個(gè)構(gòu)件組成2、各構(gòu)件間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。對(duì)機(jī)器而言，除具備機(jī)構(gòu)的這兩個(gè)特征外，還有第三個(gè)特征。3、能夠完成有效的機(jī)械功(如顎式破碎機(jī)粉碎礦石)或進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換(如內(nèi)燃機(jī)把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能)。因此，從其組成、運(yùn)動(dòng)特性、受

3、力狀況等方面進(jìn)行分析，機(jī)構(gòu)和機(jī)器沒有區(qū)別。為使研究的問題簡(jiǎn)化，常將機(jī)構(gòu)和機(jī)器統(tǒng)稱為機(jī)械。一部機(jī)器也可以由數(shù)個(gè)機(jī)構(gòu)組成，如圖所示牛頭刨床的主傳動(dòng)系統(tǒng)(切削和進(jìn)給運(yùn)動(dòng))，是由齒輪機(jī)構(gòu)(5、6、13)、(10、11、13)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(6、7、8、13、14)、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(11、12、17、13)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(17、16、13)等組成的。從顎式破碎機(jī)可知，一部機(jī)器可以只含有一個(gè)機(jī)構(gòu)，顎式破碎機(jī)只含有一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；機(jī)器種類繁多，其結(jié)構(gòu)形式和用途各不相同，但大致都是由以下四部分組成的。原動(dòng)機(jī)部分 ： 驅(qū)動(dòng)整部機(jī)器以完成預(yù)定功能的動(dòng)力源，顎式破碎機(jī)的原動(dòng)機(jī)是電動(dòng)機(jī)。執(zhí)行部分： 完成機(jī)器預(yù)定功能的組成

4、部分，也稱工作機(jī)，是具體干活的部分，顎式破碎機(jī)的執(zhí)行部分是顎頭（定顎、動(dòng)顎）。傳動(dòng)部分： 解決原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)的轉(zhuǎn)變。機(jī)器的傳動(dòng)部分多數(shù)使用機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。顎式破碎機(jī)的傳動(dòng)部分包括V帶傳動(dòng)和由偏心輪、動(dòng)顎、肘板以及機(jī)架組成的連桿機(jī)構(gòu)其他部分： 控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等。 由機(jī)器的組成可知，機(jī)器通常是由是由各種機(jī)構(gòu)以及各種零件組成的。機(jī)器中的零件分為兩類。1、通用零件 通用零件在各種類型的機(jī)械中都可能用到，如螺栓、軸、齒輪、彈簧等；2、專用零件 只用于某些類型的機(jī)械中，如電動(dòng)機(jī)中的轉(zhuǎn)子、疊片、籠條等，內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)中的曲軸、活塞等。此外，機(jī)械設(shè)計(jì)中還把為完成同一使命、彼此協(xié)同工作

5、的一組零件所組成的組合體稱為部件，如滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器、減速器等，所以有時(shí)也通稱為機(jī)械零部件，它包括了零件和部件。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)主要研究常用機(jī)構(gòu)和通用零部件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基本設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法。同時(shí)還將扼要介紹與本課程有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和一些標(biāo)準(zhǔn)零件、部件的選用原則，以及簡(jiǎn)單機(jī)械傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)方法。二、本課程研究的內(nèi)容機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是高等學(xué)校工科有關(guān)專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課。通過本課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生獲得正確使用和維護(hù)機(jī)械設(shè)備的基本知識(shí)，初步培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用有關(guān)設(shè)計(jì)資料設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單機(jī)械傳動(dòng)裝置的能力，為學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)機(jī)械設(shè)備課程以及參與技術(shù)革新奠定必要的基礎(chǔ)。三、本課程研究的目的 四、本課程的學(xué)習(xí)

6、方法 本課程是一門實(shí)踐性和綜合性很強(qiáng)的課程，整個(gè)學(xué)習(xí)過程涉及機(jī)械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程材料、金屬工藝學(xué)以及互換性與技術(shù)測(cè)量等多門學(xué)科。本書內(nèi)容的安排是從認(rèn)識(shí)機(jī)械入手，分析機(jī)器的基本組成、傳動(dòng)系統(tǒng)及零部件的功能，進(jìn)而引深到機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算、機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)的一般方法和過程以及常用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和設(shè)計(jì)。在本課程的學(xué)習(xí)過程中，對(duì)于機(jī)械零件，除合理選擇材料外，還應(yīng)著重掌握其工作能力計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。此外還應(yīng)該注意，大部分零件由于所選材料的不同、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的差異等諸多因素都會(huì)導(dǎo)致多種設(shè)計(jì)結(jié)果，即可用多種方案來完成同一功能要求。因此，要不斷提高綜合分析與解決問題的能力，學(xué)會(huì)從多種可能的解答中

7、通過評(píng)價(jià)找出最佳的設(shè)計(jì)方案。對(duì)于連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等常用機(jī)構(gòu)，應(yīng)注意其非勻速傳動(dòng)的特點(diǎn)，重點(diǎn)分析其運(yùn)動(dòng)特性，掌握實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì)方法。第二節(jié) 機(jī)械零件的常用材料 機(jī)械零件的常用材料分為金屬和非金屬兩大類。其中，金屬材料應(yīng)用最廣，非金屬材料以其獨(dú)特的性能也日益顯示出廣闊的應(yīng)用前景。金屬材料包括黑色金屬(鋼、鑄鐵)和有色金屬，前者應(yīng)用最多。此外，近年來復(fù)合材料的研究與開發(fā)，也已成為材料科學(xué)的一個(gè)新方向。下面簡(jiǎn)要介紹機(jī)械零件的常用材料及其應(yīng)用。選擇材料是設(shè)計(jì)機(jī)械零件的重要環(huán)節(jié)之一，也是一個(gè)復(fù)雜的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題。一般應(yīng)綜合考慮以下要求，選出適宜的材料。1、零件的使用要求：如強(qiáng)度、剛度、沖擊韌度、導(dǎo)熱

8、性、抗腐蝕性以及耐磨性、減振性等，通常以強(qiáng)度為主。2、工藝要求：毛坯到成品都便于制造3、經(jīng)濟(jì)性要求：材料及其加工成本均比較低，而且供貨方便。各種材料的力學(xué)性能及應(yīng)用均可從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查取，本課程也在有關(guān)章節(jié)中作了適當(dāng)?shù)慕榻B。 一、鋼 鋼的品種多、性能好，是機(jī)械零件最常用的材料。根據(jù)化學(xué)成分的不同，鋼可分為碳素鋼和合金鋼。1碳素鋼碳素鋼的性能主要取決于碳含量，即碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。碳含量越高，鋼的強(qiáng)度越高，塑性越低。由于碳素鋼生產(chǎn)批量大，價(jià)格低，供應(yīng)充足，一般的機(jī)械零件應(yīng)優(yōu)先選用。碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T699-1999) 含磷、硫等雜質(zhì)較少，其性能優(yōu)于碳素結(jié)構(gòu)鋼，而且能同時(shí)保證鋼的力學(xué)性能和

9、化學(xué)成分，可以進(jìn)行熱處理。碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T700-1988) 雜質(zhì)較多，只保證機(jī)械強(qiáng)度，不保證化學(xué)成分，不能進(jìn)行熱處理。常用于受力較大，且受變載荷或沖擊載荷作用的零件。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用兩位數(shù)字表示，代表鋼中碳的平均含量。如45鋼，其碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為。對(duì)于錳含量較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其牌號(hào)還要在碳含量數(shù)字之后加注符號(hào)“Mn，如40Mn等。2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于受力不大而且基本上是承受靜載荷的零件，其中以Q235、Q255較為常用。碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用Q和后面一位數(shù)字表示，如Q235表示屈服點(diǎn)235MPa的碳素結(jié)構(gòu)鋼。1）碳素結(jié)構(gòu)鋼碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于的鋼，它具有很高的強(qiáng)度和彈性，是

10、彈簧、鋼絲繩等零件的常用材料。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)又可分為：低碳鋼中碳鋼高碳鋼碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于的鋼，其抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)低，而塑性好，適用于沖壓、焊接加工；碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)在之間的鋼，中碳鋼既有較高的強(qiáng)度，又有一定的塑性和韌性，綜合力學(xué)性能較好，常用來制造螺栓、螺母、齒輪、鍵和軸等零件；2合金鋼為了改善鋼的性能，根據(jù)不同要求加入一種或幾種合金元素而形成的鋼，稱為合金鋼。不同的合金元素，使鋼獲得不同的性能，例如：鉻能提高硬度、高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性；鎳能提高強(qiáng)度而不降低韌性；錳能提高強(qiáng)度、韌性和耐磨性；硅可提高彈性極限和耐磨性，但降低韌性。應(yīng)當(dāng)指出，合金鋼的性能不僅與化學(xué)成分有關(guān)，在

11、很大程度上還取決于適當(dāng)?shù)臒崽幚?。由于合金鋼價(jià)格較貴，通常只用于制造重要的或具有特殊性能要求的機(jī)械零件。普通低合金鋼合金鋼分為合金結(jié)構(gòu)鋼（常用）特殊合金鋼合金工具鋼合金結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)的表示方法是用兩位數(shù)字表示碳的含量，并在其后加注所含各主要合金元素的符號(hào)及其含量，而且規(guī)定：合金元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于時(shí)，不注含量；當(dāng)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)在,時(shí),以相應(yīng)數(shù)字2，3，4，表示。例如40SiMn2,其成分的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:碳,硅低于,錳在之間。鑄鋼主要用于制造承受重載荷的大型零件或形狀復(fù)雜、力學(xué)性能要求較高的零件，如承受重載荷的大型齒輪、聯(lián)軸器等。鑄鋼包括碳素鑄鋼和合金鑄鋼。鑄鋼的力學(xué)性能與鍛鋼基本接近，但其減振性和鑄

12、造性能均不及鑄鐵。鑄鋼牌號(hào)的表示方法是在符號(hào)“ZG”后加注兩組數(shù)字，如ZG310570，表示屈服點(diǎn)為310MPa，抗拉強(qiáng)度為570MPa。3鑄鋼二、鑄鐵鑄鐵和鋼都是鐵碳合金，區(qū)別在于碳含量不同。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于2的鐵碳合金稱為鑄鐵，反之稱為鋼。鑄鐵是脆性材料，其抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性均較差，不能進(jìn)行碾壓和鍛造；但其減振性和耐磨性較好，成本較低。另外，鑄鐵具有良好的液態(tài)流動(dòng)性，因此常用于鑄造各種形狀復(fù)雜的零件。常用鑄鐵有灰鑄鐵和球墨鑄鐵。灰鑄鐵是應(yīng)用最廣的一種鑄鐵，碳以片狀石墨存在于鐵的基體中，因此其斷口呈灰色?；诣T鐵的抗壓強(qiáng)度高于抗拉強(qiáng)度，切削性能好，但不宜承受沖擊載荷，常用于制造受壓狀態(tài)下工作

13、的零件，如機(jī)器底座、機(jī)架等?；诣T鐵牌號(hào)的表示方法是在符號(hào)“HT”后加注一組表示抗拉強(qiáng)度的數(shù)字，如HT200，其抗拉強(qiáng)度為200MPa。1灰鑄鐵球墨鑄鐵中的碳以球狀石墨存在于鐵的基體中，故其力學(xué)性能顯著提高。除伸長(zhǎng)率和韌性稍低外，其他力學(xué)性能基本與鋼接近，同時(shí)兼有灰鑄鐵的優(yōu)點(diǎn)；但是球墨鑄鐵的鑄造工藝性能要求較高，品質(zhì)不易控制。用球墨鑄鐵制造的曲軸、齒輪等，其成本低于鍛鋼件。球墨鑄鐵牌號(hào)的表示方法是在符號(hào)“QT”后加注兩組數(shù)字，如QT40015，表示抗拉強(qiáng)度為400MPa，伸長(zhǎng)率為15%。 2球墨鑄鐵 銅合金是機(jī)械零件中最常用的有色金屬材料，分為黃銅和青銅兩類。1黃銅 黃銅(ZCuZn38等)是以

14、鋅為主要合金元素的銅合金。它具有一定的強(qiáng)度和較高的耐腐蝕性能，常用于制造管件、散熱器、墊片以及化工、船用等零件。三、銅合金青銅又分普通青銅(錫青銅)和特殊青銅(鋁青銅、鉛青銅等)。 普通青銅(ZCuSn5Pb5Zn5等)的減摩性、耐磨性、導(dǎo)熱性均良好，常用于制造蝸輪、對(duì)開螺母、滑動(dòng)軸承中的軸瓦等零件。鋁青銅(ZCuAll0Fe3等)的耐磨性和耐腐蝕性較好，常用于制造蝸輪、在蒸汽和海水條件下工作的齒輪等零件。鉛青銅(ZCuPb30等)具有很高的導(dǎo)熱性和抗疲勞強(qiáng)度，可用于制造高速、重載滑動(dòng)軸承的軸瓦。鑄造銅合金牌號(hào)的表示方法是在符號(hào)“ZCu后面加注所含各主要合金元素的符號(hào)及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)()。2青銅復(fù)

15、合材料是由兩種或兩種以上的金屬或非金屬材料復(fù)合而成的一種新型材料。例如，用金屬、塑料、陶瓷等材料作為基材，用纖維強(qiáng)度很高的玻璃、石墨、硼等非金屬材料作為纖維，可把纖維與基材復(fù)合成各種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，又稱纖維增強(qiáng)塑料，可用來制造薄壁壓力容器、汽車外殼等。又如，在普通碳素鋼板表面貼附塑料或不銹鋼，可分別獲得強(qiáng)度高而又耐腐蝕的塑料復(fù)合鋼板或金屬?gòu)?fù)合鋼板。復(fù)合材料目前成本尚高，供應(yīng)較少，但它是材料工業(yè)發(fā)展的方向之一，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步將獲得廣泛應(yīng)用。五、復(fù)合材料橡膠、塑料、皮革、陶瓷、木材、紙板等，均屬非金屬材料。橡膠除具有彈性并能緩沖、吸振外，還具有耐磨、絕緣等性能，廣泛用于制造膠帶、輪胎、密封墊

16、圈和減振零件等。塑料具有耐磨、耐腐蝕、質(zhì)量輕、易于成形等優(yōu)點(diǎn)，因此近年來得到了廣泛的應(yīng)用。四、非金屬材料第三節(jié) 機(jī)械零件的工作能力及計(jì)算準(zhǔn)則機(jī)械零件喪失工作能力或達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的性能時(shí)，稱為失效。在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度，稱為工作能力。常見的零件失效形式有：斷裂，過大的彈性變形或塑性變形，摩擦表面的過度磨損、打滑、過熱，聯(lián)接松動(dòng)以及運(yùn)動(dòng)精度達(dá)不到要求等。注意零件的失效和損壞是兩個(gè)不同的概念對(duì)于某一具體零件，可能產(chǎn)生的失效形式由其工作條件和受載情況決定。針對(duì)各種不同失效形式，所列判定零件工作能力的條件，稱為工作能力計(jì)算準(zhǔn)則。這些準(zhǔn)則主要有強(qiáng)度、剛度、耐磨性、耐熱性以及振動(dòng)穩(wěn)定

17、性等。下面主要討論零件的強(qiáng)度、剛度條件及耐磨性，其他工作能力判定條件，可查閱有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)參考書。名義載荷是根據(jù)名義功率用力學(xué)公式計(jì)算出作用在零件上的載荷。它是機(jī)器在理想平穩(wěn)的工作條件下作用在零件上的載荷。計(jì)算載荷是考慮實(shí)際載荷隨時(shí)間作用的不均勻性、載荷在零件上分布的不均勻性以及其他因素的影響而得到的載荷。計(jì)算載荷等于載荷系數(shù)K與名義載荷的乘積。機(jī)械零件的設(shè)計(jì)計(jì)算一般按計(jì)算載荷進(jìn)行。一、強(qiáng)度1名義載荷與計(jì)算載荷 強(qiáng)度條件是機(jī)械零件最基本的計(jì)算準(zhǔn)則。如果零件強(qiáng)度不夠，工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生斷裂或過大的塑性變形，使零件不能正常工作。設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足的強(qiáng)度條件為： ， 式中， 、分別是危險(xiǎn)截面處的最大正應(yīng)力和切應(yīng)

18、力，是按照計(jì)算載荷求得的應(yīng)力；、分別是材料的許用正應(yīng)力和切應(yīng)力。2強(qiáng)度條件3許用應(yīng)力 許用應(yīng)力是零件設(shè)計(jì)的條件應(yīng)力。正確地確定許用應(yīng)力，可以使零件在具有足夠強(qiáng)度和壽命的前提下，做到尺寸小、質(zhì)量輕。 許用應(yīng)力的確定，本書主要采用計(jì)算法，其基本公式 = lim/S 或= lim/S 式中 lim、lim分別是材料的極限正應(yīng)力、切應(yīng)力； S為安全系數(shù)。 由上式可知，許用應(yīng)力的確定主要是確定材料的極限應(yīng)力和安全系數(shù)。 (1)極限應(yīng)力極限應(yīng)力的確定與應(yīng)力的種類有關(guān)。常見的應(yīng)力種類如下圖（1）靜應(yīng)力作用下的極限應(yīng)力在對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力作用下，取材料的對(duì)稱循環(huán)疲勞強(qiáng)度-1作為極限應(yīng)力；在脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力作用下，取

19、材料的脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限0作為極限應(yīng)力；在非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力作用下，可通過疲勞試驗(yàn)機(jī)或極限應(yīng)力圖確定材料的疲勞極限，即極限應(yīng)力。作簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)，一般變應(yīng)力作用下可近似取與之相似的-1或0作為材料的極限應(yīng)力。塑性材料，取材料的屈服點(diǎn)s作為極限應(yīng)力脆性材料，取材料的抗拉強(qiáng)度b做為極限應(yīng)力（2）變應(yīng)力作用下的極限應(yīng)力在靜應(yīng)力下工作的零件主要的失效形式是斷裂或塑性變形在變應(yīng)力下工作的零件主要失效形式是疲勞斷裂對(duì)于安全系數(shù)，本書主要采用查表法確定。這類表格是不同的機(jī)械制造部門經(jīng)過長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐，總結(jié)制訂出適合本行業(yè)的安全系數(shù)(或許用應(yīng)力)表格，具有簡(jiǎn)單、具體、可靠等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用較廣；缺點(diǎn)是適用范圍較窄。查表法

20、的取值已列在各章具體表格中。在無可靠資料直接確定安全系數(shù)的情況下，可用下式計(jì)算總的安全系數(shù)，即 S=S1S2S3 S1 是考慮載荷及應(yīng)力計(jì)算的準(zhǔn)確性系數(shù)， S1S2 是考慮材料的均勻性系數(shù)鍛鋼或軋鋼零件S2，鑄鐵零件S2 =1.52.5 S3 是考慮零件重要程度的系數(shù)，S3(2)安全系數(shù) 二、接觸強(qiáng)度前面所述機(jī)械零件的強(qiáng)度稱為整體強(qiáng)度。所謂整體強(qiáng)度，是指在整體應(yīng)力作用下的零件的強(qiáng)度。零件受載時(shí)在較大的體積內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，零件的破壞也發(fā)生在較大的體積范圍內(nèi)。此外，對(duì)于理論上點(diǎn)接觸或線接觸的兩個(gè)零件，當(dāng)有載荷作用時(shí)，由于局部變形使接觸處形成小的接觸區(qū)，在面積很小的接觸區(qū)表層產(chǎn)生很大的應(yīng)力，稱為接觸應(yīng)力

21、。接觸應(yīng)力的分布如圖所示，其最大值用H表示。在接觸應(yīng)力作用下零件的強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度，它屬于表面強(qiáng)度。 機(jī)械零件的接觸應(yīng)力一般都是交變應(yīng)力，通常按近似脈動(dòng)循環(huán)處理。如摩擦輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、滾動(dòng)軸承等，在交變應(yīng)力的反復(fù)作用下，零件表層先是產(chǎn)生疲勞裂紋，如有潤(rùn)滑油進(jìn)入疲勞裂紋，在裂紋口被壓封的情況下，裂紋中產(chǎn)生極高的油壓而迫使裂紋加速擴(kuò)展，直至表層金屬成小片狀剝落下來，在零件表面形成小坑，這種現(xiàn)象稱為疲勞點(diǎn)蝕，簡(jiǎn)稱點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕的出現(xiàn)使得零件接觸面積減少，失去光滑的表面，不但降低承載能力，還會(huì)引起振動(dòng)和噪聲。因此，疲勞點(diǎn)蝕是潤(rùn)滑和密封均良好零件的常見失效形式。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該滿足的接觸強(qiáng)度條件為 H H式中

22、H是材料的許用接觸應(yīng)力；H Hlim/SH H是材料的最大接觸應(yīng)力； Hlim是試驗(yàn)材料的接觸疲勞強(qiáng)度極限； SH是接觸疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，考慮接觸應(yīng)力的局部性及離開接觸中心迅速減少等因素，可取SH等于1或稍大于1三、剛度剛度是指零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。某些零件如機(jī)床主軸、高速蝸桿軸等，剛度不足將會(huì)產(chǎn)生過大的彈性變形，影響機(jī)器的正常工作。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足的剛度條件為：零件在載荷作用下產(chǎn)生的彈性變形量應(yīng)小于或等于機(jī)器工作性能允許的極限值。 yy ， ，y，分別為零件工作時(shí)的撓度、轉(zhuǎn)角和扭角y ，分別是相應(yīng)的許用撓度、轉(zhuǎn)角和扭角提高零件剛度的措施有：適當(dāng)增大截面尺寸，改進(jìn)零件的結(jié)構(gòu)，減少支點(diǎn)

23、間的距離等。四、耐磨性 在各種機(jī)械中，凡是具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的接觸表面間都存在摩擦。摩擦表面物質(zhì)在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損。零件抗磨損的能力稱為耐磨性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上約有13的能源消耗在摩擦上；在各種報(bào)廢的機(jī)械零件中，約有80是由于磨損而引起的。因此，研究摩擦、磨損，提高零件的耐磨性，對(duì)延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命有著十分重要的意義。相對(duì)運(yùn)動(dòng)的接觸表面間的磨損是不可避免的。在正常情況下，一個(gè)零件的磨損過程大致可以分為圖所示的三個(gè)階段。 1磨損過程(1)磨合磨損階段 該階段是新機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)初期，通過逐漸增加載荷而迅速磨去零件接觸表面制造時(shí)遺留下來的波峰尖部。隨著波峰高度的逐漸降低，摩擦

24、副的實(shí)際接觸面積加大，磨損率=qf逐漸減小，零件進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段。(2)穩(wěn)定磨損階段 該階段的磨損率常數(shù)，零件以平穩(wěn)而緩慢的速度在磨損，相應(yīng)的時(shí)間即為零件的使用壽命。(3)劇烈磨損階段 當(dāng)磨損率超過機(jī)械正常運(yùn)轉(zhuǎn)的許可磨損率時(shí)，零件便進(jìn)入劇烈磨損階段。這時(shí)，兩個(gè)摩擦零件間的間隙很快增大，溫度升高，機(jī)械效率迅速下降，產(chǎn)生異常的噪聲和振動(dòng)，應(yīng)該停機(jī)檢修，更換零件。上述的三個(gè)階段是正常情況下零件的磨損過程。但若壓強(qiáng)過大、相對(duì)速度過高或潤(rùn)滑不良，都會(huì)導(dǎo)致磨合磨損階段的磨損加劇，并直接轉(zhuǎn)入劇烈磨損階段，如圖中虛線所示，使零件很快報(bào)廢。按磨損機(jī)理分，磨損主要有磨粒磨損、粘著磨損、表面疲勞磨損和腐蝕磨損四種基

25、本類型。(1)磨粒磨損 硬質(zhì)顆粒進(jìn)入摩擦表面，或硬表面上的凸峰在摩擦過程中引起表層材料脫落的現(xiàn)象，稱為磨粒磨損。(2)粘著磨損(膠合) 摩擦表面的接觸實(shí)際上是高低不平的微凸體接觸。高速、輕載時(shí)溫升使得接觸區(qū)潤(rùn)滑油膜破裂，低速、重載時(shí)也不易形成潤(rùn)滑油膜，這都將導(dǎo)致接觸處發(fā)生粘著。在這種情況下，兩表面相對(duì)滑動(dòng)，粘著撕脫，材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面，這種現(xiàn)象稱為粘著磨損，也稱為膠合。嚴(yán)重的粘著磨損會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)摩擦零件咬死。(3)表面疲勞磨損(疲勞點(diǎn)蝕) 疲勞點(diǎn)蝕發(fā)生在零件表層，屬于表面磨損范疇，故稱表面疲勞磨損。(4)腐蝕磨損 在摩擦過程中，與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)的磨損，稱為腐蝕磨損。

26、2磨損的基本類型磨損是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的現(xiàn)象，影響因素也很多。除疲勞磨損外，目前尚無可靠的計(jì)算方法，通常采取下述措施減少磨損：1)選取減摩性和耐磨性較好的材料。2)對(duì)摩擦表面進(jìn)行潤(rùn)滑。選用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑和潤(rùn)滑方法是減少摩擦和磨損的最有效途徑。潤(rùn)滑方法需根據(jù)不同的工作條件和部位而定。3)進(jìn)行耐磨性計(jì)算。摩擦表面間的耐磨性計(jì)算目前也是條件性的，通常是限制摩擦面間的壓強(qiáng)p和pv值，來減少磨損。(詳見第八章第四節(jié))。4)提高零件的加工精度和表面質(zhì)量。5)完善密封，正確使用與維護(hù)等。 3減少磨損的主要措施第四節(jié) 機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求機(jī)械的功能是靠零件具體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。即使零件工作能力滿足要求，但結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不

27、當(dāng)，同樣達(dá)不到預(yù)期的功能。事實(shí)上，在設(shè)計(jì)中常常需要先作初步的結(jié)構(gòu)構(gòu)思，然后將其抽象為數(shù)學(xué)模型才能進(jìn)行零部件的計(jì)算。例如，受彎曲應(yīng)力作用的軸，計(jì)算所需力的作用點(diǎn)位置、支點(diǎn)距離等，通常都是由初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定的。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與零件工作能力計(jì)算同等重要。下面主要介紹零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求這是指在實(shí)現(xiàn)零件預(yù)期功能的前提下，盡可能采用較少的幾何量和簡(jiǎn)單的形體要素，以簡(jiǎn)化零件的結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)既便于零件毛坯的成形，又易于提高加工質(zhì)量。例如，平面、圓柱面都易于制造并可得到較高的加工精度。 1構(gòu)形簡(jiǎn)單2工藝性好工藝性之一是指制造工藝，即要求零件從毛坯制造到機(jī)械加工整個(gè)過程都能方便、經(jīng)濟(jì)地制造出來，尤其要杜絕不

28、可能制造出來的設(shè)計(jì)結(jié)果。毛坯制造方法有鑄造、鍛造、焊接等，應(yīng)視零件的使用要求、生產(chǎn)批量及制造條件而選擇。不同的制造方法有其特有的制造要求，零件的結(jié)構(gòu)要滿足毛坯制造方法的要求。例如，鑄造零件要求壁厚均勻，壁的連接處設(shè)置較大的過渡圓角等。此外，還應(yīng)考慮有利于造型、起模、清理等環(huán)節(jié)，力求既工藝簡(jiǎn)單，又可保證鑄件的質(zhì)量。對(duì)于機(jī)械加工，首先應(yīng)考慮到零件加工的可行性和在機(jī)床上裝夾的方便性，避免難以在機(jī)床上固定的結(jié)構(gòu)和無法加工的結(jié)構(gòu)。例如：圖1a為難以在機(jī)床上固定的結(jié)構(gòu)，而圖1b所示的結(jié)構(gòu)則便于在機(jī)床上固定，進(jìn)行機(jī)械加工。圖2a所示零件上的螺紋孔無法加工，而圖2b所示則為可加工結(jié)構(gòu)。就機(jī)械加工而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

29、還應(yīng)考慮如何保證零件的加工精度、減少加工面積以及減少刀具的規(guī)格和更換刀具次數(shù)等因素。工藝性之二是指裝配工藝，即要求零件的組合結(jié)構(gòu)裝拆方便。圖1a所示零件結(jié)構(gòu)因螺栓安裝空間不夠而無法裝配，圖1b所示則為合理結(jié)構(gòu)。圖2所示為氣缸蓋與缸體的聯(lián)接，顯然圖2b所示結(jié)構(gòu)拆卸要容易得多。 總之，良好的結(jié)構(gòu)工藝性既可降低產(chǎn)品的制造成本，又有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量。3受力合理零件合理的受力包括受力平衡，傳力路線簡(jiǎn)捷、合理，符合等強(qiáng)度原則，應(yīng)力集中小以及滿足剛度要求等。受力合理可以減小零件的尺寸和質(zhì)量，并使材料得到充分利用。4充分利用不同材料的性能這是要求零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)有利于材料性能的發(fā)揮。例如，在蝸桿傳動(dòng)中，人們常把

30、尺寸較大的蝸輪設(shè)計(jì)成組合式結(jié)構(gòu)。輪心用抗壓強(qiáng)度較高而價(jià)格較低的鑄鐵制作，輪緣齒圈用減摩性好、抗膠合能力強(qiáng)但價(jià)格較貴的青銅制作，從而既較好地滿足了銅蝸輪與鋼蝸桿嚙合時(shí)對(duì)減摩性和抗膠合能力的要求，又節(jié)省了貴重金屬材料。這是指在正常使用條件下，零件的工作能力足夠，并在其工作環(huán)境中保持機(jī)器性能穩(wěn)定，且具有一定的使用壽命。5 工作可靠1）對(duì)機(jī)器或零件而言，有時(shí)候要求機(jī)器在發(fā)生非正常使用時(shí)，如過載或操作失誤等，具有自身安全保護(hù)的功能；2）對(duì)人而言，在機(jī)器的制造和使用過程中，應(yīng)力求避免對(duì)人造成傷害。對(duì)零件的某些邊、角進(jìn)行倒角或倒圓，以及在帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和嚙合傳動(dòng)中設(shè)置防護(hù)罩等，都是基于人身安全考慮的實(shí)例。此

31、外，對(duì)人的安全還應(yīng)當(dāng)包括環(huán)境安全，如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須保證機(jī)器的噪聲、排放物等符合環(huán)境保護(hù)規(guī)范的要求。6 安全性高標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化簡(jiǎn)稱“三化”標(biāo)準(zhǔn)化、系列化是指在不同類型、不同規(guī)格的機(jī)器中，將相當(dāng)多相同的零件加以標(biāo)準(zhǔn)化，并按尺寸不同加以系列化，設(shè)計(jì)者可直接從有關(guān)手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)中選用，無須重復(fù)設(shè)計(jì)。例：如螺栓、螺母、鍵、滾動(dòng)軸承等二、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化（簡(jiǎn)稱“三化” ）通用化是指在系列之內(nèi)或跨系列的產(chǎn)品之間采用同一結(jié)構(gòu)和尺寸的零部件，以減少企業(yè)內(nèi)部零件的種數(shù)，從而簡(jiǎn)化生產(chǎn)管理，獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。例：減速器等采用“三化”具有如下重要意義：1)減輕了設(shè)計(jì)工作量，有利于設(shè)計(jì)人員將主要精力用于關(guān)鍵零部

32、件的設(shè)計(jì)。2)便于安排專業(yè)廠家進(jìn)行規(guī)模型生產(chǎn)，從而利于合理使用材料、縮短生產(chǎn)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本。3)增大了互換性，便于維修。4)有利于改進(jìn)設(shè)計(jì)，增加產(chǎn)品品種和產(chǎn)量。對(duì)工作能力計(jì)算，應(yīng)重點(diǎn)分析各種零件的工作情況和可能出現(xiàn)的失效形式，確定零件工作能力的計(jì)算準(zhǔn)則、計(jì)算方法和公式。對(duì)于公式中出現(xiàn)的各種系數(shù)、參數(shù)，要理解其物理意義及其對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的影響，掌握其使用條件和選取原則。同時(shí)應(yīng)該注意，由于影響零件功能的因素很復(fù)雜，而且許多數(shù)據(jù)是由試驗(yàn)得來的，因此，零件尺寸的確定有時(shí)不能單純依賴?yán)碚摴接?jì)算，而會(huì)用到經(jīng)驗(yàn)公式、半經(jīng)驗(yàn)公式，甚至采用試算法。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，要滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求，并充分重視

33、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在確定零件形狀和尺寸方面的重要性，多作結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)練習(xí)。對(duì)于相當(dāng)多的初學(xué)者來講，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往難于理論計(jì)算，其主要原因是缺少實(shí)際鍛煉。零件工作能力計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的學(xué)習(xí)方法返回例如裝有齒輪的轉(zhuǎn)軸，工作時(shí)若彈性變形過大，不但影響齒輪的正常嚙合，而且加速軸承的磨損，大大降低軸承的旋轉(zhuǎn)精度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生軸承抱死、機(jī)器停轉(zhuǎn)等事故。此時(shí)，對(duì)軸而言并未損壞，但卻不能正常工作，即失效了。反之，若零件被損壞，則一定不能正常工作，即零件損壞時(shí)一定為失效。失效與破壞區(qū)別返回液體潤(rùn)滑劑 主要有潤(rùn)滑油、水和液體金屬等，其中最常用的是潤(rùn)滑油，尤以礦物油應(yīng)用最廣。潤(rùn)滑脂俗稱黃油 它是在潤(rùn)滑油中加入稠化劑(如鈣皂、鈉皂

34、、鋰皂等)調(diào)制而成，常溫下呈油膏狀。潤(rùn)滑脂的粘度大，不易流失，承載能力高，但摩擦功耗大。固體潤(rùn)滑劑 有石墨、二硫化鉬等。固體潤(rùn)滑劑可以應(yīng)用于高（低）溫、高真空、強(qiáng)輻射等特殊工況中，以及粉塵、潮濕、海水等惡劣環(huán)境中氣體潤(rùn)滑劑 有空氣、氮?dú)狻⒍趸嫉取怏w的粘度低，摩擦阻力極小，溫升很??；但承載能力較低，適用于高速、輕載的場(chǎng)合。各種機(jī)械中常用潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂的主要性能指標(biāo)及用途見附錄B。潤(rùn)滑劑的種類返回第五節(jié) 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖用規(guī)定的符號(hào)和線條按一定的比例表示構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置，并能完全反映機(jī)構(gòu)特征的簡(jiǎn)圖，稱平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。所有構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面中運(yùn)動(dòng)，稱為平面機(jī)構(gòu)。否則稱

35、為空間機(jī)構(gòu)。本課程討論平面機(jī)構(gòu)一、運(yùn)動(dòng)副的分類及表示方法二、構(gòu)件的分類及其表示方法三、常用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖第六節(jié) 平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件兩個(gè)以上的構(gòu)件用平面運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接起來組成的系統(tǒng)，如將其中的一個(gè)構(gòu)件固定為機(jī)架，當(dāng)另一構(gòu)件（或少數(shù)幾個(gè)構(gòu)件）按給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)于機(jī)架運(yùn)動(dòng)時(shí)，其余構(gòu)件也都隨之作確定運(yùn)動(dòng)，這時(shí)構(gòu)件系統(tǒng)則成為機(jī)構(gòu)。為了保證所設(shè)計(jì)的機(jī)械具有確定的運(yùn)動(dòng)，必須使其符合機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件，而機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件與機(jī)構(gòu)的自由度有關(guān)一、平面機(jī)構(gòu)的自由度二、機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件三、計(jì)算平面自由度時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)四、計(jì)算自由度實(shí)例例1例2本講小結(jié)1、運(yùn)動(dòng)副的分類（高副、低副）2、構(gòu)件的分類（

36、固定件、原動(dòng)件、從動(dòng)件）3、繪制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖用規(guī)定線條和符號(hào)來反映機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)4、機(jī)構(gòu)的自由度 F=3n-2PL-PH 注意：（1）復(fù)合鉸鏈（2）局部自由度（3）虛約束 一、運(yùn)動(dòng)副的分類及表示方法返回本節(jié)平面運(yùn)動(dòng)副空間運(yùn)動(dòng)副高副低副轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副使兩個(gè)構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接稱為運(yùn)動(dòng)副。例如： 軸承中的滾動(dòng)體與內(nèi)外圈的滾道、凸輪頂桿、嚙合中的一對(duì)齒廓、 滑塊與導(dǎo)槽。 運(yùn)動(dòng)副的分類運(yùn)動(dòng)副示例返回它們之間既保持了直接接觸, 又能產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng), 因此都構(gòu)成了運(yùn)動(dòng)副。構(gòu)件上參與接觸的點(diǎn)、面、線，稱為運(yùn)動(dòng)副元素。低副轉(zhuǎn)動(dòng)副及其符號(hào)移動(dòng)副及其符號(hào)返回高副返回用圖形表示高副時(shí)，對(duì)于凸輪，滾子習(xí)慣上畫出全部輪廓，對(duì)于齒輪，常用點(diǎn)畫線畫出其節(jié)圓 二、構(gòu)件的分類及其表示方法返回本節(jié)構(gòu)件按其運(yùn)動(dòng)形式可分：構(gòu)件均用線段或小方塊等來表示（忽略其外形