機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論

1、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論第1頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四91 機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論機(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，在預(yù)定使用期限內(nèi)安全可靠，操作方便、維修簡(jiǎn)單和造型美觀等。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)，稱為失效。工作能力-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)慣上又稱為：承載能力。零件的失效形式:斷裂或塑性變形;過大的彈性變形;工作表面的過度磨損或損傷;發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)；聯(lián)接的松弛;摩擦傳動(dòng)的打滑等。如軸、齒輪、軸瓦、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

2、式，歸納起來最主要的為第2頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四對(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：計(jì)算應(yīng)力許用應(yīng)力；機(jī)械零件設(shè)計(jì)的步驟： 1)擬定零件的計(jì)算簡(jiǎn)圖; 5) 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： 計(jì)算量許用量-工作能力計(jì)算準(zhǔn)則。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(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: 強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動(dòng)穩(wěn)定性、溫度等 原因。剛

3、度條件：變形量N0以后，曲線趨于水平，可認(rèn)為在無限次循環(huán)時(shí)試件將不會(huì)斷裂。應(yīng)力與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N 之間的關(guān)系曲線稱為：疲勞曲線當(dāng)NN0 時(shí),試件將不會(huì)斷裂。N0 -循環(huán)基數(shù)N0 對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為：當(dāng)N2.11%-含碳量 2.11%鐵碳合金特點(diǎn)：良好的液態(tài)流動(dòng)性，可鑄造成形狀復(fù)雜的零件。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。第16頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四選用原則： 優(yōu)選碳素鋼，其次是硅、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

4、：鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。應(yīng)用：應(yīng)用范圍極其廣泛。表9-2 常用材料的相對(duì)價(jià)格材 料 種 類 規(guī) 格 相對(duì)價(jià)格熱軋圓鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235 （ 3342） 1鑄 件優(yōu)質(zhì)碳素鋼 （ 2950） 1.51.8 合金結(jié)構(gòu)鋼（ 2950） 1.72.5 滾動(dòng)軸承鋼（ 2950） 3 合金工具鋼（ 2950） 320 4Cr9Si2耐熱鋼（ 2950） 5 灰鑄鐵鑄件 0.85 碳素鋼鑄件 1.7 銅合金、鋁合金鑄件 810 價(jià)格便宜且供應(yīng)充分 我國(guó)資源豐富 第17頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四3.銅合金-銅鋅合金，并含有少量的錳、鋁、鎳特點(diǎn)：具有良好的塑性和液態(tài)流動(dòng)性。青銅合

5、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1. 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(dòng)的膠帶等。硬橡膠可用于制造用水潤(rùn)滑的軸承襯。 第18頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四2. 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(diǎn)，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(jī)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(jì)機(jī)械零件時(shí)，選擇合適的材

6、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、工作條件、物理、化學(xué)、機(jī)械工藝性能、經(jīng)濟(jì)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(guó)標(biāo)、行標(biāo)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)盡量縮減材料的品種。第19頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四表9-1 常用鋼鐵材料的牌號(hào)及力學(xué)性能材 料 力 學(xué) 性 能 試件尺寸類 別 牌 號(hào) 強(qiáng)度極限B 屈服極限S 延伸率% mmQ215 335-410 215 31 碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235 375-460 235 26 d 16 Q275 4

7、90-610 275 20 20 410 245 25 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼35 530 315 20 d 25 45 600 355 16 35 SiMn 883 735 15 d 25 合金結(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 鋼ZG310-570 570 310 15 d100 ZG42SiMn 600 380 12 HT150 145 - - 灰鑄鐵HT200 195 - - HT250 240 - - 壁厚1020QT400-15 400 25

8、0 15 球墨鑄鐵QT500-7 500 320 7 QT600-3 600 370 3 壁厚30200第20頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四96 公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先系數(shù)一、 公差與配合互換性：零件在裝配時(shí)，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?；境叽纾河稍O(shè)計(jì)圖紙給定的零件理論尺寸；為確定值。實(shí)際尺寸：制造加工后測(cè)量所得零件尺寸；由于測(cè)量 有誤差，所以實(shí)際尺寸并非真值。相對(duì)于 基本尺寸而言，總是有誤差。或大或小實(shí)際尺寸25.1軸實(shí)際尺寸實(shí)際尺寸基本尺寸實(shí)際尺寸24.9孔25.1孔25孔基本尺寸軸25軸24.9第21頁(yè)，共41頁(yè)，2022年

9、，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四最小極限尺寸：零件滿足互換性要求的最小允許尺寸；最大極限尺寸：零件滿足互換性要求的最大允許尺寸；尺寸誤差 ：實(shí)際尺寸與理論設(shè)計(jì)尺寸之差；上偏差 ：最大極限尺寸與基本尺寸之差；符號(hào)：ES,es下偏差 ：最小極限尺寸與基本尺寸之差；符號(hào)：EI,eiesESeiEI尺寸公差：最大極限尺寸與最小極限尺寸之差；即 允許的尺寸變動(dòng)量。ES-EIes-ei公差=Lmax- Lmax=ES-EI=es-eiLmin孔L孔Lmax孔軸LLmax軸Lmin軸第22頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四軸LLmax軸Lmin軸零線：代表基本尺寸所在位置的一條直線；公

10、差帶：由代表上、下偏差的兩條直線所限定的區(qū)域；零線ESEI孔公差帶esei軸公差帶國(guó)標(biāo)規(guī)定：孔與軸各有28個(gè)，分別用如下符號(hào)表示：孔：A B C CD D E EF F FG G H JS K M N P R S T U V W X Y Z ZA ZB ZC軸：a b c cd d e ef f fg g h js k m n p r s t u v w x y z za zb zc基本偏差：標(biāo)準(zhǔn)表列的，用于確定公差帶相對(duì)于零線位置的上偏差或下偏差，一般為靠近零線的那個(gè)偏差。+0-零線L第23頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四孔：A B C CD D E EF F FG

11、G H JS K M N P R S T U V W X Y Z ZA ZB ZC軸：a b c cd d e ef f fg g h js k m n p r s t u v w x y z za zb zc基本偏差系列呈正態(tài)分布BCCDDEEFAFFGGHKMNPRSTUVXYZZAZBZCJS孔+0-基本尺寸bccddeefaffgghkmnprstuvxyzzazbzcjs軸+0-基本尺寸第24頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四配合：基本尺寸相同，相互結(jié)合的孔與軸公差帶之間 的關(guān)系；間隙或過盈：孔的尺寸減去相配合軸的尺寸所得代數(shù)差；間隙：代數(shù)差為“+”， 孔軸;

12、過盈：代數(shù)差為“-”， 孔軸，用于可動(dòng)聯(lián)接，如活動(dòng)鉸鏈； 孔軸，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；最大間隙: Xmax = 孔max-軸min最小間隙: Xmin = 孔min-軸max 最大過盈: Ymax = 孔min-軸max 最小過盈： Ymin = 孔max-軸min 第26頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四間隙配合孔公差帶軸公差帶孔公差帶軸公差帶孔公差帶軸公差帶孔公差帶軸公差帶過盈配合過渡配合孔公差帶軸公差帶孔公差帶軸公差帶孔公差帶YmaxXmaxYmaxXmaxYmaxXmaxY

13、maxYmaxXminXmaxXmin= 0Ymin= 0軸公差帶XmaxYmin第27頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四H零線D孔公差kjshgefrpms間隙配合過渡配合過盈配合配合基準(zhǔn)制基孔制配合：孔是基準(zhǔn)孔，下偏差EI=0， 代號(hào)為:H ， 通過改變軸的公差帶來或得各種不同的配合特性?；字婆浜匣S制配合應(yīng)用廣泛 ，可減少孔加工刀具 第28頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四零線hD軸公差KJSHGEFRPMS間隙配合過渡配合過盈配合基軸制配合：軸是基準(zhǔn)軸，上偏差es=0， 代號(hào)為:h ， 通過改變孔的公差帶來或得各種不同的配合特性。第29頁(yè)，

14、共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四基孔制常用與優(yōu)先配合的選用第30頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四基軸制常用與優(yōu)先配合的選用第31頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四二、 表面粗糙度輪廓峰谷線輪廓峰頂線輪廓峰高yp輪廓谷深yv中線lyx定義：零件表面的微觀幾何形狀誤差稱為表面粗糙度特征：加工后零件表面留下的微細(xì)而凹凸不平的刀痕。評(píng)定參數(shù)：輪廓算術(shù)平均偏差-取樣長(zhǎng)度l內(nèi)，被測(cè)輪廓上各點(diǎn)至輪廓中線偏居絕對(duì)值的算術(shù)平均值：第32頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四0.012 0.025 0.05 0.1 0.2 0.4

15、 0.8 1.6 3.2 6.3 12.5 25 50 100 表9-3 用不同加工方法得到的Ra 加工方法表面粗糙度 Ra m精 粗刨削鉆孔鉸孔精 粗鏜孔精 粗車精 粗磨精 粗研磨滾、銑精 粗Ra愈小，零件的加工成本愈高。第33頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四表面粗糙度對(duì)零件功能有重要的影響。例如：1. 對(duì)摩擦磨損的影響摩擦系數(shù)Ra零件表面愈粗糙，摩擦系數(shù)愈大。但光滑到一定程度時(shí)，潤(rùn)滑油被擠出，產(chǎn)生親和力反而使摩擦系數(shù)增大。2. 對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響零件表面愈粗糙，在刀痕根部愈容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，使疲勞強(qiáng)度降低。3. 對(duì)耐腐蝕的影響4. 對(duì)結(jié)合處密封性能的影響5. 對(duì)振動(dòng)和

16、噪聲的影響等等零件表面愈粗糙，在刀痕根部愈容易產(chǎn)生腐蝕滲透。零件表面愈光滑，密封性能愈好。零件表面愈粗糙，振動(dòng)和噪聲愈大。如滾動(dòng)軸承。第34頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四三、 優(yōu)先數(shù)系 優(yōu)先數(shù)系是國(guó)際上統(tǒng)一的數(shù)值分級(jí)制度，是一種無量綱的分級(jí)系數(shù)，適用于各種量值的分級(jí)。在確定產(chǎn)品的參數(shù)或參數(shù)系列時(shí)，應(yīng)該最大限度采用。 產(chǎn)品的主要參數(shù)如：型號(hào)、直徑、轉(zhuǎn)速、承載量和功率等按優(yōu)先數(shù)系形成系列，便于組織生產(chǎn)和降低成本，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。優(yōu)先數(shù)系是一個(gè)以公比為：qr= 10 的十進(jìn)等比級(jí)數(shù)，rGB321-80規(guī)定了四個(gè)優(yōu)先數(shù)系的基本系列：R5 : q5= 10 1.6

17、5R10 : q10= 10 1.25 10R20 : q20= 10 1.12 20R40 : q40= 10 1.06 40優(yōu)先數(shù)-表中任意一個(gè)數(shù)值。 大于10的優(yōu)先數(shù)，可將表數(shù)值分別乘以10、100、1000 。 第35頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四優(yōu)先數(shù)-表中任意一個(gè)數(shù)值。 大于10的優(yōu)先數(shù)，可將表數(shù)值分別乘以10、100、1000 。 第36頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四97 機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化一、工藝性零件設(shè)計(jì)要求使用要求-具備所要求的工作能力；制造要求-制造工藝可行，成本低；零件工藝性良好的標(biāo)志： 在具體的生產(chǎn)條件下，零件

18、要便于加工且費(fèi)用低。工藝性的基本要求：1) 毛坯選擇合理制備方法毛坯選擇與生產(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。應(yīng)用于大批量生產(chǎn)。用型材焊接鍛造鑄造沖壓 第37頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四97 機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化一、工藝性零件設(shè)計(jì)要求使用要求-具備所要求的工作能力；制造要求-制造工藝可行，成本低；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。工藝性的基本要求：1) 毛坯選擇合理制備方法：選用型材、焊接、鑄造、鍛造、沖壓等。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

19、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。第38頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)23分，星期四2) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理最好采用平面、柱面、螺旋面等簡(jiǎn)單表面極其組合；盡量減少加工面數(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，盡量采用較低的精度和表面質(zhì)量。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、 螺紋、鍵、齒輪模數(shù)等）的數(shù)量；4) 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。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。欲設(shè)