機(jī)械設(shè)計(jì)課件第9章機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論

第9章機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論§9－1機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論§9－2機(jī)械零件的強(qiáng)度§9－3機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度§9－4機(jī)械零件的耐磨性§9－5機(jī)械制造常用材料及其選擇§9－6公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先數(shù)系§9－7機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化第9章機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論§9－1機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論§91§9－1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式，歸納起來最主要的為§9－1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：機(jī)械零件的2對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。剛度條件：變形量<許用變形量；對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3載荷系數(shù)K----考慮各種附加載荷因素的影響。名義載荷-----在理想的平穩(wěn)工作條件下作用在零件上的載荷?！?－2機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算載荷-----載荷系數(shù)與名義載荷的乘積。計(jì)算應(yīng)力-----按計(jì)算載荷計(jì)算所得之應(yīng)力：名義應(yīng)力-----按名義載荷計(jì)算所得之應(yīng)力。強(qiáng)度判定條件：σ、τ[σ]=、[τ]-----許用應(yīng)力S-----安全系數(shù)σlim、τ

lim-----極限應(yīng)力，由實(shí)驗(yàn)方法測定。然而在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，零件還會(huì)受到各種附加載荷，通常用引入載荷系數(shù)K----考慮各種附加載荷因素的影響。名義載荷---4一、應(yīng)力的種類otσ

σ=常數(shù)σmax脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力r=0σm靜應(yīng)力:σ=常數(shù)變應(yīng)力:σ隨時(shí)間變化平均應(yīng)力:應(yīng)力幅:Tσmaxσminσaσaσm循環(huán)變應(yīng)力otσ變應(yīng)力的循環(huán)特性:σmaxσminσaσa對稱循環(huán)變應(yīng)力r=-1otσ----脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力----對稱循環(huán)變應(yīng)力-1=0+1----靜應(yīng)力otσσaσaσminr=+1靜應(yīng)力是變應(yīng)力的特例一、應(yīng)力的種類otσσ=常數(shù)σmax脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力r5二、靜應(yīng)力下的許用應(yīng)力靜應(yīng)力下，零件材料的破壞形式：斷裂或塑性變形塑性材料，取屈服極限σS作為極限應(yīng)力,許用應(yīng)力為：脆性材料：取強(qiáng)度極限σB作為極限應(yīng)力,許用應(yīng)力為：三、變應(yīng)力下的許用應(yīng)力變應(yīng)力下，零件的損壞形式是疲勞斷裂。疲勞斷裂具有以下特征：

1)疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限低，甚至比屈服極限低;2)疲勞斷口均表現(xiàn)為無明顯塑性變形的脆性突然斷裂;3)疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度的結(jié)果。它的初期現(xiàn)象是在零件表面或表層形成微裂紋，這種微裂紋隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴(kuò)展，直至余下的未斷裂的截面積不足以承受外載荷時(shí)，就突然斷裂。疲勞斷裂不同于一般靜力斷裂，它是損傷到一定程度后，即裂紋擴(kuò)展到一定程度后，才發(fā)生的突然斷裂。所以疲勞斷裂是與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(即使用期限或壽命)有關(guān)的斷裂。

不管脆性材料或塑性材料，二、靜應(yīng)力下的許用應(yīng)力靜應(yīng)力下，零件材料的破壞形式：斷裂或塑61、疲勞曲線NOσσ-1N0σ-1NN由圖可知：應(yīng)力越小，試件能經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)就越多。試驗(yàn)表明，當(dāng)N>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σ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)N>N0時(shí),試件將不會(huì)斷裂。N0----循環(huán)基數(shù)N0對應(yīng)的應(yīng)力稱為：當(dāng)N<N0時(shí),有近似公式：對應(yīng)于N的彎曲疲勞極限：疲勞極限用σ-1表示材料在對稱循環(huán)應(yīng)力下的彎曲疲勞極限。1、疲勞曲線NOσσ-1N0σ-1NN由圖可知：應(yīng)力越小，試72、許用應(yīng)力在變應(yīng)力，應(yīng)取材料的疲勞極限作為極限應(yīng)力。同時(shí)還應(yīng)考慮零件的切口和溝槽等截面突變、絕對尺寸和表面狀態(tài)等影晌，為此引人應(yīng)力集中系數(shù)kσ、尺寸系數(shù)εσ和表面狀態(tài)系數(shù)β等。當(dāng)應(yīng)力是對稱循環(huán)變化時(shí)，許用應(yīng)力為：當(dāng)應(yīng)力是脈動(dòng)循環(huán)變化時(shí)，許用應(yīng)力為：σ0為材料的脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限，S為安全系數(shù)。以上各系數(shù)均可機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中查得。以上所述為“無限壽命”，有限壽命時(shí)，用σ-1N代入得：2、許用應(yīng)力在變應(yīng)力，應(yīng)取材料的疲勞極限作為極限應(yīng)力。同8四、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1）靜應(yīng)力下，塑性材料的零件：S=1.2～１.5

鑄鋼件：S=1.５～２.5S↑典型機(jī)械的S可通過查表求得。無表可查時(shí)，按以下原則?。骸慵叽绱?，結(jié)構(gòu)笨重。S↓→可能不安全。２）靜應(yīng)力下，脆性材料，如高強(qiáng)度鋼或鑄鐵：

S=3～43）變應(yīng)力下，S=1.3～1.7材料不均勻，或計(jì)算不準(zhǔn)時(shí)?。篠=1.7～2.5四、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1）9初始疲勞裂紋初始疲勞裂紋§9－3機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度

若兩個(gè)零件在受載前是點(diǎn)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(yīng)力卻很大，這種應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力。這時(shí)零件強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度。如齒輪、凸輪、滾動(dòng)軸承等。機(jī)械零件的接觸應(yīng)力通常是隨時(shí)間作周期性變化的，在載荷重復(fù)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(kuò)展(潤滑油被擠迸裂紋中將產(chǎn)生高壓，使裂紋加快擴(kuò)展，終于使表層金屬呈小片狀剝落下來，而在零件表面形成一些小坑，這種現(xiàn)象稱為渡勞點(diǎn)蝕。發(fā)生疲勞點(diǎn)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。裂紋的擴(kuò)展與斷裂油失效形式常表現(xiàn)為：疲勞點(diǎn)蝕金屬剝落出現(xiàn)小坑后果：減少了接觸面積、損壞了零件的光滑表面、降低了承載能力、引起振動(dòng)和噪音。初始疲勞裂紋初始疲勞裂紋§9－3機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度10b由彈性力學(xué)可知，應(yīng)力為：對于鋼或鑄鐵取泊松比：

μ1=μ2=μ=0.3,則有簡化公式。上述公式稱為赫茲(H·Hertz)公式

“+”用于外接觸，“-”用于內(nèi)接觸。ρ2ρ1FnσHσHρ1Fnbρ2σHσHb由彈性力學(xué)可知，應(yīng)力為：對于鋼或鑄鐵取泊松比：上述公式稱為11σH-------最大接觸應(yīng)力或赫茲應(yīng)力;b-------接觸長度;Fn

-------作用在圓柱體上的載荷;-----綜合曲率半徑;-----綜合彈性模量;E1、

E2分別為兩圓柱體的彈性模量。接觸疲勞強(qiáng)度的判定條件為：bFnσH-------最大接觸應(yīng)力或赫茲應(yīng)力;b------12§9－4機(jī)械零件的耐磨性

運(yùn)動(dòng)副摩擦表面物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損。磨損會(huì)逐漸改變零件尺寸和摩擦表面形狀。零件抗磨損的能力稱為耐磨性。

磨損↑→間隙↑、精度↓、效率↓、振動(dòng)↑、沖擊↑、噪音↑據(jù)統(tǒng)計(jì)，約有80%的損壞零件是因磨損而報(bào)廢的。

磨損的主要類型：1）磨粒磨損2）粘著磨損(膠合磨損)在滾動(dòng)或兼有滑動(dòng)和滾動(dòng)的高副申，如凸輪、齒輪等，受載時(shí)材料表層有很大的接觸應(yīng)力。當(dāng)載荷重復(fù)作用時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)表層金屬呈小片狀剝落，而在零件表面形成小坑，這種現(xiàn)象稱為疲勞磨損或疲勞點(diǎn)蝕。在摩擦過程申，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，稱為腐蝕磨硬質(zhì)顆?；蚰Σ帘砻嫔嫌驳耐狗?，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)顆粒可能是零件本身磨損造成的金屬微粒，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。加工后的零件表面總有一定的粗糙度。摩擦表面受載時(shí)，實(shí)際上只有部分峰頂接觸，接觸處壓強(qiáng)很高，能使材料產(chǎn)生塑性流動(dòng)。若接觸處發(fā)生粘著，滑動(dòng)時(shí)會(huì)使接觸表面材料由一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面，這種現(xiàn)象稱為粘著磨損(膠合磨損)。所謂材料轉(zhuǎn)移是指接觸表面擦傷和撕脫，嚴(yán)重時(shí)摩擦表面能相互咬死。3）疲勞磨損(疲勞點(diǎn)蝕)4）腐蝕磨損§9－4機(jī)械零件的耐磨性運(yùn)動(dòng)副摩擦表面物質(zhì)13實(shí)用耐磨計(jì)算是限制運(yùn)動(dòng)副的壓強(qiáng)p，即:p≤

[p]

[p]由實(shí)驗(yàn)或同類機(jī)器使用經(jīng)驗(yàn)確定相對運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)，還應(yīng)考慮運(yùn)動(dòng)副單位時(shí)間單位接觸面積的發(fā)熱量fpv。在摩擦系數(shù)一定的情況下，可將pv

值與許用的[pv]

值進(jìn)行比較。即:pv≤

[pv]實(shí)用耐磨計(jì)算是限制運(yùn)動(dòng)副的壓強(qiáng)p，即:p≤[p][p14§9－5機(jī)械制造常用材料及其選擇機(jī)械制造中最常用的材料是鋼和鑄鐵，其次是有色金屬合金。非金屬材料如塑料、橡膠等。一、金屬材料1.鑄鐵：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。2.鋼：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼(不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼等)、碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼等。鑄鐵常用金屬材料鋼銅合金----含碳量>2%----含碳量≤

2%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?！?－5機(jī)械制造常用材料及其選擇機(jī)械制造中最常用的材料是鋼15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?？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：鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。應(yīng)用：應(yīng)用范圍極其廣泛。表9-2常用材料的相對價(jià)格材料種類規(guī)格相對價(jià)格熱軋圓鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235（φ33~42）1鑄件優(yōu)質(zhì)碳素鋼（φ29~50）1.5~1.8合金結(jié)構(gòu)鋼（φ29~50）1.7~2.5滾動(dòng)軸承鋼（φ29~50）3合金工具鋼（φ29~50）3~204Cr9Si2耐熱鋼（φ29~50）5灰鑄鐵鑄件0.85碳素鋼鑄件1.7銅合金、鋁合金鑄件8~10價(jià)格便宜且供應(yīng)充分我國資源豐富

選用原則：特點(diǎn)：與鑄鐵相比，鋼具有高的強(qiáng)度、韌性和塑性。可用163.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滑的軸承襯。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172.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)國標(biāo)、行標(biāo)和機(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。2.塑料塑料的比重小，易于制成形狀復(fù)雜的零件，而且各18表9-1常用鋼鐵材料的牌號及力學(xué)性能材料力學(xué)性能試件尺寸類別牌號強(qiáng)度極限σB屈服極限σS延伸率%mmQ215335-41021531碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235375-46023526d≤16Q275490-610275202041024525優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼3553031520d≤25456003551635SiMn88373515d≤25合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr9817859d≤2520CrMnTi107983410d≤1560Mn9817858d≤80ZG270-50050027018鑄鋼ZG310-57057031015d≤100ZG42SiMn60038012HT150145----灰鑄鐵HT200195----HT250240----壁厚10~20QT400-1540025015球墨鑄鐵QT500-75003207QT600-36003703壁厚30~200表9-1常用鋼鐵材料的牌號及力學(xué)性能材料19§9－6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?；虼蠡蛐?shí)際尺寸Φ25.1軸實(shí)際尺寸實(shí)際尺寸基本尺寸實(shí)際尺寸Φ24.9孔Φ25.1孔φ25孔基本尺寸軸φ25軸Φ24.9§9－6公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先系數(shù)一、公差與配20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：ES,es下偏差：最小極限尺寸與基本尺寸之差；符號：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φL孔Lmax孔軸LLmax軸Lmin軸最小極限尺寸：零件滿足互換性要求的最小允許尺寸；最大極限尺寸21軸LLmax軸Lmin軸零線：代表基本尺寸所在位置的一條直線；公差帶：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軸公差帶國標(biāo)規(guī)定：孔與軸各有28個(gè)，分別用如下符號表示：孔：ABCCDDEEFFFGGHJSKMNPRSTUVWXYZZAZBZC軸：abccddeefffgghjskmnprstuvwxyzzazbzc基本偏差：標(biāo)準(zhǔn)表列的，用于確定公差帶相對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軸LLmax軸Lmin軸零線：代表基本尺寸所在位置的一條直線22孔：ABCCDDEEFFFGGHJSKMNPRSTUVWXYZZAZBZC軸：abccddeefffgghjskmnprstuvwxyzzazbzc基本偏差系列呈正態(tài)分布BCCDDEEFAFFGGHKMNPRSTUVXYZZAZBZCJS孔+0-基本尺寸bccddeefaffgghkmnprstuvxyzzazbzcjs軸+0-基本尺寸孔：ABCCDDEEFFFGGHJS23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;過盈：代數(shù)差為“-”，孔<軸;公差等級：國標(biāo)規(guī)定了20個(gè)等級，用阿拉伯?dāng)?shù)字：001123456789101112131415161718表示。標(biāo)記方法：公差帶符號后跟阿拉伯?dāng)?shù)字表示。如：H7。常用公差等級的應(yīng)用4、5級用于特別精密的零件；6、7、8級用于重要的零件；8、9級用于中速及中等精度要求的零件；10、11級用于低速、低精度的零件?？芍苯硬砂舨?、管材、精密鍛件而不用切削加工。配合：基本尺寸相同，相互結(jié)合的孔與軸公差帶之間間隙或過盈：孔24配合類型間隙配合過渡配合過盈配合孔>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配合類型間隙配合過渡配合過盈配合孔>軸，用于可動(dòng)聯(lián)接，如活動(dòng)25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YmaxXmaxYmaxXmaxYmaxXmaxYmaxYmaxXminXmaxXmin=0Ymin=0軸公差帶XmaxYmin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26H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H零線D孔公差kjshgefrpms間隙配合過渡配合過盈配合27零線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，代號為:h，

通過改變孔的公差帶來或得各種不同的配合特性。零線hD軸公差KJSHGEFRPMS間隙配合過渡配合過盈配合28基孔制常用與優(yōu)先配合的選用基孔制常用與優(yōu)先配合的選用29基軸制常用與優(yōu)先配合的選用基軸制常用與優(yōu)先配合的選用30二、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。評定參數(shù)：輪廓算術(shù)平均偏差----取樣長度l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：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y310.0120.0250.050.10.20.40.81.63.26.312.52550100表9-3用不同加工方法得到的Ra加工方法表面粗糙度Raμm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。0.0120.0250.050.10.20.4032表面粗糙度對零件功能有重要的影響。例如：1.對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)，潤滑油被擠出，產(chǎn)生親和力反而使摩擦系數(shù)增大。2.對疲勞強(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.對耐腐蝕的影響4.對結(jié)合處密封性能的影響5.對振動(dòng)和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。表面粗糙度對零件功能有重要的影響。例如：1.對摩擦磨損的影33三、優(yōu)先數(shù)系優(yōu)先數(shù)系是國際上統(tǒng)一的數(shù)值分級制度，是一種無量綱的分級系數(shù)，適用于各種量值的分級。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、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≈1.65R10:q10=10≈1.2510R20:q20=10≈1.1220R40:q40=10≈1.0640三、優(yōu)先數(shù)系優(yōu)先數(shù)系是國際上統(tǒng)一的數(shù)值分34優(yōu)先數(shù)系的基本系列R51.001.602.504.006.3010.00R101.001.251.602.002.503.154.005.006.308.0010.001.001.121.251.401.601.802.002.242.502.803.153.554.004.505.005.606.307.108.009.0010.001.001.061.121.181.251.321.401.501.601.701.801.902.002.122.242.362.502.652.803.003.153.353.553.754.004.254.504.755.005.305.606.006.306.707.107.508.008.509.009.5010.00R40R20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。優(yōu)先數(shù)系的基本系列R51.0035§9－7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§9－7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36§9－7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?！?－7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372)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；▲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?！M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?！M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)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)。2)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38二、標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容：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(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。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)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)，以獲得最佳秩序和效益。2)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)一后實(shí)現(xiàn)互換；3)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)、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。二、標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容：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)39基本特征：統(tǒng)一、簡化。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；3)管理維修方面可減少庫存量，便于更換損壞的零件。標(biāo)準(zhǔn)化是組織社會(huì)化大生產(chǎn)的重要手段，是實(shí)施科學(xué)管理的基礎(chǔ)，也是對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本要求之一。通過標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施，以獲得最佳的社會(huì)經(jīng)濟(jì)成效。標(biāo)準(zhǔn)層次：國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。推薦性標(biāo)準(zhǔn)（GB/T）----鼓勵(lì)企業(yè)自愿采用。標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)（GB）----必須強(qiáng)制執(zhí)行；作為設(shè)計(jì)人員，要求必須熟悉現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)會(huì)查詢和使用標(biāo)準(zhǔn)資料。無論設(shè)計(jì)何種產(chǎn)品，必須遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)?；咎卣鳎航y(tǒng)一、簡化。意義：2)設(shè)計(jì)方面可減少設(shè)計(jì)工作量；340第9章機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論§9－1機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論§9－2機(jī)械零件的強(qiáng)度§9－3機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度§9－4機(jī)械零件的耐磨性§9－5機(jī)械制造常用材料及其選擇§9－6公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先數(shù)系§9－7機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化第9章機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論§9－1機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論§941§9－1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式，歸納起來最主要的為§9－1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：機(jī)械零件的42對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。剛度條件：變形量<許用變形量；對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43載荷系數(shù)K----考慮各種附加載荷因素的影響。名義載荷-----在理想的平穩(wěn)工作條件下作用在零件上的載荷?！?－2機(jī)械零件的強(qiáng)度計(jì)算載荷-----載荷系數(shù)與名義載荷的乘積。計(jì)算應(yīng)力-----按計(jì)算載荷計(jì)算所得之應(yīng)力：名義應(yīng)力-----按名義載荷計(jì)算所得之應(yīng)力。強(qiáng)度判定條件：σ、τ[σ]=、[τ]-----許用應(yīng)力S-----安全系數(shù)σlim、τ

lim-----極限應(yīng)力，由實(shí)驗(yàn)方法測定。然而在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，零件還會(huì)受到各種附加載荷，通常用引入載荷系數(shù)K----考慮各種附加載荷因素的影響。名義載荷---44一、應(yīng)力的種類otσ

σ=常數(shù)σmax脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力r=0σm靜應(yīng)力:σ=常數(shù)變應(yīng)力:σ隨時(shí)間變化平均應(yīng)力:應(yīng)力幅:Tσmaxσminσaσaσm循環(huán)變應(yīng)力otσ變應(yīng)力的循環(huán)特性:σmaxσminσaσa對稱循環(huán)變應(yīng)力r=-1otσ----脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力----對稱循環(huán)變應(yīng)力-1=0+1----靜應(yīng)力otσσaσaσminr=+1靜應(yīng)力是變應(yīng)力的特例一、應(yīng)力的種類otσσ=常數(shù)σmax脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力r45二、靜應(yīng)力下的許用應(yīng)力靜應(yīng)力下，零件材料的破壞形式：斷裂或塑性變形塑性材料，取屈服極限σS作為極限應(yīng)力,許用應(yīng)力為：脆性材料：取強(qiáng)度極限σB作為極限應(yīng)力,許用應(yīng)力為：三、變應(yīng)力下的許用應(yīng)力變應(yīng)力下，零件的損壞形式是疲勞斷裂。疲勞斷裂具有以下特征：

1)疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限低，甚至比屈服極限低;2)疲勞斷口均表現(xiàn)為無明顯塑性變形的脆性突然斷裂;3)疲勞斷裂是微觀損傷積累到一定程度的結(jié)果。它的初期現(xiàn)象是在零件表面或表層形成微裂紋，這種微裂紋隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸擴(kuò)展，直至余下的未斷裂的截面積不足以承受外載荷時(shí)，就突然斷裂。疲勞斷裂不同于一般靜力斷裂，它是損傷到一定程度后，即裂紋擴(kuò)展到一定程度后，才發(fā)生的突然斷裂。所以疲勞斷裂是與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)(即使用期限或壽命)有關(guān)的斷裂。

不管脆性材料或塑性材料，二、靜應(yīng)力下的許用應(yīng)力靜應(yīng)力下，零件材料的破壞形式：斷裂或塑461、疲勞曲線NOσσ-1N0σ-1NN由圖可知：應(yīng)力越小，試件能經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)就越多。試驗(yàn)表明，當(dāng)N>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σ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)N>N0時(shí),試件將不會(huì)斷裂。N0----循環(huán)基數(shù)N0對應(yīng)的應(yīng)力稱為：當(dāng)N<N0時(shí),有近似公式：對應(yīng)于N的彎曲疲勞極限：疲勞極限用σ-1表示材料在對稱循環(huán)應(yīng)力下的彎曲疲勞極限。1、疲勞曲線NOσσ-1N0σ-1NN由圖可知：應(yīng)力越小，試472、許用應(yīng)力在變應(yīng)力，應(yīng)取材料的疲勞極限作為極限應(yīng)力。同時(shí)還應(yīng)考慮零件的切口和溝槽等截面突變、絕對尺寸和表面狀態(tài)等影晌，為此引人應(yīng)力集中系數(shù)kσ、尺寸系數(shù)εσ和表面狀態(tài)系數(shù)β等。當(dāng)應(yīng)力是對稱循環(huán)變化時(shí)，許用應(yīng)力為：當(dāng)應(yīng)力是脈動(dòng)循環(huán)變化時(shí)，許用應(yīng)力為：σ0為材料的脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限，S為安全系數(shù)。以上各系數(shù)均可機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中查得。以上所述為“無限壽命”，有限壽命時(shí)，用σ-1N代入得：2、許用應(yīng)力在變應(yīng)力，應(yīng)取材料的疲勞極限作為極限應(yīng)力。同48四、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1）靜應(yīng)力下，塑性材料的零件：S=1.2～１.5

鑄鋼件：S=1.５～２.5S↑典型機(jī)械的S可通過查表求得。無表可查時(shí)，按以下原則?。骸慵叽绱?，結(jié)構(gòu)笨重。S↓→可能不安全。２）靜應(yīng)力下，脆性材料，如高強(qiáng)度鋼或鑄鐵：

S=3～43）變應(yīng)力下，S=1.3～1.7材料不均勻，或計(jì)算不準(zhǔn)時(shí)?。篠=1.7～2.5四、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1）49初始疲勞裂紋初始疲勞裂紋§9－3機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度

若兩個(gè)零件在受載前是點(diǎn)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(yīng)力卻很大，這種應(yīng)力稱為接觸應(yīng)力。這時(shí)零件強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度。如齒輪、凸輪、滾動(dòng)軸承等。機(jī)械零件的接觸應(yīng)力通常是隨時(shí)間作周期性變化的，在載荷重復(fù)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(kuò)展(潤滑油被擠迸裂紋中將產(chǎn)生高壓，使裂紋加快擴(kuò)展，終于使表層金屬呈小片狀剝落下來，而在零件表面形成一些小坑，這種現(xiàn)象稱為渡勞點(diǎn)蝕。發(fā)生疲勞點(diǎn)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。裂紋的擴(kuò)展與斷裂油失效形式常表現(xiàn)為：疲勞點(diǎn)蝕金屬剝落出現(xiàn)小坑后果：減少了接觸面積、損壞了零件的光滑表面、降低了承載能力、引起振動(dòng)和噪音。初始疲勞裂紋初始疲勞裂紋§9－3機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度50b由彈性力學(xué)可知，應(yīng)力為：對于鋼或鑄鐵取泊松比：

μ1=μ2=μ=0.3,則有簡化公式。上述公式稱為赫茲(H·Hertz)公式

“+”用于外接觸，“-”用于內(nèi)接觸。ρ2ρ1FnσHσHρ1Fnbρ2σHσHb由彈性力學(xué)可知，應(yīng)力為：對于鋼或鑄鐵取泊松比：上述公式稱為51σH-------最大接觸應(yīng)力或赫茲應(yīng)力;b-------接觸長度;Fn

-------作用在圓柱體上的載荷;-----綜合曲率半徑;-----綜合彈性模量;E1、

E2分別為兩圓柱體的彈性模量。接觸疲勞強(qiáng)度的判定條件為：bFnσH-------最大接觸應(yīng)力或赫茲應(yīng)力;b------52§9－4機(jī)械零件的耐磨性

運(yùn)動(dòng)副摩擦表面物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損。磨損會(huì)逐漸改變零件尺寸和摩擦表面形狀。零件抗磨損的能力稱為耐磨性。

磨損↑→間隙↑、精度↓、效率↓、振動(dòng)↑、沖擊↑、噪音↑據(jù)統(tǒng)計(jì)，約有80%的損壞零件是因磨損而報(bào)廢的。

磨損的主要類型：1）磨粒磨損2）粘著磨損(膠合磨損)在滾動(dòng)或兼有滑動(dòng)和滾動(dòng)的高副申，如凸輪、齒輪等，受載時(shí)材料表層有很大的接觸應(yīng)力。當(dāng)載荷重復(fù)作用時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)表層金屬呈小片狀剝落，而在零件表面形成小坑，這種現(xiàn)象稱為疲勞磨損或疲勞點(diǎn)蝕。在摩擦過程申，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，稱為腐蝕磨硬質(zhì)顆?；蚰Σ帘砻嫔嫌驳耐狗?，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。加工后的零件表面總有一定的粗糙度。摩擦表面受載時(shí)，實(shí)際上只有部分峰頂接觸，接觸處壓強(qiáng)很高，能使材料產(chǎn)生塑性流動(dòng)。若接觸處發(fā)生粘著，滑動(dòng)時(shí)會(huì)使接觸表面材料由一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面，這種現(xiàn)象稱為粘著磨損(膠合磨損)。所謂材料轉(zhuǎn)移是指接觸表面擦傷和撕脫，嚴(yán)重時(shí)摩擦表面能相互咬死。3）疲勞磨損(疲勞點(diǎn)蝕)4）腐蝕磨損§9－4機(jī)械零件的耐磨性運(yùn)動(dòng)副摩擦表面物質(zhì)53實(shí)用耐磨計(jì)算是限制運(yùn)動(dòng)副的壓強(qiáng)p，即:p≤

[p]

[p]由實(shí)驗(yàn)或同類機(jī)器使用經(jīng)驗(yàn)確定相對運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)，還應(yīng)考慮運(yùn)動(dòng)副單位時(shí)間單位接觸面積的發(fā)熱量fpv。在摩擦系數(shù)一定的情況下，可將pv

值與許用的[pv]

值進(jìn)行比較。即:pv≤

[pv]實(shí)用耐磨計(jì)算是限制運(yùn)動(dòng)副的壓強(qiáng)p，即:p≤[p][p54§9－5機(jī)械制造常用材料及其選擇機(jī)械制造中最常用的材料是鋼和鑄鐵，其次是有色金屬合金。非金屬材料如塑料、橡膠等。一、金屬材料1.鑄鐵：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。2.鋼：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼(不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼等)、碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼等。鑄鐵常用金屬材料鋼銅合金----含碳量>2%----含碳量≤

2%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。§9－5機(jī)械制造常用材料及其選擇機(jī)械制造中最常用的材料是鋼55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：鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。應(yīng)用：應(yīng)用范圍極其廣泛。表9-2常用材料的相對價(jià)格材料種類規(guī)格相對價(jià)格熱軋圓鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235（φ33~42）1鑄件優(yōu)質(zhì)碳素鋼（φ29~50）1.5~1.8合金結(jié)構(gòu)鋼（φ29~50）1.7~2.5滾動(dòng)軸承鋼（φ29~50）3合金工具鋼（φ29~50）3~204Cr9Si2耐熱鋼（φ29~50）5灰鑄鐵鑄件0.85碳素鋼鑄件1.7銅合金、鋁合金鑄件8~10價(jià)格便宜且供應(yīng)充分我國資源豐富

選用原則：特點(diǎn)：與鑄鐵相比，鋼具有高的強(qiáng)度、韌性和塑性?？捎?63.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滑的軸承襯。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572.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)國標(biāo)、行標(biāo)和機(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。2.塑料塑料的比重小，易于制成形狀復(fù)雜的零件，而且各58表9-1常用鋼鐵材料的牌號及力學(xué)性能材料力學(xué)性能試件尺寸類別牌號強(qiáng)度極限σB屈服極限σS延伸率%mmQ215335-41021531碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235375-46023526d≤16Q275490-610275202041024525優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼3553031520d≤25456003551635SiMn88373515d≤25合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr9817859d≤2520CrMnTi107983410d≤1560Mn9817858d≤80ZG270-50050027018鑄鋼ZG310-57057031015d≤100ZG42SiMn60038012HT150145----灰鑄鐵HT200195----HT250240----壁厚10~20QT400-1540025015球墨鑄鐵QT500-75003207QT600-36003703壁厚30~200表9-1常用鋼鐵材料的牌號及力學(xué)性能材料59§9－6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?；虼蠡蛐?shí)際尺寸Φ25.1軸實(shí)際尺寸實(shí)際尺寸基本尺寸實(shí)際尺寸Φ24.9孔Φ25.1孔φ25孔基本尺寸軸φ25軸Φ24.9§9－6公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先系數(shù)一、公差與配60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：ES,es下偏差：最小極限尺寸與基本尺寸之差；符號：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φL孔Lmax孔軸LLmax軸Lmin軸最小極限尺寸：零件滿足互換性要求的最小允許尺寸；最大極限尺寸61軸LLmax軸Lmin軸零線：代表基本尺寸所在位置的一條直線；公差帶：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軸公差帶國標(biāo)規(guī)定：孔與軸各有28個(gè)，分別用如下符號表示：孔：ABCCDDEEFFFGGHJSKMNPRSTUVWXYZZAZBZC軸：abccddeefffgghjskmnprstuvwxyzzazbzc基本偏差：標(biāo)準(zhǔn)表列的，用于確定公差帶相對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軸LLmax軸Lmin軸零線：代表基本尺寸所在位置的一條直線62孔：ABCCDDEEFFFGGHJSKMNPRSTUVWXYZZAZBZC軸：abccddeefffgghjskmnprstuvwxyzzazbzc基本偏差系列呈正態(tài)分布BCCDDEEFAFFGGHKMNPRSTUVXYZZAZBZCJS孔+0-基本尺寸bccddeefaffgghkmnprstuvxyzzazbzcjs軸+0-基本尺寸孔：ABCCDDEEFFFGGHJS63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;過盈：代數(shù)差為“-”，孔<軸;公差等級：國標(biāo)規(guī)定了20個(gè)等級，用阿拉伯?dāng)?shù)字：001123456789101112131415161718表示。標(biāo)記方法：公差帶符號后跟阿拉伯?dāng)?shù)字表示。如：H7。常用公差等級的應(yīng)用4、5級用于特別精密的零件；6、7、8級用于重要的零件；8、9級用于中速及中等精度要求的零件；10、11級用于低速、低精度的零件。可直接采棒材、管材、精密鍛件而不用切削加工。配合：基本尺寸相同，相互結(jié)合的孔與軸公差帶之間間隙或過盈：孔64配合類型間隙配合過渡配合過盈配合孔>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配合類型間隙配合過渡配合過盈配合孔>軸，用于可動(dòng)聯(lián)接，如活動(dòng)65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YmaxXmaxYmaxXmaxYmaxXmaxYmaxYmaxXminXmaxXmin=0Ymin=0軸公差帶XmaxYmin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66H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，代號為:H，通過改變軸的公差帶來或得各種不同的配合特性。基孔制配合基軸制配合應(yīng)用廣泛，可減少孔加工刀具H零線D孔公差kjshgefrpms間隙配合過渡配合過盈配合67零線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，代號為:h，

通過改變孔的公差帶來或得各種不同的配合特性。零線hD軸公差KJSHGEFRPMS間隙配合過渡配合過盈配合68基孔制常用與優(yōu)先配合的選用基孔制常用與優(yōu)先配合的選用69基軸制常用與優(yōu)先配合的選用基軸制常用與優(yōu)先配合的選用70二、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。評定參數(shù)：輪廓算術(shù)平均偏差----取樣長度l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：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y710.0120.0250.050.10.20.40.81.63.26.312.52550100表9-3用不同加工方法得到的Ra加工方法表面粗糙度Raμm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。0.0120.0250.050.10.20.4072表面粗糙度對零件功能有重要的影響。例如：1.對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)，潤滑油被擠出，產(chǎn)生親和力反而使摩擦系數(shù)增大。2