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1、2-1機(jī)器的組成,2-2設(shè)計機(jī)器的一般程序,2-3對機(jī)器的主要要求,2-4機(jī)械零件的主要失效形式,2-5設(shè)計機(jī)械零件時應(yīng)滿足的基本要求,2-6機(jī)械零件的計算準(zhǔn)則,2-7機(jī)械零件的設(shè)計方法,2-8機(jī)械零件設(shè)計的一般步驟,2-9機(jī)械零件材料的選用原則,2-10 機(jī)械零件設(shè)計中的標(biāo)準(zhǔn)化,2-11 機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計方法簡介,第2章機(jī)械零件設(shè)計概論,,潘存云教授研制,人們?yōu)榱藵M足生產(chǎn)和生活的需要，研制了類型繁多、功能各異的機(jī)器。尤其是蒸汽機(jī)出現(xiàn)之后，使機(jī)器具有了完整的形態(tài)。,一臺完整的機(jī)器的組成如下：,原動機(jī)部分,2-1機(jī)器的組成,原動部分機(jī)器完成預(yù)定功能的動力源，最常見的是 內(nèi)燃機(jī)、電動機(jī)。,執(zhí)
2、行部分完成預(yù)定的動作，位于傳動路線的終點(diǎn)。,傳動部分聯(lián)接原動機(jī)和執(zhí)行部分的中間部分。,控制部分保證機(jī)器的啟動、停止和正常協(xié)調(diào)動作。,傳感部分將機(jī)器的工作參數(shù)，如位移、速度、加速 度、溫度、壓力等反饋給控制部分。,輔助部分包括機(jī)器的潤滑、顯示、照明等。也是保 證機(jī)器正常工作不可缺少的部分,2-2設(shè)計機(jī)器的一般程序,一般而言，機(jī)器的設(shè)計階段是決定機(jī)器好壞的關(guān)鍵一環(huán)。機(jī)械設(shè)計是一個創(chuàng)造性的工作過程，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是保證設(shè)計質(zhì)量的重要因素。因此，要求設(shè)計者特別注意經(jīng)驗(yàn)的積累。,一部完整的機(jī)器是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，要提高設(shè)計質(zhì)量，必須有一個科學(xué)的設(shè)計程序。,機(jī)械設(shè)計的一般過程：, 計劃階段,
3、方案設(shè)計階段, 技術(shù)設(shè)計階段, 技術(shù)文件編制階段,一、計劃階段,包括：需求分析、明確功能、制定設(shè)計任務(wù)書。,設(shè)計任務(wù)書,機(jī)器的功能,經(jīng)濟(jì)性估計,制造要求的大致估計,基本使用要求,預(yù)計的設(shè)計周期,,二、方案設(shè)計階段,對機(jī)器的功能進(jìn)行綜合分析、確定功能參數(shù)、提出實(shí)現(xiàn)方案。,在制定功能參數(shù)時一定要注意恰當(dāng)處理需要與可能、理想與現(xiàn)實(shí)、長遠(yuǎn)目標(biāo)與當(dāng)前目標(biāo)等之間的關(guān)系。,一般而言，實(shí)現(xiàn)同一個功能，有多種可能的方案。,以螺紋制造為例，有車削、滾壓、板牙加工等方法。,方法不同，其執(zhí)行部分的工作原理也不同。,因此，存在一個方案的比較和取舍問題。,潘存云教授研制,方案評價原則：經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)上可行。,經(jīng)濟(jì)性總費(fèi)用最
4、低。,方案設(shè)計階段要正確處理好借鑒與創(chuàng)新的關(guān)系。,同類機(jī)器的成功先例應(yīng)當(dāng)借鑒，但其中的薄弱環(huán)節(jié)和不符合現(xiàn)有任務(wù)要求的部分應(yīng)當(dāng)加以改進(jìn)或替換。,三、技術(shù)設(shè)計階段,繪制總裝配草圖、部件裝配草圖，由草圖確定零部件的外形、基本尺寸和零件工作圖。,為了確定零件的基本尺寸，必須完成以下工作：,(1）機(jī)器的運(yùn)動學(xué)設(shè)計,(2）機(jī)器的動力學(xué)設(shè)計,(3）零件的工作能力設(shè)計,(4）部件裝配草圖及總裝配草圖的設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計,(5）主要零件的校核計算,確定原動機(jī)的參數(shù)（功率、轉(zhuǎn)速、線速度等）。求解構(gòu)件的運(yùn)動參數(shù)（轉(zhuǎn)速、速度、加速度等）。,計算構(gòu)件所受公稱載荷（名義載荷）大小和特性。,由公稱載荷大小和特性，根據(jù)工作能力準(zhǔn)則
5、作零部件的初步設(shè)計。通過計算或類比得出零件的基本尺寸。,以結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸為依據(jù)，對零件進(jìn)行精確的受力分析和工作能力校核計算 。,四、技術(shù)文件編制,技術(shù)文件,設(shè)計說明書,使用說明書,零件明細(xì)表,標(biāo)準(zhǔn)件匯總表,,產(chǎn)品驗(yàn)收條件 ,技術(shù)文件用來說明產(chǎn)品性能、設(shè)計、制造、操作使用、維護(hù)或其他所有與產(chǎn)品相關(guān)的文檔資料。,潘存云教授研制,潘存云教授研制,提出任務(wù),,,明確構(gòu)形要求,,,,,,,,,機(jī)器設(shè)計的一般流程,,,,設(shè)計機(jī)器的任務(wù)是在當(dāng)前技術(shù)發(fā)展所能達(dá)到的條件下，根據(jù)生產(chǎn)及生活的需要提出的。不管機(jī)器的類型如何，一般來說，對機(jī)器都要提出以下的基本要求：,使用功能要求,2-3對機(jī)器的主要要求,使用功能要求機(jī)
6、器應(yīng)具有預(yù)定的使用功能。這主要靠正確地選擇機(jī)器的工作原理，正確地設(shè)計或選用能夠全面實(shí)現(xiàn)功能要求的執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和原動機(jī)，以及合理地配置必要的輔助系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。,在滿足預(yù)期功能的前提下，要求性能好、效率高、成本低，造型美觀，在預(yù)定使用期限內(nèi)要安全可靠，操作方便、維修簡單。具體要求如下：,經(jīng)濟(jì)性要求,勞動保護(hù)要求,可靠性要求,其他專用要求,,經(jīng)濟(jì)性要求機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在設(shè)計、制造和使用的全過程中，設(shè)計機(jī)器時就要全面綜合地進(jìn)行考慮。設(shè)計制造的經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)為機(jī)器的成本低，使用經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)為高生產(chǎn)率高效率、低能耗、以及低的管理和維護(hù)費(fèi)用等。,使用功能要求 經(jīng)濟(jì)性要求 勞動保護(hù)要求 可靠性要求 其他專用要求
7、,提高設(shè)計和制造經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的主要途徑有:,（1）采用先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計方法(CAD)，使設(shè)計參數(shù)最 優(yōu)化,達(dá)到盡可能精確的計算結(jié)果,保證機(jī)器足夠的可靠性。,（2）最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化的零、部件。,（3）盡可能采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)和新材料。,（4）合理地組織設(shè)計和制造過程。,（5）力求改善零件的結(jié)構(gòu)工藝性，使其用料少、易加 工、易裝配。,（1）合理地提高機(jī)器的機(jī)械化和自動化水平，以期提 高機(jī)器的生產(chǎn)率。,提高使用經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的主要途徑有,（2）選用高效率的傳動系統(tǒng)，盡可能減少傳動的中間 環(huán)節(jié)，以期降低能源消耗。,（3）適當(dāng)?shù)夭捎梅雷o(hù)及潤滑，以延長機(jī)器的使用壽命。,（4
8、）采用可靠的密封，減少或消除滲漏現(xiàn)象。,,(1)要使機(jī)器的操作者方便和安全。因此設(shè)計時要按照人機(jī)工程學(xué)的觀點(diǎn)布置各種按鈕、手柄，使操作方式符合人們的 心理和習(xí)慣，同時，設(shè)置完善的安全裝置、報警裝置、顯示裝置等。,(2）改善操作者及機(jī)器的環(huán)境。所設(shè)計的機(jī)器應(yīng)符合勞動保護(hù)法規(guī)的要求。降低機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時的噪聲水平，防止有毒、有害介質(zhì)的滲漏，對廢水、廢氣和廢液進(jìn)行治理。,使用功能要求 經(jīng)濟(jì)性要求 勞動保護(hù)要求 可靠性要求 其他專用要求,,機(jī)器的可靠度指在規(guī)定的使用時間內(nèi)和預(yù)定的環(huán)境下機(jī)器能夠正常工作的概率。,機(jī)器由于某種故障而不能完成預(yù)定的功能稱為失效，它是隨機(jī)發(fā)生的，其原因是零件所受的載荷、環(huán)境溫度、零
9、件本身物理和力學(xué)性能等因素是隨機(jī)變化的。為了提高零件的可靠性，就應(yīng)當(dāng)在工作條件和零件性能兩個方面使其變化盡可能小。,使用功能要求 經(jīng)濟(jì)性要求 勞動保護(hù)要求 可靠性要求 其他專用要求,,其他專用要求針對不同機(jī)器所特有的要求。例如： (1)對機(jī)床有長期保持精度的要求；,(2)對飛機(jī)有質(zhì)量小，飛行阻力小而運(yùn)載能力大的要求；,(3)對流動使用的機(jī)器有便于安裝和拆卸的要求；,(4)對大型機(jī)器有便于運(yùn)輸?shù)囊蟮鹊取?使用功能要求 經(jīng)濟(jì)性要求 勞動保護(hù)要求 可靠性要求 其它專用要求,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
10、限度是對載荷而言，所以習(xí)慣上又稱為,承載能力。,例如，發(fā)生強(qiáng)烈的振動，聯(lián)接的松弛，摩擦傳動的打滑等。,2-4機(jī)械零件的主要失效形式,整體斷裂,過大的殘余變形,工作表面的過度磨損或損傷,破壞正常的工作條件,零件的失效形式,,如軸、齒輪、軸瓦、軸頸、螺栓、帶傳動等。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,機(jī)械零件失效實(shí)例：,失效原因: 強(qiáng)度、剛度、耐磨性、振動穩(wěn)定性、溫度等 原因。,統(tǒng)計結(jié)果顯示： 斷裂僅占4.79%; 腐蝕、磨損、疲勞破壞占73.88%。,這是主要失效原因。, 避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求, 結(jié)構(gòu)工藝性要求, 經(jīng)濟(jì)性要求, 質(zhì)量小的要求, 可靠性要求,機(jī)
11、器是由各種各樣的零部件組成的，要使所設(shè)計的機(jī)器滿足基本要求，就必須使組成機(jī)器的零件滿足以下要求：,應(yīng)保證零件有足夠的強(qiáng)度、剛度、壽命。,2-5設(shè)計機(jī)械零件時應(yīng)滿足的基本要求,一、避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求,提高零件強(qiáng)度的措施有：,采用高強(qiáng)度的材料,使零件具有足夠的截面尺寸,合理設(shè)計零件的截面形狀，增大慣性矩,采用熱處理和化學(xué)處理方法提高材料的強(qiáng)度性能,提高零件的制造精度，以減少工作時的動載荷,合理配置零件的相對位置，以降低零件的載荷,1.強(qiáng)度要求,2. 剛度要求,零件在工作時的彈性變形不能超過允許的范圍稱為零件的剛度要求。,提高零件剛度的措施有,增大零件的截面尺寸或增大慣性矩；,縮短支承的跨
12、距或采用多點(diǎn)支承。,3. 壽命要求,影響零件壽命的主要因素有,大部分零件工作在變應(yīng)力下，故疲勞破壞是引起零件破壞的主要原因。影響疲勞強(qiáng)度的因素有,疲勞破壞,腐蝕,磨損,,應(yīng)力集中 零件的尺寸大小 零件表面質(zhì)量及環(huán)境狀況,零件處在腐蝕性介質(zhì)中工作時，可能使材料遭到腐蝕。,抗腐蝕的措施有,表面發(fā)蘭（發(fā)黑）,表面鍍層,表面涂漆,表面陽極化,二、結(jié)構(gòu)工藝性要求,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)用又很低。,工藝性的基本要求： (1) 毛坯選擇合理,制備方法：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)。,單件或小批量生產(chǎn)時，選用棒料、板
13、材、型材或焊件。,大批量生產(chǎn)時，往往選用鑄造、鍛造、沖壓等方法。,(2) 結(jié)構(gòu)簡單合理,最好采用平面、柱面、螺旋面等簡單表面及其組合,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
14、藝滿足上述要求,欲設(shè)計出工藝性良好的零件，設(shè)計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)。,三、經(jīng)濟(jì)性要求,零件的經(jīng)濟(jì)性首先表現(xiàn)在零件的生產(chǎn)制造成本上。,簡化零件的結(jié)構(gòu)，降低材料消耗,采用無余量、少余量的毛坯，減少加工工時,采用廉價而充足的材料代替昂貴材料,大型零件采用組合結(jié)構(gòu)而非整體結(jié)構(gòu),盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件,四、質(zhì)量小的要求,減小質(zhì)量的好處,節(jié)約材料；,減小慣性，改善機(jī)器的動力性能。,減小質(zhì)量的措施：,,采用緩沖裝置來降低零件所受沖擊載荷,減小質(zhì)量的措施：,采用緩沖裝置來降低零件所受沖擊載荷,采用安全裝置來限制作用在零件所受最大載荷,從零件應(yīng)力較小處削減部分材料，以改善零件受 力
15、的均勻性，提高材料的利用率,采用與工作載荷方向相反的預(yù)載荷，以降低零件 的工作載荷,采用輕型薄璧沖壓件或焊接件代替鑄造、鍛壓件,采用強(qiáng)重比高的材料,五、可靠性要求,零件的實(shí)效是隨機(jī)發(fā)生的，其原因是零件所受的載荷、環(huán)境溫度、零件本身物理和機(jī)械性能等因素是隨機(jī)變化的。為了提高零件的可靠性，就應(yīng)當(dāng)在工作條件和零件性能兩個方面使其變化盡可能小。,2-6機(jī)械零件的計算準(zhǔn)則, 強(qiáng)度準(zhǔn)則, 剛度準(zhǔn)則,設(shè)計零件時，首先應(yīng)根據(jù)零件的失效形式確定其設(shè)計準(zhǔn)則以及相應(yīng)的設(shè)計計算方法。一般來講，有以下幾種準(zhǔn)則：, 壽命準(zhǔn)則, 振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則, 可靠性準(zhǔn)則,確保零件不發(fā)生斷裂破壞或過大的 塑性變形，是最基本的設(shè)計準(zhǔn)則
16、,確保零件不發(fā)生過大的彈性變形,通常與零件的疲勞、磨損、腐蝕相關(guān),高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的設(shè)計應(yīng)注重 此項(xiàng)準(zhǔn)則,當(dāng)計及隨機(jī)因素影響時，仍應(yīng)確 保上述各項(xiàng)準(zhǔn)則,強(qiáng)度準(zhǔn)則是指零件中的應(yīng)力不得超過許用值。即：,一、強(qiáng)度準(zhǔn)則, lim,lim 材料的極限應(yīng)力,脆性材料 lim = B (強(qiáng)度極限),塑性材料 lim = S (屈服極限),,為了安全起見，引入安全系數(shù)S，得, lim/S,或 ,S為大于1的數(shù)，S過大，雖安全但浪費(fèi)材料； S過小，雖節(jié)省材料，但趨于危險。,許用應(yīng)力,二、剛度準(zhǔn)則,是指零件在力作用下的彈性變形量不得超過許用值。即,y y,三、壽命準(zhǔn)則,影響零件使用壽命的因素主要是腐蝕、磨損和疲
17、勞。前兩者還沒有成熟的計算方法，工程中通常是求出使用壽命時的疲勞極限作為計算的依據(jù)。,四、振動穩(wěn)定性準(zhǔn)則,保證機(jī)器中受激振零件的固有頻率與激振源的頻率錯開， 即要求：,0.85 f fp,或 1.15 f < fp,如果不滿足條件，可采取如下措施：,改變零件及系統(tǒng)剛性,增減支承,調(diào)整支承的位置,隔離激振源,采用阻尼元件以減小零件的振幅,五、可靠性準(zhǔn)則,可靠度的定義： 對件數(shù)為N0的一批零件進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)過時間t之后有N件仍能正常工作，則該零件在該試驗(yàn)環(huán)境條件下工作時間t的可靠度定義為,R = N / N0,若t, R , N,R是時間的函數(shù)。,若在時間t+dt內(nèi)，又有dN個零件失效，則dt內(nèi)零件
18、的失效的比率定義為,失效率,“-”表示dN的增大將使N減少。,分離變量并積分得,即,零件可靠度的另一個指標(biāo)是兩次失效之間的平均無故障時間 m（MTBF），m與的關(guān)系為,M=1/,,2-7機(jī)械零件的設(shè)計方法,常規(guī)設(shè)計方法是指采用一定的理論分析和計算，結(jié)合人們在長期的設(shè)計和生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)出的方法、公式、圖表等進(jìn)行設(shè)計的方法。,機(jī)械零件的設(shè)計方法,常規(guī)設(shè)計方法,現(xiàn)代設(shè)計方法,,理論設(shè)計,經(jīng)驗(yàn)設(shè)計,模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計,,(1) 理論設(shè)計,根據(jù)長期實(shí)踐總結(jié)出來的設(shè)計理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所進(jìn)行的設(shè)計。,以受拉桿為例，強(qiáng)度計算公式為, lim/S,或 F/A lim/S,F 拉力， A 截面積。,設(shè)計計算 A FS/
19、lim,校核計算有四種可選方式, = F/A ,F A ,Sca = lim / S,lim S ,,Sca 計算安全系數(shù),,經(jīng)驗(yàn)設(shè)計根據(jù)對某類零件已有的設(shè)計與使用實(shí)踐而歸納出的經(jīng)驗(yàn)公式，或根據(jù)設(shè)計者本人的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)用類比的方法所進(jìn)行的設(shè)計。這對于那些使用要求變化不大而結(jié)構(gòu)形狀已典型化的零件，是很有效的設(shè)計方法。例如箱體、機(jī)架、傳動件的結(jié)構(gòu)要素等。,機(jī)械零件的設(shè)計方法,常規(guī)設(shè)計方法,現(xiàn)代設(shè)計方法,,理論設(shè)計,經(jīng)驗(yàn)設(shè)計,模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計,,,模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計把初步設(shè)計的零、部件或機(jī)器做成小模型或小尺寸樣機(jī)，經(jīng)過試驗(yàn)的手段對其特性進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果再對設(shè)計進(jìn)行逐步修改，達(dá)到完善。,機(jī)械零件的設(shè)計方法,
20、常規(guī)設(shè)計方法,現(xiàn)代設(shè)計方法,,理論設(shè)計,經(jīng)驗(yàn)設(shè)計,模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計,,這種方法對于那些尺寸巨大而結(jié)構(gòu)又很復(fù)雜的重要零件的設(shè)計是一種很有效的方法。,現(xiàn)代設(shè)計方法是指在近二三十年發(fā)展起來的更為完善、科學(xué)、計算精度高、設(shè)計與計算速度更快的機(jī)械設(shè)計方法。,優(yōu)化設(shè)計,可靠性設(shè)計,計算機(jī)輔助設(shè)計,,,機(jī)械零件的設(shè)計方法,常規(guī)設(shè)計方法,現(xiàn)代設(shè)計方法,,理論設(shè)計,經(jīng)驗(yàn)設(shè)計,模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計,,2-8機(jī)械零件設(shè)計的一般步驟,(1) 根據(jù)零件的使用要求，選擇零件的類型和結(jié)構(gòu)。 為此，必須對各種零件的不同類型、優(yōu)缺點(diǎn)、特性和使用范圍等，進(jìn)行綜合對比與正確選用。,(2) 根據(jù)機(jī)器的工作要求，計算作用在零件上的載荷。,(3)
21、 根據(jù)零件的工作條件及對零件的特殊要求(如高溫 環(huán)境等)選擇適當(dāng)?shù)牟牧稀?(4) 根據(jù)零件的失效形式，確定零件的計算準(zhǔn)則，通 過計算，確定零件的基本尺寸。,(5) 根據(jù)工藝性和標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)行零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。,(6) 細(xì)節(jié)設(shè)計完成之后，必要時進(jìn)行詳細(xì)的校核計算， 以判定結(jié)構(gòu)的合理性。,(7) 繪制零件工作圖，并撰寫計算說明書。,潘存云教授研制,選擇零件類型、結(jié)構(gòu),零件的設(shè)計流程圖,,黑色金屬,有色金屬,,鑄鐵,鋼,,金屬材料,一、常用材料,低碳鋼 (08F) 中碳鋼 (45) 高碳鋼 (60) 合金鋼 (1Cr18） ,灰鑄鐵 (TH300) 球墨鑄鐵(QT500-5) ,2-9機(jī)械零件材料
22、的選用原則,,,鋁合金 (LY12),銅合金 (ZCuSn10P1),,鑄鐵灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。,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。,應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之。,,黑色金屬,有色金屬,,鑄鐵,鋼,,金屬材料,一、常用材料,低碳鋼 (08F) 中碳鋼 (45) 高碳鋼 (60) 合金鋼 (1Cr18） ,灰鑄鐵 (TH300) 球墨鑄鐵(QT500-5) ,2-9 機(jī)械零件材料的選用原則,,,鋁合金 (LY12),銅合金 (ZCuSn10P1),,鋼低碳鋼 、中碳鋼 、高碳鋼、合金鋼、結(jié)
23、構(gòu)鋼、工具鋼、特殊鋼(不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼等)、鑄鋼等。,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。,潘存云教授研制,鋼的選用原則： 優(yōu)選碳素鋼，其次是硅、錳、硼、釩類合金鋼。,鋼制零件毛坯獲取方法：鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。,應(yīng)用：應(yīng)用范圍極其廣泛。,價格便宜且供應(yīng)充分,我國資源豐富,,黑色金屬,有色金屬,,鑄鐵,鋼,,金屬材料,低碳鋼 (08F) 中碳鋼 (45) 高碳鋼 (60) 合金鋼 (1Cr18） ,灰鑄鐵 (TH300) 球墨鑄鐵(QT500-5) ,,,鋁合金 (LY12),銅合金 (ZCuSn10P1),,銅合金,銅鋅合金，并含有
24、少量的錳、鋁、鎳,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。,青銅,黃銅,軸承合金（巴氏合金）,含錫青銅、不含錫青銅,,零件毛坯獲取方法：輾壓、鑄造。,應(yīng)用：應(yīng)用范圍廣泛。,高分子材料,復(fù)合材料,陶瓷,,非金屬材料,塑料、橡膠、合成纖維。,強(qiáng)如鋼、輕如鋁、硬如金剛石。,強(qiáng)度高、彈性模量大、質(zhì)量輕。,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、帶傳動的膠帶等。硬橡膠可用于制造用水潤滑的軸承襯。,塑料塑料的密度小，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
25、應(yīng)用日益廣泛。,載荷及應(yīng)力的大小和性質(zhì),零件的工作情況,零件的結(jié)構(gòu)及加工性,材料的經(jīng)濟(jì)性,零件的尺寸及重量,二、機(jī)械零件材料的選用原則,適用于制作機(jī)械零件的材料種類非常之多，在設(shè)計機(jī)械零件時，如何從各種各樣的材料中選擇出合適的材料，是一項(xiàng)受多方面因素所制約的復(fù)雜的工作。設(shè)計者應(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。,選材的一般原則,,脆性材料只適用于制造在靜載荷下工作的零件；,1. 載荷及應(yīng)力的大小和性質(zhì),2. 零件的工作情況,指零件所處的環(huán)境特點(diǎn)、工作溫度、摩擦磨損程度等。,這方面的因素主要是從強(qiáng)度觀點(diǎn)來考慮的，應(yīng)在充分了解材料的機(jī)械性能的前提
26、下來進(jìn)行選擇。,金屬材料的性能一般可以通過熱處理加以提高和改善，因此要充分利用熱處理手段來發(fā)揮材料的潛力。對于常用的調(diào)質(zhì)鋼，由于其回火溫度的不同，可得到力學(xué)性能不同的毛坯。,塑性材料適用于在有沖擊情況下工作的零件。,在濕熱環(huán)境下工作的零件，其材料應(yīng)具有良好防腐 蝕能力，可選用不銹鋼、銅合金等,零件的尺寸及質(zhì)量的大小與材料的品種及毛坯制取方法有關(guān)。,3.零件的尺寸及質(zhì)量,兩配合零件的線膨脹系數(shù)不能相差過大若相差過大一方面在， 溫度變化時產(chǎn)生過大熱應(yīng)力或使配合松動，另一方面要考慮材料機(jī)械性能隨溫度而變化的情況,零件在工作中可能發(fā)生磨損的表面，應(yīng)提高其表面 硬度，增加耐磨性，因此應(yīng)選擇淬火鋼、滲碳鋼
27、、 氮化鋼,用鑄造材料制造毛坯時，一般可以不受尺寸及質(zhì)量 大小的限制,而用鍛造材料制造毛坯時，則須注意鍛壓機(jī)械及設(shè) 備的生產(chǎn)能力,應(yīng)盡可能選用強(qiáng)重比大的材料，以便減小零件的尺 寸和質(zhì)量, 材料的加工費(fèi)用,5. 材料的經(jīng)濟(jì)性,選材時還應(yīng)考慮到當(dāng)時當(dāng)?shù)夭牧系墓?yīng)狀況。為了簡化供應(yīng)和貯存的材料品種，對于小批制造的零件，應(yīng)盡可能地減少同一部機(jī)器上使用的材料品種和規(guī)格。,6. 材料的供應(yīng)狀況,材料的經(jīng)濟(jì)性主要表現(xiàn)在以下幾方面： 材料本身的相對價格, 材料的利用率, 采用組合結(jié)構(gòu), 節(jié)約稀有材料,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)盡量減
28、少一臺機(jī)器所用材料的品種。,潘存云教授研制,(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)化就是要通過對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、設(shè)計方法、制圖要求等，制定出大家共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)。,(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)品質(zhì)量合格和穩(wěn)定，就必須做好設(shè)計、加工工藝、裝配檢驗(yàn)、包裝儲運(yùn)等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化。,2-10機(jī)械零件設(shè)計中的標(biāo)準(zhǔn)化,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)
29、品質(zhì)量，又能降低成本；,(2)設(shè)計方面可減少設(shè)計工作量；,(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，以獲得最佳的社會經(jīng)濟(jì)成效。,標(biāo)準(zhǔn)層次：國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 代號為 ISOGB JB、HBQB,推薦性標(biāo)準(zhǔn)（GB/T） 鼓勵企業(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)計人員，要求必須熟悉現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)會查詢和使用標(biāo)準(zhǔn)資料。無論設(shè)計何種產(chǎn)品，必須遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。,強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)：代號為GB (為標(biāo)準(zhǔn)序號) (為批準(zhǔn)年代) 強(qiáng)制性國標(biāo)必須嚴(yán)格遵照執(zhí)行，否則就是違法。,推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)：代號為GBT ，這類標(biāo)準(zhǔn)占整個國標(biāo)中的絕大多數(shù)。如無特殊理由和特殊需要，必須遵守這些國標(biāo)，以期取得事半功倍的效果。,機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計方法通常是相對傳統(tǒng)的設(shè)計方法而言的。,現(xiàn)代設(shè)計方法從總體上概括為力求運(yùn)用現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)、應(yīng)用力學(xué)、微電子學(xué)及信息科學(xué)等方面的最新成果與手段實(shí)現(xiàn)下列轉(zhuǎn)換：,2-11機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計方法簡介,
機(jī)械設(shè)計-機(jī)械零件設(shè)計總論.ppt
