機械零件設(shè)計概論

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1、前 言 機 械 零 件 設(shè) 計 概 述 機 械 零 件 的 強 度 機 械 制 造 中 常 用 材 料 及 其 選 擇 公 差 與 配 合 、 表 面 粗 糙 度 和 優(yōu) 先 數(shù) 列機 械 零 件 的 工 藝 性 及 標(biāo) 準(zhǔn) 化 例 : 機 構(gòu) 齒 輪 機 構(gòu) (三 個 構(gòu) 件 ) 齒 輪 1 、 齒 輪 2、 機 架 3 軸 、 軸 承 、 套 筒 等 軸 系 零 件 構(gòu) 件 零 件 制 造 的 單 元齒 輪 傳 動 件 鍵 聯(lián) 接 件 1 2構(gòu) 件 1(小 齒 輪 ) 3(一 ) 機 械 零 件 的 簡 介 : 最 基 本 的通 用 零 件(二 )課 程 特 點 與 學(xué) 習(xí) 方 法研 究

2、對 象 機 構(gòu) 構(gòu) 件 運 動 的 單 元 傳 動 零 件軸 系 零 件聯(lián) 接 零 件附 件機 架 機 械 零 件 一 般 尺 寸 參 數(shù) 的 通 用 機 械 零 件 的 設(shè) 計總 論 螺 紋 聯(lián) 接 齒 輪 傳 動 蝸 桿 傳 動 滑 動 軸 承 滾 動 軸 承 鍵 聯(lián) 接 聯(lián) 軸 器 與 離 合 器 軸 帶 傳 動 鏈 傳 動 繁 雜 （ 門 類 多 、 關(guān) 系 多 、 要 求 多 、 公 式 多 、 圖 形 多 、 表 格 多 ）(二 )課 程 特 點 與 學(xué) 習(xí) 方 法本 課 程 研 究 對 象 : 講 課 順 序 : 通 用 零 件專 用 零 件 （ 機 架 、 手 柄 、 車 輪

3、.） 分 析 處 理 問 題 的 思 路 :特 點 ： （ 任 務(wù) ） 設(shè) 計 零 件 *受 力 分 析 （ *載 荷 及 應(yīng) 力 分 析 功 用 、 *工 作 原 理 ） *失 效 形 式 （ *主 要 失 效 形 式 分 類 ）*計 算 準(zhǔn) 則 （ 公 式 建 立 的 依 據(jù) ） 強 度 計 算 （ *設(shè) 計 方 法 先 定 主 參 數(shù) * *許 用 應(yīng) 力 材 料 ） 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 （ 尺 寸 及 繪 圖 結(jié) 構(gòu) 特 點 、 標(biāo) 準(zhǔn) ） (抓 住 )計 算 準(zhǔn) 則 學(xué) 習(xí) 貫 穿 一 條 線 ： (一 )機 械 設(shè) 計 應(yīng) 滿 足 的 要 求(二 )設(shè) 計 機 械 零 件 應(yīng) 滿 足

4、的 要 求* 避 免 在 預(yù) 定 壽 命 周 期 內(nèi) 失 效 機 械 零 件 由 于 某 種 原 因 不 能 正 常 工 作在 不 發(fā) 生 失 效 的 條 件 下 ,零 件 所 能 安 全 工 作 的 限 度既 要 可 靠 , 又 要 成 本 低失 效工 作 能 力 承 載 能 力 對 載 荷 而 言 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 。 零 件 的 失 效 原 因 : 斷 裂 或 塑 性 變 形 ;過 大 的 彈 性 變

5、形 ;工 作 表 面 的 過 度 磨 損 或 損 傷 ;發(fā) 生 強 烈 的 振 動 ； 聯(lián) 接 的 松 弛 ;摩 擦 傳 動 的 打 滑 等 。(三 ) 機 械 零 件 的 主 要 失 效 形 式 及 計 算 準(zhǔn) 則強 度 、 剛 度 、 振 動 穩(wěn) 定 性 、 耐 磨 性 、 溫 度 等 。失 效 形 式 準(zhǔn) 則 ： 根 據(jù) 各 種 失 效 形 式 而 定 。 但 常 根 據(jù) 一 個 或 幾 個 主 要 失 效 形 式 確 定 。 失 效 形 式 計 算 準(zhǔn) 則 SB SS S r 2. 表面強度 疲 勞 破 壞整 體 斷 裂 (脆 性 材 料 )過 大 的 殘 余 變 形（ 塑 性 材 料

6、 ） 整 體 破 壞 靜強度 疲 勞 斷 裂(塑 、 脆 性 材 料 ) 1. 整體強度 變 應(yīng) 力靜應(yīng)力表 面 磨 損 : p p (比 壓 、 壓 強 )耐 磨 性表 面 壓 潰 : p p (擠 壓 應(yīng) 力 ) 擠 壓 強 度接 觸 疲 勞 : H H (接 觸 應(yīng) 力 ) 接 觸 強 度 (點 蝕 ) 疲 勞強 度 過 大 的 彈 性 變 形 剛 度(機 器 振 幅 不 能 超 過 許 可 值 )共 振 ： 機 器 內(nèi) 的 激 振 源 頻 率 零 件 固 有 頻 率 （ 重 合 或 整 數(shù) 倍 ） 破 壞 破 壞 正 常 工 作 條 件 引 起 的 失 效 （ 聯(lián) 接 松 動 、 帶

7、傳 動 打 滑 、 腐 蝕 、 過熱 .） 2. 剛 度 : 3. 振 動 穩(wěn) 定 性 : 4. 其 它 ： (零 件 抵 抗 彈 性 變 形 的 能 力 ) 失 效 形 式 計 算 準(zhǔn) 則 擬 定 零 件 的 計 算 簡 圖確 定 作 用 在 零 件 上 的 載 荷選 擇 合 適 的 材 料確 定 零 件 形 狀 和 主 要 尺 寸繪 制 工 作 圖 ， 標(biāo) 注 技 術(shù) 條 件選 用 相 應(yīng) 判 定 條 件 參 照 實 物 (圖 紙 )和 經(jīng) 驗 數(shù) 據(jù)擬 定 零 件 的 結(jié) 構(gòu) 和 尺 寸驗 算 零 件 結(jié) 構(gòu) 和 尺 寸驗 算 ， 修 改 零 件選 用 相 應(yīng) 判 定 條 件 強 度 零

8、 件 承 受 載 荷 后 ， 抵 抗 發(fā) 生 斷 裂 或 超 過 容 許 限 度 的 殘 余 變 形 的 能 力 與載 荷 及 應(yīng) 力 有 關(guān)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 。計 算 載 荷 ： 載 荷 系 數(shù) 與 名 義 載 荷 的 乘 積 。名 義 載 荷 ： 按 名 義 載 荷 計 算 所 得 之 應(yīng) 力 。零 件 設(shè) 計 中 的 載 荷 及 其 分 類 靜 載 荷 ： 不 隨 時 間 變 化 或 變 化 緩 慢 的 載 荷 .變 載 荷 ： 隨

9、 時 間 作 周 期 性 或 非 周 期 性 變 化 的 載 荷 . 載 荷 可 分 為 靜 載 荷 和 變 載 荷 兩 類 。 計 算 應(yīng) 力 -按 計 算 載 荷 計 算 所 得 之 應(yīng) 力 ：強 度 判 定 條 件 ： 其 中 、 -許 用 應(yīng) 力 S-安 全 系 數(shù) lim、 lim -極 限 應(yīng) 力 ， 由 實 驗 方 法 測 定 。 SSlimlim 名 義 應(yīng) 力 按 名 義 載 荷 計 算 所 得 之 應(yīng) 力 ：一 、 應(yīng) 力 的 種 類 當(dāng) max、 min均 維 持 常 數(shù) 穩(wěn) 定 交 變 應(yīng) 力當(dāng) max和 min的 數(shù) 值 隨 時 間 而 改 變 不 穩(wěn) 定 的 變 應(yīng)

10、 力 交 變 應(yīng) 力 隨 時 間 作 周 期 性 變 化 的 應(yīng) 力1.分 類2.交 變 應(yīng) 力 的 特 征 及 典 型 的 交 變 應(yīng) 力靜 應(yīng) 力 不 隨 時 間 變 化變 應(yīng) 力 隨 時 間 變 化2 minmaxm 平 均 應(yīng) 力 ： 2 minmaxa 應(yīng) 力 幅 ： r = -1 對 稱 循 環(huán) 應(yīng) 力 r=0 脈 動 循 環(huán) 應(yīng) 力 r=1 靜 應(yīng) 力maxminr變 應(yīng) 力 循 環(huán) 特 性 ： -脈 動 循 環(huán) 變 應(yīng) 力-對 稱 循 環(huán) 變 應(yīng) 力-靜 應(yīng) 力 1 0 1二 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

11、或 塑 性 變 形塑 性 材 料 ： 取 屈 服 極 限 S 作 為 極 限 應(yīng) 力 ,許 用 應(yīng) 力 為 ：脆 性 材 料 ： 取 強 度 極 限 B 作 為 極 限 應(yīng) 力 ,許 用 應(yīng) 力 為 ： Ss SB 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 。 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 度 極 限 低 ， 甚 至 比 屈 服 極 限 低 ; 2)不 管 脆 性 材 料 或 塑 性 材 料 ， 疲 勞 斷 口 均 表 現(xiàn) 為 無 明 顯 塑 性 變

12、 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 。 初 期 是 在 零 件 表 面 或 表 層 形 成 微 裂 紋 ， 隨 著 應(yīng) 力 循 環(huán) 次 數(shù) 的 增 加 而 逐 漸 擴 展 ， 直 至 余 下 的 未 斷 裂 的 截 面 積 不 足 以 承 受 外 載 荷 時 ， 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 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)

13、 次 數(shù) (即 使 用 期 限 或 壽 命 )有 關(guān) 的 斷 裂 。 微 裂 紋 常 起 始 于 應(yīng) 力 最 大 的 端 口 周 邊 上 ， 斷 口 有 明 顯 的 兩 個 區(qū) 域 ：1)變 應(yīng) 力 重 復(fù) 作 用 下 裂 紋 兩 邊 相 互 摩 擦 形 成 的 光 滑 表 面 區(qū) ；2)最 終 發(fā) 生 脆 性 斷 裂 的 粗 粒 狀 區(qū) 。 如 圖 。1、 疲 勞 曲 線 表 示 應(yīng) 力 與 應(yīng) 力 循 環(huán) 次 數(shù) N之 間 關(guān)系 的 曲 線 。 可 知 ： 1） 應(yīng) 力 越 小 ， 所 能 經(jīng) 受 的 循 環(huán) 次 數(shù) 越 多 。2） 循 環(huán) 次 數(shù) 超 過 數(shù) 值 N0后 ， 趨 于 水

14、平 。 應(yīng) 力 循 環(huán) 基 數(shù)疲 勞 極 限 CNN mmN 011 當(dāng) N -1， 所 以 可 得 到 較 大 的 許 用 應(yīng) 力 ， 從 而 減 小 零 件 的 體 積 和 重 量 。 四 、 安 全 系 數(shù)1） 靜 應(yīng) 力 下 ， 塑 性 材 料 的 零 件 ： S =1.2 .5 鑄 鋼 件 ： S =1. .5S 典 型 機 械 的 S 可 通 過 查 表 求 得 。 無 表 可 查 時 ， 按 以 下 原 則 取 ： 零 件 尺 寸 大 ， 結(jié) 構(gòu) 笨 重 。 S 可 能 不 安 全 。 ） 靜 應(yīng) 力 下 ， 脆 性 材 料 ， 如 高 強 度 鋼 或 鑄 鐵 ： S =3 43

15、） 變 應(yīng) 力 下 ， S =1.3 1.7材 料 不 均 勻 ， 或 計 算 不 準(zhǔn) 時 取 ： S =1.7 2.5 9 3 機 械 零 件 的 接 觸 強 度 若 兩 個 零 件 在 受 載 前 是 點 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 零 件 強度 稱 為 接 觸 強 度 。如 齒 輪 、 凸 輪 、 滾 動 軸 承 等 。 機 械 零 件 的 接 觸 應(yīng) 力 通 常 是 隨 時 間 作

16、周 期 性 變 化 的 ，在 載 荷 重 復(fù) 作 用 下 ， 首 先 在 表 層 內(nèi) 約 20m處 產(chǎn) 生 初始 疲 勞 裂 紋 ， 然 后 裂 紋 逐 漸 擴 展 (潤 滑 油 被 擠 迸 裂 紋中 將 產(chǎn) 生 高 壓 ， 使 裂 紋 加 快 擴 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 疲 勞 點 蝕 。失 效 形 式 常 表 現(xiàn) 為 ： 疲 勞 點 蝕 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 動和

17、 噪 音 。 b由 彈 性 力 學(xué) 可 知 ， 應(yīng) 力 為 ： 2 221 21 21 11 11 EEbFnH 21 21: 令 :2 21 21 代 入 化 簡 得EE EEE b EFnH )1(2 1 2 b EFn418.0對 于 鋼 或 鑄 鐵 取 泊 松 比 ： 1=2=0.3 , 則 有 簡 化 公 式 。上 述 公 式 稱 為 赫 茲 (HHertz)公 式 “+”用 于 外 接 觸 ，“ -”用 于 內(nèi) 接 觸 。2 1 Fn H H 1 Fn b2 H H b EFnH 418.0H -最 大 接 觸 應(yīng) 力 或 赫 茲 應(yīng) 力 ; 21 21 21 212 EE EEE

18、 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 度 的 判 定 條 件 為 ： HHHHH S lim, 而 bFn 提 高 表 面 接 觸 強 度 的 主 要 措 施增 大 接 觸 表 面 的 綜 合 曲 率 半 徑 。將 外 接 觸 改 為 內(nèi) 接 觸 。將 點 接 觸 改 為 線 接 觸 。采 用 粘 度 較 高 的 潤 滑 油 。提 高 接 觸 表 面 的 加 工 質(zhì) 量 。提 高 零 件 表 面 硬 度 。 降

19、 低 計 算 應(yīng) 力提 高 許 用 應(yīng) 力 9 4 機 械 零 件 的 耐 磨 性 運 動 副 摩 擦 表 面 物 質(zhì) 不 斷 損 失 的 現(xiàn) 象 稱 為 磨 損 。 磨 損 會 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 、 沖 擊 、 噪 音 據(jù) 統(tǒng) 計 ， 約 有 80%的 損 壞 零 件 是 因 磨 損 而 報 廢 的 。 磨 損 的 主 要 類 型 ： ：1） 磨 粒 磨 損 2） 粘 著 磨 損 (膠 合 磨 損 )硬 質(zhì) 顆 粒 或 摩 擦 表 面 上 硬

20、 的 凸 蜂 ， 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 ， 實 際 上 只 有 部 分峰 頂 接 觸 ， 接 觸 處 壓 強 很 高 ， 能 使 材 料 產(chǎn) 生 塑 性 流 動 。 若 接 觸 處 發(fā) 生 粘 著 ，滑 動 時 會 使

21、接 觸 表 面 材 料 由 一 個 表 面 轉(zhuǎn) 移 到 另 一 個 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 摩 擦表 面 能 相 互 咬 死 。 在 滾 動 或 兼 有 滑 動 和 滾 動 的 高 副 申 ， 如 凸 輪 、 齒 輪 等 ， 受 載 時 材 料 表 層 有 很 大的 接 觸 應(yīng) 力 。 當(dāng) 載 荷 重 復(fù) 作 用 時 ， 常 會 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

22、或 疲 勞 點 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 磨損 。3） 疲 勞 磨 損 (疲 勞 點 蝕 )4） 腐 蝕 磨 損實 用 耐 磨 計 算 是 限 制 運 動 副 的 壓 強 p， 即 : p p p由 實 驗 或 同 類 機 器 使 用 經(jīng) 驗 確 定 相 對 運 動 速 度 較 高 時 ， 還 應(yīng) 考 慮 運 動 副 單 位 時 間 單 位 接 觸 面 積 的 發(fā) 熱 量 f p v 。 在 摩擦 系 數(shù) 一 定 的 情 況 下 ， 可 將 p v 值 與 許 用 的 p v 值 進

23、行 比 較 。 即 :p v p v 9 5 機 械 制 造 常 用 材 料 及 其 選擇 機 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%

24、含 碳 量 2% 鐵 碳 合 金特 點 ： 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 。 選 用 原 則 ： 優(yōu) 選 碳 素 鋼 ， 其 次 是 硅 、 錳 、 硼 、 釩 類 合 金 鋼 。特 點 ： 與 鑄 鐵 相 比 ， 鋼 具 有 高 的 強 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

25、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 常 用 材 料 的 相 對 價 格材 料 種 類 規(guī) 格 相 對 價 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 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

26、 810 3.銅 合 金 -銅 鋅 合 金 ， 并 含 有 少 量 的 錳 、 鋁 、 鎳特 點 ： 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 。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 、

27、 帶 傳 動 的 膠 帶 等 。 硬 橡 膠 可 用 于 制 造 用 水 潤 滑 的 軸 承 襯 。 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 ， 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 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 機 械 零 件 時 ， 選 擇 合 適 的 材 料 是 一

28、 項 復(fù) 雜 的 技 術(shù) 經(jīng)濟 問 題 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 械 和 工 藝 性 能 以 及 經(jīng) 濟 因 素 等 進 行 全 面 考 慮 。 用 途 、 工 作 條 件 、 物 理 、 化 學(xué) 、 機 械 工 藝 性 能 、 經(jīng) 濟 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 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 縮 減 材 料 的 品 種 。 表 常 用 鋼

29、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 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 490-610 275 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

30、785 8 d 80 ZG270-500 500 270 18 鑄 鋼 ZG310-570 570 310 15 d 100 ZG42SiMn 600 380 12 HT150 145 - - 灰 鑄 鐵 HT200 195 - - HT250 240 - - 壁 厚1020QT400-15 400 250 15 球 墨 鑄 鐵 QT500-7 500 320 7 QT600-3 600 370 3 壁 厚30200 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 ， 不 需 要 選 擇 和 附 加 加 工

31、的 就 能 滿 足 預(yù) 期 技 術(shù) 與 使 用 要 求 的 特 性 ?；?本 尺 寸 ： 由 設(shè) 計 圖 紙 給 定 的 零 件 理 論 尺 寸 ； 為 確 定 值 。實 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 際 尺 寸 并 非 真 值 。 相 對 于 基 本 尺 寸 而 言 ， 總 是 有 誤 差 。 或 大 或 小 實 際 尺 寸25.1 軸實 際 尺 寸實 際 尺 寸基 本 尺 寸實 際 尺 寸24.9 孔 25.1 孔25 孔 基 本 尺 寸軸25軸24.9 最 小 極 限 尺 寸 ： 零 件 滿 足 互 換

32、 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 際 尺 寸 與 理 論 設(shè) 計 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,ei esES eiEI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 量 。ES-EI es-ei公 差 =Lmax- Lmax =

33、ES-EI =es-eiLmin 孔 L 孔 Lmax 孔 軸L Lmax 軸Lmin 軸 軸L Lmax 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 ， 分 別 用 如 下 符 號 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

34、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 于 零 線 位 置 的 上 偏 差 或 下 偏 差 ， 一 般 為靠 近 零 線 的 那 個 偏 差 。 +0- 零 線L 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 系 列呈 正 態(tài)

35、分 布BCCDDEEFA FFGGH KMNPRSTUVXYZZAZBZCJS孔+0- 基本尺寸 b ccdd e efa f fg g h k mnp r s t u v x y zzazbzcjs軸+0- 基本尺寸 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 ， 用 于 可 動 聯(lián) 接 ， 如 活 動 鉸 鏈 ； 孔 軸 ， 用 于

36、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 : X max = 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 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

37、 合孔 公 差 帶軸 公 差 帶 孔 公 差 帶軸 公 差 帶 孔 公 差 帶Ymax XmaxY max Xmax Ymax Xmax YmaxYmax Xmin Xmax Xmin= 0Ymin= 0軸 公 差 帶 XmaxYmin H零 線 D孔公差 kjshge f rpm s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 ?；?孔 制 配 合基 軸 制 配 合 應(yīng) 用 廣 泛 ， 可 減 少 孔

38、 加 工 刀 具 零 線 hD軸公差 KJSHGE F RPM S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 。 基 孔 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 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 ly x 定 義 ： 零 件 表 面 的 微 觀 幾 何 形 狀 誤 差 稱 為 表 面 粗

39、 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 至 輪 廓 中 線 偏 居 絕 對值 的 算 術(shù) 平 均 值 ： dxylR la 01 ni ia ynR 11近 似 為 ： 0.012 0.025 0.05 0.1 0.2 0.4 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

40、 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 。 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 ，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 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 度 降 低 。3. 對 耐 腐 蝕 的 影

41、 響4. 對 結(jié) 合 處 密 封 性 能 的 影 響 5. 對 振 動 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 和 噪 聲 愈 大 。 如 滾 動 軸 承 。 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 ， 應(yīng) 該 最 大

42、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 現(xiàn) 產(chǎn) 品 的 標(biāo) 準(zhǔn) 化 和 系 列 化 。優(yōu) 先 數(shù) 系 是 一 個 以 公 比 為 ： q r= 10 的 十 進 等 比 級 數(shù) ，rGB321-80規(guī) 定 了 四 個 優(yōu) 先 數(shù) 系 的 基 本 系 列 ：R5 : q5= 10 1.6 5R10 : q10= 10 1.25 10R20 : q20= 10 1.12 20R40 : q 40= 10 1.06 40 優(yōu) 先

43、 數(shù) 系 的 基 本 系 列 R5 1.00 1.60 2.50 4.00 6.30 10.00 R10 1.00 1.25 1.60 2.00 2.50 3.15 4.00 5.00 6.30 8.00 10.00 1.00 1.12 1.25 1.40 1.60 1.80 2.00 2.24 2.50 2.80 3.15 3.55 4.00 4.50 5.00 5.60 6.30 7.10 8.00 9.00 10.00 1.00 1.06 1.12 1.18 1.25 1.32 1.40 1.50 1.60 1.70 1.801.90 2.00 2.12 2.24 2.36 2.50 2

44、.65 2.80 3.00 3.15 3.353.55 3.75 4.00 4.25 4.50 4.75 5.00 5.30 5.60 6.00 6.306.70 7.10 7.50 8.00 8.50 9.00 9.50 10.00R40 R20 優(yōu) 先 數(shù) -表 中 任 意 一 個 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 。 9 7 機 械 零 件 的 工 藝 性 及 標(biāo) 準(zhǔn) 化一 、 工 藝 性零 件 設(shè) 計 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 ，

45、 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 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 ， 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 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 組 合 ； 盡

46、 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

47、 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 工 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 踐 中 積 累 經(jīng) 驗 。 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)

48、 、 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 、 技 術(shù) 、 科 學(xué) 及 管 理 等 社 會 實 踐 中 ， 對 重 復(fù) 事 務(wù) 和 概 念 ， 通 過 制定 、 發(fā) 布 和 實 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 現(xiàn) 互 換 ； 3)產(chǎn) 品 質(zhì) 量 標(biāo) 準(zhǔn) 化要 保 證

49、 產(chǎn) 品 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 、 包 裝 儲 運等 環(huán) 節(jié) 的 標(biāo) 準(zhǔn) 化 。 基 本 特 征 ： 統(tǒng) 一 、 簡 化 。意 義 ： 1)制 造 上 可 以 實 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 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 施 科 學(xué) 管 理

50、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 施 ， 以 獲 得 最 佳 的社 會 經(jīng) 濟 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 企 業(yè) 自 愿 采 用 。標(biāo) 準(zhǔn) 性質(zhì) 強 制 標(biāo) 準(zhǔn) （ GB） -必 須 強 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) 。