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1、9.1 机械零件设计概述机械零件设计概述9.2 机械零件的强度机械零件的强度9.3 机械零件的接触强度机械零件的接触强度9.4 机械零件的耐磨性机械零件的耐磨性9.5 机械制造常用材料及其选择机械制造常用材料及其选择9.6 公差与配合、表面粗糙度和公差与配合、表面粗糙度和 优先数系优先数系9.7 机械零件的工艺性及标准化机械零件的工艺性及标准化第第9章章 机械零件设计概论机械零件设计概论9.1 机械零件设计概论机械零件设计概论一、研究内容和要求一、研究内容和要求 研究内容：研究内容： 工作原理、失效形式、常用材料、工作能力计算、工作原理、失效形式、常用材料、工作能力计算、 参数选取、结构设计。
2、参数选取、结构设计。 基本要求：基本要求：掌握：掌握： 零、部件的工作原理和特点；选用或计算方法；零、部件的工作原理和特点；选用或计算方法； 结构设计和使用、维护知识。结构设计和使用、维护知识。学会：学会： 分析零件的失效原因，提出改进措施；运用手册、分析零件的失效原因，提出改进措施；运用手册、 标准、规范标准、规范( (某产品的要求、规定某产品的要求、规定) )等有关资料。等有关资料。具有：具有： 设计设计( (或改进或改进) )通用零件或简单传动装置的能力。通用零件或简单传动装置的能力。 2二、机械零件设计的特点二、机械零件设计的特点 1) 设计不完全依赖于计算设计不完全依赖于计算 经验设
3、计经验设计理论设计理论设计模型实验设计模型实验设计2) 很多计算的原则、方法、公式没有统一的标准很多计算的原则、方法、公式没有统一的标准 和形式和形式 3) 参数选取允许有一定的范围，因而导致设计结参数选取允许有一定的范围，因而导致设计结 果的多种多样果的多种多样9.1 机械零件设计概论机械零件设计概论只有部分零件可通过计算确定形状和尺寸。只有部分零件可通过计算确定形状和尺寸。部分零件仅根据工艺和结构要求进行设计。部分零件仅根据工艺和结构要求进行设计。三、机械零件的工作能力三、机械零件的工作能力 失失 效：效：工作能力：工作能力：承载能力：承载能力：四、常见失效形式及原因四、常见失效形式及原因
4、强度、刚度、耐磨性、温度、稳定性强度、刚度、耐磨性、温度、稳定性 9.1 机械零件设计概论机械零件设计概论机械零件由于某种原因不能正常工作。机械零件由于某种原因不能正常工作。不失效前提下，零件能安全工作的限度。不失效前提下，零件能安全工作的限度。以载荷衡量零件工作能力时，以载荷衡量零件工作能力时， 。断裂或塑性变形；断裂或塑性变形；连接的松弛；连接的松弛；工作表面过度磨损；工作表面过度磨损；强烈的振动；强烈的振动；过大的弹性变形；过大的弹性变形；摩擦传动的打滑；摩擦传动的打滑；9.1 机械零件设计概论机械零件设计概论五、机械零件的计算准则五、机械零件的计算准则 拟订零件的计算简图；拟订零件的计
5、算简图；六、机械零件的设计步骤六、机械零件的设计步骤强度准则强度准则( (整体强度和表面强度整体强度和表面强度) )；刚度准则；刚度准则；耐磨性准则；散热性准则；可靠性准则耐磨性准则；散热性准则；可靠性准则 确定作用在零件上的载荷；确定作用在零件上的载荷； 选择合适材料；选择合适材料； 判断零件失效形式，选用计算准则，确定零件尺寸判断零件失效形式，选用计算准则，确定零件尺寸 绘制零件工作图，标注技术条件。绘制零件工作图，标注技术条件。防止失效的判定条件（计算准则）防止失效的判定条件（计算准则） ： 计算量计算量 N0以后，曲线趋于水平，可认为在无限次循环时试件将不会断裂。应力应力与应力循环次数
6、与应力循环次数N 之间的关之间的关系曲线称为：系曲线称为：疲劳曲线疲劳曲线u 当当NN0 时，时，试件将不会断裂。试件将不会断裂。N0 - - 循环基数循环基数N0 对应的应力称为：对应的应力称为：CNNmmN011对应于对应于N 的弯曲疲劳极限：的弯曲疲劳极限：疲劳极限疲劳极限用用-1表示材料在表示材料在对称对称循环应力下的循环应力下的弯曲疲劳极限弯曲疲劳极限。mNNN011u 当当N2%- - 含碳量含碳量 2%铁碳合金铁碳合金特点：特点：良好的液态流动性、可铸造成形状复杂的零件、良好的液态流动性、可铸造成形状复杂的零件、 较好的减震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）、较好的减震性、耐磨性、切
7、削性（指灰铸铁）、 成本低廉。成本低廉。应用：应用：应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。9.5 机械制造常用材料及其选择机械制造常用材料及其选择选用原则：选用原则：优选碳素钢，其次是硅、锰、硼、钒类合金钢优选碳素钢，其次是硅、锰、硼、钒类合金钢特特 点：点：与铸铁相比，钢具有高的强度、韧性和塑性。与铸铁相比，钢具有高的强度、韧性和塑性。 可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。零件毛坯获取方法：零件毛坯获取方法：锻造、冲压、焊接、铸造等。锻造、冲压、焊接、铸造等。应应 用：用：应用范围极其广泛。应用范围极其
8、广泛。表表9-2 常用材料的相对价格常用材料的相对价格 材材 料料 种种 类类 规规 格格 相对价格相对价格热轧圆刚热轧圆刚 碳素结构钢碳素结构钢Q235 （ 3342） 1铸铸 件件优质碳素钢优质碳素钢 （ 2950） 1.51.8 合金结构钢合金结构钢（ 2950） 1.72.5 滚动轴承钢滚动轴承钢（ 2950） 3 合金工具钢合金工具钢（ 2950） 320 4Cr9Si2耐热钢耐热钢（ 2950） 5 灰铸铁铸件灰铸铁铸件 0.85 碳素钢铸件碳素钢铸件 1.7 铜合金、铝合金铸件铜合金、铝合金铸件 810 价格便宜且供应充分 我国资源丰富 9.5 机械制造常用材料及其选择机械制造常
9、用材料及其选择3、铜合金铜合金 铜锌合金，并含有少量的锰、铝、镍铜锌合金，并含有少量的锰、铝、镍特点：特点：良好的塑性和液态流动性；良好的塑性和液态流动性； 良好的减摩性和抗腐蚀性。良好的减摩性和抗腐蚀性。零件毛坯获取方法：零件毛坯获取方法：辗压、铸造。辗压、铸造。应用：应用：应用范围广泛。应用范围广泛。种类：种类：青铜青铜黄铜黄铜轴承合金（巴氏合金）轴承合金（巴氏合金） 含锡青铜、不含锡青铜含锡青铜、不含锡青铜二、非金属材料二、非金属材料1、橡胶橡胶 橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。 常用作联轴器或减震器的弹性元件、带传动的常用作联轴器或减震器的弹性元
10、件、带传动的 胶带。硬橡胶可用于制造用水润滑的轴承衬。胶带。硬橡胶可用于制造用水润滑的轴承衬。 9.5 机械制造常用材料及其选择机械制造常用材料及其选择2、塑料塑料 塑料的比重小，易于制成形状复杂的零件；塑料的比重小，易于制成形状复杂的零件； 不同塑料具有不同不同塑料具有不同特点特点，如耐蚀性、绝热性、，如耐蚀性、绝热性、 绝缘性、减摩性、摩擦系数大等；绝缘性、减摩性、摩擦系数大等； 近年来在机械制造中其应用日益广泛。近年来在机械制造中其应用日益广泛。 3、其它非金属材料：其它非金属材料：皮革、木材、纸板、棉、丝等。皮革、木材、纸板、棉、丝等。选材因素：选材因素：设计机械零件时，选择合适的材料
11、是一项复杂的技术经济问题设计者应根据零件的用途、工作条件和材料的物理、化学、机械和工艺性能以及经济因素等进行全面考虑。 用途、工作条件、物理、化学、机械工艺性能、经济性用途、工作条件、物理、化学、机械工艺性能、经济性零件材料零件材料 各种材料的化学成分和力学性能可在相关国标、行标和各种材料的化学成分和力学性能可在相关国标、行标和 机械设计手册中查得。机械设计手册中查得。 为了材料供应和生产管理上的方便，应尽量缩减材料的为了材料供应和生产管理上的方便，应尽量缩减材料的 品种。品种。9.5 机械制造常用材料及其选择机械制造常用材料及其选择表表9-1 常用钢铁材料的牌号及力学性能常用钢铁材料的牌号及
12、力学性能材材 料料 力力 学学 性性 能能 试件尺寸试件尺寸类类 别别 牌牌 号号 强度极限强度极限B 屈服极限屈服极限S 延伸率延伸率% % mmQ215 335-410 215 31 碳素碳素结构钢结构钢Q235 375-460 235 26 d 16 Q275 490-610 275 20 20 410 245 25 优质碳优质碳素钢素钢35 530 315 20 d 25 45 600 355 16 35 SiMn 883 735 15 d 25 合金合金结构钢结构钢 40Cr 981 785 9 d 25 20CrMnTi 1079 834 10 d 15 60Mn 981 785
13、8 d 80 ZG270-500 500 270 18 铸铸 钢钢ZG310-570 570 310 15 d100 ZG42SiMn 600 380 12 HT150 145 - - 灰铸铁灰铸铁HT200 195 - - HT250 240 - - 壁厚壁厚 1020QT400-15 400 250 15 球墨球墨铸铁铸铁QT500-7 500 320 7 QT600-3 600 370 3 壁厚壁厚 302009.6 公差与配合、表面粗糙度和优先系数公差与配合、表面粗糙度和优先系数一、一、 公差与配合公差与配合互互 换换 性：性：零件在装配时，不需要选择和附加加工的就能满零件在装配时，不
14、需要选择和附加加工的就能满 足预期技术与使用要求的特性。足预期技术与使用要求的特性。基本尺寸：基本尺寸：由设计图纸给定的零件理论尺寸；为确定值。由设计图纸给定的零件理论尺寸；为确定值。实际尺寸：实际尺寸：制造加工后测量所得零件尺寸；由于测量有误制造加工后测量所得零件尺寸；由于测量有误 差，所以实际尺寸并非真值。相对于基本尺寸而差，所以实际尺寸并非真值。相对于基本尺寸而 言，总是有误差。言，总是有误差。或大或小基本尺寸基本尺寸轴轴25实际尺寸实际尺寸25.1轴轴24.9轴轴实际尺寸实际尺寸实际尺寸实际尺寸基本尺寸基本尺寸实际尺寸实际尺寸24.9孔孔25.1孔孔25孔孔9.6 公差与配合、表面粗糙
15、度和优先系数公差与配合、表面粗糙度和优先系数轴轴L LLmax轴轴Lmin轴轴Lmin孔孔L孔孔最小极限尺寸：最小极限尺寸：零件满足互换性要求的最小允许尺寸；零件满足互换性要求的最小允许尺寸；最大极限尺寸：最大极限尺寸：零件满足互换性要求的最大允许尺寸；零件满足互换性要求的最大允许尺寸；尺寸误差尺寸误差 ：实际尺寸与理论设计尺寸之差；实际尺寸与理论设计尺寸之差；上偏差上偏差 ：最大极限尺寸与基本尺寸之差；符号：最大极限尺寸与基本尺寸之差；符号：ES,es下偏差下偏差 ：最小极限尺寸与基本尺寸之差；符号：最小极限尺寸与基本尺寸之差；符号：EI,eiesESe eiEI尺寸公差：尺寸公差：最大极限
16、尺寸与最小极限尺寸之差；最大极限尺寸与最小极限尺寸之差； 即允许的尺寸变动量。即允许的尺寸变动量。ES-EIes-ei 公差公差 = Lmax- - LminLmax孔孔= ES - - EI = es - ei9.6 公差与配合、表面粗糙度和优先系数公差与配合、表面粗糙度和优先系数零线：零线：代表基本尺寸所在位置的一条直线；代表基本尺寸所在位置的一条直线；公差带：公差带：由代表上、下偏差的两条直线所限定的区域；由代表上、下偏差的两条直线所限定的区域；轴轴LLmax轴轴Lmin轴轴零线零线+ +0 0- -零线零线L LESEI孔公差带孔公差带esei轴公差带轴公差带国标规定：国标规定：孔与轴各有孔与轴各有28个，分别用如下符号表示：个，分别用如下符号表示：孔：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轴：轴：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：基本偏差：
