第十一章机械零件设计概论 s11-1机械零件设计的基本要求和一般步骤 s11-2机械零件的设计准则 §11-3机械制造常用材料及其选择 §9—7机械零件的工艺性及标准化
第十一章 机械零件设计概论 §11－1 机械零件设计的基本要求和一般步骤 §11－2 机械零件的设计准则 §11－3 机械制造常用材料及其选择 §9－7 机械零件的工艺性及标准化
§11-1机械零件设计的基本要求和一般步骤 机械设计应满足的要求: 在满足预期功能的前提下,性能好、效率高、成本 低,在预定使用期限内安全可靠,操作方便、维修 简单和造型美观等。 机械零件的失效: 机械零件由于某种原因不能正常工作时,称为失效。 工作能力一在不发生失效的条件下,零件所能安全 工作的限度。通常此限度是对载荷而言,所以习惯上 又称为:承载能力。 零件的失效形式:断裂或塑性变形;过大的弹性变形 工作表面的过度磨损或损伤;发生强烈的振动;联接 的松弛;摩擦传动的打滑等 o如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带传动等。 机械零件虽然有多种可能的失效形式,归纳起来最主要的为
§11－1 机械零件设计的基本要求和一般步骤 机械设计应满足的要求： 在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本 低，在预定使用期限内安全可靠，操作方便、维修 简单和造型美观等。 机械零件的失效： 机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效。 工作能力----在不发生失效的条件下，零件所能安全 工作的限度。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上 又称为：承载能力。 零件的失效形式: 断裂或塑性变形; 过大的弹性变形; 工作表面的过度磨损或损伤; 发生强烈的振动；联接 的松弛; 摩擦传动的打滑等。如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带传动等。 机械零件虽然有多种可能的失效形式，归纳起来最主要的为
失效原因:强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等 原因。对各种不同的失效形式,也各有相应的工作能力判定条件 强度条件:计算应力<许用应力; 刚度条件:变形量<许用变形量; 防止失效的判定条件是: 计算量<许用量--工作能力计算准则。 机械零件设计的步骤: 1)拟定零件的计算简图; 2)确定作用在零件上的载荷 3)选择合适的材料; 4)根据零件可能出现的失效形式,选用相应的判定 条件,确定零件的形状;注意,零件尺的计算值一并不是最终采用 的数 要求和标 5)绘制工作图并标注必要的技术条件
对于各种不同的失效形式，也各有相应的工作能力判定条件 强度条件：计算应力<许用应力； 机械零件设计的步骤： 1)拟定零件的计算简图; 5) 绘制工作图并标注必要的技术条件。 防止失效的判定条件是： 计算量<许用量 ----工作能力计算准则。 2) 确定作用在零件上的载荷; 3) 选择合适的材料; 4) 根据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定 条件，确定零件的形状 ; 注意，零件尺寸的计算值一般并不是最终采用 的数值，设计者还要根据制造零件的工艺要求和标谁、规格加以圆整 失效原因: 强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等 原因。 刚度条件：变形量<许用变形量；
§11-2机械零件的设计准则 (一)强度准则 强度准则就是指零件中的应力不得超过允许的限度。 即 考虑到各种偶然性或难以精确分析的影响,上式右边 要除以设计安全系数简称安全系数),即: ∝≤omn/S即∝≤|o )刚度准则 零件在载荷作用下产生的弹性变形量y,小于或等于机 器工作性能所允许的极限值y(许用变形量),就叫 做满足了刚度要求,或符合刚度计算准则。其表达式 为: sly
§11－2 机械零件的设计准则 • （一）强度准则 • 强度准则就是指零件中的应力不得超过允许的限度。 即： • σ≤σlim • 考虑到各种偶然性或难以精确分析的影响，上式右边 要除以设计安全系数(简称安全系数)，即： • σ≤σlim/S 即 σ≤[σ] • （二）刚度准则 • 零件在载荷作用下产生的弹性变形量y，小于或等于机 器工作性能所允许的极限值[y]（许用变形量），就叫 做满足了刚度要求，或符合刚度计算准则。其表达式 为： • y≤[y]
)寿命准则 (四)振动稳定性准则 (五)可靠性准则
• （三）寿命准则 • （四）振动稳定性准则 • （五）可靠性准则
§11-3机械制造常用材料及其选择 机械制造中最常用的材料是钢和铸铁,其次是有色金属合金。非金属材料如塑料、橡胶等。 金属材料 常用金∫解铁 含碳量>2% 铁碳合金 钢 含碳量≤2% 属材料 铜合金 1.铸铁:灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。 特点: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)、成本 低廉。 应用:应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。 2.钢:结构钢、工具钢、特殊钢(不锈钢、耐热钢、 耐酸钢等)、碳素结构钢、合金结构钢、铸钢等
§11－3 机械制造常用材料及其选择 机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金。非金属材料如塑料、橡胶等。 一、金属材料 1.铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。 2.钢：结构钢、工具钢、特殊钢(不锈钢、耐热钢、 耐酸钢等)、碳素结构钢、合金结构钢、铸钢等。 铸铁 常用金 属材料 钢 铜合金 ----含碳量>2% ----含碳量≤ 2% 铁碳合金 特点：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）、成本 低廉。 应用：应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之
特点: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。 零件毛坯获取方法:锻造、冲压、焊接、铸造等 应用:应用范围极其广泛。 选用原则: 我国资源丰富 优选碳素钢,其次是硅、锰、硼、钒类合金钢。 价格便宜且供应充分 表11-1常用材料的相对价格 材料 种类规格 相对价格 碳素结构钢Q235(φ33-42) 优质碳素钢(φ29~50) ~18 热轧圆刚合金结构钢(92950) 17~2.5 滚动轴承钢(q29-50) 3 合金工具钢(q2950) 3~20 4C9S耐热钢(g29~50) 5 灰铸铁铸件 0.85 铸件 碳素钢铸件 铜合金、铝合金铸件 8~10
选用原则： 优选碳素钢，其次是硅、锰、硼、钒类合金钢。 特点：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。 零件毛坯获取方法：锻造、冲压、焊接、铸造等。 应用：应用范围极其广泛。 表11-1 常用材料的相对价格 材 料 种 类 规 格 相对价格 热轧圆刚 碳素结构钢Q235 （φ 33~42） 1 铸 件 优质碳素钢 （φ 29~50） 1.5~1.8 合金结构钢（φ 29~50） 1.7~2.5 滚动轴承钢（φ 29~50） 3 合金工具钢（φ 29~50） 3~20 4Cr9Si2耐热钢（φ 29~50） 5 灰铸铁铸件 0.85 碳素钢铸件 1.7 铜合金、铝合金铸件 8~10 价格便宜且供应充分 我国资源丰富
3.铜合金 青铜-含锡青铜、不含锡青铜 种类黄铜一铜锌合金,并含有少量的锰、铝、镍 轴承合金(巴氏合金) 特点:具有良好的塑性和液态流动性。青铜合金还具 有良好的减摩性和抗腐蚀性。 零件毛坯获取方法:辗压、铸造。 应用:应用范围广泛。 二、非金属材料 1.橡胶橡胶富于弹性,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、带传动的胶带等。 硬橡胶可用于制造用水润滑的轴承衬
3.铜合金 -铜锌合金，并含有少量的锰、铝、镍 特点：具有良好的塑性和液态流动性。青铜合金还具 有良好的减摩性和抗腐蚀性。 零件毛坯获取方法：辗压、铸造。 应用：应用范围广泛。 种类 青铜 黄铜 轴承合金（巴氏合金） -含锡青铜、不含锡青铜 二、非金属材料 1. 橡胶 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、带传动的胶带等。 硬橡胶可用于制造用水润滑的轴承衬
2.塑料塑料的比重小,易于制成形状复杂的零件, 而且各种不同塑料具有不同的特点,如耐蚀性、绝热 性、绝缘性、减摩性、摩擦系数大等,所以近年来在 机械制造中其应用日益广泛。 3.其它非金属材料:皮革、木材、纸板、棉、丝等。 选材因素:的的化是机能因素等 用途、工作条件、物理、化学、机械工艺性能、经济性。 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 的品种
2. 塑料 塑料的比重小，易于制成形状复杂的零件， 而且各种不同塑料具有不同的特点，如耐蚀性、绝热 性、绝缘性、减摩性、摩擦系数大等，所以近年来在 机械制造中其应用日益广泛。 3.其它非金属材料：皮革、木材、纸板、棉、丝等。 选材因素： 设计机械零件时，选择合适的材料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。 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 的品种
表11-2常用钢铁材料的牌号及力学性能 材料 力学性能 试件尺寸 类别牌号强度极限G屈服极限a延伸率%m 碳素 Q215 335-410 215 31 结构钢 Q235 375-460 235 26 d≤16 Q2 490-610 20 优质碳素 20 410 245 5 结构钢 530 315 20 d≤25 600 355 16 合金 35 SiMn 883 735 40Cr 981 78: 结构钢20 CrMnTi 50 d≤15 60Mn 981 ZG270-500 500 270 铸钢ZG310-570 570 310 8852 d≤100 ZG42SiMn 600 380 HT150 145 灰铸铁 HT200 195 壁厚 HT250 240 10~20 QT400-15 400 250 球墨铸铁QT500-7 500 320 QI600-3 600 370 573 壁厚 30~200
表11-2 常用钢铁材料的牌号及力学性能 材 料 力 学 性 能 试件尺寸 类 别 牌 号 强度极限σB 屈服极限σS 延伸率% mm 碳素 Q215 335-410 215 31 结构钢 Q235 375-460 235 26 d≤ 16 Q275 490-610 275 20 优质碳素 20 410 245 25 结构钢 35 530 315 20 d≤ 25 45 600 355 16 35 SiMn 883 735 15 d≤ 25 合金 结构钢 40Cr 981 785 9 d≤ 25 20CrMnTi 1079 834 10 d≤ 15 60Mn 981 785 8 d≤ 80 ZG270-500 500 270 18 铸 钢 ZG310-570 570 310 15 d≤100 ZG42SiMn 600 380 12 HT150 145 -- -- 灰铸铁 HT200 195 -- -- HT250 240 -- -- 壁厚 10~20 QT400-15 400 250 15 球墨铸铁 QT500-7 500 320 7 QT600-3 600 370 3 壁厚 30~200