Northwest A&F University 机械设计基础第一节 机械零件设计概述第二节 机械零件的强度 第三节 机械零件的接触强度第四节 机械零件的耐磨性第五节 机械制造常用材料及其选择第九章 机械零件设计概论第六节 极限与配合、表面粗糙度和优先数第七节 机械零件的工艺性及标准化Northwest A&F University 第九章 机械零件设计概论前面8章主要讲述了常用机构和机器动力学的基本知识，即机械原理部分。从本章开始主要讲述常用连接、机械传动、轴系零部件和弹簧即通用机械零件的设计问题。具体内容包括：1) 怎样合理确定零件的形状和尺寸；2) 怎样适当选择零件的材料；3) 怎样使零件具有良好的工艺性等。第九章 机械零件设计概论Northwest A&F University第一节 机械零件设计概论一、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。概括地说是：工作可靠、成本低廉。 二、名词术语：1.失效： 机械零件由于某种原因不能正常工作（完不成规定的功能或达不到设计要求的性能）时， 称为失效。第九章 机械零件设计概论Northwest A&F University第一节 机械零件设计概论第九章 机械零件设计概论2. 失效的形式：因强度不够发生断裂或塑性变形；因刚度不够而产生过大的弹性变形；因耐磨性不足或润滑不良而使工作表面过度磨损或损伤；或因长细比（也称柔度）过大稳定性不足而发生失稳；因失去振动稳定性而发生强烈的振动（或共振）、联接的松 弛、摩擦传动的打滑等。归纳起来最主要的为强度、刚度、耐磨性、稳定性和温度的 影响等几个方面的问题。同一种零件可能的失效形式往往有若干种。Northwest A&F University第一节 机械零件设计概论第九章 机械零件设计概论齿轮轮齿断裂齿轮键槽断裂Northwest A&F University第一节 机械零件设计概论第九章 机械零件设计概论3.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（或者说在一定条件下零件抵抗失效的能力）。通常，用载荷大小来衡量这个限度，所以习惯上称为承载能力。4.工作能力计算准则：为防止机械零件发生某种失效而应满足的条件。也可以理解为是机械零件不发生失效的“安全条件”，是设计零件时的理论依据。强度条件：计算应力2%-含碳量 2%铁碳合金u 特点：具有良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零件。 较好的减震性、耐磨性、切削性（灰铸铁）成本低廉。 u应用：应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。灰铸铁 球墨铸铁可锻铸铁 合金铸铁Northwest A&F University2.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（含碳量 0.7% ）合金结构钢铸钢按用途按化学成分 0.25% 低碳钢 0.3% 0. 5% 中碳钢 0.5% 高碳钢按含碳量u 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。第五节 机械制造常用材料及其选择第九章 机械零件设计概论Northwest A&F Universityu 零件毛坯获取方法：锻造、冲压、焊接、铸造等。u 选用原则：优选碳素钢，其次是硅、锰锰、硼、钒类钒类合金钢钢。u 应用：应用范围极其广泛。表9-2 常用材料的相对价格材 料 种 类 规 格 相对价格热轧圆钢 碳素结构钢Q235 （ 3342） 1铸 件优质碳素钢 （ 2950） 1.51.8 合金结构钢（ 2950） 1.72.5 滚动轴承钢（ 2950） 3 合金工具钢（ 2950） 320 4Cr9Si2耐热钢（ 2950） 5 灰铸铁铸件 0.85 碳素钢铸件 1.7 铜合金、铝合金铸件 810第五节 机械制造常用材料及其选择第九章 机械零件设计概论Northwest A&F University3.铜合金-铜锌合金，并含有少量的锰、铝、镍u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。u零件毛坯获取方法：辗压、铸造。u应用：应用范围广泛。u种类青铜黄铜轴承合金（巴氏合金）-含锡青铜、不含锡青铜第五节 机械制造常用材料及其选择第九章 机械零件设计概论Northwest A&F University2. 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。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。 第五节 机械制造常用材料及其选择第九章 机械零件设计概论Northwest A&F University详细说明二、机械零件材料的选用需要考虑的因素 载荷及应力的大小和性质 零件的工作情况 零件的尺寸及重量 零件的结构及加工性 材料的经济性 材料的供应状况在做设计的时候，根据实际情况，在保证经济最优的情况 下，查阅机械工程材料等手册，选取合适的材料。第五节 机械制造常用材料及其选择第九章 机械零件设计概论Northwest A&F University第六节 极限与配合、表面粗糙度和优先数系第九章 机械零件设计概论一、极限与配合1.互换性：机器是由独立制造的零件装配而成的。为了降低生产成本，在大规模生产的情况下，希望制造的零件具有这样的性质：装配时不加选择及附加的加工，就能达到预期的装配技术要求。该性质称为互换性。互换性的好处：具有互换性的机器，当它们的零、部件损坏时，就能够迅速地用新的替换，缩短修理时间，节约修理费用，保证机器工作的连续性和持久性，提高机器的使用率。互换性的实现，其设计与制造必须实现标准化。Northwest A&F University加工精度指零件经加工后的尺寸、形状及各加工面的相互位置等技术参数的实际值同设计给定的数值相符合的程度。加工质量加工精度表面质量尺寸精度 20个 形状精度 8个 位置精度6个用各自的公差来表示。用表面粗糙度来衡量。2. 公差与配合的基本知识1）术语与定义基本尺寸：设计给定的尺寸。如 D，d实际尺寸：测量所得的尺寸。极限尺寸：允许变化的界限值。如：Dmax、dmin第六节 极限与配合、表面粗糙度和优先数系第九章 机械零件设计概论Northwest A&F University第六节 极限与配合、表面粗糙度和优先数系第九章 机械零件设计概论 Th = Dmax - D min= ES EI （绝对值） Ts= dmax - d min = es - ei （绝对值） 公差与偏差是有区别的：偏差是代数值，有负有正；而公差则是绝对值。上偏差：最大极限值。如：ES = Dmax-D、es = dmax- d下偏差：最小极限值。如：EI = Dmin-D、 ei = dmin- d尺寸公差：允许尺寸的变动量Northwest A&F University第六节 极限与配合、表面粗糙度和优先数系第九章 机械零件设计概论2）标准公差公差带大小的标准化。国标规定，尺寸精度是用标准公差等级来确定的。用IT表示，分20个等级：IT01、IT0、IT1、IT18。数字越大，等级越低。选用公差，既要满足设计又要满 足工艺性和经济性。尽量选用低等级，以降低成本，提高生 产率。不同的基本尺寸，同一公差等级，其公差值不同。如 ：基本尺寸公差等级级公差值值 10IT56m100IT515m 500IT527m公差带由代表上、下偏差的两条直线所限定的一个区域 。其大小由标准公差确定，其位置由基本偏差确定。 Northwest A&F University 3）基本偏差公差带位置的标准化。 指公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差（国标规定靠近零线的那个偏差）。 基本偏差系列孔和轴各有28个基本偏差。分别为A、B、C、CD、D、E、EF、 F、FG、G、H（孔的下偏差）、J、Js、K、M、N、P、R、S、T、U、V、X、Y、Z、ZA、ZB、ZC（孔的上偏差）。第六节 极限与配合、表面粗糙度和优先数系第九章 机械零件设计概论4）公差带的确定与标注Northwest A&F University第六节 极限与配合、表面粗糙度和优先数系第九章 机械零件设计概论Northwest A&F University第六节 极限与配合、表面粗糙度和优先数系第九章 机械零件设计概论5） 配合指基本尺寸相同、互相结合的孔和轴公差带之间的关系。 按轴与孔公差带的相对位置不同，可形成三种类型配合： （1）间隙配合 Xmax = Dmax dmin = ES ei 、 Xmin= Dmin dmax =EI es（2）过盈配合Ymax= Dmin dmax =EI es 、 Ymin = Dmax dmin = ES ei （3）过渡配合（处于两者之间）Northwest A&F University第六节 极限与配合、表面粗糙度和优先数系3 极限与配合标准的选用1) 基孔制与基轴制基孔制的孔是基准孔，其下偏差为零。代号为H；如基轴制的轴是基准轴，起上偏差为零。代号为h；如第九章 机械零件设计概论Northwest A&F University第六节 极限与配合、表面粗糙度和优先数系第九章 机械零件设计概论形状与位置公差1）形状公差零件实际要素的形状所允许的变动全量。有：直线度、平面度、圆度 、圆柱度 、线轮廓度 、面轮廓度 。2）优先选用的配合原则上可任意组合，但不够经济。国标推荐了优先选用的公差带（机械设计课程设计手册第3版 P106 表9-3）2）位置公差是指零件实际要素的方向或位置对基准所允许的变动全量。有：平行度 、垂直度 、倾斜度、同轴度、对称度 、位置度、圆跳动 、全跳动. Northwest A&F University二、表面粗糙度表面粗糙度是指零件表面的微观几何形状误差。它主要是加工后在零件表面留下的微细而凸凹不平的刀痕。表面粗糙度的评定参数之一是轮廓算术平均偏差Ra，它是指在取样长度l内，被测轮廓上各点至轮廓中线偏距绝对值的算术平均值（图9-12），即u近似为第六节 极限与配合、表面粗糙度和优先数系第九章 机械零件设计概论Northwest A&F University第六节 极限与配合、表面粗糙度和优先数系第九章 机械零件设计概论选用原则是：满足功能要求，其次考虑经济性及工艺的可能性 ，表93列出了优先选用的表面粗糙度Ra值及与其相对应的 加工方法。用任何方法获得的表面； 用去除材料的方法获得的表面； 用不去除材料的方法获得的表面；Northwes