1、 機械零件設計概論機械零件設計概論 公差與配合、表面粗糙度和優先數系公差與配合、表面粗糙度和優先數系 機械零件的表面強度機械零件的表面強度第第2 2章章 機械設計概論機械設計概論機機械械零零件件設設計計概概論論 機械零件的耐磨性機械零件的耐磨性 機械制造常用材料及選擇機械制造常用材料及選擇 機械零件的強度機械零件的強度 機械零件的工藝性及標準化機械零件的工藝性及標準化2.1 2.1 概述概述 機械設計應滿足的要求機械設計應滿足的要求 在滿足預期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在滿足預期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在預定使用期限內安全可靠，操作方便、維修簡單和造在預定使用期限內安

2、全可靠，操作方便、維修簡單和造型美觀等型美觀等 機械零件的失效機械零件的失效機械零件由于某種原因不能正常工作時，稱為機械零件由于某種原因不能正常工作時，稱為失效失效工作能力工作能力 不發生失效的條件下，零件所能安全工作的限度。通不發生失效的條件下，零件所能安全工作的限度。通常此限度是對載荷而言，所以習慣上又稱為：常此限度是對載荷而言，所以習慣上又稱為：承載能力承載能力 零件的失效形式零件的失效形式斷裂或塑性變形斷裂或塑性變形過大的彈性變形過大的彈性變形工作表面的過度磨損或損傷工作表面的過度磨損或損傷發生強烈的振動；聯接的松弛發生強烈的振動；聯接的松弛摩擦傳動的打滑等摩擦傳動的打滑等強度、剛度、

3、耐磨性、振動穩定性、溫度等原因強度、剛度、耐磨性、振動穩定性、溫度等原因 失效原因失效原因強度條件強度條件：計算應力：計算應力 許用應力；許用應力；剛度條件剛度條件：變形量：變形量 許用變形量；許用變形量； 防止失效的判定條件防止失效的判定條件計算量計算量NNN0 0以后，曲線趨于水平，以后，曲線趨于水平，可認為在無限次循環時試件將不會斷裂。可認為在無限次循環時試件將不會斷裂。應力應力與應力循環次數與應力循環次數N N 之間的之間的關系曲線稱為：疲勞曲線關系曲線稱為：疲勞曲線當當NNNN0 0 時時, , 試件將不會斷裂。試件將不會斷裂。N N0 0 循環基數循環基數N N0 0 對應的應力稱

4、為：對應的應力稱為：疲勞極限疲勞極限0mmrNrNNC當當NNN2%含碳量含碳量 2%鐵碳合金鐵碳合金特點：良好的液態流動性，可鑄造成形狀復雜的零件。特點：良好的液態流動性，可鑄造成形狀復雜的零件。較好的減震性、耐磨性、切削性（指灰鑄鐵）、成本低廉較好的減震性、耐磨性、切削性（指灰鑄鐵）、成本低廉應用：應用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之應用：應用范圍廣。其中灰鑄鐵最廣、球墨鑄鐵次之選用原則：選用原則： 優選碳素鋼，其次是優選碳素鋼，其次是硅、錳、硼、釩類合金鋼。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?？捎锰攸c：與鑄鐵相比，鋼具有高的強度、韌性和塑性。可用熱處

5、理方法改善其力學性能和加工性能。熱處理方法改善其力學性能和加工性能。零件毛坯獲取方法：鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。零件毛坯獲取方法：鍛造、沖壓、焊接、鑄造等。應用：應用范圍極其廣泛。應用：應用范圍極其廣泛。3 3、銅合金、銅合金銅鋅合金，并含有少量的銅鋅合金，并含有少量的錳、錳、鋁鋁、鎳鎳種類種類青銅青銅黃銅黃銅軸承合金（巴氏合金）軸承合金（巴氏合金）含錫青銅、不含錫青銅含錫青銅、不含錫青銅特點：具有良好的塑性和液態流動性。青銅合金還具有良特點：具有良好的塑性和液態流動性。青銅合金還具有良好的減摩性和抗腐蝕性。好的減摩性和抗腐蝕性。零件毛坯獲取方法：輾壓、鑄造零件毛坯獲取方法：輾壓、鑄造應用：應

6、用范圍廣泛應用：應用范圍廣泛二、非金屬材料二、非金屬材料 橡膠富于彈性，能吸收較多的沖擊能量。常用作聯軸器橡膠富于彈性，能吸收較多的沖擊能量。常用作聯軸器或減震器的彈性元件、帶傳動的膠帶或減震器的彈性元件、帶傳動的膠帶等。硬橡膠可用于制等。硬橡膠可用于制造用水潤滑的軸承襯。造用水潤滑的軸承襯。 1 1、橡膠、橡膠 塑料的比重小，易于制成形狀復雜的零件，而且各種不同塑塑料的比重小，易于制成形狀復雜的零件，而且各種不同塑料具有不同的特點，如耐蝕性、絕料具有不同的特點，如耐蝕性、絕熱性、絕緣性、減摩性、摩熱性、絕緣性、減摩性、摩擦系數大等，所以近年來在機械制造中其應用日益廣泛。擦系數大等，所以近年來

7、在機械制造中其應用日益廣泛。 2 2、塑料、塑料3 3、其它非金屬材料：皮革、木材、紙板、棉、絲等。、其它非金屬材料：皮革、木材、紙板、棉、絲等。選材因素：選材因素：用途、用途、工作條件工作條件、物理物理、化學化學、機械工藝性能機械工藝性能、經濟經濟性性零件材料零件材料 各種材料的化學成分和力學性能可在相關國標、行標和各種材料的化學成分和力學性能可在相關國標、行標和機械設計手冊中查得。機械設計手冊中查得。為了材料供應和生產管理上的方便，應盡量縮減材料的品種為了材料供應和生產管理上的方便，應盡量縮減材料的品種2.6 2.6 公差與配合、表面粗糙度和優公差與配合、表面粗糙度和優先系數先系數一、一、

8、 公差與配合公差與配合互換性：互換性：零件在裝配時，不需要選擇和附加加工的就能滿零件在裝配時，不需要選擇和附加加工的就能滿足預期技術與使用要求的特性。足預期技術與使用要求的特性?；境叽缁境叽纾河稍O計圖紙給定的零件理論尺寸；為確定值。：由設計圖紙給定的零件理論尺寸；為確定值。實際尺寸實際尺寸：制造加工后測量所得零件尺寸；由于測量有誤差，：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。所以實際尺寸并非真值。相對于基本尺寸而言，總是有誤差。尺寸公差尺寸公差：最大極限尺寸與最小極限尺寸之差；即：最大極限尺寸與最小極限尺寸之差；即 允許的尺寸變動量

9、。允許的尺寸變動量。配合：配合：基本尺寸相同，相互結合的孔與軸公差帶之間的關系基本尺寸相同，相互結合的孔與軸公差帶之間的關系配合配合類型類型間隙配合間隙配合過渡配合過渡配合過盈配合過盈配合孔孔 軸，用于可動聯接，如活動鉸鏈軸，用于可動聯接，如活動鉸鏈孔孔 軸，用于靜聯接，如火車輪與軸軸，用于靜聯接，如火車輪與軸可能有間隙，也可能具有過盈。用于可能有間隙，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要求具有良好的同軸性而又便于拆裝的靜聯接，如齒輪與軸；的靜聯接，如齒輪與軸；最大間隙最大間隙: X: Xmaxmax = = 孔孔maxmax- -軸軸minmin最小間隙最小間隙: X: X

10、minmin = = 孔孔minmin- -軸軸max max 最大過盈最大過盈: Y: Ymaxmax = = 孔孔minmin- -軸軸max max 最小過盈：最小過盈： Y Yminmin = = 孔孔maxmax- -軸軸min min 間隙配合間隙配合孔公差帶孔公差帶軸公差帶軸公差帶孔公差帶孔公差帶軸公差帶軸公差帶孔公差帶孔公差帶軸公差帶軸公差帶孔公差帶孔公差帶軸公差帶軸公差帶過盈配合過盈配合過渡配合過渡配合孔公差帶孔公差帶軸公差帶軸公差帶孔公差帶孔公差帶軸公差帶軸公差帶孔公差帶孔公差帶Y YmaxmaxX XmaxmaxY YmaxmaxX XmaxmaxY YmaxmaxX X

11、maxmaxY YmaxmaxY YmaxmaxX XminminX XmaxmaxX Xminmin= 0= 0Y Yminmin= 0= 0軸公差帶軸公差帶X XmaxmaxY YminminH零線零線D孔公差孔公差kjshgefrpms間隙配合間隙配合過渡配合過渡配合過盈配合過盈配合配合配合基準制基準制基孔制配合：孔是基準孔，下偏差基孔制配合：孔是基準孔，下偏差EI=0EI=0， 代號為代號為:H :H ， 通過改變軸的公差帶來或得各種不同的配合特性。通過改變軸的公差帶來或得各種不同的配合特性?；字婆浜匣字婆浜匣S制配合基軸制配合應用廣泛應用廣泛 ，可減少孔加工刀具，可減少孔加工刀具

12、 零線零線hD軸軸公差公差KJSHGEFRPMS間隙配合間隙配合過渡配合過渡配合過盈配合過盈配合基軸制配合：軸是基準軸，上偏差基軸制配合：軸是基準軸，上偏差eses=0=0， 代號為代號為:h :h ， 通過改變孔的公差帶來或得各種不同的配合特性。通過改變孔的公差帶來或得各種不同的配合特性。二、二、 表面粗糙度表面粗糙度輪廓峰谷線輪廓峰谷線輪廓峰頂線輪廓峰頂線輪廓峰高輪廓峰高yp輪廓谷深輪廓谷深yv中線中線lyx定義：定義：零件表面的微觀幾何形狀誤差稱為表面粗糙度零件表面的微觀幾何形狀誤差稱為表面粗糙度特征特征：加工后零件表面留下的微細而凹凸不平的刀痕。：加工后零件表面留下的微細而凹凸不平的刀

13、痕。評定參數：評定參數：輪廓算術平均偏差輪廓算術平均偏差取樣長取樣長度度l l內，被測輪廓上各點至輪廓中線偏居內，被測輪廓上各點至輪廓中線偏居絕對值的算術平均值：絕對值的算術平均值：dxylRla012.7 2.7 機械零件的工藝性機械零件的工藝性及標準化及標準化一、一、工藝性工藝性零件設零件設計要求計要求使用要求使用要求具備所要求的工作能力；具備所要求的工作能力；制造要求制造要求制造工藝可行，成本低；制造工藝可行，成本低；零件工藝性良好的標志：零件工藝性良好的標志： 在具體的生產條件下，零件要便于加工且費用低。在具體的生產條件下，零件要便于加工且費用低。工藝性的基本要求：工藝性的基本要求：1

14、) 1) 毛坯選擇合理毛坯選擇合理制備方法制備方法單件或小批量生產時，選用棒料、單件或小批量生產時，選用棒料、板材、型材或焊件。板材、型材或焊件。應用于大批量生產。應用于大批量生產。用型材用型材焊接焊接鍛造鍛造鑄造鑄造沖壓沖壓 2) 2) 結構簡單合理結構簡單合理3) 3) 合理的制造精度和表面粗糙度合理的制造精度和表面粗糙度4) 4) 盡量減小零件的加工量盡量減小零件的加工量二、二、標準化標準化內容：內容： 1)1)產品品種規格的系列化產品品種規格的系列化 將同一類產品的主要參數、型式、尺寸、基本結構等依次分檔，將同一類產品的主要參數、型式、尺寸、基本結構等依次分檔，制成系列化產品，以較少的規格品種滿足用戶的廣泛要求。制成系列化產品，以較少的規格品種滿足用戶的廣泛要求。定義：定義：標準化是在經濟、技術、科學及管理等社會實踐中，標準化是在經濟、技術、科學及管理等社會實踐中，對重復事務和概念，通過制定、發布和實施標準，以獲得最對重復事務和概念，通過制定、發布和實施標準，以獲得最佳秩序和效益。佳秩序和效益。2)2)零部件的通用化零部件的通用化將用途、結構相近的零部件（如軸承、螺栓等），經過統將用途、結構相近的零部件（如軸承、螺栓等），經過統一后實現互換；一后實現互換；3)3)產品質量標準化產品質量標準化要保證產品質量