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1、第第9 9章章 機械零件設計概論機械零件設計概論 機械零件設計概述機械零件設計概述 9.1 機械零件的強度機械零件的強度 9.2 機械零件的接觸強度機械零件的接觸強度 9.3 機械零件的耐磨性機械零件的耐磨性 9.4 機械制造常用材料及其選擇機械制造常用材料及其選擇 9.5 機械零件的工藝性及標準化機械零件的工藝性及標準化 9.7 公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先數(shù)系公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先數(shù)系 9.6 9.1 9.1 機械零件設計概述機械零件設計概述 多種可能的失效形式，但歸納起來最多種可能的失效形式，但歸納起來最主要的為強度、剛度、耐磨性、穩(wěn)定性和主要的為強度、剛度、耐磨性、穩(wěn)定性和溫度的

2、影響等幾個方面的問題。溫度的影響等幾個方面的問題。 零件的設計常按下列步驟進行：擬定零零件的設計常按下列步驟進行：擬定零件的計算簡圖；確定作用在零件上的載件的計算簡圖；確定作用在零件上的載荷；選擇合適的材料；荷；選擇合適的材料； 根據(jù)零件可能出現(xiàn)的失效形式，選用相根據(jù)零件可能出現(xiàn)的失效形式，選用相應的判定條件，確定零件的形狀和主要尺應的判定條件，確定零件的形狀和主要尺寸。應當注意，零件尺寸的計算值一般并寸。應當注意，零件尺寸的計算值一般并不是最終采用的數(shù)值，設計者還要根據(jù)制不是最終采用的數(shù)值，設計者還要根據(jù)制造零件的工藝要求和標準、規(guī)格加以圓整；造零件的工藝要求和標準、規(guī)格加以圓整；繪制工作圖

3、并標注必要的技術(shù)條件。繪制工作圖并標注必要的技術(shù)條件。 在實際工作中，也常采用相反的方在實際工作中，也常采用相反的方式式校核計算。校核計算。 9.2 9.2 機械零件的強度機械零件的強度 limlimSS，而，而 應力可分為靜應力和變應力。應力可分為靜應力和變應力。 9.2.1 應力的種類應力的種類 圖圖9-1 應力的種類應力的種類 對于塑性材料，可按不發(fā)生塑性變形對于塑性材料，可按不發(fā)生塑性變形的條件進行計算。這時應取材料的屈服極的條件進行計算。這時應取材料的屈服極限限 s作為極限應力，其許用應力為作為極限應力，其許用應力為 9.2.2 靜應力下的許用應力靜應力下的許用應力 sS 對于用脆性

4、材料制成的零件，應取強對于用脆性材料制成的零件，應取強度極限度極限 B作為極限應力，其許用應力為作為極限應力，其許用應力為 BS1疲勞曲線疲勞曲線 2許用應力許用應力 9.2.3 變應力下的許用應力變應力下的許用應力 圖圖9-3 疲勞曲線疲勞曲線 可參考下述原則選擇安全系數(shù)?？蓞⒖枷率鲈瓌t選擇安全系數(shù)。 靜應力下，塑性材料以屈服極限為極限靜應力下，塑性材料以屈服極限為極限應力。由于塑性材料可以緩和過大的局部應力。由于塑性材料可以緩和過大的局部應力，故可取安全系數(shù)應力，故可取安全系數(shù)S=1.21.5；對于；對于塑性較差的材料（如塑性較差的材料（如0.6）或鑄鋼件，可）或鑄鋼件，可取取S=1.52

5、.5。 9.2.4 安全系數(shù)安全系數(shù) 靜應力下，脆性材料以強度極限為極限靜應力下，脆性材料以強度極限為極限應力，這時應取較大的安全系數(shù)。例如，應力，這時應取較大的安全系數(shù)。例如，對于高強度鋼或鑄鐵件，可取對于高強度鋼或鑄鐵件，可取S=34。 變應力下，以疲勞極限作為極限應力，變應力下，以疲勞極限作為極限應力，可取可取S=1.31.7；若材料不夠均勻、計算；若材料不夠均勻、計算不夠精確時，可取不夠精確時，可取S=1.72.5。 通常，零件受載時是在較大的體積內(nèi)通常，零件受載時是在較大的體積內(nèi)產(chǎn)生應力，這種應力狀態(tài)下的零件強度稱產(chǎn)生應力，這種應力狀態(tài)下的零件強度稱整體強度。整體強度。 9.3 9.

6、3 機械零件的接觸強度機械零件的接觸強度 圖圖9-7 疲勞點蝕疲勞點蝕 圖圖9-8 兩圓柱體的接觸應力兩圓柱體的接觸應力 磨損現(xiàn)象是相當復雜的，有物理、化磨損現(xiàn)象是相當復雜的，有物理、化學和機械等方面原因。下面對機械中磨損學和機械等方面原因。下面對機械中磨損的主要類型作一簡略介紹。的主要類型作一簡略介紹。 1磨粒磨損磨粒磨損 2粘著磨損（膠合）粘著磨損（膠合） 3疲勞磨損（點蝕）疲勞磨損（點蝕） 4腐蝕磨損腐蝕磨損 9.4 9.4 機械零件的耐磨性機械零件的耐磨性 機械制造中最常用的材料是鋼和鑄鐵，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、其次是有色金屬合金。非金

7、屬材料如塑料、橡膠等，在機械制造中也具有獨特的使用橡膠等，在機械制造中也具有獨特的使用價值。價值。 9.5 9.5 機械制造常用材料及其選擇機械制造常用材料及其選擇 1鑄鐵鑄鐵 2鋼鋼 （1）碳素結(jié)構(gòu)鋼）碳素結(jié)構(gòu)鋼 （2）合金結(jié)構(gòu)鋼）合金結(jié)構(gòu)鋼 （3）鑄鋼）鑄鋼 3銅合金銅合金 9.5.1 金屬材料金屬材料 1橡膠橡膠 2塑料塑料 9.5.2 非金屬材料非金屬材料 9.6.1 公差與配合公差與配合 機器是由零件裝配而成的。大規(guī)模生機器是由零件裝配而成的。大規(guī)模生產(chǎn)要求零件具有互換性，以便在裝配時不產(chǎn)要求零件具有互換性，以便在裝配時不需要選擇和附加加工，就能達到預期的技需要選擇和附加加工，就能達

8、到預期的技術(shù)要求。術(shù)要求。 9.6 9.6 公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先數(shù)系先數(shù)系 圖圖9-10 配合的種類配合的種類 圖圖9-11 基孔制的配合基孔制的配合 表面粗糙度是指零件表面的微觀幾何表面粗糙度是指零件表面的微觀幾何形狀誤差。它主要是加工后在零件表面留形狀誤差。它主要是加工后在零件表面留下的微細而凸凹不平的刀痕。下的微細而凸凹不平的刀痕。 9.6.2 表面粗糙度表面粗糙度 圖圖9-12 表征表面粗糙度的一些參數(shù)表征表面粗糙度的一些參數(shù) y1輪廓峰高；輪廓峰高；y2輪廓谷深輪廓谷深 優(yōu)先數(shù)系是用來使型號、直徑、轉(zhuǎn)速、優(yōu)先數(shù)系是用來使型號、直徑、轉(zhuǎn)速、承載量和功率

9、等量值得到合理的分級，這承載量和功率等量值得到合理的分級，這樣可便于組織生產(chǎn)和降低成本。樣可便于組織生產(chǎn)和降低成本。 9.6.3 優(yōu)先數(shù)系優(yōu)先數(shù)系 9.7.1 工藝性工藝性 有關(guān)工藝性的基本要求如下。有關(guān)工藝性的基本要求如下。 （1）毛坯選擇合理）毛坯選擇合理 （2）結(jié)構(gòu)簡單合理）結(jié)構(gòu)簡單合理 （3）規(guī)定適當?shù)闹圃炀燃氨砻娲郑┮?guī)定適當?shù)闹圃炀燃氨砻娲植诙炔诙?9.7 9.7 機械零件的工藝性及標準化機械零件的工藝性及標準化 產(chǎn)品標準化本身包括三個方面的含義：產(chǎn)品標準化本身包括三個方面的含義：產(chǎn)品品種規(guī)格的系列化產(chǎn)品品種規(guī)格的系列化將同一類產(chǎn)將同一類產(chǎn)品的主要參數(shù)、型式、尺寸、基本結(jié)構(gòu)等品的

10、主要參數(shù)、型式、尺寸、基本結(jié)構(gòu)等依次分檔，制成系列化產(chǎn)品，以較少的品依次分檔，制成系列化產(chǎn)品，以較少的品種規(guī)格滿足用戶的廣泛需要；零部件的種規(guī)格滿足用戶的廣泛需要；零部件的通用化通用化將同一類型或不同類型產(chǎn)品中將同一類型或不同類型產(chǎn)品中用途結(jié)構(gòu)相似的零部件（如螺栓、軸承座、用途結(jié)構(gòu)相似的零部件（如螺栓、軸承座、聯(lián)軸器和減速器等），經(jīng)過統(tǒng)一后實現(xiàn)通聯(lián)軸器和減速器等），經(jīng)過統(tǒng)一后實現(xiàn)通用互換；用互換； 9.7.2 標準化標準化 產(chǎn)品質(zhì)量標準化產(chǎn)品質(zhì)量標準化產(chǎn)品質(zhì)量是一切企產(chǎn)品質(zhì)量是一切企業(yè)的業(yè)的“生命線生命線”，要保證產(chǎn)品質(zhì)量合格和，要保證產(chǎn)品質(zhì)量合格和穩(wěn)定，就必須做好設計、加工工藝、裝配穩(wěn)定，就

11、必須做好設計、加工工藝、裝配檢驗，甚至包裝儲運等環(huán)節(jié)的標準化。這檢驗，甚至包裝儲運等環(huán)節(jié)的標準化。這樣，才能在激烈的市場競爭中立于不敗之樣，才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地。地。 對產(chǎn)品實行標準化具有重大的意義：對產(chǎn)品實行標準化具有重大的意義：在制造上可以實行專業(yè)化大量生產(chǎn)，既可在制造上可以實行專業(yè)化大量生產(chǎn)，既可提高產(chǎn)品質(zhì)量，又能降低成本；在設計方提高產(chǎn)品質(zhì)量，又能降低成本；在設計方面可減少設計工作量；在管理維修方面，面可減少設計工作量；在管理維修方面，可減少庫存量和便于更換損壞的零件?？蓽p少庫存量和便于更換損壞的零件。 為了增強在國際市場的競爭能力，我為了增強在國際市場的競爭能力，我國鼓勵積極采用國際標準和國外先進標準。國鼓勵積極采用國際標準和國外先進標準。近年發(fā)布的我國國家標準，許多都采用了近年發(fā)布的我國國家標準，許多都采用了相應的國際標準，設計人員必須熟悉現(xiàn)行相應的國際標準，設計人員必須熟悉現(xiàn)行的有關(guān)標準。一般機械設計手冊及機械工的有關(guān)標準。一般機械設計手冊及機械工程手冊（以后簡稱手冊）中都收錄摘編了程手冊（以后簡稱手冊）中都收錄摘編了常用的標準和資料，以供查閱。常用的標準和資料，以供查閱。