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1、緒論,0. 1 機(jī)械的組成,0. 2 本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù),0. 3 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求及程序,0. 4 機(jī)械零件的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,0. 5 機(jī)械零件常用材料及其選用原則,0. 6 許用應(yīng)力和安全系數(shù),0. 1 機(jī)械的組成,原動(dòng)部分：其功能是將其他形式的能量變換為機(jī) 械能(如內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)分別將熱能和電能變換 為機(jī)械 能）。,人類為了滿足生產(chǎn)和生活的需要，設(shè)計(jì)和制造了類型繁多、功能各異的機(jī)器。機(jī)器是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，用來(lái)變換或傳遞能量、物料，如內(nèi)燃機(jī)、電動(dòng)機(jī)、洗衣機(jī)、機(jī)床、汽車、起重機(jī)，各種食品機(jī)械。機(jī)械的種類很多，它們的用途、性能、構(gòu)造、工作原理各不相同，通常一臺(tái)完整的機(jī)器包括三個(gè)

2、基本部分：,工作部分（或執(zhí)行部分）：其功能是利用機(jī)械能去變換或傳遞能量、物料、信號(hào)，如發(fā)電機(jī)把機(jī)械能變換成為電能，軋鋼機(jī)變換物料的外形，等等。,傳動(dòng)部分：其功能是把原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鞑糠炙璧倪\(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)。,以上三部分都必須安裝在支承部件上。為了使三個(gè)基本部分協(xié)調(diào)工作，并準(zhǔn)確、可靠地完成整體功能，必須增加控制部分和輔助部分。,所有的機(jī)器都是由許多機(jī)械零件組合而成。機(jī)械零件可分為兩大類：一類是在各種機(jī)器中經(jīng)常都能用到的零件，稱為通用零件，如齒輪、鏈輪、蝸輪、螺栓、螺母等，另一類則是在特定類型的機(jī)器中才能用到的零件，稱為專用零件，如內(nèi)燃機(jī)的曲軸、汽輪機(jī)葉片等。

3、根據(jù)機(jī)器功能、結(jié)構(gòu)要求，某些零件需固聯(lián)成沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的剛性組合，成為機(jī)器中獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的單元，通常稱為構(gòu)件。,構(gòu)件與零件的區(qū)別在于：構(gòu)件是運(yùn)動(dòng)的基本單元，而零件是加工單元。 如圖內(nèi)燃機(jī)的連桿由連桿體1、連桿蓋4、螺栓2以及螺母3等4個(gè)零件組成，形成一個(gè)運(yùn)動(dòng)整體。,圖0.1 內(nèi)燃機(jī)的連桿,1,2,4,3,若從運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)來(lái)研究機(jī)器，機(jī)器由機(jī)構(gòu)組成，機(jī)構(gòu)由若干構(gòu)件組成，各構(gòu)件之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；機(jī)構(gòu)通常指?jìng)鬟f運(yùn)動(dòng)的機(jī)械。一部機(jī)器可以包含一個(gè)機(jī)構(gòu)（如電動(dòng)機(jī)），也可以包含幾個(gè)機(jī)構(gòu)。,共同的特性： 人為的實(shí)物組合體 各部分之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)完成有效的機(jī)械功及能量轉(zhuǎn)換 機(jī)械：同時(shí)具有這三個(gè)特性的裝置；

4、機(jī)構(gòu)：只具有前兩個(gè)特性的裝置； 機(jī)械：機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。,如圖所示的單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)包含由齒輪1、齒輪18組成的齒輪機(jī)構(gòu)；由曲軸4、連桿3、活塞10組成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；由凸輪7、從動(dòng)桿8組成的凸輪機(jī)構(gòu)等。,圖0.2 內(nèi)燃機(jī),圖0.3 內(nèi)燃機(jī),機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是工科院校中的一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課。課程主要介紹機(jī)械中的常用機(jī)構(gòu)和通用零件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基本的設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法。介紹機(jī)械中的常用機(jī)構(gòu)（連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等）的工作原理；介紹常用傳動(dòng)件（齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、撓性傳動(dòng)）的設(shè)計(jì)；聯(lián)接件（如螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接及其他類型聯(lián)接）和彈簧的設(shè)計(jì)及選用；軸系零部件（軸、軸承、聯(lián)軸器、離合器）的設(shè)計(jì)

5、及選用；此外，還扼要介紹 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)規(guī)范。這些常用機(jī)構(gòu)和通用零件的工作原理、設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法，對(duì)于專用機(jī)械和專用零件的設(shè)計(jì)也具有一定的指導(dǎo)意義。本課程的內(nèi)容可為學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)機(jī)械設(shè)備課程提供必要的理論基礎(chǔ)。,0. 2 本課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù), 了解典型機(jī)械的實(shí)驗(yàn)方法，受到實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基本 訓(xùn)練。,本課程的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生使他們具備以下能力：,掌握常用機(jī)構(gòu)和通用零件的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使學(xué)生具有設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)裝置和簡(jiǎn)單機(jī)械的能力。,初步具有運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)、規(guī)范、圖冊(cè)和查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力。,03 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求及程序 0.3.1 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求 雖然不同的機(jī)械其功能和外形都不相同

6、，但它們?cè)O(shè)計(jì)的基本要求大體是相同的，機(jī)械應(yīng)滿足的基本要求可以歸納為兩方面： 0.3.1.1 功能要求 滿足機(jī)器預(yù)定的工作要求，如機(jī)器工作部分的運(yùn)動(dòng)形式、速度、運(yùn)動(dòng)精度和平穩(wěn)性、需要傳遞的功率，以及某些使用上的特殊要求（如高溫、防潮等）。,0.3.1.2 安全可靠性要求 （1）使整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)和零件在規(guī)定的外載荷和規(guī)定的工作時(shí)間內(nèi)，能正常工作而不發(fā)生斷裂、過(guò)度變形、過(guò)度磨損、不喪失穩(wěn)定性。 （2）能實(shí)現(xiàn)對(duì)操作人員的防護(hù)，保證人身安全和身體健康。 （3）對(duì)于技術(shù)系統(tǒng)的周圍環(huán)境和人不致造成危害和污染，同時(shí)要保證機(jī)器對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。,0.3.1.3 經(jīng)濟(jì)性 在產(chǎn)品整個(gè)設(shè)計(jì)周期中，必須把產(chǎn)品設(shè)計(jì)、銷售及制

7、造三方面作為一個(gè)系統(tǒng)工程來(lái)考慮，用價(jià)值工程理論指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，正確使用材料，采用合理的結(jié)構(gòu)尺寸和工藝，以降低產(chǎn)品的成本。設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)和零部件時(shí)，應(yīng)盡可能標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化，以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、降低制造成本。 0.3.1.4 其他要求 機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)外形美觀，便于操作和維修。此外還必須考慮有些機(jī)械由于工作環(huán)境和要求不同，而對(duì)設(shè)計(jì)提出某些特殊要求，如食品衛(wèi)生條件、耐腐蝕、高精度要求等。,0.3.2 機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序 機(jī)械設(shè)計(jì)就是建立滿足功能要求的技術(shù)系統(tǒng)的創(chuàng)造過(guò)程。機(jī)械設(shè)計(jì)一般過(guò)程如下圖所示。,0.3.2.1 明確設(shè)計(jì)任務(wù) 產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一項(xiàng)為實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)的有目的的活動(dòng)，因此正確地決定設(shè)計(jì)目標(biāo)（任務(wù)）是設(shè)

8、計(jì)成功的基礎(chǔ)。明確設(shè)計(jì)任務(wù)包括定出技術(shù)系統(tǒng)的總體目標(biāo)和各項(xiàng)具體的技術(shù)要求，這是設(shè)計(jì)、優(yōu)化、評(píng)價(jià)、決策的依據(jù)。 明確設(shè)計(jì)任務(wù)包括分析所設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)的用途、功能、各種技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)和參數(shù)范圍，預(yù)期的成本范圍等，并對(duì)同類或相近產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，同類產(chǎn)品的不完善性，用戶的意見(jiàn)和要求，目前的技術(shù)水平以及發(fā)展趨勢(shì)，認(rèn)真進(jìn)行調(diào)查研究、收集材料，以進(jìn)一步明確設(shè)計(jì)任務(wù)。,0.3.2.2 總體設(shè)計(jì) 機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)器要求進(jìn)行功能設(shè)計(jì)研究。 總體設(shè)計(jì)包括確定工作部分的運(yùn)動(dòng)和阻力，選擇原動(dòng)機(jī)的種類和功率，選擇傳動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力計(jì)算，確定各級(jí)傳動(dòng)比和各軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率。 總體設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到機(jī)械

9、的操作、維修、安裝、外廓尺寸等要求，確定機(jī)械系統(tǒng)各主要部件之間的相對(duì)位置關(guān)系及相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，人機(jī)環(huán)境之間的合理關(guān)系。 總體設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的制造和使用都有很大的影響，為此，常需作出幾個(gè)方案加以分析、比較，通過(guò)優(yōu)化求解得出最佳方案。,0.3.2.3 技術(shù)設(shè)計(jì) 技術(shù)設(shè)計(jì)又稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)的要求，確定機(jī)械系統(tǒng)各零部件的材料、形狀、數(shù)量、空間相互位置、尺寸、加工和裝配，并進(jìn)行必要的強(qiáng)度、剛度、可靠性設(shè)計(jì)。 若有幾種方案時(shí)，需進(jìn)行評(píng)價(jià)決策最后選擇最優(yōu)方案。技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮加工條件、現(xiàn)有材料、各種標(biāo)準(zhǔn)零部件、相近機(jī)器的通用件。技術(shù)設(shè)計(jì)是保證質(zhì)量、提高可靠性、降低成本的重要工作。 技術(shù)設(shè)計(jì)還

10、需繪制總裝配圖、部件裝配圖、編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)等。技術(shù)設(shè)計(jì)是從定性到定量、從抽象到具體、從粗略到詳細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程。,0.3.2.4 樣機(jī)試制 樣機(jī)試制階段是通過(guò)樣機(jī)制造、樣機(jī)試驗(yàn)、檢查機(jī)械系統(tǒng)的功能及整機(jī)、零部件的強(qiáng)度、剛度、運(yùn)轉(zhuǎn)精度、振動(dòng)穩(wěn)定性、噪聲等方面的性能，隨時(shí)檢查及修正設(shè)計(jì)圖紙，以更好地滿足設(shè)計(jì)要求。 0.3.2.5 批量正式生產(chǎn) 批量正式生產(chǎn)階段是根據(jù)樣機(jī)試驗(yàn)、使用、測(cè)試、鑒定所暴露的問(wèn)題，進(jìn)一步修正設(shè)計(jì)，以保證完成系統(tǒng)的功能，同時(shí)驗(yàn)證各工藝的正確性，以提高生產(chǎn)率、降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。 產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程是智力活動(dòng)過(guò)程，它體現(xiàn)了設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)新思維活動(dòng)，設(shè)計(jì)過(guò)程是逐步逼近解答方案的并逐步完善

11、過(guò)程。,設(shè)計(jì)過(guò)程中還應(yīng)注意幾點(diǎn)： （1）設(shè)計(jì)過(guò)程要有全局觀點(diǎn)，不能只考慮設(shè)計(jì)對(duì)象本身的問(wèn)題，而要把設(shè)計(jì)對(duì)象看作一個(gè)系統(tǒng)，處理人機(jī)環(huán)境之間的關(guān)系。 （2）善于運(yùn)用創(chuàng)造性思維和方法，注意考慮多方案解，避免解答的局限性。 （3）設(shè)計(jì)的各階段應(yīng)有明確的目標(biāo)，注意各階段的評(píng)價(jià)和優(yōu)選，以求出既滿足功能要求又有最大實(shí)現(xiàn)可能的方案。 （4）要注意反饋及必要的工作循環(huán)。解決問(wèn)題要由抽象到具體，由局部到全面，由不確定到確定。,機(jī)械零件在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)和規(guī)定的條件下，不能完成正常的功能，稱為失效。,04機(jī)械零件的失效形式及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,機(jī)械零件的失效形式與許多因素有關(guān)，具體取決于該零件的工作條件、材質(zhì)、受載狀態(tài)及其所產(chǎn)生

12、的應(yīng)力性質(zhì)等多種因素。即使是同一種零件，由于材質(zhì)及工作情況不同，也可能出現(xiàn)各種不同的失效形式。如軸工作時(shí)，由于受載情況不同，可能出現(xiàn)斷裂、過(guò)大塑性變形、磨損等失效形式。,機(jī)械零件的失效形式主要有斷裂、過(guò)大的殘余應(yīng)變、表面磨損、腐蝕、零件表面的接觸疲勞和共振等。,強(qiáng)度是保證機(jī)械零件正常工作的基本要求。為了避免零件在工作中發(fā)生斷裂，必須使零件工作時(shí)滿足下面的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：,或,（1）強(qiáng)度,為了使設(shè)計(jì)零件能在預(yù)定時(shí)間內(nèi)和規(guī)定工作條件下正 常工作，設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)應(yīng)滿足下面的基本要求：,式中：、 分別為零件工作時(shí)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力； 、分別為零件材料的許用正應(yīng)力和許用剪應(yīng)力。,為了提高機(jī)械零件的強(qiáng)度，設(shè)計(jì)時(shí)可

13、采用下列措施： 采用強(qiáng)度高的材料； 使零件具有足夠的截面尺寸； 合理設(shè)計(jì)機(jī)械零件的截面形狀，以增大截面的慣性矩； 采用各種熱處理和化學(xué)處理方法來(lái)提高材料的機(jī)械強(qiáng)度特性； 合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以降低作用于零件上的載荷等。,（2）剛度 剛度是指零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。若零件剛度不夠，將產(chǎn)生過(guò)大的撓度或轉(zhuǎn)角而影響機(jī)器正常工作，例如若車床主軸的彈性變形過(guò)大，會(huì)影響加工精度，為了使零件具有足夠的剛度，設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足下面的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： y y 式中，y、 分別為零件工作時(shí)的撓度、偏轉(zhuǎn)角和扭轉(zhuǎn)角； y 、 、 分別為零件的許用撓度、許用偏轉(zhuǎn)角和許用扭轉(zhuǎn)角。,（3）壽命 機(jī)械零件應(yīng)有足夠的壽命。影響零

14、件壽命的主要因素有腐蝕、磨損和疲勞。但至今還沒(méi)有提出實(shí)用且有效的腐蝕壽命計(jì)算方法。因此也無(wú)法列出腐蝕壽命的計(jì)算準(zhǔn)則。而磨損的計(jì)算目前也沒(méi)有簡(jiǎn)單、可靠的定量計(jì)算方法。因此，只能采用條件性的計(jì)算。至于疲勞壽命，通常是算出使用壽命時(shí)的疲勞極限來(lái)作為計(jì)算的依據(jù)。,（4）可靠性 滿足強(qiáng)度和剛度要求的一批相同的零件，由于零件的工作應(yīng)力是隨機(jī)變量，故在規(guī)定的工作條件下和規(guī)定的使用期限內(nèi)，并非所有的零件都能完成規(guī)定的功能，零件在規(guī)定的工作條件下和規(guī)定的使用時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率稱為該零件的可靠度?？煽慷仁呛饬苛慵ぷ骺煽啃缘囊粋€(gè)特征量，不同零件的可靠度要求是不同的。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體零件的重要程度選擇適當(dāng)?shù)目?/p>

15、靠度。,（6）振動(dòng)和噪聲,（5）耐磨性 條件性計(jì)算：驗(yàn)算平均壓力 p p，以保證強(qiáng)度要求 驗(yàn)算摩擦發(fā)熱pvpv；,05機(jī)械零件常用材料及其選用原則,機(jī)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、橡膠等，在機(jī)械制造中也得到廣泛的應(yīng)用。 051 金屬材料 金屬材料主要指鑄鐵和鋼，它們都是鐵碳合金，它們的區(qū)別主要在于含碳量的不同。含碳量小于2%的鐵碳合金稱為鋼，含碳量大于2%的稱為鑄鐵。,0.5.1.1鑄鐵 常用的鑄鐵有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。其中灰鑄鐵和球墨鑄鐵屬脆性材料，不能輾壓和鍛造，不易焊接，但具有適當(dāng)?shù)囊兹坌院土己玫囊簯B(tài)流動(dòng)性，因而可鑄成形狀復(fù)雜的

16、零件。灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度高，耐磨性、減振性好，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性小，價(jià)格便宜，但其抗拉強(qiáng)度較鋼差?；诣T鐵常用作機(jī)架或殼座。球墨鑄鐵強(qiáng)度較灰鑄鐵高且具有一定的塑性，球墨鑄鐵可代替鑄鋼和鍛鋼用來(lái)制造曲軸、凸輪軸、油泵齒輪、閥體等。,0.5.1.2 鋼 鋼的強(qiáng)度較高，塑性較好，可通過(guò)軋制、鍛造、沖壓、焊接和鑄造方法加工各種機(jī)械零件，并且可以用熱處理和表面處理方法提高機(jī)械性能，因此其應(yīng)用極為廣泛。 鋼的類型很多，按用途分，鋼可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊用途鋼。 結(jié)構(gòu)鋼可用于加工機(jī)械零件和各種工程結(jié)構(gòu)。工具鋼可用于制造各種刀具、模具等。特殊用途鋼（不銹鋼、耐熱鋼、耐腐蝕鋼）主要用于特殊的工況條件下。按化學(xué)成

17、分鋼可分為碳素鋼和合金鋼。碳素鋼的性能主要取決于含碳量，含碳量越多，其強(qiáng)度越高，但塑性越低。,碳素鋼包括普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（如Q215、Q235）一般只保證機(jī)械強(qiáng)度而不保證化學(xué)成分，不宜進(jìn)行熱處理，通常用于不太重要的零件和機(jī)械結(jié)構(gòu)中。,碳素鋼的性能主要取決于其含碳量。低碳鋼的含碳量低于0.25%，其強(qiáng)度極限和屈服極限較低，塑性很高，可焊性好，通常用于制作螺釘、螺母、墊圈和焊接件等。 含碳量在0.1%0.2%的低碳鋼零件可通過(guò)滲碳淬火使其表面硬而心部韌，一般用于制造齒輪、鏈輪等要求表面耐磨而且耐沖擊的零件。 中碳鋼的含碳量在0.3%0.5%之間，它的綜合力學(xué)性能較好，

18、因此可用于制造受力較大的螺栓、螺母、鍵、齒輪和軸等零件。 含碳量在0.55%0.7%的高碳鋼具有高的強(qiáng)度和剛性，通常用于制作普通的板彈簧、螺旋彈簧和鋼絲繩。合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳鋼中加入某些合金元素冶煉而成。每一種合金元素低于2%或合金元素總量低于5%的稱為低合金鋼。每一種合金元素含量為2%5%或合金元素總含量為5%10%的稱為中合金鋼。每一種合金元素含量高于5%或合金元素總含量高于10%的稱為高合金鋼。,加入不同的合金元素可改變鋼的機(jī)械性能并具有各種特殊性質(zhì)。例如鉻能提高鋼的硬度，并在高溫時(shí)防銹耐酸；鎳使鋼具有良好的淬透性和耐磨性。但合金鋼零件一般都需經(jīng)過(guò)熱處理才能提高其機(jī)械性能；此外，合金鋼較碳

19、素鋼價(jià)格高，對(duì)應(yīng)力集中亦較敏感，因此只用于碳素鋼難于勝任工作時(shí)才考慮采用。,用碳素鋼和合金鋼澆鑄而成的鑄件稱為鑄鋼，通常用于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大的零件，但鑄鋼的液態(tài)流動(dòng)性比鑄鐵差，且其收縮率比鑄鐵件大，故鑄鋼的壁厚常大于10，其圓角和不同壁厚的過(guò)渡部分應(yīng)比鑄鐵件大。表1-1是常用的金屬材料的機(jī)械性能。,表0.1 常用鋼鐵材料的機(jī)械性能,0.5.1.3有色金屬合金 有色金屬合金具有良好的減磨性、跑合性、抗腐蝕性、抗磁性、導(dǎo)電性等特殊的性能，在工業(yè)中應(yīng)用最廣的是銅合金、軸承合金和輕合金，但有色金屬合金比黑色金屬價(jià)格貴。銅合金有青銅與黃銅之分，黃銅是銅與錫的合金，它具有很好的塑性和流動(dòng)性，能輾壓和

20、鑄造各種機(jī)械零件。青銅有錫青銅和無(wú)錫青銅兩類，它們的減摩性和抗腐蝕性均較好。軸承合金（即簡(jiǎn)稱巴氏合金）為銅、錫、鉛、銻的合金，其減磨性、導(dǎo)熱性、抗膠合性好，但強(qiáng)度低且較貴，主要用于制作滑動(dòng)軸承的軸承襯。,0.5.2 非金屬材料 非金屬材料是現(xiàn)代工業(yè)和高技術(shù)領(lǐng)域中不可缺少和占有重要地位的材料，非金屬材料包括除金屬材料以外幾乎所有的材料。機(jī)械制造中應(yīng)用的非金屬材料種類很多，有塑料、橡膠、陶瓷、木料、毛氈、皮革、棉絲等。,0.5.2.1 橡膠 橡膠富有彈性，有較好的緩沖、減振、耐熱、絕緣等性能，常用作聯(lián)軸器和減振器的彈性零件、橡膠帶及絕緣材料等。,0.5.1.2 塑料 塑料是合成高分子材料工業(yè)中生產(chǎn)

21、最早、發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的材料。塑料比重小，易制成形狀復(fù)雜的零件，而且各種不同塑料具有不同的特點(diǎn)，如耐蝕性、減摩耐磨性、絕熱性、抗振性等。常用塑料包括聚氯乙烯、聚烯烴、聚苯乙烯、酚醛和氨基塑料。工程塑料包括聚甲醛、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、尼龍、MC尼龍、氯化聚醚等。目前某些齒輪、蝸輪、滾動(dòng)軸承的保持架和滑動(dòng)軸承的軸承襯均有使用塑料制造的。一般工程塑料耐熱性能較差，而且易老化而使性能逐漸變差。,0.5.1.3 復(fù)合材料 復(fù)合材料是將兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料通過(guò)不同的工藝方法人工合成多相的復(fù)合材料，它即可以保持組成材料各自原有的一些最佳特性，又可具有組合后的新特性，這樣就可根據(jù)零

22、件對(duì)于材料性能的要求進(jìn)行材料配方的優(yōu)化組合。復(fù)合材料主要由增強(qiáng)材料和基體材料組成。還有一類是通過(guò)加入各種短纖維等的功能復(fù)合材料，如導(dǎo)電性塑料、光導(dǎo)纖維、絕緣材料等。近年來(lái)以材料的功能復(fù)合目的出發(fā)，應(yīng)用于光、熱、電、阻尼、潤(rùn)滑、生物等方面新的復(fù)合材料的不斷問(wèn)世，復(fù)合材料的應(yīng)用范圍正得到不斷的擴(kuò)大。,0.5.1.4 陶瓷 陶瓷材料具有高的熔點(diǎn)，在高溫下有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，適宜用作高溫材料。一般超耐熱合金使用的溫度界限為9501100，而陶瓷材料的使用溫度界限為12001600，因此現(xiàn)代機(jī)械裝置特別是高溫機(jī)械部分，使用陶瓷材料將是一個(gè)重要的研究方向。此外，高硬度的陶瓷材料，具有摩擦系數(shù)小、耐磨、耐化

23、學(xué)腐蝕、比重小、線膨脹系數(shù)小等特性，因此可應(yīng)用于高溫、中溫、低溫領(lǐng)域及精密加工的機(jī)械零件，也可以做電機(jī)零件。以機(jī)械裝置為代表使用的陶瓷材料叫工程陶瓷。,0.5.3 機(jī)械材料選用的原則 從各種各樣的材料中選擇出合用的材料是一項(xiàng)受到多方面因素制約的工作，通常應(yīng)考慮下面的原則：,0.5.3.1 載荷的大小和性質(zhì)，應(yīng)力的大小、性質(zhì)及其分布狀況 對(duì)于承受拉伸載荷為主的零件宜選用鋼材，承受壓縮載荷的零件應(yīng)選鑄鐵。脆性材料原則上只適用于制造承受靜載荷的零件，承受沖擊載荷時(shí)應(yīng)選擇塑性材料。 0.5.3.2 零件的工作條件 在腐蝕介質(zhì)中工作的零件應(yīng)選用耐腐蝕材料，在高溫下工作的零件應(yīng)選耐熱材料，在濕熱環(huán)境下工作

24、的零件，應(yīng)選防銹能力好的材料，如不銹鋼、銅合金等。零件在工作中有可能發(fā)生磨損之處，要提高其表面硬度，以增強(qiáng)耐磨性，應(yīng)選擇適于進(jìn)行表面處理的淬火鋼、滲碳鋼、氮化鋼。金屬材料的性能可通過(guò)熱處理和表面強(qiáng)化（如噴丸、滾壓等）來(lái)提高和改善，因此要充分利用熱處理和表面處理的手段來(lái)發(fā)揮材料的潛力。,0.5.3.3 零件的尺寸及質(zhì)量 零件尺寸的大小及質(zhì)量的好壞與材料的品種及毛坯制取方法有關(guān)，對(duì)外形復(fù)雜、尺寸較大的零件，若考慮用鑄造毛坯，則應(yīng)選用適合鑄造的材料；若考慮用焊接毛坯，則應(yīng)選用焊接性能較好的材料；尺寸小、外形簡(jiǎn)單、批量大的零件，適于沖壓和模鍛，所選材料就應(yīng)具有較好的塑性。 0.5.3.4 經(jīng)濟(jì)性 選擇

25、零件材料時(shí)，當(dāng)用價(jià)格低廉的材料能滿足使用要求時(shí)，就不應(yīng)選擇價(jià)格高的材料，這對(duì)于大批量制造的零件尤為重要。此外還應(yīng)考慮加工成本及維修費(fèi)用。為了簡(jiǎn)化供應(yīng)和儲(chǔ)存的材料品種，對(duì)于小批制造的零件，應(yīng)盡可能減少同一部設(shè)備上使用材料的品種和規(guī)格，使綜合經(jīng)濟(jì)效益最高。,0.6 許用應(yīng)力和安全系數(shù),0.6.1 載荷和應(yīng)力,圖04,載荷是指構(gòu)件或零件工作時(shí)所承受的外力。根據(jù)載荷性質(zhì)不同，可以分為靜載荷和變載荷兩類。不隨時(shí)間變化的或變化很小的載荷稱為靜載荷，在靜載荷作用下產(chǎn)生的不隨時(shí)間變化或變化很小的應(yīng)力稱為靜應(yīng)力（如圖04所示）。例如鍋爐中的壓力、擰緊螺栓引起的應(yīng)力等。,大小和方向隨時(shí)間而變化的載荷稱為變載荷。在

26、變載荷作用下產(chǎn)生的隨時(shí)間變化的應(yīng)力稱為變應(yīng)力（例如齒輪傳動(dòng)中輪齒的應(yīng)力）。典型的有：非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力、對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力和脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力三類。如圖05所示，穩(wěn)定變應(yīng)力的最大應(yīng)力為 、最小應(yīng)力為 ，其平均應(yīng)力和應(yīng)力幅分別為：,最小應(yīng)力與最大應(yīng)力之比稱為循環(huán)特征r，即：,由上述可知，變應(yīng)力參數(shù)共有五個(gè)，即：,r,已知其中兩個(gè)參數(shù)便可以求出其余參數(shù)。而循環(huán)特征參數(shù)r可以用來(lái)表示變應(yīng)力的變化情況。,圖 06,圖05,機(jī)械零件中的變應(yīng)力多數(shù)情況下可以按照對(duì)稱循環(huán)（r=1）或脈動(dòng)循環(huán)（r0）來(lái)處理。例如：轉(zhuǎn)軸中的彎曲應(yīng)力可以看作對(duì)稱循環(huán)（r=1），單向轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸中的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力r0；而一般情況下是1r1。,圖

27、07,由于靜應(yīng)力的分析和設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單一點(diǎn)，而變應(yīng)力的處理則相對(duì)麻煩，所以一般在機(jī)械設(shè)計(jì)中只要能夠滿足工程的應(yīng)用，常常將那些應(yīng)力（或載荷）變化幅度不大和變化次數(shù)較少的情況也近似地按靜應(yīng)力來(lái)處理，以簡(jiǎn)化計(jì)算。,0.6.2 零件的極限應(yīng)力,1、靜應(yīng)力下的極限應(yīng)力 在靜應(yīng)力作用下工作的機(jī)械零件，其,取決于零件的失效形式。對(duì)于脆性材料制成的零件應(yīng)防止發(fā)生斷裂，通常取材料的強(qiáng)度極限,作為極限應(yīng)力，即,；當(dāng)采用塑性材料制成零件時(shí)，應(yīng)防止產(chǎn)生過(guò)大的塑性變形，通常取材料的屈服極限作為極限應(yīng)力，即,2、變應(yīng)力下的極限應(yīng)力 在變應(yīng)力下長(zhǎng)期工作的零件，其,取決于材料的疲勞斷裂，而疲勞斷裂是一種損傷積累，它會(huì)在遠(yuǎn)低于強(qiáng)

28、度極限的應(yīng)力下，突然斷裂而無(wú)明顯得塑性變形，這時(shí)的應(yīng)力稱為疲勞極限應(yīng)力（和稱為持久極限）。,和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N之間關(guān)系的疲勞曲線。,如圖0-8所示，表示應(yīng)力,從圖中可以看出，應(yīng)力越小，零件材料經(jīng)受的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)也就越多。對(duì)于一般的鐵碳合金來(lái)說(shuō)，當(dāng)循環(huán)次數(shù)N 超過(guò)某一N0值以后，曲線趨于水平。此時(shí)，疲勞極限不再隨N地增加而降低，N0稱作循環(huán)基數(shù)，對(duì)應(yīng)于N0的應(yīng)力稱為材料的持久極限。 在對(duì)稱循環(huán)（r=1）應(yīng)力作用下，取其,作為極限應(yīng)力；在脈動(dòng)循環(huán)（r0）應(yīng)力作用下，取其持久極限,作為極限應(yīng)力。,設(shè)計(jì)安全系數(shù)S是為了考慮一系列不定因素而取定的一個(gè)大于1的常數(shù)。對(duì)于一般通用零件，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在設(shè)計(jì)規(guī)范中都給

29、出了S的范圍。同時(shí)，我們需要注意，不同的行業(yè)會(huì)有不同的要求，在走上工作崗位后，我們必須將行業(yè)的要求與通用的方法結(jié)合起來(lái)進(jìn)行選擇。 選擇安全系數(shù)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)材料、工作條件、應(yīng)力計(jì)算等方面進(jìn)行綜合考慮。 如果沒(méi)有規(guī)范可以參考，一般情況下可?。篠=1.254。 也可以按照下表來(lái)選?。?0.6.3、許用應(yīng)力和安全系數(shù),四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單工作原理,四沖程汽油機(jī)的工作原理 1、進(jìn)氣行程 2、壓縮行程 3、作功行程 4、排氣行程,單缸四沖程汽油機(jī)的工作過(guò)程,補(bǔ)充自學(xué)部分（有興趣的可以看）,進(jìn)氣行程,示功圖：表示活塞在不同位置時(shí)氣缸內(nèi)氣體壓力的變化情況。,排氣門(mén)關(guān)閉,進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟,活塞,溫度370440 K，

30、壓力7590 kPa,大氣壓力線,P,V,r,a,示功圖,上止點(diǎn),下止點(diǎn),壓縮行程,進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉,排氣門(mén)關(guān)閉,活塞,壓縮比： =Va/Vc,P,V,r,a,示功圖,大氣壓力線,c,上止點(diǎn),下止點(diǎn),溫度600800K， 壓力6001500 kPa,作功行程,進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉,排氣門(mén)關(guān)閉,活塞,P,V,r,a,示功圖,大氣壓力線,c,Z,b,上止點(diǎn),下止點(diǎn),瞬時(shí)最高：溫度22002800 K， 壓力35MPa,作功終了：溫度15001700 K， 壓力300500 kPa,排氣行程,進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉,排氣門(mén)打開(kāi),活塞,P,V,r,示功圖,大氣壓力線,c,Z,b,上止點(diǎn),下止點(diǎn),溫度9001200 K 壓力105125 kPa,殘余廢氣,