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1、第第9 9章章 機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論 機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述 9.1 機(jī)械零件的強(qiáng)度機(jī)械零件的強(qiáng)度 9.2 機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度 9.3 機(jī)械零件的耐磨性機(jī)械零件的耐磨性 9.4 機(jī)械制造常用材料及其選擇機(jī)械制造常用材料及其選擇 9.5 機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)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(jī)械零件設(shè)計(jì)概述機(jī)械零件設(shè)計(jì)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(qiáng)度、剛度、耐磨性、穩(wěn)定性和主要的為強(qiáng)度、剛度、耐磨性、穩(wěn)定性和溫度的

2、影響等幾個(gè)方面的問題。溫度的影響等幾個(gè)方面的問題。 零件的設(shè)計(jì)常按下列步驟進(jìn)行：擬定零零件的設(shè)計(jì)常按下列步驟進(jìn)行：擬定零件的計(jì)算簡(jiǎn)圖；確定作用在零件上的載件的計(jì)算簡(jiǎn)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(yīng)的判定條件，確定零件的形狀和主要尺應(yīng)的判定條件，確定零件的形狀和主要尺寸。應(yīng)當(dāng)注意，零件尺寸的計(jì)算值一般并寸。應(yīng)當(dāng)注意，零件尺寸的計(jì)算值一般并不是最終采用的數(shù)值，設(shè)計(jì)者還要根據(jù)制不是最終采用的數(shù)值，設(shè)計(jì)者還要根據(jù)制造零件的工藝要求和標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)格加以圓整；造零件的工藝要求和標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)格加以圓整；繪制工作圖

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

4、材料制成的零件，應(yīng)取強(qiáng)對(duì)于用脆性材料制成的零件，應(yīng)取強(qiáng)度極限度極限 B作為極限應(yīng)力，其許用應(yīng)力為作為極限應(yīng)力，其許用應(yīng)力為 BS1疲勞曲線疲勞曲線 2許用應(yīng)力許用應(yīng)力 9.2.3 變應(yīng)力下的許用應(yīng)力變應(yīng)力下的許用應(yīng)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(yīng)力下，塑性材料以屈服極限為極限靜應(yīng)力下，塑性材料以屈服極限為極限應(yīng)力。由于塑性材料可以緩和過大的局部應(yīng)力。由于塑性材料可以緩和過大的局部應(yīng)力，故可取安全系數(shù)應(yīng)力，故可取安全系數(shù)S=1.21.5；對(duì)于；對(duì)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(yīng)力下，脆性材料以強(qiáng)度極限為極限靜應(yīng)力下，脆性材料以強(qiáng)度極限為極限應(yīng)力，這時(shí)應(yīng)取較大的安全系數(shù)。例如，應(yīng)力，這時(shí)應(yīng)取較大的安全系數(shù)。例如，對(duì)于高強(qiáng)度鋼或鑄鐵件，可取對(duì)于高強(qiáng)度鋼或鑄鐵件，可取S=34。 變應(yīng)力下，以疲勞極限作為極限應(yīng)力，變應(yīng)力下，以疲勞極限作為極限應(yīng)力，可取可取S=1.31.7；若材料不夠均勻、計(jì)算；若材料不夠均勻、計(jì)算不夠精確時(shí)，可取不夠精確時(shí)，可取S=1.72.5。 通常，零件受載時(shí)是在較大的體積內(nèi)通常，零件受載時(shí)是在較大的體積內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，這種應(yīng)力狀態(tài)下的零件強(qiáng)度稱產(chǎn)生應(yīng)力，這種應(yīng)力狀態(tài)下的零件強(qiáng)度稱整體強(qiáng)度。整體強(qiáng)度。 9.3 9.

6、3 機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度 圖圖9-7 疲勞點(diǎn)蝕疲勞點(diǎn)蝕 圖圖9-8 兩圓柱體的接觸應(yīng)力兩圓柱體的接觸應(yīng)力 磨損現(xiàn)象是相當(dāng)復(fù)雜的，有物理、化磨損現(xiàn)象是相當(dāng)復(fù)雜的，有物理、化學(xué)和機(jī)械等方面原因。下面對(duì)機(jī)械中磨損學(xué)和機(jī)械等方面原因。下面對(duì)機(jī)械中磨損的主要類型作一簡(jiǎn)略介紹。的主要類型作一簡(jiǎn)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(diǎn)蝕）疲勞磨損（點(diǎn)蝕） 4腐蝕磨損腐蝕磨損 9.4 9.4 機(jī)械零件的耐磨性機(jī)械零件的耐磨性 機(jī)械制造中最常用的材料是鋼和鑄鐵，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、其次是有色金屬合金。非金

7、屬材料如塑料、橡膠等，在機(jī)械制造中也具有獨(dú)特的使用橡膠等，在機(jī)械制造中也具有獨(dú)特的使用價(jià)值。價(jià)值。 9.5 9.5 機(jī)械制造常用材料及其選擇機(jī)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(jī)器是由零件裝配而成的。大規(guī)模生機(jī)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(shí)不產(chǎn)要求零件具有互換性，以便在裝配時(shí)不需要選擇和附加加工，就能達(dá)到預(yù)期的技需要選擇和附加加工，就能達(dá)

8、到預(yù)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(xì)而凸凹不平的刀痕。下的微細(xì)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(hào)、直徑、轉(zhuǎn)速、優(yōu)先數(shù)系是用來使型號(hào)、直徑、轉(zhuǎn)速、承載量和功率

9、等量值得到合理的分級(jí)，這承載量和功率等量值得到合理的分級(jí)，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(jiǎn)單合理）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理 （3）規(guī)定適當(dāng)?shù)闹圃炀燃氨砻娲郑┮?guī)定適當(dāng)?shù)闹圃炀燃氨砻娲植诙炔诙?9.7 9.7 機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化本身包括三個(gè)方面的含義：產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化本身包括三個(gè)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(shí)現(xiàn)通聯(lián)軸器和減速器等），經(jīng)過統(tǒng)一后實(shí)現(xiàn)通用互換；用互換； 9.7.2 標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)化 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)、加工工藝、裝配穩(wěn)定，就

11、必須做好設(shè)計(jì)、加工工藝、裝配檢驗(yàn)，甚至包裝儲(chǔ)運(yùn)等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化。這檢驗(yàn)，甚至包裝儲(chǔ)運(yùn)等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化。這樣，才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之樣，才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。地。 對(duì)產(chǎn)品實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化具有重大的意義：對(duì)產(chǎn)品實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化具有重大的意義：在制造上可以實(shí)行專業(yè)化大量生產(chǎn)，既可在制造上可以實(shí)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(shè)計(jì)方提高產(chǎn)品質(zhì)量，又能降低成本；在設(shè)計(jì)方面可減少設(shè)計(jì)工作量；在管理維修方面，面可減少設(shè)計(jì)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。可減少庫存量和便于更換損壞的零件。 為了增強(qiáng)在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力，我為了增強(qiáng)在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力，我國(guó)鼓勵(lì)積極采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)鼓勵(lì)積極采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。近年發(fā)布的我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，許多都采用了近年發(fā)布的我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，許多都采用了相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)人員必須熟悉現(xiàn)行相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)人員必須熟悉現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。一般機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)及機(jī)械工的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。一般機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)及機(jī)械工程手冊(cè)（以后簡(jiǎn)稱手冊(cè)）中都收錄摘編了程手冊(cè)（以后簡(jiǎn)稱手冊(cè)）中都收錄摘編了常用的標(biāo)準(zhǔn)和資料，以供查閱。常用的標(biāo)準(zhǔn)和資料，以供查閱。