机械设计总论实用教案

会计学1机械设计总论机械设计总论(zn ln)第一页，共59页。在学习机械设计课程之初，有必要对机械的组成(z chn)、机械的基本要素有一个感性的认识。下面先看几个例子。典型典型(dinxng)(dinxng)机械实例机械实例：机械机械(jxi)(jxi)控制式控制式电气控制式电气控制式模糊控制式模糊控制式除了控制方式以外，上述三种洗衣机的主要传动系统没有很大的差别。除了控制方式以外，上述三种洗衣机的主要传动系统没有很大的差别。全自动洗衣机；全自动洗衣机；减速器；减速器；工业机器人。工业机器人。潘存云教授研制全自动洗衣机；全自动洗衣机；1 11 1 机器的组成及典型机械介绍机器的组成及典型机械介绍第1页/共58页第二页，共59页。自动自动(zdng)(zdng)洗衣机的组成洗衣机的组成：上盖上盖控制面板控制面板进水口进水口排水管排水管外箱体外箱体盛水桶盛水桶(shu tn)支撑支撑(zh chng)拉拉杆杆脱水桶脱水桶电动机电动机带传动带传动减速器减速器波轮波轮第2页/共58页第三页，共59页。洗涤：洗涤：A A制动，制动，B B放开，运动经电动机、带传动、中心齿轮、放开，运动经电动机、带传动、中心齿轮、行星轮、行星架、带动波轮行星轮、行星架、带动波轮(b ln)(b ln)旋转。旋转。脱水：脱水：A A放开，放开，B B制动，运动经电动机、带传动、内齿圈（脱水桶制动，运动经电动机、带传动、内齿圈（脱水桶）、中心齿轮）、中心齿轮(chln)(chln)、行星架，波轮与脱水桶等速旋转、行星架，波轮与脱水桶等速旋转。AB 洗衣机系统简图洗衣机系统简图带传动带传动脱水桶脱水桶波轮波轮自动自动(zdng)(zdng)洗衣机的工作原洗衣机的工作原理：理：第3页/共58页第四页，共59页。典型典型(dinxng)(dinxng)机械实例：机械实例：减速器减速器 潘存云教授研制第4页/共58页第五页，共59页。典型机械典型机械(jxi)(jxi)实例：实例：工业工业(gngy)机器人机器人第5页/共58页第六页，共59页。潘存云教授研制典型典型(dinxng)(dinxng)机械实例机械实例：工业工业(gngy)机器人机器人第6页/共58页第七页，共59页。典型机械典型机械(jxi)(jxi)实例：实例：潘存云教授研制工业工业(gngy)机器人机器人第7页/共58页第八页，共59页。典型机械典型机械(jxi)(jxi)实例：实例：潘存云教授研制工业工业(gngy)机器人机器人第8页/共58页第九页，共59页。典型典型(dinxng)(dinxng)机械实例机械实例：潘存云教授研制工业工业(gngy)机器人机器人第9页/共58页第十页，共59页。潘存云教授研制潘存云教授研制示教盒用于输入示教盒用于输入(shr)(shr)控制命令控制命令或控制程序。或控制程序。控制系统控制系统(kn zh (kn zh x tn)x tn)用于控制操用于控制操作机各关节内伺服电作机各关节内伺服电机的运动。机的运动。工业工业(gngy)(gngy)机器人的组成机器人的组成 操作手在控制系统操作手在控制系统的指挥下，完成各的指挥下，完成各种复杂的作业。种复杂的作业。示教盒（编程器）示教盒（编程器）控制系统控制系统 操作手操作手 第10页/共58页第十一页，共59页。典型典型(dinxng)(dinxng)机械实例：机械实例：全自动洗衣机；全自动洗衣机；减速器；减速器；工业工业(gngy)(gngy)机器人机器人由以上由以上(yshng)(yshng)实例，可归纳得出：实例，可归纳得出：润滑、显示、照明等辅助系统原动机传动装置执行机构控制系统 传动装置传动装置在原动机与执行机构之间传递运动、转换运动方在原动机与执行机构之间传递运动、转换运动方式的装置。机械传动装置是本课程研究的主要内容之一。式的装置。机械传动装置是本课程研究的主要内容之一。 机 器第11页/共58页第十二页，共59页。定义：定义： GB10853-89 GB10853-89 机器理论与机构学术语机器理论与机构学术语 机器是执行机器是执行(zhxng)(zhxng)机械运动的装置，用来变换机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料、信息。或传递能量、物料、信息。 机构是用来传递运动和力的、有一个构件为机架的机构是用来传递运动和力的、有一个构件为机架的、用构件间能够相对运动的连接方式组成的构件系统。、用构件间能够相对运动的连接方式组成的构件系统。设计机器的一般程序设计机器的一般程序对机器的主要要求对机器的主要要求教材教材(jioci)P5(jioci)P5表表2-12-1使用功能要求使用功能要求 经济性要求经济性要求 劳保环保要求劳保环保要求 寿命可靠性要寿命可靠性要求其他专用要求其他专用要求求第12页/共58页第十三页，共59页。教材与参考书教材濮良贵，纪名刚. 机械(jxi)设计. 8版. 北京：高等教育出版社，2006.机械(jxi)设计课程设计图册、机械(jxi)设计课程设计指导书 手册机械(jxi)设计手册参考书1. 吴宗泽. 机械(jxi)设计. 北京：高等教育出版社，2001.2.机械(jxi)设计（第四版）邱宣怀等主编 高教出版社3.机械(jxi)创新设计 黄纯颖 主编 高等教育出版社第13页/共58页第十四页，共59页。国外机械龙头企业：美国卡特彼勒公司成立于1925年，是世界上最大的工程机械和矿山设备生产厂家、燃气发动机和工业用燃气轮机生产厂家之一，也是世界上最大的柴油机厂家之一。 沃尔沃集团成立于1927年，是世界最大的卡车、客车及建筑设备的生产商之一，在海洋及工业能源系统方面和飞机发动机元件领域占有领先地位。JCB拥有挖掘装载机(BackhoeLoader，俗称“两头忙”)、伸缩臂式叉装机、履带式和轮式挖掘机、轮式装载机、工地叉车(chch)、滑移式装载机、小型挖掘机、自卸车、高速拖拉机等300多个产品系列。小松工程机械有限公司工程机械、特种工程机械、进口工程机械、地下工程机械、产业机械第14页/共58页第十五页，共59页。国内机械行业强大的股份公司：沪东重机（船用柴油机） 、风帆股份（保定）、三一重工（长沙）、太原重工、徐工科技、经纬纺机（北京）、石油济柴（济南）、柳工机械 江钻股份（武汉）、中核科技（苏阀）、 秦川发展（秦川机床）天地科技（北京煤业）石油机械：北石、兰石、宝石、江汉(jin hn)四机、南阳二机、胜利高原、山东墨龙、德州联合、江苏金石、天津奥凯、牡丹江第15页/共58页第十六页，共59页。社会社会(shhu)需求需求设计设计(shj)任务任务方案设计方案设计结构设计结构设计编制技术文件编制技术文件第16页/共58页第十七页，共59页。第17页/共58页第十八页，共59页。可靠性可靠性平均无故障工作平均无故障工作时间时间安全性安全性意外情况下对人意外情况下对人和设备进行保护和设备进行保护其他要求其他要求运输，安装，调运输，安装，调整整第18页/共58页第十九页，共59页。连续运动变换为往复运连续运动变换为往复运动动第19页/共58页第二十页，共59页。第20页/共58页第二十一页，共59页。第21页/共58页第二十二页，共59页。第22页/共58页第二十三页，共59页。第23页/共58页第二十四页，共59页。第24页/共58页第二十五页，共59页。第25页/共58页第二十六页，共59页。第26页/共58页第二十七页，共59页。AAA-A放大第27页/共58页第二十八页，共59页。一、几个一、几个(j )(j )名名词：词：1 1）失效：机械零件由于某种原因不能正常）失效：机械零件由于某种原因不能正常(zhngchng)(zhngchng)工作，称为失效。工作，称为失效。注意注意(zh y)(zh y)： a) a) 失效并不单纯指破坏，破坏只是失效的形式之失效并不单纯指破坏，破坏只是失效的形式之一。一。 机械零件的可能失效形式很多，归纳起来主要有强机械零件的可能失效形式很多，归纳起来主要有强度、刚度、耐磨性、振动稳定性以及温度等方面的失效。度、刚度、耐磨性、振动稳定性以及温度等方面的失效。 b) b) 同一种零件可能的失效形式往往有若干种同一种零件可能的失效形式往往有若干种。 例如：轴在工作中可能产生断裂、过大弹性变形、共振例如：轴在工作中可能产生断裂、过大弹性变形、共振等失效。等失效。 机械零件失效的主要形式：整体断裂、过机械零件失效的主要形式：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏、破坏正常工作条大的残余变形、零件的表面破坏、破坏正常工作条件引起的失效（教材件引起的失效（教材P10P10）1 12 2 机械零件的计算准则机械零件的计算准则第28页/共58页第二十九页，共59页。机械零件失效机械零件失效(sh xio)(sh xio)实例：实例：潘存云教授研制轮齿塑性变形轮齿塑性变形潘存云教授研制齿轮轮齿折断齿轮轮齿折断 潘存云教授(jioshu)研制轴承轴承(zhuchng)(zhuchng)外圈塑性变形外圈塑性变形潘存云教授研制齿面接触疲劳点蚀齿面接触疲劳点蚀潘存云教授研制轴瓦磨损轴瓦磨损潘存云教授研制轴承内圈破裂轴承内圈破裂 第29页/共58页第三十页，共59页。一、几个一、几个(j )(j )名名词：词：2 2）工作能力：）工作能力： 即机械零件在一定即机械零件在一定(ydng)(ydng)条件下条件下抵抗失效的能力。抵抗失效的能力。3 3）承载能力：）承载能力： 对载荷而言的工作能力。（也就是对载荷而言的工作能力。（也就是(jish)(jish)用载荷表示的工作能力）用载荷表示的工作能力）4 4）工作能力计算准则：工作能力计算准则： 为防止机械零件发生某种失效为防止机械零件发生某种失效而应满足的条件。而应满足的条件。（也可以理解为是机械零件不发生失效的（也可以理解为是机械零件不发生失效的“安全件安全件”， 是是设计零件时的理论依据）。设计零件时的理论依据）。第30页/共58页第三十一页，共59页。 为了防止为了防止(fngzh)(fngzh)机械零件在工作中产生失效，机械零件在工作中产生失效，设计设计 时，需要以零件的工作能力计算准则为依据进时，需要以零件的工作能力计算准则为依据进行必要的计算，常用的理论计算方法（过程）有两种：行必要的计算，常用的理论计算方法（过程）有两种： 5 5）设计计算：先分析零件的可能失效形式，根据该）设计计算：先分析零件的可能失效形式，根据该失效形式的计算准则通过计算确定零件的结构失效形式的计算准则通过计算确定零件的结构(jigu)(jigu)尺寸。尺寸。 6 6）校核计算：校核计算：先确定零件的结构尺寸，然后再验先确定零件的结构尺寸，然后再验算零件是否满足计算准则。如不满足，则应修改算零件是否满足计算准则。如不满足，则应修改零件的尺寸。零件的尺寸。 除除理论设计理论设计方法外，机械零件常规的设计方法还方法外，机械零件常规的设计方法还有有经验设计经验设计、模型试验设计模型试验设计。（教材。（教材P16P16）第31页/共58页第三十二页，共59页。 为了防止机械零件在工作中产生失效，设计时，为了防止机械零件在工作中产生失效，设计时，需要以零件的工作能力计算需要以零件的工作能力计算(j sun)(j sun)准则为依据进准则为依据进行必要的计算行必要的计算(j sun)(j sun)。机械零件的设计准则大体。机械零件的设计准则大体有：有： 强度强度(qingd)(qingd)准则准则 刚度准则刚度准则 寿命准则寿命准则 振动稳定性准则振动稳定性准则 可靠性准则可靠性准则 摩擦学准则摩擦学准则第32页/共58页第三十三页，共59页。二、载荷二、载荷(zi h)(zi h)和应力和应力1 1 载荷载荷(zi h)(zi h)由于由于(yuy)(yuy)运动中产生的惯性力和冲击等引起的载荷称为动载荷。运动中产生的惯性力和冲击等引起的载荷称为动载荷。 静载荷静载荷变载荷变载荷按是否随时间变化，载荷分为按是否随时间变化，载荷分为：按是否考虑动载荷的影响，载荷分为：按是否考虑动载荷的影响，载荷分为：名义载荷名义载荷：在理想平稳条件下所受的载荷（不考虑动载荷的影响）在理想平稳条件下所受的载荷（不考虑动载荷的影响）计算载荷计算载荷载荷系数载荷系数K K名义载荷（代表机器或零件实际所受载荷）名义载荷（代表机器或零件实际所受载荷） 载荷系数载荷系数K K：用于计入在实际工作中受到的各种动载荷的影响。：用于计入在实际工作中受到的各种动载荷的影响。额定载荷：额定载荷： 由原动机的额定功率推算出的载荷。由原动机的额定功率推算出的载荷。第33页/共58页第三十四页，共59页。2 2 应力应力(yngl)(yngl)应力应力(yngl)(yngl)分分为为静应力 变应力2minmaxm2minmaxas smaxmax最大应力；最大应力； s sminmin最小应力最小应力s sm m平均应力；平均应力； s sa a应力幅值应力幅值r r 应力比（循环特性）应力比（循环特性）maxminr变应力 应力应力与外载荷、零件的截面形状与外载荷、零件的截面形状有关有关 强度强度与材料本身的机械性能有关，而与外载荷、截面形状等与材料本身的机械性能有关，而与外载荷、截面形状等无关无关。 强度：指机械零件工作时抵抗破坏（断裂或塑性变形）的能力强度：指机械零件工作时抵抗破坏（断裂或塑性变形）的能力。 第34页/共58页第三十五页，共59页。 o ot t应应力力(y(ynglngl)静应力静应力(yngl(yngl) )变应力变应力(yngl(yngl) )稳定循环变应力稳定循环变应力非稳定循环变应力非稳定循环变应力脉动循环应力脉动循环应力对称循环应力对称循环应力非对称循环应力非对称循环应力规律性非稳定循环变应力规律性非稳定循环变应力随机性非稳定循环变应力随机性非稳定循环变应力第35页/共58页第三十六页，共59页。 规律性规律性 随机性随机性周期周期尖峰应力尖峰应力 o ot t应应力力(y(ynglngl)静应力静应力(yngl(yngl)变应力变应力(yngl(yngl) )稳定循环变应力稳定循环变应力非稳定循环变应力非稳定循环变应力脉动循环应力脉动循环应力对称循环应力对称循环应力非对称循环应力非对称循环应力规律性非稳定循环变应力规律性非稳定循环变应力随机性非稳定循环变应力随机性非稳定循环变应力第36页/共58页第三十七页，共59页。最大应力最大应力(yngl)：最小应力最小应力(yngl)：应力应力(yngl)幅：幅：平均应力平均应力(yngl)：maxmin2/)(minmaxa2/)(minminm循环循环(xnhun)特特性（应力比）性（应力比）：maxminr1r脉动循环应力：脉动循环应力：静应力：静应力：0r1r非对称循环应力：非对称循环应力：11r对称循环应力：对称循环应力：第37页/共58页第三十八页，共59页。对称循环应力对称循环应力r r = -1= -1、 s sm m0 0脉动循环应力脉动循环应力 r r=0=0、 s sminmin0 0静应力静应力 r r=1=1静应力（可看作是循环静应力（可看作是循环(xnhun)(xnhun)应力的一个特例）应力的一个特例）注：静应力只在静载荷作用下产生注：静应力只在静载荷作用下产生(chnshng)(chnshng)，循环应力，循环应力可由变载荷产生可由变载荷产生(chnshng)(chnshng)，也可由静载荷产生，也可由静载荷产生(chnshng)(chnshng)。（承受静载荷的回转运动或周期运动的零件将产生（承受静载荷的回转运动或周期运动的零件将产生(chnshng)(chnshng)变应力）变应力）另外另外(ln wi)(ln wi)，应力还分为应力还分为名义应力：根据名义载荷求得的应名义应力：根据名义载荷求得的应力力计算应力：根据计算载荷求得的应力计算应力：根据计算载荷求得的应力第38页/共58页第三十九页，共59页。三、强度三、强度(qingd)(qingd)准则准则强度：指机械零件工作时抵抗破坏强度：指机械零件工作时抵抗破坏(phui)(phui)（断裂或塑性变形）的（断裂或塑性变形）的能力。能力。 强度条件有两种表示方法：强度条件有两种表示方法：1 1） 用应力表示：用应力表示： Slim2 2）用安全系数表示：）用安全系数表示：SSlimS式中：式中：计算最大应力计算最大应力lim极限应力极限应力计算安全系数计算安全系数SS许用应力许用应力许用安全系数许用安全系数注：对于切应力，只须将上述各公式中的注：对于切应力，只须将上述各公式中的 换成换成 即可。即可。第39页/共58页第四十页，共59页。1 1 静应力静应力(yngl)(yngl)下的强度下的强度 在静应力下工作的零件在静应力下工作的零件(ln jin)(ln jin)，其可能的失效，其可能的失效形式是塑性变形或断裂。材料种类不同，所取极限应力也形式是塑性变形或断裂。材料种类不同，所取极限应力也不同。不同。塑性材料塑性材料 单向应力状态：单向应力状态： slimslim，复合应力状态：复合应力状态： 按第三或第四强度理论计算当量应力。按第三或第四强度理论计算当量应力。脆性材料脆性材料 单向应力状态：单向应力状态： ，blimblim复合应力状态：复合应力状态： 按第一强度理论计算当量应力。按第一强度理论计算当量应力。 注：注：1 1）对于塑性材料和组织不均匀的材料（如灰铸铁），在计算静强度时，）对于塑性材料和组织不均匀的材料（如灰铸铁），在计算静强度时，可不考虑应力集中的影响。可不考虑应力集中的影响。 2 2）对于组织均匀的低塑性材料（如淬火钢），在计算静强度时，应考虑应）对于组织均匀的低塑性材料（如淬火钢），在计算静强度时，应考虑应力集中的影响。力集中的影响。第40页/共58页第四十一页，共59页。2 2 循环循环(xnhun)(xnhun)应力下应力下的强度的强度计算变应力下的强度时，应取计算变应力下的强度时，应取 疲劳极限疲劳极限 （详见第三章）。（详见第三章）。 limrN3 3 许用安全系许用安全系数数 S 过大，则机器会过于笨重；过小，可能不安全。过大，则机器会过于笨重；过小，可能不安全。因此因此(ync)(ync)，在保证安全的前提下，应尽可能选用较小的许用安，在保证安全的前提下，应尽可能选用较小的许用安全系数。全系数。 的取值主要受下列因素的影响：的取值主要受下列因素的影响：SS 1 1）计算的准确性；计算的准确性； 2 2）材料的均匀性；）材料的均匀性； 3 3）零件的重要性。）零件的重要性。第41页/共58页第四十二页，共59页。 对于高副零件，理论上是点、线接触，但实际上在载荷作用对于高副零件，理论上是点、线接触，但实际上在载荷作用下材料发生弹性变形后，理论上的点、线接触变成了很小的面接下材料发生弹性变形后，理论上的点、线接触变成了很小的面接触，在接触处局部会产生很高的应力，这样的应力称为表面接触触，在接触处局部会产生很高的应力，这样的应力称为表面接触应力，用应力，用 表示。表示。 H的大小用赫兹公式计算，公式见教材的大小用赫兹公式计算，公式见教材 P35P35。H4 4 表面表面(biomin)(biomin)接触疲劳强接触疲劳强度度 122212121111HFBEE第42页/共58页第四十三页，共59页。接触循环应力作用下的接触循环应力作用下的失效形式失效形式是：是：疲劳点蚀疲劳点蚀（简称点蚀）（简称点蚀）。点蚀的危害点蚀的危害： 1 1）破坏零件的光滑表面，引起振动和噪音。）破坏零件的光滑表面，引起振动和噪音。 2 2）减小零件的有效工作面积。）减小零件的有效工作面积。 实际实际(shj)(shj)中的高副零件所受的接触应力都是循环变化的。如齿轮中的高副零件所受的接触应力都是循环变化的。如齿轮的轮齿，接触啮合时受应力作用，脱离啮合时不受应力作用。的轮齿，接触啮合时受应力作用，脱离啮合时不受应力作用。 在接触循环应力作用下的强度称为在接触循环应力作用下的强度称为表面接触疲劳强度表面接触疲劳强度。强度条件为：。强度条件为： HH第43页/共58页第四十四页，共59页。5 5 表面挤压表面挤压(j y)(j y)强度强度 两零件之间为面接触时，在载荷作用下，接触表面两零件之间为面接触时，在载荷作用下，接触表面 上产生的应力上产生的应力(yngl)(yngl)称为挤压应力称为挤压应力(yngl)(yngl)，用，用 表示表示。 p 在挤压在挤压(j y)(j y)应力作用下的强度称为挤压应力作用下的强度称为挤压(j y)(j y)强度强度，其强度条件为：，其强度条件为： pp 挤压应力作用下，接触面的失效形式是挤压应力作用下，接触面的失效形式是“压溃压溃” 。注：相互挤压表面上的挤压应力相等。注：相互挤压表面上的挤压应力相等。第44页/共58页第四十五页，共59页。四、刚度四、刚度(n d)(n d)准则准则 刚度是指机械零件在载荷作用刚度是指机械零件在载荷作用(zuyng)(zuyng)下抵抗弹性变形下抵抗弹性变形的能力。如果零件的刚度不足，有些零件则会因为产生过大的的能力。如果零件的刚度不足，有些零件则会因为产生过大的弹性变形而失效。弹性变形而失效。 如：机床主轴的弹性变形过大将会影响所加工工件的精度。如：机床主轴的弹性变形过大将会影响所加工工件的精度。刚度条件：刚度条件：实际变形量实际变形量 y y 许用变形量许用变形量 y y式中：实际变形量可用相关理论计算或由实验方法确定。式中：实际变形量可用相关理论计算或由实验方法确定。许用变形量许用变形量y y是保证正常工作所允许的变形量。是保证正常工作所允许的变形量。 注：注：1 1）零件材料的弹性模量）零件材料的弹性模量E E越大，则其刚度越大。越大，则其刚度越大。 2 2）用合金钢代替碳钢能提高零件的强度，但不能提高零件的刚度。）用合金钢代替碳钢能提高零件的强度，但不能提高零件的刚度。 第45页/共58页第四十六页，共59页。五、振动五、振动(zhndng)(zhndng)稳稳定性准则定性准则 当作用在零件上的周期性外力的变化频率当作用在零件上的周期性外力的变化频率(pnl)(pnl)与零件的自激与零件的自激振动频率振动频率(pnl)(pnl)（固有频率（固有频率(pnl)(pnl)）接近或者相等时，便发生共）接近或者相等时，便发生共振，导致零件失效。这种现象称之为振，导致零件失效。这种现象称之为“失去振动稳定性失去振动稳定性”。 振动稳定性准则：振动稳定性准则：使零件的自激振动频率使零件的自激振动频率f f 远离外力变化远离外力变化 的频的频率率 。 即即 0.85f0.85f 或或 1.151.15f fpfpfpf改善振动稳定性的方法：改善振动稳定性的方法： 改变零件或系统的刚性，改变支承位置，增加或减少辅改变零件或系统的刚性，改变支承位置，增加或减少辅助支承等来改变助支承等来改变 f f ； 隔离激振源、采用阻尼以减小受激振动零件的振幅等隔离激振源、采用阻尼以减小受激振动零件的振幅等。第46页/共58页第四十七页，共59页。六、寿命六、寿命(shumng)(shumng)准则准则 影响寿命的主要因素影响寿命的主要因素腐蚀、磨损、疲劳；腐蚀、磨损、疲劳； 目前腐蚀、磨损寿命的计算方法尚不成熟。关于疲劳寿命，目前腐蚀、磨损寿命的计算方法尚不成熟。关于疲劳寿命，通常是求出使用寿命时的疲劳极限或额定载荷来作为通常是求出使用寿命时的疲劳极限或额定载荷来作为(zuwi)(zuwi)依依据，下节再做介绍。据，下节再做介绍。七、可靠性准则七、可靠性准则(zhnz)(zhnz)可靠度可靠度 R R工作时间工作时间 t t失效率失效率 t 0ttRe失效率曲线失效率曲线（浴盆曲线）（浴盆曲线）第47页/共58页第四十八页，共59页。即即 压强不超过压强不超过(chogu)(chogu)许用值许用值 p p p p 速度不超过速度不超过(chogu)(chogu)许用值许用值 V V 压强与速度乘积不超过压强与速度乘积不超过(chogu)(chogu)许用值许用值 p p p p 八、摩擦学准则八、摩擦学准则(zhnz) (zhnz) （耐磨性计算）（耐磨性计算） 到目前为止对于磨损失效还没有一个完善的计算方法。通到目前为止对于磨损失效还没有一个完善的计算方法。通常只进行条件性计算，通过限制影响磨损的主要因素防止常只进行条件性计算，通过限制影响磨损的主要因素防止(fngzh)(fngzh)产生过大的磨损量。产生过大的磨损量。 注：限制注：限制 p p 值就是间接的限制因摩擦而产生的热量，防值就是间接的限制因摩擦而产生的热量，防止温度过高。止温度过高。第48页/共58页第四十九页，共59页。“机械零件的材料及其选用机械零件的材料及其选用(xunyng)”在工程材料中已在工程材料中已学过，本节要求大家自学。学过，本节要求大家自学。P17-19 了解了解(lioji)(lioji)机械零件常用材料及其力学性能机械零件常用材料及其力学性能； 机械零件材料选择的原则及其应用：机械零件材料选择的原则及其应用：载荷及应力的大小和性质载荷及应力的大小和性质 零件的工作情况零件的工作情况 零件的结构及加工性零件的结构及加工性 材料的经济性材料的经济性 零件的尺寸及重量零件的尺寸及重量 选材的一般原则选材的一般原则 1 13 3 机械零件的材料及选用机械零件的材料及选用第49页/共58页第五十页，共59页。低碳钢低碳钢 (08F)(08F)中碳钢中碳钢 (45)(45)高碳钢高碳钢 (60)(60)合金钢合金钢 (1Cr18(1Cr18）黑色金属黑色金属钢钢金属材料金属材料铸铁铸铁灰铸铁灰铸铁 (TH300)(TH300)球墨铸铁球墨铸铁(QT500-5)(QT500-5)有色金属有色金属铝合金铝合金 (LY12)(LY12)铜合金铜合金 (ZCuSn10P1)(ZCuSn10P1)高分子材料高分子材料塑料塑料橡胶橡胶合成纤维合成纤维陶瓷材陶瓷材料料高温结构陶瓷高温结构陶瓷刀具结构陶瓷刀具结构陶瓷复合材复合材料料第50页/共58页第五十一页，共59页。表表1 1 常用常用(chn yn)(chn yn)钢铁材料的牌号及力学性钢铁材料的牌号及力学性能能材材 料料 力力 学学 性性 能能 试件尺寸试件尺寸类类 别别 牌牌 号号 强度极限强度极限B B 屈服极限屈服极限S S 延伸率延伸率% mm% mmQ215 335410 215 31 碳素碳素结构钢结构钢Q235 375460 235 26 d 16 Q275 490610 275 20 20 410 245 25 优质碳优质碳素结构素结构钢钢35 530 315 20 d 25 45 600 355 16 35 SiMn 883 735 15 d 25 合金合金结构钢结构钢 40Cr 981 785 9 d 25 20CrMnTi 1079 834 10 d 15 60Mn 981 785 8 d 80 ZG270-500 500 270 18 铸铸 钢钢ZG310-570 570 310 15 d100 ZG42SiMn 600 380 12 HT150 145 灰铸铁灰铸铁HT200 195 HT250 240 壁厚壁厚1020QT400-15 400 250 15 球墨铸球墨铸铁铁QT500-7 500 320 7 QT600-3 600 370 3 壁厚壁厚30200第51页/共58页第五十二页，共59页。表常用材料的相对价格表常用材料的相对价格材材 料料 种种 类类 规规 格格 相对价格相对价格热轧圆刚热轧圆刚 碳素结构钢碳素结构钢Q235 （ 3342） 1铸铸 件件优质碳素钢优质碳素钢 （ 2950） 1.51.8 合金结构钢（合金结构钢（ 2950） 1.72.5 滚动轴承钢（滚动轴承钢（ 2950） 3 合金工具钢（合金工具钢（ 2950） 320 4Cr9Si2耐热钢（耐热钢（ 2950） 5 灰铸铁铸件灰铸铁铸件 0.85 碳素钢铸件碳素钢铸件 1.7 铜合金、铝合金铸件铜合金、铝合金铸件 810 第52页/共58页第五十三页，共59页。判断下面的说法是否正确：判断下面的说法是否正确： 脆性材料适于制造在静载荷下工作的零件；脆性材料适于制造在静载荷下工作的零件； 不锈钢、铜合金具有良好的防锈和耐腐蚀能力，可不锈钢、铜合金具有良好的防锈和耐腐蚀能力，可以作为在湿热环境下工作的零件的材料；以作为在湿热环境下工作的零件的材料； 请问某单位需要一单件箱体，设计人员考虑到铸铁请问某单位需要一单件箱体，设计人员考虑到铸铁比刚板价廉于是比刚板价廉于是(ysh)(ysh)预采用铸铁材料进行铸造加预采用铸铁材料进行铸造加工，合适吗？工，合适吗？ （铸模费用高，用钢板焊接较有利）（铸模费用高，用钢板焊接较有利）第53页/共58页第五十四页，共59页。“机械零件设计机械零件设计(shj)中的标准化中的标准化”P19-20什么是零件的标准化？标准化的优越性体现在那几个方面什么是零件的标准化？标准化的优越性体现在那几个方面(fngmin)(fngmin)？有哪些标准等级？有哪些标准等级？GBGB和和GB/TGB/T有什么不同？有什么不同？ 标准层次：国际标准、国家标准、行业标准、企业标准标准层次：国际标准、国家标准、行业标准、企业标准代号为代号为 ISOISOGBGB JBJB、HBHBQBQB推荐性标准（推荐性标准（GB/TGB/T） 鼓励企业自愿采用鼓励企业自愿采用。标准标准性质性质强制标准（强制标准（GBGB） 必须强制执行；必须强制执行； GB GB ( (为标准序号为标准序号) ) ( (为批准年代为批准年代) ) ， 强制性国标必须严格强制性国标必须严格遵照执行，否则就是违法。遵照执行，否则就是违法。GBGBT T ，推荐性国家标准占整个国标中的绝大多数。如无，推荐性国家标准占整个国标中的绝大多数。如无特殊理由和特殊需要，必须遵守这些国标，以期取得事半功倍的效果。特殊理由和特殊需要，必须遵守这些国标，以期取得事半功倍的效果。第54页/共58页第五十五页，共59页。nASME The American Society of Mechanical Engineers 锅炉及压锅炉及压力容器规范被世界许多国家参照力容器规范被世界许多国家参照或直接采用。或直接采用。第55页/共58页第五十六页，共59页。机械现代设计方法机械现代设计方法(fngf)(fngf)简介简介静态的静态的 动态的动态的 如机器结构动力学计算如机器结构动力学计算分部处理法分部处理法 系统工程法系统工程法 如如系统工程系统工程定性的定性的 定量的定量的 如有限元计算如有限元计算宏观的宏观的 微观的微观的 如如微纳米摩擦学设计微纳米摩擦学设计串行设计串行设计 并行设计并行设计 如如并行设计并行设计可行性设计可行性设计 优化设计优化设计 如如优化设计优化设计确定量确定量 随机量随机量 如如可靠性设计可靠性设计人工设计人工设计 自动化设计自动化设计 如如计算机辅助设计算机辅助设计计CADCAD、优化设计、可靠性设计、并行设计、虚拟产品设计、参、优化设计、可靠性设计、并行设计、虚拟产品设计、参数化设计、智能数化设计、智能(zh nn)(zh nn)设计、绿色设计设计、绿色设计第56页/共58页第五十七页，共59页。n机械设计的新发展机械设计的新发展(fzhn)第57页/共58页第五十八页，共59页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)。第58页/共58页第五十九页，共59页。