机械零件设计概论

前 言 机 械 零 件 设 计 概 述 机 械 零 件 的 强 度 机 械 制 造 中 常 用 材 料 及 其 选 择 公 差 与 配 合 、 表 面 粗 糙 度 和 优 先 数 列机 械 零 件 的 工 艺 性 及 标 准 化 例 : 机 构 齿 轮 机 构 (三 个 构 件 ) 齿 轮 1 、 齿 轮 2、 机 架 3 轴 、 轴 承 、 套 筒 等 轴 系 零 件 构 件 零 件 制 造 的 单 元齿 轮 传 动 件 键 联 接 件 1 2构 件 1(小 齿 轮 ) 3(一 ) 机 械 零 件 的 简 介 : 最 基 本 的通 用 零 件(二 )课 程 特 点 与 学 习 方 法研 究 对 象 机 构 构 件 运 动 的 单 元 传 动 零 件轴 系 零 件联 接 零 件附 件机 架 机 械 零 件 一 般 尺 寸 参 数 的 通 用 机 械 零 件 的 设 计总 论 螺 纹 联 接 齿 轮 传 动 蜗 杆 传 动 滑 动 轴 承 滚 动 轴 承 键 联 接 联 轴 器 与 离 合 器 轴 带 传 动 链 传 动 繁 杂 （ 门 类 多 、 关 系 多 、 要 求 多 、 公 式 多 、 图 形 多 、 表 格 多 ）(二 )课 程 特 点 与 学 习 方 法本 课 程 研 究 对 象 : 讲 课 顺 序 : 通 用 零 件专 用 零 件 （ 机 架 、 手 柄 、 车 轮 .） 分 析 处 理 问 题 的 思 路 :特 点 ： （ 任 务 ） 设 计 零 件 *受 力 分 析 （ *载 荷 及 应 力 分 析 功 用 、 *工 作 原 理 ） *失 效 形 式 （ *主 要 失 效 形 式 分 类 ）*计 算 准 则 （ 公 式 建 立 的 依 据 ） 强 度 计 算 （ *设 计 方 法 先 定 主 参 数 * *许 用 应 力 材 料 ） 结 构 设 计 （ 尺 寸 及 绘 图 结 构 特 点 、 标 准 ） (抓 住 )计 算 准 则 学 习 贯 穿 一 条 线 ： (一 )机 械 设 计 应 满 足 的 要 求(二 )设 计 机 械 零 件 应 满 足 的 要 求* 避 免 在 预 定 寿 命 周 期 内 失 效 机 械 零 件 由 于 某 种 原 因 不 能 正 常 工 作在 不 发 生 失 效 的 条 件 下 ,零 件 所 能 安 全 工 作 的 限 度既 要 可 靠 , 又 要 成 本 低失 效工 作 能 力 承 载 能 力 对 载 荷 而 言 在 满 足 预 期 功 能 的 前 提 下 ， 性 能 好 、 效 率 高 、 成 本 低 ， 在 预 定 使 用 期 限 内 安 全 可靠 ， 操 作 方 便 、 维 修 简 单 和 造 型 美 观 等 。 零 件 的 失 效 原 因 : 断 裂 或 塑 性 变 形 ;过 大 的 弹 性 变 形 ;工 作 表 面 的 过 度 磨 损 或 损 伤 ;发 生 强 烈 的 振 动 ； 联 接 的 松 弛 ;摩 擦 传 动 的 打 滑 等 。(三 ) 机 械 零 件 的 主 要 失 效 形 式 及 计 算 准 则强 度 、 刚 度 、 振 动 稳 定 性 、 耐 磨 性 、 温 度 等 。失 效 形 式 准 则 ： 根 据 各 种 失 效 形 式 而 定 。 但 常 根 据 一 个 或 几 个 主 要 失 效 形 式 确 定 。 失 效 形 式 计 算 准 则 SB SS S r 2. 表面强度 疲 劳 破 坏整 体 断 裂 (脆 性 材 料 )过 大 的 残 余 变 形（ 塑 性 材 料 ） 整 体 破 坏 静强度 疲 劳 断 裂(塑 、 脆 性 材 料 ) 1. 整体强度 变 应 力静应力表 面 磨 损 : p p (比 压 、 压 强 )耐 磨 性表 面 压 溃 : p p (挤 压 应 力 ) 挤 压 强 度接 触 疲 劳 : H H (接 触 应 力 ) 接 触 强 度 (点 蚀 ) 疲 劳强 度 过 大 的 弹 性 变 形 刚 度(机 器 振 幅 不 能 超 过 许 可 值 )共 振 ： 机 器 内 的 激 振 源 频 率 零 件 固 有 频 率 （ 重 合 或 整 数 倍 ） 破 坏 破 坏 正 常 工 作 条 件 引 起 的 失 效 （ 联 接 松 动 、 带 传 动 打 滑 、 腐 蚀 、 过热 .） 2. 刚 度 : 3. 振 动 稳 定 性 : 4. 其 它 ： (零 件 抵 抗 弹 性 变 形 的 能 力 ) 失 效 形 式 计 算 准 则 拟 定 零 件 的 计 算 简 图确 定 作 用 在 零 件 上 的 载 荷选 择 合 适 的 材 料确 定 零 件 形 状 和 主 要 尺 寸绘 制 工 作 图 ， 标 注 技 术 条 件选 用 相 应 判 定 条 件 参 照 实 物 (图 纸 )和 经 验 数 据拟 定 零 件 的 结 构 和 尺 寸验 算 零 件 结 构 和 尺 寸验 算 ， 修 改 零 件选 用 相 应 判 定 条 件 强 度 零 件 承 受 载 荷 后 ， 抵 抗 发 生 断 裂 或 超 过 容 许 限 度 的 残 余 变 形 的 能 力 与载 荷 及 应 力 有 关载 荷 系 数 K： 考 虑 各 种 附 加 载 荷 因 素 的 影 响 。名 义 载 荷 ： 在 理 想 的 平 稳 工 作 条 件 下 作 用 在 零 件 上 的 载 荷 。计 算 载 荷 ： 载 荷 系 数 与 名 义 载 荷 的 乘 积 。名 义 载 荷 ： 按 名 义 载 荷 计 算 所 得 之 应 力 。零 件 设 计 中 的 载 荷 及 其 分 类 静 载 荷 ： 不 随 时 间 变 化 或 变 化 缓 慢 的 载 荷 .变 载 荷 ： 随 时 间 作 周 期 性 或 非 周 期 性 变 化 的 载 荷 . 载 荷 可 分 为 静 载 荷 和 变 载 荷 两 类 。 计 算 应 力 -按 计 算 载 荷 计 算 所 得 之 应 力 ：强 度 判 定 条 件 ： 其 中 、 -许 用 应 力 S-安 全 系 数 lim、 lim -极 限 应 力 ， 由 实 验 方 法 测 定 。 SSlimlim 名 义 应 力 按 名 义 载 荷 计 算 所 得 之 应 力 ：一 、 应 力 的 种 类 当 max、 min均 维 持 常 数 稳 定 交 变 应 力当 max和 min的 数 值 随 时 间 而 改 变 不 稳 定 的 变 应 力 交 变 应 力 随 时 间 作 周 期 性 变 化 的 应 力1.分 类2.交 变 应 力 的 特 征 及 典 型 的 交 变 应 力静 应 力 不 随 时 间 变 化变 应 力 随 时 间 变 化2 minmaxm 平 均 应 力 ： 2 minmaxa 应 力 幅 ： r = -1 对 称 循 环 应 力 r=0 脉 动 循 环 应 力 r=1 静 应 力maxminr变 应 力 循 环 特 性 ： -脉 动 循 环 变 应 力-对 称 循 环 变 应 力-静 应 力 1 0 1二 静 应 力 下 的 许 用 应 力静 应 力 下 ， 零 件 材 料 的 破 坏 形 式 ： 断 裂 或 塑 性 变 形塑 性 材 料 ： 取 屈 服 极 限 S 作 为 极 限 应 力 ,许 用 应 力 为 ：脆 性 材 料 ： 取 强 度 极 限 B 作 为 极 限 应 力 ,许 用 应 力 为 ： Ss SB 三 、 变 应 力 下 的 许 用 应 力变 应 力 下 ， 零 件 的 损 坏 形 式 是 疲 劳 断 裂 。 具 有 以 下 特 征 ： 1)疲 劳 断 裂 的 最 大 应 力 远 比 静 应 力 下 材 料 的 强 度 极 限 低 ， 甚 至 比 屈 服 极 限 低 ; 2)不 管 脆 性 材 料 或 塑 性 材 料 ， 疲 劳 断 口 均 表 现 为 无 明 显 塑 性 变 形 的 脆 性 突 然 断 裂 ;3) 疲 劳 断 裂 是 微 观 损 伤 积 累 到 一 定 程 度 的 结 果 。 初 期 是 在 零 件 表 面 或 表 层 形 成 微 裂 纹 ， 随 着 应 力 循 环 次 数 的 增 加 而 逐 渐 扩 展 ， 直 至 余 下 的 未 断 裂 的 截 面 积 不 足 以 承 受 外 载 荷 时 ， 就 突 然 断 裂 。 疲 劳 断 裂 不 同 于 一 般 静 力 断 裂 ， 它 是 损 伤 到 一 定 程 度 后 ， 即 裂 纹 扩 展 到 一 定 程 度 后 ， 才 发 生 的 突 然 断 裂 。 所 以 疲 劳 断 裂 是 与 应 力 循 环 次 数 (即 使 用 期 限 或 寿 命 )有 关 的 断 裂 。 微 裂 纹 常 起 始 于 应 力 最 大 的 端 口 周 边 上 ， 断 口 有 明 显 的 两 个 区 域 ：1)变 应 力 重 复 作 用 下 裂 纹 两 边 相 互 摩 擦 形 成 的 光 滑 表 面 区 ；2)最 终 发 生 脆 性 断 裂 的 粗 粒 状 区 。 如 图 。1、 疲 劳 曲 线 表 示 应 力 与 应 力 循 环 次 数 N之 间 关系 的 曲 线 。 可 知 ： 1） 应 力 越 小 ， 所 能 经 受 的 循 环 次 数 越 多 。2） 循 环 次 数 超 过 数 值 N0后 ， 趋 于 水 平 。 应 力 循 环 基 数疲 劳 极 限 CNN mmN 011 当 N -1， 所 以 可 得 到 较 大 的 许 用 应 力 ， 从 而 减 小 零 件 的 体 积 和 重 量 。 四 、 安 全 系 数1） 静 应 力 下 ， 塑 性 材 料 的 零 件 ： S =1.2 .5 铸 钢 件 ： S =1. .5S 典 型 机 械 的 S 可 通 过 查 表 求 得 。 无 表 可 查 时 ， 按 以 下 原 则 取 ： 零 件 尺 寸 大 ， 结 构 笨 重 。 S 可 能 不 安 全 。 ） 静 应 力 下 ， 脆 性 材 料 ， 如 高 强 度 钢 或 铸 铁 ： S =3 43） 变 应 力 下 ， S =1.3 1.7材 料 不 均 匀 ， 或 计 算 不 准 时 取 ： S =1.7 2.5 9 3 机 械 零 件 的 接 触 强 度 若 两 个 零 件 在 受 载 前 是 点 接 触 或 线 接 触 。 受 载 后 ， 由 于 变 形 其 接 触 处 为 一 小 面 积 ，通 常 此 面 积 甚 小 而 表 层 产 生 的 局 部 应 力 却 很 大 ， 这 种 应 力 称 为 接 触 应 力 。 这 时 零 件 强度 称 为 接 触 强 度 。如 齿 轮 、 凸 轮 、 滚 动 轴 承 等 。 机 械 零 件 的 接 触 应 力 通 常 是 随 时 间 作 周 期 性 变 化 的 ，在 载 荷 重 复 作 用 下 ， 首 先 在 表 层 内 约 20m处 产 生 初始 疲 劳 裂 纹 ， 然 后 裂 纹 逐 渐 扩 展 (润 滑 油 被 挤 迸 裂 纹中 将 产 生 高 压 ， 使 裂 纹 加 快 扩 展 ， 终 于 使 表 层 金 属 呈小 片 状 剥 落 下 来 ， 而 在 零 件 表 面 形 成 一 些 小 坑 ， 这种 现 象 称 为 疲 劳 点 蚀 。失 效 形 式 常 表 现 为 ： 疲 劳 点 蚀 后 果 ： 减 少 了 接 触 面 积 、 损 坏 了 零 件 的 光 滑 表 面 、 降 低 了 承 载 能 力 、 引 起 振 动和 噪 音 。 b由 弹 性 力 学 可 知 ， 应 力 为 ： 2 221 21 21 11 11 EEbFnH 21 21: 令 :2 21 21 代 入 化 简 得EE EEE b EFnH )1(2 1 2 b EFn418.0对 于 钢 或 铸 铁 取 泊 松 比 ： 1=2=0.3 , 则 有 简 化 公 式 。上 述 公 式 称 为 赫 兹 (HHertz)公 式 “+”用 于 外 接 触 ，“ -”用 于 内 接 触 。2 1 Fn H H 1 Fn b2 H H b EFnH 418.0H -最 大 接 触 应 力 或 赫 兹 应 力 ; 21 21 21 212 EE EEE b -接 触 长 度 ;Fn -作 用 在 圆 柱 体 上 的 载 荷 ; -综 合 曲 率 半 径 ; -综 合 弹 性 模 量 ; E1、 E2 分 别 为 两 圆 柱 体 的 弹 性 模 量 。 接 触 疲 劳 强 度 的 判 定 条 件 为 ： HHHHH S lim, 而 bFn 提 高 表 面 接 触 强 度 的 主 要 措 施增 大 接 触 表 面 的 综 合 曲 率 半 径 。将 外 接 触 改 为 内 接 触 。将 点 接 触 改 为 线 接 触 。采 用 粘 度 较 高 的 润 滑 油 。提 高 接 触 表 面 的 加 工 质 量 。提 高 零 件 表 面 硬 度 。 降 低 计 算 应 力提 高 许 用 应 力 9 4 机 械 零 件 的 耐 磨 性 运 动 副 摩 擦 表 面 物 质 不 断 损 失 的 现 象 称 为 磨 损 。 磨 损 会 逐 渐 改 变 零 件 尺 寸 和 摩 擦表 面 形 状 。 零 件 抗 磨 损 的 能 力 称 为 耐 磨 性 。 磨 损 间 隙 、 精 度 、 效 率 、 振 动 、 冲 击 、 噪 音 据 统 计 ， 约 有 80%的 损 坏 零 件 是 因 磨 损 而 报 废 的 。 磨 损 的 主 要 类 型 ： ：1） 磨 粒 磨 损 2） 粘 着 磨 损 (胶 合 磨 损 )硬 质 颗 粒 或 摩 擦 表 面 上 硬 的 凸 蜂 ， 在 摩 擦 过 程 中 引 起 的 材 料 脱 落 现 象 称 为磨 粒 磨 损 。 硬 质 颗 粒 可 能 是 零 件 本 身 磨 损 造 成 的 金 属 微 粒 ， 也 可 能 是 外来 的 尘 土 杂 质 等 。 摩 擦 面 间 的 硬 粒 ， 能 使 表 面 材 料 脱 落 而 留 下 沟 纹 。加 工 后 的 零 件 表 面 总 有 一 定 的 粗 糙 度 。 摩 擦 表 面 受 载 时 ， 实 际 上 只 有 部 分峰 顶 接 触 ， 接 触 处 压 强 很 高 ， 能 使 材 料 产 生 塑 性 流 动 。 若 接 触 处 发 生 粘 着 ，滑 动 时 会 使 接 触 表 面 材 料 由 一 个 表 面 转 移 到 另 一 个 表 面 ， 这 种 现 象 称 为 粘着 磨 损 (胶 合 磨 损 )。 所 谓 材 料 转 移 是 指 接 触 表 面 擦 伤 和 撕 脱 ， 严 重 时 摩 擦表 面 能 相 互 咬 死 。 在 滚 动 或 兼 有 滑 动 和 滚 动 的 高 副 申 ， 如 凸 轮 、 齿 轮 等 ， 受 载 时 材 料 表 层 有 很 大的 接 触 应 力 。 当 载 荷 重 复 作 用 时 ， 常 会 出 现 表 层 金 属 呈 小 片 状 剥 落 ， 而 在 零 件 表 面形 成 小 坑 ， 这 种 现 象 称 为 疲 劳 磨 损 或 疲 劳 点 蚀 。 在 摩 擦 过 程 申 ， 与 周 围 介 质 发 生 化 学 反 应 或 电 化 学 反 应 的 磨 损 ， 称 为 腐 蚀 磨损 。3） 疲 劳 磨 损 (疲 劳 点 蚀 )4） 腐 蚀 磨 损实 用 耐 磨 计 算 是 限 制 运 动 副 的 压 强 p， 即 : p p p由 实 验 或 同 类 机 器 使 用 经 验 确 定 相 对 运 动 速 度 较 高 时 ， 还 应 考 虑 运 动 副 单 位 时 间 单 位 接 触 面 积 的 发 热 量 f p v 。 在 摩擦 系 数 一 定 的 情 况 下 ， 可 将 p v 值 与 许 用 的 p v 值 进 行 比 较 。 即 :p v p v 9 5 机 械 制 造 常 用 材 料 及 其 选择 机 械 制 造 中 最 常 用 的 材 料 是 钢 和 铸 铁 ， 其 次 是 有 色 金 属 合 金 。 非 金 属 材 料 如 塑料 、 橡 胶 等 。一 、 金 属 材 料1.铸 铁 ： 灰 铸 铁 、 球 墨 铸 铁 、 可 锻 铸 铁 、 合 金 铸 铁 等 。 2.钢 ： 结 构 钢 、 工 具 钢 、 特 殊 钢 (不 锈 钢 、 耐 热 钢 、 耐 酸 钢 等 )、 碳 素 结 构 钢 、 合 金结 构 钢 、 铸 钢 等 。 铸 铁常 用 金 属 材料 钢 铜 合 金 含 碳 量 2%含 碳 量 2% 铁 碳 合 金特 点 ： 良 好 的 液 态 流 动 性 ， 可 铸 造 成 形 状 复 杂 的 零 件 。 较 好 的 减 震 性 、 耐 磨 性 、 切 削 性 （ 指 灰 铸 铁 ） 、 成 本 低 廉 。应 用 ： 应 用 范 围 广 。 其 中 灰 铸 铁 最 广 、 球 墨 铸 铁 次 之 。 选 用 原 则 ： 优 选 碳 素 钢 ， 其 次 是 硅 、 锰 、 硼 、 钒 类 合 金 钢 。特 点 ： 与 铸 铁 相 比 ， 钢 具 有 高 的 强 度 、 韧 性 和 塑 性 。 可 用 热 处 理 方 法 改 善 其 力 学 性能 和 加 工 性 能 。零 件 毛 坯 获 取 方 法 ： 锻 造 、 冲 压 、 焊 接 、 铸 造 等 。应 用 ： 应 用 范 围 极 其 广 泛 。 表 常 用 材 料 的 相 对 价 格材 料 种 类 规 格 相 对 价 格热 轧 圆 钢 碳 素 结 构 钢 Q235 （ 3342） 1铸 件 优 质 碳 素 钢 （ 2950） 1.51.8 合 金 结 构 钢 （ 2950） 1.72.5 滚 动 轴 承 钢 （ 2950） 3 合 金 工 具 钢 （ 2950） 320 4Cr9Si2耐 热 钢 （ 2950） 5 灰 铸 铁 铸 件 0.85 碳 素 钢 铸 件 1.7 铜 合 金 、 铝 合 金 铸 件 810 3.铜 合 金 -铜 锌 合 金 ， 并 含 有 少 量 的 锰 、 铝 、 镍特 点 ： 具 有 良 好 的 塑 性 和 液 态 流 动 性 。 青 铜 合 金 还 具 有 良 好 的 减 摩 性 和 抗 腐 蚀 性 。零 件 毛 坯 获 取 方 法 ： 辗 压 、 铸 造 。应 用 ： 应 用 范 围 广 泛 。种 类 青 铜黄 铜轴 承 合 金 （ 巴 氏 合 金 ）-含 锡 青 铜 、 不 含 锡 青 铜二 、 非 金 属 材 料 1. 橡 胶 橡 胶 富 于 弹 性 ， 能 吸 收 较 多 的 冲 击 能 量 。 常 用 作 联 轴 器 或 减 震 器 的 弹 性 元件 、 带 传 动 的 胶 带 等 。 硬 橡 胶 可 用 于 制 造 用 水 润 滑 的 轴 承 衬 。 2. 塑 料 塑 料 的 比 重 小 ， 易 于 制 成 形 状 复 杂 的 零 件 ， 而 且 各 种 不 同 塑 料 具 有 不 同的 特 点 ， 如 耐 蚀 性 、 绝 热 性 、 绝 缘 性 、 减 摩 性 、 摩 擦 系 数 大 等 ， 所 以 近 年 来 在 机 械制 造 中 其 应 用 日 益 广 泛 。 3.其 它 非 金 属 材 料 ： 皮 革 、 木 材 、 纸 板 、 棉 、 丝 等 。选 材 因 素 ： 设 计 机 械 零 件 时 ， 选 择 合 适 的 材 料 是 一 项 复 杂 的 技 术 经济 问 题 设 计 者 应 根 据 零 件 的 用 途 、 工 作 条 件 和 材 料 的 物 理 、化 学 、 机 械 和 工 艺 性 能 以 及 经 济 因 素 等 进 行 全 面 考 虑 。 用 途 、 工 作 条 件 、 物 理 、 化 学 、 机 械 工 艺 性 能 、 经 济 性 。 零 件 材 料 各 种 材 料 的 化 学 成 分 和 力 学 性 能 可 在 相 关 国 标 、 行 标 和 机 械 设 计 手 册 中 查 得 。为 了 材 料 供 应 和 生 产 管 理 上 的 方 便 ， 应 尽 量 缩 减 材 料 的 品 种 。 表 常 用 钢 铁 材 料 的 牌 号 及 力 学 性 能材 料 力 学 性 能 试 件 尺 寸类 别 牌 号 强 度 极 限 B 屈 服 极 限 S 延 伸 率 % mmQ215 335-410 215 31 碳 素结 构 钢 Q235 375-460 235 26 d 16 Q275 490-610 275 20 20 410 245 25 优 质 碳 素结 构 钢 35 530 315 20 d 25 45 600 355 16 35 SiMn 883 735 15 d 25 合 金结 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 钢 ZG310-570 570 310 15 d 100 ZG42SiMn 600 380 12 HT150 145 - - 灰 铸 铁 HT200 195 - - HT250 240 - - 壁 厚1020QT400-15 400 250 15 球 墨 铸 铁 QT500-7 500 320 7 QT600-3 600 370 3 壁 厚30200 9 6 公 差 与 配 合 、 表 面 粗 糙 度 和 优 先 系数一 、 公 差 与 配 合互 换 性 ： 零 件 在 装 配 时 ， 不 需 要 选 择 和 附 加 加 工 的 就 能 满 足 预 期 技 术 与 使 用 要 求 的 特 性 。基 本 尺 寸 ： 由 设 计 图 纸 给 定 的 零 件 理 论 尺 寸 ； 为 确 定 值 。实 际 尺 寸 ： 制 造 加 工 后 测 量 所 得 零 件 尺 寸 ； 由 于 测 量 有 误 差 ， 所 以 实 际 尺 寸 并 非 真 值 。 相 对 于 基 本 尺 寸 而 言 ， 总 是 有 误 差 。 或 大 或 小 实 际 尺 寸25.1 轴实 际 尺 寸实 际 尺 寸基 本 尺 寸实 际 尺 寸24.9 孔 25.1 孔25 孔 基 本 尺 寸轴25轴24.9 最 小 极 限 尺 寸 ： 零 件 满 足 互 换 性 要 求 的 最 小 允 许 尺 寸 ；最 大 极 限 尺 寸 ： 零 件 满 足 互 换 性 要 求 的 最 大 允 许 尺 寸 ；尺 寸 误 差 ： 实 际 尺 寸 与 理 论 设 计 尺 寸 之 差 ；上 偏 差 ： 最 大 极 限 尺 寸 与 基 本 尺 寸 之 差 ； 符 号 ： ES,es 下 偏 差 ： 最 小 极 限 尺 寸 与 基 本 尺 寸 之 差 ； 符 号 ： EI,ei esES eiEI尺 寸 公 差 ： 最 大 极 限 尺 寸 与 最 小 极 限 尺 寸 之 差 ； 即 允 许 的 尺 寸 变 动 量 。ES-EI es-ei公 差 =Lmax- Lmax =ES-EI =es-eiLmin 孔 L 孔 Lmax 孔 轴L Lmax 轴Lmin 轴 轴L Lmax 轴Lmin 轴零 线 ： 代 表 基 本 尺 寸 所 在 位 置 的 一 条 直 线 ；公 差 带 ： 由 代 表 上 、 下 偏 差 的 两 条 直 线 所 限 定 的 区 域 ；零 线 ESEI孔 公 差 带 esei轴 公 差 带国 标 规 定 ： 孔 与 轴 各 有 28个 ， 分 别 用 如 下 符 号 表 示 ：孔 ： A B C CD D E EF F FG G H JS K M N P R S T U V W X Y Z ZA ZB ZC轴 ： a b c cd d e ef f fg g h js k m n p r s t u v w x y z za zb zc基 本 偏 差 ： 标 准 表 列 的 ， 用 于 确 定 公 差 带 相 对 于 零 线 位 置 的 上 偏 差 或 下 偏 差 ， 一 般 为靠 近 零 线 的 那 个 偏 差 。 +0- 零 线L 孔 ： A B C CD D E EF F FG G H JS K M N P R S T U V W X Y Z ZA ZB ZC轴 ： a b c cd d e ef f fg g h js k m n p r s t u v w x y z za zb zc基 本 偏 差 系 列呈 正 态 分 布BCCDDEEFA FFGGH KMNPRSTUVXYZZAZBZCJS孔+0- 基本尺寸 b ccdd e efa f fg g h k mnp r s t u v x y zzazbzcjs轴+0- 基本尺寸 配 合 ： 基 本 尺 寸 相 同 ， 相 互 结 合 的 孔 与 轴 公 差 带 之 间 的 关 系 ；间 隙 或 过 盈 ： 孔 的 尺 寸 减 去 相 配 合 轴 的 尺 寸 所 得 代 数 差 ；间 隙 ： 代 数 差 为 “ +”， 孔 轴 ; 过 盈 ： 代 数 差 为 “ -”， 孔 轴 ， 用 于 可 动 联 接 ， 如 活 动 铰 链 ； 孔 轴 ， 用 于 静 联 接 ， 如 火 车 轮 与 轴 。 可 能 有 间 隙 ， 也 可 能 具 有 过 盈 。 用 于要 求 具 有 良 好 的 同 轴 性 而 又 便 于 拆 装的 静 联 接 ， 如 齿 轮 与 轴 ；最 大 间 隙 : X max = 孔 max-轴 min最 小 间 隙 : Xmin = 孔 min-轴 max 最 大 过 盈 : Ymax = 孔 min-轴 max 最 小 过 盈 ： Ymin = 孔 max-轴 min 间 隙 配 合 孔 公 差 带轴 公 差 带 孔 公 差 带轴 公 差 带孔 公 差 带轴 公 差 带 孔 公 差 带轴 公 差 带过 盈 配 合 过 渡 配 合孔 公 差 带轴 公 差 带 孔 公 差 带轴 公 差 带 孔 公 差 带Ymax XmaxY max Xmax Ymax Xmax YmaxYmax Xmin Xmax Xmin= 0Ymin= 0轴 公 差 带 XmaxYmin H零 线 D孔公差 kjshge f rpm s间 隙 配 合 过 渡 配 合 过 盈 配 合配 合基 准 制基 孔 制 配 合 ： 孔 是 基 准 孔 ， 下 偏 差 EI=0， 代 号 为 :H ， 通 过 改 变 轴 的 公 差 带 来 或 得 各 种 不 同 的 配 合 特 性 。基 孔 制 配 合基 轴 制 配 合 应 用 广 泛 ， 可 减 少 孔 加 工 刀 具 零 线 hD轴公差 KJSHGE F RPM S间 隙 配 合 过 渡 配 合 过 盈 配 合基 轴 制 配 合 ： 轴 是 基 准 轴 ， 上 偏 差 es=0， 代 号 为 :h ， 通 过 改 变 孔 的 公 差 带 来 或 得 各 种 不 同 的 配 合 特 性 。 基 孔 制 常 用 与 优 先 配 合 的 选 用 基 轴 制 常 用 与 优 先 配 合 的 选 用 二 、 表 面 粗 糙 度 轮 廓 峰 谷 线轮 廓 峰 顶 线轮 廓 峰 高yp轮 廓 谷 深yv 中 线 ly x 定 义 ： 零 件 表 面 的 微 观 几 何 形 状 误 差 称 为 表 面 粗 糙 度特 征 ： 加 工 后 零 件 表 面 留 下 的 微 细 而 凹 凸 不 平 的 刀 痕 。评 定 参 数 ： 轮 廓 算 术 平 均 偏 差 -取 样 长 度 l内 ， 被 测 轮 廓 上 各 点 至 轮 廓 中 线 偏 居 绝 对值 的 算 术 平 均 值 ： dxylR la 01 ni ia ynR 11近 似 为 ： 0.012 0.025 0.05 0.1 0.2 0.4 0.8 1.6 3.2 6.3 12.5 25 50 100 表 9-3 用 不 同 加 工 方 法 得 到 的 Ra 加 工 方 法 表 面 粗 糙 度 Ra m精 粗刨 削钻 孔铰 孔 精 粗镗 孔 精 粗车 精 粗磨 精 粗研 磨滚 、 铣 精 粗Ra愈 小 ， 零 件 的 加 工 成 本 愈 高 。 表 面 粗 糙 度 对 零 件 功 能 有 重 要 的 影 响 。 例 如 ：1. 对 摩 擦 磨 损 的 影 响 摩擦系数 Ra零 件 表 面 愈 粗 糙 ，摩 擦 系 数 愈 大 。 但光 滑 到 一 定 程 度 时 ，润 滑 油 被 挤 出 ， 产生 亲 和 力 反 而 使 摩擦 系 数 增 大 。2. 对 疲 劳 强 度 的 影 响 零 件 表 面 愈 粗 糙 ， 在 刀 痕 根 部 愈 容 易 产 生 应 力 集 中 ，使 疲 劳 强 度 降 低 。3. 对 耐 腐 蚀 的 影 响4. 对 结 合 处 密 封 性 能 的 影 响 5. 对 振 动 和 噪 声 的 影 响 等 等零 件 表 面 愈 粗 糙 ， 在 刀 痕 根 部 愈 容 易 产 生 腐 蚀 渗 透 。零 件 表 面 愈 光 滑 ， 密 封 性 能 愈 好 。零 件 表 面 愈 粗 糙 ， 振 动 和 噪 声 愈 大 。 如 滚 动 轴 承 。 三 、 优 先 数 系 优 先 数 系 是 国 际 上 统 一 的 数 值 分 级 制 度 ， 是 一 种 无 量 纲 的 分 级 系 数 ， 适 用 于 各 种 量值 的 分 级 。 在 确 定 产 品 的 参 数 或 参 数 系 列 时 ， 应 该 最 大 限 度 采 用 。 产 品 的 主 要 参 数 如 ： 型 号 、 直 径 、 转 速 、 承 载 量 和 功 率 等 按 优 先 数 系 形 成 系 列 ， 便于 组 织 生 产 和 降 低 成 本 ， 以 实 现 产 品 的 标 准 化 和 系 列 化 。优 先 数 系 是 一 个 以 公 比 为 ： q r= 10 的 十 进 等 比 级 数 ，rGB321-80规 定 了 四 个 优 先 数 系 的 基 本 系 列 ：R5 : q5= 10 1.6 5R10 : q10= 10 1.25 10R20 : q20= 10 1.12 20R40 : q 40= 10 1.06 40 优 先 数 系 的 基 本 系 列 R5 1.00 1.60 2.50 4.00 6.30 10.00 R10 1.00 1.25 1.60 2.00 2.50 3.15 4.00 5.00 6.30 8.00 10.00 1.00 1.12 1.25 1.40 1.60 1.80 2.00 2.24 2.50 2.80 3.15 3.55 4.00 4.50 5.00 5.60 6.30 7.10 8.00 9.00 10.00 1.00 1.06 1.12 1.18 1.25 1.32 1.40 1.50 1.60 1.70 1.801.90 2.00 2.12 2.24 2.36 2.50 2.65 2.80 3.00 3.15 3.353.55 3.75 4.00 4.25 4.50 4.75 5.00 5.30 5.60 6.00 6.306.70 7.10 7.50 8.00 8.50 9.00 9.50 10.00R40 R20 优 先 数 -表 中 任 意 一 个 数 值 。 大 于 10的 优 先 数 ， 可 将 表 数 值 分 别 乘 以 10、 100、 1000 。 9 7 机 械 零 件 的 工 艺 性 及 标 准 化一 、 工 艺 性零 件 设 计 要 求 使 用 要 求 -具 备 所 要 求 的 工 作 能 力 ；制 造 要 求 -制 造 工 艺 可 行 ， 成 本 低 ；零 件 工 艺 性 良 好 的 标 志 ： 在 具 体 的 生 产 条 件 下 ， 零 件 要 便 于 加 工 且 费 用 低 。工 艺 性 的 基 本 要 求 ：1) 毛 坯 选 择 合 理 制 备 方 法 毛 坯 选 择 与 生 产 批 量 、 材 料 性 能 和 加 工 可 能性 有 关 。单 件 或 小 批 量 生 产 时 ， 选 用 棒 料 、 板 材 、 型材 或 焊 件 。应 用 于 大 批 量 生 产 。用 型 材焊 接锻 造铸 造冲 压 2) 结 构 简 单 合 理 最 好 采 用 平 面 、 柱 面 、 螺 旋 面 等 简 单 表 面 极 其 组 合 ； 尽 量 减 少 加 工 面 数 和 加 工 面 积 ；3) 合 理 的 制 造 精 度 和 表 面 粗 糙 度 零 件 的 加 工 成 本 随 精 度 和 表 面 粗 糙 度 的 提 高 而 急 剧 增 加 。 决 不 能 盲 目 追 求 高 精 度 ， 应 在 满 足 使 用 要 求 的 前 提 下 ， 尽 量 采 用 较 低 的精 度 和 表 面 质 量 。 尽 量 采 用 标 准 件 ； 增 加 相 同 形 状 、 相 同 元 素 （ 直 径 、 圆 角 半 径 、 配 合 、 螺 纹 、 键 、 齿 轮 模 数 等 ） 的 数 量 ； 4) 尽 量 减 小 零 件 的 加 工 量 毛 坯 形 状 和 尺 寸 应 尽 量 接 近 零 件 本 身 的 形 状 和 尺 寸 。 力 求 使 少 或 无 切 削 加 工 ，节 约 材 料 、 降 低 成 本 。 尽 量 采 用 精 密 铸 造 、 精 密 锻 造 、 冷 轧 、 冷 挤 压 、 粉 末 冶 金 等 先 进 工 艺 满 足 上述 要 求 。 欲 设 计 出 工 艺 性 良 好 的 零 件 ， 设 计者 必 须 虚 心 向 工 艺 技 术 人 员 和 一 线工 人 学 习 ， 在 实 践 中 积 累 经 验 。 二 、 标 准 化内 容 ： 1)产 品 品 种 规 格 的 系 列 化将 同 一 类 产 品 的 主 要 参 数 、 型 式 、 尺 寸 、 基 本 结 构 等 依 次 分 档 ， 制 成 系 列 化 产 品 ， 以 较少 的 规 格 品 种 满 足 用 户 的 广 泛 要 求 。定 义 ： 标 准 化 是 在 经 济 、 技 术 、 科 学 及 管 理 等 社 会 实 践 中 ， 对 重 复 事 务 和 概 念 ， 通 过 制定 、 发 布 和 实 施 标 准 ， 以 获 得 最 佳 秩 序 和 效 益 。2)零 部 件 的 通 用 化将 用 途 、 结 构 相 近 的 零 部 件 （ 如 轴 承 、 螺 栓 等 ） ， 经 过 统 一 后 实 现 互 换 ； 3)产 品 质 量 标 准 化要 保 证 产 品 产 品 质 量 合 格 和 稳 定 ， 就 必 须 做 好 设 计 、 加 工 工 艺 、 装 配 检 验 、 包 装 储 运等 环 节 的 标 准 化 。 基 本 特 征 ： 统 一 、 简 化 。意 义 ： 1)制 造 上 可 以 实 现 专 业 化 大 批 量 生 产 ， 既 可 提 高 产 品 质 量 ， 又 能 降 低 成 本 ；2)设 计 方 面 可 减 少 设 计 工 作 量 ；3)管 理 维 修 方 面 可 减 少 库 存 量 ， 便 于 更 换 损 坏 的 零 件 。 标 准 化 是 组 织 社 会 化 大 生 产 的 重要 手 段 ， 是 实 施 科 学 管 理 的 基 础 ，也 是 对 产 品 设 计 的 基 本 要 求 之 一 。通 过 标 准 化 的 实 施 ， 以 获 得 最 佳 的社 会 经 济 成 效 。标 准 层 次 ： 国 家 标 准 、 行 业 标 准 、 地 方 标 准 、 企 业 标 准 。推 荐 性 标 准 （ GB/T） -鼓 励 企 业 自 愿 采 用 。标 准 性质 强 制 标 准 （ GB） -必 须 强 制 执 行 ； 作 为 设 计 人 员 ， 要 求 必 须 熟 悉 现 行 的 相 关 标 准 ， 学 会 查 询 和 使用 标 准 资 料 。 无 论 设 计 何 种 产 品 ， 必 须 遵 循 相 关 标 准 。