第9章机械零件设计概论(第6版)资料课件

第第9章章 机械零件设计概论机械零件设计概论91 机械零件设计概论机械零件设计概论92 机械零件的强度机械零件的强度93 机械零件的接触强度机械零件的接触强度94 机械零件的耐磨性机械零件的耐磨性95 机械制造常用材料及其选择机械制造常用材料及其选择96 公差与配合、表面粗糙度和优先数系公差与配合、表面粗糙度和优先数系97 机械零件的工艺性及标准化机械零件的工艺性及标准化直齿轮组装直齿轮组装传动零件轴系零件联接零件附件机架91 机械零件设计概论机械零件设计概论机械设计应满足的要求：机械设计应满足的要求：在在满满足足预预期期功功能能的的前前提提下下，性性能能好好、效效率率高高、成成本本低低，在在预预定定使使用用期期限限内内安安全全可可靠靠，操操作作方方便便、维维修修简简单单和和造型美观造型美观等。等。凯迪拉客登攀者91 机械零件设计概论机械零件设计概论机械零件的失效：机械零件的失效：机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为机械零件由于某种原因不能正常工作时，称为失效失效。工作能力工作能力-在不发生失效的条件下，零件所能安全工在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上又作的限度。通常此限度是对载荷而言，所以习惯上又称为：称为：承载能力承载能力。零件的失效形式零件的失效形式:断裂或塑性变形断裂或塑性变形;过大的弹性变形过大的弹性变形;工作表面的过度磨损或损伤工作表面的过度磨损或损伤;发生强烈的振动；联接的松弛发生强烈的振动；联接的松弛;摩擦传动的打滑等。摩擦传动的打滑等。如轴、齿轮、轴瓦、轴颈、螺栓、带传动等。机械零件虽然有多种可能的失效形式，归纳起来最主要的为例例:齿轮轴断裂齿轮轴断裂失效失效轧钢机压下螺旋丝杠断牙宏观丝杠丝杠断牙断牙部位部位丝杠断牙局部放大丝杠断牙局部放大螺栓联接滑移被联接件断裂被联件相对滑移被联件拉断热胶合：润滑不良引起的齿面热胶合：润滑不良引起的齿面对于各种不同的失效形式，也各有相应的工作能力判定条件强度强度条件：条件：计算应力计算应力许用应力；许用应力；机械零件设计的步骤：机械零件设计的步骤：1)拟定零件的计算简图拟定零件的计算简图;5)绘制工作图并标注必要的技术条件。绘制工作图并标注必要的技术条件。防止防止失效失效的判定条件是：的判定条件是：计算量计算量许用量许用量-工作能力工作能力计算准则计算准则。2)确定作用在零件上的载荷确定作用在零件上的载荷;3)选择合适的材料选择合适的材料;4)根据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定根据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定 条件，确定条件，确定零件的形状零件的形状;失效原因失效原因:强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等 原因。原因。刚度刚度条件：条件：变形量变形量 N0以后，曲线趋于水平，可认为在无限次循环时试件将不会断裂。应力应力与应力循环次数与应力循环次数N N 之间之间的关系曲线称为：的关系曲线称为：疲劳曲线疲劳曲线当当NNNN0 0 时时,试件将不会断裂。试件将不会断裂。N N0 0-循环循环基数基数,对于对于钢钢，N N0 0 取取N N0 0 对应的对应的应力应力称为：称为：当当NNNN0 0 时时,有近似公式：有近似公式：对应于对应于N N 的弯曲疲劳极限：的弯曲疲劳极限：疲劳极限疲劳极限 用用-1-1表示材料在表示材料在对称循环对称循环应力下的应力下的弯曲疲劳极限。弯曲疲劳极限。其中其中m m为随应为随应力状态不同的力状态不同的幂指数幂指数,受弯受弯的钢制零件，的钢制零件，m=9m=9寿命系数寿命系数：时，系数为1 材料的疲劳曲线材料的疲劳曲线rN N（Curve of fatigue）N0有限寿命区有限寿命区无限寿命区无限寿命区ABCrNNor 疲劳极限疲劳极限N0循环基数循环基数m、C系数系数rN1rN2N1N2rN0103设计寿命设计寿命NN0时：时：材料材料lim=r对称循环，r=-1，疲劳极限-1脉动循环，r=0，疲劳极限0材料的条件疲劳极限材料的条件疲劳极限rN（对应于（对应于寿命寿命N材料的有限寿命疲劳极限）材料的有限寿命疲劳极限）式中：式中：KN-寿命系数寿命系数N 103时，按静强度计算时，按静强度计算当当 NN0时，时，KN=1;设计寿命设计寿命103NN0：材料：材料lim=rNN0有限寿命区有限寿命区无限寿命区无限寿命区rNNABCo103AB:m、C材料常数（与材料性质、应力状态、热处理有关）材料常数（与材料性质、应力状态、热处理有关）Nr，采用rN可得到较大的许用应力，即“有限寿命”下零件的许用应力，从而减小零件的体积和重量。疲劳强度的影响因素疲劳强度的影响因素（Influence factors of fatigue strength）(1)应力集中应力集中：零件几何不连续处，实际应力远大于名义应力零件几何不连续处，实际应力远大于名义应力尺寸效应尺寸效应:绝对尺寸系数绝对尺寸系数:(3)表面状态表面状态尺寸增加，疲劳极限尺寸增加，疲劳极限表面状态效应：表面粗糙，疲劳极限降低表面状态效应：表面粗糙，疲劳极限降低有效应力集中系数有效应力集中系数:k(2)绝对尺寸绝对尺寸表面状态系数表面状态系数:的现象的现象降低降低 9-8 9-9 9-10P118公式公式无应力集无应力集中中/有应力有应力集中集中直径直径d/直径直径d。（610mm）表面粗糙度和表面表面粗糙度和表面热处理。热处理。某种表面某种表面/精抛光精抛光-1三个系数分子分母均为三个系数分子分母均为 的值的值2 2、许用应力、许用应力 在变应力，应取材料的在变应力，应取材料的疲劳极限疲劳极限作为作为极限应力极限应力。同。同时还应考虑零件的时还应考虑零件的切口和沟槽切口和沟槽等截面突等截面突变、绝对尺寸尺寸和和表面状表面状态等影晌，等影晌，为此引人此引人应力集中系数力集中系数k、尺寸尺寸系数系数和表面状态系数和表面状态系数等。等。当应力是当应力是对称循环对称循环变化时，许用应力为：变化时，许用应力为：当应力是当应力是脉动循环脉动循环变化时，许用应力为：变化时，许用应力为：0 0 为材料的为材料的脉动循环疲劳极限，脉动循环疲劳极限，S S为安全系数。以上为安全系数。以上各系数均可各系数均可机械设计手册机械设计手册中查得。中查得。以上所述为“无限寿命无限寿命”，有限寿命时，用有限寿命时，用-1N-1N代入得：代入得：四、安全系数四、安全系数 安全系数定得正确与否对零件尺寸有很大影响1 1）静静应力下，力下，塑性塑性材料材料的零件：的零件：S=1.2S=1.2.5.5 铸钢铸钢件：件：S=1.S=1.5.5S S典型机械典型机械的的S S可通过可通过查表查表求得。求得。无表可查时，按以下无表可查时，按以下原则原则取：取：零件尺寸大，结构笨重。零件尺寸大，结构笨重。S S 可能不安全。可能不安全。）静静应力下，力下，脆脆性性材料，材料，如如高强度钢或铸铁高强度钢或铸铁：S=3S=34 4 3 3）变变应力下，力下，S=1.3S=1.31.71.7 材料不均匀，或计算不准时取：材料不均匀，或计算不准时取：S=1.7S=1.72.52.5部分系数法部分系数法：S=S1S2S3S1考虑载荷及应力计算的准确性。S2考虑材料力学性能的均匀性。S3考虑零件的重要性。各个具体数值可查阅相关资料。93 机械零件的接触强度机械零件的接触强度 若若两两个个零零件件在在受受载载前前是是点点接接触触或或线线接接触触。受受载载后后，由由于于变变形形其其接接触触处处为为一一小小面面积积，通通常常此此面面积积甚甚小小而而表表层层产产生生的的局局部部应应力力却却很很大大，这这种种应应力力称称为为接接触触应应力力。这时零件强度称为这时零件强度称为接触强度接触强度。如齿轮、凸轮、滚动轴承等。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，这种现象称为渡劳点蚀。发生疲劳点蚀后，减小了接触面积，损坏了零件的光滑表面，因而也降低了承载能力。失效形式常表现为：失效形式常表现为：疲劳点蚀疲劳点蚀 危危害害：减减少少了了接接触触面面积积、损损坏坏了了零零件件的的光光滑滑表表面面、降低了承载能力、引起振动和噪音。降低了承载能力、引起振动和噪音。b b由弹性力学可知，应力为：由弹性力学可知，应力为：对于对于钢或铸铁钢或铸铁取泊松比：取泊松比：1=2=0.3,则有简化公式。则有简化公式。上述公式称为上述公式称为赫兹赫兹(HHertz)公式公式“+”用于用于外外接触，接触，“-”用于用于内内接触。接触。21FnH HH H1Fnb b2H HH HH H-最大接触应力或赫兹应力最大接触应力或赫兹应力;b b-接触长度接触长度;F Fn n -作用在圆柱体上的载荷作用在圆柱体上的载荷;-综合曲率半径综合曲率半径;-综合弹性模量综合弹性模量;E1、E2 分别为两分别为两 圆柱体的弹性模量。圆柱体的弹性模量。接触疲劳强度的判定条件为：接触疲劳强度的判定条件为：b bFn布氏硬度的符号用 HBS或HBW表示，值越大硬度越高。HBS:压头为淬硬钢球，用于测定布氏硬度值在450以下的材料，如软钢、灰铸铁和有色金属等。HBW:压头为硬质合金，用于测定布氏硬度值在650以下的材料。布氏硬度的表示方法：HBS或HBW之前的数字为硬度值，后面按顺序用数字表示试验条件：压头的球体直径；试验载荷；试验载荷保持的时间(1015s不标注)。170HBS10/1000/30表示用直径10mm的钢球，在9807 N(1000 kgf)的试验载荷作用下，保持30s时测得的布氏硬度值为170。530HBW5/750表示用直径5 mm的硬质合金球，在7355N(750kg f)的试验载荷作用下，保持1015s时测得的布氏硬度值为530。对于钢，经验公式见P123H limH lim=2.76 HBS=2.76 HBS 70 MPa 70 MPa1）两两个个零零件件硬硬度度不不同同时时，以以较较软软零零件件的的接接触触疲疲劳劳极极限限为准为准。2）图图9-8中中，作作用用在在两两个个圆圆柱柱上上的的接接触触应应力力具具有有特特点点：大大小小相相等等，方方向向相相反反，左左右右对对称称，而而且且稍稍离离接接触区中线即迅速降低触区中线即迅速降低。3）接接触触应应力力是是局局部部性性应应力力，其其增增长长与与载载荷荷F不不成成直直线线关关系系，而而要要缓缓慢慢 多多，故故安安全全系系数数Sh可可取取等等于于或或稍稍大于大于1以面接触而无相对运动的零件，通过接触面来传递载荷时接触面会产生挤压应力。表面挤压强度不足时，塑性材料零件表面可能产生塑性变形，脆性材料表面可能产生压溃，引起零件失效。计算表面挤压强度时，接触应力按接触表面平均应力进行条件性计算，强度条件为2.表面表面挤压挤压强度强度94 机械零件的耐磨性机械零件的耐磨性 运运动动副副摩摩擦擦表表面面物物质质不不断断损损失失的的现现象象称称为为磨磨损损。磨磨损损会会逐逐渐渐改改变变零零件件尺尺寸寸和和摩摩擦擦表表面面形形状状。零零件件抗抗磨磨损的能力称为损的能力称为耐磨性耐磨性。磨损磨损间隙间隙、精度精度、效率效率、振动振动、冲击冲击、噪音噪音据统计，约有据统计，约有80%的损坏的损坏零件是因磨损而报废的。零件是因磨损而报废的。磨损的主要类型磨损的主要类型：1）磨粒磨粒磨损磨损2）粘着粘着磨损磨损(胶合磨损胶合磨损)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金属微粒，也可能是外来的尘土杂质尘土杂质等。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粗糙度。摩擦表面受载时，实际上只有部分峰顶接触顶接触，接触处压强很高，能使材料产生塑性流动塑性流动。若接触处发生粘着粘着，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擦伤和撕脱，严重时摩擦表面能相互咬死咬死。实用耐磨计算是限制运动副的压强实用耐磨计算是限制运动副的压强 p，即，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，还应考虑运动副相对运动速度较高时，还应考虑运动副单位时间单位单位时间单位接触面积接触面积的的发热量发热量 f p v。在摩擦系数一定的情况下，在摩擦系数一定的情况下，可将可将 p v 值与许用值与许用的的 p v 值进行比较。即值进行比较。即:p v p v 在滚动或兼有滑动和滚动的高高副副中，如凸轮、齿轮等，受载时材料表层有很大的接接触触应应力力。当载载荷荷重重复复作作用用时，常会出现表层金金属属呈呈小小片片状状剥剥落落，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化学反应或电化学反应的磨损，称为腐蚀磨 3）疲劳疲劳磨损磨损(疲劳点蚀疲劳点蚀)4）腐蚀腐蚀磨损磨损冷胶合：低速重载，接触零件挤压粘着，相对运动撕裂。综合失效：齿面磨损、断齿、疲劳断轴齿面磨损、断齿、疲劳断轴轮齿塑性变形轧钢机压下螺旋丝杠断牙宏观丝杠断牙部位丝杠断牙部位丝杠断牙局部放大丝杠断牙局部放大热胶合：润滑不良引起的齿面热胶合：润滑不良引起的齿面整体塑变点蚀轮齿磨损95 机械制造常用材料及其选择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、金属材料一、金属材料1.1.铸铁：铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。铸铁铸铁常用金常用金属材料属材料钢钢铜合金铜合金-含碳量含碳量2%-含碳量含碳量 2%铁碳合金铁碳合金特点：特点：良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零件。良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零件。较好的较好的减震性、耐磨性、切削性减震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）、（指灰铸铁）、成本低成本低。应用：应用：应用范围广。其中应用范围广。其中灰铸铁最广灰铸铁最广、球墨铸铁球墨铸铁次之。次之。应用应用范围：其中范围：其中灰铸铁最广灰铸铁最广、球墨铸铁球墨铸铁次之。次之。1)灰口铸铁灰口铸铁 HT150(抗拉强度抗拉强度150MPa）2)球墨铸铁球墨铸铁QT500-7(抗拉强度抗拉强度500MPa，拉伸率，拉伸率7%）两者均为脆性材料两者均为脆性材料,不能辗压和锻造不能辗压和锻造可用于可用于机器的基础或箱体机器的基础或箱体(时效处理时效处理消除铸造内应力消除铸造内应力)2 2、钢、钢具具有有高高的的强强度度、韧韧性性和和塑塑性性，可可用用热热处处理理方方法法改改善善其其力力学学性能和加工性能。性能和加工性能。钢钢制制零零件件毛毛坯坯可可用用锻锻造造、冲冲压压、焊焊接接或或铸铸造造等等方方法法取取得得，应用极为广泛。应用极为广泛。按用途分：按用途分：1）结构钢结构钢(制造零件和工程构件制造零件和工程构件)2）工具钢工具钢(制造各种刃具、模具和量具制造各种刃具、模具和量具)3）特殊钢特殊钢(不锈钢、耐热钢、耐酸钢等不锈钢、耐热钢、耐酸钢等)(制造特殊环境下工作零件）制造特殊环境下工作零件）按化学成分：按化学成分：1）碳素钢）碳素钢含碳量不超过含碳量不超过0.7%（低中高碳钢）（低中高碳钢）普通普通碳素钢碳素钢 Q235（A3钢钢)等等(屈服强度屈服强度235MPa)优质优质碳素钢碳素钢 45等等(含碳量含碳量 0.45%左右）左右）2）合金钢）合金钢钢中添加合金元素，如钢中添加合金元素，如镍、铬、锰、镍、铬、锰、钼、钒钼、钒等，极大地改善钢材性能。等，极大地改善钢材性能。如：如：40Cr 35CrMo 40CrNiMo 等等,采用采用40CrNiMo制造钻具。制造钻具。合合金金钢钢的的优优良良性性能能不不仅仅取取决决于于化化学学成成分分，更更大大程程度上度上取决于取决于适当的热处理。适当的热处理。选用原则：选用原则：优选碳素钢，优选碳素钢，其次是其次是硅、硅、锰、硼、硼、钒类合金合金钢。特点：特点：与铸铁相比，钢具有高的强度、韧性和塑性。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。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：零件毛坯获取方法：锻造、冲压、焊接、铸造等。锻造、冲压、焊接、铸造等。应用：应用：应用范围极其广泛。应用范围极其广泛。表表9-2 9-2 常用材料的相对价格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热轧圆钢钢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 价格便宜且供应充分 我国资源丰富 3.3.铜合金铜合金-铜铜锌锌合金，并含有少量的合金，并含有少量的锰、铝铝、镍镍特点：特点：具有良好的具有良好的塑性塑性和和液态流动性液态流动性。青铜青铜合金还具合金还具有良好的有良好的减摩性和抗腐蚀性减摩性和抗腐蚀性。零件毛坯零件毛坯获取方法：获取方法：辗压、铸造辗压、铸造。应用：应用范围广泛。应用：应用范围广泛。种类种类青铜青铜黄铜黄铜轴承合金（巴氏合金）轴承合金（巴氏合金）-含含锡锡青铜、青铜、不含锡不含锡青铜青铜二、非金属材料二、非金属材料1.1.橡胶橡胶 橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。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、带传动的胶带常用作联轴器或减震器的弹性元件、带传动的胶带等。等。硬橡胶可用于制造用水硬橡胶可用于制造用水润滑的滑的轴承承衬。2.2.塑料塑料 塑料的比重小，易于制成形状复杂的零件，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、绝而且各种不同塑料具有不同的特点，如耐蚀性、绝热性、性、绝缘性、减摩性、摩擦系数大等，所以近年来在性、减摩性、摩擦系数大等，所以近年来在机械制造中其机械制造中其应用日益广泛。用日益广泛。3.3.其它非金属材料：其它非金属材料：皮革、木材、纸板、棉、丝等。皮革、木材、纸板、棉、丝等。选材因素：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全面考虑。用途、用途、工作条件工作条件、物理物理、化学化学、机械工机械工艺性能性能、经济性。性。零件材料零件材料各种材料的化学成分和力学性能可在各种材料的化学成分和力学性能可在相关国标、行标相关国标、行标和机械设计手册和机械设计手册中查得。中查得。为了为了材料供应和生产管理上的方便材料供应和生产管理上的方便，应，应尽量缩减材料尽量缩减材料的品种的品种。表表9-1 9-1 常用钢铁材料的牌号及力学性能常用钢铁材料的牌号及力学性能材材 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 335-410 215 31 碳素碳素结构钢结构钢Q235 375-460 235 26 d 16 Q275 490-610 275 20 20 410 245 25 优质碳素优质碳素结构钢结构钢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 球墨铸铁球墨铸铁QT500-7 500 320 7 QT600-3 600 370 3 壁厚壁厚3020096 公差与配合、表面粗糙度和优先系数公差与配合、表面粗糙度和优先系数一、一、公差与配合公差与配合互换性：互换性：零件在装配时，不需要选择和附加加工的就零件在装配时，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。能满足预期技术与使用要求的特性。基本尺寸：基本尺寸：由设计图纸给定的零件由设计图纸给定的零件理论尺寸理论尺寸；为确定值。；为确定值。实际尺寸：实际尺寸：制造加工后制造加工后测量测量所得零件尺寸；由于测量所得零件尺寸；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。基本尺寸而言，总是有误差。或大或小实际尺寸实际尺寸25.125.1轴轴实际尺寸实际尺寸实际尺寸实际尺寸基本尺寸基本尺寸实际尺寸实际尺寸24.924.9孔孔25.125.1孔孔2525孔孔基本尺寸基本尺寸轴轴2525轴轴24.924.9最小极限尺寸：最小极限尺寸：零件满足互换性要求的零件满足互换性要求的最小允许最小允许尺寸；尺寸；最大极限尺寸：最大极限尺寸：零件满足互换性要求的零件满足互换性要求的最大允许最大允许尺寸；尺寸；尺寸误差尺寸误差 ：实际尺寸与理论设计尺寸之差；实际尺寸与理论设计尺寸之差；上偏差上偏差 ：最大：最大极限尺寸与基本尺寸之差；符号：极限尺寸与基本尺寸之差；符号：ES,esES,es下偏差下偏差 ：最小：最小极限尺寸与基本尺寸之差；符号：极限尺寸与基本尺寸之差；符号：EI,eiEI,eiesesESESeieiEIEI尺寸公差：尺寸公差：最大极限尺寸与最小极限尺寸之差；即最大极限尺寸与最小极限尺寸之差；即 允许的尺寸变动量。允许的尺寸变动量。ES-EES-EI Ies-eies-ei公差公差=L Lmaxmax-L Lmaxmax=ES-EI=ES-EI=es-ei=es-eiL Lminmin孔孔LL孔孔L Lmaxmax孔孔轴轴L LL Lmaxmax轴轴L Lminmin轴轴轴轴L LL Lmaxmax轴轴L Lminmin轴轴零线：零线：代表基本尺寸所在位置的一条直线；代表基本尺寸所在位置的一条直线；公差带：公差带：由代表上、下偏差的两条直线所限定的区域；由代表上、下偏差的两条直线所限定的区域；零线零线ESESEIEI孔公差带孔公差带eseseiei轴公差带轴公差带国标规定：孔与轴各有国标规定：孔与轴各有2828个，分别用如下符号表示：个，分别用如下符号表示：孔：孔：A B C CD D E EF F FG G H JS K M N P R S T 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 ZCU V W X Y Z ZA ZB ZC轴：轴：a b c cd d e ef f fg g h js k m n p r s t 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 zcu v w x y z za zb zc基本偏差：基本偏差：标准表列的，用于确定公差带相对于零线位标准表列的，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。置的上偏差或下偏差，一般为靠近零线的那个偏差。+0 0-零线零线L L孔：孔：A B C CD D E EF F FG G H 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 JS K M N P R S T U V W X Y Z ZA ZB ZCZA ZB ZC轴：轴：a b c cd d e ef f fg g h 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 js k m n p r s t u v w x y z za zb zcza zb zc基本偏差系列基本偏差系列呈正态分布BCCDDEEFAFFGGHKMNPRSTUVXYZZAZBZCJS孔孔+0 0-基本尺寸基本尺寸bccddeefaffgg hkmnp rs tuvxyzzazbzcjs轴轴+0 0-基本尺寸基本尺寸配合：配合：基本尺寸相同，相互结合的孔与轴公差带之间基本尺寸相同，相互结合的孔与轴公差带之间 的关系；的关系；间隙或过盈：间隙或过盈：孔的尺寸减去相配合轴的尺寸所得代数差；孔的尺寸减去相配合轴的尺寸所得代数差；间隙：间隙：代数差为代数差为“+”，孔孔 轴轴;过盈：过盈：代数差为代数差为“-”，孔孔 轴，用于可动联接，如活动铰链；轴，用于可动联接，如活动铰链；孔孔 轴，用于静联接，如火车轮与轴。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；的静联接，如齿轮与轴；最大间隙最大间隙:X Xmax max=孔孔maxmax-轴轴minmin最小间隙最小间隙:X Xmin min=孔孔minmin-轴轴max max 最大过盈最大过盈:Y Ymax max=孔孔minmin-轴轴max max 最小过盈：最小过盈：Y Ymin min=孔孔maxmax-轴轴min min 间隙间隙配合配合孔公差带孔公差带轴公差带轴公差带孔公差带孔公差带轴公差带轴公差带孔公差带孔公差带轴公差带轴公差带孔公差带孔公差带轴公差带轴公差带过盈过盈配合配合过渡配合过渡配合孔公差带孔公差带轴公差带轴公差带孔公差带孔公差带轴公差带轴公差带孔公差带孔公差带Y YmaxmaxX XmaxmaxY YmaxmaxX XmaxmaxY YmaxmaxX XmaxmaxY YmaxmaxY YmaxmaxX XminminX XmaxmaxX Xminmin=0=0Y Yminmin=0=0轴公差带轴公差带X XmaxmaxY YminminH零线零线D孔公差孔公差kjshgefrpms间隙配合间隙配合过渡配合过渡配合过盈配合过盈配合配合配合基准制基准制基孔制配合：基孔制配合：孔是基准孔，下偏差孔是基准孔，下偏差EI=0EI=0，代号为代号为:H:H，通过改变轴的公差带来或得各种不同的配合特性。通过改变轴的公差带来或得各种不同的配合特性。基孔制配合基孔制配合基轴制配合基轴制配合应用广泛应用广泛 ，可减少孔加工刀具，可减少孔加工刀具 零线零线hD轴轴公差公差KJSHGEFRPMS间隙配合间隙配合过渡配合过渡配合过盈配合过盈配合基轴制配合：基轴制配合：轴是基准轴，上偏差轴是基准轴，上偏差es=0es=0，代号为代号为:h:h，通过改变孔的公差带来或得各种不同的配合特性。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基轴制常用与优先配合的选用二、二、表面粗糙度表面粗糙度轮廓峰谷线轮廓峰谷线轮廓峰顶线轮廓峰顶线轮廓峰高轮廓峰高yp轮廓谷深轮廓谷深yv中线中线lyx定义：定义：零件表面的微观几何形状误差称为零件表面的微观几何形状误差称为表面粗糙度表面粗糙度特征：特征：加工后零件表面留下的微细而凹凸不平的刀痕。加工后零件表面留下的微细而凹凸不平的刀痕。评定参数：评定参数：轮廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差-取样长度取样长度l l内，被测轮内，被测轮廓上各点至轮廓中线偏居绝对值的算术平均值：廓上各点至轮廓中线偏居绝对值的算术平均值：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 表表9-3 用不同加工方法得到的用不同加工方法得到的Ra 加工方法加工方法表面粗糙度表面粗糙度 Ra m精精 粗粗刨削刨削钻孔钻孔铰孔铰孔精精 粗粗镗孔镗孔精精 粗粗车车精精 粗粗磨磨精精 粗粗研磨研磨滚、铣滚、铣精精 粗粗Ra愈小，零件的加工成本愈高。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：表面粗糙度对零件功能有重要的影响。例如：1.对摩擦磨损的影响对摩擦磨损的影响摩擦系数摩擦系数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.对疲劳强度的影响对疲劳强度的影响零件表面愈粗糙，在刀痕根部愈容易零件表面愈粗糙，在刀痕根部愈容易产生应力集中，使疲劳强度降低。产生应力集中，使疲劳强度降低。3.对耐腐蚀的影响对耐腐蚀的影响4.对结合处密封性能的影响对结合处密封性能的影响5.对振动和噪声的影响等对振动和噪声的影响等零件表面愈粗糙，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。零件表面愈粗糙，振动和噪声愈大。如滚动轴承。三、三、优先数系优先数系 优先数系是国际上统一的优先数系是国际上统一的数值分级制度数值分级制度，是一种，是一种无无量纲量纲的分级系数，适用于各种量值的分级。在确定产品的分级系数，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。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：产品的主要参数如：型号、直径、转速、承载量和型号、直径、转速、承载量和功率功率等按优先数系形成等按优先数系形成系列系列，便于组织生产和降低成本，便于组织生产和降低成本，以实现产品的标准化和系列化。以实现产品的标准化和系列化。优先数系是一个以公比为：优先数系是一个以公比为：qr=10 的十进等比级数，的十进等比级数，rGB321-80规定了四个优先数系的基本系列：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:q40=10 1.06 40优先数系的基本系列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 优先数优先数-表中任意一个数值。表中任意一个数值。大于大于10的优先数，可将的优先数，可将表数值表数值分别分别乘以乘以10、100、1000。97 机械零件的工艺性及标准化机械零件的工艺性及标准化一、一、工艺性工艺性零件设零件设计要求计要求使用要求使用要求-具备所要求的工作能力；具备所要求的工作能力；制造要求制造要求-制造工艺可行，成本低；制造工艺可行，成本低；零件工艺性良好的标志：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。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：工艺性的基本要求：1)毛坯选择合理毛坯选择合理制备方法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。单件或小批量单件或小批量生产时，选用生产时，选用棒料、板材、型材或焊件。棒料、板材、型材或焊件。应用于应用于大批量大批量生产。生产。用型材用型材焊接焊接锻造锻造铸造铸造冲压冲压 工艺性的基本要求：工艺性的基本要求：1)毛坯选择合理毛坯选择合理制备方法：制备方法：选用型材、焊接、铸造、锻造、冲压等。选用型材、焊接、铸造、锻造、冲压等。毛坯选择与生产批量、材料性能和加工可能性有关。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。单件或小批量生产时，选用棒料、板材、型材或焊件。大批量生产时，往往选用铸造、锻造、冲压等方法。大批量生产时，往往选用铸造、锻造、冲压等方法。2)结构简单合理结构简单合理最好采用平面、柱面、螺旋面等最好采用平面、柱面、螺旋面等简单表面及其组合简单表面及其组合；尽量减少加工面数和加工面积；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。零件的加工成本随精度和表面粗糙度的提高而急剧增加。决决不能盲目追求高精度不能盲目追求高精度，应在满足使用要求的前提下，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。尽量采用较低的精度和表面质量。尽量采用标准件；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、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；螺纹、键、齿轮模数等）的数量；4)尽量减小零件的加工量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。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。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、二、标准化标准化内容：内容：1)1)产品品种规格的系列化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。的广泛要求。定义：定义：标准化是在经济、技术、科学及管理等社会实践标准化是在经济、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，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。以获得最佳秩序和效益。2)零部件的通用化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；统一后实现互换；3)产品质量标准化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。工工艺、装配检验、包装储运等环节的标准化。基本特征：基本特征：统一、简化。统一、简化。意义：意义：1)制造上可以实现专业化大批量生产，既可提高产品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；质量，又能降低成本；2)设计方面可减少设计工作量；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。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：标准层次：国家标准、行业标准、地方标准、企业标准。国家标准、行业标准、地方标准、企业标准。推荐性标准（推荐性标准（GB/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（GB）-必须强制执行；必须强制执行；作为设计人员设计人员，要求必须熟悉现行的相关标准，学会查询须熟悉现行的相关标准，学会查询和使用标准资料和使用标准资料。无论设计何种产品，必须遵循相关标准。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。