机械基础机械零件的材料结构和承载能力课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,一、,零件的常用材料及选用,二、,零件的结构工艺性,三、,机械零件的标准化、系列化和通用化,四、,零件的强度,0,2,机械零件的材料、结构和承载能力,*,一、零件的常用材料及选用02 机械零件的材料、结,1,02 机械零件的材料、结构和承载能力,一、零件的常用材料,及选用,材料是制作机械零件的原料，零件有强度和使用寿命的要求，不同的零件需要选用不同的材料。如汽车轮胎需要具有一定的弹性和耐磨性，选用橡胶作为原料；汽车大梁需要承受较大的载荷和冲击，选用具有一定强度和韧性的低碳合金钢。机床的主轴不仅要有强度，还要有抗弯曲变形的刚度要求，选择,45或40Cr钢材，并作成中空形状；机床的床身要求不变形且耐磨损，选用不变形的铸铁材料，导轨表面作淬火处理。,常用材料,材料,选用原则,*,02 机械零件的材料、结构和承载能力 一、零件的,2,一、常用材料,1,钢,2,铸铁,3.,铜合金,4.,铸铁锡基和铅基轴承合金,5.,工程塑料,6.,橡胶,0,2,机械零件的材料、结构和承载能力,*,一、常用材料 1钢02 机械零件的材料、结,3,1、钢,常用作机械零件的材料，它是,铁和碳的合金,。常用结构,碳素,钢和合金钢。钢中含碳质量分数的多少，影响到钢的韧性和硬度，含碳质量分数越低，韧性越好，但硬,度低；反之，含碳质量分数越高，硬度越大，但韧性越差。所以，常用中碳钢作为零件的材料，具有一定的韧性和硬度，也方便进行热处理。,02 机械零件的材料、结构和承载能力,*,1、钢 02 机械零件的材料、结构和承载能力,4,（,含碳量大于,0.02%,小于,2.11%,的铁、碳合金,）,1.,钢,碳素钢,低碳钢,0.02%C,0.25%,用于铆钉、螺钉、连杆等,合金钢,合金结构钢,合金工具钢,特殊性能钢 如：不锈钢、耐热钢、耐磨钢,低合金结构钢,滚动轴承钢,弹簧钢,中碳钢,0.25%,C,0.6%,用于齿轮、轴、连接件等,高碳钢,0.6%,C,2.11%,用于弹簧、工具、模具等,钢,0,2,机械零件的材料、结构和承载能力,铸钢,用于机座、箱壳、大齿轮等,*,（含碳量大于0.02%,小于2.11%的铁、碳合金）1.钢低,5,2.,铸铁,（,含碳量大于,2.11%,的铁、碳合金,）,灰铸铁,如,HT100、HT300,良好的铸造性、切削加工性、耐磨性，消振性，但抗拉强度低。,0,2,机械零件的材料、结构和承载能力,铸铁,球墨铸铁,如,QT400-18、QT500-7,强度和塑性比灰铸铁有 很大的提高，具有良好的耐磨性，但铸造性较差。,可锻铸铁,如,KTH300-06,强度、塑性、韧性、耐磨性均 较高，能承受冲击振动,但生产周期长，成本较高。铸造大尺寸零件较困难。,*,2.铸铁（含碳量大于2.11%的铁、碳合金）灰铸铁 如,6,3.,铜合金,铜合金的减磨性和耐腐蚀性能较好。,黄铜：,铜与锌的合金，含少量锰、铝等元素，如,ZCuZn38,等。,青铜：,青铜以主加元素的不同又可分为锡青铜和铝青铜等，,如,CuAl10Fe3,、,ZCuSn5PbZn5,。,青铜比黄铜有更高的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性。,0,2,机械零件的材料、结构和承载能力,*,3.铜合金 铜合金的减磨性和耐腐蚀性能较好。,7,铸造锡基和铅基合金,主要含有锡、铅、锑等成分，其优点是减磨性、抗烧伤性、磨合性、耐蚀性、韧性和导热性良好，主要用于制作滑动轴承的减磨层。,0,2,机械零件的材料、结构和承载能力,4,、铸造锡基和铅基合金,*,铸造锡基和铅基合金主要含有锡、铅、锑等成分，其优点是减磨性、,8,5,工程塑料,热塑性塑料。如：聚乙烯、有机玻璃、尼龙等。,0,2,机械零件的材料、结构和承载能力,热固性塑料。如：酚醛塑料、氨基塑料等。,工程塑料,*,5工程塑料热塑性塑料。如：聚乙烯、有机玻璃、尼龙等。0,9,橡胶有普通橡胶和特种橡胶,，用于制作密封件、减振件、传动件、输送带、轮胎、胶辊等。,0,2,机械零件的材料、结构和承载能力,6.,橡胶,*,橡胶有普通橡胶和特种橡胶，用于制作密封件、减振件、传动件、输,10,02 机械零件的材料、结构和承载能力,2,、,材料的选用,材料的品种很多，各有特点，应做到物尽其用，用其所长。当然要考虑零件工作中的,使用要求、工艺要求和经济性,。,所谓,经济性,，,首先表现在材料的相对价格，还与生产批量、供应条件等条件有关。,*,02 机械零件的材料、结构和承载能力2、材料的选用*,11,工艺要求,包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能等,。如,：结构复杂的箱体类零件，宜采用铸造毛坯；重要的轴类和盘类零件，宜采用锻造毛坯等。,02 机械零件的材料、结构和承载能力,*,工艺要求包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切,12,使用要求,包括零件的工作和受载情况，零件的尺寸和质量的限制，零件的重要程度等。,工作情况,指零件所处的环境，如介质、温度及摩擦性质。,受载情况,指的载荷大小和应力种类。,02 机械零件的材料、结构和承载能力,*,使用要求包括零件的工作和受载情况，零件的尺寸,13,机械零件应该加工方便、节省工时、提高效率、降低成本、保证质量、满足结构工艺要求。,影响机械零件的结构工艺性的因素,很多，涉及材料选择、毛坯准备、机械加工、装配维修等各方面。,如铸造材料要求其最小厚度要大于8mm，否则会因为铸不满而产生废品；留出足够的加工余量。锻件的内孔太小时，不能冲孔成形；轴上的螺纹要留退刀槽；磨削表面提前做出中心孔等。这些都是满足加工工艺要求所必须做好的准备。,02 机械零件的材料、结构和承载能力,二、零件加工的工艺性,*,机械零件应该加工方便、节省工时、提高效率、降低成本、保证,14,02 机械零件的材料、结构和承载能力,三、,零件的标准化、系列化和通用化,国家对机械零件做出了统一的标准规定，,有利于简化零部件的品种和规格，便于组织大规模的生产，降低成本。,如需要一个螺钉、螺母，可以在市场上很方便地买到。它是由标准件厂统一生产的，价格低，通用性好，方便使用，但螺钉有统一的标准，如,M6、M8、M10、M12、M16毫米，没有7、9、11、13,等规格的螺钉。滚动轴承也是一样，其标准内经仅有10、12、15、17、20、25、30、35不可能有其他数值,。,*,02 机械零件的材料、结构和承载能力三、零件的标准化,15,02 机械零件的材料、结构和承载能力,机械零件的,标准化,，是指产品的形式、材料、尺寸、参数、性能等用“标准”予以统一规定并实施；,系列化,是指对同一种零部件，在相同的基本结构和基本尺寸条件下，规定若干个辅助尺寸不同的规格；,通用化,是指在不同的同类产品甚至不同的类型的产品上采用同样的零部件。,*,02 机械零件的材料、结构和承载能力 机械零件的,16,零件的,标准化、系列化和通用化,的,意义，主要表现在以下几方面：,(1),、便于组织大批量生产，并能提高质量、降低成本。,(2),、有利于减少制造和设计工作量，缩短生产周期。,(3),、增大零部件的互换性，方便机器维修。,(4),、有利于增加产品品种，扩大生产批量，满足各种需求。,02 机械零件的材料、结构和承载能力,*,零件的标准化、系列化和通用化的意义，主要表现在以下几方面：,17,失效,是指机械零件,丧失工作能力或,不能达到设计要求,时,。如彩色电视机的显像管，由于老化而出现的图象模糊不清，达不到设计时的要求，称之为失效,。,零件不发生失效时的安全工作限度称为,工作能力,。,对荷载而言的工作能力称为,承载能力,。,02 机械零件的材料、结构和承载能力,四、,零件的,强度,*,失效是指机械零件丧失工作能力或不能达到设计要求时。如,18,02 机械零件的材料、结构和承载能力,1、载荷,指机械零件受到,的,外力或外力矩,或者是力和力矩组成的联合载荷,。,载荷大小和方向不随时间变化或者变化缓慢的，称为,静载荷,。,载荷大小和方向随时间变化而变化的称为,动载荷。,*,02 机械零件的材料、结构和承载能力 1、载,19,根据动力机的额定功率,P(kW),和额定转速,n(r/min),计算出的称为,名义载荷,。,02 机械零件的材料、结构和承载能力,名义转矩,为：,式中,T-,转矩，,Nmm,；,i-,从动力到所计算零件之间的总传动比；,-,从动力到所计算零件之间传动的总效率。,载荷系数,K,与名义载荷的乘积称为,计算载荷,，以,T,C,，,F,C,等表示。,式中,K-,载荷系数，一般取,K1,。,*,根据动力机的额定功率P(kW)和额定转速n(r/min)计算,20,2、应力,应,力是机械受到外载荷作用后，,单位截面上,所受到,的内力,。,载荷,指零件外部的作用力；应力指受到外部作用后，,零件内部产生的内力,。应力的大小与外部载荷的变化、大小有关。,02 机械零件的材料、结构和承载能力,式中,-,应力，国际单位,N/m,2,F-,机械所受的内力，单位,N,。,A-,机械零件受力的截面积，单位,mm,2,*,2、应力 02 机械零件的材料、结构和承载能力,21,静应力,指大小和方向不随时间变化或变化缓慢的应力。,静载荷产生,静应力,。,变应力,是指大小和方向随时间变化的应力。,动载荷产生,变应力,。,具有周期性变化的应力称为,循环应力,。,按应力变化特点分成,脉冲循环应力,、,对称循环应力,和,非对称循环应力,三种，其中对称循环应力对零件的寿命影响最大。,02 机械零件的材料、结构和承载能力,*,静应力指大小和方向不随时间变化或变化缓慢的应力。静载荷产生静,22,02 机械零件的材料、结构和承载能力,*,02 机械零件的材料、结构和承载能力*,23,02 机械零件的材料、结构和承载能力,4、,安全系数和许用应力,每一种材料经过试验后，都可以找到最大极限应力值。如果直接以极限应力作为计算材料的强度，当达到极限应力值时，零件就会出现破坏。此外，实验室的测试是静态的外载荷作用，与零件实际工作环境存在差别，为防止出现意外事故，,取一个比,1大的值作为安全系数,。如取安全系数,2，假设其极限应力为200MPa，被2除后，得到100MPa，称100MPa为许用的应力，即当应力达到100 MPa时为最大的极限，超过100 MPa认为零件超载，会出现破坏。,*,02 机械零件的材料、结构和承载能力 4、,24,02 机械零件的材料、结构和承载能力,实际应用中，有安全系数的作用，并不一定立即出现问题。所以,许用应力为极限应力与安全系数,的比值,。安全系数越大，零件越安全，但零件尺寸断面越大，造价越高。,对于运输机械，如摩托车、汽车、飞机，如果安全系数过大，自身重量过大，消耗的燃料过多，所以应当取较小的安全系数。,*,02 机械零件的材料、结构和承载能力实际应用中，,25,02 机械零件的材料、结构和承载能力,3、,零件的强度,强度是,反映机械零件承受载荷时抵抗破坏的能力的重要指标。,根据工作条件的不同，机械零件的强度可分为,静强度,和,疲劳强度,。,根据破坏部位和破坏形式的不同，机械零件的强度分为,表面强度,和,体积强度,，一般强度是指体积强度。,*,02 机械零件的材料、结构和承载能力 3、零,26,（1）,机械零件的,体积强度,在载荷作用下，如果应力是在较大的,体积内产生的，在这种应力状态下的零件强度称为,体积强度。,一般分为,静应力下零件的强度,和,变应力下零件的强度。,02 机械零件的材料、结构和承载能力,*,（1）机械零件的体积强度02 机械零件的材料、结构,27,静应力,使零件产生塑性变形或断裂。如自行车前后轴固定不动，受到人的不变载荷静止作用，前轴太细可能产生弯曲塑性变形，严重时会断裂。,变应力,使零件产生疲劳断裂。如火车车轮与轴组成一体，轴的受载荷是不变，但轴随车轮的转动不断变化位置，它受到对称循环变化的变应力作用，经过无数次转动后，可能出疲劳断裂。,02 机械零件的材料、结构和承载能力,*,静应力使