7、織均勻的脆性材料，如淬火后低溫回火的高強(qiáng)度鋼。還應(yīng)考慮應(yīng)力集中的影響。,二、靜應(yīng)力下的許用應(yīng)力 靜應(yīng)力下，零件材料有兩種損壞形式：斷裂或塑性變形。 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)取材料的屈服極限S作為極限應(yīng)力，故許用應(yīng)力為,三、變應(yīng)力下的許用應(yīng)力 變應(yīng)力下，零件的損壞形式是疲勞斷裂。 疲勞斷裂具有以下特征： 疲勞斷裂的最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料的強(qiáng)度極限低，甚至比屈服極限低； 不存在宏觀(guān)的、明顯的塑性變形跡象，是脆性突然斷裂； 疲勞斷裂是損傷的積累，在循環(huán)應(yīng)力多次反復(fù)作用下產(chǎn)生。 對(duì)材料的組成、零件的形狀、尺寸、表面狀態(tài)、使用條件和外界環(huán)境等非常敏感。 總之，疲勞破壞的最突
8、出特點(diǎn)是發(fā)生突發(fā)性、高度局部性以及對(duì)各種缺陷的敏感性。,右圖所示為軸的彎曲疲勞斷裂的斷口，微裂紋常起始于應(yīng)力最大的斷口周邊上。在斷口上明顯地有兩個(gè)區(qū)域：一個(gè)是在變應(yīng)力重復(fù)作用下裂紋兩邊相互摩擦形成的表面光滑的疲勞區(qū)；一個(gè)是最終發(fā)生脆性斷裂的表面粗糙的斷裂區(qū)。,,疲勞斷裂不同于一般靜力斷裂。它是損傷到一定程度后，即裂紋擴(kuò)展到一定程度后，才發(fā)生的突然斷裂、所以疲勞斷裂與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（即使用期限或壽命）密切相關(guān)。,疲勞曲線(xiàn) 表示應(yīng)力與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N之間的關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)為疲勞曲線(xiàn)，如圖9-3所示。從圖中可以看出，應(yīng)力越小，試件能經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)就越多。,當(dāng)循環(huán)次數(shù)N超過(guò)某一數(shù)值N0以后，曲線(xiàn)趨向水平，即可以
9、認(rèn)為在“無(wú)限次”循環(huán)時(shí)試件將不會(huì)斷裂。 N0稱(chēng)為循環(huán)基數(shù)，對(duì)應(yīng)于N0的應(yīng)力稱(chēng)為材料的疲勞極限(-l)。,通常用-l表示材料在對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力下的彎曲疲勞極限。 疲勞曲線(xiàn)的左半部（NN。），可近似地用下列方程式表示：,對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力作用下，任意循環(huán)次數(shù)N時(shí)的疲勞極限為,許用應(yīng)力 變應(yīng)力下，應(yīng)取材料的疲勞極限作為極限應(yīng)力。同時(shí)還應(yīng)考慮零件的切口和溝槽等截面突變、絕對(duì)尺寸和表面狀態(tài)等影響，為此引入有效應(yīng)力集中系數(shù)k、尺寸系數(shù)和表面狀態(tài)系數(shù)等。當(dāng)應(yīng)力是對(duì)稱(chēng)循環(huán)變化時(shí)，無(wú)限壽命下的許用應(yīng)力為,當(dāng)應(yīng)力是脈動(dòng)循環(huán)變化時(shí)，無(wú)限壽命下的許用應(yīng)力為,四、安全系數(shù) 安全系數(shù)定得正確與否對(duì)零件尺寸有很大影響。如果安全系
10、數(shù)定得過(guò)大將使結(jié)構(gòu)笨重；如定得過(guò)小，又可能不夠安全。 在各個(gè)不同的機(jī)械制造部門(mén)，通過(guò)長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐，都制訂有適合本部門(mén)的安全系數(shù)（或許用應(yīng)力）的表格。使用時(shí)可以從中查表選取所需的安全系數(shù)（或許用應(yīng)力）。,9-3 機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度,若零件受載時(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(chēng)為整體強(qiáng)度 若兩個(gè)零件在受載前是點(diǎn)接觸或線(xiàn)接觸，受載變形后，其表層產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力，這種應(yīng)力稱(chēng)為接觸應(yīng)力。這時(shí)零件強(qiáng)度稱(chēng)為接觸強(qiáng)度。 具有一定曲面的兩物體在壓力下互相接觸時(shí)，在接觸處產(chǎn)生的應(yīng)力便是接觸應(yīng)力。 承受接觸應(yīng)力的零件的承載能力不僅取決于整體強(qiáng)度，還取決于表面的接觸強(qiáng)度。,機(jī)械零件的接觸應(yīng)力通常
11、是隨時(shí)間作周期性變化的接觸變應(yīng)力，在載荷重復(fù)作用下，零件表面發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕破壞，（圖9-7）。,零件發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕后，減小了接觸面積，損壞了零件的光滑表面，因而也降低了承載能力，并引起振動(dòng)和噪聲。 兩個(gè)軸線(xiàn)平行的圓柱體相互接觸并受壓時(shí)，接觸應(yīng)力分布如圖9-8所示，最大接觸應(yīng)力發(fā)生在接觸區(qū)中線(xiàn)上，其值由赫茲(H.Hertz)公式 計(jì)算,對(duì)于鋼或鑄鐵，取1=2 ==0.3，則上式簡(jiǎn)化為：,令,及,,零件受接觸變應(yīng)力作用時(shí)接觸強(qiáng)度條件為 HH 而H = lim/SH (9-11) 式中l(wèi)im為由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的材料的接觸疲勞極限，若兩零件的硬度不同時(shí)，常以較軟零件的接觸疲勞極限為準(zhǔn)。由圖9-8可看
12、出，接觸應(yīng)力具有上下對(duì)等、左右對(duì)稱(chēng)及稍離接觸區(qū)中線(xiàn)即迅速降低等特點(diǎn)。由于接觸應(yīng)力是局部性的應(yīng)力，且應(yīng)力的增長(zhǎng)與載荷Fn不成直線(xiàn)關(guān)系，而要緩慢得多見(jiàn)式(9-9)，故安全系數(shù)SH可取為等于或稍大于1。,三牙輪鉆頭內(nèi)部結(jié)構(gòu),94 機(jī)械零件的耐磨性,運(yùn)動(dòng)副中，摩擦表面物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象稱(chēng)為磨損。磨損會(huì)逐漸改變零件尺寸和摩擦表面狀態(tài)。零件抗磨損的能力稱(chēng)為耐磨性。除非運(yùn)動(dòng)副摩擦表面為一層潤(rùn)滑劑所隔開(kāi)而不直接接觸，否則磨損總是難以避免的。但是只要磨損速度穩(wěn)定緩慢，零件就能保持一定壽命。所以，在預(yù)定使用期限內(nèi)，零件的磨損量不超過(guò)允許值時(shí)，就認(rèn)為是正常磨損。 出現(xiàn)劇烈磨損時(shí)，運(yùn)動(dòng)副的間隙增大，能使機(jī)械的精度喪失
13、，效率下降，振動(dòng)、沖擊和噪聲增大。這時(shí)應(yīng)立即停車(chē)檢修、更換零件。,據(jù)統(tǒng)計(jì)，約有80的損壞零件是因磨損而報(bào)廢的。 磨粒磨損 硬質(zhì)顆?；蚰Σ帘砻嫔嫌驳耐狗澹谀Σ吝^(guò)程中引起的材料脫落現(xiàn)象稱(chēng)為磨粒磨損。硬質(zhì)顆粒可能是零件本身磨損造成的金屬微粒，也可能是外界的塵土雜質(zhì)等。磨損面間的硬粒，能使表面材料脫落而留下溝紋。 粘著磨損（膠合） 當(dāng)摩擦表面接觸時(shí)，由于表面不平，實(shí)際上只有部分峰頂接觸。在有相對(duì)運(yùn)動(dòng)和一定載荷作用下，接觸處壓強(qiáng)極高，能使材料產(chǎn)生塑性流動(dòng)。若接觸處發(fā)生粘著，滑動(dòng)時(shí)會(huì)使接觸表面材料由一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面，這種現(xiàn)象稱(chēng)為粘著磨損（膠合）。,疲勞磨損（點(diǎn)蝕） 在滾動(dòng)或兼有滑動(dòng)和滾動(dòng)的高副中
14、，受載時(shí)材料表層有很大的接觸應(yīng)力，當(dāng)載荷重復(fù)作用時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)表層金屬呈小片狀剝落，而在零件表面形成小坑，這種現(xiàn)象稱(chēng)為疲勞磨損或點(diǎn)蝕。 腐蝕磨損 在摩擦過(guò)程中，與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)的磨損，稱(chēng)為腐蝕磨損。,實(shí)用耐磨計(jì)算是限制運(yùn)動(dòng)副的壓強(qiáng)p，即 pp (9-12) 式中p 是由實(shí)驗(yàn)或同類(lèi)機(jī)器使用經(jīng)驗(yàn)確定的許用壓強(qiáng)。 相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較高時(shí)，還應(yīng)考慮運(yùn)動(dòng)副單位時(shí)間單位接觸面積的發(fā)熱量fpv。在摩擦系數(shù)一定的情況下，可將pv值與許用pv值進(jìn)行比較，即 pv pv (9-13),9-5 機(jī)械制造常用材料及其選擇,一、金屬材料 鑄鐵
15、 鑄鐵和鋼都是鐵碳合金，它們的區(qū)別主要在于含碳量的不同。含碳量小于2的鐵碳合金稱(chēng)為鋼，含碳量大于2的稱(chēng)為鑄鐵。 鑄鐵具有適當(dāng)?shù)囊兹坌裕己玫囊簯B(tài)流動(dòng)性，因而可鑄成形狀復(fù)雜的零件。此外，它的減震性、耐磨性、切削性（指灰鑄鐵）均較好且成本低廉，因此在機(jī)械制造中應(yīng)用甚廣。常用的鑄鐵有：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。其中灰鑄鐵和球墨鑄鐵是脆性材料，不能進(jìn)行輾壓和鍛造。,鋼 鋼具有高的強(qiáng)度、韌性和塑性，并可用熱處理方法改善其力學(xué)性能和加工性能。鋼制零件的毛坯可用鍛造、沖壓、焊接或鑄造等方法取得，因此其應(yīng)用極為廣泛。 按照用途，鋼可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊鋼。 結(jié)構(gòu)鋼用于制造各種機(jī)械零件和工程結(jié)
16、構(gòu)的構(gòu)件；工具鋼主要用于制造各種刃具、模具和量具；特殊鋼用于制造在特殊環(huán)境下工作的零件。 按照化學(xué)成分，鋼又可分為碳素鋼和合金鋼。 碳素鋼的性質(zhì)主要取決于含碳量，含碳量越高則鋼的強(qiáng)度越高，但塑性越低。,碳素結(jié)構(gòu)鋼 這類(lèi)鋼的含碳量一般不超過(guò) 0.7。 含碳量低于 0.25的低碳鋼，它的強(qiáng)度極限和屈服極限較低，塑性很高，且具有良好的焊接性，適于沖壓、焊接。 含碳量在0.30.5%的中碳鋼，它的綜合力學(xué)性能較好，既有較高的強(qiáng)度，又有一定的塑性和韌性，常用作受力較大的螺栓、螺母、鍵、齒輪和軸等零件。 含碳量在0. 550.7的高碳鋼，具有高的強(qiáng)度和彈性，多用來(lái)制作普通的板彈簧、螺旋彈簧或鋼絲繩等。,合
17、金結(jié)構(gòu)鋼 鋼中添加合金元素的作用在于改善鋼的性能。 應(yīng)當(dāng)注意，合金鋼的優(yōu)良性能不僅取決于化學(xué)成分，而且在更大程度上取決于適當(dāng)?shù)臒崽幚怼?鑄鋼 鑄鋼的液態(tài)流動(dòng)性比鑄鐵差，所以用普通砂型鑄造時(shí)，壁厚常不小于10mm。鑄鋼件的收縮率比鑄鐵件大，故鑄鋼件的圓角和不同壁厚的過(guò)渡部分均應(yīng)比鑄鐵件大些。,選擇鋼材時(shí)，應(yīng)在滿(mǎn)足使用要求的條件下，盡量采用價(jià)格便宜供應(yīng)充分的碳素鋼，必須采用合金鋼時(shí)也應(yīng)優(yōu)先選用我國(guó)資源豐富的硅、錳、硼、釩類(lèi)合金鋼。 常用鋼鐵材料的力學(xué)性能見(jiàn)表9-1。 銅合金 銅合金有青銅與黃銅之分。黃銅是銅和鋅的合金，并含有少量的錳、鋁、鎳等，它具有很好的塑性及流動(dòng)性，故可進(jìn)行輾壓和鑄造。青銅可分
18、為含錫青銅和不含錫青銅兩類(lèi)，它們的減摩性和抗腐蝕性均較好，也可輾壓和鑄造。此外，還有軸承合金（或稱(chēng)巴氏合金），主要用于制作滑動(dòng)軸承的軸承襯。,二、非金屬材料 在機(jī)械制造中也常用到其他非金屬材料。 橡膠 橡膠富于彈性，能吸收較多的沖擊能量，常用作聯(lián)軸器或減震器的彈性元件、帶傳動(dòng)的膠帶等。硬橡膠可用于制造用水潤(rùn)滑的軸承襯。 塑料 塑料的比重小，易于制成形狀復(fù)雜的零件，而且各種不同塑料具有不同的特點(diǎn)，近年來(lái)在機(jī)械制造中其應(yīng)用日益廣泛。,設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)，選擇合適的材料是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)零件的用途、工作條件和材料的物理、化學(xué)、機(jī)械和工藝性能以及經(jīng)濟(jì)因素等進(jìn)行全面考慮。這就要求設(shè)計(jì)者
19、在材料和工藝等方面具有廣泛的知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 為了材料供應(yīng)和生產(chǎn)管理上的方便，應(yīng)盡量縮減材料的品種。,9-6 公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先數(shù)系,一、公差與配合 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)不需要選擇和附加加工，就能達(dá)到預(yù)期的技術(shù)要求 零件的互換性要求保證零件的尺寸、幾何形狀和相對(duì)位置以及表面粗糙度的一致性。就零件尺寸而言，它不可能做得絕對(duì)精確，但零件尺寸必須介于兩個(gè)允許的極限尺寸之間，這兩個(gè)極限尺寸之差稱(chēng)為公差?；Q性要求建立標(biāo)準(zhǔn)化的公差與配合制度。我國(guó)的公差與配合采用國(guó)際公差制。,如圖9-10所示，設(shè)計(jì)給定的尺寸稱(chēng)為基本尺寸。零線(xiàn)代表基本尺寸的位置。由代
20、表上下偏差的兩條直線(xiàn)所限定的區(qū)域稱(chēng)為公差帶。同一基本尺寸的孔與軸的結(jié)合稱(chēng)為配合。,,根據(jù)公差帶的相對(duì)位置，配合分為間隙配合、過(guò)渡配合和過(guò)盈配合三大類(lèi)。間隙配合的孔比軸大，用于動(dòng)聯(lián)接，如軸頸與滑動(dòng)軸承孔。過(guò)盈配合的孔比軸小，用于靜聯(lián)接。如火車(chē)車(chē)輪與軸。過(guò)渡配合可能具有間隙，也可能具有過(guò)盈，用于要求具有良好同軸性而又便于裝拆的靜聯(lián)接，如齒輪與軸。,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，孔與軸的公差帶位置各有28個(gè)，分別用大寫(xiě)和小寫(xiě)拉丁字母表示。大寫(xiě)字母表示孔公差帶和小寫(xiě)字母表示軸公差帶。20個(gè)公差等級(jí)（即尺寸精度等級(jí)），用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。數(shù)字越小，精度越高。 機(jī)械制造中最常用的公差等級(jí)是411級(jí)。,配合制度有基孔制和基軸
21、制兩種?；字频目资腔鶞?zhǔn)孔，其下偏差為零，代號(hào)為H，而各種配合特性是靠改變軸的公差帶來(lái)實(shí)現(xiàn)的（圖9-11）?；S制的軸是基準(zhǔn)軸，其上偏差為零，代號(hào)為h，而各種配合特性是靠改變孔的公差帶來(lái)實(shí)現(xiàn)的。,為了減少加工孔用的刀具品種，工程中廣泛采用基孔制。 特例：光軸與具有不同配合特性的零件相配合時(shí)采用基軸制；滾動(dòng)軸承外徑與軸承孔配合時(shí)采用基軸制。,表面粗糙度是指零件表面的微觀(guān)幾何形狀誤差。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。 表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)之一是輪廓算術(shù)平均偏差Ra，它是指在取樣長(zhǎng)度l內(nèi)，被測(cè)輪廓上各點(diǎn)至輪廓中線(xiàn)偏距絕對(duì)值的算術(shù)平均值（圖9-12），即,二、表面粗糙度,近似為,表
22、9-3（P127）列出了供優(yōu)先選用的表面粗糙度Ra值及與其對(duì)應(yīng)的加工方法（通常條件下比表中等級(jí)降23級(jí)）。,三、優(yōu)先數(shù)系 優(yōu)先數(shù)系是用來(lái)使型號(hào)、直徑、轉(zhuǎn)速、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。 GB32180規(guī)定的優(yōu)先數(shù)系有四種基本系列，即R5 、R10、R20、R40系列，其公比分別為1.6、1.25、1.12、1.06。 例如：R10系列數(shù)值分別為：1、1.25、1.6、2、2.5、3.15、4、5、6.3、8、10. 優(yōu)先數(shù)系中任何一個(gè)數(shù)值稱(chēng)為優(yōu)先數(shù)。 優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系是一種科學(xué)的數(shù)值制度，在確定量值的分級(jí)時(shí)，必須最大限度地采用上述優(yōu)先數(shù)及優(yōu)先數(shù)系。,9-7
23、機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化,一、工藝性 在具體生產(chǎn)條件下，如所設(shè)計(jì)的機(jī)械零件便于加工而加工費(fèi)用又很低，則這樣的零件就稱(chēng)為具有良好的工藝性。 有關(guān)工藝性的基本要求是； 毛坯選擇合理 機(jī)械制造中毛坯制備的方法有：直接利用型材、鑄造、鍛造、沖壓和焊接等。毛坯的選擇與具體的生產(chǎn)技求條件有關(guān)，一般取決于生產(chǎn)批量、材料性能和加工可能性等。,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理 設(shè)計(jì)零件的結(jié)構(gòu)形狀時(shí)，最好采用最簡(jiǎn)單的表面及其組合，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)盡量使加工表面數(shù)目最少和加工面積最小。 規(guī)定適當(dāng)?shù)闹圃炀燃氨砻娲植诙?零件的加工費(fèi)用隨著精度的提高而增加，尤其在精度較高的情況下，這種增加極為顯著。因此，在沒(méi)有充分根據(jù)時(shí)，不應(yīng)當(dāng)追求高的精度。
24、同理，零件的表面粗糙度也應(yīng)當(dāng)根據(jù)配合表面的實(shí)際需要，作出適當(dāng)?shù)囊?guī)定。,二、標(biāo)準(zhǔn)化 標(biāo)準(zhǔn)化是指以制訂標(biāo)準(zhǔn)和貫徹標(biāo)準(zhǔn)為主要內(nèi)容的全部活動(dòng)過(guò)程。就工業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化而言，它是指對(duì)產(chǎn)品的品種、規(guī)格，質(zhì)量、檢驗(yàn)或安全、衛(wèi)生要求等制訂標(biāo)準(zhǔn)并加以實(shí)施。 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化本身包括系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化三個(gè)方面的含義。,產(chǎn)品品種規(guī)格的系列化將同一類(lèi)產(chǎn)品的主要參數(shù)、型式、尺寸、基本結(jié)構(gòu)等依次分檔，制成系列化產(chǎn)品，以較少的品種規(guī)格滿(mǎn)足用戶(hù)的廣泛需要； 零部件的通用化將同一類(lèi)型或不同類(lèi)型產(chǎn)品中用途結(jié)構(gòu)相近似的零部件，經(jīng)過(guò)統(tǒng)一后實(shí)現(xiàn)通用互換； 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品質(zhì)量是一切企業(yè)的“命根子”，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)竟?fàn)幹辛⒂诓粩≈亍?產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的重大意義： 在制造上可以實(shí)行專(zhuān)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)方面可減少設(shè)計(jì)工作量； 在管理維修方面，可減少庫(kù)存量和便于更換損壞的零件。,返回目錄,按照標(biāo)準(zhǔn)的層次，我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)分為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)四級(jí)。 按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的強(qiáng)制程度，標(biāo)準(zhǔn)又分為強(qiáng)制性（GB)和推薦性（GB/T)兩種。 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)。,返回目錄,
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