1、 5-1 机械零件设计概述 5-2 机械零件的强度 5-3 机械零件的接触强度 5-4机械零件的常用材料及其选择 5-5机械零件的结构工艺性及标准化 掌握零件常见的失效形式和设计准则掌握零件常见的失效形式和设计准则 掌握许用应力、安全系数的概念及确定方法掌握许用应力、安全系数的概念及确定方法 了解零件的常用材料及性能了解零件的常用材料及性能本章教学内容本章教学内容本章基本要求本章基本要求 5-1 5-1 机械零件设计概述机械零件设计概述一一、机械零件的主要失效形式二、机械零件的设计准则三、机械零件设计的一般步骤四、机械零件的设计方法一、机械零件的主要失效形式一、机械零件的主要失效形式机械零件的
2、失效：机械零件的失效：机械零件由于某种原因而丧失正机械零件由于某种原因而丧失正常的工作能力常的工作能力。1 1、基本概念、基本概念2 2、机械零件的主要失效形式：、机械零件的主要失效形式：断裂断裂 过大的残余变形过大的残余变形表面失效表面失效破坏正常的工作条件破坏正常的工作条件而引起的失效而引起的失效机械零件失效的实例机械零件失效的实例齿轮轮齿折断齿轮轮齿折断 轴承内圈破裂轴承内圈破裂 轴承外圈塑性变形轴承外圈塑性变形轮齿塑性变形轮齿塑性变形（一）基本概念（二）主要的设计准则 1、强度准则 2、刚度准则 3、寿命准则 4、振动稳定性准则 5、热平衡准则 6、可靠性准则零件工作承受载荷载荷欲使零
3、件失效零件据自身结构、材料反抗失效反抗失效失效解决办法：合理设计遵循设计准则2、设计准则、设计准则：设计机械零件时，保证其工作能力而不发设计机械零件时，保证其工作能力而不发生失效所依据的基本准则称为设计准则生失效所依据的基本准则称为设计准则 1、工作能力、工作能力：在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的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，习惯上又称为承载能力。限度。通常此限度是对载荷而言，习惯上又称为承载能力。（一）基本概念（一）基本概念 零件设计时的共性：零件设计时的共性：1 1、强度准则、强度准则 机械零件工作能力的最基本准则机械零件工作能力的最基本准则
4、 强度：强度：材料抵抗断裂或残余变形的能力材料抵抗断裂或残余变形的能力 强度准则：强度准则：工作应力工作应力许用应力许用应力 或或 Slim 正应力：正应力：Slim 剪应力：剪应力：极限应力极限应力（二）主要的设计准则（二）主要的设计准则2 2、刚度准则、刚度准则 刚度：刚度：材料抵抗弹性变形的能力材料抵抗弹性变形的能力 刚度准则：刚度准则：实际变形量实际变形量许用变形量许用变形量弯曲刚度：挠度条件：弯曲刚度：挠度条件：y y 倾角条件：倾角条件：扭曲刚度：扭角条件：扭曲刚度：扭角条件：j j j j3 3、寿命准则、寿命准则 寿命寿命:指零件在不发生失效的情况下，安全可靠的指零件在不发生失
5、效的情况下，安全可靠的工作的时间工作的时间 影响寿命的因素影响寿命的因素:磨损、腐蚀、疲劳磨损、腐蚀、疲劳 寿命准则：控制表面压强寿命准则：控制表面压强 P 4 4、振动稳定性准则、振动稳定性准则 振动：振动：零件发生周期性弹性变形的现象称为振动零件发生周期性弹性变形的现象称为振动 共振：共振：如果某一零件的固有频率与周期性外力的如果某一零件的固有频率与周期性外力的变化频率相等或相接近时就会产生共振变化频率相等或相接近时就会产生共振 振动稳定性：振动稳定性：机器工作时振幅不能超过许可值机器工作时振幅不能超过许可值 振动稳定性准则：振动稳定性准则：0.85pff1.15pff或或5 5、热平衡准
6、则、热平衡准则 高温引起承载能力降低、蠕变，也会造成热变形、高温引起承载能力降低、蠕变，也会造成热变形、附加热应力，破坏正常的润滑条件，改变零件间附加热应力，破坏正常的润滑条件，改变零件间的间隙，降低精度等的间隙，降低精度等 热平衡准则：热平衡准则：工作温度低于许用值工作温度低于许用值6 6、可靠性准则、可靠性准则可靠性的可靠性的衡量指标衡量指标是可靠度，是可靠度，可靠度可靠度即零件在规定的使用条件下和在规定的使用时即零件在规定的使用条件下和在规定的使用时内能安全或正常工作的概率。内能安全或正常工作的概率。可靠性准则可靠性准则就是要求所设计零件的工作可靠度不就是要求所设计零件的工作可靠度不小于
7、规定值。小于规定值。写出计算说明书写出计算说明书画出零件工作图画出零件工作图校校 核核 计计 算算选择零件的材料选择零件的材料选择零件类型、结构选择零件类型、结构确定零件的基本尺寸确定零件的基本尺寸结结 构构 设设 计计确定计算准则确定计算准则 计算零件上的载荷计算零件上的载荷三、机械零件设计的一般步骤三、机械零件设计的一般步骤四、机械零件的设计方法四、机械零件的设计方法(一一)传统设计方法：传统设计方法：1.1.理论设计：理论设计：2.2.经验设计经验设计 3.3.模型实验设计模型实验设计设计计算设计计算：先分析零件的可能：先分析零件的可能失效形式失效形式，根据该失效形式，根据该失效形式的计
8、算准则通过的计算准则通过计算确定计算确定零件的结构尺寸。零件的结构尺寸。校核计算校核计算：先确定零件的：先确定零件的结构尺寸结构尺寸，再，再验算验算零件是否满足零件是否满足计算准则。如不满足，则应修改零件的尺寸。计算准则。如不满足，则应修改零件的尺寸。FF FA AF例如例如设计计算设计计算校核计算校核计算（二）现代设计方法（二）现代设计方法 计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、智能计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、智能设计、有限元设计、摩擦学设计、动态设计等设计、有限元设计、摩擦学设计、动态设计等激烈的竞争激烈的竞争传统的手段传统的手段手工绘图手工绘图常规的计算常规的计算方法方法简单的
9、计算简单的计算工具工具矛盾矛盾CAD5-2 5-2 机械零件的强度机械零件的强度一一、载荷和应力、载荷和应力二二、强度、强度 1.机械零件设计的静强度机械零件设计的静强度 2.机械零件的疲劳强度机械零件的疲劳强度 3.安全系数安全系数载荷和应力1一、载荷和应力一、载荷和应力1 载荷的分类载荷的分类由于运动中产生的惯性力和冲击等引起的载荷称为由于运动中产生的惯性力和冲击等引起的载荷称为动载荷动载荷。（1 1）按是否随时间变化，载荷分为：）按是否随时间变化，载荷分为：静载荷静载荷变载荷变载荷（2 2）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：理想的平稳工
10、作条件下作用在零件上的载荷理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷 计算载荷计算载荷载荷系数载荷系数K K名义载荷名义载荷 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用于计入在实际工作中受到的各种动载荷的影响。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。2 2 应力的分类应力的分类静应力：静应力：不随时间改变或变化缓慢的应力不随时间改变或变化缓慢的应力变应力：变应力：随时间作周期性或非周期性变化的应力随时间作周期性或非周期性变化的应力tminmaxm稳定循环变应力稳定循环变应力变应力变应力t 随机变应力随机变应力不稳定循环变应力不稳
11、定循环变应力不稳定循环变应力不稳定循环变应力应力参数应力参数 以正应力以正应力 为例为例 最大应力最大应力:max=m+a 最小应力最小应力:min 应力幅应力幅:a 平均应力平均应力:m 循环特征循环特征:r2minmaxa2minmaxmmaxminr11 r循环应力 稳定循环变应力：稳定循环变应力：载荷和应力3稳定循环变应力稳定循环变应力对称循环变应力对称循环变应力对称循环应力对称循环应力r=-1、m0脉动循环变应力脉动循环变应力脉动循环应力脉动循环应力 r=0、min0静应力静应力 r=1静应力（静应力（可看作是循环应力的一个特例可看作是循环应力的一个特例）非对称循环变应力非对称循环变
12、应力非对称循环应力非对称循环应力静应力只能由静载荷产生，变应力可能由变载荷或静载荷产生。静应力只能由静载荷产生，变应力可能由变载荷或静载荷产生。a0tt0a在变应力下，零件的主要失效形式为在变应力下，零件的主要失效形式为：疲劳破坏疲劳破坏另外，应力还分为另外，应力还分为名义应力名义应力：根据名义载荷求得的应力：根据名义载荷求得的应力计算应力计算应力：根据计算载荷求得的应力根据计算载荷求得的应力对称循环变应力对称循环变应力 应力表达：应力表达：1（1）最大应力最大应力:max 最小应力最小应力:min 应力幅应力幅:a 平均应力平均应力:m 循环特征循环特征:rtminmax 0 m 1 rmi
13、nmax a脉动循环变应力脉动循环变应力 应力表达：应力表达：0（0）最大应力最大应力:max 最小应力最小应力:min 应力幅应力幅:a 平均应力平均应力:m 循环特征循环特征:r mt 0min 2max ma0 r静应力静应力 应力表达：应力表达：+1（+1）最大应力最大应力:max 最小应力最小应力:min 应力幅应力幅:a 平均应力平均应力:m 循环特征循环特征:rt m0amminmax1r二、强度二、强度（一）机械零件的静强度（一）机械零件的静强度强度准则：强度准则：工作应力工作应力许用应力许用应力 或或 或或 limlimSSS或（二）机械零件的疲劳强度（二）机械零件的疲劳强度
14、变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。1 疲劳断裂疲劳断裂机械零件在循环应力作用下机械零件在循环应力作用下,即使即使 ，应力的每次循环仍然会对零件造成轻微损伤。随应力循环次数应力的每次循环仍然会对零件造成轻微损伤。随应力循环次数的增加，当损伤累积到一定程度时，在零件的表面或内部将出的增加，当损伤累积到一定程度时，在零件的表面或内部将出现（萌生）裂纹。之后，裂纹又逐渐扩展直到发生完全断裂。现（萌生）裂纹。之后，裂纹又逐渐扩展直到发生完全断裂。maxb 疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至比屈服极限低限低，甚
15、至比屈服极限低;疲劳断口均表现为脆性突然断裂疲劳断口均表现为脆性突然断裂;疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。零件表层产生微小裂纹；零件表层产生微小裂纹；疲劳断裂过程：疲劳断裂过程：随着循环次数增加，微裂随着循环次数增加，微裂 纹逐渐扩展；纹逐渐扩展；当当剩余材料不足以承受载剩余材料不足以承受载 荷时，突然脆性断裂。荷时，突然脆性断裂。疲劳断裂具有以下特征：疲劳断裂具有以下特征：断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙。断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙。表面光滑表面光滑表面粗糙表面粗糙2-2 疲劳曲线和极限应力图 2 2 两个概念：两个概
16、念：2）疲劳寿命疲劳寿命N：材料疲劳失效前所经历的应力循环次数。材料疲劳失效前所经历的应力循环次数。3 3 疲劳曲线（疲劳曲线（-N N 曲线）曲线）应力比应力比 一定时，表示疲劳极限一定时，表示疲劳极限 与循环次数与循环次数 N N 之间关系之间关系的曲线。的曲线。N 注：注：不同或不同或 N 不同时，疲劳极限不同时，疲劳极限 则不同。则不同。在疲劳强度计算中，取在疲劳强度计算中，取 。rNrNlimrN1 1）材料的疲劳极限）材料的疲劳极限 ：在应力比为在应力比为 的循环应力作用下，的循环应力作用下，应力循环应力循环 N N 次后，材料不发生疲劳破坏时所能承受的最大应次后，材料不发生疲劳破
17、坏时所能承受的最大应力力 。max)(max疲劳曲线典型的疲劳曲线典型的疲劳曲线：随随 N 的增大而减小。的增大而减小。但是当但是当 N 超过某一循环次超过某一循环次数数 N0 时，曲线趋于水平。即时，曲线趋于水平。即 不再随不再随N N的增大而减小的增大而减小 rNrN N0-循环基数循环基数 以以 N0 为界，曲线分为两个区：为界，曲线分为两个区：N 疲劳曲线oN0NBA310NN有限寿命区无限寿命区1 1）有限寿命区：）有限寿命区：非水平段（非水平段（NN0）的疲劳极限称为条件疲）的疲劳极限称为条件疲劳极限，用劳极限，用 表示。当材料受到的工作应力超过表示。当材料受到的工作应力超过 时，
18、在疲时，在疲劳破坏之前，只能经受有限次的应力循环。劳破坏之前，只能经受有限次的应力循环。寿命是有限的寿命是有限的 rNr疲劳曲线2 与曲线的两个区相对应，疲劳设计分为：与曲线的两个区相对应，疲劳设计分为：1 1）无限寿命设计：）无限寿命设计：N N0 时的设计时的设计,lim2 2）有限寿命设计：）有限寿命设计：N N0 时的设计时的设计 =limrN 设计中常用的是疲劳曲线上的 AB 段，其方程为：mNNC（常数）（常数）称为称为疲劳曲线方程疲劳曲线方程1 1）无限寿命区：）无限寿命区：当当 N N0 时，曲线为水平直线，对应的疲时，曲线为水平直线，对应的疲劳极限是一个定值，用劳极限是一个定
19、值，用 表示。它是表征材料疲劳强度的表示。它是表征材料疲劳强度的重要指标，是疲劳设计的基本依据。重要指标，是疲劳设计的基本依据。可以认为可以认为：当材料受到的应力不超过当材料受到的应力不超过 时，则可以经受无时，则可以经受无限次的应力循环而不疲劳破坏。限次的应力循环而不疲劳破坏。寿命是无限的。寿命是无限的。疲劳曲线3B点的坐标满足AB的方程，即0mCN，代入上式得0mmNrNN则NmNKNN0 式中：寿命系数；m 寿命指数，寿命指数，循环基数mNNNK00N 2）工程中常用的是对称循环应力（）下的疲劳极限，计 算时，只须把 和 换成 和 即可。rN1N11注注：1）计算 时，如 ，则取NK0N
20、N 0NN 3）对于受切应力的情况，则只需将各式中的 换成 即可。4）当 时，因 N 较小，可按静强度静强度计算。431010N2-3影响疲劳强度的因素（二）零件的许用应力（二）零件的许用应力实际中的各机械零件与标准试件，在形体，表面质量以及绝实际中的各机械零件与标准试件，在形体，表面质量以及绝对尺寸等方面往往是有差异的。对尺寸等方面往往是有差异的。影响零件疲劳强度的主要因素有以下三个：影响零件疲劳强度的主要因素有以下三个：1 1、应力集中的影响、应力集中的影响 机械零件上的应力集中会加快疲劳裂纹的形成和扩展。从而机械零件上的应力集中会加快疲劳裂纹的形成和扩展。从而导致零件的疲劳强度下降。导致
21、零件的疲劳强度下降。用有效应力集中系数用有效应力集中系数 、计入应力集中的影响计入应力集中的影响KK2 2、尺寸的影响、尺寸的影响零件尺寸越大，在加工中出现缺陷，产生微观裂纹等疲劳源的零件尺寸越大，在加工中出现缺陷，产生微观裂纹等疲劳源的可能性越大。从而使零件的疲劳强度降低。可能性越大。从而使零件的疲劳强度降低。影响疲劳强度的主要因素2 用尺寸系数用尺寸系数 、计入尺寸的影响。计入尺寸的影响。3 3、表面质量的影响、表面质量的影响 表面质量：是指表面粗糙度及其表面强化的工艺效果。表面越表面质量：是指表面粗糙度及其表面强化的工艺效果。表面越光滑，疲劳强度可以提高。强化工艺（渗碳、表面淬火、表面光
22、滑，疲劳强度可以提高。强化工艺（渗碳、表面淬火、表面滚压、喷丸等）可显著提高零件的疲劳强度。滚压、喷丸等）可显著提高零件的疲劳强度。rrk S 无限寿命区的许用应力：无限寿命区的许用应力：用表面状态系数用表面状态系数 、计入表面质量的影响。计入表面质量的影响。机械零件在有限寿命区的许用应力：机械零件在有限寿命区的许用应力：rNrNk S SS许用安全系数许用安全系数（三）稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算（三）稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算1、对称循环、简单应力下的疲劳强度、对称循环、简单应力下的疲劳强度1SkSa2、对称循环、复合应力下的疲劳强度、对称循环、复合应力下的疲劳强度 SSSS
23、SS22三、安全系数的选取三、安全系数的选取1 1）静应力静应力下，下，塑性材料塑性材料的零件：的零件：S=1.2S=1.2.5.5 铸钢件：铸钢件：S=1.S=1.5.5典型机械的典型机械的 S S 可通过查表求得。无表可查时，按可通过查表求得。无表可查时，按以下原则取：以下原则取：S S 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。）静应力下，）静应力下，脆脆性材料性材料，如高强度钢或铸铁：如高强度钢或铸铁：S=3 S=34 43 3）变变应力应力下，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=
24、1.72.52.55 53 3 机械零件的接触强度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，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，这种应力称为层产生的局部应力却很大，这种应力称为接触应力接触应力。这时零件强度称为这时零件强度称为接触强度接触强度。FF2 O21 O12 2 O2 1 1 O1 FF2 2b H1 变形量接触失效形式常表现为：接触失效形式常表现为：疲劳点蚀疲劳点蚀后果后果：减少了接触面积、损坏了零件的光滑表面、降：减少了接触面积、损坏了零件
25、的光滑表面、降低了承载能力、引起振动和噪音。低了承载能力、引起振动和噪音。初始疲劳裂纹初始疲劳裂纹初始疲劳裂纹初始疲劳裂纹裂纹扩展与断裂裂纹扩展与断裂 油油B金属剥落出现小坑金属剥落出现小坑b b由弹性力学可知，由弹性力学可知，应力应力为：为：222121211111EEbFnH2121:令:22121代入化简得EEEEEbEFnH)1(212bEFn418.0对于钢或铸铁取泊松比：对于钢或铸铁取泊松比：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“+”用于外接触，用于外接触，“-”用于内接触。用于内接触。H HH H21Fn222121
26、211111EEbFnH1Fnb b2H HH HbEFnH418.0H H-最大接触应力或赫兹应力最大接触应力或赫兹应力;212121212EEEEEb 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：HHHHHSlim,而b bFn一、常用材料二、钢的热处理三、材料选择原则一、常用材料一、常用材料1 铸铁铸铁：含含2.06易成型、价廉、吸振、可靠性差易成型、价廉、吸振、可靠性差 灰铸铁、
27、球墨铸铁、可锻铸铁灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁2 钢钢：含量含量1.4常用常用 碳素钢碳素钢：（含、量不同）（含、量不同）普通碳素钢、优质碳素钢普通碳素钢、优质碳素钢 合金钢：合金钢：综合机械性能好，但较贵综合机械性能好，但较贵 合金钢的优良性能取决于化学成份及热处理合金钢的优良性能取决于化学成份及热处理 铸钢：铸钢：含含（0.150.6）易成型易成型3 有色金属合金有色金属合金：有特殊性能，价昂有特殊性能，价昂少用少用 铝合金、铜合金（黄铜、青铜）、轴承合金铝合金、铜合金（黄铜、青铜）、轴承合金4 非金属材料非金属材料：工程塑料、橡胶、烧结材料、复合材料工程塑料、橡胶、烧结材料、复合材料二、钢
28、的热处理二、钢的热处理1 退火2 正火3 淬火4 回火5 表面热处理热处理热处理工艺工艺主要目的主要目的用途用途退火退火降低硬度，提高塑降低硬度，提高塑性，改善切削性能；性，改善切削性能；细化晶粒，减少组细化晶粒，减少组织的不均匀性；消织的不均匀性；消除内应力除内应力 退火工序多安排在锻、铸之后，退火工序多安排在锻、铸之后，切削工序之前。适用于切削工序之前。适用于铸件、焊铸件、焊接件、中碳钢和中碳合金钢轧制接件、中碳钢和中碳合金钢轧制件等件等正火正火调整硬度，细化品调整硬度，细化品粒，消除网状碳化粒，消除网状碳化物。淬火前的预备物。淬火前的预备热处理，以减少淬热处理，以减少淬火缺陷火缺陷改善低
29、碳钢和低碳合金钢的切削改善低碳钢和低碳合金钢的切削性能；中碳钢和合金钢淬火前的性能；中碳钢和合金钢淬火前的预备热处理；对要求不高的零件预备热处理；对要求不高的零件可作为最终热处理可作为最终热处理淬火淬火获得高强度和高硬获得高强度和高硬度，提高耐磨性和度，提高耐磨性和耐蚀性耐蚀性适用于含碳量大于适用于含碳量大于0.3%的碳素钢、的碳素钢、合金钢；淬火后能发挥钢的强度合金钢；淬火后能发挥钢的强度和耐磨性潜力，但会产生较大的和耐磨性潜力，但会产生较大的内应力，降低塑性和韧性，应回内应力，降低塑性和韧性，应回火以得到较好的综合性能。火以得到较好的综合性能。热处理热处理工艺工艺主要目的主要目的用途用途回
30、火回火提高塑性和韧性、降提高塑性和韧性、降低或消除回火后产生低或消除回火后产生的内应力，并稳定零的内应力，并稳定零件形状和尺寸件形状和尺寸要求硬度要求硬度5562HRC，用低温，用低温(150250)回火；要求硬度回火；要求硬度3545HRC，用中温，用中温(300500)回火；要求硬度回火；要求硬度2335HRC,，用高温用高温(500650)回火。回火。调质调质中碳钢和某些合金钢中碳钢和某些合金钢可用调质热处理来获可用调质热处理来获得良好的综合力学性得良好的综合力学性能（既有较高的强度能（既有较高的强度又有良好的韧性）。又有良好的韧性）。适用于中碳钢和淬透性较好的适用于中碳钢和淬透性较好的
31、合金钢，用于重要零件合金钢，用于重要零件(如齿如齿轮、轴等轮、轴等)热处理和精密零件热处理和精密零件的预先热处理。的预先热处理。表面淬表面淬火火使工件表面获得高硬使工件表面获得高硬度和耐磨性，而内部度和耐磨性，而内部仍保持足够的塑性和仍保持足够的塑性和韧性。韧性。用于要求表面硬度高、内部韧用于要求表面硬度高、内部韧度大的零件，如齿轮、蜗杆、度大的零件，如齿轮、蜗杆、丝杠等，多用于成批大量生产丝杠等，多用于成批大量生产热处理热处理工艺工艺主要目的主要目的用途用途渗碳淬渗碳淬火火提高表面硬度、耐磨性、疲提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度，并保持原来材料的劳强度，并保持原来材料的高塑性和韧性高塑性和韧性
32、齿轮、轴、活塞销、链、齿轮、轴、活塞销、链、万向联轴器等要求表面硬万向联轴器等要求表面硬度大而内部韧性大的重载度大而内部韧性大的重载零件零件渗氮渗氮能获得比渗碳淬火更高的表能获得比渗碳淬火更高的表而硬度、耐磨性、疲劳强度而硬度、耐磨性、疲劳强度和耐腐蚀性能，渗氮后不再和耐腐蚀性能，渗氮后不再淬火，变形小淬火，变形小要求硬度、耐磨性高、不要求硬度、耐磨性高、不易磨削的零件和精密零件，易磨削的零件和精密零件，如齿轮如齿轮(尤其是内齿轮尤其是内齿轮)、主轴、镗杆、精密丝杠、主轴、镗杆、精密丝杠、量具、模具等量具、模具等碳氮碳氮共渗共渗提高表面硬度、耐磨性、疲提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度、耐腐蚀能力
33、，变形劳强度、耐腐蚀能力，变形比渗碳淬火小，处理周期短比渗碳淬火小，处理周期短齿轮、轴、链等零件，可齿轮、轴、链等零件，可代替渗碳淬火代替渗碳淬火1.1.使用要求使用要求2.2.工艺要求工艺要求3.3.经济性经济性 有强度和重量要求，选强密比高的；有刚度要求，选弹性有强度和重量要求，选强密比高的；有刚度要求，选弹性模量大的（对碳钢，这种情况下宁肯用较低强度的材料）；有模量大的（对碳钢，这种情况下宁肯用较低强度的材料）；有接触强度和耐磨要求，选表面可强化处理的。接触强度和耐磨要求，选表面可强化处理的。毛坯要与生产规模相适应，大批量宜用铸造、模锻，小毛坯要与生产规模相适应，大批量宜用铸造、模锻，小
34、批量宜用焊接、自由锻。相应的：铸件要求液态流动性好、批量宜用焊接、自由锻。相应的：铸件要求液态流动性好、缩孔和偏析倾向小；焊件要求可焊性好、不易开裂；锻件要缩孔和偏析倾向小；焊件要求可焊性好、不易开裂；锻件要求延展性好、热脆性小；切削加工件要便于切削、表面要光求延展性好、热脆性小；切削加工件要便于切削、表面要光整；热处理件要求可淬性、淬透性好，变形倾向小。整；热处理件要求可淬性、淬透性好，变形倾向小。相对价格要低、材料利用率要高、加工费用要少，最终要相对价格要低、材料利用率要高、加工费用要少，最终要与生产规模相适应。与生产规模相适应。三、材料选择原则三、材料选择原则一、结构工艺性要求一、结构工
35、艺性要求 1)1)毛坯毛坯选择合理选择合理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，选用铸造、锻造、冲压等方法。大批量生产时，选用铸造、锻造、冲压等方法。5-5机械零件的结构工艺性及标准化2)结构简单合理结构简单合理最好采用平面、柱面、螺旋面等简单表面极其组合；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；尽量减少加工面数和加工面积；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、
36、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；尽量采用标准件。尽量采用标准件。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零件的加工成本随精度和表面粗糙度的提高而急剧增加。应在满足使用要求的前提下，尽量采用较低剧增加。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。的精度和表面质量。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。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。力求使少或无切削加工，节约材料、降低成本。
37、尽量采用精密铸造、精密锻造、冷轧、冷挤压、粉尽量采用精密铸造、精密锻造、冷轧、冷挤压、粉末冶金等先进工艺满足上述要求。末冶金等先进工艺满足上述要求。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。标准化标准化：通过对零件的尺寸、结构要素、材料性能、设计方法、制图要求等，制定出大家共同遵守的标准2)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，经过统一后实现互换。3)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、加工工艺、装配检验、包装储运等环节的标准化。二、机械零件设计中的标准化二、机械零件设计中的标准化
