第十一章 机械制造中零件材料的选择
机械设计基础--第十一章(轴 承)
（第十一章）
第十二章 轴 承
一、基本内容及学习要求 二、学习指导 三、典型实例分析 四、复习题 五、复习题参考答案
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一、基本内容及学习要求
1．基本内容 ⑴ 滑动轴承的结构类型及特点； ⑵ 轴瓦的材料与结构； ⑶ 滑动轴承的润滑； ⑷ 非液体摩擦滑动轴承的计算； ⑸ 滚动轴承的类型及特点，滚动轴承的代号； ⑹ 滚动轴承的类型选择； ⑺ 滚动轴承的失效形式； ⑻ 滚动轴承的疲劳寿命计算和静强度计算。
二、学习指导
4. 轴瓦。 轴瓦是滑动轴承中的关键零件，其工作表面既是承载表面， 又是摩擦表面。因此，轴瓦的材料选取是否适当以及结构是否 合理，对滑动轴承的性能将产生很大的影响。
⑴ 轴瓦和轴承衬的材料
① 对轴承材料的基本要求是：要有足够的强度；良好的减 摩性和耐磨性；良好的塑性、顺应性和嵌入性；良好的导热性 和抗胶合性。
b) 钠基润滑脂：有较好的耐热性（使用温度可达 140oC ），但耐水性较差；
c) 锂基润滑脂：其耐热性和耐水性都较好，使用温 度在－20oC~150oC 。
二、学习指导
润滑脂常用于低速、重载和为避免润滑油流失或不易 加润滑油的场合。
润滑脂的主要性能指标是针入度和滴点。针入度表示 润滑脂的粘稠程度，它是用150g的标准圆锥体放于25oC的 润滑脂中，经5s后沉入的深度（单位为 0.1mm）表示。针 入度愈小，则润滑脂越粘稠。滴点是指润滑脂在滴点计中 受热后滴下第一点油时的温度，滴点标志润滑脂的耐高温 能力。选用时应使润滑脂的滴点高于工作温度20oC以上。
二、学习指导
③ 固体润滑剂。固体润滑剂有石墨、二硫化钼（MoS2）、 聚四氟乙烯等。它通常与润滑油或润滑脂混合使用，也可以单 独涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜，或者混入金属或塑料粉 末中烧结成形，制成各种耐磨零件。石墨性能稳定，在 350oC 以上才开始氧化 ，并可在水中工作。聚四氟乙烯摩擦因数低， 只有石墨的一半。二硫化钼吸附性强，摩擦因数低，适用温度 范围广（－60oC~300oC ），但遇水后性能会下降。
机械设计基础(零件)填空题(附答案)
《机械设计基础》填空部分复习题第九章1、机械零件由于某种原因，不能时，称为失效。
机械零件在的条件下，零件能安全工作的限度，称为工作能力。
2、若两个零件在受载前是接触或接触，受载后接触变形处为一小面积，在这小面积上产生的局部应力称为应力，如等零件工作时就有这种应力作用。
对高副接触的零件，在外载荷作用下，接触处将产生应力，从而将引起零件的破坏。
两零件高副接触时，其最大接触应力取决于，及度上的载荷。
两零件高副接触时，其接触应力随接触点，线处的曲率半径增大而；随材料的弹性模量减小而；随单位接触宽度载荷的增大而。
零件的表面硬度，接触表面的综合曲率半径，可以提高零件的接触疲劳强度。
2、材料发生疲劳破坏时的应力循环次数N必于该材料的循环基数N0；由于，和等因素的影响，零件的疲劳极限必小于其材料的疲劳极限。
3、随时间变化的应力称为变应力，具有周期性变化的变应力称为循环变应力。
按照随时间变化的情况，应力可分为和。
变应力可归纳为变应力、变应力和变应力三种基本类型。
变应力的五个基本参数是σmax、σmin、σm、σa、r。
应力循环中的与之比，可用来表示变应力中应力变化的情况，通常称为变应力的循环特性r。
当r=+1表示为应力，r=0表示为应力，它的σmin=，σm=σa=；当r=-1表示为应力，它的σmax=σa；σm=；非对称循环变应力的r变化范围为和之间。
4、在变应力中，表示与力循环次数之间的关系曲线称为材料的疲劳曲线。
在变应力作用下，零件的主要失效形式是。
在静应力下，塑性材料的零件按不发生条件进行强度计算，故应取材料的作为极限应力；而脆性材料的零件按不发生的条件进行计算，故应取材料的作为极限应力。
变应力下，零件的许用极限应力与零件材料的疲劳极限有关，同时还应考虑系数、__系数和系数。
6、一非对称循环变应力，其σmax=100N/mm2，σmin=-50N/mm2，计算其应力幅σa= N/mm2，平均应力σm=___N/mm2，循环特性r= 。
第十一章机械工程材料的选择及应用
92第十一章 机械工程材料的选择及应用掌握各种工程材料的特性，正确地选择和使用材料，并能初步分析机器及零件使用过程中出现的各种材料问题，是对从事机械设计与制造的工程技术人员的基本要求，因为机器零件的设计不单是结构设计，还应该包括材料与工艺的设计。
为机器零件的设计不单是结构设计，还应该包括材料与工艺的设计。
许多机械工程师把选材看成一种简单而不太重要的任务。
当碰到零件的选材问题时，他们一般都是参考相同零件或类似零件的用材方案，选择一种传统上使用的材料（这种方法称为经验选材法）；当无先例可循，同时对材料的性能（如耐腐蚀性能等）又无特殊要求时，他们仅仅根据简单的计算和手册提供的数据，信手选定一种较万能的材料，例如45钢。
这种简单化的处理方法已日益暴露出种种缺点，并证明是许多重大质量事故的根源。
所以，选材正在逐渐变成一种严格地建立在试验与分析基础上的科学方法。
掌握这种选材方法的要领，了解正确选材的过程，显然具有很大的实际价值。
方法。
掌握这种选材方法的要领，了解正确选材的过程，显然具有很大的实际价值。
在机械制造业中，新设计的机械产品中的每一个机械零件或工程构件、工艺装备和非标准设备，机械产品的改型，机械产品中某些零件需要更换材料，进口设备中某些零配件需用国产零配件代用等，都会遇到材料的选用。
一般机械零件，在设计和选材时，大多以使用性能指标作为主要依据。
而对机械零件起主导作用的机械性能指标，时，大多以使用性能指标作为主要依据。
而对机械零件起主导作用的机械性能指标， 则是根据零件的工作条件和失效形式提出的。
则是根据零件的工作条件和失效形式提出的。
§11.1 零件的失效形式与提高材料性能的途径一、零件的失效与失效分析零件在工作过程中最终都要发生失效。
所谓失效是指：（1）零件完全破坏，不能继续工作；（2）严重损伤，继续工作很不安全；（3）虽能安全工作，但已不能满意地起到预定的作用。
只要发生上述三种情况中的任何一种，都认为零件已经失效。
机械制图第11章 零件图 - 新国标
第二节
零件的视图选择
零件的视图选择原则：
主视图的选择——
（1）主视图的投影方向——形体特征原则
（2）零件的安放位置——工作位置、加工位置、习惯位置等 其它视图的选择——在完整、清晰表达零件的内外结构形状和便 于读图的前提下，尽量减少视图的数量，各视图表达的重点要明确， 简明易懂。
一、轴套类零件
（三）技术要求
1、有配合要求的表面，其表面粗糙度参数值较小。无配合 要求表面的表面粗糙度参数值较大。 2、有配合要求的轴颈尺寸公差等级较高、公差较小。无配 合要求的轴颈尺寸公差等级较低，或不需标注。 3、有配合要求的轮颈和重要的端面应有形位公差的要求。
二、盘盖类零件
盘盖类零件可包括端盖、手轮、胶带轮、盘座等。 轮一般用来传递动力和扭矩，盘主要起支承、轴向定位以及 密封等作用。
3.掌握表面粗糙度、极限与配合的代号及标注；
4.了解几何公差的代号及标注；
5.零件图尺寸标注完整、清晰、符合国家标准。
第一节
零件图的作用与内容
组成机器或部件的最基本的构件，称为零件。根据零件在机 器或部件上的作用，一般可将零件分为三种类型：
1. 标准件：紧固件(螺栓、螺母、垫圈、螺钉……）、滚动轴 承、油杯等。
图
例
（一）表达方案 （二）尺寸标注 （三）技术要求
主视图投射方向
（一）表达方案
1、轮盘类零件主要是在车床上加工，所以应按形状特征和 加工位置选择主视图，轴线横放；对有些不以车床加工为主的零 件可按形状特征和工作位置确定。 2、盘类零件一般需要两个主要视图。 3、轮盘类零件的其它结构形状，如轮辐可用移出断面或放 大断面表示。 4、根据轮盘类零件的结构特点（空心的），各个视图具有 对称平面时，可作半剖视；无对称平面时，可作全剖视。
第十一章自由锻和模锻
第十一章自由锻和模锻第一节自由锻自由锻是利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁之间产生变形，从而获得所需形状及尺寸的锻件。
1.自由锻的优缺点2.自由锻的设备一、自由锻工序自由锻的工序可分为基本工序、辅助工序和精整工序三大类。
1．基本工序它是使金属坯料实现主要的变形要求，达到或基本达到锻件所需形状和尺寸的工艺过程。
如镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转和错移等。
实际生产中常采用的是镦粗、拔长和冲孔三个工序。
2．辅助工序是指进行基本工序之前的预变形工序。
如压钳口、倒棱、压肩等． 3．整理工序它是在完成基本工序之后，用以提高锻件尺寸及位置精度的工序。
二、自由锻工艺规程的制订制订自由锻的工艺规程包括绘制锻件图，确定变形工步，计算坯料的重量和尺寸，选定设备和工具，确定锻造温度范围和加热、冷却及热处理的方法和规范等。
1．绘制锻件图绘制锻件图应考虑以下几个因素．(1)(1)敷料如图1l—1(a)所示(2)加工余量(3)锻件公差锻件图的画法如图11—1(b)所示，2．坯料质量及尺寸计算坯料质量可按下式计算；G坯料=G锻件+G烧损+ G烧损式中 G坯料——坯料质量；G锻件——锻件质量；G烧损——加热时坯料表面氧化而烧损的质量．第一次加热取被加热金属的2～3％，以后各次加热取1.5～2.0％，G烧损——在锻造过程中冲掉或被切掉的那部分金属的质量．如冲孔时坯料中部的料芯．修切端部产生的料头等．当锻造大型锻件采用钢锭作坯料时，还要考虑切掉的钢锭头部和钢锭尾部的质量。
3．选择锻造工序选择自由锻造工序，主要是根据工序特点和锻件形状来确定，对一般锻件的大致分类及所采用的工序如表11-1所示。
三，自由锻锻件结构工艺性1．1．锻件上具有锥体或斜面的结构，从工艺角度衡量是不合理的如图11—2(a)。
因为锻造这种结构，必须制造专用工具，锻件成形也比较困难，使工艺过程复杂化，操作很不方便，影响设备的使用效率，所以要尽量避免。
应改进设汁，如图ll--2(b)。
机械制造基础教学课件庄佃霞崔朝英10、11习题答案
思考题及习题答案10-1材料的选用应满足零件的使用性能要求；材料的工艺性能应满足加工要求；选材时应充分考虑经济性能。
它们之间的关系是：首先要满足零件使用性能要求条件下，保证能够加工性能，最大限度地发挥材料的潜力，降低材料的成本。
10-2零件的尺寸、形状或材料的组织与性能发生变化而失去设计所要求的效能，称为失效。
失效形式有以下三种：断裂; 表面损伤和过量变形。
10-3零件选材的经济性应从材料本身的价格，加工费用，管理费用及其他费用几个方面考虑，使零件的总成本最低。
10-4热处理技术条件包括：零件的最终热处理方法，热处理后应达到的力学性能指标等。
但对于某些力学性能要求较高的重要零件，如曲轴、连杆、齿轮等还应标出强度、塑性等指标，有的还应提出对金相显微组织的要求。
对于渗碳件还应标注出渗碳、淬火、回火后的硬度、渗碳的部位、渗碳层深度等。
在图样上标注热处理技术条件时，可用文字对热处理条件加以说明，也可用国家标准（）规定的热处理工艺分类及代号来表示。
热处理技术条件一般标注在零件图标题栏上方的技术要求中。
在标注硬度值时应允许有一个变动范围。
10-51）灰铸铁或球墨铸铁材料、铸铁毛坯；2）低碳合金渗碳钢或碳氮共渗钢、模锻毛坯；3）氮化钢、模锻毛坯；4）工程塑料、型材毛坯。
10-6 因为锻件毛坯有较高的抗拉、抗弯和抗扭强度，能满足轴类零件的工作环境和条件。
箱体类零件一般受力不大，但要求有良好的刚性和密封性。
通常都以铸件为毛坯，因其铸造性能好、价格低廉，并有良好耐压、耐麿和减震性能。
其工艺性能也很好，能很好地满足箱体零件的使用要求。
10-7因为汽车、拖拉机变速箱的工作比机床齿轮恶劣，受力较大，超载与起动、制动和变速时受冲击频繁，对耐麿性、弯曲疲劳强度、接触疲劳强度、心部强度和韧性等性能要求较高，用碳钢或中碳低合金钢经高频感应加热表面淬火已不能满足使用要求，选用合金渗碳钢，如20CrMnTi、 20CrMnMo、 20MnVB等钢，较适宜。
第11章机械零件毛坯的选择
• 零件结构形状和尺寸的要求
• 零件性能的要求。
（1）结构形状和尺寸的要求
机械零件由于使用功能的不同,其结构形状和尺寸往往差 异较大,各种毛坯制造方法对零件结构形状和尺寸的适应 能力也不相同。所以，选择毛坯时，应认真分析零件的结 构形状和尺寸特点，选择与之相适应的毛坯制造方法。 对于结构形状复杂的中小型零件,应选择铸件毛坯。可选 择砂型铸造、金属型铸造或熔模铸造等； 对于结构形状很复杂且轮廓尺寸不大的零件，宜选择熔模 铸造。 对于结构形状较为复杂，且抗冲击能力、抗疲劳强度要求 较高的中小型零件，宜选择模锻件毛坯； 对于那些结构形状相当复杂且轮廓尺寸又较大的大型零件， 宜选择组合毛坯。
总材料利用率% 1.15/2.55=45.1
连杆盖
合计
0.94
3.49
0.65
2.35
0.48
1.63
0.48/0.65=73.8%
1.63/2.35=69.4%
0.48/0.94=51.1
1.63/3.49=47.0
• 由上表可知提高材料利用率，降低原材料消耗，对锻件生 产成本的降低其影响是很明显的。 • 材料利用率的提高，可以通过降低锻造过程中的下料损失、 废料损失、烧损和废品损失来获得。 • 材料利用率的提高，还可以通过减少锻造余块、加工余量 来获得，这样既可降低材料消耗，又可以减少大量的切削 加工费用。所以，精密锻造是降低锻件生产成本的主要途 径之一。
2）合理制订生产工艺
合理的冲压工艺能降低模具费，节约加工工时，降低材料 消耗等，使冲压件单件成本降低。 • 工艺的合理化即是将工序适当地集中，以减少模具数，提 高生产率，降低生产成本。 • 工序的集中与分散是一个比较复杂的问题，它取决于零件 的生产批量、结构形状、质量要求及工艺特点等。
机械工程材料
机械工程材料第一章金属材料的力学性能习题与思考题5 图示的为四种不同材料的应力-应变曲线（1-4），试比较这四种材料的抗拉强度。
屈服强度（或断裂强度）、刚度和塑性。
“材料的弹性模量E越大，则材料的塑形越差”，这种说法是否正确？为什么？12 下列各种工件应该采用何种硬度试验方法来测定其硬度？1）锉刀 2)黄铜轴套 3）供应状态的各种碳钢钢材 4）硬质合金刀片 5）耐磨工件的表面硬化层第二章金属与合金的晶体结构1 金属具有哪些特性？请用金属键结合的特点予以说明。
2 试计算面心立晶格的致密度。
9间隙固溶体和间隙化合物在晶体结构与性能上区别何在？请举例说明。
10简述实际金属晶体和理想晶体在结构与性能上的主要差异。
第三章金属与合金的结晶1如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下，铸件晶粒的大小：1）金属型铸造与砂型铸造2）高温浇注与低温浇注3）铸成薄壁件与铸成厚壁件4）浇注时采用振动与不采用振动5）厚大型铸件的表面部分与中心部分3 判断下列情况是否有相变1)液态金属结晶2）晶粒粗细的变化3）同素异构的转变4）磁性转变4为什么铸件的加工余量过大，会使加工后的铸件强度降低？第四章铁碳合金相图1分析一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、共晶渗碳体、共析渗碳体的异同之处。
3画出Fe-Fe3C相图中的钢部分的相图，并进行以下分析：1）标出相图中空白区域的组织成分和相组分。
2）分析w C=0.4%的亚共析钢的结晶过程及其在室温下组织组分与相组分的相对量。
3）指出w C=0.2%、w C=0.6%、w C=1.2%的钢在1400℃、1100℃、800℃时奥氏体中碳的质量分数。
第五章钢的热处理4指出下列钢件正火的主要目的及正火后的组织：1）20钢齿轮 2）45钢小轴 3）T12钢锉刀5为什么亚共析钢经正火后，可获得比退火高的强度与硬度？6将w C=1.0%、w C=1.2%的碳钢同时加热到780℃进行淬火，问：1）淬火后各是什么组织？2）淬火马氏体的含碳量及硬度是否相同？为什么？3）那一种淬火后的耐磨性更好些？为什么？15T8钢的过冷奥氏体等温转曲线如图所示，若该钢在620℃进行等温转变，并经过不同时间保温后，按图示的1、2、3、4线的冷却速度至室温，问各获得什么组织？然后再进行中温回火，又各获得什么组织？20区别钢的淬硬性、淬透性与淬硬深度，并分别指出其影响因素。
第十一章 零件典型表面的切削成形方法
第十一章零件典型表面的切削成形方法一、教学目的与要求1.掌握各类表面常用加工方法、工艺特点及应用。
2.具有合理选择加工方法的初步能力。
二、教学课时数理论教学 4学时三、教学内容1. 外圆表面加工。
2. 内圆表面加工。
3. 平面加工。
4. 成形面加工。
四、教学重点与难点1. 重点各种表面加工方法的工艺特点及应用条件。
2. 难点能根据加工要求合理选用加工方法与加工方案。
五、教学方式多媒体授课六、参考书籍1. 金属切削原理与刀具，陆剑中; 孙家宁，TG501 / L849=4，机械工业出版社，20052. 金属切削原理与刀具，沈志雄，TG501 / S457，机械工业出版社，20043. 机械制造技术基础，张福润; 严晓光; 熊良山，TH16 / X642=3，华中理工大学出版社，20064. 机械制造技术基础，黄健求，TH16 / H845，机械工业出版社，2006第十一章零件典型表面的切削成形方法零件→种类多，形状各异→最基本的几何表面组成→加工方法不同本章内容：典型表面的加工方法、加工方案。
第一节外圆表面加工轴、套、盘等回转体类零件最基本的组成表面。
主要技术要求：尺寸精度、表面粗糙度，圆度、圆柱度、同轴度等。
一、外圆表面的车削1. 常用车床类型及应用范围⑴普通车床比例较大；特点是通用性强，加工内容广，但生产率低；主要应用于单件小批加工。
⑵六角车床转塔刀架能安装较多数量的刀具，轴向、径向定距切削装置，适合加工较复杂的回转类零件，生产率高。
适用于较大批量加工较复杂的中小型零件。
⑶自动、半自动车床自动化程度高，生产率高。
但是需要设计、制造专用靠模、凸轮等自动控制元件，调整也较复杂费时，生产准备周期长。
适用于大批量生产。
⑷立式车床适于加工直径大而长度短的大型盘、套类零件，在重型机械制造部门应用较多。
⑸数控车床自动化程度高、效率高，程序控制；灵活性、适应性强，技术复杂，造价高。
适用于中小批量加工形状较复杂的回转体类零件。
机械制造技术基础课程教案
机械制造技术基础课程教案第一章：机械制造概述1.1 课程简介介绍机械制造技术的基础知识和课程目标。
强调机械制造在工程领域中的重要性。
1.2 机械制造的定义和分类解释机械制造的概念和过程。
讨论机械制造的分类和不同类型的制造过程。
1.3 机械制造的流程和步骤介绍机械制造的基本流程和步骤。
解释设计和加工过程中的关键环节。
1.4 机械制造技术的应用领域探讨机械制造技术在不同工程领域的应用。
强调机械制造技术在制造业中的广泛应用。
第二章：机械设计基础2.1 机械设计的基本原则和方法介绍机械设计的基本原则和目标。
解释机械设计的方法和步骤。
2.2 机械零件的设计和选材讨论机械零件的设计要求和考虑因素。
介绍选材的原则和常用材料的特点。
2.3 机械结构的设计和分析解释机械结构的设计要求和步骤。
探讨机械结构的分析和计算方法。
2.4 机械设计的实例分析分析典型的机械设计实例，如齿轮传动系统和联轴器。
强调机械设计的实际应用和重要性。
第三章：机械加工基础3.1 机械加工的定义和分类解释机械加工的概念和过程。
讨论机械加工的分类和不同类型的加工方法。
3.2 机械加工设备和工具介绍常用的机械加工设备和工具。
讨论机械加工设备的选择和使用注意事项。
3.3 机械加工工艺和参数选择解释机械加工工艺的概念和重要性。
探讨加工参数的选择和优化方法。
3.4 机械加工质量和精度控制讨论机械加工质量和精度的重要性。
介绍常用的质量控制方法和精度测量工具。
第四章：金属切削加工4.1 金属切削加工的基本概念解释金属切削加工的定义和过程。
讨论金属切削加工的分类和特点。
4.2 金属切削刀具和机床介绍常用的金属切削刀具和机床。
讨论刀具的选择和使用注意事项。
4.3 金属切削加工参数的选择解释金属切削加工参数的概念和重要性。
探讨加工参数的选择和优化方法。
4.4 金属切削加工质量和精度控制讨论金属切削加工质量和精度的重要性。
介绍常用的质量控制方法和精度测量工具。
第五章：机械装配基础5.1 机械装配的定义和目的解释机械装配的概念和目的。
机械设计基础 第3版 教学课件 ppt 作者 王大康 11-14 第十一章 轴
轴颈
1. 轴颈—与轴承配合的轴段。 2. 轴头—与传动零件配合的轴段。 3. 轴身—连接轴颈与轴头的轴段。
二、轴的各部分名称
轴颈 轴头
轴头
轴身
轴颈
1. 轴颈—与轴承配合的轴段。 2. 轴头—与传动零件配合的轴段。 3. 轴身—连接轴颈与轴头的轴段。
三、轴结构设计的主要要求
（1）轴和轴上零件要有准确的工作位置且定位可靠； （2）轴上零件应便于装拆和调整；
挠性轴
曲轴
一般使用转速为800~3600r/min ，小尺寸挠性轴可达 20000r/min。
2. 按承受载荷分 （1）心轴：工作时只受弯矩的轴。
a） 转动心轴：轴的弯曲应力为对称循环应力。 b）固定心轴：轴的弯曲应力为静应力。
a)
b)
心轴 a) 转动心轴 b) 固定心轴
（2）传动轴：工作时只受转矩的轴。
（6）为减少加工刀具的种类，轴上的倒角、圆角的尺 寸应尽量一致。
（7）对制造精度要求高的轴，轴的两端应加工中心孔， 作为加工和检验的基准。 4. 提高轴的强度 多数轴受变应力作用， 故易发生疲劳破坏。设计 时应从结构上减小应力集 中。 （1）轴肩处应有较大 的过渡圆角，必要时可采 用内凹圆角或隔离环。
轴的设计方法：
1. 轴径的初步计算，以确定轴的最小直径；
2. 确定各轴段的直径和长度，进行轴的结构设计；
3. 轴的强度验算，根据验算结果调整轴的结构和尺寸；
4. 完成轴的设计。 轴的结构设计通常是经过初步计算，确定轴的最小 直径后进行的。影响轴结构的因素很多，轴的结构需在 设计中依具体情况确定，所以轴没有标准的结构形式。
第十一章
轴
第一节
概述
轴是组成机器的重要零件，轴的设计、制造质量直接影 响机器的工作质量和性能。 轴的作用： 1. 支承回转零件，使其具有确定的工作位置。
第十一章 机械制造中零件材料的选择
机架和箱体及支承类零件的选材
• 包括：
– 减（变）速器箱体 – 轴承座、支座 – 机床床身、床头箱、溜板箱、进给箱 – 气缸体
• 功用：
– 支承并固定机器 – 装配基准 – 承受压力及振动
机架和箱体及支承类零件的选材
• 结构特点：
– 形状复杂 – 一般体积较大、重量较大
• 性能：
– 具有足够的抗压强度和刚度 – 具有足够的尺寸稳定性 – 良好的加工工艺性：
选材的具体步骤与方法
• • • • 以综合力学性能为主进行选材 以疲劳强度为主进行选材 以磨损为主进行选材 其他性能：
– 物理性能：导电性、电磁性能、光、热 – 化学性能：化学介质/耐腐蚀性能
第三节 典型零件的选材 实例分析
齿轮类零件的选材
• 工作条件：
– 齿根承受大的弯曲应力； – 齿面啮合部位既有滚动摩擦又有滑动摩擦，并 且承受很大的接触应力； – 轮齿工作中还将承受一定的冲击载荷； – 汽车、工程机械等机器中的齿轮工作中偶有短 时过载。
齿轮类零件的常见失效模式
• 断齿：多由疲劳（低应力高周疲劳/高应力 低周疲劳）、静载过载、冲击引起 • 齿面剥落
– 麻点剥落（点蚀） – 浅层剥落 – 深层剥落
• 齿面磨损
– 摩擦磨损 – 磨料磨损
圆 锥 齿 轮
齿轮类零件的性能要求
• 齿面应有高接触疲劳强度和高的表面硬度和耐磨 性——防止齿面损伤； • 齿根应有高的齿根弯曲强度和齿根弯曲疲劳强 度——防止齿根折断； • 心部应有适当的强度和韧性——防止冲击和偶然 过载引起断裂； • 齿轮副齿面硬度应有差异，即大齿轮齿面硬度＜ 小齿轮齿面硬度； • 应有好的机加性能——可获得好的表面粗糙度。
• 材料的焊接工艺性：
机械设计基础第十一章 齿轮传动
Ft1 = 2T1
d1
Fr1 = Ft1tan
Fn1
Ft1
cos
小齿轮上的转矩：
O2
T1
106
P
1
9.55 106
P n1
N mm
P为传递的功率（KW）
t
ω1----小齿轮上的角速度，
d1----小齿轮上的分度圆直径， N1
n1----小齿轮上的转速
α----压力角
α
ω2
（从动）
标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算
分度， 取标准值 ha*＝1
齿根高：hf=(ha* +c*)m ca* ——顶隙系数， 取标准值 c*=0.25
ha s N e h hf
pn pb
rb
rf r ra
α
全齿高：h= ha+hf =(2ha* +c*)m
合金结构钢 铸钢 灰铸铁
球墨铸铁
表13-1
牌号
35
45
50 40Cr
35SiMn 40MnB
…… ZG270-500
…… HT200 …… QT500-5 ……
常用的齿轮材料
热处理
正火 调质 表面淬火 正火 调质 表面淬火 正火 调质 表面淬火 调质 表面淬火 调质 ……
正火
……
硬度（HBS或HRC）
1.2~1.6
1.6~1.8
1.6~1.8
1.8~2.0
(
Fn b
)min
大的冲击 1.6~1.8 1.9~2.1 2.2~2.4
§11－5 直齿圆柱齿轮传动的 齿面接触强度计算
齿轮强度计算的主要目的是避免失效。 闭式齿轮传动的主要失效形式是齿面点蚀 和齿根弯曲疲劳折断。 开式齿轮传动的主要失效形式是齿面磨损 和齿根弯曲疲劳折断。
大学_机械工程材料第3版(王运炎朱莉著)课后答案下载
机械工程材料第3版(王运炎朱莉著)课后答案下载机械工程材料第3版(王运炎朱莉著)内容简介第3版前言第2版前言第1版前言绪论一、材料的分类及其在工程技术中的应用二、材料的发展及材料科学的形成三、本课程的目的、任务和学习方法第一章金属材料的.力学性能第一节强度、刚度、弹性及塑性一、拉伸曲线与应力.应变曲线二、刚度和弹性三、强度四、塑性第二节硬度一、布氏硬度二、洛氏硬度三、维氏硬度第三节冲击韧性一、冲击试验方法与原理二、冲击试验的应用第四节断裂韧度一、裂纹扩展的基本形式二、应力场强度因子K1三、断裂韧度K1C及其应用第五节疲劳一、疲劳现象二、疲劳曲线与疲劳极限三、提高疲劳极限的途径四、其他疲劳习题与思考题第二章金属与合金的晶体结构第一节晶体的基本知识一、晶体与非晶体二、晶格、晶胞和晶格常数第二节金属的晶体结构一、金属的特性和金属键二、金属中常见的晶格三、晶体结构的致密度四、晶面与晶向第三节合金的晶体结构一、合金的基本概念二、合金的相结构第四节实际金属的晶体结构一、多晶体与亚组织二、晶体的缺陷习题与思考题第三章金属与合金的结晶第一节纯金属的结晶一、纯金属的冷却曲线和过冷现象二、纯金属的结晶过程三、金属结晶后的晶粒大小四、金属的同素异构转变第二节合金的结晶一、二元合金相图的基本知识二、二元匀晶相图三、二元共晶相图四、合金性能与相图间的关系习题与思考题第四章铁碳合金相图第一节铁碳合金的基本相一、铁素体二、奥氏体三、渗碳体第二节铁-渗碳体相图分析一、上半部分图形——由液态变为固态的一、次结晶(912℃以上部分)二、下半部分图形——固态下的相变三、铁一渗碳体相图中各点、线含义的小结四、铁一渗碳体相图中铁碳合金的分类第三节典型铁碳合金的结晶过程及其组织……第五章钢的热处理第六章金属的塑性变形及再结晶第七章钢第八章铸铁第九章有色金属及粉末冶金材料第十章高分子材料、陶瓷材料及复合材料第十一章机械制造中零件材料的选择附录参考文献机械工程材料第3版(王运炎朱莉著)目录本书为普通高等教育“十一五”__规划教材，曾荣获第三届高等学校机电类专业优秀教材二等奖。
金属学与热处理第十一章铸铁习题与思考题
金属学与热处理第十一章铸铁习题与思考题(一)填空题1．碳在铸铁中的存在形式有和2．影响铸铁石墨化最主要的因素是和3．根据石墨形态，铸铁可分为、、和4根据生产方法的不同，可锻铸铁可分为和5球墨铸铁是用一定成分的铁水经和后获得的石墨呈的铸铁。
6HT350是的一个牌号，其中350是指为7KTH300－06是的一个牌号，其中300是指为；06是指为8．QT1200—01是的一个牌号，其中1200是指为；01是指为9普通灰口铸铁按基体的不同可分为、、其中以的强度和耐磨性最好。
10．可锻铸铁按基体的不同可分为和11球墨铸铁按铸态下基体的不同可分为、和12．球墨铸铁经等温淬火其组织为13铸铁（除白口铸铁外）与钢相比较，其成分上的特点是和高，其组织上的特点是14球墨铸铁的强度、塑性和韧性较普通灰口铸铁为高，这是因为15生产变质铸铁常选用和作为变质剂。
16．生产球墨铸铁常选用和作为球化剂。
17生产可锻铸铁的方法是18灰口铸铁铸件薄壁处（由于冷却速度快）出现组织，造成困难，采用克服之。
19铸铁具有优良的性、性、性和性。
20普通灰口铸铁软化退火时，铸铁基体中的全部或部分石墨化，因而软化退火也叫做退火。
21．球墨铸铁等温淬火的目的，是提高它以及和22铸铁件正火的目的是提高和，并为表面淬火做好组织准备。
23灰口铸铁经正火处理，所获得的组织为24球墨铸铁的淬透性比较好，一般件采用淬，形状简单硬度要求较高时采用淬。
25．普通灰口铸铁软化退火的主要目的是和（二)判断题1．可锻铸铁在高温状态下可以进行锻造加工2．铸铁可以经过热处理来改变基体组织和石墨形态3．可以通过热处理的方法获得球墨铸铁4．共析反应时形成共析石墨(石墨化)不易进行5．利用热处理方法来提高普通灰口铸铁的机械性能其效果较显著6．可以通过热处理方法提高球墨铸铁的机械性能其效果较显著7．灰口铸铁的抗拉强度、韧性和塑性均较钢低得多，这是由于石墨存在，不仅割裂了基体的连续性，而且在尖角处造成应力集中的结果8．碳全部以渗碳体形式存在的铸铁是白口铸铁9．由于石墨的存在，可以把铸铁看成是分布有空洞和裂纹的钢10．含石墨的铸铁具有低的缺口敏感性11．含石墨的铸铁切削加工性比钢差，所以切削薄壁、快冷的铸铁零件毛坯时容易崩刃。
机械制造基础第二版课后答案邱亚玲第十一章
机械制造基础第二版课后答案邱亚玲第十一章第十一章锻压习题解答11-1多晶体塑性变形有何特点?答：多晶体塑性变形有的特点：①变形分为晶内变形和晶间变形两种。
②多晶体塑性变形首先在那些最有利于变形位向的晶粒中进行。
③各晶粒变形不均匀，每个晶粒内变形也不一致。
11-2何谓冷变形强化?冷变形强化对金属组织性能及加工过程有何影响?答：金属在低温下进行塑性变形时，随着变形程度的增加，金属的硬度和强度升高，而塑性、韧性下降，这种现象称为金属的冷变形强化或加工硬化。
冷变形强化时，金属内对称面附近的晶格发生畸变，甚至产生晶粒破碎现象，金属的强度和硬度越来越高，而塑性和韧性越来越低，变形抗力越来越大，变形也越困难，需要更大的变形力。
11-3何谓金属的再结晶?再结晶对金属组织和性能有何影响?答：将变形金属加热到该金属熔化温度的0.4倍时，金属原子具有更强的的扩散能力，以碎晶块或其它质点为晶核，成长出与变形前晶格结构相同的新的等细晶粒，这个过程称为再结晶。
再结晶可以完全消除塑性变形变形所引起的硬化现象，并使晶粒得到细化，力学性能甚至比塑性变形前更好。
11-4冷变形和热变形的区别是什么?试述它们各自在生产中的应用。
答：据变形温度和变形后的组织不同，通常把在再结晶温度以下进行的变形称为冷变形，在再结晶温度以上进行的变形称为热变形，冷变形的金属表现出加工硬化现象，热变形金属的加工硬化随即被再结晶所消除。
冷变形如冷轧、冷挤、冷拔、冷冲压。
冷变形后金属得到强化，并且获得的毛坯和零件尺寸精度、表面质量都很好。
热变形如热模锻、热轧、热挤压等。
热变形后获得的毛坯和零件的力学性能(特别是塑性和冲击韧度)很好。
11-5何谓金属的可锻性?影响可锻性的因素有哪些?答：可锻性指金属材料在压力加工时，获得优质零件难易程度的性能。
可锻性受材料本身的性质（如化学成分、组织状态）和外界加工条件（如变形温度、变形速度、应力状态）等因素的影响。
11-6钢的锻造温度是如何确定的?始锻温度和终锻温度过高或过低对锻件质量有何影响?答：1、始锻温度一般控制在固相线以下150～250℃。
2019哈尔滨商业大学硕士821《机械设计基础》考试大纲
考试科目代码：821 考试科目名称：机械设计基础一、考试要求：学生应掌握机械中常用和通用零件的基本理论、基本知识、基本技能，掌握机械常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本的设计理论和计算方法等知识。
二、考试内容：第一章平面机构的自由度和速度分析1、理解运动副的分类2、掌握机构运动简图绘制方法3、重点掌握平面机构自由度计算4、重点掌握瞬心在速度分析上的应用第二章平面连杆机构1、理解平面四杆机构的基本类型及其应用2、重点掌握平面四杆机构的基本特性3、掌握平面四杆机构的设计的设计方法第三章凸轮机构1、掌握凸轮机构的应用和类型2、掌握从动件的常用运动规律3、理解压力角与作用力的关系4、理解压力角与凸轮机构尺寸的关系5、重点掌握图解法设计凸轮轮廓第四章齿轮机构1、理解齿廓实现定传动比的条件2、掌握标准齿轮基本尺寸的计算方法3、理解渐开线齿轮的切齿原理4、理解根切、最少齿数及变位齿轮5、理解平行轴斜齿轮机构，锥齿轮机构第五章轮系1、重点掌握定轴轮系及其传动比的计算方法2、重点掌握周转轮系及其传动比的计算方法第六章间歇运动机构1、理解棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、凸轮间歇运动机构的工作原理第七章机械运转速度波动的调节1、了解机械运转速度波动调节的目的和方法第八章回转件的平衡1、了解回转件平衡的目的2、掌握回转件的平衡计算3、理解回转件的平衡实验第九章机械零件设计概论1、理解机械零件的强度、机械零件的接触强度、机械零件的耐磨性的概念2、能够进行机械制造常用材料的选择3、重点掌握极限与配合、表面粗糙度和优先数系第十章连接1、掌握螺纹连接的基本类型和螺纹紧固件2、掌握螺纹连接的强度计算3、掌握提高螺纹连接强度的措施.4、重点掌握键连接和花键连接、销连接的工作原理第十一章齿轮传动1、掌握轮齿的失效形式和齿轮材料及热处理方法2、掌握直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷3、掌握直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算4、掌握直齿圆柱齿轮传动的弯曲强度计算5、掌握斜齿圆柱齿轮传动的计算和受力分析6、掌握齿轮传动的润滑和效率第十二章蜗杆传动1、了解蜗杆传动的特点和类型2、了解蜗杆传动的失效形式、材料和结构3、掌握圆柱蜗杆传动的受力分析4、掌握圆柱蜗杆传动的强度计算5、掌握圆柱蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算第十三章带传动和链传动1、掌握带传动的受力分析2、掌握带传动的弹性滑动和传动比3、掌握V带传动的计算4、掌握链传动的运动分析和受力分析5、掌握链传动的主要参数及其选择第十四章轴1、掌握轴的结构设计和轴的强度计算第十五章滑动轴承1、掌握滑动轴承的结构形式2、掌握轴瓦及轴承衬材料3、掌握动压滑动的基本原理第十六章滚动轴承1、理解滚动轴承的基本类型和特点2、掌握滚动轴承的选择计算3、掌握滚动轴承的润滑和密封4、掌握滚动轴承的组合设计第十七章联轴器、离合器和制动器1、掌握联轴器、离合器的类型和应用第十八章弹簧1、了解弹簧的功用和类型2、了解圆柱螺旋拉伸、压缩弹簧的应力与应变3、了解弹簧的制造、材料和许用应力4、了解圆柱螺栓拉伸、压缩弹簧的设计三、题型及比例：概念理解、简答题题50分，计算题60分，综合题40分。
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（二）手用丝锥选材举例
图11-7 T12A钢丝锥淬火时冷却曲线（示意图）Fra bibliotek、冷作模具的选材
图11-8 黄铜接线板落料凹模简图
图11-9 CrWMn钢凹模热处理工艺曲线
二、零件失效的形式
1.断裂失效 2.磨损失效 3.变形失效
三、零件的失效原因
引起失效的因素很多，涉及到零件的结构设计，材料选择与 使用，加工制造、装配、使用保养等。 但就零件失效形式而言，则与其工作条件有关。 零件工作条件包括：应力情况；载荷性质；温度；环境介质 以及摩擦、振动条件。
第二节 机械零件的材料选择
一、齿轮类零件的选材
（一）齿轮的工作条件、主要失效形式及对材料性能的要求
1.齿轮的工作条件 机床、汽车、拖拉机以及其他工业机械用齿轮尽管很多，但其工作 过程大致相同，只是受力程度有所不同。 2.齿轮的主要失效形式 （1）断齿 （2）麻点剥落 （3）磨损 3.对齿轮材料性能的要求 （1）具有高的接触疲劳抗力，使齿面在受到接触应力后不致发生麻 点剥落。 （2）应有高的弯曲疲劳强度，特别是齿根处要有足够的强度，使运 行时所产生的弯曲应力不致造成疲劳断裂。
（二）零件选材的具体方法介绍
1.以综合力学性能为主进行选材 2.以疲劳强度为主进行选材 3.以磨损为主的选材 根据零件工作条件的不同，其选材也有所不同。
第三节 典型零件的选材实例分析
陶瓷材料一般不用于制造重要的受力零件，但可用于制 造在高温下工作的零件、切削刀具和某些耐磨零件。由于其 制造工艺较复杂、成本高，一般机械工程中应用还不普遍。 复合材料虽综合了多种不同材料的优良性能，但目前复 合材料价格昂贵，在一般工业中应用受到限制。 金属材料具有极优良的综合力学性能和某些物理、化学 性能，因此被广泛地用于制造各种重要的机械零件和工程结 构。目前仍是机械工程中最主要的结构材料。从应用情况来 看，机械零件的用材主要是钢铁材料。
第一节 机械零件的失效概述 第二节 机械零件的材料选择 第三节 典型零件的选材实例分析
第一节 机械零件的失效概述
一、失效的概念
失效是指零件在使用过程中，由于尺寸、形状或材料的组织 与性能发生变化而失去原设计的效能。
一般机械零件在以下三种情况下都认为已失效： 1.零件完全不能工作 2.零件虽能工作，但已不能完成指定的功能 3.零件有严重损伤而不能再继续安全使用
（二）齿轮选材的具体实例
1.机床齿轮选材 2.汽车、拖拉机齿轮选材
图11-5 解放牌汽车—速齿轮简图
二、机床主轴的选材
（一）机床主轴的工作条件及技术要求
1.承受摩擦与磨损 2.工作时承受多种载荷
（二）主轴选材的具体实例
图11-6 C616车床主轴
三、手用丝锥的选材
（一）手用丝锥的工作条件及失效形式
一、选材的一般原则
（一）选材的使用性能应满足使用要求
1.必须考虑材料和零件服役的实际情况。 2.充分考虑钢材的尺寸效应。 3.综合考虑材料强度、塑性、韧性的合理配置
（二）材料的工艺性应满足加工要求
1.铸造性 2.锻造性 3.焊接性 4.粘结固化性 5.可加工性 6.热处理工艺性 材料的价格和总成本应经济、低廉
二、选材的步骤及具体方法
（一）零件材料选择步骤
1.在分析零件的服役条件、形式尺寸与应力状态后，确定零件的 技术条件。 2.通过分析或试验，结合同类零件失效分析的结果，找出零件在 实际使用中的主要和次要的失效抗力指标，以此作为选材的依据。 3.根据力学计算，确定零件应具有的主要力学性能指标，通过比 较选择合适材料。 4.审核所选材料的生产经济性（高扩热处理的生产成本等）。 5.试验、投产。