机械设计基础课件

(2) 热处理
采用热处理工艺，充分发挥和利用材料潜在的力学性能。
(3) 采用组合式零件结构 在零件的工作部分使用贵重材料，非直接 工作部分则可采用廉价的材料。 (4) 加工费用 加工设备和工艺装备尽可能简单，加工工序尽可能减 少。
1.4 机械零件的常用材料及其选择
(5) 货源 尽可能就地取材，减少运输成本，同时，尽量减少材料 的品种规格，简化采购、保管及生产管理工作。
1.4 机械零件的常用材料及其选择
1) 表面淬火。 ① 感应淬火。利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表 层、局部或表面加热并进行快速冷却的淬火工艺，称为感应淬火。
感应淬火的工件变形小，基本无氧化、脱碳，且加热速度快，生 产效率高，易实现机械化、自动化，适于大批生产，但是设备投 资大，维修调试比较困难。感应淬火主要用于中碳钢和中碳低合 金钢制造的中小型工件的成批生 ② 火焰淬火。火焰淬火是利用氧、乙炔或其他可燃气燃烧的火焰 对工件表层加热，随之快速冷却的淬火工艺。火焰加热表面淬火 操作简便，不需要特殊设备，成本低，但生产率低，质量较难控 制，主要用于单件或小批生产的各种齿轮、轴和轧辊等。 2) 化学热处理。
外，还要考虑材料的易加工性，包括零件热处理后的易加工性能。
1.4 机械零件的常用材料及其选择
1.4.4 机械零件常用材料经济性要求
在机械的成本中，材料费用约占30%以上，有的甚至达到50%。在 满足材料使用性能和工艺性能的前提下，选用的材料应尽可能使零 件的生产和使用的总成本最低、经济效益最高。可从以下几个方面 考虑： (1) 工程材料价格 能够满足零件使用性能时，应尽可能选用价格低 廉的材料。
影响机器的正常工作。
1.3.3 耐磨性准则
1.4 机械零件的常用材料及其选择
1.4.1 金属材料及其热处理常识 1.金属材料的力学性能 (1) 强度 强度是指材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力，包
括弹性极限σe、屈服极限σs、抗拉强度σb等。
图1-6
某低碳钢拉伸曲线图
1.4 机械零件的常用材料及其选择
1.5 机械零件结构的工艺性及标准化
1.5 机械零件结构的工艺性及标准化
(4) 零件的结构应便于装拆和调整 零件的结构应便于装配、拆卸， 并尽可能减少装配工作量。 1) 能装能拆。
图1-19
装入螺钉空间
1.5 机械零件结构的工艺性及标准化
图1-20
扳手工作空间
1.5 机械零件结构的工艺性及标准化
图1-21
增设拆卸螺钉
1.5 机械零件结构的工艺性及标准化
2) 零件的结构要便于加工、便于安装，保证采用一般刀具加工时 所需的工作空间(图1-15)和定位支承面(图1-16)，并能使有位臵精 度要求的表面尽量在一次安装中加工出来，减少刀具调整次数(图 1-17)。
1.5 机械零件结构的工艺性及标准化
图1-17 减少刀具调整次数 a) 改进前 b) 改进后
图1-1 机器实物 a) 汽车 b) 缝纫机 c) 车床
1.1 课程概述
图1-2 传动带运输机 1—电动机 2—小带轮 3—传动带 4—大带轮 5—小齿轮 6—大齿轮 7—箱体 8—联轴器 9—滚筒 10—输送带
1.1 课程概述
图1-3 单缸内燃机 a) 模型 b) 简图
1.1 课程概述
1.1.1 机械中的构件和零件
图1-22
装配结构
1.5 机械零件结构的工艺性及标准化
图1-23
设置定位基准
1.5 机械零件结构的工艺性及标准化
图1-24
端面的贴合
1.5 机械零件结构的工艺性及标准化
2) 保证正确地安装。
图1-25 避免安装错误的结构 a) 改进前 b) 改进后
1.5 机械零件结构的工艺性及标准化
3) 力求降低装配精度要求。 2.机械零件设计中的标准化 (1) 产品品种规格的系列化 将同一类产品的主要参数、形式、尺
腐蚀性介质中工作的零件，应选用耐腐蚀材料。
1.4 机械零件的常用材料及其选择
1.4.3 机械零件常用材料工艺要求
所谓工艺要求，是指选择冷、热加工性能好的材料。零件加工应考 虑到零件结构的复杂程度、尺寸大小和毛坯类别。对于外形复杂、 尺寸较大的零件，若采用铸造毛坯，则应采用铸造性能好的材料； 若采用焊接毛坯，则应选用焊接性能好的低碳钢；对于尺寸较小、 外形简单、大量生产的零件，适合冲压或模锻，应选用延展性较好 的材料；需要热处理的零件，所选材料应有良好的热处理性能。此
图1-10 固溶体 a) 置换固溶体 b) 间隙固溶体
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1.4 机械零件的常用材料及其选择
图1-11
晶格畸变，固溶强化
1.4 机械零件的常用材料及其选择
2) 金属化合物。
3) 机械混合物。 (4) 细晶强化 通过前面的介绍，我们知道固体金属都是以晶体的形 式存在的，而液体金属都是非晶体。 3.钢的热处理
机械设计基础
机械设计基础
罗红专 易传佩 主编
第2章 平面机构的静力分析
第1章 概
论
1.1 课程概述
1.2 机械设计的基本要求和一般过程 1.3 机械零件的失效形式和设计计算准则 1.4 机械零件的常用材料及其选择 1.5 机械零件结构的工艺性及标准化 1.6 机械中的摩擦、磨损与润滑
1.1 课程概述
图1-12
热处理工艺路线示意图
1.4 机械零件的常用材料及其选择
表1-1 热处理的分类
(1) 退火与正火 退火与正火是钢的两种基本热处理工艺，主要用 来消除钢材经热加工后引起的缺陷，为以后切削加工和最终热处 理做组织准备，因此，又称为预备热处理，对性能要求不高的工 件，退火和正火也可作为最终热处理。 1) 退火。
(2) 塑性 塑性是指材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。
(3) 硬度 硬度指材料抵抗表面局部塑性变形的能力，反映了材料 的软硬性能。
1.4 机械零件的常用材料及其选择
1) 布氏硬度HBW。
图1-7
布氏硬度测量示意图
1.4 机械零件的常用材料及其选择
2) 洛氏硬度。 (4) 冲击韧度。 2.影响金属材料性能的因素
1.2 机械设计的基本要求和一般过程
(5) 符合环保要求 尽可能降低噪声，使用中，无泄漏，达标排放， 减轻对环境的污染，同时，还要使产品造型美观，富有时代特点， 增强市场竞争力。
图1-5
机械设计的一般过程
1.3 机械零件的失效形式和设计计算准则
1.3.1 强度准则 强度是指零部件在载荷作用下抵抗断裂、塑性变形及表面失效的 能力。强度分为整体强度和表面接触强度。 1.3.2 刚度准则 刚度是指机械零件在载荷作用下，抵抗弹性变形的能力。某些零 件如机床主轴、蜗杆轴等零件，刚度不足将产生过大的弹性变形，
按强度条件设计的零件，当其尺寸和重量都受限制时，应选用强度 较高的材料；按刚度条件设计的零件，应选用弹性模量较大的材料； 若零件表面接触应力较高(如齿轮)，应选用可以进行表面强化处理 的材料(如调质钢、渗碳钢)。此外，对容易磨损的零件(如蜗轮)，应 选用耐磨性好的材料；对滑动摩擦下工作的零件(如滑动轴承)，应 选用减摩性好的材料；对高温下工作的零件，应选用耐热材料；对
(3) 零件的结构应便于切削加工 1) 零件加工表面的几何形状应尽量简单，并便于切削工具以高效 率工作，如加工表面的连续和等高、标准的退刀槽或者砂轮越程
槽等(图1-14)。
图1-14
退刀槽或越程槽
1.5 机械零件结构的工艺性及标准化
图1-15
加工所需空间
1.5 机械零件结构的工艺性及标准化
图1-16 加工定位支承面 a) 不正确 b) 允许 c) 正确
1.4 机械零件的常用材料及其选择
2) 正火。 (2) 淬火 淬火是指将工件加热到适当温度后，保温一定时间，然 后在水、油或其他无机盐、有机水溶液等淬火介质中快速冷却，
以获得高硬度、高强度金相组织的热处理方 (3) 回火 回火是指工件淬火后，重新加热到远低于淬火温度的某 一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。 1) 低温回火(150～250℃)。 2) 中温回火(250～500℃)。 3) 高温回火(500～650℃)。 (4) 表面热处理 在生产中有些零件，如齿轮、花键轴、活塞销等， 要求表面具有高硬度和耐磨性，心部具有一定的强度和足够的韧 性。
(1) 金属的晶体结构 常态下金属以原子呈规则排列的晶体形式存 在。
图1-8 晶体、晶格与晶胞 a) 晶体 b) 晶格 c) 晶胞
1.4 机械零件的常用材料及其选择
图1-9 常见晶格类型 a) 体心立方晶格 b) 面心立方晶格 c) 密排六方晶格
(2) 合金 纯金属很难得到，而且纯金属的强度较低，物理性能、 化学性能及工艺性能较差，不能满足工业要求，因此很少直接使 用，而多采用合金。
的。本课程的研究对象为机械中常用机构及一般工作条件下和常用
参数范围内的通用零部件，研究其工作原理、结构特点、基本设计 理论、计算方法及一些零部件的选用和维护。所以，“机械设计基 础”与机械制图、计算机应用技术一样，是高职高专工科有关专业 一门重要的专业技术基础课。
1.2 机械设计的基本要求和一般过程
1.4 机械零件的常用材料及其选择
4.工业用钢 (1) 按化学成分分类 (2) 按质量分类 钢的质量以磷、硫的含量划分如表1-2。
表1-2 各种质量钢中的磷、硫含量(质量分数)(%)
(3) 按用途分类 按钢材的用途可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢 三大类。
1.4 机械零件的常用材料及其选择
1.4.2 机械零件常用材料使用要求
1.机械零件 2.构件
图1-4
连杆
1.1 课程概述
1.1.2 本课程在教学中的地位
随着机械化生产规模的日益扩大，几乎没有一个领域不使用机械。 不但在机械制造部门，而且在动力、采矿、冶金、石油、化工、建 筑、轻纺、食品工业等部门工作的工程技术人员，都将经常接触各 种各样的机械，因此，他们都应该具备一定的机械基础知识。虽然 每一种机械都有一些专门的问题，会有专门的课程来研究，但各种 机械有其共性问题，“机械设计基础”课程就是研究这些共性问题
1.4 机械零件的常用材料及其选择
(3) 合金的结构 合金在固态时，有固溶体、化合物以及机械混合 物三种不同的组织结构。 1) 固溶体。
① 臵换固溶体。溶质原子占据溶剂晶格某些结点位臵所形成的固 溶体，如图1-10a所示。 ② 间隙固溶体。当溶质元素的原子半径远小于溶剂元素的原子半 径时，溶质原子嵌入溶剂晶格间隙所形成的固溶体，如图1-10b所 示。
寸、基本结构等依次分档，制成系列产品，以较少的品种规格满 足使用的广泛需要。 (2) 零部件的通用化 将同一类型或不同类型产品中用途、结构相 近似的零部件(如螺栓、轴承座、联轴器等)经过统一后实现通用互 换。 (3) 产品质量标准化 做好产品设计、加工工艺、装配检验、包装 储运等环节的标准化，才能提供满足质量标准的合格产品。
(1) 满足使用要求 能实现产品预期的功能，并使产品的功能最优； 同时，保证在规定的工作条件下、规定的工作期限内能正常运行。 (2) 操作方便，工作安全 操作系统要简便可靠，操作方式符合操
作者的心理和习惯，同时有利于减轻操作人员的劳动强度；易造 成人身伤害的部位，必须具有保险装臵以消除由于误操作而引起 的危险，还应设臵过载保护装臵及警示装臵，避免人身及设备事 故的发生。 (3) 可靠、耐用 在规定的使用期限内，极少或不发生故障。 (4) 使产品有良好的社会效益和经济效益 既要使产品得到社会的 认可，又要使产品的成本低、效率高。
1.5 机械零件结构的工艺性及标准化
1.工艺性 (1) 零件的结构应与生产条件和批量相适应 零件的结构工艺性与 生产条件和批量有着密切的联系。
(2) 零件的结构应与毛坯种类相适应 零件的毛坯可以是铸件、锻 件、焊件、轧件、冲压件、拉拔或挤压件等。
图1-13
铸造过渡结构和铸造斜度
1.5 机械零件结构的工艺性及标准化
3) 尽量采用通用化的零件，零件尺寸应采用标准化参数，各加工 表面也尽可能考虑能够使用标准刀具，减少刀具及量具的种类。 4) 合理地设计零件的精度和表面粗糙度。
1.5 机械零件结构的工艺性及标准化
图1-18 减少加工面积 a) 改进前 b) 改进后
5) 对复杂零件，必要时应分成简单零件，在分别加工完后再组装 成一个复杂零件。 6) 大批量生产的零件，应使结构与先进工艺、高效机床、夹具相 适应。