机械原理 第二版 邹慧君主编第9章 机械零件设计概述

§9-2机械制造常用材料及其选择第9章机械零件设计概述§9-1机械零件设计概述在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，在预定使用期限内安全可靠，操作方便、维修简单和造型美观等。一、机械设计应满足的要求：机械零件设计概述机械零件的设计也必须满足上述要求

——既要工作可靠，又要成本低廉。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，所以习惯上又称为：承载能力二、机械零件的工作能力三、机械零件的失效由于某种原因零件不能正常工作时，称为失效。（一）整体断裂整体断裂是指零件在载荷作用下，其危险截面的应力超过零件的强度极限而导致的断裂，或在变应力作用下，危险截面发生的疲劳断裂。齿轮轮齿断裂

轴承内圈断裂轴承外圈、滚动体断裂机械零件常见的失效形式:

断裂、塑性变形、过大的弹性变形、工作表面的过度磨损或损伤、发生强烈的振动、连接的松弛、摩擦传动的打滑等。机械零件设计概述（二）塑性变形当作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限，零件将产生塑性（残余）变形。齿轮齿面塑形变形轴承外圈塑性变形

机械零件设计概述轴承外圈塑性变形轴承内圈塑性变形机械零件设计概述（三）零件的表面破坏零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳（点蚀）。齿面接触疲劳（点蚀）轴瓦磨损机械零件设计概述轴承套圈点蚀轴承内圈点蚀机械零件设计概述失效原因:强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、温度等。强度条件：计算应力<许用应力；五、机械零件设计的步骤5)绘制工作图并标注必要的技术条件。计算量≤许用量2)确定作用在零件上的载荷;3)选择合适的材料;4)根据零件可能出现的失效形式，选用相应的判定条件，确定零件的形状;注意，零件尺寸的计算值一般并不是最终采用的数值，设计者还要根据制造零件的工艺要求和标谁、规格加以圆整。刚度条件：变形量<许用变形量；机械零件设计概述四、机械零件的设计准则——工作能力计算准则1)拟定零件的计算简图;六、机械零件设计的计算方法设计计算——根据设计准则，确定尺寸。校核计算——先参照实物、图纸、经验数据等初步拟定结构和尺寸，然后根据设计准则进行验算。机械零件设计概述机械制造常用材料及其选择一、金属材料1.铸铁铸铁常用金属材料钢有色金属合金----含碳量>2%----含碳量≤2%铁碳合金特点：①具有良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零件。

②较好的减震性、耐磨性、切削性（灰铸铁）

③成本低廉。应用：应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁合金铸铁机械制造常用材料及其选择2.钢结构钢工具钢特殊钢(不锈钢、耐热钢、耐酸钢等)碳素结构钢（含碳量＜0.7%

）合金结构钢按用途按化学成分＜0.25%低碳钢0.3%~0.5%中碳钢＞0.5%高碳钢按含碳量特点：与铸铁相比，钢具有高的强度、韧性和塑性。可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。零件毛坯获取方法：锻造、冲压、焊接、铸造等。选用原则：优选碳素钢，其次是硅、锰、硼、钒类合金钢。应用：应用范围极其广泛。价格便宜且供应充分我国资源丰富

表9-2常用材料的相对价格材料种类规格相对价格热轧圆钢碳素结构钢Q235（φ33~42）1铸件优质碳素钢（φ29~50）1.5~1.8合金结构钢（φ29~50）1.7~2.5滚动轴承钢（φ29~50）3合金工具钢（φ29~50）3~204Cr9Si2耐热钢（φ29~50）5灰铸铁铸件0.85碳素钢铸件1.7铜合金、铝合金铸件8~10机械制造常用材料及其选择3.铜合金-铜锌合金，并含有少量的锰、铝、镍特点：具有良好的塑性和液态流动性。青铜合金还具有良好的减摩性和抗腐蚀性。零件毛坯获取方法：辗压、铸造。应用：应用范围广泛。种类青铜黄铜轴承合金（巴氏合金）-含锡青铜、不含锡青铜二、非金属材料橡胶橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。常用作联轴器或减震器的弹性元件、带传动的胶带等。硬橡胶可用于制造用水润滑的轴承衬。机械制造常用材料及其选择2.塑料塑料的比重小，易于制成形状复杂的零件，而且各种不同塑料具有不同的特点，如耐蚀性、绝热性、绝缘性、减摩性、摩擦系数大等，所以近年来在机械制造中其应用日益广泛。3.其它非金属材料：皮革、木材、纸板、棉、丝等。选材因素：设计机械零件时，选择合适的材料是一项复杂的技术经济问题设计者应根据零件的用途、工作条件和材料的物理、化学、机械和工艺性能以及经济因素等进行全面考虑。

用途、工作条件、物理、化学、机械及工艺性能、经济性。零件材料各种材料的化学成分和力学性能可在相关国标、行标和机械设计手册中查得。为了材料供应和生产管理上的方便，应尽量缩减材料的品种。机械制造常用材料及其选择表9-1常用钢铁材料的牌号及力学性能材料力学性能试件尺寸类别牌号强度极限σB屈服极限σS延伸率%mmQ215335-41021531碳素结构钢Q235375-46023526d≤16Q275490-610275202041024525优质碳素结构钢3553031520d≤25456003551635SiMn88373515d≤25合金结构钢40Cr9817859d≤2520CrMnTi107983410d≤1560Mn9817858d≤80ZG270-50050027018铸钢ZG310-57057031015d≤100ZG42SiMn60038012HT150145----灰铸铁HT200195----HT250240----壁厚10~20QT400-1540