机械设计与选材

第10章机械设计与选材本章学习要求1.了解机械零件的失效和失效的形式；2掌握选材的原则和分析方法；3.学会常用机械零件选材。本章学习重点选材的原则；常用机械零件选材和工艺路线。学习方法指导选材的动机：首次开发生产一种新产品、新零件或新装置；现有产品的改进和更新换代；零件过早失效甚至灾难性事故发生后，需改变用材。呆第蛾1领节看机械朗零件穿的失银效分勿析却失效规的概寸念贷当零洋件由跃于某锹种原欣因丧磨失预皇定的职功能价时，辽即它慧发生融了失性效。行①汗零件雹完全沿破坏讯，不没能继碍续工断作；砍②劣严重洪损伤赏，继队续工挎作不我安全获；萄③名虽能参安全秒工作明，但晚不能浙满意肆地起拴到预哑期的猾作用斑。蹦失效武的形茶式零件失效零件失效断裂失效变形失效表面损伤失效弹性变形失效塑性变形失效塑性断裂失效低应力脆断失效疲劳断裂失效蠕变断裂失效介质加速断裂失效磨损失效表面疲劳失效腐蚀失效从失效冰的原刺因设设计加工零件失效安装使用材料材质低劣选材不当工作条件估计错误结构外型不合理计算错误焊接缺陷铸、锻造缺陷热处理缺陷冷加工缺陷过载使用安装不良操作失误维护不良再失效百分析渡的方博法基型本环徒节示蜡意图服役条件服役条件失效零件失效分析技术应力分析无损探伤断口分析金相分析化学分析机械性能测试失效类型磨损断裂变形力学分析应力分析失效原因装配使用工艺材料设计主要抗力指标改进设计抗力指标与内外因素关系改进工艺指标与寿命关系，提高零件失效抗力的途径实验室试验使用考验工业试验昂第乒2物节文选材律的依袋据和港基本队原则疮①铃从材婆料使锦用性冬能的住角度役出发梨，选秋用的梢材料磨必须债保证疑零件伐在使代用过瓶程中他具有杨良好务的工秩作能饺力；熔②茅根据女材料劝工艺垮性能摸的要辫求，傍必须紫保证纽零件画便于赢加工瓣制造支；座③封从经塘济性网角度食考虑面，必湖须保闸证零兄件的让总成触本最辅低。伞④法环境药与资蚕源原奋则敬使用痰性能司与选倒材钥--慨--诵首要俯原则疮使用为性能欺主要轰指零景件在鞭使用和状态泰下应惹具有伐的力绢学性榨能、冲物理旧性能创和化免学性填能。拼分析难零件滚的工厌作条裕件镜首先驾应判证断零绘件在诱工作妖中所找受载棋荷的号性质某和大复小，点计算城载荷岔引起挖的应测力分吼布。懂i棉载荷裁的性条质是例决定怕材料叫使用士性能捞的主贵要依绪据之演一。诸ii戒胃计算障应力胶是确脊定材马料使泄用性兰能的覆数量膨依据联。梳考虑全零件塑的工瓦作环按境：吩环境蜂因素奸会与至零件讽的力碍学状代态综颈合作走用，遗提出选更为葡复杂哥的性响能要择求。浸最后室还应此充分欢考虑抗材料赔的某妨些特蚂殊要患求。富受力斤状况瓦载荷禾的类雪型（克如静递载、档动载饲、循废环载伤荷或喜单调翼载荷辣等）我，载锹荷的克作用研形式幸（如爽拉伸暴、压遇缩、蓬弯曲让或扭怕转等银），者载荷谨的大峰小以币及分鬼布特拜点（竹如均脖布载承荷或么集中转载荷算）。寨环境圣状况欣温度第（如域低温阀、高世温、局常温树或变辱温）出及介副质情携况（铃如有炉无腐冤蚀或里摩擦租作用誉）。届特殊检功能白导电告性、开磁性烧、热头膨胀择性、念比重鹿、外看观等弹。砖进行古失效践分析题失效狠抗力纲取决个于材虑料的字性能博，对前零件慎主要魂失效棚形式墙的分嗓析常扎常可怠以综哑合出错零件衰所要修求的疮主要来使用筐性能除。沉零件怠性能椒要求冲的指缎标化筝将零础件对旧使用梨性能卖的要兔求具勤体转什化为年实验办室力好学性殃能指煮标（秩如强即度、秆韧性习、塑庙性、鸭硬度掏等）轨；再萍根据子工作废应力蕉、使馅用寿疼命或肿安全逗性确猫定性晶能指牢标的汁具体陶数值悄。住选材斗与材皮料工索艺性裳能的稠关系钉材料路的工孟艺性抽能主豆要包服括冷困加工总性能诵如冷恐变形章加工仪和切座削加滚工性反能，糠热加忙工性斑能如辜铸造吵性能邻、焊侄接性债能、翻锻造如性能连和热毛处理像性能亭等。棋尽量让选用僻工艺弃简单亡的材琴料洋选材扑材质干与其花工艺痒性要欲求搜各工晌序工愈艺之鞋间的络相互尘联系栗和结袍合犁金属界零件迫的加便工工灶艺路懒线图乌性能塘、质渐量要龙求不拉高的么零件句毛坯辅─→衣正火罪或退丽火刻─→现切削猴加工赏─→号零件叹。冬如铸贿铁或晃碳钢根，只谜要注艳意采蔑用适芬宜的杀毛坯巷制造昂方法氧，其备工艺拆性能怨均能潮满足以要求抱。督性能桥要求浆较高轿的零是件（拒如轴盈、齿肢轮等佛）速毛坯出─→恼预先武热处暮理（辜正火胳、退跑火）猜─→节粗加严工舟─→蓝最终锯热处泄理（肢淬火砍十回遮火，勒固溶耻时效弟，渗稼碳处抱理等千）爱─→级精加摇工针─→易零件让。徒金属垒零件欣用材蜓多为昆碳钢皆、合鹿金钢逗、高锁强铝创合金颗等，苗其中注有些区材料青的加般工性练能存盈在问沟题，元因此纹选材孙时应于注意侵对其帝工艺族性能蛾的分侧析。沸性能飘和质盛量要嘉求极版高的拒零件背（如驴精密怀丝杠轧）岛毛坯价─→掀预先栗热处滥理（女正火致、退棚火）稻─→弊粗加栋工披─→炕最终岗热处抢理（禾淬火器+痕低温两回火捉，固赴溶时扫效或偏渗碳斧）泳─→疼半精露加工妙─→乖稳定饱化处档理（佳或氮蚊化）哪─→汇精加疼工剧─→嗓稳定渡化处盐理运─→肤零件稼。誉加工立路线林复杂脊，加熊工精愤度和著质量赶要求忧高，犹在选侄材时嫁应务鸟必保磁证材野料的晨工艺开性能平。烟经济离性与繁选材须产品刑成本盖与性匪能的置关系大：申蜓产品促成本更分析谅1.代泻基本杀材料担的成进本备材料骨的价谨格在亭产品蚂的总免成本它中占腔有较艰大的沙份额装（它30漏~7锣0%片）。吗选择玉更为嫁廉价史的材诱料是喇降低促产品扣成本护的重只要手叫段之掌一；创提高潜材料池的利央用程极度，怜降低职制造玩过程顾中的做材料木消耗隙量（饿我国淹钢材甚利用做率平禽均派为月65渣%珍，距而美泄国达歇到筒80荒%饱）。短倦我国死常用绸金属阶材料摇的相茎对价里格详材档料叶相对瑞价格聚材卵料终相对容价格望普通激碳素蛇结构桐钢循1结铬不副锈钢骗5犬优质浊碳素费结构垂钢嗓1.纵3~赢1.忆5舅铬镍手不锈西钢杠15粒合金饥结构掏钢（跌Cr掉-N墨i窗钢除巩外）裂1.梁7~蹲2.届5钞灰铸斤铁阴~1将.4换铬镍瞧合金过结构睡钢（点中合洗金钢忽）叹5永铸造顾铝合缎金、布铜合喉金增8~薄10组滚珠太轴承两钢纳3悼普通兽黄铜夺13慢~1即7限低合储金工虑具钢帽3~版4哄锡青捞铜、戴铝青清铜奶19监高速钢钢立16尸~2捕0役钛合灰金鸽50罩~8睬0剑硬质滋合金狱15从0~带20脑0庄（工租程塑维料）挪5~搅15欠基阵本材尼料的罢价格相的影海响因练素：伯提炼费和制混取的绒成本滑矿物点资源宅的储丑量、袭开采仰成本祸、矿屑石品很位等讽材料浑的提型纯、探合金猎化（孝合成雕）成寺本析加工农增值侮成本鱼供求辩关系纽所造痛成的荷价格办波动机2.皂剂制造钱成本该。歌加工脖成本经约占荒零件信成本忌的证30川%景左右恋，生申产批宝量越识少，排这一脾比例排越高谅。享总成酬本出P=考T+此xN丈，殿T洋为工纱具与翼设备赶费用丙，框x症代表纲每件问产品赵的成谦本，赚N她为生走产批除量（以件摊/害批）陵。蓄产量招对制亩造成堪本的坡影响瘦环境追与资案源原袄则益随着敏地球堡资源袄的日窃益枯溪竭、杨环境宣的日拒益恶因化，著材料吨的环闲境和去资源论准则蜻在今仿后会茅变得烦日益页重要料。这座一准恶则要亮求材粉料在贯生产催──休使用尽──淘废弃恒的全洒过程境中，循对能满源和劣资源勉的消减耗少抖，对降生态件环境抱影响满小，醒可以茶完全隆再生躬利用皆或废纠弃时甘完全泪降解族。愚1.宾如能源卷和资辱源消遍耗少辽世界忙能源荷储藏镇量仔石油直天然烈气岛煤纵铀闷可开观采储绕量这99仗70办亿桶祥13肯8炭万亿嚼m吉3层1坝，话03跟9畏，旨27其2么吨默20忙0仪万吨辨可开宋采年坡限聋45兔.5侍年夜64请年粗21豆9丈年换74雅年怒主要浆产地惩及储栗量比玉例梢中东摩66饿.4肤%词独联大体、闲中东惧70谣%暗美、株苏、执中、羊澳止>质7弱0%盐五重要绣金属低的世狗界储辣量茄储量肃（遥10袋6叶t蹦）欧可用丘年数桌再生恢率狂(%组)沈Fe怖野1渠×荷10党6个10姨9芦31挖.7逢肿Al丘衔11斥70券羽35拿覆16谁.9盈致Cu忙榜30粘8躺24扇轮40跟.9尿虾Zn治沾12渐3忘18稠沉21遇.2龙栽Mo贵吴5.哲4缘36袄盾Ag脂坚0.马2偶14图输41移.0严报Cr峰鹊77萄5归11请2钉Ti兽间14压7惊51日蝇通过浴产品洞的小昏型化裕，材袖料轻恒量化粪，减槽少材根料的捕绝对傻使用葬量；村通过氏零件泉的长页寿命足化和语再利黑用，糟减少楼材料盛的相主对使腾用量霞；牌通过搭易分克选及镜可再流生循巩环材戒料的槐利用槽，降逮低对祸天然页资源用的依钥赖；内选用均能耗朴低的毯材料结及加蜘工工陈艺。逆2.杨凡环境识污染殊小跌环境廉准则阵必将普成为例选材垃的重探要依俯据之俘一，旬即要犯求材览料在扫生产两─想使用移─辈废弃真的全恋过程四中具洒有与挺环境雨的协悠调性津，充功分降窑低对洁环境咽造成愚的负狂荷。备采用蒙能耗映少、乏污染菊小的缠材料滚，节套能无脸害化糟的生继产、苍制造姿工艺圾，法选择素可再油生循畜环性挥好的帝材料跃（材梢质单姓纯，谢化学蓬组成例简单鸟，便艰于提斑纯，简通用办性强猛），拖降低姑废弃祝物环色境负盼荷，惹选择贡以再茅生资肚源为螺原料喂的材滩料。跨生产卷各种然材料屿消耗走的能芳量及疲碳的票排放丹量厕材料剩矿物亭燃料辨能耗羡排碳烦量务MJ目/K摘g匀MJ撕/m房3泛Kg微/t孔Kg骡/m份3狱木材盟1.绿5~并2.胸8坝75辱0~悦13喂90庸30抚~5百6墨15挺~2环8务混凝独土阁2.灿0线48侵00敏50现12愈0衰钢材插35潮26资6,应00兴0榜70货0迅53践20涂一次候铝螺43缘5终1,投10勤0,亦00览0雀87检00餐22棚,0奇00恨再生霜铝裂13政33病,0工00莲一定践性能敢水平辰下的望材料仿能耗脆木材盖混凝晴土碗钢朴塑料聪铝、彼镁及秧钛合汇金熄E良ρ弹/吨b刑24妙14禽5态10筋0~辽50家0访47判5-扶10阅02址71鞠0-快10秩29直E途──旁生产揭每公殿斤材戴料的赤能耗厅ρ─叛─擦材料扯密度哄b惜──碰抗拉债强度痒3闹．彼材料蹈的可谈再生欲循环要性：爷混凝群土虽灶能耗拳低但妖几乎零不能疗回收脆、降脑解；展木材美不但辉能耗工低，蒸还能音充分寺回收米，并拘可以钻降解鹅；闭多数彼塑料纱回收呆率很居低；概金属滴材料拒能耗政高但抽可较华容易乐地回筛收，纷其中兽铝的置回收继价值奇尤其寻高，扛扩大豆对再锯生铝刘的利视用，堤具有盏相当广大的堂环境穿意义欺。猪选材摆的一迅般程课序争1醒．基忆于对技具体衫零件件的工联作条吗件和悄失效启形式蛛的分缎析，埋以及甚对同耗类零都件现滤有状吸况（绿所用苦材料茅、使楚用寿折命、找失效线形式出以及膊供应瓶情况皮）的烫调研被，再郑结合稠力学改计算吐或试宇验确片定零哭件应触具有真的力半学性烂能指接标和源理化抽性能胀指标纵。晌2贝．对猜若干检备选舰材料殃的性堂能指渠标和焦制造搁工艺导进行腔综合捷分析写和筛踢选，奸初步蛛选定远材料申的牌久号、阳规格津及制拨造工迈艺。叙3巨．进或行实对验室夕试验鲁以检熄验选穷用材沸料是蚂否达轮到各逗项性胞能要陷求，枣并进寸行小醉批试渴生产租以检菠验材触料制版造过烧程中果工艺种性是愈否满槽足要劫求。士小批那试验控产品里质量休合格孝后，菠选材博方案雾即可膝确定魔下来例。增实例商：赏解放原牌载揪重汽亏车变列速箱挂齿轮自性能绩要求嫁