機械設(shè)計基礎(chǔ)-第二章機械設(shè)計的基礎(chǔ)理論

1、南京航空航天大學 機電學院南京航空航天大學 機電學院前一章知識回顧：1、機械設(shè)計這門課程研究的對象2、機器/機構(gòu)/構(gòu)件/零件3、機械的發(fā)展歷程概述4、機械設(shè)計的基本要求5、機械設(shè)計的基本過程南京航空航天大學 機電學院本章主要內(nèi)容： 機械零件的失效與設(shè)計要求（2.1 ，2.2 ） 強度準則（2.3，2.4） 摩擦學設(shè)計基礎(chǔ)（2.5） 零件制造常用材料及其選擇（2.6） 機械設(shè)計中的標準化和互換性（2.7） 機械設(shè)計中的工藝性（2.8）南京航空航天大學 機電學院2.1 機械零件的失效與設(shè)計基本要求機械零件的失效與設(shè)計基本要求一、一、失效概念失效概念（Failure）設(shè)計的使用條件下設(shè)計的使用條件下

2、設(shè)計的壽命期限內(nèi)設(shè)計的壽命期限內(nèi)不能完成不能完成設(shè)計的功能設(shè)計的功能失效失效零零件件南京航空航天大學 機電學院二、失效形式二、失效形式（Failure types）1、整體斷裂整體斷裂過載斷裂過載斷裂疲勞斷裂疲勞斷裂2、表面破壞表面破壞磨損磨損冷膠合冷膠合熱膠合熱膠合點蝕點蝕塑性變形塑性變形過大彈性變形過大彈性變形5、功能失效3、變形變形 過大過大膠合膠合4、過大振動過大振動腐蝕腐蝕南京航空航天大學 機電學院強度準則強度準則剛度準則剛度準則穩(wěn)定性準則穩(wěn)定性準則耐熱性準則耐熱性準則可靠性準則可靠性準則三、機械零件三、機械零件設(shè)計準則設(shè)計準則/ /設(shè)計基本要求設(shè)計基本要求因為失效類型不同，因為失效

3、類型不同，所以機械零件的工作能力所以機械零件的工作能力類型也不同，故機械零件類型也不同，故機械零件的計算準則也不同的計算準則也不同 南京航空航天大學 機電學院分為體積強度和表面強度，其中表面強度又分為分為體積強度和表面強度，其中表面強度又分為表面擠表面擠壓強度壓強度和和表面接觸強度表面接觸強度，強度是最基本的設(shè)計要求。，強度是最基本的設(shè)計要求。整體失效（斷裂或大的塑性變形）整體失效（斷裂或大的塑性變形）表面失效（表面損傷）表面失效（表面損傷）強度強度（strength）：）：強度不足導(dǎo)致的失效：強度不足導(dǎo)致的失效：強度準則強度準則指零件承受載荷后抵抗發(fā)生斷裂或超過容許限度的殘余指零件承受載荷后

4、抵抗發(fā)生斷裂或超過容許限度的殘余變形的能力。變形的能力。南京航空航天大學 機電學院采用高強度的材料；確定零件足夠的截面尺寸；合理設(shè)計零件截面的形狀；采用熱處理和化學處理方法，以提高材料的力學性能；提高運動零件的制造精度，以降低工作時的動載荷；.提高強度的措施：南京航空航天大學 機電學院剛度準則剛度準則剛度：剛度：指機械零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。指機械零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。如果零件的剛度不足，有些零件則會因為產(chǎn)生過大的彈如果零件的剛度不足，有些零件則會因為產(chǎn)生過大的彈性變形而失效。性變形而失效。 例如：機床主軸的彈性變性過大將會影響所加工工件的精度。yy y可以是撓度、偏

5、轉(zhuǎn)角或扭轉(zhuǎn)角可以是撓度、偏轉(zhuǎn)角或扭轉(zhuǎn)角 南京航空航天大學 機電學院振動穩(wěn)定性準則振動穩(wěn)定性準則 機械振動機械振動：零件在其平衡位置附近作往復(fù)運動零件在其平衡位置附近作往復(fù)運動機器或零件處于振動不穩(wěn)定狀態(tài)，也稱之為機器或零件處于振動不穩(wěn)定狀態(tài)，也稱之為失去振動穩(wěn)定性。失去振動穩(wěn)定性。 fF0.85f 或或 fF1.15f f 是零件的固有頻率；是零件的固有頻率；fF 是激振力的頻率。是激振力的頻率。增大零件的剛度和減輕零件的質(zhì)量可以提高零件的增大零件的剛度和減輕零件的質(zhì)量可以提高零件的固有頻率，反之則降低零件的固有頻率。固有頻率，反之則降低零件的固有頻率。南京航空航天大學 機電學院 機械零部件由

6、于外部或內(nèi)部的原因，有的工作在室溫機械零部件由于外部或內(nèi)部的原因，有的工作在室溫以上。在高的溫度下會引起摩擦副膠合、材料強度降低、以上。在高的溫度下會引起摩擦副膠合、材料強度降低、熱變形或潤滑劑迅速氧化等后果而使零件失效。因此，對熱變形或潤滑劑迅速氧化等后果而使零件失效。因此，對可能產(chǎn)生較高溫升的零部件應(yīng)進行可能產(chǎn)生較高溫升的零部件應(yīng)進行溫升計算溫升計算，以限制其工，以限制其工作溫度。必要時可采用冷卻措施。作溫度。必要時可采用冷卻措施。耐熱性準則耐熱性準則南京航空航天大學 機電學院可靠性準則可靠性準則 系統(tǒng)、機器或零件在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)系統(tǒng)、機器或零件在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成

7、規(guī)定功能的能力。完成規(guī)定功能的能力。 可靠度可靠度：表示零件在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)：表示零件在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率定功能的概率 N N個相同零件在同樣條件下同時工作，在規(guī)定的時間內(nèi)個相同零件在同樣條件下同時工作，在規(guī)定的時間內(nèi)有有N Nf f個失效，剩下個失效，剩下N N0 0個仍繼續(xù)工作，則個仍繼續(xù)工作，則 R=1Nf /N0南京航空航天大學 機電學院一、載荷和應(yīng)力一、載荷和應(yīng)力 、載荷載荷靜載荷靜載荷變載荷變載荷按是否隨時間變化，載荷按是否隨時間變化，載荷2minmaxm2minmaxamax 最大應(yīng)力；最大應(yīng)力； min 最小應(yīng)力最小應(yīng)力 m 平均應(yīng)力

8、；平均應(yīng)力； a 應(yīng)力幅值應(yīng)力幅值r 應(yīng)力比（循環(huán)特性）應(yīng)力比（循環(huán)特性）maxminr2、應(yīng)力、應(yīng)力靜應(yīng)力：不隨時間變化或變化緩慢的應(yīng)力靜應(yīng)力：不隨時間變化或變化緩慢的應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力2.2 強度準則強度準則南京航空航天大學 機電學院對稱循環(huán)脈動循環(huán)常見的循環(huán)應(yīng)力常見的循環(huán)應(yīng)力對稱循環(huán)應(yīng)力r = -1、 m0脈動循環(huán)應(yīng)力 r=0、 min0靜應(yīng)力 r=1靜應(yīng)力（可看作是循環(huán)應(yīng)力的一個特例）maxminr循環(huán)特性 應(yīng)力比：南京航空航天大學 機電學院強度：強度：指機械零件工作時抵抗破壞（斷裂或塑性變形）的能力。指機械零件工作時抵抗破壞（斷裂或塑性變形）的能力。 強度條件有兩種

9、表示方法：強度條件有兩種表示方法：1）用應(yīng)力表示：）用應(yīng)力表示： Slim2）用安全系數(shù)表示：）用安全系數(shù)表示：SSlimS式中：式中：計算最大應(yīng)力計算最大應(yīng)力lim極限應(yīng)力極限應(yīng)力計算安全系數(shù)計算安全系數(shù)SS許用應(yīng)力許用應(yīng)力許用安全系數(shù)許用安全系數(shù)注：對于切應(yīng)力，只須將上述各公式中的注：對于切應(yīng)力，只須將上述各公式中的 換成換成 即可。即可。南京航空航天大學 機電學院 疲勞強度疲勞強度疲勞：疲勞：機械零件在循環(huán)應(yīng)力的作用下的失效形式機械零件在循環(huán)應(yīng)力的作用下的失效形式疲勞極限：疲勞極限：應(yīng)力比為應(yīng)力比為r r的應(yīng)力循環(huán)作用的應(yīng)力循環(huán)作用N N次后，材料不發(fā)次后，材料不發(fā)生疲勞的最大應(yīng)力生疲勞

10、的最大應(yīng)力疲勞壽命（疲勞壽命（N N）: :材料疲勞失效前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)材料疲勞失效前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N N 疲勞曲線疲勞曲線： 應(yīng)力循環(huán)特性一定時，材料的疲勞極限與應(yīng)應(yīng)力循環(huán)特性一定時，材料的疲勞極限與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)之間關(guān)系的曲線力循環(huán)次數(shù)之間關(guān)系的曲線南京航空航天大學 機電學院接觸強度接觸強度接觸應(yīng)力：接觸應(yīng)力：兩零件之間為面接觸時，在載荷作用下，兩零件之間為面接觸時，在載荷作用下，接觸表面上產(chǎn)生的應(yīng)力，用接觸表面上產(chǎn)生的應(yīng)力，用 表示。表示。 p接觸強度：接觸強度：在接觸應(yīng)力作用下的強度。其強度條件為：在接觸應(yīng)力作用下的強度。其強度條件為： pp接觸應(yīng)力作用下，接觸面的失效形式是

11、接觸應(yīng)力作用下，接觸面的失效形式是“壓潰壓潰” 。相互接觸表面上的接觸應(yīng)力相等。相互接觸表面上的接觸應(yīng)力相等。南京航空航天大學 機電學院122212121111HFBEE 兩圓柱體接觸，法向力F，接觸部分發(fā)生局部彈性變形，形成長方形接觸面，則在接觸面上的最大接觸應(yīng)力可以赫茲公式計算：南京航空航天大學 機電學院2.3 2.3 摩擦學設(shè)計基礎(chǔ)摩擦學設(shè)計基礎(chǔ) 摩擦是機器運轉(zhuǎn)過程中不可避免的物理現(xiàn)象。世界上1/3-1/2的能源消耗在摩擦上。各種機械零件因磨損失效的約占全部失效零件的一般以上。磨損是摩擦的結(jié)果，潤滑則是減少摩擦和磨損的有力措施。兩物體接觸區(qū)產(chǎn)生阻礙運動并消耗能量的現(xiàn)象，稱為摩擦。摩擦不總

12、是有害的？南京航空航天大學 機電學院 起源起源分子吸引說 1929年，在平衡態(tài)時，物體原子間的斥力和內(nèi)聚力相平衡。但當兩物體接觸時，一物體的原子可能與另一物體原子非常接近，以至于進入引力場中，當兩表面分開時就會產(chǎn)生能量損失，并以摩擦阻力的形式出現(xiàn)。分子-機械說 1939年，摩擦力為分子阻力分量與機械阻力分量之和，即摩擦的二項式定律。機械咬合說 1699年，阿蒙頓等提出的，當兩個凹凸不平的表面接觸，凹凸部分彼此咬合，在發(fā)生相對運動時，相互咬合部分阻礙物體運動，摩擦力即為咬合點切向阻力的總和。表面越粗糙，摩擦力越大。南京航空航天大學 機電學院摩擦學設(shè)計的目標摩擦學設(shè)計的目標目標：目標：保證摩擦功耗

13、最低，節(jié)約能源；降低保證摩擦功耗最低，節(jié)約能源；降低材料消耗材料消耗( (包括摩擦副本身、備件和潤滑劑材包括摩擦副本身、備件和潤滑劑材料料) )；提高機械裝備的可靠性、工作效能和使；提高機械裝備的可靠性、工作效能和使用壽命。用壽命。 摩擦學設(shè)計的目標和主要內(nèi)容摩擦學設(shè)計的目標和主要內(nèi)容摩擦學失效摩擦學失效摩擦學設(shè)計基礎(chǔ)摩擦學設(shè)計基礎(chǔ)南京航空航天大學 機電學院摩擦學設(shè)計的主要內(nèi)容摩擦學設(shè)計的主要內(nèi)容l 摩擦副設(shè)計摩擦副設(shè)計 摩擦副設(shè)計的任務(wù)是選擇摩擦副的類別、摩擦副設(shè)計的任務(wù)是選擇摩擦副的類別、形狀、尺寸、材料、工藝與表面處理方法和潤滑方式。形狀、尺寸、材料、工藝與表面處理方法和潤滑方式。摩擦副

14、零件原則上應(yīng)盡可能采用標準化、系列化的商品；摩擦副零件原則上應(yīng)盡可能采用標準化、系列化的商品；l 潤滑系統(tǒng)設(shè)計潤滑系統(tǒng)設(shè)計 潤滑系統(tǒng)設(shè)計包括潤滑劑選取，潤滑劑潤滑系統(tǒng)設(shè)計包括潤滑劑選取，潤滑劑循環(huán)裝置、冷卻裝置和過濾裝置等的設(shè)計；循環(huán)裝置、冷卻裝置和過濾裝置等的設(shè)計；l 摩擦副的狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷裝置設(shè)計摩擦副的狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷裝置設(shè)計 摩擦學系統(tǒng)需摩擦學系統(tǒng)需要監(jiān)測的參數(shù)有：摩擦表面特性參數(shù)，摩擦副工作參數(shù)，要監(jiān)測的參數(shù)有：摩擦表面特性參數(shù)，摩擦副工作參數(shù)，摩擦副材料與潤滑劑的摩擦學性能等。摩擦副材料與潤滑劑的摩擦學性能等。南京航空航天大學 機電學院摩擦學失效摩擦學失效 摩擦過程摩擦過程是

15、發(fā)生在摩擦表面很薄的表面層材料中的各種是發(fā)生在摩擦表面很薄的表面層材料中的各種物理、化學過程的總和。物理、化學過程的總和。 摩擦學失效摩擦學失效的最主要特征之一是磨損。磨損改變了摩擦的最主要特征之一是磨損。磨損改變了摩擦 副的尺寸關(guān)系和摩擦表面和表層的幾何與物理特性，而副的尺寸關(guān)系和摩擦表面和表層的幾何與物理特性，而磨屑的產(chǎn)生改變了摩擦狀況。磨屑的產(chǎn)生改變了摩擦狀況。 對于利用摩擦的裝置，摩擦力不足是其典型失效形式。對于利用摩擦的裝置，摩擦力不足是其典型失效形式。 除此之外，摩擦還能導(dǎo)致振動、噪聲、爬行、溫度升高除此之外，摩擦還能導(dǎo)致振動、噪聲、爬行、溫度升高和變形等而使機械失效。和變形等而使

16、機械失效。 南京航空航天大學 機電學院摩擦學設(shè)計基礎(chǔ)摩擦學設(shè)計基礎(chǔ)一、摩擦狀態(tài)一、摩擦狀態(tài)按摩擦狀態(tài) ，即表面接觸情況和油膜厚度，可將滑動摩擦分為四類干摩擦干摩擦最不利最不利 流體摩擦流體摩擦 ？塑 性 變 形彈 性 變 形液 體南京航空航天大學 機電學院 邊界摩擦邊界摩擦混合摩擦混合摩擦 二、摩擦力二、摩擦力、固體滑動摩擦的摩擦力及其性質(zhì)、固體滑動摩擦的摩擦力及其性質(zhì)局部靜摩擦力局部靜摩擦力：局部靜摩擦力與滑移量成正比，因而它與：局部靜摩擦力與滑移量成正比，因而它與切向外力亦成正比。出現(xiàn)滑動的瞬間，局部靜摩擦力達到切向外力亦成正比。出現(xiàn)滑動的瞬間，局部靜摩擦力達到極限值，即為靜摩擦力極限值，

17、即為靜摩擦力動摩擦力動摩擦力：完全處于滑動狀態(tài)時的摩擦力為動摩擦力，一：完全處于滑動狀態(tài)時的摩擦力為動摩擦力，一般動摩擦力小于靜摩擦力。般動摩擦力小于靜摩擦力。 邊 界 膜南京航空航天大學 機電學院、固體滑動摩擦摩擦力的計算、固體滑動摩擦摩擦力的計算F=FN 是滑動摩擦因數(shù)；是滑動摩擦因數(shù)；FN是摩擦面上的法向載荷是摩擦面上的法向載荷 、液體摩擦的摩擦力、液體摩擦的摩擦力uz液體的粘滯切應(yīng)力比例系數(shù)（粘度）流體的速度流體厚度方向的坐標、滾動摩擦的摩擦力、滾動摩擦的摩擦力滾動摩擦系數(shù)滾動摩擦力矩法向載荷r=M/FN AA、B兩板之間充滿了液體，B板靜止，A板水平移動速度為v。由于液體與金屬表面的

18、吸附作用，A板表面的液體速度為v，而B板表面的液體速度為0。兩板之間的速度呈線性分布。oxzdzdu分析位置z處薄層的受力 B南京航空航天大學 機電學院三、磨損及其控制三、磨損及其控制在一定的摩擦條件下，磨損過程分為三個階段：即在一定的摩擦條件下，磨損過程分為三個階段：即磨磨合、穩(wěn)定磨損和劇烈磨損階段合、穩(wěn)定磨損和劇烈磨損階段。 1 1、磨合、磨合 磨合階段是磨損的初始階段，為不穩(wěn)定階段，在零件的整個磨合階段是磨損的初始階段，為不穩(wěn)定階段，在零件的整個工作時間內(nèi)，它所占比率很小，也希望磨合時間盡可能短。工作時間內(nèi)，它所占比率很小，也希望磨合時間盡可能短。影響磨合效果的主要因素有載荷、摩擦速度、

19、材料的物理力影響磨合效果的主要因素有載荷、摩擦速度、材料的物理力學性能和潤滑劑。載荷對磨合效果和磨合時間具有很大影響。學性能和潤滑劑。載荷對磨合效果和磨合時間具有很大影響。 南京航空航天大學 機電學院2 2、磨損的類型、磨損的類型l粘著磨損粘著磨損l磨粒磨損磨粒磨損l表面疲勞磨損表面疲勞磨損l腐蝕磨損腐蝕磨損 粘附磨損：粘附磨損：摩擦副兩表面作相對運動時，由于粘附效應(yīng)所形成的粘結(jié)摩擦副兩表面作相對運動時，由于粘附效應(yīng)所形成的粘結(jié)點被剪切開，材料或脫落成磨屑，或由一個表面遷移到另一個表面。點被剪切開，材料或脫落成磨屑，或由一個表面遷移到另一個表面。 磨粒磨損磨粒磨損 外界硬顆?；蚰Σ帘砻嫔系挠餐?/p>

20、起在摩擦過程中引起表外界硬顆?；蚰Σ帘砻嫔系挠餐黄鹪谀Σ吝^程中引起表層材料脫落的磨損層材料脫落的磨損 獲得較高磨粒磨損壽命的條件是材料表面硬度最少為磨粒硬獲得較高磨粒磨損壽命的條件是材料表面硬度最少為磨粒硬度的度的1.31.3倍倍 南京航空航天大學 機電學院表面疲勞磨損表面疲勞磨損 兩個相互滾動或滾兩個相互滾動或滾- -滑運動的摩擦副，在循環(huán)接觸應(yīng)滑運動的摩擦副，在循環(huán)接觸應(yīng)力的作用下，因疲勞而材料脫落，稱為表面疲勞磨損或接觸疲勞力的作用下，因疲勞而材料脫落，稱為表面疲勞磨損或接觸疲勞。接觸應(yīng)力 H m ax2212121()11FLEE兩圓柱體兩圓柱體2Hmax3221212116()11F

21、EE兩球體兩球體腐蝕磨損腐蝕磨損：摩擦過程中，同時存在金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學或電化學摩擦過程中，同時存在金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學或電化學反應(yīng)而產(chǎn)生的材料損傷反應(yīng)而產(chǎn)生的材料損傷設(shè)計耐腐蝕磨損的摩擦副時，材料是關(guān)鍵。設(shè)計耐腐蝕磨損的摩擦副時，材料是關(guān)鍵。 南京航空航天大學 機電學院四、潤滑與潤滑設(shè)計四、潤滑與潤滑設(shè)計 潤滑的作用潤滑的作用：降低摩擦副的摩擦、減少磨損，以及冷卻、密封、降低摩擦副的摩擦、減少磨損，以及冷卻、密封、防銹和減振等。防銹和減振等。按潤滑劑形態(tài)潤滑分：按潤滑劑形態(tài)潤滑分：無潤滑無潤滑：采用有自潤滑性的材料制作，不再加入任何潤滑劑的摩擦副采用有自潤滑性的材料制作，不再加入任何潤

22、滑劑的摩擦副 固體潤滑：固體潤滑：在摩擦副間形成固體潤滑膜在摩擦副間形成固體潤滑膜, ,抑制摩擦表面相互粘結(jié)抑制摩擦表面相互粘結(jié), ,使使剪切發(fā)生在固體潤滑膜內(nèi)剪切發(fā)生在固體潤滑膜內(nèi), ,以減少磨損以減少磨損 目前固體潤滑尚無理論計算公式，通常都是根據(jù)實驗限制摩擦副的載目前固體潤滑尚無理論計算公式，通常都是根據(jù)實驗限制摩擦副的載荷、速度和它們的乘積，即荷、速度和它們的乘積，即p pp p ， v vv v ， pvpvpvpv 流體潤滑：流體潤滑：在摩擦副間形成流體潤滑膜的潤滑在摩擦副間形成流體潤滑膜的潤滑 南京航空航天大學 機電學院五、潤滑劑及其特性五、潤滑劑及其特性凡能降低摩擦阻力、且人為

23、加入摩擦副的介質(zhì)都稱為潤凡能降低摩擦阻力、且人為加入摩擦副的介質(zhì)都稱為潤滑劑?；瑒?1潤滑劑的基本類型潤滑劑的基本類型液體潤滑劑：礦物油、有機油、礦物油、合成油等液體潤滑劑：礦物油、有機油、礦物油、合成油等 潤滑脂：皂基脂、無機脂、烴基脂和有機脂潤滑脂：皂基脂、無機脂、烴基脂和有機脂 固體潤滑劑：軟金屬，如固體潤滑劑：軟金屬，如Pb、Au、Ag、Sn、In等；等；無機化合物無機化合物潤滑油潤滑油 粘度粘度 表征流體流動的阻力，在流體動力和靜力潤滑表征流體流動的阻力，在流體動力和靜力潤滑狀態(tài)，粘度與油膜厚度、摩擦阻力直接相關(guān)。狀態(tài)，粘度與油膜厚度、摩擦阻力直接相關(guān)。潤滑油粘度隨溫度升高而下降，

24、隨壓力升高而增大潤滑油粘度隨溫度升高而下降，隨壓力升高而增大 南京航空航天大學 機電學院 粘度指數(shù)粘度指數(shù) 用粘度指數(shù)表征粘度隨溫度變化的特性，粘度用粘度指數(shù)表征粘度隨溫度變化的特性，粘度指數(shù)高表示油品的粘度隨溫度變化小。粘度指數(shù)小于指數(shù)高表示油品的粘度隨溫度變化小。粘度指數(shù)小于3535的的油為低粘度指數(shù)油，在油為低粘度指數(shù)油，在35358080之間的為中粘度指數(shù)油，在之間的為中粘度指數(shù)油，在8080110110之間的為高粘度指數(shù)油之間的為高粘度指數(shù)油 閃點與燃點閃點與燃點 是一個有關(guān)安全的性能指標，潤滑油的工作是一個有關(guān)安全的性能指標，潤滑油的工作溫度必須比閃點低溫度必須比閃點低202030

25、30才能確保安全才能確保安全 酸值酸值 潤滑油在使用過程中會逐漸氧化，酸值增加。酸值潤滑油在使用過程中會逐漸氧化，酸值增加。酸值以以mg KOH/gmg KOH/g表示，是潤滑油老化的標志，當其達到規(guī)定表示，是潤滑油老化的標志，當其達到規(guī)定值后，必須更換新潤滑油值后，必須更換新潤滑油 傾點傾點 是潤滑油失去流動性時的溫度，是潤滑油工作溫度是潤滑油失去流動性時的溫度，是潤滑油工作溫度的極限值的極限值 南京航空航天大學 機電學院六、潤滑油、脂的潤滑方式六、潤滑油、脂的潤滑方式1）手工潤滑；2）滴油潤滑；3）油繩、油墊，油杯潤滑；4）噴霧潤滑；5）油氣潤滑；7） 油環(huán)、油盤潤滑；8）壓力供油、噴油潤

26、滑6）油浴、飛濺潤滑；循環(huán)潤滑系統(tǒng)循環(huán)潤滑系統(tǒng)全損耗潤滑系統(tǒng)全損耗潤滑系統(tǒng)南京航空航天大學 機電學院機械零件常用的材料機械零件常用的材料2.4 零件制造常用材料及其選擇零件制造常用材料及其選擇1、金屬材料金屬材料有色金屬有色金屬鋼鋼鑄鐵鑄鐵成分：碳素鋼、合金鋼用途：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特種鋼南京航空航天大學 機電學院鋼鐵使用最廣鋼鐵使用最廣鋼鐵的特點：鋼鐵的特點： 具有較好的力學性能（強度、塑性、韌性）；具有較好的力學性能（強度、塑性、韌性）； 價格較便宜；價格較便宜； 容易獲得；容易獲得； 能滿足多種性能和用途的要求。能滿足多種性能和用途的要求。其中，合金鋼的性能優(yōu)良，用于制造重要的零件。其中，

27、合金鋼的性能優(yōu)良，用于制造重要的零件。南京航空航天大學 機電學院鋼鋼（c2c2的鐵的鐵碳合金）碳合金）碳素鋼碳素鋼（當（當c0.9c0.9，c c 強強度硬度度硬度）碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235AQ235A脫氧方法脫氧方法優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼( (含有害雜質(zhì)含有害雜質(zhì)p,sp,s少少) )4545C=0.45C=0.4545Mn45Mn0.450.45MnMn較高較高碳碳 素素 鑄鑄 鋼鋼ZG230-ZG230-450450屈服點屈服點230Mpa230Mpa拉伸強度拉伸強度450Mpa450Mpa合金鋼合金鋼（鉻、鉬（鉻、鉬等）等）合合 金金 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 鋼鋼4040鉻鉻（數(shù)字（數(shù)字

28、+ +元元素素+ +數(shù)字）數(shù)字）C=0.40C=0.40Cr1.5Cr2c2的鐵的鐵碳合金）碳合金）灰灰 鑄鑄 鐵鐵片狀片狀HT200HT200拉伸強度拉伸強度200MPa200MPa可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵團狀團狀KTKT球墨鑄鐵球墨鑄鐵球狀球狀QT600-3QT600-3伸長率伸長率南京航空航天大學 機電學院2、有色金屬、有色金屬b) 鋁合金鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。 重量輕、導(dǎo)熱導(dǎo)電性較好、塑性重量輕、導(dǎo)熱導(dǎo)電性較好、塑性 好、抗氧化性好，高強度鋁合金好、抗氧化性好，高強度鋁合金 強度可與碳素鋼相近強度可與碳素鋼相近a) 銅合金銅合金黃銅：黃銅：Cu與與Zn合

29、金合金 青銅：青銅：Cu與與Sn的合金的合金 無錫青銅：無錫青銅：Cu與鋁、硅等的合金與鋁、硅等的合金南京航空航天大學 機電學院2 2、高分子材料、高分子材料包括包括3 3類：塑料，橡膠，合成纖維。類：塑料，橡膠，合成纖維。優(yōu)點：優(yōu)點： 易獲?。幻芏刃。灰撰@?。幻芏刃。?彈性好；彈性好； 耐腐蝕性好。耐腐蝕性好。缺點：易老化；缺點：易老化； 阻燃性差；阻燃性差； 耐熱性差。耐熱性差。聚四氟乙烯由于其耐蝕性、化學穩(wěn)定性強，低溫下不易變聚四氟乙烯由于其耐蝕性、化學穩(wěn)定性強，低溫下不易變脆，在化工設(shè)備和冷凍設(shè)備中有廣泛的應(yīng)用。脆，在化工設(shè)備和冷凍設(shè)備中有廣泛的應(yīng)用。南京航空航天大學 機電學院3 3、

30、陶瓷材料、陶瓷材料特點：硬度極高、耐磨性、耐腐蝕、熔點高、剛度大、密特點：硬度極高、耐磨性、耐腐蝕、熔點高、剛度大、密度較低（相對于鋼）。度較低（相對于鋼）。缺點：較脆、斷裂韌性低、價格昂貴、加工工藝性差。缺點：較脆、斷裂韌性低、價格昂貴、加工工藝性差。用途：密封件、滾動軸承、切削刀具。用途：密封件、滾動軸承、切削刀具。南京航空航天大學 機電學院4 4、復(fù)合材料、復(fù)合材料 復(fù)合材料是兩種或兩種以上具有明顯不同物理和力復(fù)合材料是兩種或兩種以上具有明顯不同物理和力學性能的材料復(fù)合制成的，不同材料可分別作為材料的基體學性能的材料復(fù)合制成的，不同材料可分別作為材料的基體相和增強相。相和增強相。優(yōu)點：高

31、強度；高彈性模量；質(zhì)量小。優(yōu)點：高強度；高彈性模量；質(zhì)量小。缺點：耐熱性、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能差；價格昂貴缺點：耐熱性、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能差；價格昂貴用途：航空、航天等高科技領(lǐng)域，如戰(zhàn)斗機、直升機、人造用途：航空、航天等高科技領(lǐng)域，如戰(zhàn)斗機、直升機、人造衛(wèi)星；民用領(lǐng)域的體育器材，如高爾夫球棒網(wǎng)球拍賽艇劃船衛(wèi)星；民用領(lǐng)域的體育器材，如高爾夫球棒網(wǎng)球拍賽艇劃船槳等槳等南京航空航天大學 機電學院 選擇合理的零件制造材料需要考慮多方面的因素，在選擇合理的零件制造材料需要考慮多方面的因素，在以后的各有關(guān)章節(jié)中將會分別介紹各種零件適用的材料和以后的各有關(guān)章節(jié)中將會分別介紹各種零件適用的材料和牌號。牌號。機械零件材料

32、的選擇原則 由于鋼鐵仍然是用量最大，用途最廣的材料，所以對鋼由于鋼鐵仍然是用量最大，用途最廣的材料，所以對鋼鐵的一般選用原則作簡介。鐵的一般選用原則作簡介。南京航空航天大學 機電學院1、載荷、應(yīng)力的大小和性質(zhì)、載荷、應(yīng)力的大小和性質(zhì)熱處理：通過對鋼進行加熱或冷卻，使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以改善鋼的性能。分為普通熱處理、表面熱處理。普通熱處理包括退火與正火 ，淬火與回火。表面熱處理包括表面淬火，表面化學熱處理。金屬材料的性能一般可通過熱處理加以提高和改善，要充金屬材料的性能一般可通過熱處理加以提高和改善，要充分利用熱處理來發(fā)揮材料的潛力。分利用熱處理來發(fā)揮材料的潛力。脆性材料：制造在靜載下工作的

33、零件；脆性材料：制造在靜載下工作的零件；塑性材料：制造在沖擊載合下工作的零件。塑性材料：制造在沖擊載合下工作的零件。機械零件材料的選擇原則南京航空航天大學 機電學院2、 零件的工作情況零件的工作情況零件的工作情況：零件所處的環(huán)境特點、工作溫度、摩零件的工作情況：零件所處的環(huán)境特點、工作溫度、摩 擦磨損的程度等。擦磨損的程度等。濕熱環(huán)境對選材的影響：濕熱環(huán)境對選材的影響：要求材料具有良好的防銹、耐腐蝕能力，例如選用不銹鋼、銅要求材料具有良好的防銹、耐腐蝕能力，例如選用不銹鋼、銅合金等。合金等。機械零件材料的選擇原則南京航空航天大學 機電學院摩擦磨損對選材的影響：摩擦磨損對選材的影響：可能發(fā)生磨損

34、之處要提高表面硬度，應(yīng)選用可進行表面處理的可能發(fā)生磨損之處要提高表面硬度，應(yīng)選用可進行表面處理的淬火鋼、滲碳鋼、氮化鋼。淬火鋼、滲碳鋼、氮化鋼。工作溫度對選材的影響：工作溫度對選材的影響：配合件的配合件的材料線膨脹系數(shù)不可差別過大材料線膨脹系數(shù)不可差別過大，以免在溫度變化時產(chǎn)，以免在溫度變化時產(chǎn)生的配合松動；要考慮材料的力學性能隨溫度而改變的情況。生的配合松動；要考慮材料的力學性能隨溫度而改變的情況。南京航空航天大學 機電學院3 3、零件的尺寸及質(zhì)量、零件的尺寸及質(zhì)量 零件的尺寸及質(zhì)量與毛坯制取方法及材料的品種有關(guān)。零件的尺寸及質(zhì)量與毛坯制取方法及材料的品種有關(guān)。材料品種的影響：材料品種的影響

35、：應(yīng)盡可能選用強重比大的材料，以便減小零件的尺寸及質(zhì)量應(yīng)盡可能選用強重比大的材料，以便減小零件的尺寸及質(zhì)量。（材料的強重比是指強度與單位體積材料所受的重力之比。（材料的強重比是指強度與單位體積材料所受的重力之比）毛坯制取方法的影響：毛坯制取方法的影響：用鑄造材料不受尺寸及質(zhì)量的限制；用鑄造材料不受尺寸及質(zhì)量的限制；用鍛造材料需注意鍛壓機械及設(shè)備的生產(chǎn)能力。用鍛造材料需注意鍛壓機械及設(shè)備的生產(chǎn)能力。機械零件材料的選擇原則南京航空航天大學 機電學院4、零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度及材料的加工可能性、零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度及材料的加工可能性 結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件：鑄造毛坯，或板材沖壓后焊接。結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件：鑄造毛坯，或

36、板材沖壓后焊接。對材料工藝性的了解有助于判斷材料的加工可能性，材料的對材料工藝性的了解有助于判斷材料的加工可能性，材料的工藝性一般包括以下幾方面：工藝性一般包括以下幾方面：材料的材料的鑄造工藝性鑄造工藝性：材料的液態(tài)流動性、收縮率、偏：材料的液態(tài)流動性、收縮率、偏 析程度及產(chǎn)生縮孔的傾向性。析程度及產(chǎn)生縮孔的傾向性。材料的材料的鍛造工藝性鍛造工藝性：材料的延展性、熱脆性及冷態(tài)和：材料的延展性、熱脆性及冷態(tài)和 熱態(tài)下塑性變形能力。熱態(tài)下塑性變形能力。材料的材料的焊接工藝性焊接工藝性：材料的焊接性及焊縫產(chǎn)生裂紋的：材料的焊接性及焊縫產(chǎn)生裂紋的 傾向性。傾向性。機械零件材料的選擇原則南京航空航天大學

37、 機電學院材料的材料的熱處理工藝性熱處理工藝性：材料的可淬性、淬火變形傾向：材料的可淬性、淬火變形傾向 性及熱處理介質(zhì)對它的滲透能性及熱處理介質(zhì)對它的滲透能 力。力。材料的材料的冷加工工藝性冷加工工藝性：材料的硬度、易切削性、冷作：材料的硬度、易切削性、冷作 硬化程度及切削后可能達到的硬化程度及切削后可能達到的 表面粗糙度。表面粗糙度。南京航空航天大學 機電學院5、材料的經(jīng)濟性、材料的經(jīng)濟性（1）材料本身的相對價格。當用廉價材料就能滿足材料時）材料本身的相對價格。當用廉價材料就能滿足材料時，就不應(yīng)該選擇價格高的材料，這大批量生產(chǎn)的零件尤為，就不應(yīng)該選擇價格高的材料，這大批量生產(chǎn)的零件尤為重要。

38、重要。（2）材料的加工費用。例如制造箱體零件，雖然鑄鐵比鋼）材料的加工費用。例如制造箱體零件，雖然鑄鐵比鋼鐵廉價，但是對于小批量生產(chǎn)應(yīng)該采用鋼板焊接，因為鑄鐵廉價，但是對于小批量生產(chǎn)應(yīng)該采用鋼板焊接，因為鑄模的生產(chǎn)費用較高。模的生產(chǎn)費用較高。（3）材料的利用率。例如采用無切削或少切削毛坯（如精）材料的利用率。例如采用無切削或少切削毛坯（如精鑄、模鍛、冷拉毛坯等），可提高材料的利用率，在設(shè)計鑄、模鍛、冷拉毛坯等），可提高材料的利用率，在設(shè)計時也可設(shè)法提高材料的利用率。時也可設(shè)法提高材料的利用率。機械零件材料的選擇原則南京航空航天大學 機電學院（4）采用組合結(jié)構(gòu)。）采用組合結(jié)構(gòu)。例如，火車車輪是在

39、一般材料的輪芯外部熱套上一個硬度高例如，火車車輪是在一般材料的輪芯外部熱套上一個硬度高，耐磨損的輪箍，只需定期更換輪箍即可。，耐磨損的輪箍，只需定期更換輪箍即可。（5）節(jié)約稀有材料。）節(jié)約稀有材料。例如，用鋁青銅替代錫青銅制造軸瓦。例如，用鋁青銅替代錫青銅制造軸瓦。（6）材料的供應(yīng)狀況。）材料的供應(yīng)狀況。為了簡化供應(yīng)和貯存的材料品種，對于小批量制造的零件，為了簡化供應(yīng)和貯存的材料品種，對于小批量制造的零件，應(yīng)盡可能減少同一部機器上使用的材料品種和規(guī)格。應(yīng)盡可能減少同一部機器上使用的材料品種和規(guī)格。南京航空航天大學 機電學院2.5 機械設(shè)計中的標準化和互換性機械設(shè)計中的標準化和互換性 零件的標準

40、化，就是通過對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材零件的標準化，就是通過對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、檢驗方法、設(shè)計方法、制圖要求等，制定出各種大料性能、檢驗方法、設(shè)計方法、制圖要求等，制定出各種大家共同遵守的標準。家共同遵守的標準。（1）能以最先進的方法在專門化工廠中對那些用途最廣的）能以最先進的方法在專門化工廠中對那些用途最廣的零件進行大量的、集中的制造，提高質(zhì)量，降低成本；零件進行大量的、集中的制造，提高質(zhì)量，降低成本；標準化帶來的優(yōu)越性表現(xiàn)為：標準化帶來的優(yōu)越性表現(xiàn)為：（2）統(tǒng)一了零件和材料的性能指標，使其能夠進行比較，）統(tǒng)一了零件和材料的性能指標，使其能夠進行比較，并提高了零件性能的可靠性；

41、并提高了零件性能的可靠性；南京航空航天大學 機電學院（3）采用標準結(jié)構(gòu)及零部件，可以簡化設(shè)計工作，縮短設(shè)）采用標準結(jié)構(gòu)及零部件，可以簡化設(shè)計工作，縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計質(zhì)量，同時簡化了機器的維修工作。計周期，提高設(shè)計質(zhì)量，同時簡化了機器的維修工作。 現(xiàn)已頒布的與機械零件設(shè)計有關(guān)的標準，從運用的范現(xiàn)已頒布的與機械零件設(shè)計有關(guān)的標準，從運用的范圍上分類，分為國家標準（圍上分類，分為國家標準（GB）、行業(yè)標準和企業(yè)標準（）、行業(yè)標準和企業(yè)標準（QB）3個等級，從使用的強制性來分，分為必須執(zhí)行的和個等級，從使用的強制性來分，分為必須執(zhí)行的和推薦使用的標準。推薦使用的標準。南京航空航天大學 機電學院 同

42、一規(guī)格的一批零部件，任取其一，不經(jīng)任何挑選和同一規(guī)格的一批零部件，任取其一，不經(jīng)任何挑選和修配就能裝在機器上，并能滿足其使用功能要求的特性叫修配就能裝在機器上，并能滿足其使用功能要求的特性叫做做互換性互換性。日常生活中的例子：日常生活中的例子： 自行車上的螺母掉了，找一個相同規(guī)格的配上去就行自行車上的螺母掉了，找一個相同規(guī)格的配上去就行了；汽車、手表中的某一個零件壞了，換個新的，它照樣了；汽車、手表中的某一個零件壞了，換個新的，它照樣工作。工作。南京航空航天大學 機電學院2.6 機械設(shè)計中的工藝性機械設(shè)計中的工藝性 符合工藝性的判斷標準：零件的結(jié)構(gòu)既能滿足使用的要求，又能在具體的生產(chǎn)條件下制造和裝配時所耗費的時間、勞動力及費用最少。1 1、選擇合理的毛坯種類。、選擇合理的毛坯種類。 零件的毛坯種類有：鑄件、焊接件、鍛件、軋制型材、零件的毛坯種類有：鑄件、焊接件、鍛件、軋制型材、沖壓件等。選擇毛坯要考慮到零件的尺寸和形狀以及生產(chǎn)沖壓件等。選擇