本課程的主要研究?jī)?nèi)容：機(jī)械原理部分＋機(jī)械零件部分機(jī)械原理部分：常用機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、工作原理、基本分析和設(shè)計(jì)計(jì)算。(1~7章)（連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、輪系和間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)）機(jī)器動(dòng)力學(xué)基本知識(shí)（機(jī)械的調(diào)速和平衡）(8章)

機(jī)械零件部分：通用零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、選用原則、使用維護(hù)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)規(guī)范。(9~19章)常用聯(lián)接（螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接）;機(jī)械傳動(dòng)（螺旋傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)）;軸系零、部件（軸、軸承、聯(lián)軸器等）.第九章機(jī)械零件設(shè)計(jì)概論本章將扼要闡明機(jī)械零件設(shè)計(jì)計(jì)算的共性問(wèn)題:機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述;機(jī)械零件的強(qiáng)度、接觸強(qiáng)度和耐磨性;機(jī)械制造常用材料及其選擇;機(jī)械零件的工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化;機(jī)械零件由于某種原因不能正常工作時(shí)，稱為失效。在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度，稱為工作能力。通常此限度是對(duì)載荷而言，習(xí)慣上又稱為承載能力。幾個(gè)概念：§9-1機(jī)械零件設(shè)計(jì)概述零件的失效原因斷裂或塑性變形；過(guò)大的彈性變形；工作表面的過(guò)度磨損或損傷；發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)；聯(lián)接的松弛；摩擦傳動(dòng)的打滑等。強(qiáng)度剛度耐磨性振動(dòng)穩(wěn)定性耐熱性等如：軸的失效疲勞斷裂；彈性變形過(guò)大，軸承中軸頸傾斜，軸上輪齒受載不勻。承載能力取決于軸的疲勞強(qiáng)度；取決于軸的剛度；兩者中的較小值決定了軸的承載能力此外，還可能因軸頸過(guò)度磨損而失效；對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸，還應(yīng)驗(yàn)算其振動(dòng)穩(wěn)定性；機(jī)械零件設(shè)計(jì)應(yīng)滿足：足夠的強(qiáng)度、剛度、耐磨性、耐熱性、振動(dòng)穩(wěn)定性等。判定條件可概括為：計(jì)算量許用量如：強(qiáng)度為主要問(wèn)題，按強(qiáng)度判定：應(yīng)力許用應(yīng)力剛度為主要問(wèn)題，按剛度判定：變形量許用變形量.…..機(jī)械零件設(shè)計(jì)步驟1）擬定計(jì)算簡(jiǎn)圖；2）確定零件工作載荷大小；3）選材；4）按零件工作能力準(zhǔn)則設(shè)計(jì)零件主要尺寸；5）繪制零件圖；6）編制技術(shù)文件。———設(shè)計(jì)計(jì)算———校核計(jì)算1、通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算出的零件尺寸一般并不是最終采用的數(shù)值，設(shè)計(jì)者還要根據(jù)制造零件的工藝要求和標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)格加以圓整；2、在一般機(jī)器設(shè)計(jì)中，只有一部分零件是通過(guò)計(jì)算確定其形狀和尺寸的，而其余的零件則僅根據(jù)工藝要求和結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)；3、設(shè)計(jì)工作是一個(gè)反復(fù)進(jìn)行的過(guò)程，經(jīng)過(guò)多次修改方案，改變?cè)O(shè)計(jì)參數(shù)，才能得到比較合理的結(jié)果。注意:§9-2機(jī)械零件的強(qiáng)度強(qiáng)度準(zhǔn)則：、—危險(xiǎn)截面處的計(jì)算正應(yīng)力、剪應(yīng)力；[]、[]—材料的許用應(yīng)力；lim、lim—材料的極限應(yīng)力；S—安全系數(shù)。[]、[]取決于應(yīng)力種類、材料極限應(yīng)力和安全系數(shù)等。不隨時(shí)間變化的應(yīng)力。隨時(shí)間變化的應(yīng)力。具有周期性的變應(yīng)力

。一、應(yīng)力的分類應(yīng)力與載荷：：應(yīng)力(MPa=N/mm2)F：載荷(N)A：受力面積(m2)靜載荷—離心水泵、皮帶運(yùn)輸機(jī)、恒定壓力的壓力容器等；變載荷—石油鉆桿、抽油桿、井架、汽車底盤等。靜載荷→通常產(chǎn)生靜應(yīng)力；變載荷→產(chǎn)生變應(yīng)力。靜載荷→也可能產(chǎn)生變應(yīng)力(如轉(zhuǎn)軸中彎曲應(yīng)力)注意：正確分析應(yīng)力特性舉例：(1)靜載荷拉桿r=1(2)轉(zhuǎn)軸對(duì)稱循環(huán)(3)齒輪應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)二、靜應(yīng)力下的許用應(yīng)力零件材料損壞形式：斷裂或塑性變形塑性材料:lim=S屈服極限許用應(yīng)力脆性材料:lim=B強(qiáng)度極限許用應(yīng)力變應(yīng)力下零件的失效形式：

疲勞斷裂

疲勞斷裂特征：1）疲勞斷裂的最大應(yīng)力＜材料的屈服極限；2）疲勞斷口均表現(xiàn)為無(wú)明顯塑性變形；3）斷口上明顯地有兩個(gè)區(qū)域：光滑區(qū)、粗糙區(qū)；4）疲勞斷裂是損傷的積累的結(jié)果。三、變應(yīng)力下的許用應(yīng)力1、疲勞曲線疲勞曲線----表示應(yīng)力與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N之間的關(guān)系曲線。橫坐標(biāo)----循環(huán)次數(shù)N縱坐標(biāo)----斷裂時(shí)的循環(huán)應(yīng)力應(yīng)力越小，試件能經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)N越多N>某數(shù)值N0，“無(wú)限次”循環(huán)試件不斷裂N0----循環(huán)基數(shù)(106—107)材料經(jīng)過(guò)N0次應(yīng)力循環(huán)，發(fā)生破壞的應(yīng)力值----疲勞極限r(nóng)無(wú)限壽命區(qū)(NN0)r有限壽命區(qū)(N＜N0)rN2、許用應(yīng)力變應(yīng)力下，lim=r還應(yīng)考慮零件的切口和溝槽等截面突變、絕對(duì)尺寸和表面狀態(tài)等影響,引入有效應(yīng)力集中系數(shù)k、尺寸系數(shù)和表面狀態(tài)系數(shù)等對(duì)稱循環(huán)r=-1脈動(dòng)循環(huán)r=0四、安全系數(shù)安全系數(shù)S對(duì)零件尺寸影響很大：S過(guò)大，結(jié)構(gòu)笨重；S過(guò)小，可能不夠安全。部分系數(shù)法：S=S1·S2·S3S1—考慮載荷及應(yīng)力計(jì)算的準(zhǔn)確性；S2—考慮材料的力學(xué)性能的均勻性；S3—考慮零件的重要性。具體數(shù)值可參閱有關(guān)書(shū)刊?！?-3機(jī)械零件的接觸強(qiáng)度整體強(qiáng)度--零件受載是在較大體積內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力。接觸應(yīng)力--兩零件受載前點(diǎn)接觸或線接觸，受載后接觸面積很小而表層產(chǎn)生很大局部應(yīng)力。這時(shí)零件強(qiáng)度稱為接觸強(qiáng)度如齒輪、滾動(dòng)軸承等，都是通過(guò)很小接觸面積傳遞載荷的，承載能力不僅取決于整體強(qiáng)度，還取決于表面的接觸強(qiáng)度。機(jī)械零件的接觸應(yīng)力通常是周期性變化的，載荷重復(fù)作用表層初始疲勞裂紋裂紋逐漸擴(kuò)展（如有潤(rùn)滑油，則被擠進(jìn)裂紋中產(chǎn)生高壓，使裂紋加快擴(kuò)展）表層金屬呈小片狀剝落零件表面形成一些小坑----疲勞點(diǎn)蝕疲勞點(diǎn)蝕----減小接觸面積，損壞光滑表面，降低了承載能力，并引起振動(dòng)和噪聲。疲勞點(diǎn)蝕常是齒輪、滾動(dòng)軸承等零件的主要失效形式接觸疲勞強(qiáng)度的判定條件接觸疲勞極限Hlim由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，兩零件硬度不同時(shí)以較軟零件接觸疲勞極限為準(zhǔn)。而由彈性力學(xué)計(jì)算H兩軸線平行的圓柱體相互接觸并受壓，接觸面積為狹長(zhǎng)矩形，最大接觸應(yīng)力發(fā)生在接觸區(qū)中線上。最大接觸應(yīng)力為：對(duì)于鋼或鑄鐵取泊松比1=2==0.3令上式可化簡(jiǎn)為：赫茲(H.Hertz)公式赫茲(H.Hertz)公式H——最大接觸應(yīng)力(赫茲應(yīng)力)b——接觸長(zhǎng)度Fn——作用在圓柱體上的載荷——綜合曲率半徑外接觸(+)，內(nèi)接觸(-)E——綜合彈性模量§9-4機(jī)械零件的耐磨性磨損----運(yùn)動(dòng)副中，摩擦表面物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象。磨損逐漸改變零件尺寸和摩擦表面狀態(tài)；劇烈磨損時(shí)，運(yùn)動(dòng)副間隙增大，機(jī)械的精度喪失，效率下降，振動(dòng)、沖擊和噪聲增大。應(yīng)立即停車檢修、更換零件；約80％的損壞零件因磨損而報(bào)廢。耐磨性----零件抗磨損的能力。

1、磨粒磨損硬質(zhì)顆粒（零件本身磨損造成的金屬微?；蛲鈦?lái)的塵土雜質(zhì)等）進(jìn)入摩擦表面或摩擦表面上硬的凸峰，在摩擦過(guò)程中引起的材料脫落的現(xiàn)象。2、粘著磨損（膠合）零件表面有一定粗糙度，摩擦受載時(shí)，部分峰頂接觸處壓強(qiáng)很高，導(dǎo)致接觸處發(fā)生粘著，滑動(dòng)時(shí)會(huì)使接觸表面材料轉(zhuǎn)移（接觸表面擦傷和撕脫，嚴(yán)重時(shí)摩擦表面相互咬死）。

3、疲勞磨損(點(diǎn)蝕)滾動(dòng)或兼有滑動(dòng)和滾動(dòng)的高副（凸輪、齒輪等）受載時(shí)材料表層接觸應(yīng)力很大，載荷重復(fù)作用，表層金屬呈小片狀剝落，在零件表面形成小坑。

4、腐蝕磨損摩擦過(guò)程中，與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)的磨損。實(shí)用耐磨計(jì)算1）限制運(yùn)動(dòng)副的壓強(qiáng)p————防止過(guò)度磨損即：p≤[p]許用壓強(qiáng)[p]由實(shí)驗(yàn)或同類機(jī)器使用經(jīng)驗(yàn)確定。2）限制運(yùn)動(dòng)副的pv——防止膠合即：pv≤[pv]

摩擦系數(shù)f一定時(shí)，fpv代表運(yùn)動(dòng)副單位時(shí)間單位接觸面積的發(fā)熱量?！?-5機(jī)械制造常用材料及其選擇一、金屬材料黑色金屬—鐵碳合金鐵碳含金

→鑄鐵(含碳量大于2％)

↘鋼(含碳量小于2％)機(jī)械性能—總體上，含碳量越高，材料強(qiáng)度硬度提高、塑性下降。

鋼和鑄鐵最常用，其次是有色金屬合金，非金屬材料如塑料、橡膠等，在機(jī)械制造中也具有獨(dú)特的使用價(jià)值。1、鑄鐵脆性材料,不能輾壓和鍛造常用鑄鐵：灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵等?；铱阼T鐵HT150(抗拉強(qiáng)度150MPa）球墨鑄鐵QT500-7(抗拉強(qiáng)度500MPa，拉伸率7%）具有高的強(qiáng)度、韌性和塑性?？捎缅懺?、沖壓、焊接。按化學(xué)成分：1）碳素鋼—含碳量不超過(guò)0.7%（低中高碳鋼）①普通碳素鋼—Q235等(屈服強(qiáng)度235MPa)②優(yōu)質(zhì)碳素鋼—45等(含碳量0.45%左右）2）合金鋼—鋼中添加合金元素，如：40Cr35CrMo40CrNiMo等,采用40CrNiMo制造鉆具。2、鋼3）鑄鋼液態(tài)流動(dòng)性比鑄鐵差，用普通砂型鑄造，壁厚常不小于10mm。鑄鋼件的收縮率比鑄鐵件大，故鑄鋼件的圓角和不同壁厚的過(guò)渡部分均應(yīng)比鑄鐵件大些。如：ZG230-450（屈服強(qiáng)度—抗拉強(qiáng)度）

表9-2常用鋼鐵材料的力學(xué)性能

表9-2

3、有色金屬合金（減摩、耐腐蝕）1）銅合金——青銅減摩性、耐磨、抗腐蝕性均較好，也可輾壓和鑄造。2）軸承合金（稱巴氏合金）為銅、錫、鉛、銻的合金，其減磨性、導(dǎo)熱性、抗膠合性好，主要用于制作滑動(dòng)軸承的軸承襯。三、熱處理熱處理類型1）退火—隨爐冷卻—消除鍛造、焊接內(nèi)應(yīng)力；2）正火—空氣冷卻，正火后硬度強(qiáng)度提高，消除內(nèi)應(yīng)力方面不如退火；3）淬火—水冷或油冷，淬火后硬度強(qiáng)度提高較大，脆性增加、存在較大內(nèi)應(yīng)力；熱處理概念固態(tài)鋼材加熱到一定溫度，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的保溫，然后以一定速度冷卻，可改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)，達(dá)到改變金屬性能的方法。4）回火—淬火后又加熱冷卻（低溫、中溫、高溫）—消除淬火后內(nèi)應(yīng)力和脆性。仍保持較高硬度、強(qiáng)度；5）調(diào)質(zhì)—淬火＋高溫回火，可獲得強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等都較好的綜合力學(xué)性能；6）表面淬火（火焰加熱、感應(yīng)電流加熱）；7）滲碳—低碳鋼表面滲入碳元素—耐磨；8）滲氮—鋼材表面滲入氮碳元素—耐磨；9）氰化—碳氮共滲—耐磨。2、工藝要求——應(yīng)考慮零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、尺寸大小和毛坯種類；如：鑄件適合外形復(fù)雜、批量生產(chǎn)，塑性差的材料不能沖壓、鍛造。3、經(jīng)濟(jì)性要求—不僅指材料本身的成本，還包括加工制造費(fèi)用、使用維護(hù)費(fèi)用等。四、如何選材1、使用要求根據(jù)使用要求合理選材與設(shè)計(jì)零件尺寸。§9-6機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性及標(biāo)準(zhǔn)化一、工藝性在具體生產(chǎn)條件下，所設(shè)計(jì)的機(jī)械零件便于加工而加工費(fèi)用又很低，稱為具有良好的工藝性。有關(guān)工藝性的基本要求是：1、毛坯選擇合理----鑄件、型材、沖壓、焊接;2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理----機(jī)床加工盡量方便、省時(shí);3、精度、粗糙度合理----根據(jù)實(shí)際需要;4、便于安裝、維修。

為了能夠加工，對(duì)于車、刨、滾切和磨等加工表面，應(yīng)留有退刀槽或砂輪越程槽為了能夠裝拆，對(duì)于螺紋聯(lián)接應(yīng)留有扳手空間1、在制造上可以實(shí)行專業(yè)化大量生產(chǎn)，既可提高產(chǎn)品質(zhì)量又能降低成本；2、在設(shè)計(jì)方面可減少設(shè)計(jì)工作量，縮短設(shè)計(jì)周期；3、在管理維修方面，可減少庫(kù)存量和便于更換損壞的零件。指以制訂標(biāo)準(zhǔn)和貫徹標(biāo)準(zhǔn)為主要內(nèi)容的全部活動(dòng)過(guò)程。標(biāo)準(zhǔn)化意義定義二、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化本身包括三個(gè)方面的含義：1）產(chǎn)品品種規(guī)格的系列化——將同一類產(chǎn)品的主要參數(shù)、型式、尺寸、基本結(jié)構(gòu)等依次分檔，制成系列化產(chǎn)品，以較少的品種規(guī)格滿足用戶的廣泛需要；2）零部件的通用化——將同一類型或不同類型產(chǎn)品中用途結(jié)構(gòu)相近似的零部件（如螺栓、軸承座、聯(lián)軸器和減速器等），經(jīng)過(guò)統(tǒng)一后實(shí)現(xiàn)通用互換；3）產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化——保證產(chǎn)品質(zhì)量合格和穩(wěn)定就必須做好