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机械零件设计概论 例例:机构机构齿轮机构齿轮机构(三个构件三个构件)齿轮齿轮1 1、齿轮、齿轮2 2、机架、机架3 3 轴、轴承、套筒等轴、轴承、套筒等 轴系零件轴系零件 构件构件零件零件制造的单元制造的单元齿轮齿轮 传动件传动件 键键 联接件联接件 12构件构件1 1(小齿轮小齿轮)3(一一)机械零件的简介机械零件的简介:最基本的最基本的通用零件通用零件(二二)课程特点与学习方法课程特点与学习方法研究对象研究对象机构机构构件构件运动的单元运动的单元传动零件轴系零件联接零件附件机架 机械零件机械零件一般尺寸参数的通用机械零件的设计一般尺寸参数的通用机械零件的设计总论总论螺纹联接螺纹联接齿轮传动齿轮传动蜗杆传动蜗杆传动滑动轴承滑动轴承 滚动轴承滚动轴承 键联接键联接 联轴器与离合器联轴器与离合器 轴轴带传动带传动链传动链传动繁杂（门类多、关系多、要求多、繁杂（门类多、关系多、要求多、公式多公式多 、图形多、表格多）、图形多、表格多）(二二)课程特点与学习方法课程特点与学习方法本课程研究对象本课程研究对象:讲课顺序讲课顺序:通用零件通用零件专用零件（机架、手柄、车轮专用零件（机架、手柄、车轮.）分析处理问题的思路分析处理问题的思路:特点特点：分析处理问题的思路分析处理问题的思路：（任务）设计零件（任务）设计零件*受力分析受力分析（*载荷及应力分析载荷及应力分析功用、功用、*工作原理工作原理）*失效形式失效形式（*主要失效形式主要失效形式分类）分类）*计算准则计算准则（公式建立的依据）（公式建立的依据）强度计算强度计算（*设计方法设计方法先定主参数先定主参数*许用应力许用应力 材料）材料）结构设计结构设计（尺寸及绘图（尺寸及绘图结构特点、标准）结构特点、标准）(抓住抓住)计算准则计算准则 学习贯穿一条线：学习贯穿一条线：9-1 机械零件机械零件设计概述设计概述(一一)机械设计应满足的要求机械设计应满足的要求(二二)设计机械零件应满足的要求设计机械零件应满足的要求*避免在预定寿命周期内失效避免在预定寿命周期内失效机械零件由于某种原因不能正常工作机械零件由于某种原因不能正常工作在不发生失效的条件下在不发生失效的条件下,零件所能安全工作的限度零件所能安全工作的限度既要可靠既要可靠,又要成本低又要成本低失效失效工作能力工作能力承载能力承载能力对载荷而言对载荷而言 在满足预期功能的前提下在满足预期功能的前提下，性能好、效率高、成本低，性能好、效率高、成本低，在预在预定使用期限内定使用期限内安全可靠，操作方便、维修简单和造型美观安全可靠，操作方便、维修简单和造型美观等。等。零件的失效原因零件的失效原因:断裂或塑性变形断裂或塑性变形;过大的弹性变形过大的弹性变形;工作表面的过度磨损或损伤工作表面的过度磨损或损伤;发生强烈的振动；联接的松弛发生强烈的振动；联接的松弛;摩擦传动的打滑等。摩擦传动的打滑等。(三三)机械零件的主要失效形式及计算准则机械零件的主要失效形式及计算准则强度、刚度、振动稳定性、耐磨性、温度等。强度、刚度、振动稳定性、耐磨性、温度等。失效形式失效形式准则：准则：根据各种失效形式而定。但常根据一个或几个主要失根据各种失效形式而定。但常根据一个或几个主要失 效形式确定。效形式确定。1、强度准则、强度准则失效形式失效形式 计算准则计算准则 2.2.表表面面强强度度疲劳破坏疲劳破坏整体断裂整体断裂(脆性材料脆性材料)过大的残余变形过大的残余变形（塑性材料）（塑性材料）整体整体 破坏破坏静静强强度度疲劳断裂疲劳断裂(塑、脆性材料塑、脆性材料)1.1.整整体体强强度度变应力变应力静静应应力力表面磨损表面磨损:p p (比压、压强比压、压强)耐磨性耐磨性表面压溃表面压溃:p p(挤压应力挤压应力)挤压强度挤压强度接触疲劳接触疲劳:H H(接触应力接触应力)接触强度接触强度(点蚀点蚀)疲劳疲劳强度强度过大的弹性变形过大的弹性变形 刚度刚度(机器振幅不能超过许可值机器振幅不能超过许可值)共振：机器内的激振源频率共振：机器内的激振源频率零件固有频率（重合或整数倍）零件固有频率（重合或整数倍）破坏破坏 破坏正常工作条件引起的失效（联接松动、带传动打破坏正常工作条件引起的失效（联接松动、带传动打滑、腐蚀、过热滑、腐蚀、过热.）2.刚度刚度:3.振动稳定性振动稳定性:4.其它：其它：(零件抵抗弹性变形的能力零件抵抗弹性变形的能力)失效形式失效形式 计算准则计算准则（四）机械零件设计类型和步骤（四）机械零件设计类型和步骤（四）机械零件设计类型和步骤（四）机械零件设计类型和步骤 拟定零件的计算简图拟定零件的计算简图确定作用在零件上的载荷确定作用在零件上的载荷选择合适的材料选择合适的材料确定零件形状和主要尺寸确定零件形状和主要尺寸绘制工作图，标注技术条件绘制工作图，标注技术条件选用相应判定条件选用相应判定条件设计计算法设计计算法校核计算法校核计算法参照实物参照实物(图纸图纸)和经验数据和经验数据拟定零件的结构和尺寸拟定零件的结构和尺寸验算零件结构和尺寸验算零件结构和尺寸验算，修改零件验算，修改零件选用相应判定条件选用相应判定条件9-2 机械零件的强度机械零件的强度 强度强度 零件承受载荷后，抵抗发生断裂或超过容许限度的零件承受载荷后，抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力残余变形的能力与载荷及应力有关与载荷及应力有关载荷系数载荷系数K K：考虑各种附加载荷因素的影响。考虑各种附加载荷因素的影响。名义载荷：名义载荷：在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。在理想的平稳工作条件下作用在零件上的载荷。计算载荷：计算载荷：载荷系数与名义载荷的乘积载荷系数与名义载荷的乘积。名义载荷：名义载荷：按名义载荷计算所得之应力。按名义载荷计算所得之应力。零件设计中的载荷及其分类零件设计中的载荷及其分类 静载荷静载荷：不随时间变化或变化缓慢的载荷：不随时间变化或变化缓慢的载荷.变载荷变载荷：随时间作周期性或非周期性变化的载荷：随时间作周期性或非周期性变化的载荷.载荷可分为静载荷和变载荷两类。载荷可分为静载荷和变载荷两类。计算应力计算应力-按计算载荷计算所得之应力：按计算载荷计算所得之应力：强度判强度判 定条件：定条件：、-许用应力许用应力S-安全系数安全系数lim、lim-极限应力，由实验方法测定。极限应力，由实验方法测定。名义应力名义应力按名义载荷计算所得之应力：按名义载荷计算所得之应力：一、应力的种类一、应力的种类当当max、min均维持常数均维持常数稳定交变应力稳定交变应力当当max和和min的数值随时间而改变的数值随时间而改变不稳定的变应力不稳定的变应力 交变应力随时间作周期性变化的应力交变应力随时间作周期性变化的应力1.分类分类2.交变应力的特征及典型的交变应力交变应力的特征及典型的交变应力静应力静应力不随时间变化不随时间变化变应力变应力随时间变化随时间变化三、变应力下的许用应力三、变应力下的许用应力变应力下，零件的损坏形式是变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂疲劳断裂。具有以下特征：。具有以下特征：1)1)疲疲劳劳断断裂裂的的最最大大应应力力远远比比静静应应力力下下材材料料的的强强度度极极限限低低，甚甚至至比屈服极限低比屈服极限低;2)2)不管脆性材料或塑性材料，疲劳断口均表现为无明显塑性变形不管脆性材料或塑性材料，疲劳断口均表现为无明显塑性变形 的脆性突然断裂的脆性突然断裂;3)3)疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。初期是在零件疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。初期是在零件 表面或表层形成微裂纹，随着应力循环次数的增加而逐渐扩表面或表层形成微裂纹，随着应力循环次数的增加而逐渐扩 展，直至余下的未断裂的截面积不足以承受外载荷时，就突展，直至余下的未断裂的截面积不足以承受外载荷时，就突 然断裂。疲劳断裂不同于一般静力断裂，它是损伤到一定程然断裂。疲劳断裂不同于一般静力断裂，它是损伤到一定程 度后，即裂纹扩展到一定程度后，才发生的突然断裂。所以度后，即裂纹扩展到一定程度后，才发生的突然断裂。所以 疲劳断裂是与应力循环次数疲劳断裂是与应力循环次数(即使用期限或寿命即使用期限或寿命)有关的断裂。有关的断裂。微裂纹常起始于应力最大的端口周边上，断口有明显的两个区域：微裂纹常起始于应力最大的端口周边上，断口有明显的两个区域：1)1)变应力重复作用下裂纹两边相互摩擦形成的光滑表面区；变应力重复作用下裂纹两边相互摩擦形成的光滑表面区；2)2)最终发生脆性断裂的粗粒状区。如图。最终发生脆性断裂的粗粒状区。如图。1、疲劳曲线、疲劳曲线 表示应力表示应力与应力循环次与应力循环次数数N N之间关系的曲线。之间关系的曲线。可知：可知：1）应力越小，所能经受的循环次）应力越小，所能经受的循环次数越多。数越多。2）循环次数超过数值）循环次数超过数值N0后，趋于后，趋于水平。水平。应力循环基数应力循环基数疲劳极限疲劳极限当当N-1，所以可得到较大的许用应力，从而减小零件，所以可得到较大的许用应力，从而减小零件的体积和重量。的体积和重量。四、安全系数四、安全系数1）静应力下，塑性材料的零件：）静应力下，塑性材料的零件：S=1.2.5 铸钢件：铸钢件：S=1.5S 典型机械的典型机械的 S S 可通过查表求得。可通过查表求得。无表可查时，按以下无表可查时，按以下原则取：原则取：零件尺寸大，结构笨重。零件尺寸大，结构笨重。S 可能不安全。可能不安全。）静应力下，脆性材料，如高强度钢或铸铁：）静应力下，脆性材料，如高强度钢或铸铁：S=343）变应力下，）变应力下，S=1.31.7材料不均匀，或计算不准时取：材料不均匀，或计算不准时取：S=1.72.593 机械零件的接触强度机械零件的接触强度 若若两两个个零零件件在在受受载载前前是是点点接接触触或或线线接接触触。受受载载后后，由由于于变变形形其其接接触触处处为为一一小小面面积积，通通常常此此面面积积甚甚小小而而表表层层产产生生的的局局部部应应力力却很大，这种应力称为却很大，这种应力称为接触应力接触应力。这时零件强度称为。这时零件强度称为接触强度接触强度。如齿轮、凸轮、滚动轴承等。如齿轮、凸轮、滚动轴承等。机机械械零零件件的的接接触触应应力力通通常常是是随随时时间间作作周周期期性性变变化化的的，在在载载荷荷重重复复作作用用下下，首首先先在在表表层层内内约约20m处处产产生生初初始始疲疲劳劳裂裂纹纹，然然后后裂裂纹纹逐逐渐渐扩扩展展(润润滑滑油油被被挤挤迸迸裂裂纹纹中中将将产产生生高高压压，使使裂裂纹纹加加快快扩扩展展，终终于于使使表表层层金金属属呈呈小小片片状状剥剥落落下下来来，而而在在零零件件表表面面形形成成一一些些小小坑坑，这这种种现象称为现象称为疲劳点蚀疲劳点蚀。失效形式常表现为：失效形式常表现为：疲劳点蚀疲劳点蚀 后后果果：减减少少了了接接触触面面积积、损损坏坏了了零零件件的的光光滑滑表表面面、降降低低了了承载能力、引起振动和噪音。承载能力、引起振动和噪音。b b由弹性力学可知，应力为：由弹性力学可知，应力为：对于钢或铸铁取泊松比：对于钢或铸铁取泊松比：1=2=0.3,则有简化公式。则有简化公式。上述公式称为赫兹上述公式称为赫兹(HHertz)公式公式“+”用于外接触，用于外接触，“-”用于内接触。用于内接触。21FnH HH H1Fnb b2H HH HH-最大接触应力或最大接触应力或赫兹应力赫兹应力;b-接触长度接触长度;Fn-作用在圆柱体上的载荷作用在圆柱体上的载荷;-综合曲率半径综合曲率半径;-综合弹性模量综合弹性模量;E1、E2 分别为两分别为两 圆柱体的弹性模量。圆柱体的弹性模量。接触疲劳强度的判定条件为：接触疲劳强度的判定条件为：b bFn提高表面接触强度的主要措施提高表面接触强度的主要措施增大接触表面的综合曲率半径。增大接触表面的综合曲率半径。将外接触改为内接触。将外接触改为内接触。将点接触改为线接触。将点接触改为线接触。采用粘度较高的润滑油。采用粘度较高的润滑油。提高接触表面的加工质量。提高接触表面的加工质量。提高零件表面硬度。提高零件表面硬度。降低计算应力降低计算应力提高许用应力提高许用应力94 机械零件的耐磨性机械零件的耐磨性 运运动动副副摩摩擦擦表表面面物物质质不不断断损损失失的的现现象象称称为为磨磨损损。磨磨损损会会逐逐渐渐改变零件尺寸和摩擦表面形状。零件抗磨损的能力称为改变零件尺寸和摩擦表面形状。零件抗磨损的能力称为耐磨性。耐磨性。磨损磨损间隙间隙、精度精度、效率效率、振动振动、冲击冲击、噪音噪音据统计，约有据统计，约有80%的损坏零件是因磨损而报废的。的损坏零件是因磨损而报废的。磨磨损损的的主主要要类类型型：1 1）磨粒磨损磨粒磨损2 2）粘着磨损粘着磨损(胶合磨损胶合磨损)硬质颗粒或摩擦表面上硬的凸蜂，在摩擦过程中引起的材料脱落现象称为硬质颗粒或摩擦表面上硬的凸蜂，在摩擦过程中引起的材料脱落现象称为磨粒磨损磨粒磨损 。硬质颗粒可能是零件本身磨损造成的金属微粒，也可能是外。硬质颗粒可能是零件本身磨损造成的金属微粒，也可能是外来的尘土杂质等。摩擦面间的硬粒，能使表面材料脱落而留下沟纹。来的尘土杂质等。摩擦面间的硬粒，能使表面材料脱落而留下沟纹。加工后的零件表面总有一定的粗糙度。摩擦表面受载时，实际上只有部分加工后的零件表面总有一定的粗糙度。摩擦表面受载时，实际上只有部分峰顶接触，接触处压强很高，能使材料产生塑性流动。若接触处发生粘着，峰顶接触，接触处压强很高，能使材料产生塑性流动。若接触处发生粘着，滑动时会使接触表面材料由一个表面转移到另一个表面，这种现象称为粘滑动时会使接触表面材料由一个表面转移到另一个表面，这种现象称为粘着磨损着磨损(胶合磨损胶合磨损)。所谓材料转移是指接触表面擦伤和撕脱，严重时摩擦。所谓材料转移是指接触表面擦伤和撕脱，严重时摩擦表面能相互咬死。表面能相互咬死。在在滚滚动动或或兼兼有有滑滑动动和和滚滚动动的的高高副副申申，如如凸凸轮轮、齿齿轮轮等等，受受载载时时材材料料表表层层有有很很大大的的接接触触应应力力。当当载载荷荷重重复复作作用用时时，常常会会出出现现表表层层金金属属呈呈小小片片状状剥剥落落，而而在在零零件件表表面面形形成成小小坑坑，这这种种现现象象称为疲劳磨损或疲劳点蚀。称为疲劳磨损或疲劳点蚀。在在摩摩擦擦过过程程申申，与与周周围围介介质质发发生生化化学学反反应应或或电电化化学学反反应应的磨损，称为腐蚀磨损。的磨损，称为腐蚀磨损。3 3）疲劳磨损疲劳磨损(疲劳点蚀疲劳点蚀)4 4）腐蚀磨损腐蚀磨损实用耐磨计算是限制运动副的压强实用耐磨计算是限制运动副的压强p，即，即:p p p由实验或同类机器使用经验确定由实验或同类机器使用经验确定相对运动速度较高时，还应考虑运动副单位时间单位接触面积相对运动速度较高时，还应考虑运动副单位时间单位接触面积的发热量的发热量 f p v。在摩擦系数一定的情况下，可将在摩擦系数一定的情况下，可将 p v 值与许用值与许用的的 p v 值进行比较。即值进行比较。即:p v p v 95 机械制造常用材料及其选择机械制造常用材料及其选择 机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金。非金属材料如塑料、橡胶等金。非金属材料如塑料、橡胶等 。一、金属材料一、金属材料1.铸铁：铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。2.钢：钢：结构钢、工具钢、特殊钢结构钢、工具钢、特殊钢(不锈钢、耐热钢、耐酸钢等不锈钢、耐热钢、耐酸钢等)、碳素结构钢、合金结构钢、铸钢等。碳素结构钢、合金结构钢、铸钢等。铸铁铸铁常用金属常用金属材料材料钢钢铜合金铜合金含碳量含碳量2%含碳量含碳量 2%铁碳合金铁碳合金特点：良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零件。较好的减特点：良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零件。较好的减 震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）、成本低廉。震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）、成本低廉。应用应用：应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。：应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。选用原则：选用原则：优选碳素钢，其次是硅、锰、硼、钒类合金钢。优选碳素钢，其次是硅、锰、硼、钒类合金钢。特点：特点：与铸铁相比，钢具有高的强度、韧性和塑性。可用热处与铸铁相比，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。理方法改善其力学性能和加工性能。零件毛坯获取方法：零件毛坯获取方法：锻造、冲压、焊接、铸造等。锻造、冲压、焊接、铸造等。应用：应用：应用范围极其广泛。应用范围极其广泛。表表 常用材料的相对价格常用材料的相对价格材材 料料 种种 类类 规规 格格 相对价格相对价格热轧圆热轧圆钢钢碳素结构钢碳素结构钢Q235（3342）1铸铸 件件优质碳素钢优质碳素钢（2950）1.51.8 合金结构钢（合金结构钢（2950）1.72.5 滚动轴承钢（滚动轴承钢（2950）3 合金工具钢（合金工具钢（2950）320 4Cr9Si2耐热钢（耐热钢（2950）5 灰铸铁铸件灰铸铁铸件 0.85 碳素钢铸件碳素钢铸件 1.7 铜合金、铝合金铸件铜合金、铝合金铸件 810 3.3.铜合金铜合金-铜锌合金，并含有少量的锰、铝、镍铜锌合金，并含有少量的锰、铝、镍特点：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。减摩性和抗腐蚀性。零件毛坯获取方法：零件毛坯获取方法：辗压、铸造。辗压、铸造。应用：应用：应用范围广泛。应用范围广泛。种类种类青铜青铜黄铜黄铜轴承合金（巴氏合金）轴承合金（巴氏合金）-含锡青铜、不含锡青铜含锡青铜、不含锡青铜二、非金属材料二、非金属材料1.1.橡胶橡胶 橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。常用作联橡胶富于弹性，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。造用水润滑的轴承衬。2.2.塑料塑料 塑料的比重小，易于制成形状复杂的零件，而且各塑料的比重小，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。泛。3.3.其它非金属材料：其它非金属材料：皮革、木材、纸板、棉、丝等。皮革、木材、纸板、棉、丝等。选材因素：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、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。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、机械工艺性能、经济性。用途、工作条件、物理、化学、机械工艺性能、经济性。零件材料零件材料 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。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。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。表表 常用钢铁材料的牌号及力学性能常用钢铁材料的牌号及力学性能材材 料料 力力 学学 性性 能能 试件尺寸试件尺寸类类 别别 牌牌 号号 强度极限强度极限B B 屈服极限屈服极限S S 延伸率延伸率%mm%mmQ215 335-410 215 31 碳素碳素结构钢结构钢Q235 375-460 235 26 d 16 Q275 490-610 275 20 20 410 245 25 优质碳素优质碳素结构钢结构钢35 530 315 20 d 25 45 600 355 16 35 SiMn 883 735 15 d 25 合金合金结构钢结构钢 40Cr 981 785 9 d 25 20CrMnTi 1079 834 10 d 15 60Mn 981 785 8 d 80 ZG270-500 500 270 18 铸铸 钢钢ZG310-570 570 310 15 d100 ZG42SiMn 600 380 12 HT150 145 -灰铸铁灰铸铁HT200 195 -HT250 240 -壁厚壁厚1020QT400-15 400 250 15 球墨铸铁球墨铸铁QT500-7 500 320 7 QT600-3 600 370 3 壁厚壁厚3020096 公差与配合、表面粗糙度和优先系数公差与配合、表面粗糙度和优先系数一、一、公差与配合公差与配合互换性：互换性：零件在装配时，不需要选择和附加加工的就能满足预零件在装配时，不需要选择和附加加工的就能满足预 期技术与使用要求的特性。期技术与使用要求的特性。基本尺寸：基本尺寸：由设计图纸给定的零件理论尺寸；为确定值。由设计图纸给定的零件理论尺寸；为确定值。实际尺寸：实际尺寸：制造加工后测量所得零件尺寸；由于测量有误差，制造加工后测量所得零件尺寸；由于测量有误差，所以实际尺寸并非真值。相对于基本尺寸而言，总所以实际尺寸并非真值。相对于基本尺寸而言，总 是有误差。是有误差。或大或小实际尺寸实际尺寸25.125.1轴轴实际尺寸实际尺寸实际尺寸实际尺寸基本尺寸基本尺寸实际尺寸实际尺寸24.924.9孔孔25.125.1孔孔2525孔孔基本尺寸基本尺寸轴轴2525轴轴24.924.9最小极限尺寸：最小极限尺寸：零件满足互换性要求的最小允许尺寸；零件满足互换性要求的最小允许尺寸；最大极限尺寸：最大极限尺寸：零件满足互换性要求的最大允许尺寸；零件满足互换性要求的最大允许尺寸；尺寸误差尺寸误差：实际尺寸与理论设计尺寸之差；实际尺寸与理论设计尺寸之差；上偏差上偏差：最大极限尺寸与基本尺寸之差；符号：最大极限尺寸与基本尺寸之差；符号：ES,es下偏差下偏差：最小极限尺寸与基本尺寸之差；符号：最小极限尺寸与基本尺寸之差；符号：EI,eiesesESESeieiEIEI尺寸公差：尺寸公差：最大极限尺寸与最小极限尺寸之差；即最大极限尺寸与最小极限尺寸之差；即 允许的尺寸变动量。允许的尺寸变动量。ES-EIES-EIes-eies-ei公差公差=Lmax-Lmax=ES-EI=es-eiL Lminmin孔孔LL孔孔L Lmaxmax孔孔轴轴L LL Lmaxmax轴轴L Lminmin轴轴轴轴L LL Lmaxmax轴轴L Lminmin轴轴零线：零线：代表基本尺寸所在位置的一条直线；代表基本尺寸所在位置的一条直线；公差带：公差带：由代表上、下偏差的两条直线所限定的区域；由代表上、下偏差的两条直线所限定的区域；零线零线ESESEIEI孔公差带孔公差带eseseiei轴公差带轴公差带国标规定：孔与轴各有国标规定：孔与轴各有28个，分别用如下符号表示：个，分别用如下符号表示：孔：孔：A B C CD D E EF F FG G H JS K M N P R S T U V W X Y Z ZA ZB ZC轴：轴：a b c cd d e ef f fg g h js k m n p r s t u v w x y z za zb zc基本偏差：基本偏差：标准表列的，用于确定公差带相对于零线位置的上偏标准表列的，用于确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差，一般为靠近零线的那个偏差。差或下偏差，一般为靠近零线的那个偏差。+0 0-零线零线L L孔：孔：A B C CD D E EF F FG G H A B C CD D E EF F FG G H JS K M N P R S T U V W X Y Z JS K M N P R S T U V W X Y Z ZA ZB ZCZA ZB ZC轴：轴：a b c cd d e ef f fg g h a b c cd d e ef f fg g h js k m n p r s t u v w x y z js k m n p r s t u v w x y z za zb zcza zb zc基本偏差系列基本偏差系列呈正态分布BCCDDEEFAFFGGHKMNPRSTUVXYZZAZBZCJS孔孔+0 0-基本尺寸基本尺寸bccddeefaffgg hkmnp rs tuvxyzzazbzcjs轴轴+0 0-基本尺寸基本尺寸配合：配合：基本尺寸相同，相互结合的孔与轴公差带之间基本尺寸相同，相互结合的孔与轴公差带之间 的关系；的关系；间隙或过盈：间隙或过盈：孔的尺寸减去相配合轴的尺寸所得代数差；孔的尺寸减去相配合轴的尺寸所得代数差；间隙间隙：代数差为：代数差为“+”，孔孔轴轴;过盈：过盈：代数差为代数差为“-”，孔孔轴，用于可动联接，如活动铰链；轴，用于可动联接，如活动铰链；孔孔轴，用于静联接，如火车轮与轴。轴，用于静联接，如火车轮与轴。可能有间隙，也可能具有过盈。用于可能有间隙，也可能具有过盈。用于要求具有良好的同轴性而又便于拆装要求具有良好的同轴性而又便于拆装的静联接，如齿轮与轴；的静联接，如齿轮与轴；最大间隙最大间隙:Xmax=孔孔max-轴轴min最小间隙最小间隙:Xmin=孔孔min-轴轴max 最大过盈最大过盈:Ymax=孔孔min-轴轴max 最小过盈：最小过盈：Ymin=孔孔max-轴轴min 间隙配合间隙配合孔公差带孔公差带轴公差带轴公差带孔公差带孔公差带轴公差带轴公差带孔公差带孔公差带轴公差带轴公差带孔公差带孔公差带轴公差带轴公差带过盈配合过盈配合过渡配合过渡配合孔公差带孔公差带轴公差带轴公差带孔公差带孔公差带轴公差带轴公差带孔公差带孔公差带Y YmaxmaxX XmaxmaxY YmaxmaxX XmaxmaxY YmaxmaxX XmaxmaxY YmaxmaxY YmaxmaxX XminminX XmaxmaxX Xminmin=0=0Y Yminmin=0=0轴公差带轴公差带X XmaxmaxY YminminH零线零线D孔公差孔公差kjshgefrpms间隙配合间隙配合过渡配合过渡配合过盈配合过盈配合配合配合基准制基准制基孔制配合：基孔制配合：孔是基准孔，下偏差孔是基准孔，下偏差EI=0，代号为代号为:H，通过改变通过改变 轴的公差带来或得各种不同的配合特性。轴的公差带来或得各种不同的配合特性。基孔制配合基孔制配合基轴制配合基轴制配合应用广泛应用广泛，可减少孔加工刀具，可减少孔加工刀具 零线零线hD轴轴公差公差KJSHGEFRPMS间隙配合间隙配合过渡配合过渡配合过盈配合过盈配合基轴制配合：基轴制配合：轴是基准轴，上偏差轴是基准轴，上偏差es=0es=0，代号为代号为:h:h，通过改变，通过改变 孔的公差带来或得各种不同的配合特性。孔的公差带来或得各种不同的配合特性。基孔制常用与优先配合的选用基孔制常用与优先配合的选用基轴制常用与优先配合的选用基轴制常用与优先配合的选用二、二、表面粗糙度表面粗糙度轮廓峰谷线轮廓峰谷线轮廓峰顶线轮廓峰顶线轮廓峰高轮廓峰高yp轮廓谷深轮廓谷深yv中线中线lyx定义：定义：零件表面的微观几何形状误差称为零件表面的微观几何形状误差称为表面粗糙度表面粗糙度特征：特征：加工后零件表面留下的微细而凹凸不平的刀痕。加工后零件表面留下的微细而凹凸不平的刀痕。评定参数：评定参数：轮廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差-取样长度取样长度l l内，被测轮廓上各点内，被测轮廓上各点至轮廓中线偏居绝对值的算术平均值：至轮廓中线偏居绝对值的算术平均值：0.012 0.025 0.05 0.1 0.2 0.4 0.8 1.6 3.2 6.3 12.5 25 50 100 表表9-3 用不同加工方法得到的用不同加工方法得到的Ra 加工方法加工方法表面粗糙度表面粗糙度 Ra m精精 粗粗刨削刨削钻孔钻孔铰孔铰孔精精 粗粗镗孔镗孔精精 粗粗车车精精 粗粗磨磨精精 粗粗研磨研磨滚、铣滚、铣精精 粗粗R Ra a愈小，零件的加工成本愈高。愈小，零件的加工成本愈高。表面粗糙度对零件功能有重要的影响。例如：表面粗糙度对零件功能有重要的影响。例如：1.对摩擦磨损的影响对摩擦磨损的影响摩擦系数摩擦系数Ra零件表面愈粗零件表面愈粗糙，摩擦系数糙，摩擦系数愈大。但光滑愈大。但光滑到一定程度时，到一定程度时，润滑油被挤出，润滑油被挤出，产生亲和力反产生亲和力反而使摩擦系数而使摩擦系数增大。增大。2.对疲劳强度的影响对疲劳强度的影响 零件表面愈粗糙，在刀痕根部愈容易产零件表面愈粗糙，在刀痕根部愈容易产生应力集中，使疲劳强度降低。生应力集中，使疲劳强度降低。3.对耐腐蚀的影响对耐腐蚀的影响4.对结合处密封性能的影响对结合处密封性能的影响5.对振动和噪声的影响等等对振动和噪声的影响等等零件表面愈粗糙，在刀痕根部愈容易产生腐蚀渗透。零件表面愈粗糙，在刀痕根部愈容易产生腐蚀渗透。零件表面愈光滑，密封性能愈好。零件表面愈光滑，密封性能愈好。零件表面愈粗糙，振动和噪声愈大。如滚动轴承。零件表面愈粗糙，振动和噪声愈大。如滚动轴承。三、三、优先数系优先数系 优先数系是国际上统一的数值分级制度，是一种无量纲的分优先数系是国际上统一的数值分级制度，是一种无量纲的分级系数，适用于各种量值的分级。在确定产品的参数或参数系列级系数，适用于各种量值的分级。在确定产品的参数或参数系列时，应该最大限度采用。时，应该最大限度采用。产品的主要参数如：型号、直径、转速、承载量和功率等按产品的主要参数如：型号、直径、转速、承载量和功率等按优先数系形成系列，便于组织生产和降低成本，以实现产品的标优先数系形成系列，便于组织生产和降低成本，以实现产品的标准化和系列化。准化和系列化。优先数系是一个以公比为：优先数系是一个以公比为：q qr r=10=10 的十进等比级数，的十进等比级数，r rGB321-80GB321-80规定了四个优先数系的基本系列：规定了四个优先数系的基本系列：R5:q5=10 1.6 5R10:q10=10 1.25 10R20:q20=10 1.12 20R40:q40=10 1.06 40优先数系的基本系列优先数系的基本系列 R5 1.00 1.60 2.50 4.00 6.30 10.00 R10 1.00 1.25 1.60 2.00 2.50 3.15 4.00 5.00 6.30 8.00 10.00 1.00 1.12 1.25 1.40 1.60 1.80 2.00 2.24 2.50 2.80 3.15 3.55 4.00 4.50 5.00 5.60 6.30 7.10 8.00 9.00 10.00 1.00 1.06 1.12 1.18 1.25 1.32 1.40 1.50 1.60 1.70 1.801.90 2.00 2.12 2.24 2.36 2.50 2.65 2.80 3.00 3.15 3.353.55 3.75 4.00 4.25 4.50 4.75 5.00 5.30 5.60 6.00 6.306.70 7.10 7.50 8.00 8.50 9.00 9.50 10.00R40 R20 优先数优先数-表中任意一个数值表中任意一个数值。大于大于10的优先数，可将表数值分别乘以的优先数，可将表数值分别乘以10、100、1000。97 机械零件的工艺性及标准化机械零件的工艺性及标准化一、工艺性一、工艺性零件设计要求零件设计要求使用要求使用要求-具备所要求的工作能力；具备所要求的工作能力；制造要求制造要求-制造工艺可行，成本低；制造工艺可行，成本低；零件工艺性良好的标志：零件工艺性良好的标志：在具体的生产条件下，零件要便于加工且费用低。在具体的生产条件下，零件要便于加工且费用低。工艺性的基本要求：工艺性的基本要求：1)1)毛坯选择合理毛坯选择合理制备方法制备方法 毛坯选择与生产批量、材料性能毛坯选择与生产批量、材料性能和加工可能性有关。和加工可能性有关。单件或小批量生产时，选用棒料、单件或小批量生产时，选用棒料、板材、型材或焊件。板材、型材或焊件。应用于大批量生产。应用于大批量生产。用型材用型材焊接焊接锻造锻造铸造铸造冲压冲压 2)2)结构简单合理结构简单合理最好采用平面、柱面、螺旋面等简单表面极其组合；最好采用平面、柱面、螺旋面等简单表面极其组合；尽量减少加工面数和加工面积；尽量减少加工面数和加工面积；3)3)合理的制造精度和表面粗糙度合理的制造精度和表面粗糙度零件的加工成本随精度和表面粗糙度的提高而急剧增加。零件的加工成本随精度和表面粗糙度的提高而急剧增加。决不能盲目追求高精度，应在满足使用要求的前提下，尽量采用较低的决不能盲目追求高精度，应在满足使用要求的前提下，尽量采用较低的精度和表面质量。精度和表面质量。尽量采用标准件；尽量采用标准件；增加相同形状、相同元素（直径、圆角半径、配合、螺纹、键、增加相同形状、相同元素（直径、圆角半径、配合、螺纹、键、齿轮模数等）的数量；齿轮模数等）的数量；4)4)尽量减小零件的加工量尽量减小零件的加工量毛坯形状和尺寸应尽量接近零件本身的形状和尺寸。力求使少或无切削加工，毛坯形状和尺寸应尽量接近零件本身的形状和尺寸。力求使少或无切削加工，节约材料、降低成本。节约材料、降低成本。尽量采用精密铸造、精密锻造、冷轧、冷挤压、粉末冶金等先进工艺满足上述尽量采用精密铸造、精密锻造、冷轧、冷挤压、粉末冶金等先进工艺满足上述要求。要求。欲设计出工艺性良好的零件，设计欲设计出工艺性良好的零件，设计者必须虚心向工艺技术人员和一线者必须虚心向工艺技术人员和一线工人学习，在实践中积累经验。工人学习，在实践中积累经验。二、标准化二、标准化内容：内容：1)1)产品品种规格的系列化产品品种规格的系列化将同一类产品的主要参数、型式、尺寸、基本结构等依次分档，将同一类产品的主要参数、型式、尺寸、基本结构等依次分档，制成系列化产品，以较少的规格品种满足用户的广泛要求。制成系列化产品，以较少的规格品种满足用户的广泛要求。定义：定义：标准化是在经济、技术、科学及管理等社会实践中，对重标准化是在经济、技术、科学及管理等社会实践中，对重复事务和概念，通过制定、发布和实施标准，以获得最佳秩序和复事务和概念，通过制定、发布和实施标准，以获得最佳秩序和效益。效益。2)2)零部件的通用化零部件的通用化将用途、结构相近的零部件（如轴承、螺栓等），经过统一后实将用途、结构相近的零部件（如轴承、螺栓等），经过统一后实现互换；现互换；3)3)产品质量标准化产品质量标准化要保证产品产品质量合格和稳定，就必须做好设计、加工工艺、要保证产品产品质量合格和稳定，就必须做好设计、加工工艺、装配检验、包装储运等环节的标准化。装配检验、包装储运等环节的标准化。基本特征：基本特征：统一、简化。统一、简化。意义：意义：1)1)制造上可以实现专业化大批量生产，既可提高产品质量，又制造上可以实现专业化大批量生产，既可提高产品质量，又能降低成本；能降低成本；2)2)设计方面可减少设计工作量；设计方面可减少设计工作量；3)3)管理维修方面可减少库存量，管理维修方面可减少库存量，便于更换损坏的零件。便于更换损坏的零件。标准化是组织社会化大标准化是组织社会化大生产的重要手段，是实施生产的重要手段，是实施科学管理的基础，也是对科学管理的基础，也是对产品设计的基本要求之一。产品设计的基本要求之一。通过标准化的实施，以获通过标准化的实施，以获得最佳的社会经济成效。得最佳的社会经济成效。标准层次：标准层次：国家标准、行业标准、地方标准、企业标准。国家标准、行业标准、地方标准、企业标准。推荐性标准（推荐性标准（GB/TGB/T）-鼓励企业自愿采用。鼓励企业自愿采用。标准标准性质性质强制标准（强制标准（GBGB）-必须强制执行；必须强制执行；作为设计人员，要求必须熟悉现行的相关标准，学会查询和使作为设计人员，要求必须熟悉现行的相关标准，学会查询和使用标准资料。无论设计何种产品，必须遵循相关标准