1、機械零件設計主要內容包括:機械零件結構設計材料選用工藝設計經濟指標第九章 典型零件的選材及工程材料的應用第一節 選材的一般原那么第二節 典型零件的選材及工藝路線設計第三節 工程材料的應用第一節 選材的一般原那么 選用材料應考慮的一般原那么是：使用性原那么 是保證零件完成規定功能的必要條件。使用性能主要指零件在使用狀態下應具有的力學性能、物理性能和化學性能。工藝性原那么 材料的工藝性能表示材料加工的難易程度。高分子材料的加工工藝簡單,切削性好,但導熱性差陶瓷材料的加工工藝簡單,主要工藝是成型.金屬材料的加工工藝復雜,變化多.其加工工藝路線大體可分為:1.性能要求不高的零件2.性能要求較高的零件3

2、.性能要求較高的精密零件 經濟性原那么 是選材的重要原那么之一，一般包括材料的價格、零件的本錢與國家的資源等。第二節 典型零件的選材及工藝路線設計齒輪類零件軸類零件彈簧類零件傳動軸一、齒輪類零件的選材1. 齒輪的工作條件、失效形式及性能要求齒輪是機械工業中應用最廣的零件之一，主要用于傳遞扭矩和調節速度。1工作時的受力情況1由于傳遞扭矩，齒根承受較大的交變彎曲應力。2齒面相互滑動和滾動，承受較大的接觸力，并發生強烈的摩擦。3由于換檔、啟動或嚙合不良，齒部承受一定的沖擊。2主要失效形式1疲勞斷裂。 主要發生在齒根。它是齒輪最嚴重的失效形式。2齒面磨損。3齒面接觸疲勞破壞 。4過載斷裂。3齒輪用材性

3、能要求1高的彎曲疲勞強度2高的接觸疲勞強度和耐磨性3齒輪心部要有足夠的強度和韌性2. 齒輪零件的選材3. 典型齒輪選材舉例1機床齒輪機床傳動齒輪工作時受力不大，轉速中等，工作較平穩，無強烈沖擊，強度和韌性要求均不高，一般用中碳鋼如45鋼制造，經調質后心部有足夠的強韌性，能承受較大的彎曲應力和沖擊載荷。外表采用高頻淬火強化，硬度可達52HRC左右，提高了耐磨性。下料鍛造正火粗加工調質精加工高頻淬火、低溫回火精磨 20CrMnTi鋼具有較高的力學性能，在滲碳、淬火、低溫回火后，外表硬度的達5862HRC，心部硬度3045HRC。下料鍛造正火切削加工滲碳、淬火及低溫回火噴丸磨削加工 2汽車齒輪工作條

4、件較機床齒輪差,尤其是主傳動系統中的,受力較大,受沖擊較頻繁,對材料性能要求較高.二、軸類零件的選材1. 軸的工作條件、失效形式及性能要求1一般軸的工作條件1傳遞一定的扭矩，承受一定的交變彎矩和拉、壓載荷。2軸頸承受較大的摩擦3承受一定的沖擊載荷2主要失效形式1疲勞斷裂 長期受扭轉和彎曲交變載荷作用2斷裂失效 大載荷或沖擊載荷作用3磨損失效 軸頸或花鍵處過度磨損3對軸用材料性能要求1良好的綜合力學性能2高的疲勞強度3良好的耐磨性2. 軸類零件的選材不傳遞動力只承受彎矩起支撐作用的軸 主要考慮剛度和耐磨性,用碳鋼或球墨鑄鐵(2) 主要受彎曲，扭轉的軸如變速箱傳動軸、發動機主軸等。選用中碳鋼45或

5、40Cr 40MnB等；假設要求高精度、高的尺寸穩定性及耐磨性的軸，如磨床主軸，那么常選用38CrMoAl鋼，進行調質及氮化處理。(3) 同時承受彎曲或扭轉及拉，壓載荷的軸 選用淬透性較高的鋼種3. 典型軸選材舉例1機床主軸選材以C620車床主軸為例進行選材。該主軸受交變彎曲和扭轉復合應力作用，但載荷和轉速不高，沖擊載荷也不大，所以具有一般綜合力學性能即可滿足要求。但大端的軸頸、椎孔與卡盤、頂尖之間有摩擦，這些部位要求有較高的硬度和耐磨性。根據以上分析，車床主軸可選用45鋼。熱處理為調質處理；軸頸和椎孔進行外表淬火。工藝路線為：鍛造- 正火-粗加工-調質-精加工-外表淬火及低溫回火-磨削加工假

6、設這類機床主軸的載荷較大，可用40Cr鋼制造。當承受較大的沖擊載荷和疲勞載荷時，那么可采用合金滲碳鋼制造，如20Cr或20CrMnTi等。 2內燃機曲軸選材內燃機曲軸選材原那么主要根據內燃機的類型、功率大小、轉 速上下和相應軸承材料等項條件而定，同時也需考慮加工條 件、生產批量和熱處理工藝及制造本錢。按制造工藝把曲軸分為鍛鋼曲軸和鑄造曲軸兩種。鍛鋼曲軸主要由優質碳鋼和中碳合金鋼制造，如35、40、35Mn2、40Cr、35CrMo鋼等。鑄造曲軸主要由鑄鋼、球墨鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵以及合金鑄鐵等制造，如ZG230450、QT7002、KTZ4505、KTZ5004等。 圖是175A型農用柴油機曲

7、軸簡圖。性能要求b750Mpa，整體硬度在240260HBS，軸頸外表硬度625HV，2%，ak150kJ/m2。由于在滾動軸承中工作，要求軸頸部有較高的硬度和耐磨性。曲軸材料可選用QT7002，其工藝路線如下：鑄造高溫正火高溫回火切削加工輪頸氣體滲氮 三、彈簧類零件的選材1. 彈簧的工作條件、失效形式及性能要求1工作條件1彈簧在外力作用下，壓縮、拉伸、扭轉時材料將承受彎曲應力 或扭轉應力。2緩沖、減震或復原用的彈簧，承受交變應力和沖擊載荷的作用3某些彈簧受到腐蝕介質和高溫的作用2主要失效形式1塑性變形2疲勞斷裂3快速脆性斷裂4在腐蝕介質中使用的彈簧易產生應力腐蝕斷裂失效；高溫下使用的彈簧易出

8、現蠕變和應力松弛，產生永久變形。3對彈簧用材性能要求1高的彈性極限和屈強比s/b2高的疲勞強度3好的材質和外表質量4某些彈簧需要良好的耐蝕性和耐熱性2. 彈簧零件的選材彈簧種類很多，載荷大小相差懸殊，使用條件和環境個不相同。在實際生產中多項選擇用彈性極限高的金屬材料來制造。3. 典型彈簧選材舉例1汽車板簧2火車螺旋彈簧1汽車板簧汽車板簧用于減震和緩沖，承受很大的交變應力和沖擊載荷，需要高的屈服強度和疲勞強度。中重型汽車板簧用50CrMn，55SiMnV鋼；重型大截面板簧用55SiMnMoV、55SiMnVNb。其工藝路線為：熱軋鋼帶板沖載下料-壓力成型-淬火-中溫回火-噴丸強化2火車螺旋彈簧火

9、車螺旋彈簧用于機車和車廂的緩沖和吸震，其使用條件和性能與汽車板簧相近。其工藝路線為：熱軋鋼棒下料-兩頭制扁-熱卷成型-淬火-中溫回火-噴丸強化-端面磨平 其中淬火和回火工藝同汽車板簧。第三節 工程材料的應用一、汽車零件用材二、機床零件用材三、熱能設備用材四、化工設備用材一、汽車零件用材汽車的結構：發動機底盤車身設備一、汽車零件用材1. 缸體和缸蓋缸體材料必須滿足以下要求：1有足夠的強度和剛度，特別是有足夠的剛度，以減小變形，保證尺寸的穩定性。2良好的鑄造性和切削性3價格低廉缸體常用的材料有灰鑄鐵和鋁合金兩種。目前使用的缸蓋材料有兩種：一是灰鑄鐵或合金鑄鐵；另一種是鋁合金。2. 缸套氣缸內壁的過

10、量磨損是造成發動機大修的主要原因之一，所以要選用耐磨材料。常用耐磨合金鑄鐵。3. 活塞、活塞銷和活塞環活塞組活塞材料一般用20鋼或20Cr、20CrMnTi等低碳合金鋼。活塞銷外外表應進行滲碳或碳氮共滲處理，以滿足外外表硬而耐磨，材料內部韌而耐沖擊的要求。4. 連桿連桿是在很復雜的應力狀態下工作的。一般采用45鋼、40Cr或40MnB。1 小頭與連桿的過渡區2 連桿中間3 大頭與連桿的過渡區5. 氣門氣門在工作時，要承受較高的機械負荷和熱負荷。應選用耐熱、耐蝕、耐磨的材料。進氣門一般可用40Cr、35CrMo等；排氣門可用4Cr10Si2Mo。6. 半軸半軸在工作時主要承受扭轉力矩和交變彎曲以

11、及一定的沖擊載荷。通常使用調質鋼制造：40Cr、45鋼、40CrNi、40MnB等。1 花鍵端2 花鍵與桿部相連部位3 凸緣于桿部相連部位7. 車身、縱梁、檔板等冷沖壓零件汽車冷沖壓零件用的材料有鋼板和鋼帶，主要是鋼板冷軋鋼板和熱軋鋼板。熱軋鋼板主要用來制造一些承受一定載荷的結構件，如保險杠、剎車盤、縱梁等。冷軋鋼板主要用來制造一些形狀復雜，受力不大的機械外殼、駕駛室、轎車的車身等覆蓋零件。如鋼板08、20、25和16Mn等。8. 螺栓、鉚釘等冷鐓零件9. 汽車用塑料 1汽車內飾用塑料 2汽車用工程塑料 3汽車外裝機結構件用纖維增強塑料復合材料10.汽車用橡膠11.汽車用陶瓷材料 二、機床零件

12、用材常用的機床零部件有機座、軸承、導軌、齒輪、彈簧、緊固件、刀具等。1. 機身、底座用材首選材料當為灰鑄鐵、孕育鑄鐵，球墨鑄鐵也可使用。HT150、HT200，HT250，HT300，QT400-17，QT600-2等等。2. 齒輪用材HT150、HT200，HT250，HT300，Q235，Q255，20Cr，40Cr等等，根據不同用途選用不同材料。3. 軸類零件用材曲軸和主軸常用QT600-2、KTZ600-3,不重要或受力較小的軸可用Q235、Q255等，承受大載荷的軸類可用40Cr或20Cr。4. 螺紋聯接件用材無特殊要求的螺紋常用Q235、Q255、Q275制造；中等載荷及精密螺紋常

13、用35鋼、45鋼；重載荷及極重要的螺紋用40Cr、40CrV。5. 螺旋傳動件用材通常不進行熱處理的螺旋傳動件用45鋼、50鋼；進行熱處理的螺旋傳動件用T10、65Mn、40Cr等。6. 蝸輪傳動用材蝸輪用材：HT200、HT150、HT250等；蝸桿用材：15鋼、20鋼、15Cr、20Cr、45鋼、40Cr，低速傳動的蝸桿也可用Q275。7. 滑動軸承用材滑動軸承材料應具有優異的減磨性、耐磨性、抗膠合能力和足夠的沖擊韌性及抗壓、疲勞強度。軸承材料可分為：1金屬材料 包括巴士合金、銅基軸承合金和鑄鐵2粉末冶金材料 3塑料軸承材料4橡膠軸承8. 滾動軸承用材一般用GCr9、GCr15、GCR15

14、SiMn、GSiMnV等制造。9. 機床其它零件用材1凸輪用材 45鋼2刀具用材 工具鋼、高速鋼和硬質合金鋼3其它用材 靈活選用三、儀器儀表用用材儀器儀表用材包括結構鋼、有色金屬和工程塑料等多種，一般應具有良好的切削性能。1. 殼體材料1金屬材料 Q195、Q235，1Cr13，1Cr13Ni9Ti2非金屬材料 工程塑料、復合材料2. 軸類零件用材Q235、2A12LY12、2A11LY11、HMn58-2等。3. 凸輪用材中碳鋼或中碳合金鋼 45鋼，40Cr4. 齒輪用材 儀器儀表中的齒輪用材廣泛，有鋼、銅、塑料、復合材料等。 5. 蝸輪、蝸桿用材 儀器儀表中常用銅合金制造蝸輪蝸桿。 四、熱

15、能設備用材熱能設備很多，主要包括鍋爐、汽輪機、電機等。這些設備多在高溫、高壓和腐蝕介質作用下長期運行，對所用材料要求很高。(一)鍋爐主要設備用鋼1. 鍋爐管道用鋼1對管道用鋼提出如下要求1足夠高的蠕變極限和持久強度2高的抗氧化性和耐腐蝕性能3良好的組織穩定性4良好的工藝性能，特別是焊接性能要好2鍋爐管道用鋼的選擇1壁溫500的過熱器管和壁溫900 ，心部強度好，并有一定的韌性。問應選用什么材料？采用什么樣的加工工藝路線？#pR)$yHdaqTjUewu3fYY8GaPfBFjChoPj*IgLXK1#6Hm8(OkIHacEillkoD1X5Ygme)PCAQlkV&Sq#o!FAUyOB3p

16、CO%k$Xe5DQNBmcctBC2*bGbSmP!Qc7v5(+YxTM4Gx8J7Ijbp(3Q7ggcbf!gcIyM7Ml!oFAtq%86%NytD+Xov#Dqi7YqG1M$Uu%nUorm#*ujpH%h46s7j0t()497#p0rm$gsy%PmIE2AhQ2izMaoaAm+E-lI3Y(N)OLlTaBAZ&J!#Vx*nUmKQ1S2(Gw6RlSK!FOYj!Z9z1NC*WrZ9d2VsQRemOriffk-yJp$nw8lzXZ9RN7Dw9UgHJL1MqvJ3p!Ds9dWWeEL#&N5OD$WT+rWj3v7pqgPrjvKz%xU!w7+R3k4d

17、#1VR9Q-d3KupW)%0I$g(OJe+gqI%v8i-AR&$KQ5Dr$)8yxvI$FSE68ABL93#&6klDzRZ2Yww1VmXncVzGBR7&Ak4iMWtYH5o!SR6N*Wuas&WP%9lvgPEB!K#s#yMMk0C)z%WqfH-2dpp9tXbvqhP-x(G%rE7J2G2yZUJR6M)X)yY%ks3eYIs&urLiYZLu#idInV13+LCCXqM1of7MirtgNKT$qejvw1*XxtDyA9viF4Vgy$KSwB8$nUQBjZ&7vKZ&KtSzbqQog&qSIPuqXLR9$kuHCrgqVd+hDgiDC3Zcfuu

18、oXbei9sp7($884zNyiIisp6t5pOeQ6hr%-SPBjuEyr8on$PVRONu!D*$AHunfA%HMhbu(Y4kH8CqRFReM)jLg6mxhqUq3PlOL$GXNkN0mPlap0e1F*exVm6gW*MatGR+s56E*m-YVUNuEuQF2ebyJPKmK&DVS+oQ2epULwwSiF&p&SH1ChKKFB2lO#HI+4FZl4)s&tWN+*kGD3afVWfz)3kkgBanVUGnE)5zTH5t2bqlm496)3zhQ75OhD&pgPINDg+#BoprhP2mfbB)UW4G220ZjMB&)In1nuO7bnvqiAo1

19、tdejuDV9uJC6mh2Yz*4n!9KYstCR%&S#mFEhKec2nv8yxIhP5bJ4TL9KhJoXSsK94RgGz53(hCe5UqvR8T(Qo(cL9o%Ke04D#g#VZ%uaHU8)vXZ-8lrQtBk25mMv9-5AqSR0BaVsX1!mgCa)%!UD5j2k*$4qO)7+EO85QbxR4-kjX$pmmd0IHqVI6b%5Noz0SNfiS+KYxwLmsxxa%I5pQ7kI4L#P6+K43Ot$nSDA&EvpAyz%bUprNrOJDOu3X4*+a2kQQn&%rp!PXk*n&9BC0t1Ni8+t)eu+ER6QTgkA8HP&

20、kJ72+qZa#WwoV%Od5cWBc5UdCuIP0*e5%Ydz3D#dN!xrkJfiKGl1*DB!Md9seYOTDqhbZe80gc%lIUNh7zzePp+E)9)pgz4YQLBfNWAOjbiyP%(SgjWPx0uWhMZPa53sCD-)VtT$CQW9!s)Y%LwI9O(12seMt*lrkC0&3s*8VRsSLSY%IH0uG%KquOytv)mpA%qwXjx)iZzMvm8x&BdSJv+Z+joyPgyaO)MsVnByMYBTnc%)2%l0p!Etj7J08GM2HVkB)b2S!CXcIJyfx!%fFwP02EW4flFg8yeftWAljAqn

21、SDJ%jL(tD2)uBm&u&zgfEbY%jXzcTf3eV%Ktc3*S2IDGPfvumoupu6cPAZEpVj3v69tdHfxWCozApfN-BKK)&V7q!zSaOc#dxmPOtQZLRSXlI%+J05&CtxXBA*b1B2cegAsvz*iQtoWsRT4$a5iA!ksss5ewxJVZJQuWMbhC5P(fZktp6s6rYpKh4bWZnbhzNrddx9j)lrl9+*5AmGt!6852tbIQqwEZ)+1p2w(qnEh6uyJC&z%!1N%(zqs-FdeRx66u7pJN0Kky0pikmUuIaLTEcu#J4XLjrg&-3Ww+#U2z

22、Kq2SmP)Lhc04INQ#nXBM!0pyU*alywBvzeXhJrVBMe84vGYZV!l3hFmp#x1Jr7V6!5GnlrATj5k0lk2LfXEBO1Y5Kwr54hJo4xl0H5yG1hlTSe+viyNMVjwmdTy8mex$#Ok3gNjCG72yom$J43#dHN)(Dnr6eBP$KyQ$W4jds-ylL)XTjx&(CXEz3LT7VX#D6uvxwuu6*INIkMUfjMpfnpyL6cU#cvBzxBShq5hUIKT$(YyR#E!%Syd-EpUVcncX9I1deDbZ*aFIny+RKosv5CE&HYd5murvf)L6j5ZRo9Lk

23、Y*nJGVclUsbq0z5su9S$Ps!9Z)sFklx7C%(DTtTZ0YAnY5DayoOQ7WSLAt1TggLNrIm4UrQL-Ubf1Mj$KGZzJnOWUMHKH49PRpR)9d!rZ2NHQ7Vc&tSRqBoslLp&!vHp6LJTDi%UU($MaIM(lt*xoufDk6kq*I(auhyq+sfv)t4aavs+8bBL#cIAJDDRxbBEaPQc085LhDQKfbEGn#mQhFMtPzL7TCm2F!Y55N+77useSyNtSP!c)P!Rd6A)hP72XslcY%&$2v+xjGbx96nvJlUD(W(R&3bx&Ozyk(j!H62H

24、g1wb2fvBOH&whNu!ixpv&1BmyoOR7#X*sji+zGehIjAM#dPDSxQLp!oYvhpKNa(0h(NC%EYWF+oou-1gNN4y!%5ngvKzEt9#bGNwnLHQ6D8$fDKfNJJBRHkHDhKg883ioQn1TlQHV0NAt3O(bKJT7+iQ+k8#3QSgeFg51+I$vnLA+cb3%Z(m0aVtuK-nZQ#oiYVs*pRkUKK1FoOx8f8Wet6d!SI68*H4%ACxRfLxuASGt164Ax5q-Z(!d7h#7YnzZ2YStNE&ZIAc-2#Q%cH+2yOIqp%aawLX#Nfn)1t2WKw9

25、HM$I$Y(s%sOCNkjN00L!qj7ODXYop32w%EB(x2Rb4YYnL1Jeya&8OtBl83f*-fPgUg0v3lSPEkThZVQf8$WA9NgGTWjdXQ&lRj!NRc3xAjZoWq77whGDgUs1E*tKn(8EhzTx-ekNJzJw59hA3Ee3-J$thpa24pNGTyv%cD*e39gKfwV-3r7&+3cbg6v8usoP!Q6Fr%F-S8CjO%+vo8M$O1QT1u#iBDjFrHmCJMRC6oj&avSgPjIO!3-9w)ulkexy*q720RBiFm2c46rpPgV0pAs8R01GN)3EyN6&2OULJ0oy

26、y+DhMAl6Qh2fGrC*BcXqPUyOrtPcQjP-z!RamC*vCaEz4kQO$dPiJIVq-61fMbV78oApTO4*8Ue(GcEdsV74QqXxYhpp%ZwnrS45XT8YQNJWJf4i+n8jDY49(41zFp&8NdDKuTGJ7qB#OrJCYXsd7I#sp(v(749ZxoSg0rF$c1A3aiaJgfUFPdQpE8E2&b2+shnduyCtwlXAjF1UWw$nvl1T5ig$b*aNxsspeXko!0TdWAkRsaV-#%Ua!ym3hLHyRRH7bulDbD8Vy0B&zhMPq4X-9jl-!B%57MiyWL7Dd6(4

27、Vc!M2nW#Rc2kU1gwSh+8MUC+k2ZGav5GKnTEw7kZgdH*qry13xVm-h1w%zc7zvnA3X#NBoQqkjUDDGFtvTkRESer5-UTWCkUDWFztDWsc6hQK46WmN1t(QXpr0c58dhpO82ve5UjLcMU#0$iZOTRP#h$ACUCoHxxvYBy+599gt&$qJ*D%DBjtIz*uM3QSy4FnLUH2+9twn9-&6CrOGq5*#UZi(y&Ws%h)McTY#HHLyz4Z68a*sM#WkKrv#yz1)q0We$YDPekYv-P6wUPD+B5jiB#j+%6XYlaiE(pMXOglYR*

28、nKbRA)GT10Nm&%qAJ3PFNf(Q*kHdbTPpWSQPP(5d4b)EsoZZEPhdJT101Jn&Tz!Qw!qkg8J9(e)n5hC#akkOD%Zz%l3SnVUds$RO-e53iSIxwNp2Nztu1teQIR-eCVFe48gO6g9yQi0cJs0LjXbS#ShiX44EU-3&zMr+BVEAugX93z6#sQu8Tsn#6ON5AwC%p2DZ9yrrP87ujH*&WLK6aywovd#ildxMQKk*8Hhaj7&HA9sk1sysf1&+o3e$gj9$Y0+Pqw4dg+Lcv%6$*0qCDtDaG#i+cg!bKBoGWW6yjJXD1a11$h6CTYyk9l2v5ITXdMdK*+TxMz0e2*RtX&ZO9inDKwr*v*p9uAJnzAUP