第12章 机械设计与选材 机械专业课程设计参考价值很大.ppt

12 机械设计与选材 第一节 机械设计与选材的关系 第二节、机械产品的失效问题 机械产品失效的原因： 设计不当 用材失误 材质不良 装配、使用不当 二.按制造工艺性能要求选材 选材与材料工艺性能的关系 2） 制造成本 　 加工成本约占零件成本的30%左右，生产批量越少，这一比例越高。 总成本P=T+xN，T为工具与设备费用，x代表每件产品的成本，N为生产批量（件/批）。 a、基于对具体零件的工作条件和失效形式的分析，以及对同类零件现有状况（所用材料、使用寿命、失效形式以及供应情况）的调研，再结合力学计算或试验确定零件应具有的力学性能指标和理化性能指标。 第四节 典型零件选材及工艺路线 齿轮 轴 汽轮机叶片 三、汽轮机叶片零件选材 （一）叶片的工作条件、失效方式及性能要求 弹簧钢 滚动轴承钢 第四节 合金工具钢 一 磁钢 AlNiCo 磁钢是由几种硬的强金属，如 铁与铝、镍、钴等合成，有时是铜、 铌、钽合成，用来制作超硬度永磁 合金。 主要用于各种传感器、仪表、电子、机电、医疗、教学、汽车、航空、军事技术等领域。 铝镍钴磁钢是最古老的一种磁钢, 被人们称为天然磁体, 虽然它最古老, 但它出色的对高温的适应性, 使其至今仍是最重要的磁钢之一。铝镍钴可以在500度以上的高温下正常工作, 这是他最大的特点, 另外抗腐蚀性能也比其他的磁体强. 结 束 综 述 对开式传动齿轮，或低速、轻载、不受冲击或冲击较小的齿轮，宜选相对价廉的材料，如铸铁、碳钢等；对闭式传动齿轮，或中高速、中重载、承受一定甚至较大冲击的齿轮，则宜选用相对较好的材料，如优质碳钢或合金钢、并须进行表面强化处理；在齿轮副选材时，为使两者寿命相近并防止咬合现象，大、小齿轮宜选不同的材料，且两者硬度要求也应有所差异，通常小齿轮应选相好的材料、硬度要求较高一些。 常用材料 典型齿轮选材 1.机床齿轮 运行平稳无强烈冲击、载荷不大、转速中等，对表面耐磨性和心部韧性要求不太高。大多采用碳钢(40、45钢)制造，经正火或调质处理后再进行表面淬火＋低温回火，其齿面硬度可达50HRC，齿心硬度为220～250HBS，可满足性能要求；对部分性能要求较高的齿轮，也可选用中碳合金钢(40Cr、40MnB、40MnVB等)制造，其齿面硬度可提高到58HRC左右、心部强韧性也有所改善；极少数高速、高精度、重载齿轮，还可选用中碳氮化钢(如35CrMo、38CrMoAlA等)进行表面渗氮处理制造。 机床齿轮的简明加工工艺路线： 下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火＋低温回火→精磨 正火可使锻造组织均匀化、便于切削加工、可作为表面淬火前的预备组织、并保证齿心的强韧性。调质处理可使齿轮具有较高的综合力学性能，改善齿心的强韧性进而使齿轮能承受较大的弯曲载荷和冲击载荷。表面淬火可提高齿轮表面的硬度，耐磨性和疲劳性能。低温回火的作用主要是消除淬火应力。 2.汽车、拖拉机齿轮 工作条件恶劣，特别是主传动系统中的齿轮；受力较大，易过载，变速时受到频繁的强烈冲击；对材料的耐磨性、疲劳性能、心部强韧性的要求高，采用中碳钢表面淬火已难满足使用的需要；通常选用合金渗碳钢(20Cr、20MnVB、20CrMnTi、20CrMnMo)制造，经渗碳淬火＋低温回火处理后，齿面硬度可达58～62HRC，心部硬度30～45HRC。对飞机、坦克等特别重要齿轮，则可采用高淬透性渗碳钢（如18Cr2Ni4WA）来制造。 采用20CrMnTi制造汽车齿轮，简明工艺路线为： 下料→锻造→正火→切削加工→渗碳 →淬火＋低温回火→喷丸→磨削加工 渗碳淬火处理可使齿面具有高硬度、高耐磨性和高的疲劳性能，而心部保持良好的强韧性；喷丸作为进一步强化手段，可使齿面硬度提高1～3HRC，增加表层残余压应力，进而提高疲劳极限。 二、轴类零件选材 1．工作条件①交变弯曲载荷，扭转载荷或拉-压载荷；②相对运动表面(如轴颈、花键部位)发生摩擦；③因机器开-停、过载等，承受一定的冲击载荷； 2．主要失效①疲劳断裂为多数、冲击过载断裂为少数；②磨损 相对运动表面过度磨损；③过量变形 极少数情况下会发生因强度不足的过量塑性变形失效和刚度不足的过量弹性变形失效。 3．性能要求①高的疲劳极限；②综合力学性能好；③局部承受摩擦部分应具有较高的硬度和耐磨性。 常用材料-钢铁 1．锻钢 优质中碳或中碳合金调质钢是轴类材料的主体：35、40、45、50(45钢最常见)等碳钢具有较高的综合力学性能且价格低廉，故应用广泛；对受力不大或不重要的轴，为进一步降低成本，也可采用Q235、Q2