第十一章机械材料设计及选材
主讲人：胡树兵
机械产品的失效问题2Outline
机械设计与选材的关系1
选材原则
3选材的典型实例分析
4
工程材料学31.1机械产品的设计过程
服役条件分析
失效形式估计，确定失效抗力和性能指标
提出设计任务技术功能设计总体结构设计
零件形状尺寸设计
机构设计
材料设计
选材工艺过程设计
设计总图
第一节：机械设计与选材的关系
工程材料学
4
用GCr15制造量规的加工工艺路线
锻造→球化退火→机加工→粗磨→淬火→低温回火→精磨→时效
1.2设计与制造工艺的关系
改善和稳定量规内部组织
保证量规外形尺寸
工程材料学
第二节：机械产品的失效问题2.1失效的概念
1
?零件完全破坏不能继续工作
2
?能够完成工作，达不到预期作用
3
?零件严重破损，失去安全工作能力
定义：产品丧失其规定功能的现象称为失效
工程材料学
机械产品的失效问题
2.2零件失效的原因
设计阶段
①其工作条件估计错误，如对工作时的过载估计不足，散热、润滑、环境腐蚀气氛了解不足等，设计依据不合理；
②计算错误，但现在很少发生因计算错误造成的设计事故；
③结构外形设计不合理，往往容易忽视高应力处的应力集中，仅考虑结构而出现尖角、缺口、过小的圆角。
工程材料学
机械产品的失效问题
2.选材阶段
①选材不当，选择的材料不合理，即材料本身没有设计者有求于
的能力。问题出在材料上，但责任在设计者。
②材料本身的缺陷，如杂质元素过多、夹杂物过多或存在夹层、裂纹的宏观缺陷，即材料的质量问题。
3.加工：由于生产加工的工艺不良，也会造成各种缺陷。如铸、
锻、焊工艺不良产生的偏析、带状组织或过热、过烧现象等。
4. 装配与使用：零件安装时的配合过紧、过松、对中不良、固定
不紧等会造成零件的早期失效等。
5.意外事故：人为或非人为因素造成零件出现了不可承受的载荷
工程材料学
失效形式
过量变形失效
过量弹性变形过量塑性变形断裂失效韧性断裂应力腐蚀断裂
蠕变断裂疲劳断裂低应力断裂脆性断裂表面损伤失效
磨损接触疲劳腐蚀
2.3零件的失效形式与性能的关系
工程材料学
2.3.1 过量变形失效（畸变失效）?过量弹性变形失效：由于发生过大的弹性变形而造成的零件失效。
轴瓦材质为青铜轴的材料为2Cr13不锈钢
例如：
钢的线膨胀系数约为青铜一半
温度低时，会出现“抱轴现象”
工程材料学
、
?过量塑性变形失效：零件由于发生过大的塑性变形而不能继续工作的失效。
我变
再变
工程材料学
2.3.2断裂失效
1.韧性断裂：材料断裂之前发生明显的宏观塑性
变形的断裂。当韧性较好的材料所承受的载荷超过材料的强度极限，就会发生韧性断裂。
韧性断裂断口形貌
1.宏观特征：缩颈；杯锥状断口；
剪切断口
断口三要素：分为三个区域：纤维区，放射区，剪切唇
工程材料学
微观特征：大量的滑移；韧窝
底部：蛇形花样条纹
韧窝
有夹杂韧窝
工程材料学脆性断裂
?概念：脆性断裂是指断裂之前不发生或者发生很小的宏观可见的塑性变形的断裂。
?特点：断裂之前没有明显的征兆，裂纹长度一旦达到临界长度，即以声速扩展并发生断裂；工作应力且一般低于屈服强度。较危险
由于脆性断裂造成的失效
工程材料学
?脆性断裂宏观形貌：断裂前没有观察到明显的塑
性变形，如下图所示，断口一般与正应力垂，断口表面平齐，端口颜色较为光亮。
工程材料学
?脆性断裂微观断口形貌：解理花样和沿晶断口形态
河流花样
沿晶断口形貌
金属在正应力的作用下，因原子之间结合键的破坏而造成穿晶断裂称为解理断裂。河流花样是典型的解理断口，河流的流向与裂纹的扩展方向一致
裂纹沿着晶界扩展，断口呈现冰糖花样
工程材料学
疲劳断裂
断口形貌
宏观断口
微观断口
通常包括：疲劳源、疲劳裂纹扩展区、快速断裂区。
特征：贝纹线
可以看到：疲劳辉纹和放射线
工程材料学蠕变断裂
概念
?在高温下钢的强度较低，当受一定力的作用，变形量随时间而逐渐增大，成为蠕变。产生的断裂即蠕变断裂。
初始蠕变阶段稳态蠕变阶段加速蠕变阶段
工程材料学
影响断裂的因素和防止断裂的措施影响因素多而复杂，如屈服强度，塑性，断裂韧性，疲劳强度等。通常采用强度高、韧性好、疲劳强度高的材料；防止超载，注意环境的影响。
工程材料学
磨损失效的基本类型有：粘着磨损、磨料磨损、表面疲劳磨损、冲刷磨损、腐蚀磨损等五种基本类型。
1.粘着磨损
两个金属表面的微凸部分在局部高压下产生局部粘结(固相粘着)，使材料从一个表面转移到另一表面或撕下作为磨料留在两个表面之间，这一现象称为粘着磨损。
2.3.3磨损失效
2. 磨料磨损
配合表面之间在相对运动过程中，因外来硬颗粒或表面微突体的作用造成表面损伤的磨损称为磨粒(料)磨损。磨料磨损的主要特征是表面被犁削形成沟漕。
工程材料学
3. 表面疲劳磨损
两个接触面作滚动或滚动滑动复合磨擦时，在交变接触压应力作用下，使材料表面疲劳而产生材料损失的现象称为表面疲劳磨损。齿轮副、凸轮副、滚动轴承的滚动体与外座圈、轮箍与钢轨等都可能产生表面疲劳磨损。形成麻坑。
4. 冲刷磨损
由于含固态粒子的流体(常为液体)冲刷造成表面材料损失的磨损。
5. 腐蚀磨损
金属在摩擦过程中，同时与周围介质发生化学或电化学反应，产生表层金属的损失或迁移现象。化学反应会增强机械磨损作用。
工程材料学
失效案例1：中间轴疲劳断裂
故障现象?中间轴零件形状见图1，在做台架试验的过程中，累计运行18.9万次后发生断裂，其部位在螺纹与齿部台阶的根部。
?中间轴设计技术要求?1、材料：42CrMo
?2、热处理：调质，硬度255-285HB,花键部分感应淬火：53-55HRC
?3、台架试验，输入扭矩20000N.M ，要求寿命40
万次
工程材料学
案例1、中间轴疲劳断裂
?分析结论
?1造成疲劳断裂的主要原因是台阶处根部圆角半径太小，只有R1,
引起极
大的应力集中，实际应力远大于疲劳极限，造成裂纹源易形成，并形成多疲劳源。?2螺纹部分本身也相当于一个裂纹源，应力集中程度大，而且离台阶根部太近，只有2-3mm 。有两处疲劳裂纹从螺纹根部萌生。断口分析表明台阶根部和螺纹根部是两个薄弱环节，多疲劳源的形成和扩展主要是这两个部位应力集中程度太大。
?改进措施：改进设计，加大根部圆角，取消螺纹部分，避免过大应力集中
宏观断口形貌微观断口疲劳条带
工程材料学
失效案例2 螺旋弹簧断裂失效
?故障现象
?用户反馈螺旋弹簧在做台架疲劳实验时，四个弹簧试样分别运行约17-18万次后疲劳断裂，未达到设计预期寿命
是20万次。
制造要求：1）材料60Si2CrVA
2）热处理：淬火+中温回火，硬度45-53HRC
3）弹簧的其他制造和质量应满足《热卷圆柱螺旋弹簧技术条件》的相关规定
正常热处理组织：回火屈氏体
工程材料学
失效案例2 螺旋弹簧断裂失效
断口电镜形貌：疲劳裂纹扩展区弹簧表层有0.2mm 的脱碳层
分析结论：弹簧未达到预期寿命产生疲劳断裂的主要原因是弹簧热卷过程表层存在严重的脱碳层，降低了表层的疲劳极限，导致实际应力远超过了脱碳层的疲劳极限，易使裂纹萌发和扩展。
措施：弹簧热卷过程中应加以保护，避免脱碳
工程材料学
第三节：选材原则
选材原则
使用性原则
工艺性原则
经济及环境友好性原则
力学性能
物理性能化学性能
铸造性能
锻造性能焊接性能
切削加工性能
热处理性能材料的价格零件的总成本资源与环境
材料的环境友好与循环使用
工程材料学26
机械零件选材的一般程序
工程材料学齿轮的失效形式及性能要求
2
齿轮的工作条件
1
齿轮选材实例
4
4-1 齿轮选材
第四节：选材的典型实例分析工程材料学
齿轮的工作条件
（1）工作时的受力情况
1)由于传递扭矩，齿根承受较大的交变弯曲应力。2)齿面相互滑动和滚动，承受较大的接触应力，并发生强烈的磨檫。
3)由于换档、启动或啮合不良，齿部承受一定的
冲击。
工程材料学失效形式以及性能要求
工程材料学
齿轮工作性能要求
齿轮用材性能要求1)高的弯曲疲劳强度。
2)高的接触疲劳强度和耐磨性。3)齿轮心部要有足够的强度和韧性
工程材料学2.齿轮零件的选材
根据工作条件和性能要求，齿轮一般选用低、中碳钢或其合金
钢，下表给出了一般齿轮的选材情况。
工程材料学
工程材料学
齿轮选材典型实例
1.齿轮零件
齿轮要求的主要是高的弯曲疲劳强度以及高的接触疲劳强度
表面硬度高，疲劳强度高；而心部应该要有足够的韧性
2.选材
备选材料一：可以选取低中碳钢或者合金钢。原因：其经过表面强化处理可以达到要求。
工程材料学
?备选材料2：高分子材料。
?重量轻，摩擦系数小，减震性能强，噪音小，不需润滑。但是强度低不能受较大载荷
工程材料学
实例（1）机床齿轮
机床变速箱齿轮担负传递动力，改变运动速度和方向的任务。工作条件较好，转速中等，载荷不大，工作平稳无强烈冲击。一般可选中碳钢制造，如45钢；为了提高淬透性，也可选用中碳合金钢，如40Cr 、45MnB 、35CrMo 等。
工程材料学
?机床齿轮的加工路线
工艺路线为：
下料一锻造一正火一粗加工一调质一精加工一轮齿高频淬火及回火一精磨
工艺路线中热处理的作用
正火调质高频淬火回火
消除锻造应力，均匀组织，使同批坯料具有相同的硬度，便于切削加工，改善齿轮表面加工质量。得到回火索氏体，可使齿轮具有较高的综合力学性能，心部有足够的强度和韧性，并可减少齿轮的淬火变形。通过高频淬火，提高轮齿表面硬度，提高表面耐磨性，并使轮齿表面有残余压应力存在，从而提高了抗疲劳破坏的能力。消除淬火应力
工程材料学
实例2
：汽车齿轮
汽车齿轮受力较大，受冲击频繁，其耐磨性、疲劳强度、心部强度以及冲击韧性等，均要求比机床齿轮高。采用低碳钢进行渗碳处理来作重要齿轮。我国应用最多的是合金渗碳钢20Cr 或20CrMnTi
工程材料学
汽车齿轮加工路线
?下料一锻造一正火一切削加工一渗碳一淬火及低温回火一喷丸一磨削加工
热处理目的：
正火:可消除锻造应力，均匀组织，使同批坯料具有相同的硬度，便于切削加工，改善齿轮表面加工质量。
渗碳：渗碳后表面碳含量大大提高，保证淬火后得到高硬度，提高耐磨性和接触疲劳抗力。
淬火及低温回火：由于合金元素提高淬透性，淬火、回火后可使心部获得较高的强度和足够的冲击韧性。
喷丸处理增大表层压应力，有利于提高疲劳强度，并清除氧化皮。
学生分析：每道热处理得到的组织（表层与心部）是什么？
工程材料学工程材料学
4.2 轴类零件选材
一般轴的工作条件
1）传递一定的扭矩，承受一定的交变弯矩和拉、压载荷。2）轴颈承受较大的磨擦。3）承受一定的冲击载荷
工程材料学（2）主要失效形式
1）疲劳断裂。2）断裂失效。3）磨损失效。
（3）对轴用材料性能要求
1）良好的综合力学性能。2）高的疲劳强度。3）良好的耐磨性。
工程材料学
实例1：机床主轴选材
分析：该主轴受交变弯曲和扭转复合应力作用，但载荷和转速均不高，冲击载荷也不大，所以具有一般综合机械性能即可满足要求。但有摩擦部位要求有较高的硬度和耐磨性。
工程材料学
选材：车床主轴可选用45钢。热处理工艺为调质处理，有摩擦部位进行表面淬火。工艺路线：
锻造一正火一粗加工一调质一精加工一表面淬火及低温回火--磨削加工。
补充：
如果机床主轴的载荷较大，可用40Cr 钢制造。
当承受较大的冲击载荷和疲劳载荷时，则可采用合金渗碳钢制造，如20Cr 或20CrMnTi 等。
工程材料学
4.3弹簧选材
工作条件
1）弹簧在外力作用下，材料将承受弯曲应力或扭转应力。
2）承受交变应力和冲击载荷的作用。3）某些弹簧受到腐蚀介质和高温的作用。
主要失效形式
1）塑性变形2）疲劳断裂3）快速脆性断裂
工程材料学
2.弹簧零件的选材
（1）汽车板簧一般选用65Mn 、60Si2Mn 钢制造。重型载重汽车大截面板簧用55SiMnMoV 、55SiMnMoVNb 钢制造。工艺路线：
热轧钢带（板）冲裁下料→压力成形→淬火→中温回火→喷丸强化
热处理工艺：淬火温度为850-860℃（60Si2Mn 钢为870℃），采用油冷，组织为马氏体。回火温度为420-500℃，组织为回火屈氏体。σ0.2不低于1100MPa,硬度为42-47HRC,冲击韧度αK 为250-300kJ/m 2
工程材料学
?（2）火车螺旋弹簧可使用50CrMn 、55MnMo 等钢制造
工程材料学
工程材料学
4.4刀具选材
简单的手用刃具，如手锯锯条、锉刀、木工用刨刀、凿子等简单、低速的手用刃具红硬性和强韧性要求不高
主要的使用性能是高硬度、高耐磨性。因此可用碳素工具钢制造。如T8、T10、T12钢等。碳素工具钢价格较低, 但淬透性差。
低速切削、形状较复杂的刃具，如丝锥、板牙、拉刀等可用低合金刃具钢9SiCr 、CrWMn 制造。
因钢中加入了Cr 、W 、Mn 等元素, 使钢的淬透性和耐磨性大大提高, 耐热性和韧性也有所改善, 可在< 300 oC 的温度下使用。
高速切削用的刃具：1）用高速钢
(W18Cr4V 、W6Mo5Cr4V2等制造,2）硬质合金制造3）用陶瓷材料制造4)涂层刀具）
本章作业
习题集一、二、三
P331:3,4,5,6,7
工程材料学
机械设计常用资料大全》(Mechanical design common documents daqo)1.0 这么多的机械设计用资料，对你进行机械设计或者学习，有非常大的帮助，省去了你查找资料的时间。本资源对机械设计的资料进行了分类，极大地方便了你下载需要参考的资料，同时也会对你学习机械专业知识，有一个整体性的了解，可以帮助你应该加强哪部分内容的学习！ 供在校大学生或机械类工程技术人员使用。 一、手册类 机械设计课程设计手册(第三版) 机械设计手册(第五版)第1卷 机械设计手册(第五版)第2卷 机械设计手册(第五版)第3卷 机械设计手册(第五版)第4卷 机械设计手册(第五版)第5卷 机械设计手册.(新版).第1卷 机械设计手册.(新版).第2卷 机械设计手册.(新版).第3卷 机械设计手册.(新版).第4卷 机械设计手册.(新版).第5卷 机械设计手册.(新版).第6卷 [精密加工技术实用手册].精密加工技术实用手册 包装机械选用手册上-印刷实务 包装机械选用手册下-印刷实务 机电一体化专业必备知识与技能手册 机械工程师手册.第二版 机械加工工艺师手册 机械设计、制造常用数据及标准规范实用手册 机械制图手册(清晰版) 机械制造工艺设计简明手册 联轴器、离合器与制动器设计选用手册 实用机床设计手册 运输机械设计选用手册.上册 运输机械设计选用手册.下册 中国机械设计大典数据库 最新金属材料牌号、性能、用途及中外牌号对照速用速查实用手册 最新实用五金手册(修订本) 最新轴承手册 二、机构类 高等机构设计 机构参考手册 机构创新设计方法学 机构设计丛书.凸轮机构设计 机构设计实用构思图册-verygood
《机械工程材料应用》教案 项目一工程材料与机械制造过程 课题：材料的发展过程分类及发展趋势（4课时） 导入：教师以教材“问题”进行课程的始学教育，举出身边某制品或零件，说出是什么材料制造的，为何选用这种材料 教学目标：1.了解机械工程材料及其分类； 2. 了解机械工程材料的发展过程； 3. 了解机械制造过程； 4. 了解机械工程材料在机械制造过程中的地位和作用 前测：什么是机械工程材料你所知道的机械制造过程有哪些 教学过程： 【板书】一.材料的简要发展过程 材料是人类文明和技术进步的重要标志。 石器时代→青铜器时代→铁器时代→钢铁时代→新材料时代 1、司母戊大鼎发掘历史； 2、新型材料（航空航天材料）。 【讲解】在浩瀚的材料世界里，金属材料是一个最大的王国。最早，我们人类使用的金属材料主要是天然产品。（穿插讲解材料史话）经历了石器时代、青铜器时代和铁器时代的漫长历史过程后，在冶金技术的推动下，我们又从钢铁时代迈进了新材料时代。在人类文明历程中，金属材料对推动社会的发展，促进文明的进步，丰富文化的内容，改变人们的生活方式发挥了巨大作用。当今世界，金属材料已成为工农业生产、人民生活、科学技术和国防发展的重要物质基础。离开了金属材料的“钢筋铁骨”，桥梁将断，舰艇将毁，大厦将倾，工厂将停…… 二、了解机械工程材料的分类及发展过程 1 、定义机械工程材料主要指用于机械工程、电器工程、建筑工程、化工工程、航空航天工程等领域的材料。 2、分类（按化学成分分类） 金属材料 (综合性能好，用量最大、应用范围最广) 【设问】同学们在平时的生活中看到过哪些金属（纯金属） 【板书】1．金属：如铁、铜、铝、金、银等，共有90种。常温下为固体（除汞外）。 【设问】金属与非金属比较有哪些特性 【板书】2．金属特性： 具有金属光泽；（铁、铝等大多数金属为银白色，铜为紫红色，金为黄色）
西南科技大学城市学院 City College of Southwest University Of Science and Technology 《模具设计》课程设计说明书 2014～2015学年第2学期 设计题目：杯形件模具设计 指导教师：武燕 专业班级：汽车1204 姓名：周飞 学号：201240262 日期： 机电工程系制
目录 第1章零件分析 ----------------------------------------- 3 1.2 零件的加工工艺方案设计---------------------------- 4 1.3 冲孔工艺方案设计---------------------------------- 4 1.4 冲裁工艺力的计算---------------------------------- 4 第2章冲模零部件的选用、设计和计算---------------------- 5 2.1 计算凸、凹模的刃口尺寸---------------------------- 5 2.2初定各主要零件的外形尺寸： ------------------------ 5 2.3标准件的选用-------------------------------------- 6模具总装配图 -------------------------------------------- 7参考文献： ---------------------------------------------- 8
第1章 零件分析 拉深件冲孔； 材料：铝合金，t=0.5mm 1.1 工件工艺分析 该零件为带凸缘拉深台阶冲孔件，底部圆角R1mm ，满足底部圆角大于材料2倍厚度的要求，具有良好的结构工艺性。外形尺寸均为标注公差，普通拉深即可满足零件的精度要求。孔径形位公差01.0=?精度要求不高。 拉深工艺分析 计算毛坯直径 确定是否添加修编余量。根据工件的相对高度3.041/12/==d h 查表4-2取修编余量5.3=?r mm 。 毛坯直径: 222144.34rd H d d D -+=,其中391=d ,mm H 12=,mm d 422=,mm r 1=. 计算得到mm D 274.58=. 确定压边圈范围：t/D*100=0.85%.查表知需要用压边圈保证凸缘起皱。 1==d P R R 大于二倍厚度不用使用整形工具。 拉深次数计算
机械设计中的材料选择与应用在现代科技快速发展的背景下，机械制造产业对原材料的要求日益提高。选择的过程中，不仅要充分考虑机械材料的功能性、失效抗力等物理属性因素，同时还要对材料的环保性、经济性加以重视。 1机械设计中材料的选择与应用展望 在以科技为第一生产力、计算机信息技术飞速进步的背景下，其他学科逐渐被引入机械设计领域，如价值分析、数理统计学等。随机械设计领域材料选择应用研究的不断深入，现代人已经开发出一批具有规律性的材料选择应用方法。在现代机械设计的过程中，材料的选取普遍落实在设计方案确定后，也就是零部件结构明确以后。未来机械工程设计的材料选择将不断向设计初期和中期发展，实现材料选择应用与结构设计的有机结合。为实质性提高机械设计材料选择应用水平，应不断创新开发更加合理、科学的新方法和新工具，全面分析不同的材料选择方式，从中选取最符合实际需求的方案。 2机械设计中材料的具体选择和应用 1）结合机械构件失效抗力指标。构件失效抗力指的是构件材料在使用的过程中，抵抗磨损、变形以及碎裂断裂的能力，也是与材料承载水平密切相关的重要参量，交而言之就是达到防止过早失去应有效果的能力。受机械构件本身不同属性的影响，对材料相互配合以及材料性能要求具有较大差异。对机械材料进行失效抗力研究具有极为重要。一方面，应对材料相关力学性能进行合理测试，通过对数据参数的分析，获得机械材料理论抗力。另一方面，应对机械构件实际工作条件和应用特性实施模拟，获得更加真实的抗力信
息。例如，对大型机锻模、热挤压模、中小机锻模进行失效分析，明确各种模实际抗力要求，为材料选择奠定基础。2）荷载类型机械材料的选择。机械设备运行的过程中，时常出现非常规问题，例如加工出的零部件不符合标准，其主要原因是在材料选择的时不能充分结合材料的荷载能力，导致材料本身荷载能力较差。与此同时，机械材料的荷载能力也是导致机械设备在工作期间的突然性实效的主要因素。为避免以上问题的发生，在机械设计的过程中，设计人员应对材料相关荷载类型、能力进行准确分析[2-3]。3）功能性机械材料的选择。机械设计过程中，功能性材料的具体选择应用主要来源于不同部件的功能需求。依照材料本身的属性，实现对不同零部件的有效运用。例如，部分硬度、任性较强的材料，应用于对材料支撑力要求较高的零部件中；对外观要求较高的零部件，在对其进行原材料选择时应充分考虑材料的美观性。在机械设计材料选取的过程中，应对每一种零部件的实际功能加以充分明确，针对性选择与其功能性需求相对应的机械材料。4）合金钢与碳素钢的选择。碳素钢作为机械设计材料选择中最为常见的金属材料，适用范围广阔，并且具有生产成本低廉、加工程序简单的特点。然而，碳素钢在韧性、强度等方面相对较低，无法使用碳素钢加工大型零部件，适用范围虽然较大，但也也有一定局限性。合金钢的产生对上述问题形成极高的改善作用，材料开发人员在碳素钢生产加工的过程中，使用一定比例的合金元素，进而形成一种强度、韧性等属性大程度高于碳素钢的合金钢，在增强机械原材料淬透性的基础上，还提升了材料的耐磨性。机械设计人员在进行金属材料选择的过程中，应充分分析两种钢材的属性，做到金属材料的个性化选择。5）绿色环保材料的选择。在国家可持续发展、生态发展的背景下，社会各个领
机械工程师考试大纲，你看一下有没有含金量 Ⅰ.基本要求 1．熟练掌握工程制图标准和表示方法。掌握公差配合的选用和标注。 2．熟悉常用金属材料的性能、试验方法及其选用。掌握钢的热处理原理，熟悉常用金属材料的热处理方法及其选用。了解常用工程塑料、特种陶瓷、光纤和纳米材料的种类及应用。3．掌握机械产品设计的基本知识与技能，能熟练进行零、部件的设计。熟悉机械产品的设计程序和基本技术要素，能用电子计算机进行零件的辅助设计，熟悉实用设计方法，了解现代设计方法。 4．掌握制订工艺过程的基本知识与技能，能熟练制订典型零件的加工工艺过程，并能分析解决现场出现的一般工艺问题。熟悉铸造、压力加工、焊接、切（磨）削加工、特种加工、表面涂盖处理、装配等机械制造工艺的基本技术内容、方法和特点并掌握某些重点。熟悉工艺方案和工艺装备的设计知识。了解生产线设计和车间平面布置原则和知识。 5．熟悉与职业相关的安全法规、道德规范和法律知识。熟悉经济和管理的基础知识。了解管理创新的理念及应用。 6．熟悉质量管理和质量保证体系，掌握过程控制的基本工具与方法，了解有关质量检测技术。7．熟悉计算机应用的基本知识。熟悉计算机数控（CNC）系统的构成、作用和控制程序的编制。了解计算机仿真的基本概念和常用计算机软件的特点及应用。 8．了解机械制造自动化的有关知识。 Ⅱ.考试内容 一、工程制图与公差配合 1．工程制图的一般规定 （1）图框 （2）图线 （3）比例 （4）标题栏 （5）视图表示方法 （6）图面的布置 （7）剖面符号与画法 2．零、部件（系统）图样的规定画法 （1）机械系统零、部件图样的规定画法（螺纹及螺纹紧固件的画法齿轮、齿条、蜗杆、蜗轮及链轮的画法花键的画法及其尺寸标注弹簧的画法） （2）机械、液压、气动系统图的示意画法（机械零、部件的简化画法和符号管路、接口和接头简化画法及符号常用液压元件简化画法及符号） 3．原理图 （1）机械系统原理图的画法 （2）液压系统原理图的画法 （3）气动系统原理图的画法 4．示意图 5．尺寸、公差、配合与形位公差标注 （1）尺寸标注 （2）公差与配合标注（基本概念公差与配合的标注方法） （3）形位公差标注 6．表面质量描述和标注 （1）表面粗糙度的评定参数
《机械设计基础》知识要点 绪论；基本概念：机构，机器，构件，零件，机械 第1章：1）运动副的概念及分类 2）机构自由度的概念 3）机构具有确定运动的条件 4）机构自由度的计算 第2章：1）铰链四杆机构三种基本形式及判断方法。 2）四杆机构极限位置的作图方法 3）掌握了解：极限位置、死点位置、压力角、传动角、急回特性、极位夹角。 4）按给定行程速比系数设计四杆机构。 第3章：1）凸轮机构的基本系数。 2）等速运动的位移，速度，加速度公式及线图。 3）凸轮机构的压力角概念及作图。 第4章：1）齿轮的分类（按齿向、按轴线位置）。 2）渐开线的性质。 3）基本概念：节点、节圆、模数、压力角、分度圆，根切、最少齿数、节圆和分度圆的区别。 4）直齿轮、斜齿轮基本尺寸的计算；直齿轮齿廓各点压力角的计算；m = p /π的推导过程。 5）直齿轮、斜齿轮、圆锥齿轮的正确啮合条件。 第5章：1）基本概念：中心轮、行星轮、转臂、转化轮系。 2）定轴轮系、周转轮系、混合轮系的传动比计算。 第9章：1）掌握：失效、计算载荷、对称循环变应力、脉动循环变应力、许用应力、安全系数、疲劳极限。 了解：常用材料的牌号和名称。 第10章: 1）螺纹参数d、d1、d2、P、S、ψ、α、β及相互关系。 2）掌握：螺旋副受力模型及力矩公式、自锁、摩擦角、当量摩擦角、螺纹下行自锁条件、常用螺纹类型、螺纹联接类型、普通螺纹、细牙螺纹。 3）螺纹联接的强度计算。 第11章: 1）基本概念：轮齿的主要失效形式、齿轮常用热处理方法。 2）直齿圆柱齿轮接触强度、弯曲强度的计算。 3）直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、圆锥齿轮的作用力（大小和方向）计算及受力分析。 第12章: 1）蜗杆传动基本参数：m a1、m t2、γ、β、q、P a、d1、d2、V S及蜗杆传动的正确啮合条件。 2）蜗杆传动受力分析。 第13章: 1）掌握：带传动的类型、传动原理及带传动基本参数：d1、d2、L d、a、α1、α2、F1、F2、F0 2）带传动的受力分析及应力分析：F1、F2、F0、σ1、σ2、σC、σb及影响因素。 3）弹性滑动与打滑的区别。 4）了解：带传动的设计计算。 第14章: 1）轴的分类（按载荷性质分）。 2）掌握轴的强度计算：按扭转强度计算，按弯扭合成强度计算。 第15章: 1）摩擦的三种状态：干摩擦、边界摩擦、液体摩擦。 第16章: 1）常用滚动轴承的型号。 2）向心角接触轴承的内部轴向力计算，总轴向力的计算。 滚动轴承当量动载荷的计算。滚动轴承的寿命计算。 第17章: 1）联轴器与离合器的区别 第一章平面机构的自由度和速度分析 1、自由度：构件相对于参考系的独立运动称为自由度。 2、运动副：两构件直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副。构件组成运动副后，其运动受到约束，自由度减少。
一、毕业设计（论文）依据及研究意义： 随着机器人技术在外星探索、野外考察、军事、安全等全新的领域得到日益广泛的采用，机器人技术由室内走向室外，由固定、人工的环境走向移动、非人工的环境。移动机器人已经成为机器人研究领域的一个重要分支。在军事、危险操作和服务业等许多场合得到应用，需要机器人以无线方式实时接受控制命令，以期望的速度、方向和轨迹灵活自如地移动。其中轮式机器人由于具有机构简单、活动灵活等特点尤为受到青睐。按照移动特性又可将移动机器人分为非全方位和全方位两种。而轮式移动机构的类型也很多，对于一般的轮式移动机构，都不能进行任意的定位和定向，而全方位移动机构则可以利用车轮所具有的定位和定向功能，实现可在二维平面上从当前位置向任意方向运动而不需要车体改变姿态，在某些场合有明显的优越性；如在较狭窄或拥挤的场所工作时，全方位移动机构因其回转半径为零而可以灵活自由地穿行。另外，在许多需要精确定位和高精度轨迹跟踪的时候，全方位移动机构可以对自己的位置进行细微的调整。由于全方位轮移动机构具有一般轮式移动机构无法取代的独特特性，对于研究移动机器人的自由行走具有重要意义，成为机器人移动机构的发展趋势。基于以上所述，本文从普遍应用出发，设计一种带有机械手臂的全方位运动机器人平台，该平台能够沿任何方向运动，运动灵活，机械手臂使之能够执行预定的操作。本文是机器人设计的基本环节，能够为后续关于机器人的研究提供有价值的平台参考和有用的思路。 二、国内外研究概况及发展趋势 2.1 国外全方位移动机器人的研究现状 国外很多研究机构开展了全方位移动机器人的研制工作，在车轮设计制造，机器人上轮子的配置方案，以及机器人的运动学分析等方面，进行了广泛的研究，形成了许多具有不同特色的移动机器人产品。这方面日本、美国和德国处于领先地位。八十年代初期，美国在DARPA的支持下，卡内基·梅隆大学（Carnegie Mellon university,CUM）、斯坦福（Stanford）和麻省理工（Massachusetts Institute of Technology,MIT）等院校开展了自主移动车辆的研究，NASA下属的Jet Propulsion Laboratery(JPL)也开展了这方面的研究。CMU机器人研究所研制的Navlab-1和Navlab-5系列机器人代表了室外移动机器人的发展方向。德国联邦国防大学和奔驰公司于二十世纪九十年代研制成VaMoRs-P移动机器人。其车体采用奔驰500轿车。传感器系统包括：4个小型彩色CCD摄像机，构成两 组主动式双目视觉系统；3个惯性线性加速度计和角度变化传感器。SONY公司1999年推
机械工程材料基本知识 1.1 金属材料的力学性能 任何机械零件或工具，在使用过程中，往往要受到各种形式外力的作用。如起重机上的钢索，受到悬吊物拉力的作用；柴油机上的连杆，在传递动力时，不仅受到拉力的作用，而且还受到冲击力的作用；轴类零件要受到弯矩、扭力的作用等等。这就要求金属材料必须具有一种承受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力。这种能力就是材料的力学性能。金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在外力作用下表现出力学性能的指标。 1.1.1强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。强度指标一般用单位面积所承受的载荷即力表示，符号为c,单位为MPa 工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。屈服强度是指金属材料在外力作用下，产生屈服现象时的应力，或开始出现塑性变形时的最低应力值，用③ 表示。抗拉强度是指金属材料在拉力的作用下，被拉断前所能承受的最大应力值，用c表示。 对于大多数机械零件，工作时不允许产生塑性变形，所以屈服强度是零件强度设计的依据；对于因断裂而失效的零件，而用抗拉强度作为其强度设计的依据。 1.1.2塑性 塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。 工程中常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率，用符号S表示。断面收缩率指试样拉断后，断面缩小的面积与原来截面积之比，用表示。 伸长率和断面收缩率越大，其塑性越好；反之，塑性越差。良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件，也是保证机械零件工作安全，不发生突然脆断的必要条件。 1.1.3 硬度 硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力。硬度的测试方法很多，生产
机械工程材料及应用教案王纪安1-2
《机械工程材料应用》教案 项目一工程材料与机械制造过程 课题：材料的发展过程分类及发展趋势（4课时） 导入：教师以教材“问题”进行课程的始学教育，举出身边某制品或零件，说出是什么材料制造的，为何选用这种材料？ 教学目标：1.了解机械工程材料及其分类； 2. 了解机械工程材料的发展过程； 3. 了解机械制造过程； 4. 了解机械工程材料在机械制造过程中的地位和作用 前测：什么是机械工程材料？你所知道的机械制造过程有哪些？ 教学过程： 【板书】一.材料的简要发展过程 材料是人类文明和技术进步的重要标志。 石器时代→青铜器时代→铁器时代→钢铁时代→新材料时代 1、司母戊大鼎发掘历史； 2、新型材料（航空航天材料）。 【讲解】在浩瀚的材料世界里，金属材料是一个最大的王国。最早，我们人类使用的金属材料主要是天然产品。（穿插讲解材料史话）经历了石器时代、青铜器时代和铁器时代的漫长历史过程后，在冶金技术的推动下，我们又从钢铁时代迈进了新材料时代。在人类文明历程中，金属材料对推动社会的发展，促进文明的进步，丰富文化的内容，改变人们的生活方式发挥了巨大作用。当今世界，金属材料已成为工农业生产、人民生活、科学技术和国防发展的重要物质基础。离开了金属材料的“钢筋铁骨”，桥梁将断，舰艇将毁，大厦将倾，工厂将停…… 二、了解机械工程材料的分类及发展过程 1 、定义机械工程材料主要指用于机械工程、电器工程、建筑工程、化工工程、航空航天工程等领域的材料。 2、分类（按化学成分分类） 金属材料 (综合性能好，用量最大、应用范围最广) 【设问】同学们在平时的生活中看到过哪些金属（纯金属）？ 【板书】1．金属：如铁、铜、铝、金、银等，共有90种。常温下为固体（除汞外）。 【设问】金属与非金属比较有哪些特性？ 【板书】2．金属特性： 具有金属光泽；（铁、铝等大多数金属为银白色，铜为紫红色，金为黄色） 有良好的导电性和导热性；（铜、铝是优良的导电体） 有一定的强度和塑性。
机械原理课程设计说明书设计题目： 学院： 班级： 组名： 组员： 指导老师： 2016年月
目录 一、机构简介 (2) 二、执行机构的选择与比较 (3) 1、方案设计提示 (3) 2、设计任务 (4) 3、机构设计方案的设计 (5) 三、方案筛选与总结 (13) 四、机构运动分析 (14) 1. 送料装置： (14) 2. 剪断机构 (15) 五、执行机构的选择与比较 (17) 六、对结果的分析与体会（每个人不同） (18) 七、参考文献 (18)
一、机构简介 剪板机（英文名 称：plate shears； guillotine shear）是用 一个刀片相对另一刀 片作往复直线运动剪 切板材的机器。是借 于运动的上刀片和固定的下刀片，采用合理的刀片间隙，对各种厚度的金属板材施加剪切力，使板材按所需要的尺寸断裂分离。剪板机属于锻压机械中的一种，主要作用就是金属加工行业。产品广泛适用于航空、轻工、冶金、化工、建筑、船舶、汽车、电力、电器、装潢等行业提供所需的专用机械和成套设备。 工作原理剪板机剪切后应能保证被剪板料剪切面的直线度和平行度要求，并尽量减少板材扭曲，以获得高质量的工件。剪板机的上刀片固定在刀架上，下刀片固定在工作台上。工作台上安装有托料球，以便于板料的在上面滑动时不被划伤。后挡料用于板料定位，位置由电机进行调节。压料缸用于压紧板料，以防止板料在剪切时移动。护栏是安全装置，以防止发生工伤事故。回程一般靠氮气，速度快，冲击小。 3、原始数据及设计要求
(1) 原材料为成卷的板料。每次输送铁板长度为L＝1900或2000或2200 mm(设计时任选一种)。 (2) 每次输送铁板到达规定长度后，铁板稍停，以待剪板机构将其剪断。剪断工艺所需时间约为铁板输送周期的十五分之一。建议铁板停歇时间不超过剪断工艺时间的倍，以保证有较高的生产率。 (3) 输送机构运转应平稳，振动和冲击应尽量小(即要求输送机构从动件的加速度曲线连续无突变)。 二、执行机构的选择与比较 1、方案设计提示 将铁板作间歇送进的机构方案设计，可从下述两个方面考虑机构的选择： (1) 如何夹持和输送铁板，并使停歇时保持铁板的待剪位置； (2) 如何实现间歇送进，并能使铁板停歇时运送铁板的构件的速度和加速度曲线仍然连续，这样，送进机构的运转就比较平稳。 大致有几条途径： (1) 利用机构中运动构件暂时脱离运动链，使后续构件实现停歇； (2) 利用构件上一点在圆弧段或直线段上运动，使与之相连的构
浅析轻工业机械设计中材料的选择和应用 发表时间：2017-05-26T09:30:48.923Z 来源：《基层建设》2017年4期作者：潘小谁 [导读] 做好机械设计工作对于机械设备企业来说具有十分重要的意义。 广东省广州市广州机械设计研究所广东广州 510600 摘要：机械设计需要合理地选择材料，不仅要考虑到材料的适用性和经济性，还要保证材料能够满足环保的要求。随着机械设备需求量的不断增加以及机械设备使用概率的不断提升，使得人们对机械设备质量和功能的要求也越来越高，因此做好机械设计工作对于机械设备企业来说具有十分重要的意义。 关键词：轻工业机械设计；材料；选择应用 引言 在工程项目的运作过程中，轻工业机械设备长期处于一个密闭的工作环境中，因此，轻工业机械极容易被腐蚀，从而影响到轻工业设备的多种性能，减少设备的使用寿命。在轻工业设备的设计中，如何选择合适的材料，降低设备的腐蚀程度，延长设备的使用寿命，已经成为人们关注的关键问题。 1轻工业机械设计中材料的选择 1.1选择载荷类型的材料 机械设计过程中，机械材料的外载荷性能常常容易导致机械设计的部分元件失效，而机械的零部件所具备的性能却能有效地防止这种零件的失效。由于失效零部件性能与材料的外载荷性能之间的矛盾，进而要求在机械材料的选择上，要以材料的载荷性能的大小作为机械选材的标准。在选材上可以将材料的载荷性能归结为两个方面：一是当零部件在外载荷力的作用下出现扭转时，其中应力大多集中在材料表层，这就表明，材料表面的性能直接决定着零部件间的控制效果。所以在机械设计材料选择上，如果机械材料需要承受载荷力，就可以选择低碳钢渗碳或者是中碳钢调质的方式对材料进行加工，通过此种材料的选择和加工方式能够确保产品的质量。二是对一些能够承受压缩或者是拉伸作用的材料，由于外载荷力作用到零件的横截面，使横截面的应力比较均衡，所以这就需要在机械材料的设计中，选择一些性能分布均匀的材料，保障在机械设计的加工、生产等环节中能够对材料进行高效的作业。 1.2碳素钢与合金钢型 在轻工业设备中，要求机械零部件要具备一定程度的韧性以及强度，这样才能满足机械运行中的各种机械性能、化学性能以及物理性能的要求。要做好材料选择工作，就必须对材料的韧性以及强度做出充分的考虑。同时，还要考虑材料在加工过程中的可操作性和安全性。 在当轻工业机械设计材料市场中，碳素钢已经成为广泛应用的材料，它不仅成本低，同时具有较好的加工性能和操作性能。但是，碳素钢本身也存在一定的缺陷，这种材料的强度以及韧性比较低，最重要的是中等以上的材料无法顺利的进行热处理加工淬透作业，这些缺陷使影响了碳素钢在轻工业机械设计中的使用。为了提高碳素钢的强度以及韧性，可以在碳素钢中加入一定比例的合金元素，这时就可以形成一种新的材料，即合金钢。与碳素钢相比，合金钢的韧性以及强度得到很大的提升，除此之外，合金钢还有很多碳素钢所没有的优势，比如耐高温、耐磨损、耐腐蚀等。虽然如此，一般情况下碳素钢还是首先选择的材料，只有在零件的横截面积较大、需要对材料进行淬透及材料外载荷应力较大的情况下才可以使用合金钢。 1.3可回收和循环利用型 在机械制造领域内，金属材料的种类非常多，钢材就有100多种。然而在机械设计中，由于不同种类的材料都堆放在了一起，很难对材料进行分类，进而加大了回收利用的难度。因此机械设计的材料选择过程中，为了便于循环利用，可以选择一些单一的合金系制作零部件，因为合金系的构成元件比较少，对环境的压力也较小，所以能有效提高对合金的回收和循环利用效率。 2 材料的运用 2.1材料运用的经济性与实用性相统一 材料运用的经济性与实用性统一是机械设计中必须首先要考虑的问题。在材料运用的过程中应当注意两个方面的内容：一是在机械设计中材料的运用应以零部件的加工工艺为标准。机械加工中不同的加工技术，如切削工艺、铸造工艺、焊机工艺以及热处理工艺等技术对于材料的运用要求是不同的。切削工艺要求材料的应用应当符合切削作业的可操作性特征；铸造工艺要求材料的应用应当向高吸气、高收缩、高流动方向转变；焊接工艺要求材料的应用必须要体现出冷墩性和冲压性的特点；而热处理工艺则要求材料的应用应当符合氧化脱碳性、敏感性、淬透性等特征。二是强调材料应用中的经济性。机械设计过程中，在保障各零部件材料都能够符合各种加工工艺要求的前提下，应当合理地对机械材料的加工成本进行控制，然而为了实现材料应用的经济性，可以根据机械设计企业的自身发展水平，最大限度地对加工工艺和零部件的生产方式进行合理的控制。 2.2 参照零件的制作工艺 在进行机械生产或是加工生产的时候，许多的加工技术对于材料的要求是不一样的。就比如说铸造工业就要求机械设计的材料要具备高流动、高收缩、高吸气的特点；焊接工艺却是需要考虑冲压和冷镦的特性是否良好；热处理工艺要在温度过高的时候，材料具备敏感性，在进行氧化的时候会脱碳；切削工艺又需要材料能够便于切削。在机械设计中，运用材料要参考机械材料零件的制作工艺。零件是组成机械最基本的载体，在进行零件选择的时候，一定要保障其在工作的环境下也能正常保持工作能力，也要考虑到零件的成本不能过高。工作能力是说零件要保持其持久的工作效力，也被称之为承受能力。零件不管在什么条件之下，一旦失去了工作能力就是失效。零件在进行设计的时候不仅要考虑到零件要具备足够的工作能力，还要在选择材料的时候尽量降低成本。零件也要保障制作工艺，尽量减少经济支出，零件的类型尽量能通俗化、标准化，将设计程序尽量简单化来降低生产成本。 2.3对轻工业机械设备要进行防腐的保护 在防腐的时候，首先要从工艺上进行一些有助于防腐的设计。有时候机械设备的形状非常复杂，这就会导致一些如积尘一般明显的缺陷。平时看不出来，但很快这些地方就会被优先腐蚀。因此，为了避免这种现象，在进行轻工业设备的组合设计的时候，就要考虑到以下几个问题：设备的结构尽量简单化，将一切零件都尽量运用一种材质的金属，零件组合的时候也尽量不要留下缝隙。设备的表面要涂抹质量较好的防锈漆，这也是比较关键的一环，好的防锈漆可以起到隔离空气和水汽的效果。在这里，还要注意设备的结构有时也会对防锈漆
机械工程学院课程教案 课程名称金属材料与热处理课程编码教材《工程材料与热加工》大连理工大学出版社 第7 章低合金钢与合金钢学时 2 教学目的： 1 掌握钢的分类与牌号、性能特点及应用 2掌握常用非合金钢的种类、牌号、性能特点及应用； 3 能够识别我非国合金工具钢及常用特殊性能钢的牌号 教学重点： 1. 钢的分类及钢铁合金的分类与牌号、性能特点及应用； 2.非合金钢的种类、牌号、性能特点及应用； 3. 掌握铸造碳钢种类、牌号、性能特点及应用； 教学难点： 1. 钢的分类及钢铁合金的分类与牌号、性能特点及应用； 2.非合金钢的种类、牌号、性能特点及应用； 3. 掌握铸造碳钢种类、牌号、性能特点及应用； 授课形式：讲练结合，传授法
教学内容 第五章钢铁材料 5.1.1 钢的分类及合金牌号统一数字代号体系 5.1.2 钢铁及合金牌号统一数字代号体系 5.2 非合金钢 5.2.1 常存杂质元素的影响及非合金钢的分类 1.常存杂质元素的影响 2.非合金钢的分类 提问或作业
机械工程学院课程教案 课程名称金属材料与热处理课程编码教材《工程材料与热加工》大连理工大学出版社 第 5 章第3、4 节学时 2 教学目的： 1.掌握低合金钢的化学成分、性能与热处理牌号及用途 2.掌握合金钢化学成分、性能与热处理牌号及用途 3.掌握合金工具钢和高速工具钢的化学成分、性能与热处理牌号及用途 教学重点： 1.低合金钢、合金钢、工具钢和高速工具钢的化学成分 2.低合金钢、合金钢、工具钢和高速工具钢性能与热处理牌号及用途 教学难点： 低合金钢、合金钢、工具钢和高速工具钢的牌号及工艺曲线图 授课形式： 讲练结合，传授法
浅谈机械设计中的材料选用 发表时间：2018-08-06T14:08:12.300Z 来源：《基层建设》2018年第18期作者：宋付志 [导读] 摘要：在机械设计中，材料的选用是基础，能否选择合理的材料至关重要，直接关系着机械设计的成败。 佛山市科皓燃烧设备制造有限公司广东佛山 528200 摘要：在机械设计中，材料的选用是基础，能否选择合理的材料至关重要，直接关系着机械设计的成败。由于机械设备直接关系着生产效率和经济效益，选择性能优异的材料，确保机械设备的良好运转，具有重要的意义。本文对机械设计中的材料选用进行了论述和分析。 关键词：机械设计；材料；选用 在机械设计中，选用正确的材料至关重要。选择合理的材料直接关系着机械产品的性能，也会影响到产品的使用寿命。在历史上，如果研发出了一种新的材料，也就意味着开辟了一个全新的时代。我国从20世纪起，经过几十年的发展，相继出现了很多的新型材料，比如说，碳纤维复合材料、钦合金等，这些材料的出现大大促进了工业发展，尤其是对机械制造业而言，发生了革命性的改变。 1机械设计中常用的材料 1.1金属材料 在机械设计中会涉及到诸多种类的材料，其中，应用最多的材料就是金属材料。对于金属材料来说，钢、铁是比较常用的材料，之所以应用这样的材料，主要是钢、铁具有较强的强度，韧性也比较大，在价格方面也相对低廉，获得这样的材料也比较容易。此外，在这样的材料中，加入其他的金属材料可以制作成合金材料，在各中机械零件中会应用合金材料，而金属材料则是合金材料的基础。 1.2高分子材料 由于我国科学技术的不断进步，在生产与生活中，随处可见高分子材料的身影，而且，对于高分子材料来说，具有自身独特的优势，在机械设计中，受到了人们的高度重视，所占比例也逐渐增多。在高分子材料中，塑料、合成纤维等得到了广泛应用，因为这些材料的来源比较广泛，而且，延展性也比较好，因为诸多优点，在制作的过程中，也不需要消耗过多的能源，因此，应用范围越来越广。不过，近些年来，随着环保意识的增强，人们逐渐意识到了塑料制品会产生大量的“白色污染”，不利于环境保护，如今，人们也在积极研究具有环保性的高分子材料。 1.3复合材料 对于复合材料来说，主要指的是包含两种或两种以上材料，利用物理方法以及化学方法合成的材料。通常情况下，复合材料会体现出合成材料的特征，所以，如果机械设计的要求比较复杂，优选材料为复合材料。对于复合材料而言，可以划分为两类，一是金属材料；二是非金属材料，常用的复合材料主要有合金、树脂等。 1.4陶瓷材料 对于陶瓷材料来说，主要成分为硅，陶瓷材料的优势很多，比如：密度比小，具有良好的耐腐蚀能力。如果在机械设计中在密封性方面具有严格要求的情况下，陶瓷材料是首选的材料。不过，陶瓷材料存在诸多的缺点，不仅花费较高的造价，还容易破碎，所以，在应用范围方面具有一定的局限性。 2机械设计中材料选用的原则 2.1考虑材料的经济性和适用性 对于经济性和适用性来说，主要在选材方面要做到要量体裁衣，参照机械产品的实际要求、具体的用途，还有在机械制造的过程中所涉及的铸造技术、装配技术以及焊接技术等作业的相关要求，尽量选择满足实际要求，且经济实惠的材料。在金属材料中，价格低廉的材料为钢铁材料，因此，在实际选材的时候，如果满足了相关要求，应该尽量选用钢铁材料。只有这样，才能在确保产品质量的基础上，实现经济效益的最大化。 2.2注重节能和环保因素 在二十一世纪，节能与环保当今社会乃至全球关注的内容，我党也明确提出“绿色发展”的理念，提倡“人与自然和谐相处”。在机械设计中，对材料进行选择的过程中，这就要充分体现节能和环保的理念。尽可能选用可再生、环境友好，且易回收的材料。比如说，在选用塑料的时候，应该尽量不选择不可降解的塑料，如果条件允许，应该优先考虑可降解的塑料。不仅如此，还应该有效减少金属材料的应用，保护这些不可再生资源，尽量用可再生资源来代替不可再生资源。 3机械设计中材料选用的注意事项 3.1材料的荷载能力应满足实际要求 对于材料性能来说，材料的荷载能力至关重要，也是机械设计的基础要求。一旦荷载能力未能达到相关要求，在加工材料的过程中，很容易出现断裂、失效等现象。就算顺利完成了加工，在日后使用的过程中，也会发生诸多的故障，严重影响了机械设备的使用年限。之所以在机械加工的过程中发生材料失效的问题，主要是因为在机械设计的时候，未能选择适合的材料，材料的负荷能力不能满足实际需求，超出了材料的承受能力，所以，实际选择材料的时候，一定要准确分析材料的负荷性能，保证材料的性能达到机械加工的实际要求。参照荷载能力进行机械设计时，应该在荷载能力方面保留相应余量，计算安全系数时，应该以使用场地为基础。如果场合十分重要，那么，对安全的要求也就越高，安全系数也就越大。如果不能明确材料的荷载能力，应该通过实验的方法，准确测试荷载能力。 3.2尽量不选用有毒有害的材料 在机械加工中，选用材料常常含有有毒有害的元素，除了威胁着人们的身体健康，也会直接影响生态环境，在机械设计与加工之前，要对材料进行全面的检测，如果含有很多有害成分，应该不适应这样的材料，如果使用了有毒有害的材料，那么，必须要做好充足的准备工作，在实际工作中，尽量不与人接触，以免造成人身伤害。有的材料比较特殊，会污染周围的环境，甚至危害到人们的身体健康，例如：铅、镍、汞等材料，一些塑料也会带来不利影响，对于这样的材料，都会给环境带来不利影响。因此，进行机械设计的时候，应该尽量不用或这样的材料。若无法避免，则要做好保护措施，不能让这些有害物质影响到人们的生活环境。 3.3尽可能选择回收容易或可再生的材料 如今，机械产品的组成主要为金属材料，以钢铁材料为首，金属资源是不可再生的，其蕴藏量是有限的。对金属资源的回收及再利用
GB中常用标准 螺栓和螺柱 六角头螺栓 GB/T27-1988六角头铰制孔用螺栓A级 GB/T27-1988六角头铰制孔用螺栓B级 GB/T31.1-1988六角头螺杆带孔螺栓-A级和B级GB/T31.2-1988A型六角头螺杆带孔螺栓-细杆-B级GB/T31.2-1988B型六角头螺杆带孔螺栓-细杆-B级GB/T5780-2000六角头螺栓C级 GB/T5781-2000六角头螺栓-全螺纹-C级 GB/T5782-2000六角头螺栓 GB/T5783-2000六角头螺栓-全螺纹 GB/T5784-1986六角头螺栓-细杆-B级 GB/T5785-2000 六角头螺栓-细牙 GB/T5786-2000 型六角头螺栓-细牙-全螺纹 GB/T5787-1986 六角头法兰面螺栓 其它螺栓 GB/T8-1988 方头螺栓C级 GB/T 10-1988 沉头方颈螺栓 GB/T 11-1988 沉头带榫螺栓 GB/T 37-1988 T形槽用螺栓 GB/T 798-1988 活节螺栓 GB/T 799-1988 地脚螺栓 GB/T 800-1988 沉头双榫螺栓 GB/T 794-1993 加强半圆头方颈螺栓A型 GB/T 794-1993 加强半圆头方颈螺栓B型 双头螺柱 GB/T897-1988 双头螺柱B型 GB/T 898-1988 双头螺柱B型 GB/T 899-1988 双头螺柱B型 GB/T 900-1988 双头螺柱B型 GB/T 901-1988 等长双头螺柱-B级 GB/T 953-1988 等长双头螺柱-C级
螺母 六角螺母 1型六角螺母C级(GB41-86) GB56-1988六角厚螺母 GB808-1988小六角特扁细牙螺母 GB/T6170-2000（1型六角螺母） GB/T6171-2000（1型六角螺母-细牙） GB/T6172.1-2000六角薄螺母 GB/T6173-2000六角薄螺母-细牙 GB/T6174-2000六角薄螺母-无倒角 GB/T6175-2000(2型六角螺母) GB/T6176-2000(2型六角螺母-细牙) GB/T6177.1-2000六角法兰面螺母 GB/T6177.2-2000六角法兰面螺母细牙 六角锁紧螺母 GB/T6184-2000(1型全金属六角锁紧螺母) GB/T6185.1-2000(2型全金属六角锁紧螺母) GB/T6185.2-2000(2型全金属六角锁紧螺母-细牙) GB/T6186-2000(2型全金属六角锁紧螺母-9级) 六角开槽螺母 GB6179-1986(1型六角开槽螺母-C级) GB6180-1986(2型六角开槽螺母-A级和B级) GB6181-1986六角开槽薄螺母-A和B级 GB9457-1988(1型六角开槽螺母) GB9458-1988(2型六角开槽螺母-细牙-A级和B级) GB9459-1988六角开槽薄螺母 GB6178-1986(1型六角开槽螺母-A和B级) 圆螺母 GB810-1988小圆螺母 GB817-1988带槽圆螺母 GB812-1988圆螺母 滚花高螺母
1、45——优质碳素结构钢，是最常用中碳调质钢。 主要特征: 最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。 应用举例: 主要用于制造强度高的运动件，如透平机叶轮、压缩机活塞。轴、齿轮、齿条、蜗杆等。焊接件注意焊前预热，焊后消除应力退火。 2、Q235A（A3钢）——最常用的碳素结构钢。 主要特征: 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度、好的冷弯性能。 应用举例: 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。 3、40Cr——使用最广泛的钢种之一，属合金结构钢。 主要特征: 经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性，淬透性良好，油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯塑性中等，回火或调质后切削加工性好，但焊接性不好，易产生裂纹，焊前应预热到100～150℃，一般在调质状态下使用，还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。 应用举例:调质处理后用于制造中速、中载的零件，如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等，调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件，如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等，经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等，碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件，如轴、齿轮等。 4、HT150——灰铸铁 应用举例:齿轮箱体，机床床身，箱体，液压缸，泵体，阀体，飞轮，气缸盖，带轮，轴承盖等 5、35——各种标准件、紧固件的常用材料 主要特征: 强度适当，塑性较好，冷塑性高，焊接性尚可。冷态下可局部镦粗和拉丝。淬透性低，正火或调质后使用 应用举例: 适于制造小截面零件，可承受较大载荷的零件：如曲轴、杠杆、连杆、钩环等，各种标准件、紧固件 6、65Mn——常用的弹簧钢 应用举例:小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条，也可制做弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧、冷卷螺旋弹簧，卡簧等。 7、0Cr18Ni9——最常用的不锈钢（美国钢号304，日本钢号SUS304） 特性和应用: 作为不锈耐热钢使用最广泛，如食品用设备，一般化工设备，原于能工业用设备
名称 牌号（日标）使用范围备注 45号钢45#（S45C）机架钢板，支撑板，普通连接零 件，轴杆零件，仿形件 调质硬度在（洛氏硬度） HRC20-30之间，电镀Cr，发 黑 铬12Cr12Mo1V2 （SKD11） 热处理后用于冲压模，高强度零 件，耐磨零件，冲切刀 硬化处理HRC35-62，电镀Cr P203Cr2Mo 适用于大中型精密模具，易加 工，材质匀称度高，适合抛光模 具 购买来就具备硬度HRC30-36 NAK80（NAK80）模具钢，适合做高效落料模，冲 载模及压印模， 各种切刀 购买来就具备硬度HRC37-43 ASP60ASP60超级高合金高速钢，刀具、切断 车刀、成形刀、冷作工具 良好的热处理尺寸稳定，红 硬性高，硬化处理HRC64-68 锋钢/风钢W6Mo5Cr4V2 （SKH51） 宜于制造强力切割用，耐磨，耐 冲击各种工具刀，高级冲模，螺 丝模 硬化处理HRC60-64 ，高温下 也可具备硬度 名称 牌号（日标）使用范围备注 冷轧钢板Q195钣金折弯件，镀锌板，外罩，壳 体，防护板，喷漆支架 0.5-6mm内选用 镀锌钢板镀锌钢板用于防生锈，强度要求不高，底 板，盖板，防护板，电气安装板 表面电镀有锌层，耐蚀性、 涂漆性、装饰性 不锈钢 0Cr18Ni9 (SUS304） 防锈零件，水箱，料盒，落料滑 槽，外观件 不需要电镀，快速加工使用 零件 ，比喷漆钢板更效率 不锈铁4Cr17(SUS430)紧急代替电镀件，可热处理，有 一定的防锈性能，连接件 HRC35-55，电镀Cr 软光轴45#或40cr 支撑柱，机构连接件，连杆，手 柄杆，轴承连杆 表面有硬铬，亮白，易加 工，轴外径公差g6 硬光轴GCR15直线轴承用轴杆，高耐磨高硬 度，尺寸精度要求高的零件，可 作定位销 HRC602硬化层深度：0.8- 3mm，轴外径公差g6