机械零件的常用材料及选择

最小间隙: 最小间隙: 最大间隙: 最大间隙:
Xmin = 孔min-轴max Xmax = 孔max-轴min
最小过盈： 最小过盈： Ymin = 孔max-轴min 最大过盈: 最大过盈: Ymax = 孔min-轴max
景德镇陶瓷学院专用
国防科大潘存云教授研制
Xmax
间隙 配合
Xmin
孔公差带
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塑料的比重小，易于制成形状复杂的零件， 2. 塑料 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、 而且各种不同塑料具有不同的特点，如耐蚀性、绝热 绝缘性、减摩性、摩擦系数大等， 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泛。 机械制造中其应用日益广泛。 3.其它非金属材料 皮革、木材、纸板、 其它非金属材料： 丝等。 3.其它非金属材料：皮革、木材、纸板、棉、丝等。 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 选材因素： 选材因素： 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。 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。
L
零线：代表基本尺寸所在位置的一条直线； 零线：代表基本尺寸所在位置的一条直线； 公差带：由代表上、下偏差的两条直线所限定的区域； 公差带：由代表上、下偏差的两条直线所限定的区域； 孔公差带 ES 零线
Lmin 轴 Lmax 轴 L 轴
+ 0 L
EI es ei
零线
轴公差带
基本偏差：标准表列的， 基本偏差：标准表列的，用于确定公差带相对于零线 位置的上偏差或下偏差，一般为靠近零线的那个偏差。 位置的上偏差或下偏差，一般为靠近零线的那个偏差。 国标规定：孔与轴各有28 28个 分别用如下符号表示： 国标规定：孔与轴各有28个，分别用如下符号表示： 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：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
ES-EI ES-
EI
φL Lmin 孔
es-ei es-
ES
Lmin 孔 轴
ei
es
Lmax 轴 轴
Lmax
孔
实际尺寸与理论设计尺寸之差； 尺寸误差 ：实际尺寸与理论设计尺寸之差； 最大极限尺寸与基本尺寸之差；符号： 上偏差 ：最大极限尺寸与基本尺寸之差；符号：ES,es 最小极限尺寸与基本尺寸之差；符号： 下偏差 ：最小极限尺寸与基本尺寸之差；符号：EI,ei 尺寸公差：最大极限尺寸与最小极限尺寸之差； 尺寸公差：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。 公差= 公差=Lmax- Lmax =ES-EI =es-ei =ES=es景德镇陶瓷学院专用 国防科大潘存云教授研制
零件材料 各种材料的化学成分和力学性能可在相关国标、 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。 和机械设计手册中查得。 为了材料供应和生产管理上的方便，应尽量缩减材料 为了材料供应和生产管理上的方便， 的品种。 的品种。
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表1
材 类 别
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特点：与铸铁相比，钢具有高的强度、韧性和塑性。 特点：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。 可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。 零件毛坯获取方法：锻造、冲压、焊接、铸造等。 零件毛坯获取方法：锻造、冲压、焊接、铸造等。 应用：应用范围极其广泛。 应用：应用范围极其广泛。 选用原则： 选用原则： 我国资源丰富 优选碳素钢，其次是硅 钒类合金钢。 优选碳素钢，其次是硅、锰、硼、钒类合金钢。
基本尺寸
+ 0 -
轴
de cd c
b
g f effg h
js
uvx y s t mnp r k
zc zb z za
a
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
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公差等级：国标规定了20个等级，用阿拉伯数字： 公差等级：国标规定了20个等级，用阿拉伯数字：0 01 20个等级 18表示 表示。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18表示。 标记方法：公差带符号后跟阿拉伯数字表示。 H7。 标记方法：公差带符号后跟阿拉伯数字表示。如：H7。 常用公 差等级 的应用 4、5级用于特别精密的零件； 级用于特别精密的零件； 级用于重要的零件； 6、7、8级用于重要的零件； 级用于中速及中等精度要求的零件； 8、9级用于中速及中等精度要求的零件； 10、11级用于低速 低精度的零件。 级用于低速、 10、11级用于低速、低精度的零件。可直接 采棒材、管材、精密锻件而不用切削加工。 采棒材、管材、精密锻件而不用切削加工。
碳素 结构钢
常用钢铁材料的牌号及力学性能
号 力 学 性 能 试件尺寸 强度极限σ 屈服极限σ 延伸率% 强度极限σB 屈服极限σS 延伸率% mm
335-410 375-460 490-610 410 530 600 883 981 1079 981 500 570 600 145 195 240 400 500 600 215 235 275 245 315 355 735 785 834 785 270 310 380 ---250 320 370 31 26 20 25 20 16 15 9 10 8 18 15 12 ---15 7 3 d≤ 16 ≤ d≤ 25 ≤ d≤ 25 ≤ d≤ 25 ≤ d≤ 15 ≤ d≤ 80 ≤ d≤100 ≤ 壁厚 10~20 壁厚 30~200
用于可动联接，如活动铰链； 间隙配合 孔>轴，用于可动联接，如活动铰链；
配合 类型
过渡配合
可能有间隙，也可能具有过盈。 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 的静联接，如齿轮与轴； 的静联接，如齿轮与轴；
用于静联接，如火车轮与轴。 过盈配合 孔<轴，用于静联接，如火车轮与轴。
配合：基本尺寸相同，相互结合的孔与轴公差带之间 配合：基本尺寸相同， 的关系； 的关系； 间隙或过盈：孔的尺寸减去相配合轴的尺寸所得代数差； 间隙或过盈：孔的尺寸减去相配合轴的尺寸所得代数差； 间隙：代数差为“ 间隙：代数差为“+”， 孔> 轴; 过盈：代数差为“ 过盈：代数差为“-”， 孔< 轴; 景德镇陶瓷学院专用 国防科大潘存云教授研制
孔公差带
Xmax
Xmin= 0
轴公差带 轴公差带
轴公差带 轴公差带
Ymin
过盈 配合
Ymax
Ymax
Ymin= 0
孔公差带 轴公差带
孔公差带 孔公差带
Ymax
Xmax
Ymax
Xmax
Ymax
轴公差带
轴公差带
孔公差带
过渡配合
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Xmax
孔公差带
配合 基准制
基孔制配合 应用广泛 ，可减少孔加工刀具 基轴制配合
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料 牌
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Q215 Q235 Q275 20 优质碳素 35 结构钢 45 35 SiMn 合金 40Cr 结构钢 20CrMnTi 60Mn ZG270-500 铸 钢 ZG310-570 ZG42SiMn HT150 灰铸铁 HT200 HT250 QT400-15 球墨铸铁 QT500-7 QT600-3
Φ25.1 孔 Φ25.1 轴
பைடு நூலகம்
Φ24.9
φ25
φ25
孔
孔
Φ24.9
轴
轴
实际尺寸 基本尺寸 实际尺寸
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实际尺寸 基本尺寸
实际尺寸
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最大极限尺寸：零件满足互换性要求的最大允许尺寸； 最大极限尺寸：零件满足互换性要求的最大允许尺寸； 最小极限尺寸：零件满足互换性要求的最小允许尺寸； 最小极限尺寸：零件满足互换性要求的最小允许尺寸；
机械零件的常用材料及选择
机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金。非金属材料如塑料、橡胶等 。
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一、金属材料 常用金 属材料 ----含碳量 含碳量>2% 铸铁 ----含碳量 钢 ----含碳量≤ 2% ----含碳量 铜合金 铁碳合金
1.铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。 1.铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。 铸铁 特点：良好的液态流动性，可铸造成形状复杂的零件。 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 较好的减震性、耐磨性、切削性（指灰铸铁）、成本 低廉。 低廉。 应用：应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。 应用：应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。 2.钢 结构钢、工具钢、特殊钢(不锈钢、耐热钢、 2.钢：结构钢、工具钢、特殊钢(不锈钢、耐热钢、 耐酸钢等) 碳素结构钢、合金结构钢、铸钢等。 耐酸钢等)、碳素结构钢、合金结构钢、铸钢等。
价格便宜且供应充分
表9 - 2
常用材料的相对价格
种 类 规 格 相对价格
1 1.5~1.8 1.7~2.5 3 3~20 5 0.85 1.7 8~10 国防科大潘存云教授研制
材
料
热轧圆刚
铸 件
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碳素结构钢Q235 （φ 33~42） 碳素结构钢 ） 优质碳素钢 （φ 29~50） ） 合金结构钢（ 合金结构钢（φ 29~50） ） 滚动轴承钢（ 滚动轴承钢（φ 29~50） ） 合金工具钢（ 合金工具钢（φ 29~50） ） 4Cr9Si2耐热钢（φ 29~50） 耐热钢（ 耐热钢 ） 灰铸铁铸件 碳素钢铸件 铜合金、 铜合金、铝合金铸件
3.铜合金 3.铜合金 种类 青铜 -含锡青铜、不含锡青铜 含锡青铜、 铜锌合金，并含有少量的锰 黄铜 -铜锌合金，并含有少量的锰、铝、镍 轴承合金（巴氏合金） 轴承合金（巴氏合金）
特点：具有良好的塑性和液态流动性。 特点：具有良好的塑性和液态流动性。青铜合金还具 有良好的减摩性和抗腐蚀性。 有良好的减摩性和抗腐蚀性。 零件毛坯获取方法：辗压、铸造。 零件毛坯获取方法：辗压、铸造。 应用：应用范围广泛。 应用：应用范围广泛。 二、非金属材料 橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。 1. 橡胶 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 常用作联轴器或减震器的弹性元件、带传动的胶带等。 硬橡胶可用于制造用水润滑的轴承衬。 硬橡胶可用于制造用水润滑的轴承衬。
6 公差与配合、表面粗糙度和优先系数 公差与配合、
一、 公差与配合 互换性：零件在装配时， 互换性：零件在装配时，不需要选择和附加加工的就 能满足预期技术与使用要求的特性。 能满足预期技术与使用要求的特性。 基本尺寸：由设计图纸给定的零件理论尺寸；为确定值。 基本尺寸：由设计图纸给定的零件理论尺寸；为确定值。 实际尺寸：制造加工后测量所得零件尺寸； 实际尺寸：制造加工后测量所得零件尺寸；由于测量 有误差，所以实际尺寸并非真值。 有误差，所以实际尺寸并非真值。相对于 基本尺寸而言，总是有误差。 基本尺寸而言，总是有误差。或大或小
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A
基本尺寸
+ 0 -
孔
B C CD D E EF
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
FFGG H KM N JS PRS T U VX YZ
基本偏差系列
呈正态分布
ZA ZB ZC
基孔制配合：孔是基准孔，下偏差EI=0 EI=0， 代号为:H 基孔制配合：孔是基准孔，下偏差EI=0， 代号为:H ， 通过改变轴的公差带来或得各种不同的配合特性。 通过改变轴的公差带来或得各种不同的配合特性。
间隙配合 孔公差 过盈配合 过渡配合
s p r
m
H
零线 D
g h f e
js k
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