工程材料課件 第十章 機(jī)械設(shè)計(jì)與選材-文庫(kù)吧
2024-12-19 14:57 本頁(yè)面
【正文】 例） 價(jià)值工程原理：價(jià)值 =功能 /成本 Q235 A不銹鋼 F不銹鋼 價(jià)格 /使用年限 5000元 /年 40000元 /10年 15000元 /6年 年成本 /材料損耗 5000 4000 2500 3000元 /停產(chǎn)損失 8000 4300 3000 30000元 /停產(chǎn)損失 35000 7000 7500 ？？？ 167。1 選材的原則 2023/1/14 18 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 一、基本概念 167。2 零件的失效與 選材 在使用過(guò)程中 ， 因零件的外部形狀尺寸和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而失去原有的設(shè)計(jì)功能 ， 使其低效工作或無(wú)法工作或提前退役的現(xiàn)象即稱(chēng)為 失效 。 失效分析 的目的就是要分析零件的失效原因并提出相應(yīng)的防止和改進(jìn)措施 ， 其結(jié)論對(duì)零件的設(shè)計(jì) 、 選材 、 加工與使用都有重大的指導(dǎo)意義 。 2023/1/14 19 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 二、失效形式 167。2 零件的失效與 選材 四類(lèi)： 過(guò)量變形 、 斷裂 、 表面損傷和物理性能降級(jí) 對(duì)結(jié)構(gòu)材料的失效而言 ， 前三種是最主要的；其中斷裂失效 （ 尤其是脆性斷裂 ） 因其危險(xiǎn)性而易受重視 、 且研究最多 ， 疲勞斷裂最普遍 ， 是斷裂失效的主要方式 。 對(duì)于功能材料 ，物理性能降級(jí)是其主要失效形式 ， 但也存在斷裂與腐蝕 、 磨損等問(wèn)題 。 2023/1/14 20 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 二、失效形式 167。2 零件的失效與 選材 2023/1/14 21 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 三、失效原因 167。2 零件的失效與 選材 四個(gè)主要方面： 設(shè)計(jì) 、 材料 、 加工與使用 2023/1/14 22 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 一、工程材料的應(yīng)用概況 167。3 典型零件選材與工藝分析 金屬材料 、 高分子材料 、 陶瓷材料及復(fù)合材料是目前最主要的四大類(lèi)工程材料 。 高分子材料 的強(qiáng)度與剛度低 、 尺寸穩(wěn)定性較差且易老化 ， 在工程上一般不用于受力較大的 、 重要的結(jié)構(gòu)零件 。 但由于其原料豐富 、 生產(chǎn)能耗較低 （ 為鋼的 1/ 鋁的 1/20） ， 密度低 、 彈性較好且減振 、耐磨 ， 故適合于制造受力不大的普通結(jié)構(gòu)件及減振 、耐磨或密封零件 ， 如輕載傳動(dòng)齒輪 、 軸承 、 緊固件 、密封件和輪胎等 。 2023/1/14 23 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 一、工程材料的應(yīng)用概況 167。3 典型零件選材與工藝分析 陶瓷材料 硬而脆 、 加工性能差 ， 也不能用作重要的受力零件；目前主要應(yīng)用領(lǐng)域是建筑陶瓷和功能材料 。 但陶瓷材料具有高熱硬性及化學(xué)穩(wěn)定性 ， 可用作耐熱 、 耐磨 、 耐蝕的零件 ， 如燃燒器噴嘴 、 刀具與模具 、 石油化工容器等 。 由于陶瓷功能材料具有極其廣闊的應(yīng)用前景 ， 在高新技術(shù)產(chǎn)品中占據(jù)重要地位 ， 故有人認(rèn)為 21世紀(jì)是 “ 第二個(gè)石器時(shí)代 ” 。 陶瓷作為結(jié)構(gòu)材料 ， 目前尚處開(kāi)發(fā)應(yīng)用階段 。 2023/1/14 24 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 一、工程材料的應(yīng)用概況 167。3 典型零件選材與工藝分析 復(fù)合材料 克服了高分子材料和陶瓷材料的不足 ，綜合了各種不同材料的優(yōu)良性 能 ， 具有高的比強(qiáng)度 、比剛度 、 抗疲勞 、 減振 、 耐磨性能優(yōu)良等特點(diǎn) 。 尤其是金屬基復(fù)合材料 ， 從力學(xué)性能角度看 ， 可能是最理想的機(jī)械工程材料 。 但復(fù)合材料價(jià)格昂貴 ， 除在航天航空 、 船舶 、 武器裝備等國(guó)防工業(yè)中的重要結(jié)構(gòu)件上應(yīng)用外 ， 在一般的民用工業(yè)上應(yīng)用有限 。但應(yīng)注意的是 ， 隨著復(fù)合材料的生產(chǎn)成本降低 ， 其應(yīng)用潛力巨大 、 前景極其廣闊 。 2023/1/14 25 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 一、工程材料的應(yīng)用概況 167。3 典型零件選材與工藝分析 金屬材料 、 尤其是鋼鐵材料 ， 與其它工程材料相比 ， 在力學(xué)性能 、 工藝性能和生產(chǎn)成本這三者之間保持著最佳的平衡 ， 具有最強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力 ， 故金屬材料仍然是機(jī)械工程材料的主力軍 。 從這個(gè)意義上來(lái)講 ， 人類(lèi)仍然生活在以鋼鐵材料為主的 “ 鐵器時(shí)代 ” 。 以載重汽車(chē)用材的重量為例 ， 鋼占 65％ 、 鑄鐵占 20％ 、 有色金屬占 3％ 、 非金屬材料約占 12％ 。在輕型汽車(chē)和轎車(chē)中 ， 非金屬材料的用量雖有所增加 ， 但金屬材料仍占主體 。 2023/1/14 26 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 二、齒輪類(lèi)零件選材（概述） 167。3 典型零件選材與工藝分析 應(yīng)用極廣的重要機(jī)械零件 ， 其主要作用有傳遞扭矩 （ 力或能 ） ， 改變運(yùn)動(dòng)速度或方向 。 不同的齒輪， 其工作條件、失 效形式和性能要 求各有不同。 2023/1/14 27 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 二、齒輪類(lèi)零件選材（性能要求） 167。3 典型零件選材與工藝分析 1． 工作條件 ① 傳遞扭矩 ， 齒根部承受較大的交變彎曲應(yīng)力； ② 齒面嚙合并發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)與滾動(dòng) ， 承受較大的交變接觸應(yīng)力及強(qiáng)烈的摩擦； ③ 啟動(dòng) 、 換檔或嚙合不良 ， 齒輪承受一定的沖擊力； ④ 有時(shí)有其它特殊條件要求 ， 如耐高 、 低溫要求 ， 耐蝕要求 ， 抗磁性要求等 。 2023/1/14 28 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 二、齒輪類(lèi)零件選材（性能要求） 167。3 典型零件選材與工藝分析 2． 主要失效形式 ① 斷裂 —— 包括交變彎曲應(yīng)力引起的輪齒疲勞斷裂和沖擊過(guò)載導(dǎo)致的崩齒與開(kāi)裂； ② 齒面損傷 —— 包括交變接觸應(yīng)力引起的表面接觸疲勞 （ 麻點(diǎn)剝落 ） 和強(qiáng)烈摩擦導(dǎo)致的齒面過(guò)度磨損； ③ 其它 特殊失效 ， 如腐蝕介質(zhì)引起的齒面腐蝕現(xiàn)象 。 2023/1/14 29 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 二、齒輪類(lèi)零件選材（性能要求） 167。3 典型零件選材與工藝分析 3． 主要性能要求 ① 高的彎曲疲勞強(qiáng)度 ， 防止輪齒的疲勞斷裂 。 ② 足夠高的齒面接觸疲勞極限和高的硬度 、 耐磨性 ， 以防齒面損傷 。 ③ 足夠的齒心部強(qiáng)韌性 ， 以防沖擊過(guò)載斷裂 。 2023/1/14 30 第十一章 材料的選用 機(jī)電工程 趙華洋 二、齒輪類(lèi)零件選材（金屬材料） 167。3 典型零件選材與工藝分析 （ 1） 鍛鋼 齒輪的主要材料 。 鍛造可改善鋼的組織并形成有益的加工流線(xiàn) ， 力學(xué)性能優(yōu)良 。 重要用途的齒輪大多采用鍛鋼制造 。 主要包括： ① 低碳鋼及低碳合金鋼 20Cr、20CrMnTi、 18Cr2Ni4WA等 ， 可通過(guò)退火或正火來(lái)改善切削加工性能 ， 通過(guò)滲碳后淬火＋低溫回火來(lái)保證齒輪的使用性能 。 具有表面高硬度 (56～ 62HRC)和高耐磨性 、 高的彎曲疲勞極限和接觸疲勞極限 ， 心部具有足夠高的強(qiáng)韌性；故適合于制造高速 、 大沖擊的中載和重載齒輪 。 2023/1/14 3
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