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机械零件（machine element）又称机械元件(machine part) 是组成机械和机器的不可分拆的单个制件，它是机械的基本单元。研究和设计各种设备中机械基础件的一门学科，也是零件和部件的泛称。机械零件作为一门学科的具体内容包括：1、零（部）件的联接。如螺纹联接、楔联接、销联接、键联接、花键联接、过盈配合联接、弹性环联接、铆接、焊接和胶接等。 2、传递运动和能量的带传动、摩擦轮传动、键传动、谐波传动、齿轮传动、绳传动和螺旋传动等机械传动，以及传动轴、联轴器、离合器和制动器等相应的轴系零（部）件。 3、起支承作用的零（部）件，如轴承、箱体和机座等。 4、起润滑作用的润滑系统和密封等。 5、弹簧等其它零（部）件。 作为一门学科，机械零件从机械设计的整体出发，综合运用各有关学科的成果，研究各种基础件的原理、结构、特点、应用、失效形式、承载能力和设计程序；研究设计基础件的理论、方法和准则，并由此建立了本学科的结合实际的理论体系，成为研究和设计机械的重要基础。自从出现机械，就有了相应的机械零件。但作为一门学科，机械零件是从机械构造学和力学分离出来的。随着机械工业的发展，新的设计理论和方法、新材料、新工 艺的出现，机械零件进入了新的发展阶段。有限元法、断裂力学、弹性流体动压润滑、优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计（CAD）、实体建模(Pro、 Ug、Solidworks等）、系统分析和设计方法学等理论，已逐渐用于机械零件的研究和设计。更好地实现多种学科的综合，实现宏观与微观相结合，探求 新的原理和结构，更多地采用动态设计和精确设计，更有效地利用电子计算机，进一步发展设计理论和方法，是这一学科发展的重要趋向。机械零件表面粗糙度的选择表面粗糙度是 反映零件表面微观几何形状误差的一个重要技术指标，是检验零件表面质量的主要依据；它选择的合理与否，直接关系到产品的质量、使用寿命和生产成本。 机械零件表面粗糙度的选择方法有3种，即计算法、试验法和类比法。在机械零件设计工作中，应用最普通的是类比法，此法简便、迅速、有效。应用类比法需要有 充足的参考资料，现有的各种机械设计手册中都提供了较全面的资料和文献。最常用的是与公差等级相适应的表面粗糙度。在通常情况下，机械零件尺寸公差要求越 小，机械零件的表面粗糙度值也越小，但是它们之间又不存在固定的函数关系。例如一些机器、仪器上的手柄、手轮以及卫生设备、食品机械上的某些机械零件的修 饰表面，它们的表面要求加工得很光滑即表面粗糙度要求很高，但其尺寸公差要求却很低。在一般情况下，有尺寸公差要求的零件，其公差等级与表面粗糙度数值之 间还是有一定的对应关系的。实例 在一些机械零件设计手册和机械制造专著中，对机械零件的表面粗糙度和机械零件的尺寸公差关系的经验及计算公式都有很多介绍，并列表供读者选用，但只要细 心阅来，就会发现，虽然采取完全相同的经验计算公式，但所列表中的数值也不尽相同，有的还有很大的差异。这就给不熟悉这方面情况的人带来了迷惑。同时也增 加了他们在机械零件工作中选择表面粗糙度的困难。 在实际工作中，对于不同类型的机器，其零件在相同尺寸公差的条件下，对表面粗糙度的要求是有差别的。这就是配合的稳定性问题。在机械零件的设计和制造过程 中，对于不同类型的机器，其零件的配合稳定性和互换性的要求是不同的。类型在现有的机械零件设计手册中，反映的主要有以下3种类型： 第1类主要用于精密机械，对配合的稳定性要求很高，要求零件在使用过程中或经多次装配后，其零件的磨损极限不超过零件尺寸公差值的10%，这主要应用在精密仪器、仪表、精密量具的表面、极重要零件的摩擦面，如汽缸的内表面、精密机床的 主轴颈、坐标镗床的主轴颈等。 第2类主要用于普通的精密机械，对配合的稳定性要求较高，要求零件的磨损极限不超过零件尺寸公差值的25%，要求有很好密合的接触面，其主要应用在如机 床、工具、与滚动轴承配合的表面、锥销孔，还有相对运动速度较高的接触面如滑动轴承的配合表面、齿轮的轮齿工作面等。 第3类主要用于通用机械，要求机械零件的磨损极限不超过尺寸公差值的50%，没有相对运动的零件接触面，如箱盖、套筒，要求紧贴的表面、键和键槽的工作 面；相对运动速度不高的接触面，如支架孔、衬套、带轮轴孔的工作表面、减速器等等。 旧的表面粗糙度国家标准为(GB103168)，采用国际标准ISO颁布的1983年的新的 国家标准为(GB103183)轴类零件加工及工艺设计-轴类零件加工工艺一、轴类零件的功用、结构特点及技术要求 轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。 轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。 轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项： (一)尺寸精度 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6IT9）。 (二)几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。 (三)相互位置精度 轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动 精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.010.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.0010.005mm。 (四)表面粗糙度 一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.50.63m，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.630.16m。 二、轴类零件的毛坯和材料 (一)轴类零件的毛坯 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。 根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。 (二)轴类零件的材料 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。 45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC。 40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。 轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达5058HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。 精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。 摘自JXCAD第二章轴的设计计算 已知：1）大齿轮的输入功率P=425kW；2）链轮轴的转速n=33r/min；3）每根运输链的张力S=4650N；4）齿轮的圆周力Ft=4790N；5）齿轮的径向力Ft=1740；6）短时过载为正常工作载荷的两倍。 2.1选择轴的材料 选择轴的材料为45钢，调质处理。由表查得：b=590MPa，s=295MPa，1=255MPa， 1=140MPa 2.2初步确定轴端直径 取A=103（按表选取1，因转速低且单向旋转故取小值） 轴的输入端直径 d=A 考虑轴端有键槽，轴颈应增大4%5%，取d=55mm。 2.3轴的结构设计 取轴颈处的直径为60mm，与标准轴承H2060（JB/T2561 1991）的孔径相同；其余各直径均按5mm放大。 各轴段配合及表面粗造度选择如下：轴颈处为H9/f9,Ra0.8m 链轮配合处为H8/t7，Ra3.2m；齿轮配合处为H9/h8， Ra3.2m。 齿轮的轴向固定采用轴肩 其工作草图为 第三重轴强度校核 3.1键联接的强度校核 选用A型平键（GB/T10961979），与齿轮联接处键的尺寸 bhL=161090与链轮联接处键的尺寸bhL=181190。 因与齿轮联接处键的尺寸及轴径均较小且受载大，故只需校验此键。链轮处键也可齿轮处相同，以便统一加工键的刀具。键联接强度校核按表公式计算，式中各参数为pp=12.N/mm2， k0.5h=0.510=5mm，l=Lb=9016=74mm。 键联接传递转矩T为： Nm2 键工作面的压强p为： pp 键联接强度通过。 3.1.1计算支承反力、弯矩及扭矩 轴的受力简图、水平面及垂直面受力简图 支承反力 表3。1各点支撑反力（N） 作用点 水平面 垂直面 合成 A RAx= = =4870 RAy= = =620 RA=R2Ax+R2Ay =48702+6202 =4900 B RBx=2sRAxFt =2465048701740 =2690 RBy=RAy+Ft =620+4790 =5410 RB=R2Bx+R2By =26902+54102 =6040 3.1.2 弯矩 表3.2弯矩（/Nm） 作用点 水平面 垂直面 合成 B MBx= RBy= MB=M2Bx+M2By=1572+4302 =458 D MDx= MDy= MD=M2Dx+M2Dy=4872+622 =490 E MEx= =600 MEy= =372 ME=M2Ex+M2Ey=6002+3722 =706 3.1.3扭矩 大齿轮传递的转矩T=1230Nm，每个链轮按0.5T计算， 3.1.4轴的疲劳强度校核 1）确定危险截面 根据载荷分布及应力集中部位，选取轴上八个截面（）进为行分析 截面、分别与、相比，二者有相同的截面尺寸和应力集中状态，但前者载荷较小，故截面、不予考虑。截面与相比，截面尺寸相同而载荷较小，故截面不予考虑。 最后确定截面、危险截面。 2）校核危险截面的安全系数 由表计算说明取许用安全系数Sp=1.8，计算安全系数均大于许用值，故轴的疲劳强度足够。 3.2轴的静强度校核 3.2.1确定危险截面根据载荷较大及截面较小的原则选取截面 、为危险截面。 2）校核危险截面的安全系数 计算内容及公式 Tmax=2T，Nm Mmax=2M，Nm Z，cm3 Zp，cm3 计算值或数据 截面 Tmax=12302=2460 Mmax=2706=1412 23.7 50.7 截面 Tmax=2460 Mmax=2582=1164 21.2 42.4 截面 Tmax=2460 Mmax=2254=508 14.2 30.6 计算内容及公式 s s S= S= Ss=SsSs/（S2s+s2s） 2楼计算值或数据 截面 295 171 4.95 3.52 2.87 截面 295 171 5.4 2.94 2.58 截面 295 171 8.24 2.12 2.05 ABCDE IIIIIIIVVVIVIIVIII 取许用安全系数Ssp=1.5,计算安全系数均大于许用值，故轴的静强度足够。上述 计算中取s=0.58s=0.58295=171MPa。轴的工作图见图。本例中截面AA处的键槽尺寸可以和截面BB处的键槽尺寸一致，以便统一加工键的刀具。 第五章加工工艺确定及技工工序安排 结合实际条件，采用工序集中的方法，和互为基准的定位手段，利用先进的制造技术数控加工，对其进行加工，保证其高生产率和高精度的要求。 5.1工艺过程卡 工艺过程卡 零件名称 零件材料 毛坯种类 毛坯硬度 毛重尺寸/MM 净重/KG 机床类型 每车件数 低速齿轮轴 45号钢 铸件棒料 HBS255 75X890 ZJK7532A 工序号 工序名称 设备名称 夹具 切削用量 冷却液 单 进给量 F（mm） 主轴转速S(r/min) 切削速度V(mm/min) 1 毛坯下料 C6130 普车 三爪卡盘 1.5 800 2 粗车右轮廓 CK6130 数控车 三爪卡盘 1.0 1000 乳化液 1 3 精车右轮廓 CK6130 数控车 三爪卡盘 0.5 1200 乳化液 1 4 粗车左轮廓 CK6130 数控车 三爪卡盘 1.0 1000 乳化液 1 5 精车左轮廓 CK6130 数控车 三爪卡盘 0.5 1200 乳化液 1 6 铣键槽 THM5350 加工中心 V型槽 5 600 乳化液 1 CK6130 5.2工序卡片 工序卡片1 工厂 工序卡片 产品名称 零件名称 材料 零件图号 低速齿轮轴 45号钢 工序号 工序名称 夹具 使用设备 车间 1 毛坯下料 三爪卡盘 C6130普车 工步号 工步内容 刀具 量具 进给量 F（mm） 主轴转速S(r/min) 切削速度V(mm/min) 1 保证两端面 93度后角合金车刀 0180 0.02游标卡尺 1.5毫米 800 工序卡片2 工厂 工序卡片 产品名称 零件名称 材料 零件图号 低速齿轮轴 45号钢 工序号 工序名称 夹具 使用设备 车间 1 粗车右轮廓 三爪卡盘 CK6130数控车 工步号 工步内容 刀具 量具 进给量 F（mm） 主轴转速S(r/min) 切削速度V(mm/min) 1 粗车右侧轮廓 为精车做准备 87度后角合金车刀 0180 0.02游标卡尺 1 1000 工序卡片3 工厂 工序卡片 产品名称 零件名称 材料 零件图号 低速齿轮轴 45号钢 工序号 工序名称 夹具 使用设备 车间 3 精车右轮廓 三爪卡盘 CK6130数控车 工步号 工步内容 刀具 量具 进给量 F（mm） 主轴转速S(r/min) 切削速度V(mm/min) 1 精车右侧轮廓 达到精度要求 57度后角合金车刀 0180 0.02游标卡尺 0.5 1200 工序卡片4 工厂 工序卡片 产品名称 零件名称 材料 零件图号 低速齿轮轴 45号钢 工序号 工序名称 夹具 使用设备 车间 4 粗车左轮廓 三爪卡盘 CK6130数控车 工步号 工步内容 刀具 量具 进给量 F（mm） 主轴转速S(r/min) 切削速度V(mm/min) 1 粗车左侧轮廓 为精车做准备 87度后角合金车刀 0180 0.02游标卡尺 1 1000 工序卡片5 工厂 工序卡片 产品名称 零件名称 材料 零件图号 低速齿轮轴 45号钢 工序号 工序名称 夹具 使用设备 车间 5 精车左轮廓 三爪卡盘 CK6130数控车 工步号 工步内容 刀具 量具 进给量 F（mm） 主轴转速S(r/min) 切削速度V(mm/min) 1 精车左侧轮廓 达到精度要求 57度后角合金车刀 0180 0.02游标卡尺 0.5 1200 工序卡片6 工厂 工序卡片 产品名称 零件名称 材料 零件图号 低速齿轮轴 45号钢 工序号 工序名称 夹具 使用设备 车间 6 铣键槽 V型槽 THM5350加工中心 工步号 工步内容 刀具 量具 进给量 F（mm） 主轴转速S(r/min) 切削速度V(mm/min) 1 铣三个键槽 D15立铣刀 0180 0.02游标卡尺 5 600 第六章生