轴常用材料的选用
轴常用材料
轴常用材料，希望可以有用
轴的设计与校核
2.1.1 概述 轴是机械中非常重要的零件，用来支承回转运动零件，如带轮、齿轮、蜗轮等，同时实现同一轴上不同零件间的回转运动和动力的传递。1. 轴的分类 根据工作过程中轴的中心线形状的不同，轴可以分为：直轴和曲轴。根据工作过程中的承载不同，可以将轴分为： ?传动轴：指主要受扭矩作用的轴，如汽车的传动轴。 ?心轴：指主要受弯矩作用的轴。心轴可以是转动的，也可以是不转动的。 ?转轴：指既受扭矩，又受弯矩作用的轴。转轴是机器中最常见的轴。 根据轴的外形，可以将直轴分为光轴和阶梯轴；根据轴内部状况，又 可以将直轴分为实心轴和空。 2. 轴的设计 ⑴ 轴的工作能力设计。 主要进行轴的强度设计、刚度设计，对于转速较高的轴还要进行振动稳定性的计算。
⑵ 轴的结构设计。 根据轴的功能，轴必须保证轴上零件的安装固定和保证轴系在机器中的支撑要求，同时应具有良好的工艺性。 一般的设计步骤为：选择材料，初估轴径，结构设计，强度校核，必要时要进行刚度校核和稳定性计算。校核结果如不满足承载要求时，则必须修改原结构设计结果，再重新校核。 3. 轴的材料 轴是主要的支承件，常采用机械性能较好的材料。常用材料包括：?碳素钢：该类材料对应力集中的敏感性较小，价格较低，是轴类零件最常用的材料。常用牌号有：30、35、40、45、50。采用优质碳钢时，一般应进行热处理以改善其性能。受力较小或不重要的轴，也可以选用Q235、Q255等普通碳钢。 ?合金钢：对于要求重载、高温、结构尺寸小、重量轻等使用场合的轴，可以选用合金纲。合金钢具有更好的机械性能和热处理性能，但对应力集中较敏感，价格也较高。设计中尤其要注意从结构上减小应力集中，并提高其表面质量。 ?铸铁：对于形状比较复杂的轴，可以选用球墨铸铁和高强度的铸铁。它们具有较好的加工性和吸振性，经济性好且对应力集中不敏感，但铸造质量不易保证。 2.1.2 轴的结构设计
轴的常用材料及性能
轴常用材料及主要力学性能 转轴：支承传动机件又传递转矩，既同时承受弯矩和扭矩的作用。 心轴：只支承旋转机件而不传递转矩，既承受弯矩作用。 (转动心轴：工作时转动；固定心轴：工作时轴不转动)； 传动轴：主要传递转矩，既主要承受扭矩，不承受或承受较小的弯矩。 花键轴、空心轴：为保持尺寸稳定性和减少热处理变形可选用铬钢； 轴常用材料是优质碳素结构钢，如35、45和50，其中45号钢最为常用。不太重要及受载较小的轴可用Q235、Q275等普通碳素结构钢；受力较大，轴尺寸受限制，可用合金结构钢。受载荷大的轴一般用调质钢。 调质钢调质处理后得到的是索氏体组织，它比正火或退火所得到的铁素体混合组织，具有更好的综合力学性能，有更高的强度，较高的冲击韧度，较低的脆性转变温度和较高的疲劳强度。 调质钢：35、45、40Cr 、45Mn2、40MnB 、35CrMo 、30CrMnSi 、40CrNiMo ； 大截面非常重要的轴可选用铬镍钢；高温或腐蚀条件下工作的轴可选用耐热钢或不锈钢； 在一般工作温度下，合金结构钢的弹性模量与碳素结构钢相近，为了提高轴的刚度而选用合金结构钢是不合适的。 轴的强度计算 轴的强度计算一般可分为三种： 1：按扭转强度或刚度计算； 2：按弯扭合成强度计算； 3：精确强度校核计算 1：按扭转强度或刚度计算 轴的类型 按 扭 转 强 度 计 算 按 扭 转 刚 度 计 算 实心轴 n P A T d P ==τ2 .17 n P B T d P ==φ3.9 空心轴 43 3 4 11 11 2 .17α ατ-? =-? =n P A T d P 444 4 4 11 11 3 .9α αφ -? =-? =n P B T d 说 明 d ：轴端直径 mm τP ：许用扭转剪应力MPa ，按表6-1-19选取 T ：轴所传递的扭矩 N m ￠P ：许用扭转角°/m ，按表6-1-20选取 n P T 9550 = A ：系数，按表6-1-19选取 P ：轴所传递的功率，kW B ：系数，按表6-1-20选取 n ：轴的工作转速 r/min d d 1 = α(空心轴内径d 1与外径d 之比) ￠P (°)/m 1 2 B 129 109 77 P 2.许用扭转角的选用，应按实际而定。参考的范围如下：要求精密，稳定的传动，取￠P =～ (°)/m 一般传动，取￠P =0. 5～1 (°)/m ；要求不高的传动，可取￠P 大于1 (°)/m ；
设计要素和原则(参照材料)
设计要素和原则 设计的要素和原则都是基本的可视化工具，它们包含了各个可视化设计原则中的设计手法。要素构成了可视化设计的基本词汇表，而原则构成了设计作品中更深入的结构层面。 这些概念和要素驱动了那些有意识的设计策略： 设计的要素 线 线是由动点构成的，如铅笔或笔刷。平面图和立体图的边缘也构成线。这些是在纸上打草稿的基础。直线和曲线是二维图形的基本模块，比如设计一所房子。 颜色 颜色是美术中最具表现力的要素，同时它也是光在物体表面的反射。颜色会造成距离上的错觉，比如红色似乎有涌出的感觉，而蓝色有沉退的感觉。颜色，尤其是对比鲜明的颜色，也通常用来对图像的特定部分提请注意。在某些室内设计的例子中，颜色可以用来增加视觉吸引力，如木质碗柜的自然色彩。颜色可以为家庭装饰增加视觉吸引力，就像色彩鲜艳的花朵可以装扮大草原一样。 平面图 平面图是一个由封闭的直线或曲线构成的区域。它是二维的并且可以是几何的或者有机的。重要的是，平面图会在它周围自动创建一个负空间（实体周围的空白）。在房屋装修和室内设计中，平面图可以给设计加上趣味、风格和主题，比如一个门设计。室内设计中的平面图取决于对象的功能，比如设计一个橱柜门。木材或石材自然形成的平面会有助于增加室内设计的视觉吸引力。 立体图 立体图是三维的。他们占用空间或给他们所占用的空间造成错觉。立体图，如家具或艺术等，可以帮助增加多样性以减少单调（裸视）外观并在室内设计中增加视觉吸引力。
纹理和抛光 纹理是面料、颜色和房间配件的触觉和视觉感受。有两种纹理类型：触觉，或视觉纹理，即你五官可以察觉到的纹理。像草铺在墙上或白色的鹅卵石嵌在水泥墙上这样的纹理可以让墙体有三位效果和一些颜色的渐变。纹理是表面粗糙的材料。表面相同或相似的纹理像大理石瓷砖的壁炉和干砌墙通常看起来更俱视觉吸引力。表面抛光的品质在家庭室内设计领域，甚至在汽车领域都是重要的。大理石瓷砖光亮的表面也是一种纹理，而且高质量的抛光可以提高自然材质的视觉吸引力，像墙上的大理石瓷砖。浴室大理石台面的镜面反射可以增强其视觉效果。 明暗度 明暗度是指你所使用的颜色的明度或暗度。明暗度也被称为基调。设计原则 设计就是为了某个目的对一个或多个要素和原则所做的排列组合（例如：线的颜色或纹理）。 对设计中这些要素和原则的认知程度是创造成功的视觉作品的第一步。这些原则（有可能重叠）可用于所有的可视化设计领域，包括平面设计、工业设计、建筑和美术。 设计的原则包括有关现代设计的各种看法。他们的差别来自不同学校的设计理念，以及不同设计师的个人实践。 这些原则掌控着所使用的要素间的关系，并把各个部分组成一个整体。设计的成功之处在于兼顾使用原则和要素，从而满足设计师的目的和视觉目标。这里没有使用的规则，完全由设计师的目的和意图来驱动作出决定，以达到适当的规模和比例以及要素之间的和谐度。设计原则就是尝试创造家居建筑及室内设计之美的一种技术的和人工的方法。 设计的原则包括：
轴的结构设计范例
四、低速轴系的结构设计 1、根据轴的工作条件，选择材料及热处理方法，确定许用应力，由（二）（三）已算得从动齿轮转速n 2=71.7r/min 。齿轮分度圆直径d 2=360mm 。选用45号钢调质。查①表11－1得抗拉强度MPa 650b =σ，查①表11－9得许用弯曲应力[]MPa 60b 1=-σ。 2、按扭转强度估算最小直径 由（二）知，P 2=3.87kw ，T 2＝516.1N.m 查①表11－5取A=110，按①式（11－3）计算得： mm 57.417 .7187.3110n P A d 33 2==≥ 考虑轴和联轴器用一个键联接，故将轴放大5％并取标准值，即取d=45mm 。 3、轴的结构设计 （1）将轴设计成阶梯轴，按T=516.1N.m ，从②查用TL8型弹性联轴器，孔径为45mm ，长L=112mm ，与轴头配合长度为84mm 。取轴头直径为45mm ，故靠近轴头的轴身直径为52mm ，轴颈直径取55mm 。轴两端选用6011型轴承，轴承宽度B=18mm ，外径D=90mm 。轴承由套筒和轴肩实现轴向定位，圆角r=1mm 。取齿轮轴头直径为60mm ，定位环高度h=5mm ，其余圆角r=1.5mm ，挡油盘外径取D=89mm 。 （2）在（三）已经求得轮毂长为90mm ，因此轴头长度为88mm ，轴颈长度与轴承宽度相等为18mm ，齿轮两端与箱体内壁间距离各取15mm ，由于转速较低，故轴承用润滑脂，所以轴承端面与箱体内壁距离取10mm 。这样可定出跨距为158mm 。伸出箱体的轴段长度取44mm 。为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上，应将头长度取短一些，故取轴头长度为75mm 。 3、由于是单级齿轮减速器，因此齿轮布置在中央，轴承对称布置，齿轮与轴环、套筒实现轴向定位，以平键联接及选用过渡配合H7/n6实现周向固定。齿轮轴头有装配锥度，两端轴承分别以轴肩和套筒实现轴向定位，采用过盈配合k6实现周向固定。整个轴系以两端轴承盖实现轴向定位，联轴器以轴肩、平键和选用过渡配合H7/k6实现轴向定位和周向固定。 4、草图如下：
材料选用原则设计
5.3.3 材料统计规定 a）工艺安装专业材料统计内容包括管道材料、涂漆材料、绝热材料、管道支架材料；b）材料统计范围以装置边界线为准； 5.3.4 管道组件 管子 a) 输送流体用无缝钢管执行GB/T 8163-1999，无缝钢管尺寸、外形、重量级允许 偏差执行GB/T17395-1998 中系列2（小外径）尺寸。除与设备连接外，管子公称直径应按以 下系列优先选用： 15、20、25、40、50、80、100、150、200、250、300、350、400、450、500、600、700、800、900、1000mm, 公称直径大于1000mm 时，宜按200mm 递增。 b) 除仪表连接管、蒸汽伴热管和特殊要求者外，管子最小公称直径应为15mm，且管子 内径不应小于6mm。 c) 最小选用壁厚应符合下表5.1 规定。 度参数较高或承受机械振动、压力脉冲及温度剧烈变化的管道，应选用无缝钢管。碳钢、低合金钢无缝钢管应符合《输送流体用无缝钢管》（GB/T8163 -1999）、《高压锅炉用无缝钢管》（GB5310-95）、《化肥设备用高压无缝钢管》（GB6479-86），不锈钢无缝钢管应符合现行《输送流体用不锈钢无缝钢管》（GB/T14976-94）的规定。 e) 常用钢种的无缝钢管使用温度，不宜超过下列范围： 10#、20# -20～450℃ 16Mn -40～450℃ 09Mn2V -70～100℃ 12CrMo ≤525℃ 15CrMo ≤550℃ 1Cr5Mo ≤600℃ 奥氏体不锈钢-196～700℃ 阀门 a) 除设计另有规定外，工艺物料及有毒、可燃介质如油品、油气、液化石油气、氢气、添加剂和化学药剂等介质管道用闸阀、截止阀、球阀和止回阀，应选用严密性好、安全可靠的石油化工专用阀门。阀门的基本要求应符合国标阀门的标准（GB12232、GB1223、GB12234、GB12235、GB12236、GB12237、GB12238、GB12239、GB12240、GB12241、GB12242、GB12243、GB12244、GB12246 和ZBJ16006 ）规定。 b) 管道阀门全部选用钢阀，不能选用铸铁阀。 c) 用于切断管内流体的阀门宜选用闸阀、球阀、旋塞阀；用于调节流量的阀门宜选用截止阀、节流阀。 d) 用于工艺物料及剧毒、可燃介质管道的球阀、旋塞阀及其他通用结构的特种阀门，宜有防火防静电结构。 e) 具有软质密封的阀门，其密封的压力温度参数应满足设计条件的要求。
轴的常用的材料的及性能
轴常用材料及主要力学性能转轴：支承传动机件又传递转矩，既同时承受弯矩和扭矩的作用。心轴：只支承旋转机件而不传递转矩，既承受弯矩作用。 （转动心轴：工作时转动；固定心轴：工作时轴不转动）；传动轴：主要传递转矩，既主要承受扭矩，不承受或承受较小的弯矩。花键轴、空心轴：为保持尺寸稳定性和减少热处理变形可选用铬钢；轴常用材料是优质碳素结构钢，如35、45和50，其中45 号钢最为常用。不太重要及受载较小的轴可用Q235、Q275等普通碳素结构钢；受力较大，轴尺寸受限制，可用合金结构钢。受载荷大的轴一般用调质钢。 调质钢调质处理后得到的是索氏体组织，它比正火或退火所得到的铁素体混合组织，具有更好的综合力学性能，有更高的强度，较高的冲击韧度，较低的脆性转变温度和较高的疲劳强度。 调质钢：35、45、40Cr、45Mn2、40MnB、35CrMo、30CrMnSi、40CrNiMo；大截面非常重要的轴可选用铬镍钢；高温或腐蚀条件下工作的轴可选用耐热钢或不锈钢；在一般工作温度下，合金结构钢的弹性模量与碳素结构钢相近，为了提高轴的刚度而选用合金结构钢是不合适的。 轴的强度计算轴的强度计算一般可分为三种： 1：按扭转强度或刚度计算； 2：按弯扭合成强度计算； 3：精确强度校核计算 1：按扭转强度或刚度计算 按扭转强度及刚度计算轴径的公式表6―1―18
注：当截面上有键槽时，应将求得的轴径增大，其增大值见表 6-1-22 剪切弹性模量G=时的B 值表6―1―20 注：1.表中￠P值为每米轴长允许的扭转角； 2. 许用扭转角的选用，应按实际而定。参考的范围如下：要求精密，稳定的传动，取￠P=～ ( °)/m 一般传动，取￠P=0. 5 ～1 ( ° )/m ；要求不高的传动，可取￠P大于 1 ( °)/m； 起重机传动轴￠P=15′～ 20′/m； 几种常用轴材料的τP及A值表6―1―19 注： 1. 表中τP值是考虑了弯曲影响而降低了的许用扭转剪应力 2. 在下列情况下τP 取较大值、A 取较小值：弯矩较小或只受扭矩作用、载荷较平 稳、无轴向载荷或只有较小的轴向载荷、减速器的低速轴、轴单向旋转。反 之，τ P取较小值，A取较大值
轴的结构设计
例1 已知传递的功率P=3.32kw，从动轮的转速n=76.4r/min,直齿圆柱齿轮分度圆直 径d2=250mm,传递的转矩T=415.82Nm （1）选择轴的材料确定许用应力 由已知条件知减速器传递的功率属于中小功率，材料无特殊要求，故选用45#钢调质处理，由表6-1查得强度极限σB=650Mpa，许用弯曲应力【σ-1b】=60Mpa （2）按扭矩强度估算直径 根据表6-2得C=118～107，又由式（6-5）得d≥c(p/n)1/3 =(107～118)×(3.32/76.4)1/3=37.6～41.5mm 考虑到轴的最小直径处要求安装联轴器，会有键槽存在，故将计算直径加3%～5%取38.73～41.5mm,由设计手册取标准直径d1=42mm （3）设计轴的结构并绘制草图 由于设计的是单级减速器，可将齿轮布置在箱体内部中央，将轴承对称安装在齿轮两 侧轴的外伸端安装半联轴器。 1）、确定轴上零件的位置和固定方式，要确定轴的结构形状，必须确定轴上零件的装 拆顺序和固定方式，确定齿轮从右端装入，齿轮的左端用轴肩（或轴环）定位，右端 用套筒固定，这样齿轮在轴上的轴向位置完全被确定，齿轮的周向固定采用平键联接， 轴承对称安装于齿轮的两侧，其轴向用轴肩固定，周向固定采用过盈配合。 2）、确定各轴段的直径，如图所示，轴段a（外伸端）直径最小，d1=42mm,考虑到要对 安装在轴段a上的联轴器进行定位，轴段b上应有轴肩，同时为能很顺利地在轴段c、 f 上安装轴承，轴段c、f必须满足轴承的内径的标准，故取轴段c、f的直径分别为 d3=55mm d6=55mm,用相同的方法确定轴段b、d、e的直径d2=50mm d4 =60mm d5=68mm,选用6211轴承。 3）、确定各轴段的长度，齿轮的轮毂宽为72mm，为保证齿轮固定可靠，轴段d的长度 应略短于齿轮轮毂宽，取L4=70mm。为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱 体内壁间应留有一定的间距取该间距为13mm。为保证轴承安装在轴承座孔中（轴承宽 度为21mm）并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁的距离为5mm。所以轴段e的 长度L5=18mm, 轴段f的长度L6=20mm。轴段c由轴承安装的对称性知，L3=40mm,轴段 b的长度L2=66mm,轴段 a的长度由联轴器的长度确定得L1=83mm(由轴颈d1=42mm知联 轴器和轴配合部分的长度为84mm),在轴段a 、d 上分别加工出键槽，使两键槽处于轴 的同一圆柱母线上，键槽的长度比相应的轮毂宽度小约5—10mm,键槽的宽度按轴段直 径查手册得到，a处选用平键12×8×70，d处选用平键18×11×60。 4）、选定轴的结构细节，如圆角、倒角、退刀槽等的尺寸。
食品包装材料的选用和设计
食品包装材料的选用和设计 2005-8-9 现代食品包装的设计原则是：根据被包装食品的保护性要求，科学地选用保护功能好的包装材料，进行合理的结构设计和包装装潢设计，配套使用精密可靠的包装机械设备；采用先进的包装技术方法，从而达到保护食品，延长保质期的目的。 一、必须了解食品对防护性的要求 不同食品的化学成分，理化性质等各不相同，因此不同食品对包装的防护性要求也不同。例如，蛋糕是含油脂较多的、松软的，有一定最佳含水量的要求，因此最起码应符合下面要求：防油高阻氧性（防止渗油及油脂被氧化）、高阻湿性（防止蛋糕失去水分变干变硬）。再如，茶叶的包装应是高阻氧性（防止有效成份被氧化）、高阻湿性（茶叶受潮发霉变质）、高阻光性（茶叶中的叶绿素受日光作用会发生变化）、高阻香气性（茶叶分子香气成分极易散发，而失去茶味。另外，茶叶也极易吸收外界异味），且当前市面上相当部分的茶叶是普通的PE、PP等透明塑料袋包装，大大浪费了茶叶有效成份，茶叶的品质得不到保证。与上述食品相反，果品，蔬菜等采摘后有呼吸作用选择，即要求包装对不同气体有不同的透过率。例如炒咖啡豆包装后还缓慢放出二氧化碳，奶酪在包装后也会产生二氧化碳，因此它们的包装应是高阻氧和高二氧化碳透过性的。果品和蔬菜的包装常常要求是防霉型的，因包装袋内壁上的小雾滴会对果蔬产生一系列不利的生化使用，导致果蔬易褐变，易腐烂。不同品种的果蔬及不同成熟度的同种果蔬对包装材料的透气及选择性要求也不同。生肉、肉加工食品、饮料、小食品、烘烤食品等对包装的保护性要求也有很大差别。例如，肉罐头的涂料应耐硫、水果罐头的涂料应耐酸、充气饮料的容器应能耐一定的压力，酒类的包装容器应耐醇并阻隔香气等等。所以，应根据食品本身的不同性质和水同的保护性要求科学地设计包装。 二、选择保护功能适宜的包装材料 传统的包装材料主要是玻璃瓶，金属罐、纸盒、纸箱。现代食品包装材料主要有塑料类，纸类，复合材料类（塑/塑、塑/纸，塑/铝，箔/纸/塑等各种类型的多层复合材料），玻璃瓶类，金属罐等。 1、复合材料复合材料是种类最多，应用最广的一种软包装材料。目前用于食品包装的塑料有30多种，而含塑料的多层复合材料有上百种。复合材料一般用2-6层，但特殊需要的可达10层甚至更多层。将塑料，纸或薄纸机，铝箔等基材，科学合理的复合或层合配伍使用，几乎可以满足各种不同食品对包装的要求。例如，用塑料/纸板/铝塑/塑料等多层材料制成的利乐包装牛奶的保质期可长达半年到一年。有的高阻隔软包装肉罐头的保质期可长达3年，有的发达国家的复合材料包装蛋糕保质期可达一年以上，一年后蛋糕的营养、色、香、味、形及微生物含量仍符合要求。设计复合材料包装应特别注意各层基材的选择，搭配必须科学合理，各层组合的综合性能必须满足食品对包装的全面要求。 2、塑料我国用于食品包装的塑料也多达十五、六种，如PE、PP、PS 、PET、PA、PVDC、EV A、PV A、EVOH、PVC、离子键树脂等。其中高阻氧的有PV A、EVOH、PVDC、PET、
轴的常用材料及其机械性能
轴的常用材料及其机械性能 轴的常用材料及其机械性能 轴的材料种类很多，选用时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题加以选用，力求经 济合理。 轴的常用材料是优质碳素钢35、45、50，最常用的是45和40Cr钢。对于受载较小或不太重要的钢，也常用Q235或Q275等普通碳素钢。对于受力较大，轴的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的轴，可采用合金钢，常用的有40 Cr、40MnB、40CrNi等。 球墨铸铁和一些高强度铸铁，由于铸造性能好，容易铸成复杂形状，且减振性能好，应力集中敏感性低，支点位移的影响小，故常用于制造外形复杂的轴。 特别是我国研制成功的稀土-镁球墨铸铁，冲击韧性好，同时具有减摩、吸振和对应力集中敏感性小等优点，已用于制造汽车、拖拉机、机床上的重要轴类零 件，如曲轴等。 根据工作条件要求，轴都要整体热处理，一般是调质，对不重要的轴采用正火处理。对要求高或要求耐磨的轴或轴段要进行表面处理，以及表面强化处理(如喷丸、辐压等)和化学处理(如渗碳、渗氮、氮化等)，以提高其强度（尤其疲劳强 度）和耐磨、耐腐蚀等性能。 在一般工作温度下，合金钢的弹性模量与碳素钢相近，所以只为了提高轴的 刚度而选用合金钢是不合适的。 轴一般由轧制圆钢或锻件经切削加工制造。轴的直径较小时，可用圆钢棒制造；对于重要的，大直径或阶梯直径变化较大的轴，多采用锻件。为节约金属和提高工艺性，直径大的轴还可以制成空心的，并且带有焊接的或者锻造的凸缘。 对于形状复杂的轴（如凸轮轴、曲轴）可采用铸造。 轴的常用材料及其机械性能(MPa)
机械设计的材料选择和应用
机械设计的材料选择和应用 发表时间：2019-07-23T11:59:22.437Z 来源：《知识-力量》2019年9月33期作者：李勇王雅君李焜 [导读] 改革开放以来，我国的国民经济迅速发展，为科学技术的进步营造了一个较为稳定的外部环境，作为工业发展的中坚力量，机械设计不仅是工业发展中的重要技术，同时也是经济建设过程中的重要组成，材料的选择与应用是机械设计的两个重要环节，能为机械行业的后期生产指明方向。本文立足于机械设计中的材料，通过分析和探讨机械设计中材料选择与应用的重大意义、材料的选择原则、材料的应用原则，认为搞好机械材料选择及其应用工作对于实 （大连工业大学，辽宁省大连市） 摘要：改革开放以来，我国的国民经济迅速发展，为科学技术的进步营造了一个较为稳定的外部环境，作为工业发展的中坚力量，机械设计不仅是工业发展中的重要技术，同时也是经济建设过程中的重要组成，材料的选择与应用是机械设计的两个重要环节，能为机械行业的后期生产指明方向。本文立足于机械设计中的材料，通过分析和探讨机械设计中材料选择与应用的重大意义、材料的选择原则、材料的应用原则，认为搞好机械材料选择及其应用工作对于实现社会的节能减排，创造更多的经济效益，促进整个机械行业快速发展有着重要作用。 关键词：机械设计；材料选择；应用探究 随着我国工业的快速发展，机械设计技术的应用越来越广泛，机械设计的技术水平是工业化水平中的重要组成，对工业行业能发挥很重要的导向作用，所以在各行各业中的应用都比较广泛，通过优化机械设计的材料选择和应用工作，一方面能降低工业的生产成本，同时也能提高工业的资源使用效率和经济效益，但是结合我国机械设计的实际情况来看，在材料选择和相关应用上还有很大的提升空间，这对于相关行业来说不仅是挑战，也是机遇。 一、完善机械设计中材料选择和应用的必要性 机械设计工作与寻常的工业设计有很大的差异，不仅设计成本比较高，而且设计的过程也比较复杂，对于行业工作来说是一个工作重点，也是一个工作难点，当今时代，机械设计与经济发展之间的联系越来越密切，机械设计在影响工业生产效率的同时也会影响到工业产品的质量，由此可以看出机械设计工作的重要性，材料选择和应用就更是机械设计工作中的重点，一直以来都是机械设计中的难点，可以说是整个机械设计的基础，因为只有采用优质的原材料，才能生产出质量上乘的工业产品。社会的进步使得对机械设计的市场需求也在进一步的增加，这就导致了材料的短缺，而机械设计中的材料是零件生产的基本要素，只有将材料的供应及选择得到妥善的处理才能促进机械设计的可持续发展。机械设计中的一些材料在当前发展中已经成了稀缺资源，社会发展需求和机械设计间的矛盾日益突出，在这一过程中机械设计中的材料选择应用的空间也被挤压，所以在有限的发展空间下对机械设计的材料选择应用就更加的重要。 二、我国机械设计中的材料选择和应用的问题 (一)机械设计材料成本过高 机械产品是由多个机械部件构成的，而一个机械部件的组成已经比较复杂，机械产品就更是如此了，再加上工业对于机械产品的质量要求还比较高，不仅要有较强的硬度，也要符合很多其他的指标，这就加大了机械设计材料选择工作的难度，同时也使得机械设计的材料成本变高，特别是金属材料的选择(如下图所示)，不仅对机械设计行业的发展造成了负面影响，同时也不利于我国工业的长远发展，这也是机械设计过程中的一个主要问题。 (二)机械设计应用不合理 机械设计所生产的工业产品针对性都比较强，所以在具体应用的过程中也要注意对机械设计关键点的把握，但是在我国的大多数工业行业中，对于机械设计的应用还不尽完善，主要是因为工作人员对机械设计的应用要点没有进行充分的把握，再加上在机械设计的应用过程中没有充分考虑问题的全面性，自然也就会降低机械设计的工作效率，对于优化行业的资源合理配置也非常不利，这也是机械设计工作中比较严重的一个弊端，为了机械设计行业的长远发展，工作人员要强化对机械设计关键点的认识。 三、机械设计中材料的应用原则 材料的应用是材料选择的延伸，对整个机械设计工作至关重要。因此，在做好选材工作的同时，还要体现材料应用的实用性和经济性。对机械设计过程中的载荷型材料选择应用比较重要，由于实际的机械设计过程中，会存在着材料不能使用或者是作用得不到发挥这样的情况。出现这一问题的重要因素就是其外在的负荷水平相对比较差，另外就是有些材料在功能的正常发挥中以及运行良好的情况下会出现抑制失效的问题，这些也是由于选择的材料载荷存在的一些问题。多以对这一问题的解决主要是对材料选择应用过程中要对材料的载荷能力加以充分的估算，这样才能最大化的保证材料的作用能得到充分发挥。对于机械材料的加工，有很多种加工技术可供选择，如车工工艺、锻造工艺以及热处理工艺等，不同的加工工艺对材料的应用要求是不同的。车工工艺是以车床进行加工的工序方法，它可用于加工各种回转成型面。 机械设计中的材料选择应用要选择能耗低污染少的材料，要能在热处理程序相对较少材料方面进行选择，当不能有效的避免热处理只有在热处理少的层面得以保障，通过低淬透性钢对齿轮加以制造，保障其穿透性加热，并在材料冷却之后就能够使得材料淬硬。还有就是要对热反应材料处理加以避免，材料要能够在热轧状况下及冷拔状况下将其性能得到充分发挥。 在保证各个零部件的材料都能满足各种加工工艺要求的基础上，还要根据企业的发展状况，对机械材料的加工成本实施有效的控制，以体现材料应用的经济性。以日本的汽车制造为例，从一个小小的零件到整个车身，日本汽车的整个设计过程都十分重视机械材料的加工成本，为了降低成本，日本的汽车企业不断更新设计理念和制造技术。最终以低成本的价格，高性能的汽车迅速占领国际市场。由此可见控制机械材料的加工成本对企业的经济效益有着深远影响。 四、结语 从上述叙述中可以看出，机械设计中的材料选择和应用是一项比较复杂的工作，事关我国工业的长远发展，但是在实际的工作过程中不仅是机遇，也有挑战，为了更好地推进和完善机械设计工作，因此，在机械设计中在材料选择和应用上要对各方面因素加以考虑。在材料的选用上不仅需要满足设计要求，同时要确保材料具有较强的经济性、实用性、环保性，为机械设计行业发展打下良好基础。
轴的设计(有图纸)
轴的强度计算 一、按扭转强度初步设计阶梯轴外伸端直径 由实心圆轴扭转强度条件 τ＝ 3 3 10 2.09550?=n d P W T ρ ≤［τ］ 式中，τ为轴的剪应力，MPa ；T 为扭矩，N ·mm ；ρW 为抗扭截面系数，mm 3；对圆截面，ρW ＝π 3 d /16≈0.23d ； P 为轴传递的功率， KW ；n 为轴的转速， r/min ；d 为轴的直径，mm ；［τ］为许用切应力，MPa 。 对于转轴，初始设计时考虑弯矩对轴强度的影响，可将［τ］适当降低。将上式改写为设计公式 d ≥ [] 3 3 3 32.0109550n P A n P =?τ (16.1) 式中，A 是由轴的材料和承载情况确定的常数。见表16.7；P 为轴传递的功率， KW ；n 为轴的转速，r/min ；d 为轴径，mm 。 表16.7常用材料的［τ］和A 值 注：1.轴上所受弯矩较小或只受转矩时，A 取较小值；否则取较大值。
2.用Q235、3SiMn 时，取较大的A 值。 3.轴上有一个键槽时，A 值增大4%～5%；有两个键槽时，A 值增大7%～10%。 可结合整体设计将由式(16.1)所得直径圆整为按优先数系制定的标准尺寸或与相配合零件(如联轴器、带轮等)的孔径相吻合，作为转轴的最小直径。 二、按弯扭组合强度计算 轴系结构拟定以后，外载荷和轴的支点位置就可确定，此时可用弯扭组合强度校核。如图16.39(a)，装有齿轮的传动轴，切向力 P 作用在齿轮的节圆上， 通过齿轮的受力分析(图16.39(b))，可知齿轮作用于轴上的是一个通过轴线并与之轴线垂直的力P 和一个作用面垂直于轴线的力偶PR m = (图16.39(c))。 力 P 使轴产生弯曲变形(图16.39(d))，力偶PR m =则产生扭转变形(图 16.39(e))，所以此轴是弯扭组合变形。 分别考虑力 P 与力偶 m 的作用，画出弯矩图(图16.39(f))和扭矩图(图 16.39(g))，其危险截面上的弯矩和扭矩值分别为 l Pab M = T ＝PR m = 危险截面上的弯曲正应力和扭转剪应力的分布情况如图(16.40(a))，由于 C 、 D 两点是危险截面边缘上的点，扭转剪应力和弯曲正应力绝对值最大，故 为危险点，其正应力和剪应力分别为 σ=W M τ = ρ W T
轴的常用材料及其机械性能
轴的常用材料及其机械性能 轴的材料种类很多，选用时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题加以选用，力求经济合理。 轴的常用材料是优质碳素钢35、45、50，最常用的是45和40Cr钢。对于受载较小或不太重要的钢，也常用Q235或Q275等普通碳素钢。对于受力较大，轴的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的轴，可采用合金钢，常用的有40Cr、40MnB、40CrNi 等。 球墨铸铁和一些高强度铸铁，由于铸造性能好，容易铸成复杂形状，且减振性能好，应力集中敏感性低，支点位移的影响小，故常用于制造外形复杂的轴。 特别是我国研制成功的稀土-镁球墨铸铁，冲击韧性好，同时具有减摩、吸振和对应力集中敏感性小等优点，已用于制造汽车、拖拉机、机床上的重要轴类零件，如曲轴等。 根据工作条件要求，轴都要整体热处理，一般是调质，对不重要的轴采用正火处理。对要求高或要求耐磨的轴或轴段要进行表面处理，以及表面强化处理(如喷丸、辐压等)和化学处理(如渗碳、渗氮、氮化等)，以提高其强度（尤其疲劳强度）和耐磨、耐腐蚀等性能。 在一般工作温度下，合金钢的弹性模量与碳素钢相近，所以只为了提高轴的刚度而选用合金钢是不合适的。 轴一般由轧制圆钢或锻件经切削加工制造。轴的直径较小时，可用圆钢棒制造；对于重要的，大直径或阶梯直径变化较大的轴，多采用锻件。为节约金属和提高工艺性，直径大的轴还可以制成空心的，并且带有焊接的或者锻造的凸缘。 对于形状复杂的轴（如凸轮轴、曲轴）可采用铸造。 轴的常用材料及其机械性能(MPa)
各种发动机曲轴材料及热处理
包装材料的选用及设计(上)
书山有路勤为径；学海无涯苦作舟 包装材料的选用及设计（上） 现代食品包装的设计原则是：根据被包装食品的保护性要求，科学地选用保护功能好的包装材料，进行合理的结构设计和包装装潢设计，配套使用精密可靠的包装机械设备；采用先进的包装技术方法，从而达到保护食品，延长保质期的目的。 一、必须了解食品对防护性的要求 不同食品的化学成分，理化性质等各不相同，因此不同食品对包装 的防护性要求也不同。例如，蛋糕是含油脂较多的、松软的，有一定最佳含水量的要求，因此最起码应符合下面要求：防油高阻氧性（防止渗油及油脂被氧化）、高阻湿性（防止蛋糕失去水分变干变硬）。再如，茶叶的包装应是高阻氧性（防止有效成份被氧化）、高阻湿性（茶叶受潮发霉变质）、高阻光性（茶叶中的叶绿素受日光作用会发生变化）、高阻香气性（茶叶 分子香气成分极易散发，而失去茶味。另外，茶叶也极易吸收外界异味），且当前市面上相当部分的茶叶是普通的PE、PP等透明塑料袋包装，大大浪费了茶叶有效成份，茶叶的品质得不到保证。 与上述食品相反，果品，蔬菜等采摘后有呼吸作用选择，即要求包 装对不同气体有不同的透过率。例如炒咖啡豆包装后还缓慢放出二氧化碳，奶酪在包装后也会产生二氧化碳，因此它们的包装应是高阻氧和高二氧化碳透过性的。果品和蔬菜的包装常常要求是防霉型的，因包装袋内壁上的小雾滴会对果蔬产生一系列不利的生化使用，导致果蔬易褐变，易腐烂。不同品种的果蔬及不同成熟度的同种果蔬对包装材料的透气及选择性要求也不同。生肉、肉加工食品、饮料、小食品、烘烤食品等对包装的保护性要求也有很大差别。例如，肉罐头的涂料应耐硫、水果罐头的涂料应耐酸、 专注下一代成长，为了孩子
模具材料选择原则与模具设计
塑料模具材料的选择 目前，塑料制品日益广泛地应用于日常生活，其中注射成型技术约占80％。注射成型因其一次成型、尺寸精确、可带嵌件、生产率高、易于实现现代化、后加工量少等特点广泛应用于汽车、建筑、家用电器、食品、医药等诸多领域。塑料模具的选用，对于塑料工业生产能否收到好的经济效益非常关键，因此，模具设计者了解模具材料的基本要求和选择恰当的材料相当必要。 塑料模具的工作条件与冷冲模不同，一般须在150°C-200°C下进行工作，除了受到一定压力作用外，还要承受温度影响。现根据塑料成型模具使用条件、加工方法的不同将塑料模具用钢的基本性能要求大致归纳如下： 1．足够的表面硬度和耐磨性 塑料模的硬度通常在50-60HRC以下，经过热处理的模具应有足够的表面硬度，以保证模具有足够的刚度。模具在工作中由于塑料的填充和流动要承受较大的压应力和摩擦力，要求模具保持形状的精度和尺寸精度的稳定性，保证模具有足够的使用寿命。模具的耐磨性取决于钢材的化学成分和热处理硬度，因此提高模具的硬度有利于提高其耐磨性。 2．优良的切削加工性 大多数塑料成型模具，除EMD加工外还需进行一定的切削加工和钳工修配。为延长切削刀具的使用寿命，提高切削性能，减少表面粗糙度，塑料模具用钢的硬度必须适当。 3．良好的抛光性能 高品质的塑料制品，要求型腔表面的粗糙度值小。例如，注塑模型腔表面粗糙度值要求小于Ra0.1～0.25的水平，光学面则要求Ra<0.01nm，型腔须进行抛光，减小表面粗糙度值。为此选用的钢材要求材料杂质少、组织微细均一、无纤维方向性、抛光时不应出现麻点或桔皮状缺陷。 4．良好的热稳定性 塑料注射模的零件形状往往比较复杂，淬火后难以加工，因此应尽量选用具有良好的热稳定性的，当模具成型加工经热处理后因线膨胀系数小，热处理变形小，温度差异引起的尺寸变化率小，金相组织和模具尺寸稳定，可减少或不再进行加工，即可保证模具尺寸精度和表面粗糙度要求。 45、50牌号的碳素钢具有一定的强度与耐磨性，经调质处理后多用于模架材料。高碳工具钢、低合金工具钢经过热处理后具有较高的强度和耐磨性，多用于成型零件。但高碳工具钢因其热处理变形大，仅适用于制造尺寸小、形状简单的成型零件。 随着塑料工业的发展，塑料制品的复杂性、精度等要求愈来愈高，对模具材料也提出更高要求。对于制造复杂、精密和耐腐蚀性
轴的结构设计
轴的结构设计 （1）初步确定轴的最小直径 按扭转强度条件初轴的最小直径（245页） mm n P C d 34.2933 .17348.01123322==≥ 考虑键槽的影响，增大3%，则 mm d 22.30)03.01(34.29min =+?= 初定mm d 32= 主动轴最小直径为外链轮处，孔径为mm mm d k 34.2932>=，符合要求。 N F V 3.13925 .538)465.314(4.27921=-?= N F V 1.14003.13924.27922=-= m N F MaV V ?=?= ?=641000 463.1392461 N F H 4.5465 .3076924351=?= N F H 4.29814.54623352=+= m N MaH ?=?= 1681000 694.2981 轴各段的直径和长度如上图所示。 轴的强度校核计算
N F V 5.23255 .2615.525.2614.27921=+?= N F F F V Q V 9.4665.23254.2792122=-=-= m N M aV ?=?=09.1225.525.2325 N F H 3.5275 .2615.526824351=+?= N F F F Q H H 3.296224353.527112=+=+= m N M aH ?=?=58.165243568 考虑最坏情况 m N M M M aV aH a ?=+=+=72.20509.12258.1652222 m N T ?=47.264
()()m N T M M a e ?≈?+=+=26047.2646.072.2052 222α 计算危险截面处轴的轴的直径 轴材料选用45钢，调质处理，查得（248）MPa B 650=σ，得[]MPa b 601=-σ，则 []mm M d b e 4.2660 1.0102601.03331=??=≥-σ 考虑到键槽对轴的削弱，将到d 值加大5%，故 mm mm d 72.274.2605.1≈?= mm mm d k 72.2732>=，符合要求。
机械设计中的材料的选择和应用
机械设计中的材料的选择和应用 摘要：随着工业发展的高速前进，人们对机械设计材料的选择和应用的要求也越来越高，做好机械设计的材料的选择十分重要，这也成为了机械设计行业的难点和重点，在保证机器正常的刚度强度下，节约材料，环保节能，提高机械的经济性，适用性成为了本行业研究的重点。本文简述了关于机械设计的材料选择和应用的重要意义，对机械设计材料的特点和选择进行了分析。一、机械设计中的材料的选择和应用的分析 随着经济的高速发展，环境、资源等诸多问题也慢慢随之浮出水面，在大量开发之后一些机械设计中重要的资源已经变得越来越少，尽管我国地大物博，但人口众多导致了人均占有量居世界末尾，同时一些竞争引发了资源的不稳定性，使得机械制造的材料成本增高，进一步压缩了应用空间，因此我们应该在机械设计的材料选择方面做更多的研究，以便于减轻机械制造的负担，增加机械效率，提高机械寿命，同时也做到节能减排，保护环境，为可持续发展做出贡献。二、机械设计常用的材料 1、金属材料 在各类工程材料中，以金属材料（尤其是钢铁）使用最广。据统计，在机械制造产品中，钢铁材料占90%以上。钢铁之所以被大量采用，除了由于它们具有较好的力学性能（如强度、塑性、韧性）外，还因为价格相对便宜和容易获得，而且能满足多种性能和用途的要求。在各类钢材中，由于合金钢的性能优良，因此常常用来制造各种零件。 除钢铁以外的金属材料均为有色金属。在有色金属中，铝同及各合金的应用最多。其中有的质量最小，有的导热性和导电性能好等优点，通常还可以用于减摩及耐腐蚀要求的场合。 2、高分子材料 高分子材料通常包含三大类，即塑料、橡胶及合成纤维。高分子材料有许多优点，如原料丰富，可以从石油天然气和煤中提取，或地区是所需的能耗低；密度小，平均只有钢的1/6；在适当的温度范围内有很好的弹性；耐腐蚀性好等。例如，有“塑料王”之称的聚四氟乙烯
塑料制品设计方法与如何选用材料
塑料制品设计方法与如何选用材料 加入时间：2006年09月24日[大中小] 9月23日上午，扬其教授在台州会展中心的80人会议室作了以塑料制品设计方法指南、材料选用设计为主题的座谈会。会上，扬其教授凭借自身的专业优势，给参加此次塑胶会的企业代表带来了塑料制品生产的最新理论成果，受到了广大企业代表的欢迎。 所谓塑料制品设计，就是指对产品预期的、最终使用性能要求和塑料材料性能的设计极限加以考虑，在所研制的塑料制品的设计中，仔细地思考并体现这些内容；计划和保证具有适当设备，能以最佳效率和最低成本生产该制品；塑料制品在正常的使用中始终保持其可靠的工作性能。作为塑料制品设计者不但要具有机械设计者具有的制图、公差配合与技术测量、工程力学和机械设计等方面知识和技能，更需要塑料加工工程方面，塑料制品、塑料材料及配方、塑料加工、塑料成型模具和成型械方面的知识。它们是相辅相成的。在一项塑料制品生产的工程中，制品设计起着龙头作用。塑料制品设计的主要内容主要包括功能设计、材料设计、成型方法、质量控制设计、着色与装饰设计、性能的检测。在塑料制品设计过程中，一般包括以下三个步骤，即：拟定设计方案、结构设计、生产准备和定型。 在塑料制品设计过程中，应该遵循5个原则，包括：保证塑料件在使用期限中的功能和性能。在塑料件失效分析基础上，进行理论设计计算和校核，以及实验测试；在保证塑料件的功能和性能前提下选择材料，必须考虑加工的可行和材料成本低廉；大多数塑料件经加热成型后固化定型，因此，必须考虑聚合物的流变过程和形态变化对塑件影响；大多数塑料件是各种装置和设备中的组成元件，它的设计应统一在整机产品之中，在保证整机质量前提下，降低塑料件的成本；应尽可能地将所设计的塑料件标准化、系列化，因为塑料制品的标准化、系列化程度反映了塑料工业发展的水平。在一些优秀的塑料制品设计中，主要包括七种特性：功能性、优质性、审美性、人类工程学、设计政策、市场调查（它又包括市场调查和消费者调查）、设计实施（它包括商品计划、资料的收集及分析研究 方案设计图、初步方案设计图、设计草图、模型制造、彩色立体图、正规设计图）。 在塑料制品设计的过程中，材料的选用对塑料制品的生产起到十分重要的作用。在塑料材料选用及设计中，应该遵循“物尽其用”的原则。塑料材料品种众多，配方千变万化、成型
金属材料及其表面处理的选型设计要求.
DKBA 华为技术有限公司内部技术规范 DKBA4041-2003.12 金属材料及其表面处理的选型设计要求 SPECIFICATION FOR SELECTION OF METAL MATERIALS AND IT’S SURFACE TREATMENT 2003年12月日发布 2004年月日实施 华为技术有限公司 Huawei Technologies Co., Ltd. 版权所有侵权必究 All rights reserved
修订声明Revision declaration 本规范拟制与解释部门：整机工程设计部结构造型设计部 本规范的相关系列规范或文件：无 相关国际规范或文件一致性：无 替代或作废的其它规范或文件：无 相关规范或文件的相互关系：无 本规范版本升级更改主要内容：第一版 本规范主要起草专家：结构造型设计部：郑玲15593 本规范主要评审专家：结构造型设计部：肖尚宏(2578)，尹长庚(14679)、李宝军（8179）、吴炎辉（10448）、邱华（16488）、邓在明（10166）、吴国详(18066)、向子上（17314）、宁超（11511）、王永刚（21437）、谢斌（16469）、陈京（2745） 目录Table of Contents 1金属材料选用原则7 1.1选材原则7 1.2材料与表面处理选择依据7
1.2.1材料成本7 1.2.2表面处理成本8 1.2.3表面处理后的外观8 1.2.4强度或刚性9 1.2.5折弯性9 1.2.6可焊性9 1.2.7耐蚀性10 1.2.8弹性10 1.3优选材料10 2钢材11 2.1钢板11 2.1.1钢板应用范围11 2.1.2钢板种类11 2.1.3钢板及其表面处理选型12 2.2钢棒15 2.2.1钢棒应用范围15 2.2.2钢棒种类15 2.2.3钢棒及其表面处理选型15 2.3钢管16 2.4槽钢16 3铝材16 3.1铝板16 3.1.1铝板应用范围16 3.1.2铝板种类17 3.1.3铝板及其表面处理选型17 3.2铝型材17 3.2.1铝型材应用范围17 3.2.2铝型材种类17 3.2.3铝型材及其表面处理选型17 3.3铝压铸件17 3.4铝棒18 4铜材18 4.1铜材应用范围18 4.2铜材种类18 4.3铜材及其表面处理选型18 5锌合金压铸件18 6镁合金压铸件18 7附录A：金属材料选用数据列表19 8附录B：弹簧片材料可选择范围19 9参考文献20