(完整word版)17.1轴类零件的选材原则
零件的选材原则
零件的选材原则1、选材的基本原则选材的基本原则是，首先满足使用性能要求，同时要考虑到材料的工艺性和经济性。
（1）使用性能材料的使用性能通常包括力学性能、物理性能和化学性能，对于一般的机械零件主要是力学性能。
他决定了材料的使用价值和工作寿命，是选材的主要依据。
1）按力学性能选材的基本原则选材时，首先是分析零件的工作条件、常见的失效形式，并通过力学计算确定零件应具有的主要力学性能，作为选材的依据。
下表列出了一些零件、工具的工作条件、常见的失效形式及要求的力学性能。
2）按力学性能选材时应注意的问题（1）综合考虑材料强度、塑性、韧性的合理配合。
（2）合理地选定硬度值。
硬度值是根据所需的强度（考虑与塑性、韧性的配合），结合零件的结构特点、工作条件进行折算，标注在技术条件中。
一般工作时不产生应力集中、受力均匀的零件，可选定较高的硬度；有应力集中的零件，需要较高的塑性，硬度值要适当；对精密零件，为提高耐磨性，保持高精度，硬度值可大些。
相互摩擦的一对零件应有一定的硬度差，以提高耐磨性。
例如：相互啮合的一对齿轮，小齿轮的齿面硬度应比大齿轮高25～40HBS；螺母应比螺栓硬度低20～40HBS，可避免咬死、减少磨损。
（3）选用材料的力学性能判据数值时应注意的几个问题。
①注意手册中各性能数据的测试条件与零件实际情况的差异。
零件的实际尺寸较大，存在缺陷（孔洞、夹杂物、表面损伤等）的可能性增加，对碳钢和低淬透性钢就有可能淬不透，故导致材料实际使用的性能数据一般应随零件尺寸的增大而减小②实际零件材料的成分、热处理工艺参数等与标准试样相比可能存在一定的偏差，从而导致零件的力学性能波动。
③同种材料采用的工艺不同，其性能数据也会不同。
例如，同种材料用锻压成形的坯料就比用铸造成形的坯料力学性能好。
总之，应根据所选材料的具体情况对手册中的数据作一定的修正，必要时可进行零件的强度和寿命模拟试验，确保提供的数据可靠。
（返回TOP）（2）工艺性工艺性能是指零件在各种加工过程中所表现出来的性能。
典型零件的选材
材料选用的原则与方法机械零件的选材是一项十分重要的工作。
选材是否恰当，特别是一台机器中关键零件的选材是否恰当，将直接影响到产品的使用性能、使用寿命及制造成本。
要做到合理选用材料，就必须全面分析零件的工作条件、受力性质和大小，以及失效形式，然后综合各种因素，提出能满足零件工作条件的性能要求，再选择合适的材料并进行相应的热处理以满足性能要求。
选用工程材料的基本原则是：不仅要充分考虑材料的使用性能能够适应机械零件的工作条件要求、使机器零件经久耐用．同时还要兼顾材料的加工工艺性能、经济性与可持续发展性，以便提高零件的生产率、降低成本、减少能耗、减少乃至避免环境污染等。
选材的一般方法材料的选择是一个比较复杂的决策问题。
目前还没有一种确定选材最佳方案的精确方法。
它需要设计者熟悉零件的工作条件和失效形式，掌握有关的工程材料的理论及应用知识、机械加工工艺知识以及较丰富的生产实际经验。
通过具体分析，进行必要的试验和选材方案对比，最后确定合理的选材方案。
一般，根据零件的工作条件，找出其最主要的性能要求，以此作为选材的主要依据。
零件材料的合理选择通常按照以下步骤进行：(1) 对零件的工作条件进行周密的分析，找出主要的失效方式，从而恰当地提出主要性能指标。
一般地，主要考虑力学性能，特殊情况还应考虑物理、化学性能。
(2) 调查研究同类零件的用材情况，并从其使用性能、原材料供应和加工等方面分析选材是否合理，以此作为选材的参考。
(3) 根据力学计算，确定零件应具有的主要力学性能指标，正确选择材料。
这时要综合考虑所选材料应满足失效抗力指标和工艺性的要求，同时还需考虑所选材料在保证实现先进工艺和现代生产组织方面的可能性。
(4) 决定热处理方法或其他强化方法，并提出所选材料在供应状态下的技术要求。
(5) 审核所选材料的经济性，包括材料费、加工费、使用寿命等。
(6) 关键零件投产前应对所选材料进行试验，可通过实验室试验、台架试验和工艺性能试验等，最终确定合理的选材方案。
机械零件选材原则及工艺设计
机械零件选材原则及工艺设计机械零件的选材原则及工艺设计在机械设计中，选择合适的材料和有效的工艺是非常重要的，因为这直接影响了零件的质量、性能和使用寿命。
下面是一些机械零件选材原则及工艺设计的重要考虑因素。
1. 材料的机械性能：机械零件必须具有足够的强度、硬度和耐磨性，以承受预期的工作载荷和环境条件。
因此，在选择材料时，应该考虑其拉伸强度、屈服强度、断裂韧性和硬度等机械性能指标。
2. 材料的耐腐蚀性：机械零件往往要在各种恶劣的环境条件下工作，如高温、湿度或腐蚀性介质。
因此，应选择具有良好耐腐蚀性能的材料，以保证零件的长期稳定性和可靠性。
3. 材料的热处理性：有些机械零件需要进行热处理，以改善其机械性能和硬度。
因此，在选材时，应选择适合热处理的材料，以便在工艺设计中能够获取所需的材料性能。
4. 材料的可加工性：机械零件的制造通常需要各种加工操作，如切削、铣削、焊接等。
因此，材料的可加工性也是选材的重要因素，应选择易于加工的材料，以保证制造成本和质量。
5. 材料的经济性：在选材时，还必须考虑材料的成本因素。
有时候，高性能材料可能很昂贵，但在某些应用中，可以使用性能适当的低成本材料来替代。
工艺设计也是机械零件设计中重要的一环。
下面是一些常见的工艺设计考虑因素：1. 制造工艺的可行性：在工艺设计中，应考虑零件的复杂度和制造难度。
有时候，可能需要进行多道复杂的加工操作，而在其他情况下，使用简单的加工过程就可以完成。
因此，在工艺设计中应选择最合适和最经济的制造工艺。
2. 精度要求：机械零件的精度直接影响其质量和功能。
因此，在工艺设计中，应根据零件的功能需求和装配要求，确定适当的制造精度和加工工艺。
3. 工艺的可重复性和稳定性：工艺的可重复性和稳定性对零件的质量和一致性至关重要。
因此，在工艺设计中，应选择稳定可靠的加工工艺和设备，以确保批量生产的一致性和质量可控。
总之，在机械设计中，选材和工艺设计是同等重要的。
汽车零件选材原则
汽车零件选材原则随着汽车工业的发展，汽车零件的选材变得越来越重要。
选材的质量直接影响到汽车的性能、安全性和使用寿命。
因此，在汽车零件的选材过程中，有一些重要的原则需要遵循。
1. 原材料的适用性汽车零件的选材首先要考虑的是原材料的适用性。
不同的零件在使用过程中会受到不同的力学、热力学和化学环境的影响，因此选材时需要考虑材料的耐磨性、抗腐蚀性、耐高温性等特性。
比如，发动机零件需要选择具有高温抗氧化和耐磨性的材料，而车身零件则需要选择具有良好的强度和韧性的材料。
2. 材料的强度和刚度汽车零件在使用过程中会承受各种力的作用，因此选材时要考虑材料的强度和刚度。
材料的强度决定了零件的承载能力，而刚度则决定了零件在受力时的变形程度。
因此，选材时需要选择具有足够强度和刚度的材料，以确保零件在使用过程中不会发生过度变形或破裂。
3. 材料的重量和密度汽车的重量对于燃油消耗和排放有着直接的影响。
因此，在选材时需要考虑材料的重量和密度。
常用的轻质材料如铝合金、镁合金、碳纤维等可以有效减轻汽车的重量，提高燃油经济性和环境友好性。
然而，这些材料通常价格较高，因此在选材时需要综合考虑成本和性能的因素。
4. 材料的耐久性和寿命汽车零件在使用过程中需要经受长时间的振动、冲击和疲劳载荷，因此选材时需要考虑材料的耐久性和寿命。
一些特殊工况下的零件，如刹车盘和离合器摩擦片等，需要选择具有良好耐磨性和耐高温性的材料，以确保零件的寿命和安全性。
5. 材料的可加工性和可靠性汽车零件在制造过程中需要进行各种加工，如铸造、锻造、冲压、焊接等。
因此，在选材时需要考虑材料的可加工性和可靠性。
材料的可加工性决定了零件的制造难度和成本，而可靠性则决定了零件的使用寿命和安全性。
6. 材料的成本和可获得性选材时还需要考虑材料的成本和可获得性。
不同的材料价格差异很大，因此需要在性能要求和成本之间进行平衡。
此外，材料的可获得性也是一个重要的考虑因素，特别是对于大规模生产的汽车制造商来说。
汽车零件选材原则
汽车零件选材原则
汽车零件的选材原则主要包括以下几个方面：
1. 材料的机械性能：汽车零件需要承受各种力、压力和振动，因此选材时要考虑材料的强度、硬度、韧性和耐疲劳性等机械性能。
2. 材料的耐腐蚀性：汽车在使用过程中会接触到各种化学物质、湿气和盐雾等腐蚀性环境，因此需要选用具有良好耐腐蚀性的材料，以延长零件的使用寿命。
3. 材料的重量和密度：汽车需要在行驶过程中具有较低的油耗和较高的燃油效率，因此选材时要考虑材料的重量和密度，选择轻量化材料可以减轻整车重量，提高燃油经济性。
4. 材料的成本和可供性：汽车制造需要大量的零件，因此选材时要考虑材料的成本和可供性，选择成本低廉且容易获得的材料可以降低制造成本和零件供应风险。
5. 材料的可加工性：汽车零件需要经过加工和制造过程，因此选材时要考虑材料的可加工性，即材料是否易于加工和成型，是否能够满足零件的复杂形状和尺寸要求。
6. 材料的环境友好性：随着环保意识的提高，汽车制造越来越注重材料的环境友好性，选材时要考虑材料的可回收性、可再利用性和生命周期环境影响等因素。
零件材料怎么选？零件材料的选择方法盘点
做了多年机械，你知道零件材料怎么选吗？使用要求机械零件的使用要求表现为以下几点：1）零件的工作状况和受载情况以及为避免相应的失效形式而提出的要求。
工作状况是指零件所处的环境特点、工作温度及摩擦和磨损的程度等。
在湿热环境或腐蚀介质中工作的零件，其材料应具有良好的防锈和耐腐蚀能力，在这种情况下，可先考虑使用不锈钢、铜合金等。
工作温度对材料选择的影响主要有两个方面1方面要考虑互相配合的两零件材料的线膨胀系数不能相差过大以免在温度变化时产生过大的热应力或者使配合松动；另一方面也要考虑材料的力学性能随温度而改变的情况。
在滑动摩擦下工作的零件，要提高其表面硬度，以增强耐磨性，应选择适于进行表面处理的淬火钢、渗碳钢、氮化钢等品种或选用减摩和耐磨性能好的材料。
受载情况是指零件受载荷、应力的大小和性质。
脆性材料原则上只适用于制造在静载荷下工作的零件；在有冲击的情况下，应以塑性材料作为主要使用的材料；对于表面受较大接触应力的零件，应选择可以进行表面处理的材料，如表面硬化钢；对于受应变力的零件，应选择耐疲劳的材料；对于受冲击载荷的零件，应选择冲击韧性较高的材料；对于尺寸取决于强度而尺寸和质量又受限的零件，应选择强度较高的材料；对于尺寸取决于刚度的零件，应选择弹性模量较大的材料。
金属材料的性能一般可通过热处理加以提高和改善，因此，要充分利用热处理的手段来发挥材料的潜力；对于最常用的调制钢，由于其回火温度的不同可得到力学性能不同的毛坯。
回火温度越高，材料的硬度和刚度将越低，而塑性越好。
所以在选择材料的品种时，应同时规定其热处理规范，并在图样上注明。
2）对零件尺寸和质量的限制。
零件尺寸及质量的大小与材料的品种及毛坯的制造方法有关。
生产铸造毛坯时一般可以不受尺寸及质量大小的限制；而生产锻造毛坯时，则需注意锻压机械及设备的生产能力。
此外，零件尺寸和质量的大小还和材料的强重比有关，应尽可能选择强重比大的材料，以便减小零件的尺寸及质量。
加工轴类零件时定位基准的选择原则
加工轴类零件时定位基准的选择原则加工轴类零件时，定位基准的选择可不是一件轻松的事。
你得想清楚，怎样能让零件加工得又快又好，位置准确不说，精度也得有保障。
那怎么选定位基准呢？哎呀，这就像做饭一样，锅得选对了，火候得掌握好，不然再好的食材也做不出味道来。
咱们说，定位基准，就是为了确保零件在加工过程中不会东倒西歪，保证它的精度和稳定性。
定位准确了，零件不跑位，质量才能有保障。
定位基准的选择要符合零件的形状、结构以及加工工艺要求。
你想啊，轴类零件一般都是圆柱形的，像这种形状的零件，要是随便找个地方当基准，那加工出来的效果肯定差强人意。
就好比你做菜，食材不能随便乱放，得有个固定的地方。
轴类零件上有些关键的地方，比如端面、中心孔或者某些固定的平面，都是理想的定位基准。
它们可以给你提供稳定的支持，保证零件的加工不会出现偏差。
所以说，选择定位基准的时候，首先得考虑这些结构特点，别搞错了。
然后，咱们得考虑定位基准的可操作性。
你得想，零件加工过程中，基准得容易操作、容易测量，不然你就得在机器旁边和零件“拔河”了，效率低不说，还容易出问题。
要是选择的基准位置太难测量，或者基准太小，导致夹持不牢靠，那加工出来的结果就是瞎忙活。
定位基准最好是在加工过程中能有充足的支撑点，保持零件稳定不动，避免出现“浮动”。
别看这些基准看起来不显眼，实际做起活来，可是事关大局。
选择定位基准时得考虑它的重复性。
你想啊，要是每次都得重新找基准，那不就是费时间、浪费精力吗？尤其是批量生产的情况下，得确保每个零件都能在相同的位置进行加工，这样才能保证每个零件的精度一致。
换句话说，基准的重复性越好，加工过程就越流畅，产出的零件就越精确。
这就好比你拍照一样，光线、角度都固定好了，照片自然清晰。
除了这些，定位基准的选择还得考虑到加工的工序。
如果你加工的工序比较简单，零件的定位要求也不高，随便找个地方当基准可能就够了。
但如果工序复杂，需要多个步骤加工，那基准就得选得更有讲究了。
机械零件选材
2、压力加工性能：包括冷、热压力加工， 要求高的塑性和低的变形抗力及可热加工的 温度范围、抗氧化性和加热、冷却要求等。 变形铝合金、铜合金、低碳钢的压力加工性 能好，高碳钢较差，铸铁则不能锻造。 3、焊接性能：焊缝处形成冷裂或热裂及形 成气孔的倾向。 钢含碳量愈高，焊接性愈差，故可以 把钢中含碳量的多少作为判断钢材焊接性的 主要依据。低碳钢的焊接性能好，高碳钢及 铸铁的焊接性能差。
该工艺路线中正火的作用是细化均匀 组织，消除锻造应力，改善切削加工性； 渗碳的作用是提高齿轮表面含碳量 （0.8%～1.05%）；淬火的作用是获得一 定深度的淬硬层（0.8～1.3mm），提高齿 面耐磨性和接触疲劳强度；低温回火的作 用是消除淬火应力，防止磨削裂纹，提高 冲击抗力。
2、轴类零件
用途：支承传动零件并传递运动和动力。 工作条件：承受交变弯曲应力和扭转应力，有时也
受冲击载荷作用，轴颈和锥孔表面受摩擦。 材料：载荷和转速不高时选45钢；承受较 大载荷的车床主轴选40Cr；等。 工艺路线： 备料 锻造 正火 机械粗加工 调质 机械精加工 轴颈部位表面淬 火+低温回火 磨削
正火：消除锻造应力，调整硬度便于
选材：低速内燃机曲轴用正火态的45钢或
球墨铸铁；中速曲轴用调质态的45钢或中 碳合金钢（40Cr）或球墨铸铁；高速曲轴 用高强度合金钢（35CrMo、42CrMo） 工艺路线： 下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工 →轴颈表面淬火+低温回火→精磨 球墨铸铁制造曲轴工艺路线： 熔炼→铸造→高温正火→高温回火→机械加 工→轴颈气体渗氮
切削加工，改善锻造组织，为调质做 准备。 调质：获得高的综合力学性能，提高 疲劳强度和抗冲击能力。 轴颈部位表面淬火+低温回火：使轴颈 部位获得高硬度和高耐磨性。
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轴的分类
按受载的特点：心轴、转轴、传动轴
按轴线的形状：等径轴、阶梯轴、曲轴、钢丝软轴
轴的组成
轴颈：轴上支撑的部分
轴头：支撑回转零件的部分
轴身：连接轴颈和轴头的部分
轴类零件的失效形式包括有：
1、弯曲（因冲击负载导致的弯曲、因计算失误导致的弯曲、因意外事故导致的弯曲），特别以悬臂轴尤为严重
先让学生回顾，导入学习情境，通过提问，让学生回顾前面所学的机械零件的相关知识
新课学习
引入新课
通过回顾他们上次课所学的机械零件的失效形式，进行问答式引入，以前专门进行过轴类零件的学习，通过回顾轴类零件的特点总结轴类零件的主要失效形式有哪些
失效的定义:机械零件由于各种原因造成不能完成规定的功能称为机械零件失效，简称失效。
2、失稳（特以细长轴最为严重，并且是承受轴向压力负载的轴最容易发生）
3、重心偏置（对于空心轴来说，由于加工的原因将会导致壁厚偏置，也就是一边厚、一边薄），这样的轴在运行时，特别是高速运行时，将会发生严重的振动，甚至是破坏性的。
4、挠度过大（对于简支梁性的轴而言，若负载过大，将会是轴产生挠度，当然，前期的设计不足也有原因）
2.本班学生已经进行过车加工轴类零件的实训，所以对轴的构造了解比较多，一次来分析它的特点，相信同学们都有自己的心得，通过表述和听取别人的想法可以让自己得到一种自我提升
3.教师讲解，在学生总结的基础上，对学生所想到的知识进行分析，对他们想到的知识加深映像，没想到的的重点剖析
4.教师补充，主要讲解学生所熟悉的机床主轴，让学生记忆更加深刻
教学难点：轴类零件的失效形式
教学重点：典型轴的选材
教学方法：讨论法、讲授法
教具准备：教材
教学过程
教学步骤
（流程）
教学内容
设计意图
及依据
复习导入
1、检查人数,梳理上节课的重点
2、让学生回顾上节课学了哪些内容
3、提问:选择材料的基本原则有哪些（使用性能、工艺性能、经济性）
4、提问：请同学讲述零件失效的定义？
2局部（轴颈、花键等）承受磨擦和磨损；
3特殊条件下受温度或介质作用。
新课讲解
老师进行总结，然后引入典型轴类零件的讨论
性能要求：①高的疲劳强度，防止疲劳断裂；②优良的综合机械性能，即较高的屈服强度的抗拉强度，较高的韧性，防止塑性变形及过载或冲击载荷下的扭转和折断；③局部承受磨擦的部位具有高硬度和耐磨性，防止磨损；④在特殊条件下工作的转的材料应具有特殊性能，如蠕变抗力，耐腐蚀性等。
教学反思
学生对轴类零件的熟悉程度很高，甚至在实习工厂进行过轴类零件的加工，所以导致部分同学对此不上心，但对于关键知识点掌握到位情况较好
5、折断（这是最严重的事故，原因：设计不足、材料问题、热处理问题、加工应力、冲加工，那么轴类零件有何特点？它一般应用于何种工作场所？
轴的工作条件失效方式及对性能的要求：
轴主要是起支承传动零件并传递扭矩，工作条件
1承受高变扭转载荷、高变弯曲载荷或拉一压载荷；
典型轴的选材
机床主轴
机床主轴承受中等扭转—弯曲复合载荷，转速中等并承受一定的冲击载荷。大多选用45钢制造，经调质处理后轴颈处再进行表面淬火，载荷较大时可选用40Cr钢制造。
工艺路线：
下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→局部表面淬火+低温回火→精磨→成品。
正火处理可细化组织，调整硬度，改善切削加工性；调质处理可获得高的综合机械性能和疲劳强度；局部表面淬火及低温回火可获得局部高硬度和耐磨性。
课堂小结
轴类零件作为机械零件中最常见的零件之一，使用范围极广，接触的也是很多，特别是车床很多都是用来加工轴类零件的，所以对于重点知识必学反复强调，务必让学生弄懂
板书提纲
板书设计
轴类零件的选材
1.=定义
2.轴类零件的主要失效形式
3.轴的工作条件
4.典型轴的选材——机床主轴
布置作业
通过轴的工艺路线，简述“四火”
对于某些机床主轴如成能洗床主轴，也可用球墨铸铁代替45钢来制造。对于要求高精度、高尺寸稳定性及耐磨性的主轴的镗床主轴，往往用38CrMoAlA钢制造，径调质处理后再进行氮化处理。
轴类零件需用的材料有普通碳素钢、优质碳素钢、合金结构钢和球墨铸铁等。
1.通过对以前类似知识的复习，利用它们的共通点引入新课，通过自己的思考，在老师讲解的过程中就更容易理解
教学课题：轴类零件的选材原则
教学课时: 2
教学目的：
1.知识与技能:让学生了解轴类零件工作条件及常见的失效形式，通过学习，让学生对典型轴类零件的材料选择有一定的了解
2.情感、态度与价值观:通过对轴类零件选用原则的学习,由于本节内容与上节课的内容有很强的相似性，所以掌握起来比较容易，可以很好的提升学生的自信心