常用紧固件材料与机械性能标准

常用紧固件材料与机械性能标准
常用紧固件材料与机械性能标准

第四章常用紧固件材料与机械性能标准

一、紧固件常用材料分类:

目前市场上标准件主要有碳钢、不锈钢、黄铜、铝合金四种材料。

1.碳钢。我们以碳钢料中碳的含量区分低碳钢,中碳钢和高碳钢以及合金钢。

1.1低碳钢C%≤0.25% 国内通常称为A3钢。国外基本称为1008,1015,1018,1022等。主要用于4.8级螺栓及4级螺母、小螺丝等无硬度要求的产品。(注:钻尾钉主要用1022材料。)

1.2中碳钢0.25%

1.3高碳钢C%>0.60%。目前市场上基本没使用

1.4合金钢:在普碳钢中加入合金元素,增加钢材的一些特殊性能:如35、40铬钼、SCM435,10B38。芳生1

2.9级螺丝主要使用SCM435铬鉬合金钢,主要成分有C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo。

2.不锈钢。性能等级:45,50,60,70,80

主要分奥氏体(18%Cr、8%Ni)耐热性好,耐腐蚀性好,可焊性好。A1,A2,A4马氏体(13%Cr)耐腐蚀性较差,强度高,耐磨性好。C1,C2,C4铁素体不锈钢。18%Cr镦锻性较好,耐腐蚀性强于马氏体。目前市场上进口材料主要是日本产品。按级别主要分SUS302、SUS304、SUS316。

3.铜。常用材料为黄铜、锌铜合金。市场上主要用H62、H65、H68铜做标准件。

4.铝合金密度低,但强度比较高,接近或超过优质钢,塑性好,可加工成各种型材,具有优良的导电性、导热性和抗蚀性,工业上广泛使用,使用量仅次于钢。

5.合金钢(也狭义指铬钼合金钢,如SCM435等)

二、紧固件常用的材料

(一)碳钢、合金钢、特种钢类

1、螺栓、螺钉、螺柱3.6级、4.6级、4.8级、5.6级、5.8级、6.8级一般选用碳钢,不需热处理;8.8级、9.8级一般选用低碳合金钢或中碳钢,淬火并回火;10.9级一般选用低、中碳合金钢或合金钢,淬火并回火;12.9级一般选用合金钢,淬火并回火。

2、螺母4级、5级、6级一般选用碳钢,也可用易切钢制造,不需热处理;8级、9级、一般选用中碳钢,淬火并回火;10级、12级为改善机械性能,必要时,可增添合金元素,淬火并回火。

3、紧定螺钉14H一般选用碳钢,不需热处理;22H、33H一般选用碳钢,淬火并回火;45H一般选用合金钢,淬火并回火。

4、自攻钉/钻尾钉一般选用中碳钢如SWRCH22A,表面需经渗碳处理。

5、平垫圈HV140一般选用低碳钢;HV300一般选用中碳钢,需要热处理。

6、弹性垫圈一般选用弹簧钢70/65Mn/60Si2Mn,淬火并回火。

7、齿形、锯齿锁紧垫圈,鞍形、波形弹性垫圈一般选用65Mn

8、销一般可选用碳素钢35#,淬火并回火HRC28-38,45#,淬火并回火HRC38-46;合金钢30CrMnSiA,淬火并回火HRC35-41;特种钢1Cr13/2Cr13、Cr17.i2、1Cr18.I9Ti (二)不锈钢类

(1)、304M、304HC、316三种材质是目前300系列奥氏体不锈钢使用最广的材质之一。各材质明显差异为:冷加工后材质磁性为316<304HC<304M。316材质抗化学品腐蚀,抗孔蚀性及抗海水耐蚀性能相对于304M及304HC要优良。

(2)、总之,不锈钢标准件特性为耐腐蚀、美观、卫生,但其强度、硬度正常情况下相当于碳钢(6.8级)故对不锈钢产品应不可撞击、敲打、注意维护其表面光洁度、精度,且

不能和使用碳钢产品一样随便施加力量,亦不可施力过大,同时因不锈钢延展性好,在使用时产生钢屑易粘于螺帽牙级处,增加摩檫力,易导致锁死,而使用碳钢即使产生铁屑也会掉落,相对于不锈钢不易锁死。

四、材料中各类元素对钢的性质的影响:

1、碳(C):提高钢件强度,尤其是其热处理性能,但随着含碳量的增加,塑性和韧性下降,并会影响到钢件的冷镦性能及焊接性能。

2、锰(Mn):提高钢件强度,并在一定程度上提高可淬性。即在淬火时增加了淬硬渗入的强度,锰还能改进表面质量,但是太多的锰对延展性和可焊性不利。并会影响电镀时镀层的控制。

3、镍(Ni):提高钢件强度,改善低温下的韧性,提高耐大气腐蚀能力,并可保证稳定的热处理效果,减小氢脆的作用。

4、铬(Cr):能提高可淬性,改善耐磨性,提高耐腐蚀能力,并有利于高温下保持强度。

5、钼(Mo):能帮助控制可淬性,降低钢对回火脆性的敏感性,对提高高温下的抗拉强度有很大影响。

6、硼(B):能提高可淬性,并且有助于使低碳钢对热处理产生预期的反应。

7、矾(V):细化奥氏体晶粒,改善韧性。

8、硅(Si):保证钢件的强度,适当的含量可以改善钢件塑性和韧性。

常用材料力学性能.

常用材料性质参数 材料的性质与制造工艺、化学成份、内部缺陷、使用温度、受载历史、服役时间、试件尺寸等因素有关。本附录给出的材料性能参数只是典型范围值。用于实际工程分析或工程设计时,请咨询材料制造商或供应商。 除非特别说明,本附录给出的弹性模量、屈服强度均指拉伸时的值。 表 1 材料的弹性模量、泊松比、密度和热膨胀系数 材料名称弹性模量E GPa 泊松比V 密度 kg/m3 热膨胀系数a 1G6/C 铝合金-79 黄铜 青铜 铸铁 混凝土(压 普通增强轻质17-31 2300 2400 1100-1800

7-14 铜及其合金玻璃 镁合金镍合金( 蒙乃尔铜镍 塑料 尼龙聚乙烯 2.1-3.4 0.7-1.4 0.4 0.4 880-1100 960-1400 70-140 140-290 岩石(压 花岗岩、大理石、石英石石灰石、沙石40-100 20-70 0.2-0.3 0.2-0.3 2600-2900 2000-2900 5-9 橡胶130-200 沙、土壤、砂砾钢

高强钢不锈钢结构钢190-210 0.27-0.30 7850 10-18 14 17 12 钛合金钨木材(弯曲 杉木橡木松木11-13 11-12 11-14 480-560 640-720 560-640 1 表 2 材料的力学性能 材料名称/牌号屈服强度s CT MPa 抗拉强度b CT

MPa 伸长率 5 % 备注 铝合金LY12 35-500 274 100-550 412 1-45 19 硬铝 黄铜青铜 铸铁( 拉伸HT150 HT250 120-290 69-480 150 250 0-1 铸铁( 压缩混凝土(压缩铜及其合金 玻璃

常用注塑材料性能

目录 1.ABS 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 (2) 2.PA6 聚酰胺6或尼龙6 (3) 3.PA12 聚酰胺12或尼龙12 (3) 4.PA66 聚酰胺66或尼龙66 (4) 5.PBT 聚对苯二甲酸丁二醇酯 (6) 6.PC 聚碳酸酯 (6) 7.PC/ABS 聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物 (7) 8.PC/PBT 聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯的混合物 (7) 9.PE-HD 高密度聚乙烯 (8) 10.PE-LD 低密度聚乙烯 (8) 11.PEI 聚乙醚 (9) 12.PET 聚对苯二甲酸乙二醇酯 (9) 13.PETG 乙二醇改性-聚对苯二甲酸乙二醇酯 (10) 14.PMMA 聚甲基丙烯酸甲酯 (10) 15.POM 聚甲醛 (11) 16.PP 聚丙烯 (11) 17.PPE 聚丙乙烯 (12) 18.PS 聚苯乙烯 (13) 19.PVC (聚氯乙烯) (13) 20.SA苯乙烯-丙烯腈共聚物 (14)

ABS 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 典型应用范围: 汽车(仪表板,工具舱门,车轮盖,反光镜盒等),电冰箱,大强度工具(头发烘干机,搅拌器,食品加工机,割草机等),电话机壳体,打字机键盘,娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。 注塑模工艺条件: 干燥处理:ABS材料具有吸湿性,要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件为80~90℃下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%。 熔化温度:210~280℃;建议温度:245℃。 模具温度:25~70℃。(模具温度将影响塑件光洁度,温度较低则导致光洁度较低)。 注射压力:500~1000bar。 注射速度:中高速度。 化学和物理特性: ABS 是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性:丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性;丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性;苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。从形态上看,ABS是非结晶性材料。三中单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物,一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相,另一个是聚丁二烯橡胶分散相。ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。这就可以在产品设计上具有很大的灵活性,并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性,例如从中等到高等的抗冲击性,从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。ABS材料具有超强的易加工性,外观特性,低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。

材料性能参数

材料物理性能参数 表征材料在力、热、光、电等物理作用下所反映的各种特性。常用的材料物理性能参数有内耗、热膨胀系数、热导率、比热容、电阻率和弹性模量等。 内耗材料本身的机械振动能量在机械振动时逐渐消耗的现象。其基本度量是振动一个周期所消耗的能量与原来振动能量之比。测量内耗的常用方法有低频扭摆法和高频共振法。内耗测量多用于研究合金中相的析出和溶解。 热膨胀系数材料受热温度上升1℃时尺寸的变化量与原尺寸之比。常用的有线膨胀系数和体膨胀系数两种。热膨胀系数的测量方法主要有:①机械记录法;②光学记录法;③干涉仪法;④X射线法。材料热膨胀系数的测定除用于机械设计外,还可用于研究合金中的相变。 热导率单位时间内垂直地流过材料单位截面积的热量与沿热流方向上温度梯度的负值之比。热导率的测量,一般可按热流状态分为稳态法和非稳态法两类。热导率对于热机,例如锅炉、冷冻机等用的材料是一个重要的参数。 比热容使单位质量的材料温度升高1℃时所需要的热量。比热容可分为定压比热容cp 和定容比热容cV。对固体而言,cp和cV的差别很小。固体比热容的测量方法常用的有比较法、下落铜卡计法和下落冰卡计法等。比热容可用于研究合金的相变和析出过程。 电阻率具有单位截面积的材料在单位长度上的电阻。它与电导率互为倒数,通常用单电桥或双电桥测出电阻值来进行计算。电阻率除用于仪器、仪表、电炉设计等外,其分析方法还可用于研究合金在时效初期的变化、固溶体的溶解度、相的析出和再结晶等问题。 弹性模量又称杨氏模量,为材料在弹性变形范围内的正应力与相应的正应变之比(见拉伸试验)。弹性模量的测量有静态法(拉伸或压缩)和动态法(振动)两种。它是机械零部件设计中的重要参数之一。

常用岩土材料参数和岩石物理力学性质一览表

(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下: ) 21(3ν-= E K ) 1(2ν+= E G (7.2) 当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5,因为计算的K 值将会非常的高,偏离实际值很多。最好是确定好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计),然后再用K 和ν来计算G 值。 表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性(实验室值)(Goodman,1980) 表7.1 土的弹性特性值(实验室值)(Das,1980) 表7.2 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况,横切各向同性弹性模型需要5 中弹性常量:E 1, E 3, ν12,ν13和G 13;正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。这些常量的定义见理论篇。 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数(实验室) 表7.3

流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量K f ,如果土粒是可压缩的,则要用到比奥模量M 。纯净水在室温情况下的K f 值是2 Gpa 。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态(见理论篇第三章流体-固体相互作用分析),则尽量要用比较低的K f ,不用折减。这是由于对于大的K f 流动时间步长很小,并且,力学收敛性也较差。在FLAC 3D 中用到的流动时间步长,? tf 与孔隙度n ,渗透系数k 以及K f 有如下关系: ' f f k K n t ∝ ? (7.3) 对于可变形流体(多数课本中都是将流体设定为不可压缩的)我们可以通过获得的固结系数νC 来决定改变K f 的结果。 f 'K n m k C + = νν (7.4) 其中 3 /4G K 1 m += ν f 'k k γ= 其中,' k ——FLAC 3D 使用的渗透系数 k ——渗透系数,单位和速度单位一样(如米/秒) f γ——水的单位重量 考虑到固结时间常量与νC 成比例,我么可以将K f 的值从其实际值(Pa 9 102?)减少,利用上面得表达式看看其产生的误差。 流动体积模量还会影响无流动但是有空隙压力产生的模型的收敛速率(见1.7节流动与力学的相互作用)。如果K f 是一个通过比较机械模型得到的值,则由于机械变形将会产生孔隙压力。如果K f 远比k 大,则压缩过程就慢,但是一般有可能K f 对其影响很小。例如在土体中,孔隙水中还会包含一些尚未溶解的空气,从而明显的使体积模量减小。 在无流动情况下,饱和体积模量为: n K K K f u + = (7.5) 不排水的泊松比为:

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

(重)常见材料的力学性能

附录常用材料的力学及其它物理性能 一、玻璃的强度设计值 f g(MPa) JGJ102-2003表5.2.1 二、铝合金型材的强度设计值 (MPa) GB50429-2007表4.3.4 三、钢材的强度设计值(1-热轧钢材) f s(MPa) JGJ102-2003表5.2.3 四、钢材的强度设计值(2-冷弯薄壁型钢) f s(MPa) 五、材料的弹性模量E(MPa) JGJ102-2003表5.2.8、JGJ133-2001表5.3.9

六、 材料的泊松比υ JGJ102-2003表5.2.9、JGJ133-2001表5.3.10、GB50429-2007表4.3.7 七、 材料的膨胀系数α(1/℃) JGJ102-2003表5.2.10、JGJ133-2001表5.3.11、GB50429-2007表4.3.7 八、 材料的重力密度γg (KN/m ) JGJ102-2003表5.3.1、GB50429-2007表4.3.7 九、 板材单位面积重力标准值(MPa ) JGJ133-2001表5.2.2 十、 螺栓连接的强度设计值一(MPa) JGJ102-2003表B.0.1-1

十一、螺栓连接的强度设计值二(MPa) 十二、焊缝的强度设计值(MPa) JGJ102-2003表B.0.1-3

十三、不锈钢螺栓连接的强度设计值(MPa) JGJ102-2003表B.0.3 十四、楼层弹性层间位移角限值 GB/T21086-2007表20 十五、部分单层铝合板强度设计值(MPa)JGJ133-2001表5.3.2

十六、铝塑复合板强度设计值(MPa) JGJ133-2001表5.3.3 十七、蜂窝铝板强度设计值(MPa) JGJ133-2001表5.3.4 十八、不锈钢板强度设计值(MPa) 附录常用材料的力学及其它物理性能十九、玻璃的强度设计值 f g(N/mm2) 二十、铝合金型材的强度设计值 f a(N/mm2)

材料的力学性能

材料的力学性能 mechanical properties of materials 主要是指材料的宏观性能,如弹性性能、塑性性能、硬度、抗冲击性能等。它们是设计各种工程结构时选用材料的主要依据。各种工程材料的力学性能是按照有关标准规定的方法和程序,用相应的试验设备和仪器测出的。表征材料力学性能的各种参量同材料的化学组成、晶体点阵、晶粒大小、外力特性(静力、动力、冲击力等)、温度、加工方式等一系列内、外因素有关。材料的各种力学性能分述如下: 弹性性能材料在外力作用下发生变形,如果外力不超过某个限度,在外力卸除后恢复原状。材料的这种性能称为弹性。外力卸除后即可消失的变形,称为弹性变形。表示材料在静载荷、常温下弹性性能的一些主要参量可以通过拉伸试验进行测定。 拉伸试样常制成圆截面(图1之a)或矩形截面(图1之b)棒体,l为标距,d为圆形试样的直径,h和t分别为矩形截面试样的宽度和厚度,图中截面形状用阴影表示,面积记为A。长度和横向尺寸的比例关系也有如下规定:对于圆形截面试样,规定l=10d或l=5d;对于矩形截 面试样,按照面积换算规定或者。试样两端的粗大部分用以和材料试验 机的夹头相连接。试验结果通常绘制成拉伸图或应力-应变图。图2为低碳钢的拉伸图,横坐标表示试样的伸长量Δl(或应变ε=Δl/l),纵坐标表示载荷P(或应力σ=P/A)。图中的曲线从原点到点p为直线,pe段为曲线,载荷不大于点e所对应的值时,卸载后试样可恢复原状。反映材料弹性性质的参量有比例极限、弹性极限、弹性模量、剪切弹性模量和泊松比等。 比例极限应力和应变成正比例关系的最大应力称为比例极限,即图中点p所对应的应力,以σp表示。在应力低于σp的情况下,应力和应变保持正比例关系的规律叫胡克定律。载荷超过点p对应的值后,拉伸曲线开始偏离直线。 弹性极限试样卸载后能恢复原状的最大应力称为弹性极限,即图中点e所对应的应力,以σe表示。若在应力超出σe后卸载,试样中将出现残余变形。比例极限和弹性极限的测试值敏感地受测试精度的影响,并不易测准,所以在有关标准中规定,对于拉伸曲线的直线部分产生规定偏离量(用切线斜率的偏差表示)的应力作为"规定比例极限"。对于弹性

机械材料的力学性能(正式版)

文件编号:TP-AR-L3658 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. (示范文本) 编订:_______________ 审核:_______________ 单位:_______________ 机械材料的力学性能(正 式版)

机械材料的力学性能(正式版) 使用注意:该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上,形成一定的具有指导性,规划性的可执行计划,从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改,请在使用时认真阅读。 材料在常温、静载作用下的宏观力学性能。是确 定各种工程设计参数的主要依据。这些力学性能均需 用标准试样在材料试验机上按照规定的试验方法和程 序测定,并可同时测定材料的应力-应变曲线。 对于韧性材料,有弹性和塑性两个阶段。 弹性阶段的力学性能有: ①比例极限 应力与应变保持成正比关系的应力最高限。当应 力小于或等于比例极限时,应力与应变满足胡克定 律,即应力与应变成正比。 ②弹性极限

弹性阶段的应力最高限。在弹性阶段内,载荷除去后,变形全部消失。这一阶段内的变形称为弹性变形。绝大多数工程材料的比例极限与弹性极限极为接近,因而可近似认为在全部弹性阶段内应力和应变均满足胡克定律。 ③弹性模量 弹性阶段内,纵向应力与纵向应变的比例常数(E )。 ④剪切弹性模量 弹性阶段内,剪应力与剪应变的比例常数 (G )。 ⑤泊松比 横向应变与纵向应变之比(ν)。上述3种弹性常数之间满足G=E/2(1+v)。塑性阶段的力学性能有:

机械设计常用材料特性

1、45——优质碳素结构钢,是最常用中碳调质钢。 主要特征: 最常用中碳调质钢,综合力学性能良好,淬透性低,水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理,大型件宜采用正火处理。 应用举例: 主要用于制造强度高的运动件,如透平机叶轮、压缩机活塞。轴、齿轮、齿条、蜗杆等。焊接件注意焊前预热,焊后消除应力退火。 2、Q235A(A3钢)——最常用的碳素结构钢。 主要特征: 具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能,以及一定的强度、好的冷弯性能。 应用举例: 广泛用于一般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。 3、40Cr——使用最广泛的钢种之一,属合金结构钢。 主要特征: 经调质处理后,具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性,淬透性良好,油冷时可得到较高的疲劳强度,水冷时复杂形状的零件易产生裂纹,冷弯塑性中等,回火或调质后切削加工性好,但焊接性不好,易产生裂纹,焊前应预热到100~150℃,一般在调质状态下使用,还可以进行碳氮共渗和高频表面淬火处理。 应用举例:调质处理后用于制造中速、中载的零件,如机床齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶针套等,调质并高频表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件,如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、套筒、销子、连杆、螺钉螺母、进气阀等,经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件,如油泵转子、滑块、齿轮、主轴、套环等,经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件,如蜗杆、主轴、轴、套环等,碳氮共渗处即后制造尺寸较大、低温冲击韧度较高的传动零件,如轴、齿轮等。 4、HT150——灰铸铁 应用举例:齿轮箱体,机床床身,箱体,液压缸,泵体,阀体,飞轮,气缸盖,带轮,轴承盖等 5、35——各种标准件、紧固件的常用材料 主要特征: 强度适当,塑性较好,冷塑性高,焊接性尚可。冷态下可局部镦粗和拉丝。淬透性低,正火或调质后使用 应用举例: 适于制造小截面零件,可承受较大载荷的零件:如曲轴、杠杆、连杆、钩环等,各种标准件、紧固件 6、65Mn——常用的弹簧钢 应用举例:小尺寸各种扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条,也可制做弹簧环、气门簧、离合器簧片、刹车弹簧、冷卷螺旋弹簧,卡簧等。 7、0Cr18Ni9——最常用的不锈钢(美国钢号304,日本钢号SUS304) 特性和应用: 作为不锈耐热钢使用最广泛,如食品用设备,一般化工设备,原于能工业用设备

材料的常用力学性能有哪些

材料的常用力学性能有哪些 材料的常用力学性能指标有哪些 材料在一定温度条件和外力作用下,抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能.锅炉、压力容器用材料的常规力学性能指标主要包括:强度、硬度、塑性和韧性等. (1)强度强度是指金属材料在外力作用下对变形或断裂的抗力.强度指标是设计中决定许用应力的重要依据,常用的强度指标有屈服强度σS或σ0.2和抗拉强度σb,高温下工作时,还要考虑蠕变极限σn和持久强度σD. (2)塑性塑性是指金属材料在断裂前发生塑性变形的能力.塑性指标包括:伸长率δ,即试样拉断后的相对伸长量;断面收缩率ψ,即试样拉断后,拉断处横截面积的相对缩小量;冷弯(角)α,即试件被弯曲到受拉面出现第一条裂纹时所测得的角度. (3)韧性韧性是指金属材料抵抗冲击负荷的能力.韧性常用冲击功Ak和冲击韧性值αk表示.Αk值或αk值除反映材料的抗冲击性能外,还对材料的一些缺陷很敏感,能灵敏地反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织方面的微小变化.而且Ak对材料的脆性转化情况十分敏感,低温冲击试验能检验钢的冷脆性. 表示材料韧性的一个新的指标是断裂韧性δ,它是反映材料对裂纹扩展的抵抗能力. (4)硬度硬度是衡量材料软硬程度的一个性能指标.硬度试验的方法较多,原理也不相同,测得的硬度值和含义也不完全一样.最常用的是静负荷压入法硬度试验,即布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)、维氏硬度(HV),其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力.而肖氏硬度(HS)则属于回跳法硬度试验,其值代表金属弹性变形功的大小.因此,硬度不是一个单纯的物理量,而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标. 力学性能主要包括哪些指标 材料的力学性能是指材料在不同环境(温度、介质、湿度)下,承受各种外加载荷(拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等)时所表现出的力学特征. 性能指标 包括:弹性指标、硬度指标、强度指标、塑性指标、韧性指标、疲劳性能、断裂韧度. 钢材的力学性能是指标准条件下钢材的屈服强度、抗拉强度、伸长率、冷弯性能和冲击韧性等,也称机械性能. 金属材料的力学性能指标有哪些 一:弹性指标

工程材料的机械性能

工程材料的机械性能 -----------------------作者:-----------------------日期:

工程材料 (一)工程材料的机械性能与组织结构 基本要求: 了解工程材料的分类;材料的断裂韧性和材料的高、低温机械性能。 熟悉材料的静载与动载机械性能。 掌握金属的结构与结晶的相关知识。 具体容: 1、工程材料的分类; 2、材料静载的机械性能; 3、材料动载的机械性能; 4、常用金属的晶体结构的类型; 5、金属的实际结构和晶体缺陷; 6、金属的结晶。 (二)铁碳合金 基本要求: 了解铁碳相图的相关知识。 熟悉典型铁碳合金的平衡结晶过程。

掌握钢中常存杂质元素对钢的性能的影响;钢锭种类;碳钢的分类、编号和用途。 具体容: 1、铁碳合金中的基本相; 2、铁碳合金的相图分析; 3、铁碳合金分类; 4、典型铁碳合金的平衡结晶过程分析; 5、含碳量对铁碳合金平衡组织和性能的影响; 6、钢中常存杂质元素对钢的性能的影响; 7、钢锭的种类; 8、碳钢的分类、编号和用途。 (三)金属的塑性变形与再结晶 基本要求: 了解单晶体和多晶体金属的塑性变形。 掌握塑性变形对金属的组织和性能的影响、再结晶温度的计算;金属的热加工的相关知识。 具体容: 1、单晶体和多晶体金属的塑性变形; 2、塑性变形对金属的组织和性能的影响; 3、再结晶的温度的计算; 4、材料热加工对金属组织和性能的影响。

(四)钢的热处理 基本要求: 了解钢的热处理的概念。 熟悉钢在加热时的转变、钢的冷却转变。 掌握钢的普通热处理的工艺、钢的表面热处理;热处理的缺陷及防止方法。 具体容: 1、热处理的概念; 2、钢在加热时的转变; 3、钢的冷却转变; 4、钢的退火与正火,钢的淬火,钢的回火; 5、钢的表面热处理; 6、热处理的缺陷及防止方法。 (五)合金钢 基本要求: 了解合金元素的作用及合金钢的分类。 熟悉合金钢的分类及牌号。 掌握合金结构钢的相关知识。 具体容: 1、合金元素在钢中的作用; 2、合金钢的分类及牌号;

金属材料机械性能的指标及意义

金属材料机械性能的指标及意义 材料在一定温度条件和外力作用下,抵抗变形和断裂的能力称为材料的力学性能。锅炉、压力容器用材料的常规力学性能指标主要包括:强度、硬度、塑性和韧性等。 (1)强度强度是指金属材料在外力作用下对变形或断裂的抗力。强度指标是设计中决定许用应力的重要依据,常用的强度指标有屈服强度σS或σ0.2(国外用Re表示)和抗拉强度σb(国外用Rm表示),高温下工作时,还要考虑蠕变极限σn和持久强度σD。 (2)塑性塑性是指金属材料在断裂前发生塑性变形的能力。塑性指标包括:伸长率δ,即试样拉断后的相对伸长量;断面收缩率ψ,即试样拉断后,拉断处横截面积的相对缩小量;冷弯(角)α,即试件被弯曲到受拉面出现第一条裂纹时所测得的角度。 (3)韧性韧性是指金属材料抵抗冲击负荷的能力。韧性常用冲击功Ak和冲击韧性值αk表示。Αk值或αk 值除反映材料的抗冲击性能外,还对材料的一些缺陷很敏感,能灵敏地反映出材料品质、宏观缺陷和显微组织方面的微小变化。而且Ak对材料的脆性转化情况十分敏感,低温冲击试验能检验钢的冷脆性。 表示材料韧性的一个新的指标是断裂韧性δ,它是反映材料对裂纹扩展的抵抗能力。 (4)硬度硬度是衡量材料软硬程度的一个性能指标。硬度试验的方法较多,原理也不相同,测得的硬度值和含义也不完全一样。最常用的是静负荷压入法硬度试验,即布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)、维氏硬度(HV),其值表示材料表面抵抗坚硬物体压入的能力。而肖氏硬度(HS)则属于回跳法硬度试验,其值代表金属弹性变形功的大小。因此,硬度不是一个单纯的物理量,而是反映材料的弹性、塑性、强度和韧性等的一种综合性能指标。 在断裂力学基础上建立起来的材料抵抗裂纹扩展断裂的韧性性能称为断裂韧性。(Kic,Gic) 常用的35CrMo在850℃油淬,550℃回火后,机械性能如下: σb≥980MPa;σs≥835 MPa;δ5≥12%;ψ≥45%;AK≥63J; 而高级优质的35CrMoA的性能应该更加优良稳定。

材料机械性能 (2)

日本常用钢材的代号和机械性能 一.碳素冲压板料的代号和号机械性能 1. 碳素冲压板料的代号 SPCC:冷轧钢板(steel plate cold commercial) SPCD:冷轧深拉钢板(steel plate cold deep drawn) SPCE:冷轧深深拉钢板(steel plate cold deep drawn extra) SECC:冷轧电镀板(steel electrolytic cold commercial) SECD:冷轧深深拉电镀钢板(steel electrolytic cold deep drawn) SECE:冷间压延深深拉电镀钢板(steel electrolytic cold deep drawn extra) SECC-K2:其中SECC指冷轧电镀钢板,K2为神户制钢所对表面耐指纹电镀锌钢板的行业的表示代号,其表面涂层为有机涂层 SECC-KS:其中SECC指冷轧电镀钢板,KS为神户制钢所对表面耐指纹电镀锌钢板的行业的表示代号,其表面涂层为无机涂层 SEGC-CS:其中EGC为新日本制铁行业标准代号,与日本工业标准(JIS标准)代号号CC等同对应,(EGC 为electrolytic galvanized cold),CS为新日本制铁行业标准代的UF处理钢板(耐指纹)的一种, UF处理钢板分以下三种: EGC-CZ 有机被膜0.5μm EGC-CF 有机被膜1.0μm EGC-CS 有机被膜0.7μm SEHC:热轧镀锌钢板及钢带 SEHD:热轧镀锌深拉钢板及钢带 SEHE:热轧镀锌深深拉钢板及钢带 SGCC:冷轧涂镀锌钢板及钢带 SGCH:冷轧涂镀锌冷硬钢板及钢带 SGCD:冷轧涂镀锌深拉钢板及钢带 SGHC:热轧涂镀锌钢板及钢带 CGCC:冷轧涂彩锌钢板及钢带 CGCH:冷轧涂彩锌冷硬钢板及钢带 CGCD:冷轧涂彩锌深拉钢板及钢带 后注:新推出的新型材料(环保材料)与旧材料有以下区别: 环保材料:又称无铬电镀钢板,只对表面有做处理的材料而言,而冷轧钢板作为所有钢材后处理的原板无需进行表面处理,目前推出的环保材料有暂时只有电镀锌钢板一种类 型如下: 新日本制铁材料:代号为EGC-QS:一般环保电镀锌钢板 EGC-QZ:是特别为理光公司商定的环保镀锌钢板环保电镀锌钢板与目前的电镀锌钢板的主要区别如下: 环保电镀锌钢板包括有机被膜、镀锌层、铁基板 普通镀锌钢板包括有机被膜、铬酸盐涂层、镀锌层、铁基板 即环保电镀锌钢板不包括铬酸盐涂层

常用紧固件材料及不锈钢材料

第四章常用紧固件材料与机械性能标准 一、紧固件常用材料分类: 目前市场上标准件主要有碳钢、不锈钢、黄铜、铝合金四种材料。 1.碳钢。我们以碳钢料中碳的含量区分低碳钢,中碳钢和高碳钢以及合金钢。 1.1低碳钢C%≤0.25% 国内通常称为A3钢。国外基本称为1008,1015,1018,1022等。主要用于4.8级螺栓及4级螺母、小螺丝等无硬度要求的产品。(注:钻尾钉主要用1022材料。) 1.2中碳钢0.25%0.60%。目前市场上基本没使用 1.4合金钢:在普碳钢中加入合金元素,增加钢材的一些特殊性能:如35、40铬钼、SCM435,10B38。芳生1 2.9级螺丝主要使用SCM435铬鉬合金钢,主要成分有C、Si、Mn、P、S、Cr、Mo。 2.不锈钢。性能等级:45,50,60,70,80 主要分奥氏体(18%Cr、8%Ni)耐热性好,耐腐蚀性好,可焊性好。A1,A2,A4马氏体(13%Cr)耐腐蚀性较差,强度高,耐磨性好。C1,C2,C4铁素体不锈钢。18%Cr镦锻性较好,耐腐蚀性强于马氏体。目前市场上进口材料主要是日本产品。按级别主要分SUS302、SUS304、SUS316。 3.铜。常用材料为黄铜、锌铜合金。市场上主要用H62、H65、H68铜做标准件。 4.铝合金密度低,但强度比较高,接近或超过优质钢,塑性好,可加工成各种型材,具有优良的导电性、导热性和抗蚀性,工业上广泛使用,使用量仅次于钢。 5.合金钢(也狭义指铬钼合金钢,如SCM435等) 二、紧固件常用的材料 (一)碳钢、合金钢、特种钢类 1、螺栓、螺钉、螺柱3.6级、4.6级、4.8级、5.6级、5.8级、6.8级一般选用碳钢,不需热处理;8.8级、9.8级一般选用低碳合金钢或中碳钢,淬火并回火;10.9级一般选用低、中碳合金钢或合金钢,淬火并回火;12.9级一般选用合金钢,淬火并回火。 2、螺母4级、5级、6级一般选用碳钢,也可用易切钢制造,不需热处理;8级、9级、一般选用中碳钢,淬火并回火;10级、12级为改善机械性能,必要时,可增添合金元素,淬火并回火。 3、紧定螺钉14H一般选用碳钢,不需热处理;22H、33H一般选用碳钢,淬火并回火;45H一般选用合金钢,淬火并回火。 4、自攻钉/钻尾钉一般选用中碳钢如SWRCH22A,表面需经渗碳处理。 5、平垫圈HV140一般选用低碳钢;HV300一般选用中碳钢,需要热处理。 6、弹性垫圈一般选用弹簧钢70/65Mn/60Si2Mn,淬火并回火。 7、齿形、锯齿锁紧垫圈,鞍形、波形弹性垫圈一般选用65Mn 8、销一般可选用碳素钢35#,淬火并回火HRC28-38,45#,淬火并回火HRC38-46;合金钢30CrMnSiA,淬火并回火HRC35-41;特种钢1Cr13/2Cr13、Cr17.i2、1Cr18.I9Ti (二)不锈钢类

常用金属材料的力学性能一览表

常用金属材料的力学性能 金属材料的力学性能 任何机械零件或工具,在使用过程中,往往妾受到各种形式外力的作托。如起重机上的钢索,受到悬吊物拉力的作用:柴油机上的连杆,在传递动力时.不仅受到拉力的作用,而且还受到冲击力的作用;轴类零件燮受到弯矩、扭力的作用等尊。这就要求金属材料必须具有一种弟受机械荷而不超过许可变形或不破坏的能力* 这种能力就是材料的力学性能。金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在夕卜力作坤下表现出力学性能的指标。 111 强度 强度是扌旨金属材料在静载荷作用下抵抗变形和断裂的能力。逼度扌旨标一般用单位面积所承受的载荷即力表示,符号为6 单位为 MP 弘 工程中常用的强度指标有屈服逼度和扰拉强度。屈服逼度是指金属材料在外力作用下* 产生屈服现象时的应力,或开始岀现塑性变形吋的最低应力值,用%表示?抗竝强度是指金厲材料在拉力的作用下,被拉断前所能承受的最大应力值,用巧表示。 对于大多数机械零件.工作时不允许产生塑性变形,所以屈服强度是事件逼度设计的依据!对于因断裂而失效的零件,而用抗拉强度作为其逼度设计的依据。 1.1 2 塑性 塑性是扌旨金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。 工程中常用的塑性揭标有诩长率和断面收缩率。伸长率指试样拉断后的伸长量与原来长度之比的百分率,用符号豪示*断面收縮率指试样拉断后,断面縮小的面积与原来截面积之比,用甲表示。 伸长率和断面收缩率越大,其塑性越好;反之塑性越差,良好的塑性是金属材料进行压力加工的必要条件,也是保证机械零件工作安全,不发生突然脆断的必要条件。 113 硬度 硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物体压入的能力? 硬度的测试方法很多,生产中常埔的硬度测试方法有布氏硬度测试法和洛氏碳度试验方法两神° C- )布氏硬度试验法 布氏硬度试验法是用一直径为 D 的淬火钢球或硬质合金球作为压头,在载荷 0 的作用下压入被测试金厲表面,保持一定时间后卸载,测量金属表面形成的压痕直径乩以压痕的单位面积所承受的平均压力作为被测全属的布氏硬度值。 布氏硬度指标有 HBS 和 HBW, 前者所用压头为淬火钢球,适坤于布氏硬度值低于仍 0 的金属材料,如艮火钢、正火钢、调质钢及铸铁、有包金厲等;后者压头为硬质合金,适用于布氏硬度值为 450^650 的金属材料,如悴火钢等。 布氏硬度测试法,因压痕较尢故不宜测试成品件或薄片金属的硬度。

材料的力学性能

直径为d 的拉伸比例试样,其标距长度l 只能为10d 。 ( ) 试题答案: 答:非 试题内容: 直径为d 的拉伸比例试样,其标距长度l 只能为5d 。 ( ) 试题答案: 答:非 试题内容: 圆柱形拉伸试样直径为d ,常用的比例试样其标距长度l 是5d 或10d 。 ( ) 试题答案: 答:是 试题内容: 直径为d 的拉伸非比例试样,其标距长度l 和d 无关。 ( ) 试题答案: 答:是 试题内容: Q235钢进入屈服阶段以后,只发生弹性变形。 ( ) 试题答案: 答:非 试题内容: 低碳钢拉伸试验进入屈服阶段以后,只有塑性变形。 ( ) 试题答案: 答:非 试题内容: 低碳钢拉伸试验进入屈服阶段以后,只发生线弹性变形。 ( ) 试题答案: 答:非 试题内容: 低碳钢拉伸试验进入屈服阶段以后,发生弹塑性变形。 ( ) 试题答案: 答:是 试题内容: 低碳钢拉伸应力-应变曲线的上、下屈服极限分别为1s σ和2s σ,则其屈服极限s σ为1s σ。 ( ) 试题答案: 答:非 试题内容: 低碳钢拉伸应力-应变曲线的上、下屈服极限分别为1s σ和2s σ,则其屈服极限s σ为2s σ。 ( ) 试题答案: 答:是 试题内容: 拉伸试验测得材料的上、下屈服极限分别为1s σ和2s σ,则材料的屈服极限s σ为2 2 s 1s σσ+。

答:非 试题内容: 拉伸试验测得材料的上、下屈服极限分别为1s σ和2s σ,则材料的屈服极限S σ为2 2 s 1s σσ-。 ( ) 试题答案: 答:非 试题内容: 铸铁的强度指标是s σ。 ( ) 试题答案: 答:非 试题内容: 铸铁的强度指标是b σ。 ( ) 试题答案: 答:是 试题内容: 铸铁的极限应力是s σ和b σ。 ( ) 试题答案: 答:非 试题内容: 铸铁的强度指标是δ和s σ。 ( ) 试题答案: 答:非 试题内容: 材料的塑性指标有s σ和b σ。 ( ) 试题答案: 答:非 试题内容: 材料的塑性指标有s σ和ε。 ( ) 试题答案: 答:非 试题内容: 材料的塑性指标有δ和ψ。 ( ) 试题答案: 答:是 试题内容: 材料的塑性指标有s σ、ε和ψ。 ( ) 试题答案: 答:是 试题内容: 工程上通常把伸长率%5≥δ材料称为塑性材料。 ( ) 试题答案: 答:是

金属材料的机械性能

金属材料的机械性能 金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中,金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏,决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同,要求的工艺性能也就不同,如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。所谓使用性能是指机械零件在使用条件下,金属材料表现出来的性能,它包括机械性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏,决定了它的使用范围与使用寿命。 在机械制造业中,一般机械零件都是在常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用的,且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能,称为机械性能(或称为力学性能)。 金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同(例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等),对金属材料要求的机械性能也将不同。常用的机械性能包括:强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。下面将分别讨论各种机械性能。 1.强度 强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏(过量塑性变形或断裂)的性能。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式,所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。各种强度间常有一定的联系,使用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指针。 2.塑性 塑性是指金属材料在载荷作用下,产生塑性变形(永久变形)而不破坏的能力。 3.硬度 硬度是衡量金属材料软硬程度的指针。目前生产中测定硬度方法最常用的是压入硬度法,它是用一定几何形状的压头在一定载荷下压入被测试的金属材料表面,根据被压入程度来测定其硬度值。 常用的方法有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRA、HRB、HRC)和维氏硬度(HV)等方法。4.疲劳 前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷作用下的机械性能指针。实际上,许多机器零件都是在循环载荷下工作的,在这种条件下零件会产生疲劳。 5.冲击韧性 以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷,金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。 退火---淬火---回火 一.退火的种类 1.完全退火和等温退火 完全退火又称重结晶退火,一般简称为退火,这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸,锻件及热轧型材,有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的最终热处理,或作为某些工件的预先热处理。 2.球化退火 球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢(如制造刃具,量具,模具所用的钢种)。其主要目的在于降低硬度,改善切削加工性,并为以后淬火作好准备。

常用材料化学成份及机械性能1

常用材料化学成份及机械性能

28 15CrMo G GB5310 管 0.12-0.18 0.17-0.37 0.03 0.03 0.4-0.7 0.8-1.1 0.3 0.4-0.5 5 Cu :0.2 440-640 235 21 Akv J:35 29 15CrMog GB713 板 0.12-0.18 0.15-0. 4 0.03 0.03 0.4-0.7 0.8-1.2 0.3 0.45-0. 6 Cu :0.3 450-590 295 19 Akv J:31 30 15CrMoR GB6654 板 0.12-0.18 0.15-0. 4 0.03 0.03 0.4-0.7 0.8-1.2 0.3 0.45-0. 6 Cu :0.3 450-590 295 19 Akv J:35 CLOSE | BACK | PRINT | RSS | TO TOP 表格二: 序号 钢种 牌号 标准号 类型 化学成份 Other C Si S P Mn Cr Ni Mo Other ób ós δ5 HB 1 奥氏体不锈钢 00Cr17Ni14M o2 GB1220 棒 0.03 1 0.03 0.035 2 16-18 12-15 2-3 480 177 40 187 ψ%:60 2 00Cr17Ni14M o2 GB4237 板 0.03 1 0.03 0.035 2 16-18 12-15 2-3 480 177 40 187 3 00Cr17Ni14M o2 GB/T149 76 管 0.03 1 0.03 0.035 2 16-18 12-15 2-3 480 175 35 4 00Cr19Ni10 GB1220 棒 0.03 1 0.03 0.035 2 18-20 8-12 480 177 40 187 ψ%:60 5 00Cr19Ni10 GB4237 板 0.03 1 0.03 0.035 2 18-20 8-12 480 177 40 187 6 00Cr19Ni10 GB/T149 76 管 0.03 1 0.03 0.035 2 18-20 8-12 480 175 35 7 0Cr17Ni12Mo 2 GB1220 棒 0.8 1 0.03 0.035 2 16-18.5 10-14 2-3 520 205 40 187 ψ%:60 8 0Cr17Ni12Mo 2 GB4237 板 0.8 1 0.03 0.035 2 16-18 10-14 2-3 520 205 40 187 9 0Cr17Ni12Mo 2 GB/T149 76 管 0.8 1 0.03 0.035 2 16-18.5 10-14 2-3 520 205 35

工业机器人的基本参数和性能指标

工业机器人的基本参数和性能指标 表示机器人特性的基本参数和性能指标主要有工作空间、自由度、有效负载、运动精度、运动特性、动态特性等。 (1)工作空间(Work space)工作空间是指机器人臂杆的特定部位在一定条件下所能到达空间的位置集合。工作空间的性状和大小反映了机器人工作能力的大小。理解机器人的工作空间时,要注意以下几点: 1)通常工业机器人说明书中表示的工作空间指的是手腕上机械接口坐标系的原点在空间能达到的范围,也即手腕端部法兰的中心点在空间所能到达的范围,而不是末端执行器端点所能达到的范围。因此,在设计和选用时,要注意安装末端执行器后,机器人实际所能达到的工作空间。 2)机器人说明书上提供的工作空间往往要小于运动学意义上的最大空间。这是因为在可达空间中,手臂位姿不同时有效负载、允许达到的最大速度和最大加速度都不一样,在臂杆最大位置允许的极限值通常要比其他位置的小些。此外,在机器人的最大可达空间边界上可能存在自由度退化的问题,此时的位姿称为奇异位形,而且在奇异位形周围相当大的范围内都会出现自由度进化现象,这部分工作空间在机器人工作时都不能被利用。 3)除了在工作守闻边缘,实际应用中的工业机器人还可能由于受到机械结构的限制,在工作空间的内部也存在着臂端不能达到的区域,这就是常说的空洞或空腔。空腔是指在工作空间内臂端不能达到的完全封闭空间。而空洞是指在沿转轴周围全长上臂端都不能达到的空间。 (2)运动自由度是指机器人操作机在空间运动所需的变量数,用以表示机器人动作灵活程度的参数,一般是以沿轴线移动和绕轴线转动的独立运动的数目来表示。 自由物体在空间自六个自由度(三个转动自由度和三个移动自由度)。工业机器人往往是个开式连杆系,每个关节运动副只有一个自由度,因此通常机器人的自由度数目就等于其关节数。机器人的自由度数目越多,功能就越强。日前工业机器人通常具有4—6个自由度。当机器人的关节数(自由度)增加到对末端执行器的定向和定位不再起作用时,便出现了冗余自由度。冗余度的出现增加了机器人工作的灵活型,但也使控制变得更加复杂。 工业机器人在运动方式上,总可以分为直线运动(简记为P)和旋转运动(简记为R)两种,应用简记符号P和R可以表示操作机运动自由度的特点,如RPRR表示机器人操作机具有四个自由度,从基座开始到臂端,关节运动的方式依次为旋转-直线-旋转-旋转。此外,工业机器人的运动自由度还有运动范围的限制。 (3)有效负载(Payload) 有效负载是指机器人操作机在工作时臂端可能搬运的物体重量或所能承受的力或力矩,用以表示操作机的负荷能力。 机器人在不同位姿时,允许的最大可搬运质量是不同的,因此机器人的额定可搬运质量是指其臂杆在工作空间中任意位姿时腕关节端部都能搬运的最大质量。

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