机器组成与制造第一章

1、第一章 机器的组成与制造,第一节 机器的组成,一、按照功能分析机器的组成,【结论】从功能角度分析，大部分机器都包含有外界输入能量的动力部分、履行机器功能的执行部分（即工作部分）、介于动力部分和工作部分之间的传动部分及控制部分。 （一）动力部分：原动机及其相应的配套装置。它的作用是将其它形式的能量转变为机械能。 一次动力机：将一次能源直接转化为机械能，例如水轮机、内燃机等。 二次动力机：将二次能源如电能、液压能等转化为机械能，如电动机等。 【注意】常用的动力机有电动机、内燃机等。,（二）传动部分：在动力部分和执行部分之间的中间装置，任务是将动力部分提供的机械能以动力和运动的形式，传递给工作部分。 1.传动分为机械传动、流体传动、电力传动和磁力传动。,【拓展】液压传动主要是利用液体压力能来传递能量；而液力传动主要是利用液体的动能来传递能量。 【例题单选题】下列机械传动中，（ ）传动不属于啮合传动。 A.带传动 B.蜗杆传动 C.链传动 D.螺旋传动,2.按照传动比变化的情况分为定传动比传动和变传动比传动。 表11 按传动比变化情况分类,（三）工作部分（执行部分）：直接完成机器的预定功能的部

2、分，如车床的刀架；车辆的车厢；飞机的客、货舱等。 工作部分是机器设备区分和分类的依据；不同机器，其原动部分和传动部分可能相同，而工作部分不同。因此，动力部分、传动部分和控制部分都应该根据工作部分的功能要求和动力参数的合理范围进行设计和选择。,（四）控制部分,控制系统由控制器和被控对象组成。 控制器要完成被控参数的调节，应有四个基本部件：给定值发生器、比较器、驱动和执行机构、检测变换元件。 1.模拟控制与数字控制 模拟量，即时间上和数值上都连续变化的物理量，例如温度、压力、流量、电压、电流等； 数字量，即在时间上或数值上不连续变化的物理量，例如数字逻辑电路中的开关信号和计算机中的数。 在一个系统中，如果各环节间所有的信号都是模拟量，这个系统就称为模拟控制系统或模拟控制器；如果各环节间有一个或多个信号为数字信号，则该系统称为数字控制系统或数字控制器。 所有的计算机控制系统都是数字控制系统。,2.闭环控制系统和开环控制系统 闭环控制系统：在这种控制系统中，系统通过测量元件对被控对象的被控参数（如温度、压力、流量、转速、位移等）进行测量，再将其反馈到输入端，与输入的给定值进行比较，然后形成误差

3、信号。 反馈就是将输出量返回馈送，并与输入量进行比较的过程。比较的结果成为偏差。自动控制过程就是测偏和纠偏的过程。这一原理称为反馈控制原理。 在闭环控制系统中，操纵变量作用于被控对象的被控变量；而被控变量的变化又通过自动控制去影响操纵变量。从信息的传递关系来看，构成了一个闭合回路，所以，称之为闭环控制系统。由于被控变量的信息要送回到自动控制装置，所以也称之为反馈控制系统。（空调）,2.闭环控制系统和开环控制系统 开环控制系统：在这种控制系统中，输出量不影响系统的控制作用，即系统的输出端与输入端之间，没有反馈通道。与闭环控制系统不同，它不需要被控对象的反馈信号，控制器直接根据给定值控制被控对象工作。 开环控制系统不能自动消除被控参数与给定值之间的误差。其控制功能显然要比闭环控制系统差。（暖气）,3.计算机控制系统 控制器是控制系统的关键，它决定了控制系统的控制性能和应用范围。如果控制系统中的控制器功能由计算机来实现，就构成了计算机控制系统。 在一般的模拟控制系统中，控制规律是由硬件产生的，要改变规律就要改变硬件电路。而在计算机控制系统中，控制规律由软件实现，要改变控制规律只要修改程序就可

4、以了。,【例题单选题】以下关于控制的说法中，错误的是（ ）。 A.在一个系统中，如果各环节间有一个或多个信号为模拟量，则该系统就是模拟控制系统 B.被控变量的信息要送回到自动控制装置的控制系统称为反馈控制系统 C.开环控制系统不能自动消除被控参数与给定值之间的误差 D.所有的计算机控制系统都是数字控制系统,二、按照结构分析机器的组成,【例题单选题】以下关于机器的说法中，错误的是（ ）。 A.常用的动力机有电动机和内燃机 B.机器的传动部分是将原动机提供的机械能以动力的形式传递给工作部分 C.工作部分是机器设备区分和分类的依据 D.机器能够实现能量的转换或代替人的劳动去做有用的机械功，而机构没有这样的功能,第二节 机器制造基本过程,一、机器的生产过程和工艺过程 （一）机器的生产过程：把原材料转变为产品的全部过程，包括：1.生产服务过程；2.技术准备过程；3.毛坯制造过程；4.零件加工过程；5.产品装配过程。 1.生产服务过程包括原材料和半成品的供应、运输和保管，产品的包装和发运等。 2.技术准备过程指产品投入生产前的各项生产和技术准备工作，工艺设计和专用工装设备的设计与制造；各种生产资料

5、的准备以及生产组织方面的工作。这两个过程都是机器制造的前期准备工作。,3.毛坯制造过程，毛坯的制造方法有铸造、锻造、冲压、切割下料、焊接等。 4.零件的加工过程，以毛坯为加工对象，对毛坯进行进一步的机械加工、焊接、热处理和其他表面处理等。 5.产品的装配过程，将零件按原设计好的规程进行装配，最后得出产品。,（二）机器的制造工艺过程：按照一定顺序改变生产对象的形状、尺寸、相对位置或性质等，使其成为成品或半成品的过程。 1.工序：工艺过程最基本的组成单位。同时，在生产管理上，工序又是制定定额、计算劳动量、配备工人、核算生产能力、安排生产作业计划、进行质量检验和班组经济核算的基本单位。原材料依次通过这些工序变成成品。 2.工艺规程：工程技术人员用表格或文字形式确定最合理的零件加工方法或加工进程，作为组织生产、指导生产、编制生产计划的依据。工艺规程是组织车间生产的主要技术文件，是生产准备和计划调度的主要依据。 3.工艺过程卡片：按工序填写的表格，用以说明零件各工序的加工内容、所需设备、加工车间及各工序的先后次序。,有了工艺规程，在产品投入生产之前就可以根据它进行一系列的准备工作。如原材料供应；

6、机器的调整；专用工艺装备的设计与制造；生产作业计划的编排；劳动力的组织以及生产成本的核算等。 在新建和扩建工厂、车间时，只有根据工艺规程和生产数量才能准确地确定生产所需机床的种类和数量；工厂或车间的面积；机床的平面布置；生产工人的工种、等级、数量以及各辅助部门的配备等。因此，了解了工艺规程就可以了解工厂生产的基本情况。,二、毛坯生产 （一）铸造 将熔化的液体金属浇铸到与机械零件形状相似的铸型型腔中，冷却凝固后，获得毛坯（或零件）的加工方法。 常用的铸造合金是铸铁（灰口铸铁最广泛）、铸钢和铸造有色金属。其中，铸铁特别是灰口铸铁使用最普遍。最常用的方法是砂型铸造。 铸造的主要步骤： 1.制备具有和零件形状相适应空腔的铸型； 2.制备成分、温度合格的液态金属； 3.将液态金属浇入铸型空腔内； 4.凝固后取出铸件并清理铸件的表面和内腔。,图 砂型铸造的基本工艺过程,【注意】一般铸件精度低，加工余量大，其力学性能特别是抗冲击性能较差。（冻豆腐）,（二）压力加工 利用外力使金属材料产生永久变形，制成所需尺寸和形状毛坯或零件的加工方法。压力加工的主要生产方法有锻造和冲压。,【说明】 1.钢的始锻温度

7、一般在1200，终锻温度为800。 2.比较而言，锻造需要对毛坯加热，然后再施加外力使之变形；而冲压则在常温下进行。,【例题单选题】下列关于压力加工的叙述中，正确的是（ ）。 A.采用压力加工方法制造的毛坯力学性能不好 B.模锻加工需要模具而冲压加工不需要模具 C.模锻适用于大批量生产而冲压只适用于小批量生产 D.模锻适用于加工多种形状的金属原材料而冲压适用于板料、条料加工,优点：可以以小拼大，气密性好，生产周期短，不需要重型和专用设备，可以生产出较好强度和刚度，质量轻，材料利用率高的毛坯。 缺点：抗振性差，易变性。（飞机上用铆接而不用焊接）,（三）焊接,三、切削加工 利用刀具从金属材料（毛坯）上切去多余的金属层，从而获得几何形状、尺寸精度和表面粗糙度都符合要求的零件加工方法。主要分为钳工、机工以及特种加工。 （一）钳工：使用手持工具加工。 （二）机工：使用机床加工。 （三）特种加工：直接利用电能、声能、光能、化学能或与机械能组合等形式将坯料或工件上多余的材料去除的加工方法。,【2010考题多选题】下列毛坯生产方法中，（ ）在加工过程中需要将金属变为液态。 A.铸造 B.模锻 C.熔焊

8、 D.热处理 E.压焊,四、热处理 钢的热处理是指在“固态”下对钢进行不同的加热、保温、冷却来改变钢的内部组织，从而得到所需组织和性能的一种工艺方法。 在机械制造中，所有重要的工具和零件都要进行热处理，而且有的零件在整个工艺过程中要处理二次以上。除了合金化以外，热处理方法是改变金属材料性能的主要途径。 热处理和其他加工工序不同，它的目的不是改变零件的形状和尺寸，而只是改变其内部组织和性能。它是保证零件内在质量的重要工序。 根据热处理的目的要求和工艺方法的不同，钢的热处理分类如下：,（一）普通热处理,退火与正火的比较： 共同点：是主要用于铸、锻、焊毛坯的预备热处理，以改善毛坯机械加工性能，去除内应力，为最终热处理作准备，也可用于性能要求不高的机械零件的最终热处理。 不同点：是冷却速度不同：正火冷速较大，强度和硬度也较高。正火比退火生产周期短，设备利用率高，比较经济。 【注意】若零件尺寸较大或形状较复杂，正火可能会产生较大的内应力和变形，甚至开裂。,回火与淬火的关系： 淬火后，钢的硬度虽高，但脆性过大，组织不稳定，不宜直接使用。经过回火硬度下降，但韧性有较大改善。 回火的目的是降低淬火钢的

9、脆性，减少或消除内应力，防止工件变形和开裂。使不稳定的组织趋于稳定，以保持工件的形状尺寸精度，并获得所要求的组织和性能。 【注意】淬火和回火必须配合使用，单独进行任何一个操作都是没有意义的。,【2010考题单选题】把钢加热到一定温度，保温一段时间，然后缓慢冷却。这种热处理工艺称为（ ）。 A.淬火 B.回火 C.正火 D.退火,【注意】与表面淬火相比，化学热处理不仅改变表层组织，而且还改变其化学成分，因此能更有效的改变表层性能。,（二）表面热处理,五、装配 包括安装、调整、检验、试验、油漆及包装等。装配的好坏，对产品的质量起着决定性的作用。 1.组件装配：两个或更多零件连接组合成为组件。 2.部件装配：将组件、零件连接组合成为独立部件。 3.总装配：将部件、组件、零件连接组合成为整台机器。 机器装备后要进行调整、精度检测和试车，最后进行油漆、涂油和装箱。,【例题单选题】在机器生产的过程中，产品的调试在（ ）中进行。 A.生产技术准备过程 B.生产服务过程 C.产品的营销过程 D.产品的装配过程,第三节 零件加工质量,零件加工质量主要指标包括加工精度和表面粗糙度两个方面。零件表面的尺寸、

10、形状和互相位置以及表面粗糙度反映了零件的几何特性；材料的强度、硬度、弹性、刚度等反映了零件的物理机械特征。在评定零件的加工质量时，应当全面考虑这些因素。,一、加工精度 经过加工的零件，其实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符合的程度。 误差：实际与理想的偏离。 公差：允许的误差范围。 加工精度和加工误差在评定零件几何参数中的作用是等同的，两者呈反向变动关系。 零件的加工精度包括如下三个方面：,（一）尺寸精度 尺寸精度指零件表面本身的尺寸（如圆柱面的直径）和表面间相互的距离尺寸（如各孔之间的距离）的精度。 基本尺寸：根据使用要求，通过强度、刚度计算或结构方面考虑确定的尺寸。 极限尺寸：允许尺寸变化的极限值，较大者称为最大极限尺寸、较小者称为最小极限尺寸。 尺寸偏差：某一尺寸减去其基本尺寸所得的代数差。最大极限尺寸减去基本尺寸称为上偏差，最小极限尺寸减去基本尺寸称为下偏差。 尺寸公差：尺寸允许的变动量。公差数值越小，尺寸精度越高；反之亦然。 公差带：代表上下偏差的两条直线所限定的区域称为公差带，也是最大极限尺寸和最小极限尺寸所限定的区域。尺寸公差带由“公差带大小”和“公差带位置”两个要素确定。,

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