项目一机械概述讲义.doc

项目一 　 机 械 概 述§1 - 1 　 机器的组成机器是现代社会生产劳动的主要工具之—，是社会生产力发展水平的重要标志一、机器和机构1． 机器机器的种类繁多，如电动机、机床、机器人、汽车等它们的结构形式和用途虽各不相同 ， 但从其组成、运动和功能角度看，却具有下列共同特征：(1) 机器是人工的物体组合；(2) 各部分 ( 实体 ) 之间具有确定的相对运动；(3) 能够转换或传递能量、物料和信，代替或减轻人类的劳动同时具有上述三个特征的机械称为机器2． 机构机构是人工的物体组合，各部分之间具有一定的相对运动机器与机构的区别主要是：机器能完成有用的机械功或转换机械能，而机构只是完成传递运动、力或改变运动形式的实体组合机器包含着机构，机构是机器的主要组成部分一部机器可以只含有一个机构或多个机构3． 机械机器和机构的总称4． 构件、零件构件是指相互之间能作相对运动的机件 ( 如 实体 ) 例如 ，带传动机构中 ( 图 1 - 1 ) ， 小 带 轮通 过 V 带带 动 大 带轮 ， 大、小带轮与 V 带之间都有相对运动 ， 均是构件 ； 而每个带轮与其轴 ，以及联 系带 轮与轴 的键 ， 相 互之 间没有 相对 运动 ， 所以 不能 看成是构件。

带轮、 键分别作为带轮构件系 统的制造 单元 ， 叫轴、做零件零件制成 之后 组合 成构 件构 件可 以 由一 个零 件 组成 ， 也可以由一组零件组成机构是机器的重要组成部分机器和机构统称为机械二、机器组成的四部分机器的功能需要多种机构配合才能完成按照各部分实体的不同功能 ， 一台完整的机器 ， 通・2・图 1 - 1 　 带传动机构构件是运动的单元 ， 零件是制造的单元 ， 零件组成构件构件是组成机构的各个相对运动的 常由以下四个部分组成1． 原动机部分原动机部分也称动力装置 ， 其作用是把其他形式的能量转变成机械能 ， 以驱动机器各部分运动、工作它是机器完成预定功能的动力源 ， 常用的有电动机和内燃机等2． 执行部分执行部分也称工作部分 ( 装置 ) 它是机器中直接 完成具 体工 作任务 的部 分 ， 例如汽 车的 车轮、缝纫机的机头等3． 传动部分 ( 装置 )这部分是原动机到工作机构之间的联系机构 ， 用以 完成运 动和 动力 的传递 和转 换利用 它可以减速、增速、调速 ， 改变转矩以及运动形式等 ， 从而满足工作机构的各种要求传动机构在各种机器中占有重要地位 ， 对机器的结构和外形都有重大影响。

4． 操纵或控制部分这部分的作用是显示和反映机器的运行位置和 状态 ， 控制 机器 正常 运行和 工作控 制装 置可采用机械、电子、电气、光波等简单的机器一般由上述的前三部分组成 ， 有的 甚至只 有原 动机 和执行 部分 ， 如 水泵、排风 扇等而现代新型的自动化机器 ， 如数控机床、加工中心 等 ， 控 制部 分 ( 包括 检测 ) 的 地位愈 来愈 重要§1 - 2 　 金属材料的性能材料是机器的物质基础金属材料的性能是选择材料的主要依据金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能工艺性能是指金属材料从冶 炼到成 品的 生产过 程中 ， 在 各种加 工条 件下表现出来的性能 ； 使用性能是指金属零件在使 用条件 下金属 材料 表现 出来的 性能金 属材 料的使用性能决定了它的使用范围使用性能包括物理性能、化学性能和力学性能一、金属材料的物理性能金属的物理性能是金属所固有的属性 ， 它包括密度、熔点、导热性、热膨胀性和磁性等1． 密度金属的密度即是单位体积金属的质量 ， 其单位为 kg/ m 根据密 度的大 小 ， 金属 材料 可分为 轻金 属和重 金属 密度小 于 4．5 g cm 的 金属叫 做轻 金/属。

密度是金属材料的一个重要物理性能 ， 与材料的使用和检测等都有关系例如 ， 在航空工业和汽车工业中 ， 为了增加有效载重量 ， 密度是需要考虑的重要因素2． 熔点金属从固体状态向液体状态转变时的温度称为熔点熔点一般用摄氏温度 ( ℃ ) 表示各种金属都有其固定熔点熔点对于冶炼、铸造、焊接和配制合金等都很重要易熔金属及合金可用来制造熔断器和防火安全阀等零件 ； 难熔金属及合金则用来制造要求耐高温的零件 ， 广泛用于火箭、导弹、燃气轮机・3・33 和喷气飞机等熔点低于 1 000 ℃的金属称为低熔点金属 ， 熔点在 1 000 ℃～2 000 ℃的 金属 称为中 熔点 金属 ， 熔点高于 2 000 ℃的金属称为高熔点金属3． 导热性金属材料传导热量的能力称为导热性一般用热导率 ( 导热系数 )λ表示金属材 料导热性 能的优劣热导率大的金属材料的导热性好热导率的单位为 W/ (m K) 在一般情况下 ， 金属材・料的导热性比非金属材料好金属的导热性以银为最好 ， 铜、铝次之导热性好的金属散热也好 ， 可用来制造散热器零件4． 热膨胀性金属材料在受热时体积会增大 ， 冷却时则收缩 ， 这种现象称为热膨胀性。

各种金属的热膨胀性能不同常用线膨胀系数 α 表示热膨胀性如铁在 0 ℃～100 ℃时 α = 11．76×10ll温度升高 1 ℃铁增加 11．76 μ / mm在实际工作中有时必须考虑热膨胀的影响例如 ， 一些 精密 测量 工具就 要选 用膨胀 系数 较小的金属材料来制造 ； 铺设铁轨 ， 架设桥梁 ， 金属工 件加工过 程中 测量 尺寸等 都要 考虑到 热膨 胀的因素5． 导电性金属材料传导电流的性能称为导电性所有的金 属都具 有导 电性 ， 但各 种金 属材料 的导 电性各不相同 ， 其中以银为最好 ， 铜、铝次之工业 上 ， 用铜、铝做 导电 的结 构材料 导电性 差的 高电阻金属材料 ， 如铁铬合金、镍铬铝、康铜和锰铜等用于制造仪表零件或电热元件6． 磁性金属导磁的性能称为磁性具有导磁能力的金 属材料 都能 被磁铁 吸引 铁、钴等为 铁磁 性材料 ， 锰、 铜、铬、 锌为无磁性或顺磁性材料但对某些金属来说 ， 磁性也不是固定不变的 ， 如铁在768 ℃以上就表现为没有磁性或顺磁性铁磁性材料可用于变压器、测量仪表等制造业 ； 无 ( 顺 ) 磁性材料可用做要求避免磁场干扰的零件和结构材料。

二、金属材料的化学性能金属材料的化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能 ， 如耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性等1． 耐腐蚀性金属材料在常温下抵抗氧、水蒸气及其他化学介质腐蚀作用的能力 ， 称为耐腐蚀性常见的钢铁生锈 ， 就是腐蚀现象腐蚀对金属材料危害很大 ， 每年都有大量的钢 铁被 锈蚀严 重时 还会使 金属 构件遭 到破 坏而引发重大恶性事故 ， 特别是在腐蚀介质中工作 的金属 材料制 件 ( 如制 药、制酸、 碱、 肥等 化制化工设备 ) ， 必须考虑金属材料的耐腐蚀性能2． 抗氧化性金属材料抵抗氧化作用的能力 ， 称为抗氧化性金属材料在加热时 ， 氧化作用加速 ， 如钢材在锻 造、 处理、 接等加 热作 业时 ， 会发 生氧 化热焊・4・-6℃-1，即 和脱碳 ， 造成材料的损耗和各种缺陷因此 ， 在加热坯 件或材 料时 ， 常 在其周 围制 造一种 还原 气体或保护气体 ， 以避免金属材料的氧化3． 化学稳定性化学稳定性是金属材料的耐腐蚀性和抗氧化性的总称金属材料在高温下的化学稳定性叫做热稳定性所以 ， 用于制造在高温下工作的零件的金属材料 ， 要有良好的热稳定性三、金属材料的力学性能金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的抵抗性能。

金属材料在加工和使用过程所受的作用力称为载荷 ( 或称负载或负荷 ) 根据载荷作用性质不同 ， 可分为静载荷、冲击载荷和交变载荷在这些载荷作用下 ， 金属材料的力学性能主要指标有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等1． 强度强度是金属材料在静载荷作用下 ， 抵抗变形 和破 坏的能 力抵 抗能力 越大 ， 则 强度越 高 ； 强度越高的材料越能承受较大的外力而不变形和破坏由于材料 承受 载荷 的方式 不同 ， 其 变形有 多种 形式 ， 所 以材料 的强 度又 分为抗 拉、 压、抗抗扭、抗弯、抗剪等的强度 ， 其中最常用的强度是抗拉强度或强度极限 σ b强度极限 σ 可以通过拉伸试验测定σ 表示 材料 在拉 伸条 件 下所 能承 受的 最大 应 力 ， 是bb机械设计和选材的主要依据之一2． 塑性塑性是金属材料在静载荷作用下 产生 永久 变形 而不 破 坏的 能力 塑性 指标 用伸 长 率 δ和断面收缩率ψ来表示δ ψ值越大 ， 表示材料的塑 性越 好材 料 具有 塑性 才能 进行 压 力加 工 ； 塑性 好 的材 料制 成、的零件在使用时也较安全3． 硬度硬度是衡量金属材料软硬的一个指标。

一般可认 为 ， 硬 度是 指金 属材料 抵抗 其他更 硬物 体压入其表面的能力 ， 是金属材料表面上不大体积内抵抗变形或破坏的能力它是材料塑性、强度等性能的综合表征硬度试验条件简便 ， 又不破坏零件 ， 因此硬度广泛应用于检验原材料和热处理件的质量 ， 以及鉴定热处理工艺的合理性等硬度也是设计图样上的技术参数之一硬度试验方法可分为压入法和刻划法在生产上 最常用 的是 压入法 硬度 试验 ， 即布 氏硬 度( HB) 、洛氏硬度 ( HRC、HRB、HRA) 和维氏硬度 ( HV ) 1) 布氏硬度 ( HB)布氏硬度测定原理是用一定的作用力 ， 把一定直 径的淬 火钢 球或 硬质合 金球 压入测 试件 表面 ， 保持一定时间后卸除力 ， 测量压痕直径 ， 以压痕单位面积上的压力表示材料的布氏硬度值 ， 用符号 HBS( 淬火钢球 ) 或 HBW( 硬质合 金球 ) 表 示在 实际生 产中 ， 测 试在布 氏硬 度机 上进 行 ， 布氏硬度值并不计算 ， 也不用标注单位 ， 只需测出压痕直径 ， 查布氏硬度表即可得出 HB 值布氏硬度用于测定铸铁、 铁 ( 有 色 ) 金 属、 合金 结构 钢 等原 材料 以及 结构 钢 调质 件的 硬非低度。

不能测试很硬 ( HBS≥450) 、很薄以及表面质量要求高的工件2) 洛氏硬度・5・ 洛氏硬度试验是用锥角为 120°的金 刚石圆锥或直径 为 1．588 mm( 1/ 16 in) 的 钢球作为压头 ，加上定载荷 ( 载荷先后两次施加 ) ， 使压头压入试件表面 ， 根据压痕深度确定其硬度值根据试验用的压头与载荷不同 ， 洛氏硬度分为 HRA、HRB、HRC 三种 ， 其 中以 HRC 应用最 广洛氏 硬度 值可直接从试验机的表盘上读出 ， 不需计算和标出单位洛氏硬度试验操作迅速简便 ， 压痕小 ， 可在工件表面进行试验 ， 可测定各种金属材料的硬度 ，也可测定较薄工件或表面薄层的硬度它是目前应用最广的硬度试验方法其缺点是因为压痕较小 ， 代表性差布氏硬度与洛氏硬度由于试验条件不同 ， 因而两种硬度没有换算关系为了比较 ， 可查各种硬度对照表3) 维氏硬度 ( HV)维氏硬度测试原理基本上与布氏硬度试验相同 ， 也是根 据压 痕单 位面积 上。