機(jī)械基礎(chǔ)緒論(課堂PPT)

1、1,緒 論,機(jī)械基礎(chǔ)課程是一門機(jī)械大類的公共基礎(chǔ)平臺課程，是機(jī)械行業(yè)各相關(guān)就業(yè)崗位所必須具備的基本知識。本課程的內(nèi)容包括靜力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)構(gòu)與機(jī)械傳動(dòng)、機(jī)械零件、氣液壓傳動(dòng)和零件的精度等六門課程的知識，是一門綜合性較強(qiáng)的課程。 專業(yè)基礎(chǔ)課程是專業(yè)課學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。課程所涉及的內(nèi)容貼近實(shí)際，貼近生產(chǎn)，學(xué)習(xí)中要密切聯(lián)系實(shí)際，特別是聯(lián)系所教班級學(xué)生身邊的生活。 緒論課的教學(xué)不僅是教授課程的內(nèi)容、任務(wù)、學(xué)習(xí)方法與要求，更重要的是激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)本課程的興趣和熱情，對本課程產(chǎn)生好奇和愛好，達(dá)到主動(dòng)積極學(xué)習(xí)、樂于學(xué)習(xí)的目的。,2,01 機(jī)械的組成,講到機(jī)器，人們馬上會(huì)聯(lián)想到工廠的機(jī)床，建筑工地的吊車，運(yùn)送水泥

2、的攪拌車，火車、飛機(jī)、汽車等。機(jī)器無處不在，與生活和生產(chǎn)密切相關(guān)，如家用的洗衣機(jī)，電動(dòng)自行車，摩托車及各種小家電，都是機(jī)器應(yīng)用的實(shí)例，可以說生活離不開機(jī)器。 機(jī)器的作用是可以代替或減輕人們的體力勞動(dòng)和腦力勞動(dòng)。 一、機(jī)器的組成 無論是哪一種機(jī)器，都由動(dòng)力部分、執(zhí)行部分、傳動(dòng)部分和控制部分組成。教材中圖0-1所示沖壓機(jī)的動(dòng)力部分是電動(dòng)機(jī)；執(zhí)行部分是滑塊與沖模作直線運(yùn)動(dòng)；傳動(dòng)部分由V帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組成，,3,01 機(jī)械的組成,將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成移動(dòng)；控制部分是離合器、制動(dòng)器和電氣部分。 生活中手表的動(dòng)力部分是發(fā)條或電池；傳動(dòng)部分是齒輪系統(tǒng)；執(zhí)行部分是指針。摩托車的動(dòng)力部分是內(nèi)燃機(jī)；傳動(dòng)部

3、分是鏈傳動(dòng)和飛輪內(nèi)的棘輪機(jī)構(gòu)，執(zhí)行部分是車輪。電動(dòng)自行車與摩托車的動(dòng)力部分不同，將內(nèi)燃機(jī)變換成,4,01 機(jī)械的組成,電動(dòng)機(jī)。家用波輪洗衣機(jī)的動(dòng)力部分是單相電動(dòng)機(jī)；傳動(dòng)部分是V帶傳動(dòng)；執(zhí)行部分是葉片波輪；而控制部分是微電腦控制板。共同內(nèi)容都由四個(gè)部分組成。 二、機(jī)構(gòu)與機(jī)器 電動(dòng)自行車與自行車不同的是前者由電動(dòng)機(jī)來代替人作動(dòng)力，后者必須以人作動(dòng)力，兩者之間的差別是有無電動(dòng)機(jī)，即有無代替或減輕人們體力勞動(dòng)的裝置，,5,01 機(jī)械的組成,所以電動(dòng)自行車稱為機(jī)器，而自行車只能稱為機(jī)構(gòu)。同樣的道理，家用腳踏縫紉機(jī)，公園里的腳踏小船、手搖絞肉機(jī)、農(nóng)田里的腳踏水稻脫谷機(jī)等都只能稱為機(jī)構(gòu)，不是機(jī)器。 三、零件

4、與構(gòu)件 零件是工廠生產(chǎn)的最小單元，也是組成機(jī)器的最小單元，但不一定是最小的運(yùn)動(dòng)單元。如自行車的車輪作為轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)單元，由內(nèi)外車胎、輻條和軸套等四個(gè)部分組合而成，稱為一個(gè)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件。大部分運(yùn)動(dòng)構(gòu)件由多個(gè)零件組成的，但也可以是一個(gè)零件作為一個(gè)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，如洗衣機(jī)用的V帶，縫紉機(jī)用的牛皮帶等，而自行車用的鏈條是由多個(gè)零件組成的。,6,01 機(jī)械的組成,四、機(jī)械的種類 機(jī)械是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱，但更多的是指機(jī)器。從用途的角度不同分為四種,動(dòng)力機(jī)械、加工機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、信息機(jī)械。這里提到的機(jī)械，實(shí)際上是機(jī)電一體化的應(yīng)用，是機(jī)械傳動(dòng)、自動(dòng)化技術(shù)、數(shù)字控制的綜合。如汽車離不開機(jī)械的傳動(dòng)，但是隨著自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)

5、用，原先的機(jī)械控制的化油器，發(fā)展成電子化油器，使汽油和空氣的配比達(dá)到最佳值，保證汽油的完全燃燒，排出的尾氣對大氣的污染最小，達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)值。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，越是高檔的汽車，其自動(dòng)化程度越高，采用數(shù)字控制的技術(shù)越多。如四輪平衡控制技術(shù)，保證剎車時(shí)四個(gè)車輪能受到同樣大小的剎車力，使汽車不致因?yàn)槭芰Σ粍蚨a(chǎn)生跑偏。,7,02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力,一、零件的常用材料 材料是制作機(jī)械零件的原料，零件有強(qiáng)度和使用壽命的要求，不同的零件需要選用不同的材料。如汽車輪胎需要具有一定的彈性和耐磨性，選用橡膠作為原料；汽車大梁需要承受較大的載荷和沖擊，選用具有一定強(qiáng)度和韌性的低碳合金鋼。機(jī)床的主軸

6、不僅要有強(qiáng)度，還要有抗彎曲變形的剛度要求，選擇45或40Cr鋼材，并作成中空形狀；機(jī)床的床身要求不變形且耐磨損，選用不變形的鑄鐵材料，導(dǎo)軌表面作淬火處理。 1、鋼 常用作機(jī)械零件的材料，它是鐵和碳的合金。常用結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼。鋼中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的多少，影響到鋼的韌性和硬度，含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低，韌性越好，但硬,8,02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力,度低；反之，含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，硬度越大，但韌性越差。所以，常用中碳鋼作為零件的材料，具有一定的韌性和硬度，也方便進(jìn)行熱處理。中碳鋼的碳含質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.350.55%左右。對于需要進(jìn)行塑性變形加工的零件，常選用低碳鋼作材料，如螺釘、螺母等。 鋼一般由鑄造和

7、軋制得到。前者稱為鑄鋼，適用于制造形狀復(fù)雜的重要機(jī)械零件；軋制所得的鋼材通常具有一定的形狀，稱為型材，如圓形、工字形、方形、管形等。圓型材是制造機(jī)械零件的材料，通過鍛造、切削加工成所需要的各種形狀。 2、鑄鐵 當(dāng)含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.11%以上的鐵碳合金稱為鑄鐵。相比鋼材料，其優(yōu)點(diǎn)是鑄造性好，成本低。對于不重要的零件，形狀較為復(fù)雜，常選用鑄鐵，如暖氣片、軸承座、機(jī)床床身、皮帶輪。鑄鐵材料作機(jī)床床身具有穩(wěn)定性好、不變形的優(yōu)點(diǎn)。鑄鐵材料的性能較穩(wěn)定，且價(jià)格便宜，所以污水井蓋一般都選用鑄鐵材料。,9,02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力,3、銅及其合金 銅材料具有很好的耐腐蝕性和減磨性，但成本較高，一般

8、用作滑動(dòng)軸承的軸瓦或蝸輪的齒圈，一般選用鑄造的方法獲得。紫銅管容易變形又耐壓，一般應(yīng)用于空調(diào)、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的管路連接。 4、工程塑料 一般作結(jié)構(gòu)零件，具有重量輕，強(qiáng)度高、耐磨損的特點(diǎn)。在汽車、飛機(jī)、家用電器，如臺燈、低壓開關(guān)、電視機(jī)、空調(diào)機(jī)等都有很廣泛的用途。 二、材料的選用 材料的品種很多，各有特點(diǎn)，應(yīng)做到物盡其用，用其所長。當(dāng)然要考慮零件工作中的使用要求、工藝要求和經(jīng)濟(jì)性。所謂經(jīng)濟(jì)性，即是在滿足使用要求和壽命的前提下，所選用的材料制成的零件應(yīng)當(dāng)是成本最低,10,02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力,的，保證機(jī)器在市場上有價(jià)格競爭的優(yōu)勢。工藝要求是指所選擇的材料容易生產(chǎn)制造，如鑄造材料要求其

9、最小厚度要大于8mm，否則會(huì)因?yàn)殍T不滿而產(chǎn)生廢品；留出足夠的加工余量。鍛件的內(nèi)孔太小時(shí)，不能沖孔成形；軸上的螺紋要留退刀槽；磨削表面提前做出中心孔等。這些都是滿足加工工藝要求所必須做好的準(zhǔn)備。 三、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化 國家對機(jī)械零件做出了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，有利于簡化零部件的品種和規(guī)格，便于組織大規(guī)模的生產(chǎn)，降低成本。如需要一個(gè)螺釘、螺母，可以在市場上很方便地買到。它是由標(biāo)準(zhǔn)件廠統(tǒng)一生產(chǎn)的，價(jià)格低，通用性好，方便使用，但螺釘有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，如M6、M8、,11,02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力,M10、 M12、M16毫米，沒有7、9、11、13,等規(guī)格的螺釘。滾動(dòng)軸承也是一樣，其標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)經(jīng)僅

10、有10、12、15、17、20、25、30、35不可能有其他數(shù)值。 標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化是機(jī)械零件生產(chǎn)所應(yīng)當(dāng)共同遵守的技術(shù)規(guī)范，必須嚴(yán)格執(zhí)行，不得別出心裁，標(biāo)新立異。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由國家標(biāo)準(zhǔn)化局統(tǒng)一制定，使用時(shí)應(yīng)當(dāng)按照最近出臺的最新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，一般應(yīng)按照2000年以后制定的標(biāo)準(zhǔn)，如果沒有2000年以后的標(biāo)準(zhǔn)，方可使用2000年以前的標(biāo)準(zhǔn)。借助于電腦搜索尋找最新國標(biāo)。 四、 載荷、應(yīng)力和強(qiáng)度 失效是指機(jī)械零件不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的工作性能。如彩色電視機(jī)的顯像管，由于老化而出現(xiàn)的圖象模糊不清，達(dá)不到設(shè)計(jì)時(shí)的要求，稱之為失效。,12,02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力,失效不等于不能用，只是精度沒達(dá)不到要求

11、。 1、載荷 指機(jī)械零件受到外力或外力矩的作用。分靜載荷和 動(dòng)載荷。 2、應(yīng)力 應(yīng)力是機(jī)械受到外載荷作用后，單位截面上的內(nèi)力。載荷指零件外部的作用力；應(yīng)力指受到外部作用后，零件內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)力。應(yīng)力的大小與外部載荷的變化、大小有關(guān)。 靜載荷產(chǎn)生靜應(yīng)力，動(dòng)載荷產(chǎn)生變應(yīng)力。按應(yīng)力變化特點(diǎn)分成脈沖循環(huán)應(yīng)力、對稱循環(huán)應(yīng)力和非對稱循環(huán)應(yīng)力三種，其中對稱循環(huán)應(yīng)力對零件的壽命影響最大。,13,02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力,14,02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力,3、強(qiáng)度 強(qiáng)度是指零件抵抗破壞的能力，強(qiáng)度分為表面強(qiáng)度和體積強(qiáng)度，一般強(qiáng)度是指體積強(qiáng)度。 （1 ）強(qiáng)度體積 分靜應(yīng)力和變應(yīng)力。 靜應(yīng)力使零

12、件產(chǎn)生塑性變形或斷裂。如自行車前后軸固定不動(dòng)，受到人的不變載荷靜止作用，前軸太細(xì)可能產(chǎn)生彎曲塑性變形，嚴(yán)重時(shí)會(huì)斷裂。 變應(yīng)力使零件產(chǎn)生疲勞斷裂。如火車車輪與軸組成一體，軸的受載荷是不變，但軸隨車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)不斷變化位置，它受到對稱循環(huán)變化的變應(yīng)力作用，經(jīng)過無數(shù)次轉(zhuǎn)動(dòng)后，可能出疲勞斷裂。,15,02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力,(2) 表面強(qiáng)度 點(diǎn)、線接觸的高副連接表面產(chǎn)生彈性變形，出現(xiàn)很大的局部應(yīng)力，稱接觸應(yīng)力。 (3) 表面擠壓強(qiáng)度 以面接觸而無相對運(yùn)動(dòng)的零件， 在載荷作用下，接觸表面產(chǎn)生擠壓 應(yīng)力。 （4）表面磨損強(qiáng)度 以面接觸而作相對運(yùn)動(dòng)的零件， 在載荷作用下，接觸表面因摩擦產(chǎn) 生磨損，

13、當(dāng)磨損量超過許用值，零 件即告失效。,16,02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力,4、安全系數(shù)和許用應(yīng)力 每一種材料經(jīng)過試驗(yàn)后，都可以找到最大極限應(yīng)力值。如果直接以極限應(yīng)力作為計(jì)算材料的強(qiáng)度，當(dāng)達(dá)到極限應(yīng)力值時(shí)，零件就會(huì)出現(xiàn)破壞。此外，實(shí)驗(yàn)室的測試是靜態(tài)的外載荷作用，與零件實(shí)際工作環(huán)境存在差別，為防止出現(xiàn)意外事故，取一個(gè)比1大的值作為安全系數(shù)。如取安全系數(shù)2，假設(shè)其極限應(yīng)力為200MPa，被2除后，得到100MPa，稱100MPa為許用的應(yīng)力，即當(dāng)應(yīng)力達(dá)到100 MPa時(shí)為最大的極限，超過100 MPa認(rèn)為零件超載，會(huì)出現(xiàn)破壞。實(shí)際應(yīng)用中，有安全系數(shù)的作用，并不一定立即出現(xiàn)問題。所以許用應(yīng)力為

14、極限應(yīng)力與安全系數(shù)的比值。安全系數(shù)越大，零件越安全，但零件尺寸斷面越大，造價(jià)越高。,17,02 機(jī)械零件的材料、結(jié)構(gòu)和承載能力,對于運(yùn)輸機(jī)械，如摩托車、汽車、飛機(jī)，如果安全系數(shù)過大，自身重量過大，消耗的燃料過多，所以應(yīng)當(dāng)取較小的安全系數(shù) 。,18,03 機(jī)械零件的摩擦、磨損和潤滑,摩擦是自然界普遍存在的正?，F(xiàn)象，只要有相對運(yùn)動(dòng)或相對運(yùn)動(dòng)趨勢的兩物體接觸表面之間就會(huì)有摩擦存在，摩擦將使接觸表面產(chǎn)生磨損。只能減少接觸表面的磨損，不可能消除摩擦的存在。如果不存在摩擦，兩接觸表面就不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。假如柏油路都成了冰場，幾乎不存在摩擦，可想而知會(huì)產(chǎn)生什么樣的后果。 一、摩擦種類 1、干摩擦 沒有潤滑劑的摩

15、擦面稱為干摩擦。如人在地面行走，腳后跟與地之間形成的干摩擦。 2、邊界摩擦 摩擦表面有一層極薄的潤滑劑。如人在濕潤的地面,19,03 機(jī)械零件的摩擦、磨損和潤滑,行走；人在有粉塵的瓷磚上行走；洗臉盆邊沾上一層很薄的油污后，手與臉盆邊之間的摩擦狀態(tài)等都可看成邊界摩擦，邊界摩擦的摩擦因數(shù)比干摩擦略有改善。 3、液體摩擦 摩擦表面被液體潤滑膜完全隔離開的摩擦。如輪船在水中行走，水把船底和河床隔離開；氣墊、磁墊使機(jī)車和導(dǎo)軌隔離開。在機(jī)械傳動(dòng)中，兩零件表面之間處于液體摩擦狀態(tài)是最理想的狀態(tài)，但是很難達(dá)到這種狀態(tài)。 4、混合摩擦 機(jī)械運(yùn)動(dòng)的接觸表面，大多數(shù)處于以上三種摩擦狀態(tài)的混合，稱之為混合摩擦?；旌夏?/p>

16、擦比前二種狀態(tài)好，但比液體摩擦狀態(tài)差些。,20,03 機(jī)械零件的摩擦、磨損和潤滑,21,03 機(jī)械零件的摩擦、磨損和潤滑,二、機(jī)械零件的磨損 1、磨損類型 （1）粘著磨損 發(fā)生在重載狀態(tài)，表面沒有潤滑的干磨損狀態(tài)，當(dāng)摩擦發(fā)熱的溫度超過金屬的熔點(diǎn)時(shí)，兩運(yùn)動(dòng)表面產(chǎn)生溶化、粘著。材料之間出現(xiàn)轉(zhuǎn)移，表面形成膠粘劃傷。提高油性和潤滑油的粘度是減少粘著磨損的有效措施。 （2）磨粒磨損 摩擦表面滲入硬顆粒將表面劃傷，如眼睛中進(jìn)入微小的粉塵，將眼球劃傷一樣。為了防止出現(xiàn)磨粒磨損，機(jī)器盡可能選擇閉式傳動(dòng)，且定期更換潤滑油，保證潤滑劑的潔凈。,22,03 機(jī)械零件的摩擦、磨損和潤滑,（3）表面疲勞磨損 發(fā)生在有充

17、足潤滑油的運(yùn)動(dòng)表面。當(dāng)周期性工作達(dá)到一定期限之后，如一百萬次，接觸表面會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，由于充足的潤滑油滲入到裂紋中，接觸表面短時(shí)間形成封閉裂紋，使裂紋內(nèi)的油液壓力急劇升高，超過材料的極限強(qiáng)度之后，金屬表面材料出現(xiàn)脫落，形成麻坑，稱之為點(diǎn)蝕。如果沒有足夠的潤滑油，不可能形成麻坑，稱之為表面磨損。 （4）腐蝕磨損 接觸表面受到腐蝕性的氣體、液體的侵蝕而產(chǎn)生的表面破壞，如化工行業(yè)制酸、堿設(shè)備的零件損壞是由于酸堿腐蝕反應(yīng)而造成的。所以一般化工企業(yè)采用不銹鋼材料作為機(jī)器的零件 。,23,03 機(jī)械零件的摩擦、磨損和潤滑,2、磨損的過程 任何相對運(yùn)動(dòng)，即使?jié)櫥瑮l件再好，也不可避免地會(huì)出現(xiàn)正常的磨損。磨損分

18、為三個(gè)階段：即階段磨合、穩(wěn)定磨損階段和劇烈磨損階段。經(jīng)過機(jī)械加工后的表面，無論其表面粗糙度值很小，也達(dá)不到磨合后的標(biāo)準(zhǔn)，所以相對運(yùn)動(dòng)的表面必然要經(jīng)過正常的磨合階段。 如新出廠汽車的磨合期為2000km，表明2000km之后，各運(yùn)動(dòng)表面進(jìn)入正常磨損階段，該階段的長短標(biāo)志著機(jī)器的使用壽命。機(jī)器的質(zhì)量越高，其穩(wěn)定磨損階段越長，使用的壽命越長。,24,03 機(jī)械零件的摩擦、磨損和潤滑,（1）磨合階段 （2）穩(wěn)定磨損階段 （3）劇烈磨損階段,25,03 機(jī)械零件的摩擦、磨損和潤滑,當(dāng)機(jī)器的運(yùn)動(dòng)表面磨損超過設(shè)計(jì)的數(shù)值后，間隙過大，使運(yùn)動(dòng)表面產(chǎn)生過大的沖擊振動(dòng)，機(jī)器進(jìn)入劇烈磨損階段。處于劇烈磨損階段的機(jī)器需要進(jìn)行大修，重新更換或修復(fù)零件的運(yùn)動(dòng)表面。如汽車的內(nèi)燃機(jī)活塞缸；滑動(dòng)軸承的軸瓦；更換或調(diào)整滾動(dòng)軸承的間隙；修磨機(jī)床的導(dǎo)軌等，