机械基础知识点(共23页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上第一章 绪论第一节 课程的特点1. 综合性 本课结合了工程力学，机械工程材料，常用机构，支撑零部件，机械传动，液压传动，气压传动的相关知识。2. 基础性无论从事机械制造，还是使用研究机械，都要运用这些基本知识。3. 一体性 本门课程理论与实践紧密融合，学做一体。第二节 机械的组成 “机械基础”主要研究对象是机械，我们的衣食住行都离不开机械。 机械始于石器时代，指南车，地动仪是我们的祖先发明的机械。 1840年英国工业革命开启了机械飞速发展的时代，从蒸汽机，发电机，内燃机，计算机到现在的柔性制造单元和智能机器人等。 人类凭借智慧，使机械在种类，材料，工艺，性能等方面不断

2、丰富完善。1.机械是机器和机构的统称2.机器与机构的特征l 机器特征：（1）是人为的实体组合。（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，代替或减轻人类的劳动。l 机构特征：具有确定相对运动的构件的组合。具有独立运动的基本单元l 机构不具备机器的第三个特征，是机器的主要组成部分，一部机器可以有多个机构，也可以只含有一个机构3.机器由哪几部分组成l 动力部分 传动部分 工作部分 操作或控制部分 辅助部分（润滑，照明等）l 机械分类情况 动力机械（变换能量）：电动机，内燃机等 加工机械（变换物料）：金属切削机床，压力机等 运输机械（变换位置）：汽车，缆车等 信息机械（变换

3、信息）：传真机，数码相机等4.对机械要求：功能要求 节能环保 安全防护等5.零件l 通用零件 指各种机械中经常用到的零件l 专用零件 指在某些机械中才用到的零件第三节 摩擦与损失l 摩擦和磨损是自然界和社会生活中普遍存在的现象l 30%-50%的能量消耗在各种形式摩擦中l 80%的机器因为零件磨损而失效l 摩擦，指两物体接触表面阻碍它们相对运动的机械阻力1.摩擦类型： 1.固体摩擦 干摩擦，边界摩擦 除利用外尽量避免 2.液（气）摩擦 理论上不产生磨损，理想摩擦状态 3.混合摩擦 两者之间2.磨损 运动副之间的摩擦将导致机件表面材料逐渐损耗形成磨损 一个机械的磨损过程大概分为三个阶段 磨合阶段

4、是有益磨损，如减速器 根据磨损机理分类，磨损主要有粘着磨损，磨料磨损，疲劳磨损，腐蚀磨损等第一章 机械工程材料第一节 金属材料性能1. 使用性能定义：金属材料在使用过程中所表现出来的特性物理特性：密度，熔点，导电性，导热性，热膨胀性，磁性化学特性：耐蚀性，抗氧化性，化学稳定性力学特性：强度，塑性，硬度，韧性，疲劳强度2. 工艺性能定义:金属在加工制造过程中所表现出来的特性铸造特性：金属材料铸造成型的能力锻造特性：金属在锻压成型过程中所表现出的能力切削加工性能：金属被切割难易程度焊接性：在一定焊接条件下金属材料获得优良焊接接头的能力第二节 金属材料-非合金钢l 金属材料分类：l 钢铁材料：非合金

5、钢 合金钢 铸铁l 非铁金属：除钢铁材料以外其他金属（有色金属，硬质合金）l 炼铁过程：原料：铁矿石或废铁 原料在高炉中经过一系列反应还原出铁 铸造生铁，含碳2.11%以上 炼钢生铁，在炼钢炉中进一步氧化碳，得到非合金钢 在炼钢过程中加入某些合金元素，得到合金钢 非合金钢：一种铁碳合金（碳通常小于1.5%）分类1：低碳钢=0.6%B. 非合金钢中含有少量硅，锰，硫，磷等C. 硅，锰是脱氧剂主要成分，能提高钢的强度和硬度（有益元素）D. 磷，硫是原料中附带的，硫-热脆性，磷-冷脆性，有害元素按磷硫分：普通质量非合金钢S0.035% P0.035% 优质非合金钢SP0.030% 特殊质量非合金钢S

6、0.020% P0.025%按用途分：碳素结构钢;例如铁钉，属于低碳钢，冶炼容易，工艺性好，价格低廉，且在力学性能上也能满足一般的工程结构及普通机械零件的要求， Q195 Q215 Q235：塑性和焊接性较好，但强度不高，可用于桥梁，高压线塔，房屋框架等工程结构，铆钉，螺栓螺母垫片，轴套等 Q255 Q275：强度相对较高，可以用来制造链轮，拉杆，安全销等 优质碳素结构钢例如，60代表C含量0.6% 08F：强度硬度很低，塑性韧性很高，具有很好冷变形能力，常用于制 造薄板，铁丝，冲压件等 20：起重钩，指甲钳等受力不大，韧性较高的零件 45：综合力学性能好，常用于制造齿轮，轴等重要运动零件 6

7、0：弹簧，板簧等弹性零件 80：强度较高，常用来制造受巨大拉力的钢丝绳碳素工具钢：高硬度，高耐磨性（0.7%以上高碳钢）（优质非合金钢）用T+数字表示 T代表碳数字代表含碳千分数，后加A表示有害元素更低、 T7 T8：碳质量分数相对较低，仍具有一定塑性，且有良好硬度，常用于制造斧头，锤子，凿子，定位冲子等切削能力要求不高的工具 T9 T10;用于制造钢锯锯条，手攻螺纹用的丝锥和板牙等低速耐磨工具 T12 T12A：硬度，耐磨性较高，制造普通刀具，一般性量具，模具。铸造碳钢：专用制造钢制铸件的非合金钢，零件形状复杂，强度要求较高，采用铸铁又不能满足要求时选用 ZG200-400常用于制造电动机机

8、座，截止阀阀体，变速箱壳体 ZG340-640常用于制造大型齿轮，大型飞轮，火车车轮，火车车钩（力学性能较高）易切削钢：在钢中加入较高含量硫 铅 锡 钙等切削元素，可减少刀具磨损，且保证切削后零件表面质量，主要用于制造受力较小，不太重要，且大批量生产的标准件第三节 金属材料-低合金钢合金钢：为了改善钢的某些性能或使之具有某些特殊性能，在炼钢时有意加入一种或多种合金元素的钢。低合金钢：合金含量较低的合金钢。1.低合金钢一般指合金元素质量分数小于3.5%且可焊接的低碳低合金结构用钢。1. 低合金高强度结构钢l 在碳的质量分数小于0.2%的碳素结构钢的基础上，加入以锰为主，钒，钛，铝，铌等元素为辅l

9、 具有较高强度和韧性，良好的焊接性，冷热压力加工性能和耐腐蚀性，l 价格与非合金钢接近l 多扎制成板材，型材及无缝钢管等l 被广泛用于桥梁，船舶，车辆，锅炉工程机械及重要的建筑结构中l 牌号表达与碳素结构钢基本相同低合金耐候钢l 通过添加少量铜，铬，钼等元素，使金属表面形成保护层，以提高大气耐腐蚀能力的钢l 又称耐大气腐蚀钢l 主要可分为焊接耐候钢和高耐候钢l 例如通信电力塔，石油井架等（焊接耐候钢）l 集装箱，铁道车辆等（高耐候钢）低合金专业用钢l 为了适应某些行业特殊要求，通过对低合金高强度结构钢的化学成分，加工工艺及性能作相应的补充和调整，从而获得的专业用钢2.合金钢工程结构用合金钢机械

10、结构用合金钢l 合金渗碳钢：汽车差速器齿轮，要求表面具有高硬度和高耐磨性，且心部要有良好的韧性l 常用材料是合金渗碳钢20CrMnTi等l 合金调质钢：汽车发动机轴及齿轮，在中碳钢基础上加入一种或数种合金金属以提高其淬透性和耐回 火 性l 合金弹簧钢：摩托车弹簧，汽车板簧等截面较大，屈服强度较高的重要弹性元件l 超高强度钢：航空工业中用到的钢，在合金调质钢基础上加入多种合金元素复合强化，屈服强度大于1370MPa，抗拉强度大于1500MPa3.高碳铬轴承钢 专用于制造滚动轴承的钢。 其中铬元素可以增加钢的淬透性和耐磨性4.合金工具钢与高速钢合金工具钢高速钢l 在600时仍能保持高的硬度和耐磨性

11、，强度和切削速度也比一般碳素工具钢和合金刀具钢高很多。l 目前高速钢已成为制造切削刀具的主要材料5.不锈钢与耐热钢不锈钢 （铬镍） 06Cr19Ni10-菜刀-脸盆-水龙头 12Cr18Ni9-橱柜-扶手-护栏 （铬） 32Cr13Mo-医疗器械 68Cr17精密卡尺 68Cr17-滚动轴承耐热钢 具有不锈钢特性及高温下化学稳定且保持强度 （抗氧化钢）26Cr18Mn12Si2N-加热炉构件 45Cr9Si2-汽轮机叶片6. 铸造钢合金坦克履带，挖掘机铲斗等，不但要求有较高硬度和耐磨性合金钢牌号 我国合金钢牌号由碳的质量分数和合金元素的质量分数组合而成第四节 金属材料-铸铁专门用于铸造成型的钢

12、铁材料就称为铸铁铸铁是指碳质量分数大于2.11%的铁碳合金工业铸铁2.5%-4%之间，硅，锰，硫，磷等杂质含量也比非合金钢多铸铁和非合金钢最大区别：非合金钢中以铁素体型组织，奥氏体型组织铸铁中以铁的碳化物（渗碳体），碳的单质状态（石墨）1. 白口铸铁：以渗碳体形式存在，断口呈银白色 硬度高 脆性大 难以切削 很少被直接利用其他铸铁：主要以石墨形式存在，断口呈灰色石墨：优点：在铸铁中可以增加铁水流动性，减小切削抗力，使铸铁获得良好铸造性能和切削加工性能 还具有润滑，吸振作用。因此，铸铁硬度虽然不高，但耐磨性好，还具有良好的减震性和低的缺口敏感性缺点：强度和塑性几乎为零，抗拉强度低，塑性韧性差，但

13、抗压强度与钢接近灰铸铁应用最广，占铸铁总量80%以上，牌号用HT（灰铁）+数字（最低抗拉强度）表示3.可锻铸铁=白口铸铁退火强度和塑性比灰铸铁好不可锻压KTH300-06：最低抗拉强度300MPa，断后伸长率6%的黑心可锻铸 铁，常用于铸成弯头，三通，管道零件4.球墨铸铁在浇筑前往铁水中加入一定量球化剂和孕育剂，使石墨呈球状析出力学性能比前两种都要好 成本较低5.蠕墨铸铁总结：第二章 刚体静力学第一节 静力学基础解决的是物体在平衡状态时受力分析1. 静力学基本概念研究的是刚体在力系作用下平衡规律刚体：理性状态下不计变形的物体，力只改变其运动状态力：物体之间的相互机械作用，能使物体运动状态发生变

14、化，或使物体发生形变力的三要素：力是矢量，力的大小，方向和作用点力的单位：以牛或千牛表示物体平衡状态：指物体相对于地球处于静止或匀速直线运动状态2. 静力学基本公理1） .二力平衡公理：只受两个力的刚体，保持平衡状态充要条件：两力等值，反向，共线。 只受两力作用并处于平衡状态的物体称为二力构件2） .加减平衡力系公理：在已知力系加上或减去任意平衡力系，不会改变原力系对刚体作用效应。 推论1.力的可传递原理：作用于刚体上某一点的力可延其作用线移至刚体上任一点，而不会改变原力系对刚体的作用效果。 注：推论1只适用于刚体且只能沿其作用线滑移而不能移至作用线以外的位置3）.力的平行四边形公理：作用于物

15、体上某一点的两个力的合力也作用于该点，合力的大小方向由两个 力为临边构成的平行四边形对角线确定。推论2.三力平衡汇交定理：刚体上受同一平面内互不平行3个力作用而且互相平行时，则此3个力 的作用线汇交于一点，并在同一平面内。4）.作用与反作用公理：两个物体间的作用力与反作用力总是同时存在，且等值，反向，共线，分别作用在这两个物体上约束与约束力l 自由体：位移不受限制的物体l 非自由体：位移受限制的物体l 主动力：使物体产生运动或运动趋势的力，重力，推力等l 约束力：约束体施加于非自由体上的作用力，大小一般未知常见约束类型： 柔性约束：传送带，链条等，力的作用点，在绳索和重物的接触点 光滑面约束：

16、两物体直接接触，且表面光滑，接触处摩擦力可忽略不计。 铰链支座约束力： 固定端约束：限制物体像任何方向运动第二节 受力分析与分析图第三节 平面汇交力系1. 基本概念：平面力系：各力作用线均在同一平面内的力系。平面汇交力系：平面力系中各力作用线都汇交于一点。2. 求解 几何法：连续应用力的三角形法则，将已知力依次相加，求出合力的大小和方向。 注意，在连接力多边形的封闭边时，应从第一个力的始端指向最后一个力的末端。解析法：将力分解在坐标系中。Fx=Fcosa Fy=Fsina第四节 力偶与力矩力矩：即力对点的矩，等于从该点到力的作用线的垂直距离d与该力F的矢量积。力偶：l 两个大小相等方向相反（不

17、在同一点上）的平行力组成的二力。l 不能合成一个力，而是使物体处于转动状态l 两力为F，F，两力之间垂直距离d，称为力偶臂。l 力偶对物体的作用效应，可以用力偶矩来度量l 力偶的作用效果与力的大小和d的长短有关，与矩心无关。l 力偶计算l 力与力偶臂的矢量积记作M=F*dl 力偶距的方向规定：逆转为正，顺转为负。l 在同平面内的两个力偶，如果力偶距相等，则两力偶彼此等效。l 力偶的性质：力偶可以在其作用面内任意转移，而不改变他对刚体的作用。 只要保持力偶距的大小和力偶的转动方向不变，可以同时改变力偶中力的大小和力偶臂的长短，而不改变有对刚体的作用效果。力的平移：可以把作用在刚体上点A的力F平移

18、到一点B，但同时必须附加一个力偶，这个附加力偶的矩等于原来的力F对新作用点B的矩第五节 平面任意力系平面任意力系的定义：各力的作用线不汇交于一点。求解平面任意力系第三章 材料力学第一节 材料力学的概念一.材料力学基本假设1.连续性假设 假设用来制造构件的材料是连续分布的，实际材料微观上的空洞和缝隙略去不计。2.均匀性假设 假设用来制造构件的材料在材质上均匀分布，材料的属性在不同空间位置上一样。3. 各向同性假设假设材料在各个方向上力学性能相同（钢可近似看做同性，木材有较大区别）二 研究对象和内容 材料力学以构件为研究对象 构件：在建筑行业，构件是构成建筑的各个要素，是构成结构受力骨架的要素。机

19、械行业，构件指机器里每一个独立运动单元体。 材料力学研究构件在外载荷作用下的承受能力。 材料力学研究的几种基本变形：拉伸和压缩，弯曲，剪切和挤压，扭转。 构件变形分为：n 弹性变形：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，即可完全恢复原有形状的变形。n 塑性变形：材料在外力作用下，当所承受的荷载超过一定限度，产生在外力去除后不能恢复的 变形，也称为永久形变。 为了保证机械或结构能安全工作，构件应满足：强度 刚度 稳定性 强度：在规定荷载作用下，构件抵抗破坏（断裂和塑性形变）的能力 刚度：在规定荷载作用下，构件抵抗弹性形变的能力。稳定性：一些受压力作用的细长或薄壁构件，应有足够保持原有平衡状态的

20、能力第二节 轴向拉伸和压缩一 拉压变形的特点1.受力特点:杆端的外力（或外力的合力）大小相等，方向相反，作用线与杆的轴线重合。2.变形特点：杆件沿轴线方向伸长或缩短。3.内力：杆件在外力作用下产生变形，其内部的一部分对另一部分的作用力称为内力。4.轴力：拉压杆上的内力称为轴力5.轴力符号规定：拉伸时为正，力的指向为背离截面 压缩时为负，力的指向为指向截面6.应力：单位横截面积上分布的内力正应力=Fn/S 切应力=Fn/S7.应变：原始长度的轴向变化量除以原始长度=L/L08.拉压力学性能：（1）试验标准：有统一国家标准 （2）试样准备 （3）实验装夹（4）拉伸实验过程第四阶段 颈缩阶段de主要

21、力学性能指标：塑性指标计算：断后伸长率A=(Lu-L0)/L0*100 L0为原始标距 Lu为断后标距断面收缩率Z=（S0-Su)/S0*100 S0为原始横截面积 Su为断后最小横截面积9. 拉压强度校核：将某种工况下杆件所受的力与其所能承受的力比较，若在其范围内就安全。10.二 剪切和压缩1. 剪切变形受力特点：作用于构建两侧面上的外力的合力大小相等，方向相反，且作用线相距很近。变形特点：构件的两个力作用线之间的部分相对错动。剪力方向规定：使被研究的杆段有顺时针旋转趋势的为正，反之为负剪切分类：单剪，双剪，周剪切应力=Fs/S 切应力MPa Fs-剪切面上的剪力N S-剪切面积mm2. 挤

22、压变形3.剪切和挤压强度校核第三节 圆轴扭转1. 受力特点：外力是一对力偶，外力偶的作用垂直于杆的轴线，但其转向相反，大小相等。2. 变形特点：各横截面绕轴线发生相对转动。3. 截面法求扭矩：扭矩图：扭矩随横截面位置变化的图形4. 扭转变形的应力平面假设：圆轴扭转变形时，在横截面上无正应力，只有垂直于半径的切应力。5. 扭转强度校核 提高轴的抗扭能力：提高抗扭截面系数，采用空心轴 合理安排轴上零件位置，降低轴的最大扭矩第四节 直梁弯曲见ppt第五章 机械设计第一节 平面机构一 机构和运动副1. 零件构件机构机器2. 机构是传递运动和力或导引构件上的点按给定轨迹运动的机械装置。3. 构件是最小的

23、运动单元，零件是最小制造单元。4. 机构必须有确定的运动。（判断条件：是否有运动，在一定条件下，运动是否确定）5. 运动副：使两构件直接接触，并能产生一定相对运动的连接。6. 运动副分类：平面运动副（转动副，移动副，齿轮副），空间运动副7. 平面运动副分类：低副：两构件之间以面接触的运动副。具有两个约束（转动副，移动副）高副：两构件之间以点或者线接触的运动副。具有一个约束（齿轮副，凸轮副）。8. 自由度：一个机构独立运动的数目9. 约束：两个构件组成运动副以后，使机构独立运动受到限制二 平面机构简图1. 机构运动简图表示机构中各构件间相对运动关系的简单图形。用简单的线条和符号代表构件和运动副，

24、并按一定比例表示各运动副间的相对位置。注意：机构运动简图与原机构具有完全相同的运动特性。不按比例绘制的简图称为机构示意图。三 见PPT四 平面机构自由度1.运动链：闭式链：每个构件至少有两个运动副；首末封闭的系统开式链：有的构件只包含一个运动副；未构成首末封闭的系统2. 机架：固定构件：一般相对地面固定不动3. 原动件：按给定已知运动规律独立运动的构件；常以转向箭头表示。4. 机构自由度：机构中各构件相对于机架的所具有的独立运动的数目5. 铰链四杆机构： 6. 机构具有确定的运动条件 机构原动件数等于自由度 1)自由度等于一 铰链四杆结构2）自由度等于二 铰链五杆结构3） 自由度小于等于0 桁

25、架 7. 计算机构自由度时应注意的事项1）复合铰链同一轴线上有两个以上的构件用转动联换时，则形成复合装链.2）局部自由度有些机构中，某些构件所产生的局部运动,并不影响其他构件的运动，这些局部运动的自由度称为局部自由度。3）机构中，有些运动副引入的约束可能与其它运动副的约束重复，因而实际并无约束作用,这类约束为虚约束。4）在计算机构自由度时，应将引入虚约束的运动副和构件除去不计.虚约束发生的几种情况：1）当不同构件上两点间的距离保持恒定时，在两点间加上的一个构件和两个转动副，引入的约束为虚约束.2）当两构件构成多个移动副而其导路又互相平行；或两构件构成多个转动副而其轴线互相重合时，则只有一个移动副或转动副起作用，其余的都视为虚约束.即两构件在几处接触而构成运动副。第六章 凸轮机构第一节 凸轮机构原理第二节 凸轮机构图解法分析专心-专注-专业