第二章機(jī)器設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)

1、第二章 機(jī)器設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)2.1 機(jī)械工程材料2.2 機(jī)器的組成2.3 機(jī)器制造基礎(chǔ)2.4機(jī)器零件加工質(zhì)量2.5生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型學(xué)習(xí)目的n1、掌握機(jī)械工程常用的材料的特點(diǎn)和應(yīng)用；n2、掌握機(jī)器的組成原理；n3、了解鑄造、壓力加工和焊接的方法和應(yīng)用；n4、掌握機(jī)器加工質(zhì)量評(píng)定的主要指標(biāo)；n5、了解零件配合、生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型。第一節(jié) 機(jī)械工程材料1、定義 機(jī)械工程材料主要指用于機(jī)械工程、電器工程、機(jī)械工程、電器工程、建筑工程、化工工程、航空航天工程建筑工程、化工工程、航空航天工程等領(lǐng)域的材料。2、 分類分類 （按按化學(xué)成分化學(xué)成分分類分類）n 金屬材料金屬材料 (綜合性能好，用量最大、應(yīng)用范圍最

2、廣)n 高分子材料高分子材料 (質(zhì)輕、 耐腐蝕，常用于化工、機(jī)械、航空航天等)n 陶瓷材料陶瓷材料 （高電強(qiáng)、高硬度、耐腐蝕、絕緣，用于電器、化工、航空航天等等）n 復(fù)合材料復(fù)合材料 （輕、高的比強(qiáng)度、比剛度，結(jié)合兩種材 料的性能優(yōu)點(diǎn)，用于航空航天等領(lǐng)域n按照材料的應(yīng)用分類：金屬材料 （黑色金屬材料及其合金材料） （有色金屬材料及其合金材料）非金屬材料（有機(jī)非金屬材料）（無(wú)機(jī)非金屬材料）按材料的應(yīng)用分類: 結(jié)構(gòu)材料； 功能材料無(wú)機(jī)材料與有機(jī)材料的區(qū)別是什么？n二、機(jī)械工程常用材料（一）碳鋼1、 鋼鐵是機(jī)械工業(yè)應(yīng)用最廣泛的金屬材料，它主要是由鐵和碳兩種元素組成，統(tǒng)稱為鐵碳合金。 不同的鋼鐵材料其

3、力學(xué)性能差別很大，這是由金屬內(nèi)部成分和組織結(jié)構(gòu)決定的。奧氏體組織金相圖奧氏體組織金相圖滲碳體組織金相滲碳體組織金相圖圖珠光體組織金相圖珠光體組織金相圖萊氏體組織金相圖萊氏體組織金相圖 組織金相圖組織金相圖n按照鋼的碳含量： 低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼n按照鋼的質(zhì)量： 普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼n按照鋼的用途： 碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼n2、碳鋼的牌號(hào)表示方法（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q235AF（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：45鋼（3）碳素工具鋼：T8第一節(jié) 機(jī)械工程材料n（二）合金鋼1、合金鋼的分類（1）根據(jù)用途分：合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼（2）根據(jù)合金元素含量可分為：低合金鋼、中合金鋼

4、、高合金鋼2、合金鋼的排號(hào)機(jī)表示方法：（1）合金結(jié)構(gòu)鋼：12CrNi3（2）合金工具鋼：9CrSi第一節(jié) 機(jī)械工程材料n（三）鑄鐵 鑄鐵分為灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和可鍛鑄鐵四種。n（四）有色金屬及其合金 非鐵金屬及其合金為有色金屬第一節(jié) 機(jī)械工程材料n（五）非金屬材料 工程塑料、橡膠、復(fù)合材料第一節(jié) 機(jī)械工程材料n三、金屬材料的工程性能（一）力學(xué)性能及其影響因素 金屬材料的力學(xué)性能是指金屬材料在不同環(huán)金屬材料的力學(xué)性能是指金屬材料在不同環(huán)境（溫度、介質(zhì)）下，承受各種外加載荷（拉境（溫度、介質(zhì)）下，承受各種外加載荷（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、交變應(yīng)力等）伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊、交變

5、應(yīng)力等）時(shí)所表現(xiàn)出的力學(xué)特征。時(shí)所表現(xiàn)出的力學(xué)特征。 指標(biāo)指標(biāo) : 彈性彈性 、剛度、強(qiáng)度、塑性、剛度、強(qiáng)度、塑性 、 硬度、沖硬度、沖擊韌性擊韌性 、斷裂韌度和疲勞強(qiáng)度等。、斷裂韌度和疲勞強(qiáng)度等。n一、拉伸實(shí)驗(yàn)與拉伸曲線一、拉伸實(shí)驗(yàn)與拉伸曲線拉伸試樣拉伸試樣1、強(qiáng)度指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo)材料在載荷作用下抵抗永久變形和破壞的能力。材料在載荷作用下抵抗永久變形和破壞的能力。種類種類: 抗拉強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、 抗壓強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、 抗彎強(qiáng)抗彎強(qiáng) 度度 、 抗剪強(qiáng)抗剪強(qiáng)度度 、 抗扭強(qiáng)度等。抗扭強(qiáng)度等。拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)機(jī)機(jī)nop段：比例彈性變形階段；npe段：非比例彈性變形

6、階段；n平臺(tái)或鋸齒（s段）：屈服階段；nsb段：均勻塑性變形階段，是強(qiáng)化階段。nb點(diǎn)：形成了“縮頸”。nbk段：縮頸斷裂階段，承載下降，到k點(diǎn)斷裂。l Fl bl ul Fbbk Fss o g fe Fep Fp拉伸曲線拉伸曲線2、剛度、剛度0SF1.彈性彈性:金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形金屬材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形,當(dāng)外力去掉后當(dāng)外力去掉后能恢復(fù)到原來(lái)形狀及尺寸的性能。能恢復(fù)到原來(lái)形狀及尺寸的性能。彈性變形彈性變形: 隨載荷撤除而消失的變形隨載荷撤除而消失的變形 2.剛度：將材料抵抗彈性變形的能力稱為剛度。剛度：將材料抵抗彈性變形的能力稱為剛度。彈性模量：彈性下應(yīng)力與應(yīng)變的比值彈性模量：彈

7、性下應(yīng)力與應(yīng)變的比值,表示材料抵抗彈表示材料抵抗彈性變形的能力。即：性變形的能力。即： E= / 材料的材料的E越大，剛度越大；越大，剛度越大；零件的剛度主要決定于零件的剛度主要決定于E，也與形狀、截面等有關(guān)。，也與形狀、截面等有關(guān)。E= / 2007-3-12第3章 機(jī)械工程材料基礎(chǔ)陳君梅 (1)斷面收縮率斷面收縮率: 是指試樣拉斷處橫截面積的收縮是指試樣拉斷處橫截面積的收縮量量 S與原始橫截面積與原始橫截面積S0之比。之比。(2)伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率:是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長(zhǎng)量是指試樣拉斷后的標(biāo)距伸長(zhǎng)量 L 與原與原始標(biāo)距始標(biāo)距L 0之比。之比。 S0 - S 1 = - 100% S0 3、塑性

8、、塑性: 是指材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被是指材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力。破壞的能力。 l 1 - l0 = - 100% l02007-3-12第3章 機(jī)械工程材料基礎(chǔ)陳君梅 10% 屬塑性材料屬塑性材料塑性指標(biāo)不直接用于計(jì)算，但任何零件都需要一定塑性。塑性指標(biāo)不直接用于計(jì)算，但任何零件都需要一定塑性。防止過(guò)載斷裂；塑性變形可以緩解應(yīng)力集中、削減應(yīng)力峰值。防止過(guò)載斷裂；塑性變形可以緩解應(yīng)力集中、削減應(yīng)力峰值。2007-3-12第3章 機(jī)械工程材料基礎(chǔ)陳君梅布氏硬度布氏硬度HB 洛氏硬度洛氏硬度HR 維氏硬度維氏硬度HV銼刀法銼刀法5.硬度硬度是指材料抵抗其他硬物體壓入

9、其表面的能力是指材料抵抗其他硬物體壓入其表面的能力.硬度是各種零件和工具必需具備的力學(xué)性能指硬度是各種零件和工具必需具備的力學(xué)性能指標(biāo)標(biāo),常作為技術(shù)要求標(biāo)注在零件工作圖上常作為技術(shù)要求標(biāo)注在零件工作圖上.常用測(cè)量硬度的方法常用測(cè)量硬度的方法:2007-3-12第3章 機(jī)械工程材料基礎(chǔ)陳君梅(1)布氏硬度布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )布氏硬度計(jì)布氏硬度計(jì) 2007-3-12第3章 機(jī)械工程材料基礎(chǔ)陳君梅(1)布氏硬度布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )適用范圍適用范圍:v 450HBS;v 450-650HBW;當(dāng)壓頭為鋼球時(shí),硬度符號(hào)為HBS；當(dāng)壓

10、頭為硬質(zhì)合金球時(shí),硬度符號(hào)為HBW2007-3-12第3章 機(jī)械工程材料基礎(chǔ)陳君梅(1)布氏硬度布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ) 符號(hào)符號(hào)HBS或或HBW之前的數(shù)字表示硬度之前的數(shù)字表示硬度值，符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體值，符號(hào)后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。直徑、載荷及載荷保持時(shí)間。如如: :120HBS10/1000/30表示表示直徑為直徑為10mm的的鋼球鋼球在在1000kgf（9.807kN）載荷載荷作用下作用下保保持持30s測(cè)得的測(cè)得的布氏硬度值為布氏硬度值為120。2007-3-12第3章 機(jī)械工程材料基礎(chǔ)陳君梅(2)洛氏硬度洛氏

11、硬度 HR ( Rockwll hardness )h1-h0洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度測(cè)試示意圖洛氏硬度計(jì)洛氏硬度計(jì)10HRCHBS2007-3-12第3章 機(jī)械工程材料基礎(chǔ)陳君梅(3)維氏硬度維氏硬度 HV ( diamond penetrator hardness )適用范圍適用范圍: 測(cè)量薄板類測(cè)量薄板類 ; HVHBS ;2007-3-12第3章 機(jī)械工程材料基礎(chǔ)陳君梅(5) 銼刀法銼刀法: 一組硬度差為一組硬度差為5HRC的銼刀。的銼刀。例如例如:10HRC、15HRC、20HRC等。等。第一節(jié) 機(jī)械工程材料n（二）影響力學(xué)性能的因素1、含碳量的影響2、合金元素的影響3、溫度的影響

12、（三）材料的工藝性能（四）材料的物理化學(xué)性能第二節(jié) 機(jī)器的組成n機(jī)器是由兩個(gè)或兩以上相互聯(lián)系配合的構(gòu)件所組成的聯(lián)合體，通過(guò)其中某些構(gòu)件的限定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，能將某種原動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變，以執(zhí)行人們的預(yù)期的工作，在人或其它智能體的操作和控制下，實(shí)現(xiàn)為之設(shè)計(jì)的某種或某幾種功能。 凡能實(shí)現(xiàn)確定的機(jī)械運(yùn)動(dòng)、又能做有用的機(jī)械功或完成能量、物料與信息轉(zhuǎn)換和傳遞的裝置，稱為機(jī)器。 帶式輸送機(jī)，其功能是輸送物料。 它主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、輸送帶及其支承軸等、聯(lián)軸器、機(jī)架和操縱系統(tǒng)等組成。電動(dòng)機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換輸出運(yùn)動(dòng)和機(jī)械能，通過(guò)聯(lián)軸器，經(jīng)減速器減速增扭，再經(jīng)聯(lián)軸器帶動(dòng)輸送帶按設(shè)計(jì)的速度運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)輸送物料。 n汽車的基本

13、結(jié)構(gòu)是：發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、底盤(pán)、車身和電器或電子設(shè)備。n從功能角度分析，一般機(jī)器的組成部分包括動(dòng)力部分、執(zhí)行部分、傳動(dòng)部分及控制部分。（一）動(dòng)力部分 指原動(dòng)機(jī)及其相應(yīng)的配套裝置。將非機(jī)械能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并給機(jī)器提供動(dòng)力。主要有：一次動(dòng)力機(jī)：內(nèi)燃機(jī)（汽油機(jī)、柴油機(jī)） 汽油機(jī) 柴油機(jī) 交流電機(jī) 直流電機(jī)二次動(dòng)力機(jī)： 電動(dòng)機(jī)（交流電機(jī)、直流電機(jī)）n（二）傳動(dòng)部分 傳動(dòng)部分是在動(dòng)力部分和執(zhí)行部分之間的中間裝置。他的任務(wù)是將原動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給工作部分。 按照傳動(dòng)的工作原理可以分為：機(jī)械傳動(dòng)、流體傳動(dòng)、電力傳動(dòng)、磁力傳動(dòng) 按照傳動(dòng)比變化的情況可分為：定傳動(dòng)比傳動(dòng)和變傳動(dòng)比傳動(dòng)。n摩擦傳動(dòng)摩擦輪帶傳動(dòng)

14、嚙合傳動(dòng)蝸輪蝸桿傳動(dòng)鏈傳動(dòng)液壓傳動(dòng)n液壓油 液壓缸 液壓泵之類的部件能夠完成液壓傳動(dòng)（三）執(zhí)行部分n執(zhí)行部分是直接完成機(jī)器預(yù)定功能的部分，機(jī)器直接生產(chǎn)的部分，是機(jī)器用途、性能綜合體現(xiàn)的部分，是機(jī)器設(shè)備區(qū)分和分類的依據(jù)。（四）控制部分n控制部分是指為了提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量，奸情人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人力、物力等而設(shè)置的控制裝置。n1、開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)n2、閉環(huán)控制系統(tǒng)n3、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第三節(jié) 機(jī)器制造基礎(chǔ)n一、機(jī)器的生產(chǎn)過(guò)程和工藝工程（一）機(jī)器的生產(chǎn)過(guò)程 機(jī)器的生產(chǎn)過(guò)程是指將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返倪^(guò)程。 制造機(jī)械產(chǎn)品時(shí)，由原材料到成品之間各個(gè)相互關(guān)聯(lián)的勞動(dòng)過(guò)程的總和為生產(chǎn)過(guò)程。主要包括生產(chǎn)服務(wù)、生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)

15、備、毛坯制造、零件加工和產(chǎn)品裝配等環(huán)節(jié)。1、生產(chǎn)服務(wù)過(guò)程2、身產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備過(guò)程3、毛坯的制造過(guò)程4、零件的加工過(guò)程5、產(chǎn)品的裝配過(guò)程（二）機(jī)器的制造工藝過(guò)程 工藝過(guò)程是指在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、相互位置和性質(zhì)等，使其成為成品或者半成品的過(guò)程。 機(jī)械制造的工藝過(guò)程一般包括零件的機(jī)械零件的機(jī)械加工工藝加工工藝和機(jī)械的裝配工藝過(guò)程機(jī)械的裝配工藝過(guò)程二、毛坯生產(chǎn)（一）鑄造 鑄造鑄造是將通過(guò)熔煉的金屬液體澆注入鑄型內(nèi)，經(jīng)冷卻凝固獲得所需形狀和性能的零件的制作過(guò)程。鑄造的優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)性強(qiáng)材料來(lái)源廣，價(jià)格低設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少 提高加工效率鑄造的缺點(diǎn)： 鑄件組織疏松，晶粒粗大，力學(xué)性能較差 鑄造工序多

16、，鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定n（二）鍛壓n在加壓設(shè)備及工具的作用下，使坯料或者鑄錠產(chǎn)生局部或全部的塑性變形，以獲得一定的幾何尺寸、形狀和質(zhì)量的鍛件的加工方法，稱為鍛造。n通常有 自由鍛、模鍛、胎模鍛n（三）焊接 焊接時(shí)通過(guò)加熱或加壓或兩者并用，并且用或不用填充材料，達(dá)到原子間結(jié)合的一種加工方法。 焊接的缺點(diǎn)：焊件的加熱、冷卻是不均勻的，因而焊件接頭處的組織、性能不均勻，并且焊件易產(chǎn)生內(nèi)用力和變形。 n（四）沖壓 使板料經(jīng)分離或成型而得到制件的加工方法為沖壓。 沖壓是靠壓力機(jī)和模具對(duì)板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件（沖壓件）的成形加工方法。沖壓和鍛造同屬

17、塑性加工（或稱壓力加工），合稱鍛壓。n三、切削加工 切削加工是刀具和工件相互運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，將多余的金屬切除，并在高效、低成本的前提下，使工件滿足設(shè)計(jì)要求的尺寸精度、形狀精度和表面質(zhì)量。 刀具與加工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工件范圍較廣切削加工可分為鉗工和機(jī)工兩大部分。鉗工是機(jī)械制造中最古老的金屬加工技術(shù)。鉗工的考級(jí)現(xiàn)場(chǎng) 鉗工的工作臺(tái)及工具鉗工就是有工人手持工具對(duì)工件進(jìn)行加工鉗工的作品 工作場(chǎng)景n機(jī)工指由工人操縱機(jī)床對(duì)工件進(jìn)行加工。n四、熱處理n 熱處理就是一種改善金屬材料及其制品性能的工藝。n根據(jù)不同目的，將材料或者制件加熱到適應(yīng)的溫度，保溫，隨后用不同的方法冷卻，改變其內(nèi)部組織（有時(shí)僅是表面組織改變或是

18、表面成分改變），已獲得所要求的性能。n五、裝配n機(jī)器的裝配是整個(gè)機(jī)器設(shè)備制造過(guò)程的最后的一個(gè)過(guò)程。1、機(jī)器的裝配的環(huán)節(jié)安裝、調(diào)試、檢驗(yàn)、試驗(yàn)、油漆及其包裝等部件的組裝為部裝機(jī)器最后的裝配為總裝裝載機(jī)裝配生產(chǎn)線裝載機(jī)裝配生產(chǎn)線n2、機(jī)器的裝配分類n（1）組件裝配n（2）部件裝配n（3）總裝配第四節(jié) 機(jī)器零件的加工質(zhì)量零件加工質(zhì)量主要包括加工精度和表面粗糙度。n一、加工精度 機(jī)械加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）與理想幾何參數(shù)相符合的程度。它們之間的差異稱為加工誤差。加工誤差的大小反映了加工精度的高低。誤差越大加工精度越低，誤差越小加工精度越高。n二、表面粗糙度n表面粗糙度(surface roughness)是指加工表面具有的較小間距和微小峰谷的不平度1 。其兩波峰或兩波谷之間的距離（波距）很?。ㄔ?mm以下），它屬于微觀幾何形狀誤差。表面粗糙度越小，則表面越光滑。n三、配合 由零件組裝成機(jī)器時(shí)，相互結(jié)合的零件形成一定的配合。以孔和軸配合為例?；境叽缦嗤南嗷ソY(jié)合的孔和軸公差帶之間的關(guān)系成為配合。 孔的尺寸減去相配合軸的尺寸所得的代數(shù)差為正時(shí)稱間隙，為負(fù)時(shí)稱過(guò)盈，有時(shí)也以過(guò)盈為負(fù)間隙。n1、間隙配合 代數(shù)差為正時(shí)n2、過(guò)盈配合 代數(shù)差為負(fù)時(shí)n3、過(guò)渡配合 孔的公差帶和軸的公差帶相互交疊第五