第二章機器設(shè)備基礎(chǔ)知識

1、第二章 機器設(shè)備基礎(chǔ)知識2.1 機械工程材料2.2 機器的組成2.3 機器制造基礎(chǔ)2.4機器零件加工質(zhì)量2.5生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型學(xué)習(xí)目的n1、掌握機械工程常用的材料的特點和應(yīng)用；n2、掌握機器的組成原理；n3、了解鑄造、壓力加工和焊接的方法和應(yīng)用；n4、掌握機器加工質(zhì)量評定的主要指標；n5、了解零件配合、生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型。第一節(jié) 機械工程材料1、定義 機械工程材料主要指用于機械工程、電器工程、機械工程、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、機械、航空航天等)n 陶瓷材料陶瓷材料 （高電強、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、高的比強度、比剛度，結(jié)合兩種材 料的性能優(yōu)點，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（有機非金屬材料）（無機非金屬材料）按材料的應(yīng)用分類: 結(jié)構(gòu)材料； 功能材料無機材料與有機材料的區(qū)別是什么？n二、機械工程常用材料（一）碳鋼1、 鋼鐵是機械工業(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、合金鋼的排號機表示方法：（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）時所表現(xiàn)出的力學(xué)特征。時所表現(xiàn)出的力學(xué)特征。 指標指標 : 彈性彈性 、剛度、強度、塑性、剛度、強度、塑性 、 硬度、沖硬度、沖擊韌性擊韌性 、斷裂韌度和疲勞強度等。、斷裂韌度和疲勞強度等。n一、拉伸實驗與拉伸曲線一、拉伸實驗與拉伸曲線拉伸試樣拉伸試樣1、強度指標、強度指標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: 抗拉強度、抗拉強度、 抗壓強度、抗壓強度、 抗彎強抗彎強 度度 、 抗剪強抗剪強度度 、 抗扭強度等?？古姸鹊?。拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試驗拉伸試驗機機nop段：比例彈性變形階段；npe段：非比例彈性變形

6、階段；n平臺或鋸齒（s段）：屈服階段；nsb段：均勻塑性變形階段，是強化階段。nb點：形成了“縮頸”。nbk段：縮頸斷裂階段，承載下降，到k點斷裂。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產(chǎn)生變形金屬材料受外力作用時產(chǎn)生變形,當(dāng)外力去掉后當(dāng)外力去掉后能恢復(fù)到原來形狀及尺寸的性能。能恢復(fù)到原來形狀及尺寸的性能。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)伸長率伸長率:是指試樣拉斷后的標距伸長量是指試樣拉斷后的標距伸長量 L 與原與原始標距始標距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不直接用于計算，但任何零件都需要一定塑性。塑性指標不直接用于計算，但任何零件都需要一定塑性。防止過載斷裂；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)性能指標標,常作為技術(shù)要求標注在零件工作圖上常作為技術(shù)要求標注在零件工作圖上.常用測量硬度的方法常用測量硬度的方法:2007-3-12第3章 機械工程材料基礎(chǔ)陳君梅(1)布氏硬度布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )布氏硬度計布氏硬度計 2007-3-12第3章 機械工程材料基礎(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,硬度符號為HBS；當(dāng)壓

10、頭為硬質(zhì)合金球時,硬度符號為HBW2007-3-12第3章 機械工程材料基礎(chǔ)陳君梅(1)布氏硬度布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ) 符號符號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，符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體值，符號后面的數(shù)字按順序分別表示球體直徑、載荷及載荷保持時間。直徑、載荷及載荷保持時間。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測得的測得的布氏硬度值為布氏硬度值為120。2007-3-12第3章 機械工程材料基礎(chǔ)陳君梅(2)洛氏硬度洛氏

11、硬度 HR ( Rockwll hardness )h1-h0洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度測試示意圖洛氏硬度計洛氏硬度計10HRCHBS2007-3-12第3章 機械工程材料基礎(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: 測量薄板類測量薄板類 ; HVHBS ;2007-3-12第3章 機械工程材料基礎(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) 機器的組成n機器是由兩個或兩以上相互聯(lián)系配合的構(gòu)件所組成的聯(lián)合體，通過其中某些構(gòu)件的限定的相對運動，能將某種原動力和運動轉(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，實現(xiàn)為之設(shè)計的某種或某幾種功能。 凡能實現(xiàn)確定的機械運動、又能做有用的機械功或完成能量、物料與信息轉(zhuǎn)換和傳遞的裝置，稱為機器。 帶式輸送機，其功能是輸送物料。 它主要由電動機、減速器、輸送帶及其支承軸等、聯(lián)軸器、機架和操縱系統(tǒng)等組成。電動機進行能量轉(zhuǎn)換輸出運動和機械能，通過聯(lián)軸器，經(jīng)減速器減速增扭，再經(jīng)聯(lián)軸器帶動輸送帶按設(shè)計的速度運行，實現(xiàn)輸送物料。 n汽車的基本

13、結(jié)構(gòu)是：發(fā)動機、變速箱、底盤、車身和電器或電子設(shè)備。n從功能角度分析，一般機器的組成部分包括動力部分、執(zhí)行部分、傳動部分及控制部分。（一）動力部分 指原動機及其相應(yīng)的配套裝置。將非機械能轉(zhuǎn)化為機械能并給機器提供動力。主要有：一次動力機：內(nèi)燃機（汽油機、柴油機） 汽油機 柴油機 交流電機 直流電機二次動力機： 電動機（交流電機、直流電機）n（二）傳動部分 傳動部分是在動力部分和執(zhí)行部分之間的中間裝置。他的任務(wù)是將原動機提供的動力和運動傳遞給工作部分。 按照傳動的工作原理可以分為：機械傳動、流體傳動、電力傳動、磁力傳動 按照傳動比變化的情況可分為：定傳動比傳動和變傳動比傳動。n摩擦傳動摩擦輪帶傳動

14、嚙合傳動蝸輪蝸桿傳動鏈傳動液壓傳動n液壓油 液壓缸 液壓泵之類的部件能夠完成液壓傳動（三）執(zhí)行部分n執(zhí)行部分是直接完成機器預(yù)定功能的部分，機器直接生產(chǎn)的部分，是機器用途、性能綜合體現(xiàn)的部分，是機器設(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，奸情人們的勞動強度，節(jié)省人力、物力等而設(shè)置的控制裝置。n1、開環(huán)控制系統(tǒng)n2、閉環(huán)控制系統(tǒng)n3、計算機控制系統(tǒng)第三節(jié) 機器制造基礎(chǔ)n一、機器的生產(chǎn)過程和工藝工程（一）機器的生產(chǎn)過程 機器的生產(chǎn)過程是指將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返倪^程。 制造機械產(chǎn)品時，由原材料到成品之間各個相互關(guān)聯(lián)的勞動過程的總和為生產(chǎn)過程。主要包括生產(chǎn)服務(wù)、生產(chǎn)技術(shù)準

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)過程2、身產(chǎn)技術(shù)準備過程3、毛坯的制造過程4、零件的加工過程5、產(chǎn)品的裝配過程（二）機器的制造工藝過程 工藝過程是指在生產(chǎn)過程中，通過改變生產(chǎn)對象的形狀、相互位置和性質(zhì)等，使其成為成品或者半成品的過程。 機械制造的工藝過程一般包括零件的機械零件的機械加工工藝加工工藝和機械的裝配工藝過程機械的裝配工藝過程二、毛坯生產(chǎn)（一）鑄造 鑄造鑄造是將通過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程。鑄造的優(yōu)點：適應(yīng)性強材料來源廣，價格低設(shè)備簡單，投資少 提高加工效率鑄造的缺點： 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 焊接時通過加熱或加壓或兩者并用，并且用或不用填充材料，達到原子間結(jié)合的一種加工方法。 焊接的缺點：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。 沖壓是靠壓力機和模具對板材、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動的過程，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運動，加工件范圍較廣切削加工可分為鉗工和機工兩大部分。鉗工是機械制造中最古老的金屬加工技術(shù)。鉗工的考級現(xiàn)場 鉗工的工作臺及工具鉗工就是有工人手持工具對工件進行加工鉗工的作品 工作場景n機工指由工人操縱機床對工件進行加工。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機器的裝配是整個機器設(shè)備制造過程的最后的一個過程。1、機器的裝配的環(huán)節(jié)安裝、調(diào)試、檢驗、試驗、油漆及其包裝等部件的組裝為部裝機器最后的裝配為總裝裝載機裝配生產(chǎn)線裝載機裝配生產(chǎn)線n2、機器的裝配分類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 機械加工精度是指零件加工后的實際幾何參數(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 由零件組裝成機器時，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)差為正時稱間隙，為負時稱過盈，有時也以過盈為負間隙。n1、間隙配合 代數(shù)差為正時n2、過盈配合 代數(shù)差為負時n3、過渡配合 孔的公差帶和軸的公差帶相互交疊第五