第二章机器设备基础知识

1、第二章 机器设备基础知识2.1 机械工程材料2.2 机器的组成2.3 机器制造基础2.4机器零件加工质量2.5生产纲领和生产类型学习目的n1、掌握机械工程常用的材料的特点和应用；n2、掌握机器的组成原理；n3、了解铸造、压力加工和焊接的方法和应用；n4、掌握机器加工质量评定的主要指标；n5、了解零件配合、生产纲领和生产类型。第一节 机械工程材料1、定义 机械工程材料主要指用于机械工程、电器工程、机械工程、电器工程、建筑工程、化工工程、航空航天工程建筑工程、化工工程、航空航天工程等领域的材料。2、 分类分类 （按按化学成分化学成分分类分类）n 金属材料金属材料 (综合性能好，用量最大、应用范围最

2、广)n 高分子材料高分子材料 (质轻、 耐腐蚀，常用于化工、机械、航空航天等)n 陶瓷材料陶瓷材料 （高电强、高硬度、耐腐蚀、绝缘，用于电器、化工、航空航天等等）n 复合材料复合材料 （轻、高的比强度、比刚度，结合两种材 料的性能优点，用于航空航天等领域n按照材料的应用分类：金属材料 （黑色金属材料及其合金材料） （有色金属材料及其合金材料）非金属材料（有机非金属材料）（无机非金属材料）按材料的应用分类: 结构材料； 功能材料无机材料与有机材料的区别是什么？n二、机械工程常用材料（一）碳钢1、 钢铁是机械工业应用最广泛的金属材料，它主要是由铁和碳两种元素组成，统称为铁碳合金。 不同的钢铁材料其

3、力学性能差别很大，这是由金属内部成分和组织结构决定的。奥氏体组织金相图奥氏体组织金相图渗碳体组织金相渗碳体组织金相图图珠光体组织金相图珠光体组织金相图莱氏体组织金相图莱氏体组织金相图 组织金相图组织金相图n按照钢的碳含量： 低碳钢、中碳钢、高碳钢n按照钢的质量： 普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢n按照钢的用途： 碳素结构钢、碳素工具钢n2、碳钢的牌号表示方法（1）普通碳素结构钢：Q235AF（2）优质碳素结构钢：45钢（3）碳素工具钢：T8第一节 机械工程材料n（二）合金钢1、合金钢的分类（1）根据用途分：合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢（2）根据合金元素含量可分为：低合金钢、中合金钢

4、、高合金钢2、合金钢的排号机表示方法：（1）合金结构钢：12CrNi3（2）合金工具钢：9CrSi第一节 机械工程材料n（三）铸铁 铸铁分为灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁四种。n（四）有色金属及其合金 非铁金属及其合金为有色金属第一节 机械工程材料n（五）非金属材料 工程塑料、橡胶、复合材料第一节 机械工程材料n三、金属材料的工程性能（一）力学性能及其影响因素 金属材料的力学性能是指金属材料在不同环金属材料的力学性能是指金属材料在不同环境（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉境（温度、介质）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变

5、应力等）时所表现出的力学特征。时所表现出的力学特征。 指标指标 : 弹性弹性 、刚度、强度、塑性、刚度、强度、塑性 、 硬度、冲硬度、冲击韧性击韧性 、断裂韧度和疲劳强度等。、断裂韧度和疲劳强度等。n一、拉伸实验与拉伸曲线一、拉伸实验与拉伸曲线拉伸试样拉伸试样1、强度指标、强度指标材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。材料在载荷作用下抵抗永久变形和破坏的能力。种类种类: 抗拉强度、抗拉强度、 抗压强度、抗压强度、 抗弯强抗弯强 度度 、 抗剪强抗剪强度度 、 抗扭强度等。抗扭强度等。拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象拉伸试验拉伸试验机机nop段：比例弹性变形阶段；npe段：非比例弹性变形

6、阶段；n平台或锯齿（s段）：屈服阶段；nsb段：均匀塑性变形阶段，是强化阶段。nb点：形成了“缩颈”。nbk段：缩颈断裂阶段，承载下降，到k点断裂。l Fl bl ul Fbbk Fss o g fe Fep Fp拉伸曲线拉伸曲线2、刚度、刚度0SF1.弹性弹性:金属材料受外力作用时产生变形金属材料受外力作用时产生变形,当外力去掉后当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。能恢复到原来形状及尺寸的性能。弹性变形弹性变形: 随载荷撤除而消失的变形随载荷撤除而消失的变形 2.刚度：将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。刚度：将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。弹性模量：弹性下应力与应变的比值弹性模量：弹

7、性下应力与应变的比值,表示材料抵抗弹表示材料抵抗弹性变形的能力。即：性变形的能力。即： E= / 材料的材料的E越大，刚度越大；越大，刚度越大；零件的刚度主要决定于零件的刚度主要决定于E，也与形状、截面等有关。，也与形状、截面等有关。E= / 2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅 (1)断面收缩率断面收缩率: 是指试样拉断处横截面积的收缩是指试样拉断处横截面积的收缩量量 S与原始横截面积与原始横截面积S0之比。之比。(2)伸长率伸长率:是指试样拉断后的标距伸长量是指试样拉断后的标距伸长量 L 与原与原始标距始标距L 0之比。之比。 S0 - S 1 = - 100% S0 3、塑性

8、、塑性: 是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被是指材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。破坏的能力。 l 1 - l0 = - 100% l02007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅 10% 属塑性材料属塑性材料塑性指标不直接用于计算，但任何零件都需要一定塑性。塑性指标不直接用于计算，但任何零件都需要一定塑性。防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。防止过载断裂；塑性变形可以缓解应力集中、削减应力峰值。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅布氏硬度布氏硬度HB 洛氏硬度洛氏硬度HR 维氏硬度维氏硬度HV锉刀法锉刀法5.硬度硬度是指材料抵抗其他硬物体压入

9、其表面的能力是指材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力.硬度是各种零件和工具必需具备的力学性能指硬度是各种零件和工具必需具备的力学性能指标标,常作为技术要求标注在零件工作图上常作为技术要求标注在零件工作图上.常用测量硬度的方法常用测量硬度的方法:2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅(1)布氏硬度布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )布氏硬度计布氏硬度计 2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅(1)布氏硬度布氏硬度 HB ( Brinell-hardness )适用范围适用范围:v 450HBS;v 450-650HBW;当压头为钢球时,硬度符号为HBS；当压

10、头为硬质合金球时,硬度符号为HBW2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅(1)布氏硬度布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ) 符号符号HBS或或HBW之前的数字表示硬度之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。直径、载荷及载荷保持时间。如如: :120HBS10/1000/30表示表示直径为直径为10mm的的钢球钢球在在1000kgf（9.807kN）载荷载荷作用下作用下保保持持30s测得的测得的布氏硬度值为布氏硬度值为120。2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅(2)洛氏硬度洛氏

11、硬度 HR ( Rockwll hardness )h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计洛氏硬度计10HRCHBS2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅(3)维氏硬度维氏硬度 HV ( diamond penetrator hardness )适用范围适用范围: 测量薄板类测量薄板类 ; HVHBS ;2007-3-12第3章 机械工程材料基础陈君梅(5) 锉刀法锉刀法: 一组硬度差为一组硬度差为5HRC的锉刀。的锉刀。例如例如:10HRC、15HRC、20HRC等。等。第一节 机械工程材料n（二）影响力学性能的因素1、含碳量的影响2、合金元素的影响3、温度的影响

12、（三）材料的工艺性能（四）材料的物理化学性能第二节 机器的组成n机器是由两个或两以上相互联系配合的构件所组成的联合体，通过其中某些构件的限定的相对运动，能将某种原动力和运动转变，以执行人们的预期的工作，在人或其它智能体的操作和控制下，实现为之设计的某种或某几种功能。 凡能实现确定的机械运动、又能做有用的机械功或完成能量、物料与信息转换和传递的装置，称为机器。 带式输送机，其功能是输送物料。 它主要由电动机、减速器、输送带及其支承轴等、联轴器、机架和操纵系统等组成。电动机进行能量转换输出运动和机械能，通过联轴器，经减速器减速增扭，再经联轴器带动输送带按设计的速度运行，实现输送物料。 n汽车的基本

13、结构是：发动机、变速箱、底盘、车身和电器或电子设备。n从功能角度分析，一般机器的组成部分包括动力部分、执行部分、传动部分及控制部分。（一）动力部分 指原动机及其相应的配套装置。将非机械能转化为机械能并给机器提供动力。主要有：一次动力机：内燃机（汽油机、柴油机） 汽油机 柴油机 交流电机 直流电机二次动力机： 电动机（交流电机、直流电机）n（二）传动部分 传动部分是在动力部分和执行部分之间的中间装置。他的任务是将原动机提供的动力和运动传递给工作部分。 按照传动的工作原理可以分为：机械传动、流体传动、电力传动、磁力传动 按照传动比变化的情况可分为：定传动比传动和变传动比传动。n摩擦传动摩擦轮带传动

14、啮合传动蜗轮蜗杆传动链传动液压传动n液压油 液压缸 液压泵之类的部件能够完成液压传动（三）执行部分n执行部分是直接完成机器预定功能的部分，机器直接生产的部分，是机器用途、性能综合体现的部分，是机器设备区分和分类的依据。（四）控制部分n控制部分是指为了提高产品质量、产量，奸情人们的劳动强度，节省人力、物力等而设置的控制装置。n1、开环控制系统n2、闭环控制系统n3、计算机控制系统第三节 机器制造基础n一、机器的生产过程和工艺工程（一）机器的生产过程 机器的生产过程是指将原材料转变为成品的过程。 制造机械产品时，由原材料到成品之间各个相互关联的劳动过程的总和为生产过程。主要包括生产服务、生产技术准

15、备、毛坯制造、零件加工和产品装配等环节。1、生产服务过程2、身产技术准备过程3、毛坯的制造过程4、零件的加工过程5、产品的装配过程（二）机器的制造工艺过程 工艺过程是指在生产过程中，通过改变生产对象的形状、相互位置和性质等，使其成为成品或者半成品的过程。 机械制造的工艺过程一般包括零件的机械零件的机械加工工艺加工工艺和机械的装配工艺过程机械的装配工艺过程二、毛坯生产（一）铸造 铸造铸造是将通过熔炼的金属液体浇注入铸型内，经冷却凝固获得所需形状和性能的零件的制作过程。铸造的优点：适应性强材料来源广，价格低设备简单，投资少 提高加工效率铸造的缺点： 铸件组织疏松，晶粒粗大，力学性能较差 铸造工序多

16、，铸件质量不稳定n（二）锻压n在加压设备及工具的作用下，使坯料或者铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定的几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法，称为锻造。n通常有 自由锻、模锻、胎模锻n（三）焊接 焊接时通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，达到原子间结合的一种加工方法。 焊接的缺点：焊件的加热、冷却是不均匀的，因而焊件接头处的组织、性能不均匀，并且焊件易产生内用力和变形。 n（四）冲压 使板料经分离或成型而得到制件的加工方法为冲压。 冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的成形加工方法。冲压和锻造同属

17、塑性加工（或称压力加工），合称锻压。n三、切削加工 切削加工是刀具和工件相互运动的过程，将多余的金属切除，并在高效、低成本的前提下，使工件满足设计要求的尺寸精度、形状精度和表面质量。 刀具与加工件的相对运动，加工件范围较广切削加工可分为钳工和机工两大部分。钳工是机械制造中最古老的金属加工技术。钳工的考级现场 钳工的工作台及工具钳工就是有工人手持工具对工件进行加工钳工的作品 工作场景n机工指由工人操纵机床对工件进行加工。n四、热处理n 热处理就是一种改善金属材料及其制品性能的工艺。n根据不同目的，将材料或者制件加热到适应的温度，保温，随后用不同的方法冷却，改变其内部组织（有时仅是表面组织改变或是

18、表面成分改变），已获得所要求的性能。n五、装配n机器的装配是整个机器设备制造过程的最后的一个过程。1、机器的装配的环节安装、调试、检验、试验、油漆及其包装等部件的组装为部装机器最后的装配为总装装载机装配生产线装载机装配生产线n2、机器的装配分类n（1）组件装配n（2）部件装配n（3）总装配第四节 机器零件的加工质量零件加工质量主要包括加工精度和表面粗糙度。n一、加工精度 机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符合的程度。它们之间的差异称为加工误差。加工误差的大小反映了加工精度的高低。误差越大加工精度越低，误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较小间距和微小峰谷的不平度1 。其两波峰或两波谷之间的距离（波距）很小（在1mm以下），它属于微观几何形状误差。表面粗糙度越小，则表面越光滑。n三、配合 由零件组装成机器时，相互结合的零件形成一定的配合。以孔和轴配合为例。基本尺寸相同的相互结合的孔和轴公差带之间的关系成为配合。 孔的尺寸减去相配合轴的尺寸所得的代数差为正时称间隙，为负时称过盈，有时也以过盈为负间隙。n1、间隙配合 代数差为正时n2、过盈配合 代数差为负时n3、过渡配合 孔的公差带和轴的公差带相互交叠第五