-机械工程概论教学课件第二章机械工程基础-精品

1、在线教务辅导网：http:/教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网QQ:349134187 或者直接输入下面地址：第2章机械工程基础2.1机械系统及其功能与组成2.2机器的结构2.3工程材料2.4零件的种类及表面组成2.5零件的互换性与公差2.1 机械系统及其功能与组成 机械系统是由若干零部件根据一定的功能要求和结构形式组成的有机整体。 机械系统方案设计是根据客观需求，确定预定目标，经过规划、构思、设想、分析和决策，建立能满足预定目标的技术系统的活动。 机械系统的优劣最终体现在整体功能上。因此，设计时应考虑整个系统的布局和运行，确定各子系统的性能和它们之间的联系，使整个系统获得理想的功能效

2、果。 2.1.1 机械系统2.1.2 机器的功能与性能 机器的概念与功能机器(Machine)是执行机械运动的装置，用来转换或传递能量(Energy)、物料(Materials)或信息(Information)。 机器的分类力能机器 工作(或工艺)机器信息机器 机器的基本功能结构 机构(Mechanism)实现运动的传递与转换的系统。 一台机器可能是由一种机构组成，也可能是由若干种机构组成，它们按一定的规律相互协调配合，通过有序的运动和动力的传递与转换来完成预期的功能。 机器的特征 人为的实物组合体。 各实体之间具有确定的相对运动。 能够完成能量、物料、信息的传递与转换。机构的概念及功能 机构

3、两个以上的构件通过可动联接形成的构件系统，各构件之间具有确定的相对运动。 可按预期的规律实现运动和力的传递与转换。 能将一个或几个构件的给定运动，转变成其他构件所需的确定运动。 机构的特征 人为的实物组合体。 各实体之间具有确定的相对运动。从结构和运动的观点来看，机构和机器没有区别。2.1.3 机器的组成 现代机械系统的组成：一、动力系统 为机械系统正常工作提供动力源、实现能量转换的原动机（或动力机）及其配套装置。大多数原动机采用电动机。二、传动系统传动系统 将原动机输出的动力和运动传递给执行系统的中间装置。分 类（按工作原理）： 机械传动、液压传动、气压传动和电磁传动四类。 主要功能： 1.

4、传递运动 2.变速 3.按工作要求改变运动规律 4.传递动力 5.实现由一个或多个原动机驱动若干个相同或不相同速度的驱动装置等三、执行系统 执行系统直接用来完成各种工艺动作或生产过程的装置，也称为工作机。 机械执行系统根据加工工艺要求进行设计，直接体现机械系统的功能要求。执行系统的运动设计是机械系统设计的关键之一。 执行系统一般置于机械系统末端，直接与作业对象接触，是整个机械系统的输出部分。四、辅助控制系统 辅助控制系统 保证机械系统各组成部分协调运行，准确可靠地完成整机功能的装置。 辅助控制系统常由各种机械、液压、气动、电气、工业微机等控制装置组成。2.2 机器的结构 1.机器的表达 装配图

5、是用来表达部件或机器的一种图样，是进行设计、装配、检验、安装、调试和维修时所必需的技术文件。 2.2.1 机器的功能与结构的关系 装配图以表达工作原理，装配关系为主，力求做到表达正确、完整、清晰和简练。需很好地掌握国家标准所规定的各种表达方法和视图方案的选择问题。画图时先选主视图，再考虑其它视图，然后再综合分析确定一组图形。 1）全转动副四杆机构的基本型2）含有一个移动副四杆机构的基本型3）含有两个移动副四杆机构的基本型4）圆柱齿轮传动机构的基本型5）锥齿轮传动机构的基本型6）蜗杆传动机构的基本型7）内啮合行星齿轮传动机构的基本型8）直动从动件平面凸轮机构的基本型2. 工程中常用机构的基本类型

6、 9）摆动从动件平面凸轮机构的基本型10）直动从动件圆柱凸轮机构的基本型11）摆动从动件圆柱凸轮机构的基本型12）带传动机构的基本型13）链传动机构的基本型14）液压、气压传动机构的基本型15）螺旋传动机构的基本型16）电磁传动机构的基本型17）间歇运动机构的基本型3.机构的组合机构的组合类别与分类的特征有关 1.以几何特征分类 2按以连接特征为主的分类 主要以两个或多个基本机构组合时的连接方式为特征。图3-1 组合机构机构的组合模式 1串联组合模式 2并联组合模式 3反馈组合模式 4运载机构 5时序组合机构图2-2 串联组合机构2.2.2 机械运动形态与变换一、连续转动到连续转动的运动变换与

7、实现机构 1齿轮传动机构2摩擦轮传动机构3瞬心线机构4连杆机构5带传动机构6链传动机构7绳索传动机构8液力传动9. 钢丝软轴10.万向联轴器二、连续转动到步进转动的运动变换与实现机构三、连续转动到往复摆动的运动变换与实现机构四、连续转动到往复直线移动的运动变换与实现机构五、直线移动转换为直线移动的运动变换与实现机构六、直线移动转换为定轴转动或往复摆动的运动变换与实现机构连续转动连续转动连续转动步进转动连续转动往复摆动连续转动直线移动直线移动直线移动直线移动定轴转动齿轮传动摩擦轮瞬心线连杆机构（部分）带传动链传动绳索传动液力传动钢丝软轴万象联轴器棘轮机构槽轮机构不完全齿轮分度凸轮曲柄摇杆曲柄摇块

8、摆动导杆摆动从动件凸轮曲柄滑块正弦机构直动从动件凸轮齿轮齿条螺旋传动液压油缸双滑块斜面机构移动凸轮摆臂移动凸轮直动螺旋到摆动的转换一、机、液机构组合的运动形态1机、液机构组合的基本型2.2.3 机、电、液机构组合的运动及控制2机、液机构组合的常见运动形式固定液压缸式机构摆动式液压缸机构3机、液机构的控制系统(1)手动控制(2)机动控制(3)微机控制二、电磁机构三、机电组合机构一、机械运动的换向与控制1.旋转运动的换向与控制2.2.4 机械运动与控制(1)改变电机转向(2)限位开关换向(3)介轮换向倒挡(4)棘轮换向(5)摩擦轮换向(6)自身换向机构2直线移动的换向与控制(1)改变电机转向来实现

9、往复的直线移动(2)液压换向利用限位开关换向(3)自身换向机构二、机械运动的调速与控制(1)调速电机 改变电动机的工作速度，使电机能在低速大扭短的条件下工作，是最理想的调运方式。也是电机工程师与学者正在研究的问题。(2)齿轮减速器(3)其它减速装置 各类带传动、链传动、摩擦传动都可起到减速作用。带传动、链传动多用在传动比不大、中心距较大的场合。(4)变速器 变速器可分为有级变速器和无级变速器。车床变速箱变速器操纵机构演示三挡四挡三、机械运动的离合与控制四、机械运动的制动与控制 ABS概述 在汽车制动时，如果车轮抱死滑移，车轮与路面间的侧向附着力将完全消失。如果只是前轮(转向轮)制动到抱死滑移而

10、后轮还在滚动，汽车将失去转向能力。如果只是后轮制动到抱死滑移而前轮还在滚动，即使受到不大的侧向干扰力，汽车也将产生侧滑(甩尾)现象。这些都极易造成严重的交通事故。 因此，汽车在制动时不希望车轮制动到抱死滑移，而是希望车轮制动到边滚边滑的状态。由试验得知，汽车车轮的滑动率在1520时，轮胎与路面间有最大的附着系数。所以为了充分发挥轮胎与路面间的这种潜在的附着能力，目前在某些高级轿车、大客车和重型货车上装备了防抱死制动系统(Antilock Brake System)，简称ABS。什么是材料(materials)?Materials is the stuff from which a thing

11、is made for using.材料是人类社会所能接受的、可经济地制造有用物品的物质。天然材料人工材料人工材料2.3 工程材料1. 材料与人类文明材料的发展史，就是人类社会的发展史。 人类历史的划分 石器时代陶器时代青铜器时代铁器时代。 现代社会 三大支柱能源、信息和材料（1998）生物工程，信息技术和新材料Aluminum in 19th century.Computer* 航空航天的物质基础三高一低的结构材料（高强度、高模量、耐高温、低密度)b(MPa) 0.2(MPa) (%)382 310 6488 478 12360 280 4482 472 9330 250 2440 290

12、6纵向横向高鍛铝2014（LD10）的力学性能卫星发射，节省1公斤重量将降低费用$20000。一次发射节约费用20%。铝的理论强度为4700MPa，当今高强铝合金的最高强度没有超过1000MPa。sdFig. 1. Relation between s and d. 材料的发展史，就是科学技术的发展史。 原理成品 发展时间电机18211886 65真空管 18821915 33无线电18871922 35X光18951913 18雷达19351940 5原子堆19391942 3半导体19481951 3激光19581960 2表1 科学原理的发现时间与其产业化时间的对照中国的四大发明：纸、火

13、药、指南针、活字印刷1）逻辑推理(古代哲学家，432 BC.)2）宏观形貌观察、观测（by eye, 1669）3）数学理论计算4）科学测定（X-ray diffraction, electron diffraction,等）古代中国：“日取其半，万世不竭”“道生一，一生二，二生三，三生万物”（老子）；“以土与金、木、水、火杂以成百物”（国语正语）；“太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦，八卦交而生万物” （易经）人类对材料微观结构认识的发展过程2、材料的种类复合材料Why?工程材料分类2.3.2 金属材料1.碳素钢（1）碳素结构钢 Q屈拼音首位字母+屈服强度值质量等级*脱氧方法 Q235-A.

14、F沸腾钢型钢、螺栓、螺母屈服强度值S=235N/mm2屈服强度拼音首字母质量等级A（S0.050%，P0.040%）、B、C、D （S0.035%，P0.035%）（2）优质碳素结构钢两位阿拉伯数字表示平均含碳量的万分之几 低碳钢 20平均含碳量20/10000=0.20% 中碳钢 45平均含碳量45/10000=0.45% 高碳钢 60平均含碳量60/10000=0.60% （3）碳素工具钢(含C0.70%) T+平均含碳量的千分之几+质量表示 T8A高级优质钢平均含碳量8/1000=0.80%2.合金钢 合金结构钢 ：两位数字+合金元素+合金含量百分数 20Cr2Ni4合金元素Cr含量2%

15、左右平均含碳量20/10000=0.20%合金元素Ni含量4%左右。含量小于1.5%时不标出，平均含量超过1.5%，2.5%，3.5%时，相应标明2，3，4等合金工具钢 ：含碳量的千分之几(碳1.0%时不标出) +合金元素+含合金百分数 低合金刃具钢 9SiCr平均含碳量 9/1000=0.90% 3、铸铁（1）白口铸铁碳全部以Fe3C形式存在(铁锅、犁头等。主要作炼钢原料) （3）可锻铸铁由白口铸铁经过石墨化退火而获得的一种铸铁；H-表示黑心，B-表示白心，Z-表示珠光体。抗拉强度、塑性和韧性比灰口铸铁高 （2）灰口铸铁 碳大部分以片状石墨形式存在,易铸造、切削 HT150抗拉强度b150

16、N/mm2(Mpa)抗拉强度b370 N/mm2KTH370-12延伸率12%铸铁（续）（4）球墨铸铁铸铁组织中石墨呈圆球状，具有比灰口铸铁高得多的强度、塑性和韧 性，可代替钢材制造一些重要的零件：曲轴、连杆等 （5）蠕墨铸铁-RuT蠕虫状石墨,高耐磨 抗拉强度b400 N/mm2QT400-15延伸率15%4、非铁金属及其合金1、铝及铝合金 形变铝 ：防锈铝合金LF11焊接油箱、油管等硬铝合金LY11中、高强度结构件。超硬铝合金LC4结构中主要受力件。锻铝合金LD7内燃机活塞和在高温下工作的复杂件 铸造铝合金：分Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn四类 有色金属材料（续）2、铜及铜

17、合金 紫铜（纯铜）导线、油管黄铜（Cu+Zn）H68齿轮、衬管、散热器耐蚀件青铜（Cu+Sn）QSn4-3轴承衬套白铜（Cu+Ni）B19B5医疗器件、海船耐蚀件 3、粉末冶金以金属粉末或金属粉末与非金属粉末的混合物为原料，经过成型和烧结而制成的金属制品 含油滑动轴承材料粉末压型时轴瓦中存在大量孔隙，烧结后将轴瓦浸入油中让孔隙吸入润滑油；工作时轴转动摩擦生热及轴与轴瓦之间形成局部真空，轴瓦孔隙中的油流到表面形成油膜而起润滑作用；运转停止后，润滑油在毛细管作用下又吸回到孔隙中，实现自动润滑. 2.3.3 高分子材料主要成分 高分子化合物（分子量大，一般在103107）天然高分子材料 松香、天然纤

18、维、蛋白质、天然橡胶。人工合成高分子材料 塑料、合成橡胶、合成纤维（涤纶等）。高聚物结构特点 由一种或几种简单低分子化合物重复连接而成链状结构。如聚乙烯、聚氯乙烯分别由乙烯、氯乙烯聚合而成。分类 塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂。低强度b100MPa高弹性 如橡胶的弹性变形率为1001000%，金属一般为1% ；低弹性模量 塑料和橡胶分别为金属的 1/10 和 1/1000 。高耐磨性 比金属好，如汽车外轮胎。高绝缘性低耐热性低导热性 是金属的1/100 1/1000 高热膨胀性 约为金属的 310 倍高耐腐蚀性 耐酸、碱等。老化 受氧、光、热、机械力等长时间作用后，性能逐渐恶化。 1.塑料组成

19、 合成树脂 高分子化合物，如聚乙烯、酚醛塑料等。 添加剂 填料或增强、增塑、固化、润滑、稳定、着色、阻燃剂等。分类 热塑性塑料 加热软化，冷却后又硬化成形，可反复进行。加工成型简便，机械性能较好；耐热性和刚性较差。如聚乙烯。 热固性塑料 受热固化后，不会再受热软化。机械性能差；耐热性和刚性较好。如酚醛树脂、环氧树脂。有机玻璃（PMMA) 密度仅玻璃的一半，b=4250MPa ，比普通玻璃高718倍。用于透明件，装饰件，绝缘件。聚氯乙烯（PVC） b = 3060 MPa ，使用温度-1555。硬PVC 耐油、耐蚀，用于化工管道，电器绝缘材料及电线绝缘层、套管。软PVC 富有弹性，用作非食品包装

20、薄膜。聚丙烯 PP 刚性大, 重量轻，耐热（-35121 ），绝缘性优越。用于机械零件（法兰，齿轮），化工容器、管道，电器外壳等。ABS塑料 硬、韧、刚的混合特性较好；容易电镀。用于零件（齿轮，泵叶轮, 轴承等, 电机、仪表外壳，管道，汽车零件及车身。聚酰胺（PA, 尼龙） 耐磨, 减摩性及韧性好。耐蚀, 无毒。用于耐磨, 耐蚀的承载转动零件（齿轮, 轴承, 螺钉和螺母等小型零件）。酚醛树脂（PF） 如热固性酚醛树脂（胶木）, 耐磨、性脆；绝缘性好（不小于10KV）；耐热、不耐碱。用于电器插座，开关，电话机，仪表盒；汽车刹车片, 内燃机曲轴皮带轮, 齿轮, 耐酸泵等；日用非食物器皿。2.、橡胶

21、高弹性，变形量1001000%；弹性模数低，仅1MN /m 。天然橡胶 耐油和耐溶剂性差，易老化，不耐高温。合成橡胶 如，丁苯橡胶、氯丁橡胶。用途 轮胎，工业、生活及医疗用品。特种橡胶 耐高、低温，耐酸、碱、油，辐射等的橡胶。2.3.4 陶瓷材料1.陶瓷 用天然或人工合成的粉状化合物，经过成型和高温烧结制成，由无机非金属化合物（硅酸盐等）构成的多相固体材料。2.性能 力学性能 刚性、硬度、脆性大，抗压强度大，抗拉强度、塑韧性低。 熔点高、高温下不易氧化，但不耐温度的急剧变化。耐蚀性、绝缘性好。3.分类及用途 玻璃 工业（光学，电工，仪表，实验室用）、建筑、日用玻璃。普通陶瓷 日用，建筑卫生，电

22、器（绝缘），化工等用途。特种陶瓷 氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、氧化物陶瓷等，用于电容器，压电，磁性，电光，高温零件等。金属陶瓷 工具（硬质合金），耐热零件等。 1 .复合材料定义：由两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的材料，称为复合材料。注意：由两种或两种以上的材料。特殊加工不是简单的混合，而是复杂的物理化学变化。2.3.5 复合材料 复合材料合金成分两种或两种以上不同材料两种或两种以上金属材料或金属与非金属形成工艺特殊加工熔合性质 优于原材料2.复合材料的性能特点复合材料性能预测基体材料的类型增强体材料的化学组成金属 C陶瓷 SiO2合成树脂SiO2 Al2O3

23、MgO合成树脂C耐酸碱，化学稳定性好，强度高，密度小，韧性好强度高，抗冲击，绝缘性好，耐热温度低物300耐高温，强度高，导电性好，导热性好耐1600以上的高温，强度高，密度小3.复合材料的分类：（1）按基体分类树脂基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料（2）按增强体 的形状分类颗粒增强复合材料夹层增强复合材料纤维增强复合材料1、零件的种类组成机器的最小单元 零件1 轴套类零件2 轮盘类零件4 叉架类零件5 箱体类零件齿轮轴齿轮叉架箱体齿轮泵装配分解图2.4 零件的种类3 板盖类零件端盖零件 零件 齿轮轴2.组成零件的表面 1）.外圆表面加工。 2）.内圆表面加工。 3）.平面加工。 4）.成形

24、面加工。2.5 零件的互换性与公差2.5.1、 互换性与公差的概念 互换性：在同一规格的一批零件或部件中，任取其一，不需要任何挑选或附加修配(如钳工修配)就能装在机器上，达到规定的功能要求。这样的一批零件或部件就称为具有互换性的零、部件。 由定义可知，具有互换性的零部件在装配过程中，必须满足三个条件：装配后 满足使用要求装配前 不挑装配时 不调整或修配却一不可实现互换性的条件公差与检测1.公差:允许零件尺寸和几何参数的变动范围称为“公差”标准和标准化2.检测：检测包含检验与测量。 3.实现互换性的条件：标准化是实现互换性的前提。优先数和优先数系（GB/T3211980 ） 优先数就是一种对各种技术参数进行简化、协调和统一的一种科学的数值制度。 2.5.2、尺寸、公差配合方面的基本术语1尺寸 以特定单位表示线性尺寸值的数值。如直径、宽度、高度、中心距等。2孔和轴 孔通常指工件的圆柱形内表面，也包括非圆柱形内表面，即由两平行平面或切平面形成的包容面。3基本尺寸 通过它并应用上、下偏差可算出极限尺寸的尺寸（如图2-1）。它可以是一个整数或一个小数值。4实际尺寸 通过测量获得的某一孔、轴的尺寸。孔和轴的实际尺寸分别用Da和da表示。 由于测量误差