凸轮机构与工程材料市公开课一等奖省赛课获奖课件

机械工程基础第十章凸轮机构和其它惯用机构讲课课时：3课时10-110-2凸轮机构与工程材料第1页基本要求机械工程基础1.了解凸轮机构基本类型和应用。2.了解凸轮机构从动件惯用运动规律。3.掌握用图解法设计盘形凸轮轮廓方法。4.掌握凸轮机构压力角与基圆半径概念与应用。5.了解棘轮机构和槽轮机构工作原理、特点和应用。6.了解不完全齿轮机构工作原理。凸轮机构与工程材料第2页10.1凸轮机构应用与分类机械工程基础10.1.1凸轮机构组成凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成高副机构。内燃机配气机构凸轮机构与工程材料第3页机械工程基础

凸轮是该机构主动件，含有曲线工作表面（即曲线轮廓和凹槽）。通常作连续等速转动（有时，作往复直线移动）。

从动件运动是由凸轮给予，在极限范围内，按要求作一定规律运动。比如连续往复运动、间歇运动、摆动等，即可使从动件作连续或不连续任意预期运动。内燃机配气机构简图凸轮机构与工程材料第4页10.1.2凸轮机构应用机械工程基础凸轮机构是一个结构简单且轻易实现任意复杂运动规律惯用机构。利用凸轮轮廓曲线可使从动件实现各种给定运动规律。所以，凸轮机构在各种机械，尤其是在自动化和半自动化机械中得到了广泛应用。6.1.3凸轮机构分类1.按凸轮型式分①盘形凸轮是一个绕固定轴回转、工作轮廓含有不一样曲率半径盘形零件。是凸轮最基本型式。②移动凸轮是相对于机架作往复直线运动。当凸轮1在其它机构带动下左右移动时，凸轮上沟槽经过滚子推进从动件上下运动。凸轮机构与工程材料第5页机械工程基础③圆柱凸轮是在圆柱面上加工出曲线工作表面凸轮，也可视为将移动凸轮卷成圆柱体而绕一固定轴回转而组成。移动凸轮机构圆柱凸轮机构凸轮机构与工程材料第6页机械工程基础2．按从动件型式分直动摆动凸轮机构盘形凸轮移动凸轮圆柱凸轮运动形式工作端按凸轮型式分从动件型式分尖端曲面滚子平底按从动件运动形式和工作端形式区分，从动件可直动或摆动，其工作端可为尖端、滚子、平底和其它曲面。凸轮机构与工程材料第7页10.1.4凸轮机构特点机械工程基础1．优点：从动件可实现任意运动规律；而且结构简单、紧凑。2．缺点：因为是高副接触，产生高接触应力，易磨损；不宜传递很大力。另外，凸轮制造较复杂，精度要求高时需用数控机床加工。10.2从动件惯用运动规律10.2.1从动件位移图线分析机凸轮构工作原理可知，由凸轮轮廓形状决定从动件运动规律；而设计凸轮机构时，则是依据从动件运动规律去确定凸轮工作轮廓。凸轮机构与工程材料第8页机械工程基础

从动件位移图线是指从动件位移S和凸轮转角φ关系曲线。它是设计凸轮轮廓曲线依据。凸轮机构与工程材料第9页基本术语基圆：以凸轮轮廓最小向径rb为半径绘制圆。推程：当凸轮以匀速角速度逆时针转过φ0角时，从动件被凸轮推进，以一定规律由距离回转中心最近位置抵达最远位置过程。推程运动角：与推程对应凸轮转角φ0。升程：在推程中，从动件上升距离h。远休止角：当凸轮继续回转φs角时，从动件在最远位置停留不动，φs称为远休止角。回程：从动件在弹簧或重力作用下，以一定运动规律（沿凸轮上对应轮廓）由最远位置回到最近位置过程。是推程逆向运动。近休止角：当凸轮继续回转φ's角时，从动件在最近位置停留不动，φ's称为近休止角。凸轮机构与工程材料第10页机械工程基础凸轮轮廓形状决定了从动件位移图线。反之，从动件不一样运动规律要求凸轮含有不一样形状轮廓曲线。凸轮机构与工程材料第11页10.2.2从动件惯用运动规律机械工程基础从动件惯用运动规律有匀速、匀加速匀减速、简谐运动规律等几个。以简谐运动规律为主介绍从动件运动规律。1．简谐运动（余弦加速度运动）质点在圆周上作匀速运动时，它在该圆直径上投影所组成运动称为简谐运动。为了便于设计和制造，通常把从动件运动规律表示为凸轮转角φ函数。凸轮机构与工程材料第12页机械工程基础①以从动件升程h为直径画半圆,将该半圆分成n等分(n≥6)，得1、2、3、…n点。②将凸轮推程运动角φ0也分成对应等分。③从圆周上各分点作水平线，分别与φ0角各对应分点垂线相交，得1＇、２＇、３＇…点。④光滑连线。把上述交点连成光滑曲线便是从动件位移图线。由加速度图线可知，从动件在行程始末两点，加速度出现有限值突变，因而产生有限惯性力，引发所谓“柔性冲击”。凸轮机构与工程材料第13页2．匀速运动机械工程基础当凸轮等速运动时，从动件上升或下降速度为一常数,这种运动规律称为匀速运动规律。由图可知，从动件在运动开始和终止时瞬时速度有突变，所以这时加速度及其产生惯性力在理论上为无穷大（因为材料有弹性变形，即使加速度和惯性力不会到达无穷大，但仍很大），从而产生强烈冲击、噪声、高应力和磨损。这种冲击称为“刚性冲击”。所以，匀速运动规律只适合用于低速轻载。凸轮机构与工程材料第14页3．匀加速匀减速运动（抛物线运动）机械工程基础这种运动规律在一个行程中，常取前半程作匀加速运动，后半程作匀减速运动，并取两加速度绝对值相等。采取此运动规律可使凸轮机构动力特征有一定改进。因为从动件位移s与凸轮转角平方成正比，其位移曲线为一抛物线，如图所表示，当转角为1、2、3、4…个单位时，位移比值为1：4：9：16…。凸轮机构与工程材料第15页机械工程基础由图可知，这种运动规律在O、A和B各点处加速度出现有限值突变，因而产生有限惯性力，引发“柔性冲击”。所以匀加速匀减速运动规律只使用于低、中速情况。凸轮机构与工程材料第16页另外，为了使加速度曲线保持连续而防止冲击，尤其对于高速凸轮机构，工程中还采取正弦加速度（摆线运动）、高次多项式等运动规律。凸轮机构与工程材料第17页10.3图解法设计盘形凸轮轮廓曲线机械工程基础10.3.1反转法原理凸轮机构工作时，若凸轮以角速度ω回转。在设计凸轮时，则需要凸轮相对固定。根据相对运动原理，若给整个机构加上绕凸轮轴心公共角速度（-ω），机构各构件间相对运动不变。于是，凸轮变成不动，而从动件一方面和机架以角速度（-ω）绕轴心转动，其次仍按给定运动规律相对于机架导路作往复运动。由于尖端始终与凸轮轮廓保持接触，所以反转后尖底运动轨迹就是凸轮轮廓。这种设计凸轮轮廓曲线方法称为反转法，又称相对运动法。凸轮机构与工程材料第18页机械工程基础10.3.2对心直动尖底从动件盘形凸轮其理论依据是相对运动原理，在整个机构上附加公共角速度后，机构中各构件之间相对运动关系仍保持不变。建立在“反转法原理”基础上，依据从动件位移图线和所确定（或已知）基圆半径绘制凸轮轮廓方法称为“图解法”。当凸轮机构中凸轮以等角速度ω１逆时针转动，凸轮基圆半径为rb；从动件运动规律为：推程运动角120o，从动件等速上升一个行程h，远休止角60o，回程运动角90o，从动件等速下降回到最低位置，近休止角90o，此时凸轮转动一周。试设计凸轮轮廓曲线。凸轮机构与工程材料第19页机械工程基础１.依据已知条件（从动件运动规律），选取长度百分比尺和角度百分比尺（实际角度/图样线性尺寸）作出位移图线。

２.将位移图线推程和回程所对应转角等分为若干等分（图中推程为四等分，回程为三等分）。凸轮机构与工程材料第20页机械工程基础３.用一样百分比尺，以O为圆心，以为半径作基圆。从动件导路与基圆交点C0（B0）即为从动件尖底起始位置。凸轮机构与工程材料第21页机械工程基础４.确定从动件在反转运动中依次占据各个位置。自OB0开始沿-ω方向量取凸轮各运动阶段角度，并将转角与位移图线相同等分。等分线与基圆相交C1、C2、C3…等点。等分线表示从动件在反转运动中依次占据位置线。凸轮机构与工程材料第22页…，点B1、B2、B3…，就是从动件尖底作复合运动时各点位置，光滑连接各点即为所求凸轮轮廓曲线。机械工程基础５.在等分线上，过C1、C2、C3…各点分别向外按位移曲线量对应位移，得点B1、B2、B3…；即凸轮机构与工程材料第23页10.3.3对心直动滚子从动件盘形凸轮滚子中心运动规律与尖底从动件尖底处运动规律相同，故可把滚子中心看成从动件尖底，按上述方法先求得尖底从动件凸轮轮廓线，再以该曲线上各点为圆心，用滚子半径r为半径作一系列圆，这些圆内包络线为与滚子从动件直接接触凸轮轮廓，称为凸轮工作轮廓。对应尖底从动件凸轮轮廓线在凸轮工作时并不直接，而与滚子接触，故称为凸轮理论轮廓。凸轮机构与工程材料第24页滚子从动件凸轮基圆半径rb是指理论轮廓最小向径。机械工程基础设计滚子从动件凸轮工作轮廓步骤：

先按尖底从动件凸轮设计方法作出其理论轮廓，

再依据滚子半径作出理论轮廓法向等距曲线，即为滚子从动件凸轮工作轮廓线。凸轮机构与工程材料第25页滚子半径大小对凸轮实际轮廓线形状影响机械工程基础如图所表示外凸凸轮轮廓线，工作轮廓曲率半径ρa等于理论轮廓曲线曲率半径ρ与滚子半径之差，即ρa=ρ-r。在设计中，若ρ>r，则ρa>0，工作轮廓为一光滑曲线，即下列图所表示。凸轮机构与工程材料第26页机械工程基础若ρ=r，则ρa=0，工作轮廓线将出现尖点，如图b，这种轮廓极易磨损，不能使用。若ρ<r，则ρa<0，工作轮廓线曲率半径出现负值，而凸轮一部分工作将成为自交曲线，如图c，图中阴影部分在制造时将被切去，致使从动件不能完成预期运动规律。凸轮机构与工程材料第27页滚子半径选择机械工程基础对外凸凸轮应使滚子半径r小于理论轮廓最小曲率半径ρmin，通常取为了预防凸轮磨损过快，工作轮廓线上最小曲率半径不宜过小，普通取其次，滚子尺寸还要受强度、结构等限制，因而也不能做得太小，通常取另外，能够用加大基圆半径方法使ρa>0凸轮机构与工程材料第28页10.4凸轮机构压力角和基圆半径机械工程基础

基圆半径rb是凸轮轮廓设计中一个主要参数，它对凸轮机构尺寸、受力、磨损和效率等都有着主要影响。基圆半径是预先选定，其大小取决于凸轮轴直径和许用压力角。10.4.1压力角及其许用值凸轮机构压力角是指在不计摩擦情况下，凸轮对从动件作用力方向（即接触点轮廓法线方向）与从动件运动方向之间所夹锐角α。压力角是衡量凸轮机构传力特征好坏一个主要参数。凸轮机构与工程材料第29页机械工程基础凸轮给从动件驱动力Fn将沿法线nn方向，Fn可分解为沿从动件运动方向有用分力Fy和使从动件对导路产生侧向压力有害分力Fx

凸轮机构与工程材料第30页机械工程基础当Fn一定时，压力角α越大，机构效率越低。当Fx增大到一定程度，致使它产生摩擦阻力Ff等于或大于有用分力Fy时，不论凸轮给从动件驱动力有多大，也不能使从动件运动。仅在驱动力或驱动力矩作用下，所引发摩擦使机构不能产生运动现象称为自锁。机构开始自锁时压力角称为极限压力角。为了确保凸轮机构能顺利地工作，而且有一定传动效率，必须对压力角加以限制。凸轮轮廓线上各点压力角是改变，故设计凸轮机构应使最大压力角不超出许用值[α]，即凸轮机构与工程材料第31页机械工程基础许用压力角远小于极限压力角，普通设计中推荐许用压力角[α]为：在直动从动件推程中，在摆动从动件推程中，当从动件处于回程时，因为从动件实际上不是由凸轮推进，普通不存在自锁现象，故通常要求直动从动件和摆动从动件回程时许用压力角以上推荐数据，当采取滚子从动件、润滑状态很好以及载荷不大、转速不高时，可取大值，不然取小值。凸轮机构与工程材料第32页机械工程基础凸轮轮廓画好后，应检验其最大压力角是否超出许用值。用图解法检验压力角时，不论对尖底、滚子或斜平底从动件，都可在凸轮理论轮廓曲线比较陡地方取若干点来进行检验。普通情况下，最大压力角位于从动件位移图线拐点处，即位移曲线从上凸至下凹（或反之）转折点处。所以，可在理论轮廓曲线上找出对应点进行检验，若最大压力角αmax超出许用值，可适当增大基圆半径rb，使αmax减小，或重新选择从动件运动规律。对平底从动件凸轮机构，凸轮对从动件法向力与从动件该点速度方向平行，故压力角一直为0，普通不会发生自锁。凸轮机构与工程材料第33页10.4.2压力角与基圆半径关系机械工程基础从动件位移S2与B点处凸轮向径r和凸轮基圆半径rb关系

凸轮上B点速度与从动件上B点速度在接触点速度在法线上分量应相等凸轮机构与工程材料第34页机械工程基础

当给定运动规律后，ω1、υ2、s2均为已知。由上式可知，基圆半径越小，则压力角越大，若基圆半径过小，则压力角将超出许用值，使得机构效率太低，甚至自锁。在实际设计中应在确保最大压力角不超出许用值前提下减小凸轮机构尺寸，其基圆半径普通推荐为d为凸轮轴直径凸轮机构与工程材料第35页机械工程基础10.5棘轮机构当机构主动件连续运动时，从动件能产生“动作——停顿——动作”运动，这类机构称为间歇运动机构。

棘轮机构是指能实现短暂停留一个间歇运动机构。通常，我们所讲间歇运动机构不包含凸轮机构。惯用间歇运动机构有棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构。凸轮机构与工程材料第36页机械工程基础10.5.1棘轮机构组成和工作原理常见外啮合齿式棘轮机构主要由棘轮、主动棘爪、止回棘爪和机架组成。凸轮机构与工程材料第37页机械工程基础10.5.2棘轮机构调整棘轮机构中棘轮转向及转角不能改变，且转角不能太大或太小。在实际应用中，可采取一些方法进行调整。1．利用调整摇杆控制棘轮转角2．利用遮板调整棘轮转角3．利用多棘爪以适应较小转角4．利用双动棘爪以加大棘轮转角以上棘轮机构棘轮转角都是相邻两齿所夹中心角倍数，即棘轮转角只能有级地改变。若要实现转角无级调整，可采取摩擦式棘轮机构。5．摩擦式棘轮机构凸轮机构与工程材料第38页机械工程基础10.5.3棘轮机构特点和应用齿式棘轮机构含有结构简单、制造方便和运动可靠等特点，在各类机械中有较广泛应用。齿式棘轮机构不宜用于高速传动，也不宜直接用在含有很大质量轴上。棘轮机构可实现机械间歇送进、制动和超越离合。牛头刨床示意图凸轮机构与工程材料第39页机械工程基础

棘轮机构在起重设备中，可用于预防机构逆转制动器。棘轮机构也常在各种机构中起超越离合作用。起重设备中防逆转棘轮机构凸轮机构与工程材料第40页机械工程基础10.6槽轮机构槽轮机构是指能实现从动件较长时间停留间歇运动机构。10.6.1槽轮机构组成与工作原理一、槽轮机构组成单圆销外啮合槽轮机构凸轮机构与工程材料第41页机械工程基础槽轮机构由带圆销A拨盘(曲柄)1、含有径向槽槽轮2及机架等组成。拨盘上有一段外凸锁止圆弧α，槽轮上制有若干段内凹锁止圆弧β。

二、槽轮机构工作原理

拨盘为主动件，当它以等角速度ω1作连续转动时，曲柄随之转动，其上圆销进入槽轮径向槽内时，槽轮即按ω2方向转动；当圆销从径向槽内脱出时，槽轮上内凹锁止圆弧被拨盘上外凸锁止圆弧“卡住”，故槽轮停顿不动，直至圆销进入下一个径向槽内时，才又重复上述运动循环，使槽轮实现间歇单向转动。凸轮机构与工程材料第42页机械工程基础10.6.2槽轮机构特点和应用

槽轮机构结构简单，工作可靠，机械效率较高，在进入和退出啮合时运动较为平稳。槽轮机构只能用于转角较大间歇传动。为了防止槽轮在开始和终止转动时发生刚性冲击，槽轮机构槽数z不能过少。槽轮机构常在自动或半自动机械和轻工机械中用作转位机构，如六角车床刀架转位机构、放映机卷片机构。因为槽轮在转动过程中有较大角加速度，故不宜用在速度过高场所，尤其从动系统转动惯量较大时，将引发较大惯性力矩。凸轮机构与工程材料第43页机械工程基础图所表示六角车床刀架转位机构，可装六种能够变换刀具，按加工工艺要求，自动改变需用刀具。1-圆销拨盘，2-槽轮凸轮机构与工程材料第44页机械工程基础内槽轮运动规律与外槽轮相反，槽轮转向ω2与主动圆销拨盘转向ω1相同，且转动时间大于停歇时间。10.6.3槽轮机构主要参数槽轮机构主要参数是槽轮槽数z和曲柄圆销数目K。在一个运动循环内，槽轮运动时间t2与拨盘曲柄运动时间t1比值称为运动特征系数，用τ表示。凸轮机构与工程材料第45页机械工程基础对于单销轴槽轮机构，t2和t1所对应转角为2φ1和2π。故槽轮机构中，槽轮径向槽数z≥3。当有K个圆销时，故因为槽轮机构为间歇机构，所以τ<1，故凸轮机构与工程材料第46页机械工程基础10.7不完全齿轮机构介绍

不完全齿轮机构是由齿轮机构演化而来，这种机构主动轮1是只有一个或几个齿不完全齿轮，从动轮2由正常齿和带锁止弧厚齿彼此相间地组成。当主动轮有齿部分作用时，从动轮2就转动；当主动轮1无齿圆弧部分作用时，从动轮停顿不动，因而，当主动轮连续回转时，从动齿轮取得时转时停间歇运动。为了预防从动轮在停歇期间游动，两轮轮缘上均装有锁止弧。凸轮机构与工程材料第47页机械工程基础不完全齿轮机构凸轮机构与工程材料第48页机械工程基础图所表示为不完全齿轮传动往复移动机构。1为不完全齿轮，2为齿条。

作业10-2、10-3、10-610-5(将滚子改为尖顶）凸轮机构与工程材料第49页机械工程基础第十一章机械工程惯用材料讲课课时：1课时凸轮机构与工程材料第50页机械工程基础

1.碳钢碳钢主要成份为铁和碳两种元素，另外还含有少许锰、硅、硫、磷、氢、氧等元素。按碳钢碳含量分为低碳钢（≤0.25%）、中碳钢（0.25%＜≤0.6%）和高碳钢（0.6%＜≤2.5%）；按钢质量好坏分为普通碳素钢、优质碳素钢和高级优质碳素钢；按用途分为碳素结构钢和碳素工具钢。（1）普通碳素结构钢简称碳钢，磷、硫含量较高，多用于工程结构件，如轧制钢板、钢筋、钢管、建筑物构件、普通螺钉、螺母等，其中Q215、Q235、Q255等比较惯用。（2）优质碳素结构钢磷、硫含量较低，主要用来制造各种机械零件，如冲压件、焊接件、轴、齿轮等。（3）碳素工具钢用来制造各种刃具、量具、模具。（4）铸钢用来铸造一切形状复杂而需要一定强度、塑性和韧性零件。11.1惯用金属材料凸轮机构与工程材料第51页机械工程基础

合金钢是指特意加入合金元素碳钢。合金钢种类繁多，分类方法也很多。按含合金元素数量多少分为低合金钢、中合金钢和高合金钢；按所含合金元素质量高低分为铬钢、铬镍钢、锰钢和硅锰钢等；按用途分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。（1）合金结构钢

①低合金高强度钢，主要用于制造桥梁、船舶、车辆等大型钢结构件；②合金渗碳钢，主要用于制造汽车、拖拉机中变速齿轮，内燃机上凸轮轴活塞销等机械零件；③合金调质钢，广泛用于制造汽车、拖拉机。机床各种主要零件，如齿轮、连杆；④弹簧钢，主要用于制造各种弹簧和弹性组件；⑤滚动轴承钢，主要用于制造轴承中滚动体（如滚柱、滚针等）、内外滚套。2.合金钢凸轮机构与工程材料第52页机械工程基础①合金刃具钢，可分为低合金工具钢和高速钢，含有高硬度、高耐磨性和高热硬性，主要用于车刀、铣刀和钻头等金属切削刀具；②合金模具钢，主要用于制作各种冷冲模、冷挤压模、热锻模、热压模等；③合金量具钢，主要用于制作各种量测工具，如卡尺、千分尺、量规等。（2）合金工具钢①不锈钢：含有很高耐腐蚀性，主要用来制作在各种腐蚀介质中工作并含有较高抗腐蚀能力零件，如化工装置中各种管道、泵，医疗器械和日常生活用具等；②耐热钢是指在高温下含有较高化学稳定性和强度钢，主要用于汽轮机、内燃机、锅炉等设备中。（3）特殊性能钢凸轮机构与工程材料第53页机械工程基础

铸铁是含碳量大于2.5%铁碳含金，而且含有较多硅、锰、磷、硫等元素。（1）灰铸铁拉伸强度和塑性较低，但价格廉价，主要用来制造阀壳、轴承座，机床底座、床身、滑台等。（2）可锻铸铁含有较高强度、塑性和冲击韧性，可部分代用碳钢。惯用于制造形状复杂、承受冲击和振动载荷零件，如汽车后桥外壳、管接头等。（3）球墨铸铁抗拉强度显著超出灰铸铁，与钢相当，主要用来制作柴油机、汽油机曲轴，磨床、铣床和车床主轴，阀体、阀盖、汽车、拖拉机底盘零件。（4）蠕墨铸铁其强度靠近于球墨铸铁，并含有一定韧性、较高耐磨性和良好铸造性能和导热性能，主要用于制造气缸盖、气缸体等。（5）合金铸铁在铸铁中加入一些合金元素，可得到含有很好耐磨性、耐腐蚀性和耐热性合金铸铁。2.铸铁凸轮机构与工程材料第54页机械工程基础工程上通常将钢铁材料以外金属及其合金，称为有色金属及其合金（或非铁金属及其合金）。有色金属及其合金含有钢铁材料所没有许多特殊力学、物理和化学性能，是当代工业不可缺乏金属材料。（1）铝及其合金

密度小、比强度高；导电性好、抗大气腐蚀能力好；磁化率极低；含有良好冷成形、切削加工和铸造成形性能。纯铝中含有铁、硅、铜、锌等杂质，使其性能略微下降。按纯铝中铝含量不一样，纯铝可分为：

高纯铝（铝含量为99.93～99.99%），主要用于科学研究和制作电容器。工业高纯铝（铝含量为98.85～99.9%），用于制作铝箔、包铝及冶炼铝合金原料。工业纯铝（铝含量为98.0～99.0%），用于制作电线、电缆、日用器皿及配制合金。4.有色金属及其合金凸轮机构与工程材料第55页机械工程基础纯铜导电性、导热性极佳，是抗磁性物质；铜合金导电性、导热性也很好；含有很高对大气和水抗蚀能力；含有良好加工性能，轻易铸造成形；含有优良减摩性、耐磨性，以及高弹性极限和疲劳极限；但储量小、价格较贵。纯铜呈紫红色，俗称紫铜，主要用于制作电导体及配制合金；因为强度低，不宜作结构件。

铝合金是在纯铝中加入合金元素后而取得含有较高强度、硬度金属材料。铝合金普通分为变形铝合金和铸造铝合金。

变形铝合金塑性很好，适合于变形加工。主要用于铆钉、管道、受力构件及高载荷零件，形状复杂锻件。

铸造铝合金流动性好，适合于铸造生产。主要用于形状复杂零件，如汽车、飞机、仪器零件和抽水机壳体等。（2）铜及其合金凸轮机构与工程材料第56页机械工程基础

黄铜是指以锌为主要合金元素铜合金。按化学成份，黄铜可分为普通黄铜和复杂黄铜。复杂黄铜又分为压力加工黄铜（以黄铜加工产品形式供给）和铸造黄铜。其中，普通黄铜主要用于机械及电器零件、冲压件、散热器外壳等。压力加工黄铜主要用于机器结构零件、耐腐蚀和耐磨零件。铸造黄铜主要用于散热器和耐腐蚀、耐磨零件，如轴承、衬套等。

青铜原指铜锡合金，但当前习惯上将含铝、硅、铅、铍、锰等铜基合金统称为青铜。青铜可分为压力加工青铜（以青铜加工产品形式供给）和铸造青铜。其中，压力加工青铜主要用于轴承、轴套等耐磨零件及一些弹性组件。铸造青铜主要用于阀门、泵体、齿轮及轴承等耐磨零件。

铜合金是指在纯铜中加入合金元素后而取得较高强度金属。铜合金普通分为黄铜和青铜。凸轮机构与工程材料第57页机械工程基础为了工程上使用方便，金属材料经常被做成各种型材、板材和带材等。如铝镁合金能够被挤压成角形型材、丁字型材、槽形型材、工字型材。5.金属型材碳钢和铸铁主要成份为铁和碳两种元素，另外还含少许锰、硅、硫、磷、氢、氧等元素，所以也将它们称为铁碳合金。铁碳合金成份不一样（碳和铁含量不一样），则内部组织和性能不一样，在实际中应用也不一样。11.2钢热处理1.铁碳合金内部组织凸轮机构与工程材料第58页铁碳合金有以下一个或几个内部组织组成：①铁素体：有很低强度、硬度和良好塑性、韧性；②奥氏体：有良好塑性和较低变形抗力；③渗碳体：有很高硬度和很低塑性、冲击韧性；④珠光体：为铁素体和渗碳体机械混合物，有很好强度、适中硬度和一定塑性；⑤莱氏体：为奥氏体和渗碳体机械混合物，有很高硬度和很差塑性。钢热处理是把钢在固态下加热到一定温度后保温一段时间，再以适当冷却速度进行冷却，从而改变钢内部组织，以取得预期性能工艺方法。机械工程基础铁碳合金内部组织组成凸轮机构与工程材料第59页机械工程基础

热处理分为常现热处理和特殊热处理。

常规热处理包含：（1）退火将钢件加热到某一适当温度范围，保温一段时间后，在炉中或埋入导热性差介质中，使其迟缓冷却热处理方法。退火能够使工件内部组织均匀细化，提升性能；能够降低硬度，改进加工性能；能够消除内应力。（2）正火将钢件加热到某一适当温度范围，保温一段时间后，从炉中取出工件在空气中冷却热处理方法。正火与退火主要差异在于正火冷却速度快，能够使工件取得稍高强度和硬度。（3）淬火将钢件加热到某一适当温度范围，保温一段时间后，在水中或油中急剧冷却热处理方法。淬火能够提升工件硬度和耐磨性。2.常规热处理凸轮机构与工程材料第60页机械工程基础（4）回火将淬火后钢件加热到某一适当温度，保温一段时间后，然后冷却到室温热处理方法。回火目标是为了消除淬火工件内部应力，预防工件变形和开裂，降低脆性。（5）调质处理是指淬火加高温回火热处理工艺。调质处理能兼顾强度、硬度和韧性要求，广泛用于要求含有很好综协力学性能主要零件，如齿轮、连杆、螺栓和轴等。特殊热处理可分为表面热处理和化学热处理。如表面淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗。

表面热处理是指仅对钢表面进行加热、冷却，改变其表层组织和性能而不改变其内部组织和性能热处理工艺。3.特殊热处理凸轮机构与工程材料第61页机械工程基础最惯用表面热处理工艺为表面淬火。钢表面淬火是经过感应加热、火焰加热等快速加热方法将工件表面快速地加热到某一个温度，在心部组织还未发生相变时，马上给予淬火冷却，使工件表层发生相变，取得硬且耐磨组织一个工艺。表面淬火能够使工件表面含有较高硬度和耐磨性，而工件心部依然保持着原来韧性和塑性；另外还能够显著提升工件疲劳强度。

化学热处理是指将钢件置于一定温度活性介质中保温，使一个或几个元素渗透它表面，到达改变表层成份、组织和性能，满足技术要求热处理工艺。按照表层渗透元素不一样，化学热处理可分为渗碳、渗氮、碳氮共渗等种类。

渗碳是将钢件放在渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗透到钢件表层化学热处理。

渗氮是指向钢件表层渗透氮工艺。

碳氮共渗是同时向钢件表面渗透碳和氮工艺。凸轮机构与工程材料第62页机械工程基础高分子材料是由大量低分子化合物聚合而成。它包含工程塑料、橡胶、纤维和粘结剂。按热性能不一样，工程塑料可分为：（l）热塑性塑料这种塑料特点是加热时软化，可塑造成型，冷却后变硬。此过程可重复进行。（2）热固性塑料这种塑料特点是初加热时软化，可塑造成型，但固化之后再加热将不再软化，也不溶于溶剂。11.3机械工程中惯用非金属材料1.高分子材料凸轮机构与工程材料第63页机械工程基础

陶瓷是指用各种粉状原料做成一定形状后，在高温窑炉中烧制而成一个非金属固体材料。在传统上，陶瓷是指陶器和瓷器；现在，陶瓷实际上是对包含玻璃、搪瓷、耐火材料、砖瓦、水泥、石灰、石膏等无机非金属材料统称。陶瓷性能特点：刚性和硬度在各种材料中最高；抗拉强度很低、抗弯强度很好、抗压强度非常高；在室温下几乎没有塑性；韧性极低、脆性极高，抗冲击韧性极差（陶瓷最大缺点）；热膨胀系数低；导热性差，是很好绝缘材料；热稳定性很低，在不一样温度范围波动时轻易破裂（陶瓷又一缺点）；化学稳定性好，含有很高耐火性或不可燃性，是很好耐火材料；另外，陶瓷对于酸、碱、盐等腐蚀性较强介质都有较强抗蚀能力。2.陶瓷凸轮机构与工程材料第64页机械工程基础复合材料是指由两种或两种以上物理和化学性质不一样物质经人工制作而成一个多相固体材料。复合材料性能特点是：比强度和比刚度高；抗疲劳性能好；抗断裂能力强；减震能力强；高温性能好。复合材料为多相固体材料，全部相可分为两类：一类相为基体，起粘结剂作用；另一类为增强相，起提升强度（或韧性）作用。按基体和增强相不一样，复合材料分类。3.复合材料为了工程上使用方便，像金属材料一样，非金属材料也经常被做成各种管材、棒材和板材等，如硬聚氯乙烯（PVC-U）管材、聚四氟乙烯棒材、织物强力液压橡胶软管、钢化玻璃、钛-钢复合板等。4.非金属型材凸轮机构与工程材料第65页机械工程基础11.4机械零件材料及毛坯选择机械设计不但包含机构设计、零件结构设计，还包含零件材料选择。零件材料选择对零件工作性能、制造质量和加工成本都有主要影响。选择零件材料时必须确保零件在使用过程中含有良好工作性能，在加工过程中含有良好工艺性能，并尽可能降低零件成本。