机械基础课件.ppt
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1、.,1,庄浪县职教中心教学课件,机 械 基 础李世维主编史倩,.,2,目录,第一章机械概述1-1机器及其组成1-2金属材料的性能1-3机械零件的强度1-4摩擦与磨损本章练习,第二章静力学2-1静力学概述2-2静力学公理2-3力矩和平面力偶系2-4约束与约束力2-5平面受力分析本章练习,第三章材料力学3-1材料力学概述3-2拉伸与压缩3-3剪切与挤压3-4圆轴的扭转3-5直梁的弯曲本章练习,第五章支承零部件 5-1轴 5-2轴承 5-3键连接 5-4螺纹连接和螺旋连接 5-5联轴器离合器制动器 5-6机械的润滑和密封 5-2弹簧,第四章工程材料4-1黑色金属材料4-2有色金属材料4-3非金属材料
2、本章练习,.,3,目录,第六章常用机构6-1平面连杆机构6-2凸轮机构6-3间歇运动机构本章练习,第七章常用机构7-1机构的基本知识7-2平面连杆机构7-3凸轮机构本章练习,第八章机械传动8-1带传动与链传动8-2齿轮传动与蜗杆传动8-3齿轮系8-4减速器本章练习,第九章液压传动9-1液压传动概述9-2液压元件9-3液压回路本章练习,.,4,绪 论,0-1本课程的内容、性质、任务和基本要求 一、本课程的内容和性质 本课程是中等职业学校机械类及近机械类专业的一门技术基础课。教材兼顾了综合性和基础性的要求,一方面力求综合,尽量全面地介绍机械基础领域的知识;另一方面,考虑到中职教育的特点,在各章知识
3、的安排和选择上都力求简洁易懂。 本课程的内容包括机械概述、工程力学、机械工程材料学、机械零件、机械传动、常用的机械机构、支承零部件以及液压传动和机械维护等方面的基础知识。 二、本课程的任务和基本要求 本课程的任务是让同学们了解机械专业基础知识并能灵活地运用相关知识解决实际中的问题。本课程有以下基本要求: (1)熟悉常用机构的构造原理、特点和设计的基本要求; (2)熟悉通用零件的工作原理、特点、结构、标准、设计原理和方法; (3)学会使用技术资料进行通用零件和简单机械传动装置的设计,具备能够对一般机构的特性和零件常见失效原因进行分析,解决生产实际中有关机械零件、部件结构方面问题的能力,为学习有关
4、专业机械设备课程以及参与技术改造奠定必要的基础。,.,5,0-2 如何学好这门课程,机械基础是一门实践性很强的技术基础课,它以机构和机器为研究对象,具有较强的理论性和实践性,学习本课程要注意采用正确的学习方法。具体说来,就是要做到以下几点: (1)教师重点讲解与同学们自学相结合。教师积累了丰富的教学经验,可以将大量的知识系统条理地讲述给同学们,而自学则可以发挥同学们的自主性和积极性,培养独立思考的能力,两者的有效结合一定会提高教学和学习的效果。 (2)理论和实践相结合。一方面是机械基础这门课非常抽象,另一方面是中职学生初次接触机械知识,因此,同学们会感到听课费力,难以吸收理解。如果在理论教学的
5、同时加以适当的实践环节,则可以使同学们产生学习的兴趣,使理论知识变得更形象、更生动。 (3)采用多种教学方式。在传统的教学模式中引入多媒体教学方式,比如计算机辅助教学课件、动画演示等以便创造出一个图文并茂、有声有色和生动逼真的教学环境,使得同学们能容易地理解教学内容。 总之,同学们要想学好这门课,必须做到课前预习,课上认真听讲和课后复习相结合。同时要注意思考和举一反三,在实践中运用所学的知识,拓展自己的知识广度和深度,提高专业素质,使自己成为一名合格的机械专业毕业生。,.,6,第一章 机械概述,机械是现代社会进行生产和服务的5大要素(即人、资金、能量、材料和机械)之一。任何现代产业和工程领域都
6、需要应用机械,即使是人们的日常生活,也越来越多地应用各种机械,如汽车、自行车、钟表、照相机、洗衣机、冰箱、空调机和吸尘器等等。本章将介绍关于机械的基础知识,使同学们对机械有一个初步的认识与了解。,.,7,1-1 机器及其组成,一、基本概念 机械是机器和机构的总称。 1.机器 机器具有以下3个特征: (1)由多个构件组成; (2)各构件间具有确定的相对运动,能够实现预期的机械运动; (3)能够完成有效的机械功或进行能量转换。 比如半自动钻床可以实现确定的机械运动,也可以作有用的机械功;内燃机 可以转换能量;机械手能实现物料的传递。 2.机构 具有机器前两个特征的多构件组合体,称为机构。机构能实现
7、一定规律的运动。如齿轮机构传递运动,凸轮机构转换运动。 3.零件和构件 零件是指机器中不可拆的每一个最基本的制造单元体。零件可分为两类:一类是通用零件,即在各类机械中常见的零件,如齿轮、轴、螺栓和弹簧等;另一类是专用零件,是指在专用机械中特有的零件,如叶片、犁铧和枪栓等。 构件是指由一个或几个零件所构成的刚性单元体。 构件是运动单元,而零件是制造单元。构件可能是由多个零件组合而成,也可能是一个单独零件。,.,8,1-1 机器及其组成,二、机器的组成 1内燃机 内燃机是将燃气燃烧时产生的热能转换为机械能的机器,以往复活塞式内燃机最为普遍。往复活塞式内燃机的组成部分主要有曲柄连杆机构、机体和气缸盖
8、、配气机构、供油系统、润滑系统、冷却系统和起动装置等。内燃机将燃料和空气混合,在其气缸内燃烧,释放出的热能使气缸内产生具有高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功,再通过曲柄连杆机构或其它机构将机械功输出,驱动从动机械工作。 内燃机的图例和机构简图如图1-1和图1-2所示。,图1-1 内燃机图例,图1-2 内燃机机构简图,.,9,1-1 机器及其组成,2.牛头刨床 牛头刨床主要用来切削加工小型零件的平面。在刨铣工件中,常用的就是牛头刨床。它的组成部分见图1-3。,图1-3牛头刨床,.,10,1-1 机器及其组成,由以上两个实例可以对机器及其组成有一个感性的认识。机器的种类繁多,其结构形式和用途也各
9、不相同。一般来说,一台完整的机器由以下4大部分组成: (1)原动机部分.原动机部分也称动力装置,其作用是把其它形式的能量转换成机械能,以驱动机器各部分运动和工作。原动机部分是机器完成预定功能的动力源,最常见的有内燃机和电动机等。 (2)执行部分.执行部分也称工作部分(装置)。它是机器中直接完成具体工作任务的部分,位于传动路线的终点,如汽车的车轮、缝纫机的机头等。 (3)传动部分.这部分是联接原动机和执行部分的中间部分,用以完成运动和动力的传递和转换。利用它可以减速、增速、调速、改变转矩和运动形式等,从而满足执行部分的各种要求。 (4)操作或控制部分.这部分的作用是显示和反映机器的运行位置和状态
10、,控制机器正常运行和工作。 另外,润滑系统和照明系统等也是保证机器正常工作不可缺少的部分。,.,11,1-2 金属材料的性能,二、金属材料的化学性能 金属材料在常温或高温条件下,抵抗外界介质对其化学侵蚀的能力,称为金属材料的化学性能。金属材料的化学性能一般包括抗氧化性和耐腐蚀性等。 1.抗氧化性 所谓抗氧化性,是指金属材料在高温时抵抗氧化的能力。许多金属都能与空气中的氧进行化合而形成氧化物,在金属表面形成一层氧化膜。如果金属表面形成的氧化物层比较疏松,这时外界氧气便可以继续与金属材料发生作用,使金属材料受到破坏,这种现象就叫做金属材料的氧化。如果金属材料表面形成的氧化物层比较密集,于是就形成了
11、一层保护层,使氧气不能再与金属材料接触,阻止了金属材料的继续氧化,金属材料就得到了保护,其抗氧化性就高。 2.耐腐蚀性 金属材料在常温下抵抗各种介质(氧、水蒸气、酸、碱和盐等)腐蚀作用的能力称为抗腐蚀性。比如火电厂中的一些热力部件,长期接触高温烟汽或一些腐蚀介质,使金属材料表面不断受到各种腐蚀,有时还会侵入金属材料内部,给安全运行带来不利影响,严重时甚至造成破裂损坏事故。因此,金属材料的抗腐蚀性是一项很重要的性能。,.,12,1-2 金属材料的性能,三、金属材料的力学性能 金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的抵抗性能。金属材料在加工和使用过程中所受的作用力称为载荷(或称负载荷
12、或负荷)。载荷按其作用形式的不同,分为静载荷、冲击载荷和交变载荷等。金属材料的力学性能包括金属材料的强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳性能等指标。 1.强度 强度是指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。根据受力情况的不同,金属材料的强度可以分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗扭强度和抗剪强度等。其中最常用的强度是抗拉强度(强度极限b),b表示金属材料在拉伸条件下所能承受的最大应力,是机械设计和选材的主要依据之一。强度极限b可以通过拉伸试验测定。 2.塑性 塑性是指金属材料在外力作用下产生塑性变形(不可恢复的变形)而不被破坏的能力。常用的塑性指标有伸长率和断面收缩率。和的值越大,表示金属
13、材料的塑性越好。金属材料具有塑性才能进行加工,塑性好的金属材料制成的零件在使用时也比较安全。,.,13,1-2 金属材料的性能,3.硬度 硬度是指金属材料局部表面抵抗弹性变形、塑性变形和破坏的能力。它是衡量金属材料软硬程度的指标,其物理含义与测量方法有关。 常用的硬度测量方法有如下几种: (1)布氏硬度(HB).用一定直径的球体(淬火钢球或硬质合金球)以相应的试验压力压入待测的金属材料表面,保持规定时间并达到稳定状态后卸除试验压力,用测量的金属材料的表面压痕直径来计算布氏硬度的一种试验方法。也可以用布氏硬度计测量布氏硬度。布氏硬度的值用球面压痕单位面积上所承受的平均压力表示。用淬火钢球压时,用
14、HBS表示;用硬质合金球压时,用HBW表示。 (2)洛氏硬度(HR).用金刚石圆锥或淬火钢球,在试验压力的作用下压入试样表面,经规定时间后卸除试验压力,用测量的残余压痕深度增量来计算硬度的一种试验方法。也可以用洛氏硬度计测量洛氏硬度。洛氏硬度值用测量的残余压痕深度表示,可从表盘上直接读出,如50HRC,HR前面为硬度数值,HR后面为使用的标尺类型,最常用的是HRA、HRB、HRC等3种。 (3)维氏硬度(HV).用夹角为136的金刚石正四棱锥体压头,使用很小的试验力F(49.03980.07N)压入试样表面,测出压痕对角线长度d。维氏硬度的值用压痕对角线长度表示,如640HV。,.,14,4.
15、冲击韧性 冲击韧性是指金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力。金属材料的冲击韧性一般在一次摆锤冲击试验机上进行测试,测得试样在冲断时断口单位面积所消耗的冲击吸收功,称为冲击韧度或冲击值,常用ak表示,其单位为J/cm2。 ak值越大,冲击韧度越高。 5.疲劳性能 金属材料在无限多次交变载荷作用下而不被破坏的最大应力,称为疲劳强度或疲劳极限。实际上,金属材料并不可能进行无限多次交变载荷试验,所以一般试验时规定,钢在经受107次、有色金属在经受108次交变载荷作用时不产生断裂的最大应力,称为疲劳强度。当施加的交变应力是对称循环力时,所得的疲劳强度用-1表示。,1-2 金属材料的性能,.,15,1
16、-2 金属材料的性能,四、金属材料的工艺性能 金属材料的工艺性能是指金属材料在各种加工条件下表现出来的适应能力,包括铸造性、锻压性、切削加工性、焊接性等。 1.铸造性(可铸性) 金属材料能否用铸造的方法获得合格铸件的性能,称为铸造性或可铸性。铸造性主要包括流动性、收缩性和偏析。流动性是指液态金属材料充满铸模的能力。收缩性是指铸件凝固时体积收缩的程度。偏析是指金属材料在冷却凝固过程中,因结晶的先后差异而造成金属材料内部化学成分和组织的不均匀性。 2.锻压(可锻性) 金属材料能否用锻压方法制成优良锻压件的性能,称为锻压性或可锻性。它包括在热态或冷态下能够进行锤锻、轧制、拉伸和挤压等加工。,.,16
17、,3.切削加工性(可切削性或机械加工性) 金属材料被刀具切削加工后而成为合格工件的难易程度,称为切削加工性或可切削性或机械加工性。切削加工性的好坏常用加工后工件的表面粗糙度、允许的切削速度以及刀具的磨损程度来衡量。它与金属材料的化学成分、力学性能、导热性及加工硬化程度等诸多因素有关。通常是用硬度和韧性作切削加工性好坏的大致判断。一般来讲,金属材料的硬度愈高,愈难切削;硬度虽不高,但韧性大,切削也较困难。 4.焊接性(可焊性) 金属材料在一定的焊接工艺条件下是否易于获得优良焊接接头的能力,称为焊接性或可焊性。主要是指在一定的焊接工艺条件下获得优质焊接接头的难易程度。它包括两个方面的内容:一是结合
18、性能,即在一定的焊接工艺条件下金属材料形成焊接缺陷的敏感性;二是使用性能,即在一定的焊接工艺条件下金属材料的焊接接头对使用要求的适用性。,3.切削加工性(可切削性或机械加工性) 金属材料被刀具切削加工后而成为合格工件的难易程度,称为切削加工性或可切削性或机械加工性。切削加工性的好坏常用加工后工件的表面粗糙度、允许的切削速度以及刀具的磨损程度来衡量。它与金属材料的化学成分、力学性能、导热性及加工硬化程度等诸多因素有关。通常是用硬度和韧性作切削加工性好坏的大致判断。一般来讲,金属材料的硬度愈高,愈难切削;硬度虽不高,但韧性大,切削也较困难。 4.焊接性(可焊性) 金属材料在一定的焊接工艺条件下是否
19、易于获得优良焊接接头的能力,称为焊接性或可焊性。主要是指在一定的焊接工艺条件下获得优质焊接接头的难易程度。它包括两个方面的内容:一是结合性能,即在一定的焊接工艺条件下金属材料形成焊接缺陷的敏感性;二是使用性能,即在一定的焊接工艺条件下金属材料的焊接接头对使用要求的适用性。,3.切削加工性(可切削性或机械加工性) 金属材料被刀具切削加工后而成为合格工件的难易程度,称为切削加工性或可切削性或机械加工性。切削加工性的好坏常用加工后工件的表面粗糙度、允许的切削速度以及刀具的磨损程度来衡量。它与金属材料的化学成分、力学性能、导热性及加工硬化程度等诸多因素有关。通常是用硬度和韧性作切削加工性好坏的大致判断
20、。一般来讲,金属材料的硬度愈高,愈难切削;硬度虽不高,但韧性大,切削也较困难。 4.焊接性(可焊性) 金属材料在一定的焊接工艺条件下是否易于获得优良焊接接头的能力,称为焊接性或可焊性。主要是指在一定的焊接工艺条件下获得优质焊接接头的难易程度。它包括两个方面的内容:一是结合性能,即在一定的焊接工艺条件下金属材料形成焊接缺陷的敏感性;二是使用性能,即在一定的焊接工艺条件下金属材料的焊接接头对使用要求的适用性。,.,17,1-3 机械零件的强度,机械零件的强度是指机械零件受载后抵抗断裂、塑性变形和表面失效的能力。为了保证机械零件具有足够的强度,必须使机械零件在受载后的工作应力不超过机械零件的许用应力
21、,表达式为: 或=F/A 式中,F是载荷,A是截面积。 一、载荷与应力的分类 载荷可以分为静载荷和变载荷 其中,循环变载荷又可以再分类: 不稳定循环变载荷(每一个循环内载荷是变动的)稳定循环变载荷(每一个循环内载荷不变,各循环周期又相同,如往复式动力机曲轴所承受的载荷) 应力也分为静应力和变应力,变应力分为不稳定变应力(变应力中,每一次应力变化的周期T、平均应力m和应力幅三、a均不变),.,18,1-3 机械零件的强度,二、机械零件的疲劳强度 通过疲劳断裂的定义可知,疲劳断裂的机理是损伤的累积。疲劳断裂具有如下特征: (1)断裂过程可以分为以下几个步骤:产生初始裂纹(应力较大处);裂纹尖端在应
22、力作用下,反复扩展,直至产生疲劳裂纹。 (2)断裂面分为光滑区(疲劳发展区)和粗糙区(脆性断裂区)。 (3)无明显塑性变形的脆性,突然断裂。 (4)破坏时的应力(疲劳极限)远小于金属材料的屈服极限。 金属材料的疲劳抗力指标是疲劳强度(-1)。工程上使用的疲劳强度是指金属材料在一定的循环基数下不发生断裂的最大应力值。 疲劳强度除与金属材料的性能有关外,还与机械零件的工作条件、几何形状、表面状态有关。因此,可以通过采取改善机械零件的结构形状、避免应力集中、改善表面粗糙度以及进行表面强化处理等措施来提高金属材料的疲劳强度,防止疲劳断裂.,.,19,1-4 摩擦与磨损,一、摩擦 1.摩擦的基本概念 两
23、个物体表面在外力作用下发生相互接触并作相对运动(或运动趋势)时,在接触面之间产生的切向运动阻力称为摩擦力,这种现象就是摩擦。 影响摩擦力的因素包括接触表面的运动情况、外载荷、环境条件(温度、润滑等)、表面形貌和材料性质等。 关于摩擦的分类有很多标准,具体如表1-1所示。(见书10页) 2.摩擦的预防润滑 摩擦吸收了机器中的大量功,这部分功大多在滑动表面上转化为热,它可以损伤甚至熔化轴承,为使摩擦力最小,在接触部分涂抹上一层起润滑作用的物质,它既能承,.,20,1-4 摩擦与磨损,磨损是在一个物体与另一个固体的、液体的或气体的对偶件发生接触并作相对运动,由于机械作用而造成的表面材料不断损失的过程
24、。一般来讲,磨损的过程分为3个阶段:初期磨损阶段、正常磨损阶段和急剧磨损阶段。 由磨损引起的材料损失的量称为磨损量,它的倒数称为耐磨性。机械零件的磨损过程通常经历不同的磨损阶段,直至失效。图1-4是一种典型的磨损特性曲线(也称浴盆曲线)。,图1-4磨损特性曲线图,.,21,1-4 摩擦与磨损,下面介绍几种最常见的且磨损机理又比较清楚的磨损形式:粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损(接触疲劳)和微动磨损。 1.粘着磨损 粘着磨损是金属摩擦副之间最普遍的一种磨损形式。当摩擦表面的不平度峰尖在相互作用的各点处发生“冷焊”后,在相对滑动时,材料从一个表面转移到另一个表面,便形成了粘着磨损。影响粘着磨损的因素主
25、要有以下几点: (1)金属性质越是相近的,构成摩擦副时粘着磨损就越严重。反之,金属间互溶程度越小,晶体结构不同,原子尺寸差别较大,形成化合物倾向较大的金属,构成摩擦副时粘着磨损就较轻微。 (2)在一定范围内,零件的表面粗糙度愈小,抗粘着能力愈强。 2.磨料磨损 硬颗粒例如岩石、砂子或某些硬金属碎片等在压力作用下滑过或滚过零件表面时,就产生磨料磨损。 影响磨料磨损的因素主要有:磨料的硬度、大小及形状,磨粒的韧性、压碎强度等;外界载荷大小、滑动距离及滑动速度;材料自身的硬度及内部组织。,.,22,3.疲劳磨损(接触疲劳) 接触疲劳是工件(如齿轮、滚动轴承、钢轨和轮箍、凿岩机活塞和钎尾的打击端部等)
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