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1、 机械基础 P 1 重庆市涪陵区职教中心数控组 全国中职机械类统编教材 高教版 栾学钢等主编 绪论 二O一七年秋期 机器是人们根据使用要求而设计的一种执行机械运动的装置 任务描述 绪论 P 1 机械设备由动力部分 传动部份 执行部份及控制部分组成 与机械零件相关的材料 结构 载能力方面的问题 与机械零件相关的摩擦 磨损和润滑方面的问题 本课程的学习任务和要求 本章知识结构 机械的组成 绪论 机器的组成机器的结构机械的类型 机械零件的材料 结构和承载力 零件的常用材料及选用零件的结构工艺性机械零件的标准化 系列化和通用化零件的强度 机械零件的摩擦 磨损和润滑 绪论 P 1 机械中的摩擦机械中的磨
2、损机械中的润滑 本课程的学习任务和要求 考纲要求 1 认识机器的组成及作用 2 识别零件部件构件机器机械 3 认识机械的种类 4 识别机械中的摩擦种类 5 能描述机械零件磨损的特征 第九章机械的节能环保与安全防护 P 1 它们都是机器吗 第一节机械的组成一 机器的组成 P 1 机器 是人们根据使用要求而设计的一种执行机械运动的装置 机器用来传递能量 物料与信息 以代替或减轻人的劳动 凹模 坯料 机架 凸模 滑块 连杆 曲轴 制动器 大带轮 小带轮 电动机 传动轴 小齿轮 大齿轮 离合器 机械 是机器与机构的总称 冲压机的工作过程 第一节机械的组成一 机器的组成 P 1 机器用来传递能量 物料与
3、信息 以代替或减轻人的劳动 机器的定义 1 是人工的实物组合 2 各部分之间有确定的运动关系 3 能实现功能转换 下列产品那些可称为机器 想一想 机器的组成 动力部分 传动部份 执行部份及控制部分 第一节机械的组成一 机器的组成 P 2 动力部分 机器的组成 传动部分 执行部分 控制部分 直接完成工作任务 机器的动力来源 把动力部分的运动和动力传递到执行部分 让执行部分按一定的运动规律运动的部分 机器的结构 第一节机械的组成二 机器的结构 P 2 机器 由若干机构组成 机构 由若干构件组成 能实现功能转换 构件 由若干零件组成 是机器中最小的运动单元 零件 是机器中最小的制造单元 机器的类型
4、种类繁多 应用广泛 第一节机械的组成三 机械的类型 P 2 主要分类有 教材分类 动力机械 加工机械 运输机械 信息机械等 按行业分还有工程 矿山 建筑 化工 食品 农业 医疗机械等等 1 常用材料 第二节机械零件的材料 结构和承载能力一 零件的常用材料及选用 P 3 主要分类有 钢 铸铁 有色金属 非金属材料 工程材料 钢 铸铁 含C C n 0 25 45钢高碳 C 0 60 65Mn钢普通低合金钢 重要工程用钢 建筑 锅炉 大型船舶 合金钢 合金渗碳钢 低碳 20CrMnTi 合金调质钢 中碳 40Cr合金弹簧钢 高碳 60Si2Mn滚动轴承钢 专用 GCr15 含C 在4 3 附近的铁
5、碳合金 灰口铸铁 HT20球墨铸铁QT1400 15 可锻铸铁 铜合金 非金属材料 有色金属 铝合金 工程塑料 橡胶 1 常用材料主要分为 钢 铸铁 有色金属 非金属材料 第二节机械零件的材料 结构和承载能力一 零件的常用材料及选用 P 3 钢 碳素钢 低碳 Q235 10 20钢可作焊接钢板件 螺钉 渗碳件等 中碳 45钢等用于制造齿轮 轴等一般机器零件 高碳 T8 T12用于制造啷头 锉刀等钳工具 含C 1 2 的铁碳合金 强度 硬度 韧性和铸 锻 焊机械加工性能 1 常用材料主要分为 钢 铸铁 有色金属 非金属材料 第二节机械零件的材料 结构和承载能力一 零件的常用材料及选用 P 3 钢
6、 合金钢 普通低合金钢 重要工程用钢 建筑 高压锅炉 大型船舶 合金渗碳钢 20Cr等受冲击的齿轮 轴等 合金调质钢 40Cr 45Mn等重要的轴 齿轮 如机床主轴等 合金弹簧钢 65Mn 60Si2Mn等各类弹簧 滚动轴承钢 GCr15等各类滚动轴承 含C 在4 3 附近的铁碳合金 抗压强度好 抗拉强度差 韧性差 铸造性好 灰口铸铁 HT100 HT150 HT200 HT350低牌号 用于机床 箱体不受力的复杂零件高牌号 用于受力不大的复杂零件球墨铸铁 可锻铸铁 QT1400 15 1 常用材料主要分为 钢 铸铁 有色金属 非金属材料 第二节机械零件的材料 结构和承载能力一 零件的常用材料
7、及选用 P 3 铸铁 1 常用材料主要分为 钢 铸铁 有色金属 非金属材料 第二节机械零件的材料 结构和承载能力一 零件的常用材料及选用 P 3 铜合金 非金属材料 工程塑料主用于制作轻质结构件 分热塑性和热固性两类橡胶制作密封件 弹性件 轮胎 传动带等 有天然橡胶和合成橡胶两类 铜合金具有良好的耐磨性和耐蚀性及导电性 黄铜H70 Cu Zn 主用作各种耐蚀的管接头 导电元件等 青铜 Cu Sn等 主用作轴瓦等耐磨材料 有色金属 铝合金 铝合金是一种轻金属 广泛用作建筑装饰 汽摩行业 形变铝合金防锈铝 硬铝 超硬铝 锻铝用于各种结构零件铸造铝合金用于形状复杂的轻质结构 2 材料的选用原则使用要
8、求 工艺要求和经济性 1 使用要求零件有工作要求和受载的要求 有零件尺寸 质量的限制 还有重要程度不同 工作要求 如环境 介质 温度 摩擦等方面的要求 受载要求 载荷大小及种类 强度 刚度 接触压力 滑动 高温 腐蚀等要求 第二节机械零件的材料 结构和承载能力一 零件的常用材料及选用 P 4 2 工艺要求工艺性 材料能适应相关加工方法的能力 工艺性有 铸造性 锻造性 焊接性 切削加工性 热处理性等 3 经济性零件还必需满足以济性要求 考虑 零件重要程度 精度高低 生产批量 材料价格 加工费用 零件的结构工艺性 在一定生产批量和制造条件下 零件结构能否用最经济的方法制造出来并符合设计要求的能力
9、第二节机械零件的材料 结构和承载能力二 零件的结构工艺性 P 4 零件的结构要照顾以下方面 加工方便 省材 节约工时 降低成本 保证质量 满足结构工艺要求 机械零部件的标准化 是指将产品的形式 材料 尺寸 参数 性能等 以国家标准给予统一规定并实施 第二节机械零件的材料 结构和承载能力三 机械零件的标准化 系列化和通用化 P 4 机械零部件的系列化 是指对同一种零部件 在相同的基本结构和基本尺寸下 规定不同的规格 以满足多样化的规程需求 机械零部件的通用化 是指某一标准化产品 能适应不同规格的同一产品 甚至不同规格的产品都能采用同一零部件 零件的失效 机械零件因丧失工作能力或达不到要求的性能而
10、成为报废品 零件失效的主要形式 强度破坏 变形 磨损 精度丧失等等 第二节机械零件的材料 结构和承载能力四 零件的强度 P 5 1 载荷载荷的形式 静载荷 载荷的大小和方向不随时间变化 或缓慢变化 的载荷 动载荷 载荷的大小和方向随时间变化的载荷 动力机输出的转矩 名义转矩 实际转矩 第二节机械零件的材料 结构和承载能力四 零件的强度 P 5 2 应力应力 材料单位横截面上的内力 单位 N m2是衡量零件受力的重要参数 应力的形式 静应力循环应力 第二节机械零件的材料 结构和承载能力四 零件的强度 P 6 3 强度强度类型 静强度与疲劳强度 体积强度与表面强度 静强度 在静应力作用下的材料抵抗
11、断裂或可塑性变形的能力 塑性材料的强度条件 脆性材料的强度条件 第三节机械零件的摩擦 磨损和润滑 P 8 摩擦在正压力作用下 相互接触的物体表面间有相对运动 或其趋势 时 在接触表面上就会产生抵抗运动的阻力 这一自然现象被称为摩擦 阻力叫作摩擦力 有摩擦现象存在 就会有磨损产生 磨损摩擦体接触表面的材料在相对运动中因机械作用或化学作用产生的不断损耗的现象 润滑向摩擦磨损表面加注润滑剂 以降低摩擦阻力和减轻磨损 以提高机器的使用性能 延长机器的使用寿命 并降低能耗 摩擦 磨损的利弊据统计 由摩擦而造成的能量损耗占世界工业能量消耗的1 3 有80 的零件失效是由磨损而引起的 汽车靠摩擦制动 皮带靠
12、摩擦传动 磨床靠磨损加工 各运动副间又因摩擦而损耗功率 第三节机械零件的摩擦 磨损和润滑一 机械中的摩擦 P 8 摩擦类别 第三节机械零件的摩擦 磨损和润滑一 机械中的摩擦 P 8 1 干摩擦摩擦副不加润滑剂时的摩擦 干摩擦时 摩擦面直接接触 摩擦系数大 磨损发热严重 应设法避免 2 边界摩擦摩擦副表面有一层较薄的润滑剂膜时的摩擦 边界摩擦时 润滑剂膜有一定润滑作用 但润滑剂膜不稳定 易破裂 有一定磨损 但优于干摩擦 第三节机械零件的摩擦 磨损和润滑一 机械中的摩擦 P 9 3 液体摩擦摩擦副加入一定压力的润滑油 摩擦副表面被一层有压力有强度的油膜完全隔开的摩擦 形成液体摩擦时 摩擦面润滑良好
13、 理论上无磨损 但不易实现 4 混合摩擦介于干摩擦与液体摩擦之间的摩擦 主要是液体摩擦 混合摩擦是大多数情况 第三节机械零件的摩擦 磨损和润滑二 机械中的磨损 P 9 影响磨损的因素 主要是摩擦 还有其它如腐蚀等因素 磨损量随时间增加 软材比硬材磨损量大 1 磨损的类型 1 粘附磨损 原因 轮廓峰塑变成冷焊结点而粘着 现象 轻微磨损 涂抹 划伤 撕脱 咬死措施 限制温度 压力 选择合适的润滑剂 添加剂 摩擦副的材料 提高表面质量 跑合 2 磨粒磨损原因 灰尘 杂质等硬颗粒现象 较软表面的沟纹措施 提高表面质量与硬度 提高润滑油的清洁度 第三节机械零件的摩擦 磨损和润滑二 机械中的磨损 P 9
14、3 表面疲劳磨损 点蚀 原因 交变应力的反复作用现象 金属表面产生麻点 麻坑 又叫点蚀措施 提高材料的抗疲劳强度 提高表面质量 提高硬度 提高润滑油的黏度 加入极压添加剂 1 磨损的类型 磨损的类型随工作条件的改变而转化 实际上大多数的磨损是上述磨损型式的复合型式 4 腐蚀磨损摩擦过程中金属与周围介质发生化学或电化学反应造成的磨损 如化工设备等 第三节机械零件的摩擦 磨损和润滑二 机械中的磨损 P 9 磨损规律 机械零件典型的磨损分为磨合磨损 稳定磨损 剧烈磨损三个阶段 2 磨损过程 规律 磨合阶段 新投入使用的机器 表面较粗糙 表面的微观峰易被磨掉 表面出磨损较快 磨合阶段不可避免 稳定磨损
15、阶段 磨合阶段结束时 摩擦面粗糙度降低 磨损变轻 进入长期微量稳定磨损阶段 不同的场合稳定期不一 如 高质量的机械零件 可达十几年 而一般车刀的稳定磨损期仅几十分钟 剧烈磨损阶段 经稳定磨损的积累 零件磨损面缺陷严重 继续使用会加剧磨损 进入剧烈磨损期 在零件进入稳定磨损的后期 就应提前终止零件的使用 第三节机械零件的摩擦 磨损和润滑三 机械中的润滑 P 10 润滑的作用 降低摩擦 磨损 防锈 冷却 缓冲吸振 密封 润滑应至少保证实现边界摩擦 混合摩擦 最佳是液体摩擦 避免干摩擦 润滑的形式 1 流体润滑面接触的摩擦面有一层足够厚度 一定压力的油膜完全隔开的润滑 按压力提供的方式有 流体静力润
16、滑压力由油泵提供 流体动力润滑压力由摩擦副轴的运动产生 第三节机械零件的摩擦 磨损和润滑三 机械中的润滑 P 10 润滑的形式 2 弹性流体动力润滑对于点 线接触的摩擦面 如齿轮副 滚动轴承等 接触部位面积小 单位压力大 润滑剂易被挤出 油膜易被破坏 必须在润滑油压力 粘度特性 接触体弹性变形三方面联合作用 3 边界润滑以较薄的油膜 使摩擦面处于边界摩擦状态 润滑效果不好 在不易润滑的部位易出现 4 混合润滑以较厚的油膜 使摩擦面处于混合摩擦状态 一般有润滑保障的摩擦面大多如此 有关润滑剂与润滑方法与装置内容在本教材第九章另有介绍 第四节本课程的学习任务和要求 P 10 课程性质 中等职业学校机械大类的一门专业基础课程 也是专业核心课程之一 学习目标 1 知识目标 1 能记住常用机械加工原材料的基本常识以及高速钢与硬质合金两类刀具材料的性能及适用范围 2 会辨认常用热处理的方法及其应用 3 理解机械传动和常用机构的基本原理 熟悉数控机床中常用的传动装置 4 熟悉常用机械零件的性能 适用场合和国家标准 5 熟悉常见液压系统的工作原理以及液压系统维护方面的知识 第四节本课程的学习任务和要求
