机械工程基础

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1、 第二章 机械工程基础 2-1 机器与机构2-2 工程材料2-3 零件的几何形状2-4 零件的互换性与公差2-5 机械制造过程制造系统结构制造系统结构图1-2 制造系统功能结构经营管理信息流 生产管理信息流 技术信息流 物质流用户、市 场 与 外 部 环 境经营管理市场与销售研究与开发资源管理财务生产管理工程设计采购车间制造 （加工、装配、 检验、输送、 存储 ）质量控制产品设计 工艺准备 毛坯制造 机械加工 装配调试决定生产 方案 制定工艺 规程及工 艺卡 设计并制 造工艺装 备铸件 锻件 冲压件 焊接件 棒料 非金属 材料毛 坯初加工 半精加工 热处理及 表面处理外协件 外购件 标准件组件

2、装 配 部件装 配 总装配 调试检测决定功能 总体设计 零部件设计 选择材料 决定尺寸及 结构 制定技术条 件 绘出图样技术与生产管理（包括检测）机械生产过程机械生产过程2-1 机器与机构2-1-1. 机器 汽车、火车、拖拉机、起重机、坦克、飞机、 车床、铣床、刨床、机器人、传真机、打印机等 了解机器的第一步：机器的用途了解机器的第二步： 机器的功能和性能上盖控制面板进水口排水管外箱体盛水桶支撑拉杆脱水桶电动机带传动减速器波轮潘存云教授研制自动洗衣机各种机器的功能要求可归纳为： 运动要求：速度、加速度、运动轨迹、行程、运动精确性等 动力要求：传递功率、转矩、力、压力等 可靠性和寿命要求： 安全

3、性要求：包括强度、刚度、热力学性能、工作系统安全和操作 人员的安全 体积和重量要求 经济性要求：设计制造的经济性和使用、维修的经济性等 环境保护要求：噪声、振动、绿色环保 产品造型要求： 其他要求： 针对不同类型的机械， 比如精密机械、户外机械、食品 药品机械等各有特殊要求2-1 机器与机构2-1-1. 机器汽车、火车、拖拉机、起重机、坦克、飞机、 车床、铣床、刨床、机器人、传真机、打印机等 零 件构 件机 构机 器静联接 动联接 协调组合机械的组成（按结构）电动大门示意图机器多种多样， 如何从总体上、系统上了 解一台机器的机构和组成？思考方式：1：用途2：功能3：从机器功能的角度看机器的组成

4、4：从机器制造、装配的角度看机器的组成（1）从机器功能的角度看机器的组成2-1-2 机器的组成与结构机器组成示意图 传动装置工作执行装置控制系统原动机（1）电动机：把电能转换为机械能的机器 （2）内燃机：把热能转换为机械能的机器 （3）一次能源型原动机：直接利用自然界中能源的机器 1）.原动机把其它形式的能量转化为机械能的机器。 原动机为机器的运转提供动力 分类 图 电 动 机 、 内 燃 机 、 风 力 机(图)电动机、风力机2）机械运动系统机器的传动系统和工作执行系统统称机械的运动系统 装载车和汽车吊对比图 传动系统传动系统是连接原动机和执行系统的中间装置， 其根本任务是将原动机的运动和动

5、力按执行系统的 需要进行转换并传递给执行系统，其具体功能通常 包括以下几个方面：（1）减速或增速；（2）变速；（3）增大转矩；（4）改变运动形式；（5）分配运动和动力；（6）实现某些操纵和控制功能。工作执行系统工作执行系统：由执行构件和与其相连的 执行机构组成，是直接完成机器工作任务的 部分。常出现在末端，直接与作业对象接触 。 其功能是利用机械能去变换或传递能量、物料、 信号，如发电机把机械能变换成为电能，轧钢机变 换物料的外形，搅拌机的叶轮， 洗衣机的波轮，车 床的刀架、机器人抓取机构等等。3）机械的控制系统(包括机械、电气、液气压、及综合控制）（a）电气控制系统的基本要求 （b）控制对象

6、 （c）机械控制系统的发展趋势 软件伺服控制原理框图 1）满足机械的动作要求或工艺条件。 2）电气、电子元件合理，工作安全可靠。 3）停机时，控制系统的电子元器件不应长期带电。 4）有较强的抗干扰能力，避免误操作现象发生。 5）便于维护与管理，经济指标好。 6）使用寿命长。 7）自动控制系统中应设置紧急手动控制装置。 1）对原动机进行控制 三相异步电三相异步电机控制电路原理图 2）对电磁铁的控制 直流电机的控制电路原理图 三 相 异 步 电 机 控 制 电 路 原 理 图三相异步电机控制电路原理图 直 流 电 机 的 控 制 电 路 原 理图 直流电机的控制电路原理图 软件伺服控制原理框图 微

7、 型 计 算 机D/A转换A/D转换伺服放大器伺服电机速度发电机脉冲编码器支撑系统 润滑、冷却与密封系统CA6140卧式车床总体布局图 1-主轴箱 2-纵溜板 3-尾座 4-床身 5-右床座 6-溜板箱 7-左床座. 8-进给箱（2）从机器制造、装配的角度看机器的 组成机器部件总成组件零件机器组成示意图 2-1-3 机构（1）零件：指组成机器的最小制造单元。 （2）构件：指组成机器的最小运动单元。 构件可能是一个零件，也可能是几个零件 的刚性组合。 （）机构：是具有一个固定构件的可动运动链。 （） 机构的基本型 1)机构的基本型（一）（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

8、的基本型 （3）含有二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）圆锥齿轮传动机构的基本型 （6）蜗杆传动机构的基本型 （7）直动从动件平面凸轮机构的基本型 （8）摆动从动件平面凸轮机构的基本型 （1）全转动副四杆机构的基本型曲柄摇杆机构的机构简图 （2）含有一个移动副四杆机构的基本型曲柄滑块机构的机构简图。（3）含有二个移动副四杆机构的基本型正弦机构的机构简图 （4）圆柱齿轮传动机构的基本型圆柱齿轮传动机构的基本型 （5）圆锥齿轮传动机构的基本型斜齿圆锥齿轮传动机构和曲齿圆锥齿轮传动机构（6）蜗杆传动机构的基本型延伸渐开线圆柱蜗杆传动机构，渐开线蜗杆传动.exe圆柱 蜗杆

9、传动机构 （7）直动从动件平面凸轮机构的基本型直动从动件平面凸轮机构的基本型（8）摆动从动件平面凸轮机构的基本型摆动从动件平面凸轮机构的基本型 2)机构的基本型（二）（17）间歇运动机构的基本型 （15）螺旋传动机构的基本型 （16）电磁传动机构的基本型 （14）液、气传动机构的基本型 （12）带传动机构的基本型 （13）链传动机构的基本型 （11）摆动从动件圆柱凸轮机构的基本型 （10）直动从动件圆柱凸轮机构的基本型 圆柱凸轮机构的基本型带、链传动机构的基本型 a) 带传动 b) 链传动 液、气传动的基本型 手柄小液压缸单向阀（ 压油）单向阀（ 吸油）油箱负载（重物）大液压缸截止阀（放油螺塞

10、）液压千斤顶示意图传动机构 的基本型 图b) 电磁传动机构的基本型 a) 螺旋传动机构的基本型传动机构的基本型间歇运动机构的基本型 b) 外槽轮机构的基本型 a) 外棘轮机构的基本型，（5） 机械运动形态与变换 （6） 机、电、液机构组合 的运动及控制 机械运动形态： （1）定轴转动（含摆动或间歇转动）（2）往复移动（3）平面运动6438 7512910第 三 章工 程 材 料 的 基 本 知 识2-2-1 工程材料的种类及性能2-2-2 常用金属材料2-2-3 非金属材料2-2-4 金属材料的热处理2-2-5 材料成型技术简介2-2工程材料 3 - 1工 程 材 料 的 种 类 及 性 能2

11、-2-1工程材料的种类及性能1. 常用工程材料的种类2.工程材料的主要性能首先了解一下汽车零部件材料的应用 4 - 1工 程 材 料 的 种 类 及 性 能1)金属材料 : 包括黑色金属（钢铁）和有色金属材料 2)工程陶瓷 : 由金属和非金属元素的化合物所构成的各种无机非金属材料 3)有机高分子材料 ：工程中常见的有塑料、橡胶和胶粘剂4)复合材料 ：将上述两种或多种单一材料人工合成到一起的材料, 如玻璃钢、金属陶瓷1. 常用工程材料的种类 （1）工程材料的力学性能(机械性能) 2. 工程材料的主要性能2）塑性 3）硬度 4）冲击韧性 5）疲劳强度 6）耐磨性 1）强度（2）工程材料的物理、化学

12、及工艺性能1）强度：强度是指在外力作用下材料抵抗变形与断裂的能力 i）弹性极限 和弹性模量Eii) 屈服极限 iii） 抗拉强度 （ 1 ） 力 学 性 能 - 1 ） 强 度2）塑性材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力称为塑性 断面收缩率 伸长率 3）硬度硬度是衡量材料软硬程度的指标。硬度越高，表示材料 抵抗局部塑性变形的能力越大，材料的耐磨性也较好 i）布氏硬度 用HBS表示 ii) 洛氏硬度 用HRC表示2）塑 性-3 ）硬 度4）冲击韧性 冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下抵抗断裂的一种能力 用标准试样的冲击吸收功Ak表示 5）疲劳强度 材料在无数次重复“交变应力”作用下，而不引起

13、断裂的最大 应力值 6）耐磨性 材料在一定工作条件下抵抗磨损的能力 用体积磨损量、质量磨损量和长度磨损量来评定。与其硬度 、摩擦系数、表面粗糙度、相对运动速度、载荷大小以及润 滑条件等相关 4） 冲 击 韧 性-6 ） 耐 磨性 物理性能：指材料在重力、电磁场、热力等物理因素作用下所表现出来的性能或属性，包括材料的密度、熔点、导电性、磁性能、导热性、热膨胀性等 化学性能：主要指材料的抗氧化性、耐蚀性和耐酸性等， 反映了材料在常温或高温环境下抵抗各种化学作用的能力 。 材料工艺性能：指材料对各种加工工艺的适应性 ， 如切削加工性能、铸造性能、可锻性、焊接性能、热 处理性能等。（2）工程材料的物理

14、、化学及工艺性能1.碳素钢和合金钢2.铸铁 灰铸铁 球墨灰铸铁 可锻铸铁 合金铸铁3.有色金属材料 2-2-2 常用金属材料碳素钢：合金结构钢、合金工具钢、特殊钢碳素结构钢、碳素工具钢、碳素铸钢合金钢：材料分类查询材料分类查询 碳素结构钢 普通碳素结构钢 碳素钢 代号Q + 数字 字母 + 字母屈服强度值 质量等级符号 脱氧方法 应用Q235AF 用于各种工程结构，少量用于制造零件 优质碳素结构钢 两位数字组成 表示钢中平均含碳量的万分之几 代号30、35、40、45、50 应用 用于制造各种零件 普通碳素结构钢 优质碳素结构钢 - 碳素 钢含碳量一般小于2.11% 代号 T + 数字 + A

15、表示含碳量的千分之几 高级优质 应用T12 , T12A用于制造各种刀具 碳素工具钢 碳素铸钢 ZG + 数字 + 数字 最低屈服强度 最低抗拉强度 代号ZG200-400 应用用于受冲击负荷作用的形状复杂件，如轧钢机机架，重载 大型齿轮、飞轮等 合金钢合金结构钢 低合金结构钢用于桥梁、船舶、车辆、压力容器等大型构件 渗碳钢与调质钢 制造高速、中等载荷、耐冲击耐磨损零件 弹簧钢 制造各种弹簧或要求高弹性的其他零件 滚动轴承钢 合金工具钢 合金工具钢用来制造切削刃具、量具和模具，以高硬、耐磨为基本特征 具有特殊物理、化学性能的钢称为特殊钢，包括不锈钢、耐 热钢和耐磨钢等 不锈钢系指在腐蚀性介质中具有抗腐蚀性能的钢 耐热钢用来制造在高温下工作的零件，如锅炉、蒸汽涡轮、燃气涡轮 耐磨钢主要具有很高的耐磨性，用于制造经受严重磨损和强烈冲击的零件，如坦克的履带、粉碎机的颚板、铁轨道岔 特殊钢 特点 代号HT + 数字(表示最小抗拉强度) 应用灰铸铁HT 200, HT 3