机械设计基础 第01章 概论20110028ppt课件

机械机械设计设计设计设计 基基础础础础 Basis of Mechanical DesignBasis of Mechanical Design Who ? 路路 e-mail: 北京理工大学机械与车辆车辆 工程学院 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 敦敦勇勇 机械机械设计设计设计设计 基基础础础础 第一章 概 论论 第二章 平面机构的结结构分析 第三章 平面连连杆机构 第四章 凸轮轮机构 第五章 间间歇运动动机构 第六章 齿轮传动齿轮传动 第七章 蜗蜗杆传动传动 第八章 带传动带传动 第九章 常见见其他传动简传动简 介 第 十 章 轮轮 系 第十一章 联联 接 第十二章 轴轴和联轴联轴 器 第十三章 滑动轴动轴 承 第十四章 滚动轴滚动轴 承 第十五章 机械的调调速和平衡 第十六章 机械系统统的设计设计 第十七章 现现代设计设计 方法简简介 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第一章 概 论论 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第一节节 引言 第二节节 机械零件材料学基础础 第三节节 机械设计设计 中的摩擦学基础础 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第一节节 引 言 一、课课程的内容、性质质和任务务 二、机械设计设计 的一般基本过过程简简介 三、机械零件的设计设计 准则则 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 一、课课程的内容、性质质和任务务 （一）课课程内容(机械原理机械设计设计 金属材料热处热处 理几何精度规规范 学) 研究机械中研究机械中常用机构和通用机械零部件（各种机械中普遍使用常用机构和通用机械零部件（各种机械中普遍使用 的零部件）的工作原理、的零部件）的工作原理、结结结结构特点、基本构特点、基本设计设计设计设计 理理论论论论和方法和方法。 常用机构设计设计 连连连连杆机杆机 构构 凸凸轮轮轮轮机构机构 间间间间歇运歇运动动动动机构机构 棘棘轮轮轮轮机构机构 槽槽轮轮轮轮机构机构 不完全不完全齿轮齿轮齿轮齿轮 机机 构构 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 一、课课程的内容、性质质和任务务 通用零部件设计设计 联联联联接零件接零件: : 螺螺纹联纹联纹联纹联 接、接、键联键联键联键联 接、接、销联销联销联销联 接等。接等。 轴轴轴轴系零件：系零件：轴轴轴轴、 轴轴轴轴承（滑承（滑动轴动轴动轴动轴 承、承、滚动轴滚动轴滚动轴滚动轴 承）承） 联轴联轴联轴联轴 器等。器等。 机械系统统的调调速与回转转件的平衡 机械系统设计统设计 现现代设计设计 法方法简简介 传动传动传动传动 零件零件: : 齿轮传动齿轮传动齿轮传动齿轮传动 、蜗蜗蜗蜗杆杆传动传动传动传动 、带传动带传动带传动带传动 、 链传动链传动链传动链传动 等。等。 一、课课程的内容、性质质和任务务 齿轮传动齿轮传动蜗蜗杆传动传动带传动带传动 圆圆柱平摩擦轮传动轮传动 链传动链传动 主要主要传动传动传动传动 形式形式 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 一、课课程的内容、性质质和任务务 （二）与本课课程有关的几个基本概念 机械： 机器： 机构： 零件： 构件： 机器和机构的机器和机构的总总总总称。称。machinery 根据某种使用要求根据某种使用要求设计设计设计设计 的一种的一种执执执执行机械运行机械运动动动动的装置。的装置。 可可实现实现实现实现 能量能量变换变换变换变换 或或传递传递传递传递 能量、物料或信息。能量、物料或信息。 实实实实例：皮例：皮带输带输带输带输 送机、内燃机、起重汽送机、内燃机、起重汽车车车车、金属切削机床、金属切削机床 、电话电话电话电话 机和机和计计计计算机等。算机等。machine 执执执执行机械运行机械运动动动动的装置，与机器一起通称的装置，与机器一起通称为为为为机械。机械。 mechanism 由若干零件由若干零件刚刚刚刚性性联联联联接而成，机器中能独立运接而成，机器中能独立运动动动动的最小的最小单单单单元体。元体。 link 机器加工制造的最小机器加工制造的最小单单单单元。元。 part 数控立式铣铣床 一、课课程的内容、性质质和任务务 电动电动 机 港口用起重机 订书订书 机 电话电话 1-气缸体；2-活塞；3-连连杆；4-曲轴轴 5、6-齿轮齿轮 ；7-凸轮轮；8-进进气阀顶阀顶 杆 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 一、课课程的内容、性质质和任务务 连连杆 曲轴轴 单单缸发动发动 机 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 一、课课程的内容、性质质和任务务 （三）机器的组组成-自行车车 原 动动 机 传动传动 机构 控制系统统 执执行机构 辅辅助系统统： 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 一、课课程的内容、性质质和任务务 （三）机器的组组成 原 动动 机： 汽油机和柴油机 传动传动 机构：离合器、变变速箱、 传动轴传动轴 和差速器。 控制系统统：方向盘转盘转 向系统统、排档杆、刹车车及其踏板、离合器等。 执执行机构：车轮车轮 、悬悬挂系统统和底盘盘。 辅辅助系统统：油量表、速度表、里程表、润润滑油温度表及蓄电电平电电流表、 电压电压 表等为显为显 示系统统；后视镜视镜 、车门锁车门锁 等为为其它辅辅助系统统 ； 前后灯、仪仪表盘盘灯为为照明系统统；转转向信号灯和车车尾 红红灯为为 信号系统统。 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 一、课课程的内容、性质质和任务务 原动动机 传动传动 机构 执执行机构 控制系统统 辅辅助装置（润润滑、仪仪表、空调调等 ） 机器主体 机器的组组成 090928-4W-1T-2H090928-4W-1T-2H 机器灵魂 舒适性、 宜人性 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 一、课课程的内容、性质质和任务务 （四）课课程性质质 综综合性、应应用性强 培养学生设计设计 能力的专业专业 技术术基础课础课 。 应应具有必要的基础础理 论论和金属加工工艺艺知识识。 必要的先修课课程： 高等数学 几何精度规规范学 机械制图图 金属材料学 工程力学 金工实习实习 推荐参考书书： 孙孙孙孙桓桓. . 机械原理（第六版）机械原理（第六版）MM. . 北京北京: :高等教育出版社高等教育出版社 濮良濮良贵贵贵贵. . 机械机械设计设计设计设计 （第七版）（第七版）MM. . 北京北京: :高等教育出版社高等教育出版社 申永申永胜胜胜胜. . 机械机械设计设计设计设计 教程教程MM. . 北京北京: : 清清华华华华大学出版社大学出版社 080917-4W-1T-2H080917-4W-1T-2H 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 一、课课程的内容、性质质和任务务 （五）课课程任务务 获获得认识认识 、使用和维护维护 机械设备设备 的一些基本知识识。 运用设计设计 手册、图图册、标标准和规规范等查询查询 有关设计资设计资 料能力。 通过课过课 程设计训练设计训练 ，了解机器设计设计 原则则和主要内容。具有运用 所学知识设计识设计 机械传动传动 装置和简单简单 机械的能力 掌握典型零件的实验实验 方法和培养实验实验 技能 。 了解常用的现现代设计设计 方法及机械工程学科的发发展动动向 。 掌握常用机构和通用零、部件的设计设计 理论论和方法。 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 一、课课程的内容、性质质和任务务 （六）学习习方法 注重基础础理论论知识识学习习； 注重联联系工程实际实际 ； 注重独立思考能力的培养，不惟教材和老师观师观 点马马首是瞻。 注重创创新设计设计 能力培养，实现实现 由knowledge到ability的转变转变 ； 20100308-1W-1T-2H20100308-1W-1T-2H 20110228-1W-1T-2H20110228-1W-1T-2H 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 二、机械设计设计 的一般基本过过程简简介串行设计设计 1. 产产品规规划明确机械功能目标标 根据社会和市场场需求，敏锐锐地感知市场场信号，来确定设计设计 机 械（机器）的功能范围围和性能指标标，拟订设计拟订设计 任务书务书 。 2. 方案设计设计 机构设计设计 机构协调设计协调设计 按设计设计 任务书务书 的要求，构思出多种可行设计设计 方案，通过对过对 比 、筛选筛选 ，选择选择 出相对对最优优方案: 功能满满足要求、工作原理可靠、 结结构设计设计 合理、制造成本低廉。 实实例分析：压压片机的机构协调设计协调设计 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 二、机械设计设计 的一般基本过过程简简介 图图图图1 1 粉料成型粉料成型压压压压片机的工片机的工艺艺艺艺流程流程 a 料桶 b 料斗 c 模具型腔 d 上冲头 e 片状制品 f 下冲头 1 1）料斗）料斗b b在型腔在型腔c c左左侧侧侧侧，料桶，料桶a a向料斗向料斗b b供料。供料。 2 2）移）移动动动动料斗料斗b b到模具型腔到模具型腔c c的正上方。的正上方。 3 3）振）振动动动动料斗，使料斗内的粉料落入模具型腔内。料斗，使料斗内的粉料落入模具型腔内。 4 4）下冲）下冲头头头头下降一些，防止上冲下降一些，防止上冲头头头头向下冲向下冲压时压时压时压时 将将 型腔内粉料扑出。型腔内粉料扑出。 5 5）上冲）上冲头头头头向下，下冲向下，下冲头头头头向上，将粉料冲向上，将粉料冲压压压压并保并保压压压压一段一段时间时间时间时间 ， 使片状制品成型良好。使片状制品成型良好。 6 6）上冲）上冲头头头头快速退出，下冲快速退出，下冲头头头头将片状制品推出型腔，并由其它将片状制品推出型腔，并由其它 机构将制品取走。机构将制品取走。 实实例分析：压压片机的机构协调设计协调设计 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 二、机械设计设计 的一般基本过过程简简介 1. 产产品规规划明确机械功能目标标 2. 方案设计设计 机构设计设计 机构协调设计协调设计 (压压片机) 3. 技术术和施工图设计图设计 机构设计设计 总总装设计设计 对选对选 定设计设计 方案进进行分析计计算，确定机构和零件的工作参数 以及机械（机器）主要结结构尺寸，完成每一个零件的结结构设计设计 ， 按照国家标标准，绘绘制出整台机器的设计总图设计总图 和全部零件图图，编编 写有关技术术文件 。 4. 试试制、调试调试 、鉴鉴定、投产产 进进行样样机试试制，对样对样 机进进行试验试验 、测测定，从技术术上、经济经济 上作出评评定，提出改进进意见见。 070925-4W-1T-2H070925-4W-1T-2H 三、机械零件的设计设计 准则则 （一）什么是失效-（工作载载荷） 失效：在规规定工作条件下机械零件丧丧失正常工作能力的状态态。 Failure: 失效故障(fault)不能用 (2) state of being inadequate, not functioning as is expected or required. (1) lack of success deform； deformation 振幅超过许过许 用值值。动态设计应动态设计应 解决问题问题 。 （二）机械零件的主要失效形式 如何进进行机械故障诊诊断？ 思考 振动过动过 大 ： 零件表面失效： 零件在拉、弯、扭载载荷作用下 ，可能发发生断裂，强度 不合格。 主要有过载过载 断裂和疲劳劳断裂两种形式。fracture 零件过过大弹弹性变变形超过许过许 用值值，为刚为刚 度不合格。 vibration 过过大接触应应力作用造成。主要有点蚀蚀（疲劳劳磨 损损）、磨损损失效（磨粒磨损损）、胶合失效（黏 着磨损损）、塑性变变型、腐蚀蚀。 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 三、机械零件的设计设计 准则则 （三）机械零设计时应满设计时应满 足的基本要求 强度准则则 刚刚度准则则 振动稳动稳 定性准则则 挠挠度 偏转转角 扭转转 角 （1）避免在预预定寿命内失效设计设计 准则则 表面强度 （2）工艺艺性和经济经济 性要好 （3）符合人因工程学要求-宜人性 （4）可靠性要高在规规定时间时间 内正常工作的概率 第二节节 机械零件材料学基础础 金属材料 机械零件通常都是由金属材料制成的，有时时也用非金 属材料、复合材料制造。 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 铸铁铸铁 ：含碳量大于2%的铁铁碳合金 钢钢：含碳量小于2%,大于0.7%的铁铁碳合金 有色金属：主要有铜铜合金和铝铝合金 碳素碳素钢钢钢钢 碳素碳素结结结结构构钢钢钢钢 碳素工具碳素工具钢钢钢钢：T7T7、T8T8 普通碳素普通碳素结结结结构构钢钢钢钢 如如Q235Q235、Q275Q275等等 优质优质优质优质 碳素碳素结结结结构构钢钢钢钢 低碳低碳钢钢钢钢C C0.25% 0.25% 如如20 20 合金合金钢钢钢钢 合金合金结结结结构构钢钢钢钢 合金工具合金工具 钢钢钢钢 特殊特殊钢钢钢钢： 不不锈钢锈钢锈钢锈钢 ，如，如2Cr132Cr13、滚动轴滚动轴滚动轴滚动轴 承承钢钢钢钢，如，如GGr9SiMnGGr9SiMn、 耐耐热钢热钢热钢热钢 ，如，如3Gr18Ni25Si23Gr18Ni25Si2等。等。 合金合金结结结结构构钢钢钢钢 如如35CrMn235CrMn2，40CrNiMoA(40CrNiMoA(优优优优 质质质质） 低合金低合金结结结结构构钢钢钢钢 如如12Mn12Mn 弹弹弹弹簧簧钢钢钢钢 如如60Si2MnA60Si2MnA 中碳中碳钢钢钢钢0.6%0.6%C C0.25% 0.25% 如如45 45 高碳高碳钢钢钢钢0.6%0.6%C C 如如60 60 钢钢钢钢 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第二节节 机械零件材料学基础础 一般合金工具一般合金工具钢钢钢钢 高速工具高速工具钢钢钢钢 硬硬质质质质合金工具合金工具钢钢钢钢 080919-4W-2T-4H080919-4W-2T-4H 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第二节节 机械零件材料学基础础 钢钢的优优点： 钢钢具有较较高的强度、韧韧性和塑性，可以借 助合理的热处热处 理方法来改善其力学性能和加工 性能；钢钢制零件可以锻锻造、冲压压、焊焊接等主要 方法获获得，应应用广泛。 090930-4W-2T-4H090930-4W-2T-4H 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第二节节 机械零件材料学基础础 铸铁铸铁 灰铸铁铸铁 ：HT100HT100、HT300HT300，良好的，良好的铸铸铸铸造性、切削加工性造性、切削加工性 、 耐磨性，耐磨性， 消振性，但抗拉消振性，但抗拉强强度低。度低。 球墨铸铁铸铁 ：QT400-18QT400-18、QT500-7QT500-7，强强度和塑性比灰度和塑性比灰铸铁铸铁铸铁铸铁 有很大提高，具有良好的耐磨性，但有很大提高，具有良好的耐磨性，但铸铸铸铸造性造性 较较较较差。差。 可锻铸铁锻铸铁 ： KTH300-06 ,KTH300-06 ,强强度、塑性、度、塑性、韧韧韧韧性、耐磨性均性、耐磨性均 较较较较 高，能承受冲高，能承受冲击击击击振振动动动动 , , 但生但生产产产产周期周期长长长长，成本，成本 较较较较 高。高。铸铸铸铸造大尺零件造大尺零件较较较较困困难难难难。 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第二节节 机械零件材料学基础础 铸铁优铸铁优 点： 成本低廉具有优优良的铸铸造性能、良好的易熔性 和液流动动性，易于铸铸造形状复杂杂的零件；具有优优异 的减振性能和良好的耐磨性能（自润润滑性）。 铸铁铸铁 缺点： 铸铁铸铁 的疲劳劳强度和塑性性能不如钢钢，不能承受 较较大冲击载击载 荷。 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第二节节 机械零件材料学基础础 3 有色金属 （1）铜铜合金 黄铜铜 铜铜与锌锌的合金，含少量锰锰、铝铝等元素，如 ZCuZn38等。 青铜铜 青铜铜以主加元素的不同又可分为锡为锡 青铜铜和铝铝青铜铜等，如 CuAl10Fe3、 ZCuSn5PbZn5。青铜铜比黄铜铜有更高的强度、硬度、 耐磨性和耐腐蚀蚀性。 （2）铝铝及铝铝合金 铝铝合金密度只有钢钢材的1/3，但其强度和刚刚度接近于钢钢。 铝铝合金具有良好的导热导热 、导电导电 性能，其导电导电 性能大约为铜约为铜 的60%， 但由于重量轻轻，在远远距离输输送电时电时 所用电缆电缆 中常由铝铝代替铜线铜线 。无毒具有良 好的抗腐蚀蚀性，用于建筑结结构工业业、电电器工业业和航空航天工业业中，例如波音 747飞飞机上81的材料都是铝铝合金。 20100310-1W-2T-4H20100310-1W-2T-4H 20110303-1W-2T-4H20110303-1W-2T-4H 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第二节节 机械零件材料学基础础 二、非金属材料 1工程塑料 （1）尼龙龙 品种、数量及应应用上居工程塑料之首，它强度高，耐磨性好， 耐化学腐蚀蚀。但易吸收水分而影响尺寸的稳稳定性。 （2）聚碳酸脂 在工程塑料中韧韧性最好，透光率达90%，连续连续 使用温度 135145，它正取代玻璃和有机玻璃，作为飞为飞 机上的挡风夹层挡风夹层 和天窗。 （3）聚甲苯 在工程塑料中弹弹性模量最高，并有高硬度，低摩擦系数和较较 好的耐疲劳劳性能，适用于制造小齿轮齿轮 及轴轴套等。 （4）聚苯醚醚 在工程塑料中硬度最高，热热膨胀胀系数最小，最耐热热。 （5）ABS 具有良好的综综合性能。广泛应应用在管材、家用电电器和纺织纺织 机械 中。用ABS制成的泡沫夹层夹层 板，可作小轿车轿车 的车车身。ABS:(1)汽 anti-lock braking system. 防抱死刹车车系统统 (2) 化丙烯腈烯腈 -丁二烯烯-苯乙烯烯 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第二节节 机械零件材料学基础础 补补充小知识识 1 1ABSABS（Anti-lock Braking SystemAnti-lock Braking System） 通通过过过过安装在安装在车轮车轮车轮车轮 上的上的传传传传感器感器发发发发出出车轮车轮车轮车轮 将被抱死的信号，控制器指令将被抱死的信号，控制器指令调节调节调节调节 器降低器降低该车轮该车轮该车轮该车轮 制制动动动动缸的油缸的油压压压压，减小制，减小制动动动动力矩，力矩，经经经经一定一定时间时间时间时间 后，再恢复原有的后，再恢复原有的 油油压压压压，不断的，不断的这样这样这样这样 循循环环环环（每秒可达（每秒可达510510次），始次），始终终终终使使车轮处车轮处车轮处车轮处 于于转动转动转动转动 状状态态态态而又而又 有最大的制有最大的制动动动动力矩。力矩。 没有安装没有安装ABSABS的汽的汽车车车车，在行，在行驶驶驶驶中如果用力中如果用力踩踩踩踩下制下制动动动动踏板，踏板，车轮转车轮转车轮转车轮转 速会急速会急 速降低，当制速降低，当制动动动动力超力超过车轮过车轮过车轮过车轮 与地面的摩擦力与地面的摩擦力时时时时，车轮车轮车轮车轮 就会被抱死，完全抱死就会被抱死，完全抱死 的的车轮车轮车轮车轮 会使会使轮轮轮轮胎与地面的摩擦力下降，如果前胎与地面的摩擦力下降，如果前轮轮轮轮被抱死，被抱死，驾驶员驾驶员驾驶员驾驶员 就无法控制就无法控制 车辆车辆车辆车辆 的行的行驶驶驶驶方向，如果后方向，如果后轮轮轮轮被抱死，就极容易出被抱死，就极容易出现侧现侧现侧现侧 滑滑现现现现象。象。 ABS ABS技技术术术术最初最初为应为应为应为应 用于用于飞飞飞飞机上的技机上的技术术术术，现现现现在在十万元以上在在十万元以上级别级别级别级别 的的轿车轿车轿车轿车 上上 都可都可见见见见到它的踪影。装有到它的踪影。装有ABSABS的的车辆车辆车辆车辆 在遇到在遇到积积积积雪、冰雪、冰冻冻冻冻或雨天等打滑路面或雨天等打滑路面时时时时 ，可放心地操，可放心地操纵纵纵纵方向方向盘盘盘盘，进进进进行制行制动动动动。它不。它不仅仅仅仅有效地防止了事故的有效地防止了事故的发发发发生，生，还还还还能能 减少减少对轮对轮对轮对轮 胎的摩胎的摩损损损损。 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第二节节 机械零件材料学基础础 2 2三聚三聚氰氰氰氰胺胺 （cyanuramidecyanuramide） / /皮革奶皮革奶/ /创创创创新意新意识识识识/ /缺公德缺公德 分子式分子式C3H6N6C3H6N6，有机化合物，被用作化工原料。工，有机化合物，被用作化工原料。工业业业业上三聚上三聚氰氰氰氰胺由双胺由双氰氰氰氰( ( 酰酰酰酰) )胺与氨在高温下反胺与氨在高温下反应应应应或由尿素直接在高温高或由尿素直接在高温高压压压压下制得。下制得。 作作为为为为一种重要的有机化工中一种重要的有机化工中间产间产间产间产 品，主要用来制作三聚品，主要用来制作三聚氰氰氰氰胺胺树树树树脂，具有脂，具有 优优优优良的耐水性、耐良的耐水性、耐热热热热性、耐性、耐电电电电弧性、弧性、优优优优良阻燃性。用途：可用于装良阻燃性。用途：可用于装饰饰饰饰板的制板的制 作，用于氨基塑料、粘合作，用于氨基塑料、粘合剂剂剂剂、涂料、涂料、币纸币纸币纸币纸 增增强强剂剂剂剂、纺织纺织纺织纺织 助助剂剂剂剂等。等。 主要用途（主要用途（1 1）装）装饰饰饰饰面板：可制成防火、抗震、耐面板：可制成防火、抗震、耐热热热热的的层压层压层压层压 板，色板，色泽鲜艳泽鲜艳泽鲜艳泽鲜艳 、坚坚坚坚固耐固耐热热热热的装的装饰饰饰饰板，作板，作飞飞飞飞机、船舶和家具的机、船舶和家具的贴贴贴贴面板及防火、抗震、耐面板及防火、抗震、耐热热热热的的 房屋装房屋装饰饰饰饰材料。（材料。（2 2）涂料：用丁醇、甲醇）涂料：用丁醇、甲醇醚醚醚醚化后，作化后，作为为为为高高级热级热级热级热 固性涂料、固固性涂料、固 体粉末涂料的胶体粉末涂料的胶联剂联剂联剂联剂 、可制作金属涂料和、可制作金属涂料和车辆车辆车辆车辆 、电电电电器用高档氨基器用高档氨基树树树树脂装脂装饰饰饰饰漆漆 。 特殊用途：假蛋白原理，三聚特殊用途：假蛋白原理，三聚氰氰氰氰胺是含氮量很高（胺是含氮量很高（6666），其生），其生产产产产工工艺简艺简艺简艺简 单单单单、成本很低，、成本很低，经经经经估算在植物蛋白粉和估算在植物蛋白粉和饲饲饲饲料中使蛋白料中使蛋白质质质质增加一个百分点，用增加一个百分点，用 三聚三聚氰氰氰氰胺的花胺的花费费费费只有真只有真实实实实蛋白原料的蛋白原料的1/51/5。其。其优优优优点在于无气味和味道，点在于无气味和味道，掺杂掺杂掺杂掺杂 后后 不易被不易被发现发现发现发现 ，就成了，就成了掺掺掺掺假、造假者假、造假者趋趋趋趋之若之若鹜鹜鹜鹜最主要原因最主要原因 。 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第二节节 机械零件材料学基础础 二、非金属材料 1工程塑料 2橡胶 常用来制造轮轮胎、垫垫板、隔热热板、传动带传动带 和减振等零件 3夹夹布胶木 常用来制造板材、电电工元件，轻载轻载 无噪声齿轮齿轮 和 耐腐蚀蚀元件。 4其它工业业材料 经经常使用的非金属材料还还有陶瓷、皮革、 木材、纸纸板等 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第二节节 机械零件材料学基础础 三、复合材料 玻璃钢钢 玻璃和塑料结结合而成。 玻璃具有较较高的弹弹性模量和强度，但太 脆，而塑料具有良好的塑性、易于加工，但弹弹性模量和强 度较较低，把两者 结结合起来，就产产生了玻璃钢钢。 硬质质合金 陶瓷与金属粉末烧结烧结 在一起而成。 陶瓷材料硬度好，但不易 于加工成型，将它与金属粉末烧结烧结 在一起，就形成了硬度高，耐磨性好且 易于加工成形的硬质质合金。 硼铝铝复合材料 硼与铝铝合金结结合而成。它的常温和高温强度比高强度的 铝铝合金大得多。美国现现在使用的航天飞飞机的整个桁架支柱，均用硼铝铝复合 材料的管材制造，比原先采用铝铝合金时时，减轻轻重量44%。 通常由两种材料结结合而成，可发挥发挥 材料各自的长处长处 ， 克服各自固有的缺点。常见见的复合材料有： 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第二节节 机械零件材料学基础础 四、钢钢的热处热处 理 热处热处 理: 将钢钢在固体状态态下进进行不同温度的加热热、保温 和冷却的工艺艺方法叫热处热处 理，目的是提高零件的力学性 能和改善其工艺艺性能。 1. 退火 2. 正火 3. 淬火 4. 回火 5. 调质调质 6. 时时效 7. 表面处处理 热处热处 理基本原理示意图图 ( heat treatment ) 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第二节节 机械零件材料学基础础 1.退火 annealing 炉温冷却 把钢钢加热热到临临界温度（在钢钢 的固态态范围围内，引起钢钢内部组织组织 结结构发发生变变化的温度）以上30 50，经经适当保温后，随炉温 一起缓缓慢冷却下来的热处热处 理工艺艺 称为为退火。 退火目的：降低材料的硬度，提高塑性，细细化结结晶组织结组织结 构， 改善力学性能和切削加工性能，消除或减小铸铸件、锻锻件及焊焊接件的 内应应力。 用途：重要零件的预热处预热处 理，安排在铸铸造和锻锻造后、粗加工前以 消除残余应应力。不宜作为为重要零件的最终热处终热处 理。 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第二节节 机械零件材料学基础础 2.正火 normalizing空冷，风风冷或喷雾喷雾 冷却 将零件加热热到临临界温度以上，保温一段时间时间 后，然后再空冷， 风风冷或喷雾喷雾 冷却。它的冷却速度比退火快，作用与退火相似，但比 退火经济经济 ，成本低。 用途：预热处预热处 理，也可作为为不重要零件如普通铸铸件、锻锻接件的 最终热处终热处 理。 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第二节节 机械零件材料学基础础 3.淬火 quenching / hardening 水中或油中迅速冷却 将零件加热热到临临界温度以上，保温一段时间时间 后，然后在水中 或油中迅速冷却。由于淬火温度变变化过过快，材料内部形成较较大 的淬火应应力，会导导致零件的变变形或开裂。 用途：中间热处间热处 理，不能作为为零件的最终热处终热处 理。 4. 回火 tempering 将淬火后零件重新加热热到临临界温度以下某一温度，保温一段 时间时间 后，然后在空气中冷却。根据对对零件要求的不同，可采用 不同的回火温度。回火温度越高，则则材料硬度和强度下降越多， 而其塑性和韧韧性则则相应显应显 著提高。 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第二节节 机械零件材料学基础础 回火种类类： 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第二节节 机械零件材料学基础础 （1） 低温回火 回火温度在150250，主要用来降低材料的脆性和 淬火应应力，并能保持较较高的硬度和耐磨性，常用于刀具、模具等。 （2） 中温回火 回火温度在350500，其特点是即能保持材料一定 的韧韧性，又能保持一定的弹弹性和屈服点，常用于弹弹簧和承受冲击击的零件。 （3） 高温回火 回火温度在500650，使零件获获得强度、硬度、塑 性和韧韧性都良好的综综合力学性能。 用途：作用途：作为为为为零件的最零件的最终热处终热处终热处终热处 理。理。 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第二节节 机械零件材料学基础础 5.调质调质 structural improvement 淬火加高温回火称为调质为调质 。 一些重要的零件，特别别是一些在变应变应 力下工作的零件，如连连杆、 齿轮齿轮 和轴轴等常采用调质处调质处 理。可以减小或消除零件的内应应力，使 零件在工作之前得以充分的变变形，零件尺寸可以稳稳定下来。 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第二节节 机械零件材料学基础础 6.时时效低温时时效和高温时时效。 aging （1）低温时时效 将零件加热热到100150，保温520小时时后，再空冷。 （2）高温时时效 将零件加热热到略低于高温回火的温度，保温后，缓缓冷到 300以下，出炉空冷。 目的：目的：对对于一些要求表面有较 较高的硬度以增加其耐磨性，而 心部要求有较较高的韧韧性以提高其抗冲击击能力的零件，可以采用 表面处处理工艺艺。表面处处理包括表面淬火和化学处处理。 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 第二节节 机械零件材料学基础础 （1） 表面淬火 采用快速加热热的方法，只将零件表面加热热并 淬火。它只改变变表层组织层组织 ，心部并不发发生变变化，心部保持了 一定的韧韧性和强度，而表层层得到强化和硬化。 表面淬火有高 频频感应应加热热表面淬火和火焰加热热表面淬火。 （2）化学处处理 化学处处理是把零件放入化学介质质（碳或氮等 ）中加热热，保温，使介质质元素渗入零件表层层中，使零件表层层 的化学组组成和组织结组织结 构发发生变变化，来获获得对对其心部和表层层不 同性能要求的热处热处 理方法。常用的方法有渗碳、渗氮和碳氮 共渗（氰氰化）等。 080922-5W-3T-6H080922-5W-3T-6H 7. 表面处处理 第三节节 机械设计设计 中的摩擦学基础础 一、摩擦 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 外力作用下，相互接触的两个物体作相对对运动动或有相对对运 动动的趋时趋时 ，其接触表面上就会产产生抵抗滑动动的阻力的现现象 叫做摩擦，所产产生的阻力叫做摩擦力。 干摩擦 摩擦表面间间无任何润润滑剂剂或保护护膜的纯纯金属接触时时的摩擦。摩擦 系数 f = 0.31.5 边边界摩擦（边边界润润滑）两摩擦表面被吸附在表面的边边界膜隔开，其摩擦性质质 与流体的黏度无关，只与边边界膜和表面的吸附性质质有关。边边界膜极薄，不能避 免金属间间的直接接触，这时这时 仍有摩擦力产产生，其摩擦系数 f = 0.10.5。 流体摩擦（流体润润滑）摩擦表面间间的润润滑膜足以将两个表面完全隔开， 即形成了完全的流体摩擦。摩擦系数极小，大约约 f = 0.0010.008，无磨损损 产产生，是理想的摩擦状态态。 混合摩擦（混合润润滑）摩擦表面间处间处 于边边界摩擦和流体摩擦的混合状态时态时 称 为为混合摩擦。大约约 f = 0.010.08。 第三节节 机械设计设计 中的摩擦学基础础 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 二、磨损损表面物质质在摩擦过过程中不断损损失的现现象称为为磨 损损 一般磨损过损过 程 设计设计设计设计 要求：要求：力求缩 缩短磨合期；延长稳长稳 定磨损损期；推迟迟急剧剧磨损损期 091011-5W-3T-6H091011-5W-3T-6H 第三节节 机械设计设计 中的摩擦学基础础 机械设计设计 基础础（BIT）-by 路敦勇 黏着磨损损 由于两摩擦表面间产间产 生黏着现现象而使材料由一 个表面转转移到另一个表面而造成的磨损损称为为黏着磨损损。 磨粒磨损损 两接触表面受外界硬质颗质颗 粒的作用或粗糙硬表面 把软软表面擦伤伤而引起的表面材料脱落的现现象称为为磨粒磨损损。 表面疲劳劳磨损损 两摩擦表面受交变变接触应应力的的作用而形成疲 劳劳裂纹纹或剥落出微片