《机械基础》教学课件-模块一-机械基础概论

机械基础教学PPTMechanicalGeneralEducation机械基础教学PPTMechanicalGeneralEd机械基础目录ContentsPart1Part2Part3Part4Part5机械基础概论金属材料的性能及热处理工程构件的受力与变形机械传动机构连接与轴系零部件Part6液压传动与气压传动机械基础目录ContentsPart1Part2Part认识机械第一单元认识机械机械零件的设计与制造认识机械第一单元认识机械机械零件的设计与制造案例导入

数千年前，我们的祖先就知道利用石斧、石锯、石镰、弓箭等作为生产和狩猎的工具，利用独木舟作为水上交通工具。这些工具的使用就含有简单机械的原理。案例导入数千年前，我们的祖先就知道利用石斧、石锯1.1机械概述古代在动力的利用和机械结构的设计上有着不少精妙之处，如世界上第一台地震仪——候风地动仪、利用齿轮和轮系传动原理制造的指南车和能连续发射的诸葛连弩等。18世纪19世纪末20世纪初20世纪中期蒸汽机的发明促进了欧洲机械工业的快速发展，从而产生了第一次工业技术革命。其后，各种以蒸汽机作为原动机的机械开始出现，如纺织机、蒸汽火车和蒸汽轮船等。第二次工业技术革命的浪潮中，内燃机的出现促进了交通工具的发展与革新。世界上第一辆汽车和第一架飞机相继问世。以电子计算机为代表的第三次工业技术革命逐步兴起，机电一体化技术和计算机控制技术在机械工业中得到应用。我国自主研制的“长征”系列运载火箭（见图1-9），截至2017年7月2日已成功发射250余次。1.1机械概述古代在动力的利用和机械结构的设计上有着不少精1.2机器属于人为的实体组合体各运动实体之间具有确定的相对运动能代替或减轻人类的劳动，利用机械能做功或进行能量转换机器是人们根据使用要求而设计制造的一种执行机械运动的装置，它可以用来变换或传递能量、物料与信息，从而代替或减轻人类的体力和脑力劳动。随着社会的不断进步，各种机器在人们的日常生活和生产活动中扮演着重要的角色，如洗衣机、汽车、起重机、数控车床等。虽然这些机器的形状、结构和用途各不相同，但它们一般具有以下的共同特征：1.2机器属于人为的实体组合体各运动实体之间具有确定的相对1.2.1.1机器的组成

根据组成部分功能不同，一部完整的机器一般包含五个部分。下面以轿车为例，介绍机器各组成部分的含义。

轿车的五个组成部分如图1-11所示，可以看出，一台完整的机器一般由动力部分、执行部分、传动部分、控制部分、支撑及辅助部分组成。1.2.1.1机器的组成根据组成部分功能不同，1.2.1.2机器的类型根据用途不同，机器可分为动力机器、加工机器、运输机器和信息机器，它们各自的用途及应用。类型用途应用举例动力机器实现其他能量与机械能之间的转换

电动机

内燃机1.2.1.2机器的类型根据用途不同，机器可分为动力机器、1.2.1.2机器的类型根据用途不同，机器可分为动力机器、加工机器、运输机器和信息机器，它们各自的用途及应用。类型用途应用举例加工机器用来改变加工对象的尺寸、形状、性质和状态

车床

钻床运输机器用来运输人员或物品

客车

叉车信息机器用来获取或变换信息

传真机

手机1.2.1.2机器的类型根据用途不同，机器可分为动力机器、1.2.2机构

机构是具有确定相对运动的构件的组合，它是用来传递运动和动力的构件系统。机器可以看做是一个或若干个机构的组合。如果从结构和运动的观点来看，机器和机构二者之间没有明显区别，故通常将机器和机构统称为机械。1.2.2机构机构是具有确定相对运动的构件的组合，1.3构件与零件构件是指组成机构的各个具有相对运动关系的实物，它是机构中的运动单元零件是组成机器的基本单元，按照适用范围不同，零件可分为通用零件和专用零件两类通用零件在各种机器中都能用到，如螺栓、螺母、销钉、轴承、齿轮等；专用零件仅用于实现特定功能的机器，如内燃机的曲轴、起重机的吊钩、液压马达的叶片等机器中这种不可拆卸的制造单元称为机械零件，简称零件1.3构件与零件构件是指组成机构的各个具有相对运动关系的实1.4课程内容、性质及任务了解常用机械传动方式，掌握常用机构的运动原理，培养使用、维护一般机械的能力

本课程将“工程材料”“工程力学”“机械原理”等传统机械专业课程的内容进行有机整合，安排了机械基础概论、金属材料的性能与热处理、工程构件的受力与变形、机械传动机构、连接与轴系零部件、液压传动与气压传动等六个模块的内容，突出了教学内容的实用性和综合性，并注重对学生动手能力和解决工程实际问题能力的培养。了解并初步掌握工程实际中简单力学问题的分析方法，并能对工程构件的强度进行分析和计算掌握一般机械中常用工程材料的类别、性能、用途及选材原则，并掌握常用金属材料热处理的作用及方法熟悉常用机械零部件的结构和标准，掌握机械零部件的选用和基本设计方法了解液压与气体传动的基础知识，会进行简单液压与气动系统的调试和维护1.4课程内容、性质及任务了解常用机械传动方式，掌握常用机1.5学习方法综合应用所学知识本课程具有很强的综合性，在学习之前应综合了解工程制图、金工实习、互换性与测量技术等课程的基本知识，并注意各知识点之间的联系01理论联系实际，做到学以致用本课程所学内容与工程实际联系十分紧密，在学习过程中，应注重将所学基本原理与生活中的实物联系起来，以加深对基本理论和知识的理解02学会总结和归纳，提高分析和解决问题的能力本课程的研究对象较多，在学习时应及时对研究对象所涉及的基本理论和原理进行归纳总结，以提高独立分析和解决工程实际问题的能力03在动手实践中领悟知识本课程具有很强的实践性，学生应积极参加课程实验、实习、实训等实践内容，在动手中强化知识，提高能力041.5学习方法综合应用所学知识本课程具有很强的综合性，在学本章小结零件是机器的最小制造单元；构件是机器的运动单元体，也就是相互之间能做相对运动的物体机构是具有确定相对运动的构件的组合。机器是人为实体的组合，它的各部分之间具有确定的相对运动，并能减轻甚至代替人类的体力劳动，其作用是完成有用的机械功或实现能量的转换从功能划分的角度看，机器主要由动力部分、传动部分、执行部分、控制部分和支撑及辅助部分组成本课程是一门介绍机械基础知识、基本理论和分析方法，在学习过程中应注意理论和实践相结合本章小结零件是机器的最小制造单元；构件是机器的运动单元体，也机械零件的设计与制造第二单元机械零件对材料的要求机械零件的结构工艺性要求摩擦、磨损和润滑机械零件的承载能力机械零件的设计与制造第二单元机械零件对材料的要求机械零件的结2.1机械零件对材料的要求金属材料陶瓷材料高分子材料机械工程材料符合材料金属材料的性能包含使用性能和工艺性能两方面2.1机械零件对材料的要求金属材料陶瓷材料高分子材料机械工机械零件的结构工艺性要求

机械零件的结构工艺性能具体是指其结构制造的可行性和经济性。

零件的结构应简单合理，尽量便于切削加工，减少切削量，提高切削效率；尽量避免或减少装配时的切削加工和手工装配，使拆装方便；尽量组成独立部件或装配单元，以便平行装配机械零件的结构工艺性要求机械零件的结构工艺性能摩擦的类型

摩擦分为滚动摩擦和滑动摩擦，其中滑动摩擦的类型主要有干摩擦、流体摩擦、边界摩擦和混合摩擦。干摩擦干摩擦是表面间无任何润滑剂或保护膜，两摩擦表面直接接触的摩擦边界摩擦边界摩擦是摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能的摩擦流体摩擦流体摩擦是摩擦表面被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间黏性阻力的摩擦混合摩擦混合摩擦是摩擦表面间有润滑油，但不足以保证流体摩擦的摩擦形式摩擦的类型摩擦分为滚动摩擦和滑动摩擦，其中滑动摩擦的2.3.2磨损

机械运动构件之间的摩擦将导致零件表面材料逐渐损耗或迁移，形成磨损。磨损会影响机械的效率，降低工作的可靠性，甚至使机械提前报废。磨合阶段稳定磨损阶段剧烈磨损阶段磨合阶段包括摩擦表面轮廓峰的形成变化和表面材料被加工硬化的两个过程。由于机件加工后的表面总具有一定的表面粗糙度，在磨合初期，只有很少的轮廓峰接触，因此接触面上真实应力很大，使接触轮廓峰压碎和塑性变形，同时薄的表层被冷作硬化，原有的轮廓峰逐渐消失，变成形状和尺寸均不同于原样的新轮廓峰。稳定磨损阶段的长短代表零件使用寿命的长短。在这个阶段内，零件在平稳而缓慢的速度下磨损，它标志着摩擦条件保持相对稳定烈磨损阶段中摩擦副的温度急剧增大，磨损速度也急剧增大，这时必须停机并更换零件。经过稳定磨损阶段后，零件的表面遭到破坏，运动副中的间隙增大，引起额外的运动载荷，出现噪声和振动。2.3.2磨损机械运动构件之间的摩擦将导致零件表2.3.3润滑

对机械进行润滑是减少摩擦和磨损、提高机械效率、减少能量损失、降低材料消耗、保证机器工作可靠性的有效手段。在摩擦面间加入润滑剂不仅可以降低摩擦、减轻磨损、保证零件不遭锈蚀，而且在采用循环润滑时还能起到散热降温的作用。由于液体的不可压缩性，润滑油膜还具有缓冲、吸振的能力。使用膏状的润滑脂，既可防止内部的润滑剂外泄，又可阻止外部杂质侵入，避免加剧零件的磨损，起到密封的作用。2.3.3润滑对机械进行润滑是减少摩擦和磨损、提2.4机械零件的承载能力

机械零件由于某种原因不能正常工作的情况，称为失效。在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度，称为工作能力。通常此限度是对承受载荷而言的，所以习惯上又称为承载能力。

机械零件常见的失效形式有整体断裂、过大的残余变形、零件表面的破坏以及破坏正常工作条件引起的失效。2.4机械零件的承载能力机械零件由于某种原因2.4.1整体断裂

零件在受到外载荷作用时，由于某一危险截面上受力超过零件的承载能力而发生断裂，或者零件在受交变外力的作用时，危险截面上发生的疲劳断裂均属此类，如螺栓的断裂、齿轮轮齿根部的折断、泰坦尼克号的断裂。2.4.1整体断裂零件在受到外载荷作用时，由过大的残余变形零件表面的破坏破坏正常工作条件引起的失效零件在工作时，有时会产生过大的残余变形。例如，轴由于过大的弹性形变（即刚度不足），致使轴颈在轴承中倾斜，若轴上装有齿轮则齿轮受载不均匀，以致影响正常工作。零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳。腐蚀是发生在金属表面的一种电化学侵蚀现象，使金属表面产生锈蚀，从而使零件表面遭到破坏，处于潮湿空气中或与水、蒸汽及其他腐蚀性介质相接触的金属零件均有可能发生腐蚀现象；所有做相对运动的零件接触表面都有可能发生磨损；而在交变应力条件下工作的零件表面则有可能发生接触疲劳。有些零件只有在一定的工作条件下才能正常工作。过大的残余变形零件表面的破坏破坏正常工作条件引起的失效零件在本章小结选择机械零件的材料时，要满足零件的使用性能和工艺性能的要求，同时兼顾合理的经济性机械零件的结构工艺性是指其结构制造的可行性和经济性滑动摩擦有干摩擦、流体摩擦、边界摩擦和混合摩擦四种类型机械运动构件之间的摩擦将导致零件表面材料逐渐损耗或迁移，即形成磨损。一个零件的磨损过程大致可分为磨合阶段、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段对机械进行润滑是减少摩擦和磨损、提高机器效率、减少能量损失、降低材料消耗、保证机器工作可靠性的有效手段机械零件由于某种原因不能正常工作的情况，称为失效。在不发生失效的条件下，零件所能安全工作的限度，称为工作能力。本章小结选择机械零件的材料时，要满足零件的使用性能和工艺性能机械基础教学PPTMechanicalGeneralEducation机械基础教学PPTMechanicalGeneralEd机械基础目录ContentsPart1Part2Part3Part4Part5机械基础概论金属材料的性能及热处理工程构件的受力与变形机械传动机构连接与轴系零部件Part6液压传动与气压传动机械基础目录ContentsPart1Part2Part认识机械第一单元认识机械机械零件的设计与制造认识机械第一单元认识机械机械零件的设计与制造案例导入

数千年前，我们的祖先就知道利用石斧、石锯、石镰、弓箭等作为生产和狩猎的工具，利用独木舟作为水上交通工具。这些工具的使用就含有简单机械的原理。案例导入数千年前，我们的祖先就知道利用石斧、石锯1.1机械概述古代在动力的利用和机械结构的设计上有着不少精妙之处，如世界上第一台地震仪——候风地动仪、利用齿轮和轮系传动原理制造的指南车和能连续发射的诸葛连弩等。18世纪19世纪末20世纪初20世纪中期蒸汽机的发明促进了欧洲机械工业的快速发展，从而产生了第一次工业技术革命。其后，各种以蒸汽机作为原动机的机械开始出现，如纺织机、蒸汽火车和蒸汽轮船等。第二次工业技术革命的浪潮中，内燃机的出现促进了交通工具的发展与革新。世界上第一辆汽车和第一架飞机相继问世。以电子计算机为代表的第三次工业技术革命逐步兴起，机电一体化技术和计算机控制技术在机械工业中得到应用。我国自主研制的“长征”系列运载火箭（见图1-9），截至2017年7月2日已成功发射250余次。1.1机械概述古代在动力的利用和机械结构的设计上有着不少精1.2机器属于人为的实体组合体各运动实体之间具有确定的相对运动能代替或减轻人类的劳动，利用机械能做功或进行能量转换机器是人们根据使用要求而设计制造的一种执行机械运动的装置，它可以用来变换或传递能量、物料与信息，从而代替或减轻人类的体力和脑力劳动。随着社会的不断进步，各种机器在人们的日常生活和生产活动中扮演着重要的角色，如洗衣机、汽车、起重机、数控车床等。虽然这些机器的形状、结构和用途各不相同，但它们一般具有以下的共同特征：1.2机器属于人为的实体组合体各运动实体之间具有确定的相对1.2.1.1机器的组成

根据组成部分功能不同，一部完整的机器一般包含五个部分。下面以轿车为例，介绍机器各组成部分的含义。

轿车的五个组成部分如图1-11所示，可以看出，一台完整的机器一般由动力部分、执行部分、传动部分、控制部分、支撑及辅助部分组成。1.2.1.1机器的组成根据组成部分功能不同，1.2.1.2机器的类型根据用途不同，机器可分为动力机器、加工机器、运输机器和信息机器，它们各自的用途及应用。类型用途应用举例动力机器实现其他能量与机械能之间的转换

电动机

内燃机1.2.1.2机器的类型根据用途不同，机器可分为动力机器、1.2.1.2机器的类型根据用途不同，机器可分为动力机器、加工机器、运输机器和信息机器，它们各自的用途及应用。类型用途应用举例加工机器用来改变加工对象的尺寸、形状、性质和状态

车床

钻床运输机器用来运输人员或物品

客车

叉车信息机器用来获取或变换信息

传真机

手机1.2.1.2机器的类型根据用途不同，机器可分为动力机器、1.2.2机构

机构是具有确定相对运动的构件的组合，它是用来传递运动和动力的构件系统。机器可以看做是一个或若干个机构的组合。如果从结构和运动的观点来看，机器和机构二者之间没有明显区别，故通常将机器和机构统称为机械。1.2.2机构机构是具有确定相对运动的构件的组合，1.3构件与零件构件是指组成机构的各个具有相对运动关系的实物，它是机构中的运动单元零件是组成机器的基本单元，按照适用范围不同，零件可分为通用零件和专用零件两类通用零件在各种机器中都能用到，如螺栓、螺母、销钉、轴承、齿轮等；专用零件仅用于实现特定功能的机器，如内燃机的曲轴、起重机的吊钩、液压马达的叶片等机器中这种不可拆卸的制造单元称为机械零件，简称零件1.3构件与零件构件是指组成机构的各个具有相对运动关系的实1.4课程内容、性质及任务了解常用机械传动方式，掌握常用机构的运动原理，培养使用、维护一般机械的能力

本课程将“工程材料”“工程力学”“机械原理”等传统机械专业课程的内容进行有机整合，安排了机械基础概论、金属材料的性能与热处理、工程构件的受力与变形、机械传动机构、连接与轴系零部件、液压传动与气压传动等六个模块的内容，突出了教学内容的实用性和综合性，并注重对学生动手能力和解决工程实际问题能力的培养。了解并初步掌握工程实际中简单力学问题的分析方法，并能对工程构件的强度进行分析和计算掌握一般机械中常用工程材料的类别、性能、用途及选材原则，并掌握常用金属材料热处理的作用及方法熟悉常用机械零部件的结构和标准，掌握机械零部件的选用和基本设计方法了解液压与气体传动的基础知识，会进行简单液压与气动系统的调试和维护1.4课程内容、性质及任务了解常用机械传动方式，掌握常用机1.5学习方法综合应用所学知识本课程具有很强的综合性，在学习之前应综合了解工程制图、金工实习、互换性与测量技术等课程的基本知识，并注意各知识点之间的联系01理论联系实际，做到学以致用本课程所学内容与工程实际联系十分紧密，在学习过程中，应注重将所学基本原理与生活中的实物联系起来，以加深对基本理论和知识的理解02学会总结和归纳，提高分析和解决问题的能力本课程的研究对象较多，在学习时应及时对研究对象所涉及的基本理论和原理进行归纳总结，以提高独立分析和解决工程实际问题的能力03在动手实践中领悟知识本课程具有很强的实践性，学生应积极参加课程实验、实习、实训等实践内容，在动手中强化知识，提高能力041.5学习方法综合应用所学知识本课程具有很强的综合性，在学本章小结零件是机器的最小制造单元；构件是机器的运动单元体，也就是相互之间能做相对运动的物体机构是具有确定相对运动的构件的组合。机器是人为实体的组合，它的各部分之间具有确定的相对运动，并能减轻甚至代替人类的体力劳动，其作用是完成有用的机械功或实现能量的转换从功能划分的角度看，机器主要由动力部分、传动部分、执行部分、控制部分和支撑及辅助部分组成本课程是一门介绍机械基础知识、基本理论和分析方法，在学习过程中应注意理论和实践相结合本章小结零件是机器的最小制造单元；构件是机器的运动单元体，也机械零件的设计与制造第二单元机械零件对材料的要求机械零件的结构工艺性要求摩擦、磨损和润滑机械零件的承载能力机械零件的设计与制造第二单元机械零件对材料的要求机械零件的结2.1机械零件对材料的要求金属材料陶瓷材料高分子材料机械工程材料符合材料金属材料的性能包含使用性能和工艺性能两方面2.1机械零件对材料的要求金属材料陶瓷材料高分子材料机械工机械零件的结构工艺性要求

机械零件的结构工艺性能具体是指其结构制造的可行性和经济性。

零件的结构应简单合理，尽量便于切削加工，减少切削量，提高切削效率；尽量避免或减少装配时的切削加工和手工装配，使拆装方便；尽量组成独立部件或装配单元，以便平行装配机械零件的结构工艺性要求机械零件的结构工艺性能摩擦的类型

摩擦分为滚动摩擦和滑动摩擦，其中滑动摩擦的类型主要有干摩擦、流体摩擦、边界摩擦和混合摩擦。干摩擦干摩擦是表面间无任何润滑剂或保护膜，两摩擦表面直接接触的摩擦边界摩擦边界摩擦是摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开，摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能的摩擦流体摩擦流体摩擦是摩擦表面被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间黏性阻力的摩擦混合摩擦混合摩擦是摩擦表面间有润滑油，但不足以保证流体摩擦的摩擦形式摩擦的类型摩擦分为滚动摩擦和滑动摩擦，其中滑动摩擦的2.3.2磨损

机械运动构件之间的摩擦将导致零件表面材料逐渐损耗或迁移，形成磨损。磨损会影响机械的效率，降低工作的可靠性，甚至使机械提前报废。磨合阶段稳定磨损阶段剧烈磨损阶段磨合阶段包括摩擦表面轮廓峰的形成变化和表面材料被加工硬化的两个过程。由于机件加工后的表面总具有一定的表面粗糙度，在磨合初期，只有很少的轮廓峰接触，因此接触面上真实应力很大，使接触轮廓峰压碎和塑性变形，同时薄的表层被冷作硬化，原有的轮廓峰逐渐消失，变成形状和尺寸均不同于原样的新轮廓峰。稳定磨损阶段的长短代表零件使用寿命的长短。在这个阶段内，零件在平稳而缓慢的速度下磨损，它标志着摩擦条件保持相对稳定烈磨损阶段中摩擦副的温度急剧增大，磨损速度也急剧增大，这时必须停机并更换零件。经过稳定磨损阶段后，零件的表面遭到破坏，运动副中的间隙增大，引起额外的运动载荷，出现噪声和振动。2.3.2磨损机械运动构件之间的摩擦将导致零件表2.3.3润滑

对机械进行润滑是减少摩擦和磨损、提高机械效率、减少能量损失、降低材料消耗、保证机器工作可靠性的有效手段。在摩擦面间加入润滑剂不仅可以降低摩擦、减轻磨损、保证零件不遭锈蚀，而且在采用循环润滑时还能起到散热降温的作用。由于液体的不可压缩性，润滑油膜还具有缓冲、吸振的能力。使用膏状的润滑脂，既可防止内部的润滑剂外泄，又可阻止外部杂质侵入，避免加剧