机电设备第一章

第一章机器的组成与制造潘向阳上海财经大学资产评估专业硕士《机电设备评估》1第一节机器的组成2从功能角度分析，大部分机器都包含有外界输入能量的动力部分、履行机器功能的执行部分（即工作部分）、介于动力部分和工作部分之间的传动部分及控制部分。3（一）动力部分：原动机及其相应的配套装置。它的作用是将其它形式的能量转变为机械能。

4（二）传动部分：在动力部分和执行部分之间的中间装置，任务是将动力部分提供的机械能以动力和运动的形式，传递给工作部分。5按传动比变化情况分类

传动分类说明传动举例定传动比传动输入与输出转速对应，适用于工作机工况固定，或其工况与动力机工况对应变化的场合带、链、摩擦轮传动，齿轮、蜗杆变传动比

有级调速一个输入转速对应若干个输出转速，且按某种数列排列，适用于动力机工况固定而工作机有若干种工况的场合，或用来扩大动力机的调速范围

齿轮变速箱、塔轮传动

无级调速一个输入转速对应于某一范围内无限多个输出转速，适用于工作机工况极多或最佳工况不明确的情况各种机械无级调速器、液力耦合器及变矩器、电磁滑差离合器、流体粘性传动按周期性输出角速度是输入角速度的周期性函数，用来实现函数传动及改善某些机构的动力特性非圆齿轮、凸轮、连杆机构、组合机构6（三）工作部分：直接完成机器的预定功能的部分，如车床的刀架；车辆的车厢；飞机的客、货舱等。

工作部分是机器设备区分和分类的依据

7（四）控制部分

控制器要完成被控参数的调节，应有四个基本部件：给定值发生器、比较器、驱动和执行机构、检测变换元件。81.模拟控制与数字控制在一个系统中，如果各环节间所有的信号都是模拟量，这个系统就称为模拟控制系统或模拟控制器；如果各环节间有一个或多个信号为数字信号，则该系统称为数字控制系统或数字控制器。

2.闭环控制系统和开环控制系统3.计算机控制系统控制器是控制系统的关键

9二、按照结构分析机器的组成

10第二节机械工程常用材料一、机械工程常用材料的分类

二、常用的机械工程材料

三、金属材料的工程性能

四、材料的选用原则

11第二节机械工程常用材料（一）按照材料的组成分类

（二）按照材料的应用分类一、机械工程常用材料的分类12二、常用的机械工程材料

（一）黑色金属：钢和以铁为主的合金碳

素

钢含碳量低碳钢：含碳量＜0.25%中碳钢：含碳量0.25～0.6%高碳钢：含碳量＞0.6%硫、磷含量普通碳素钢：S含量低于0.055%，P含量低于0.045%优质碳素钢：S、P含量均低于0.040%高级优质碳素钢：S的含量低于0.030%，P的含量低于0.035%用途碳素结构钢，主要用于制造各种工程构件和机器零件，属于低碳和中碳钢。碳素工具钢，主要用于制造各种刀具、工具、量具、模具等，属于高碳钢。合

金

钢用途合金结构钢（普通低合金钢、易削钢、弹簧钢、轴承钢等）合金工具钢（刃具钢、模具钢、量具钢等）特殊性能钢（不锈钢、耐热钢、耐磨钢等）合金元素含量低合金钢：合金元素含量＜5%中合金钢：合金元素含量5～10%高合金钢：合金元素含量＞10%正火状态珠光体钢、马氏体钢、贝氏体钢、奥氏体钢以及铁素体钢。13钢的牌号：黑色金属牌号举例

材料举例方法普通碳素结构钢Q235AFQ+屈服极限+质量等级+脱氧方法（沸腾钢）

屈服极限为235Mpa、质量等级为A、沸腾钢优质碳素结构钢45、45Mn万分之含碳量

45钢，含碳量为0.45%；45Mn，钢中含锰较多，在0.7%～1.2%碳素工具钢T8、T8AT+千分之含碳量。含碳量较高（0.65%～1.35%）

T8A，高级优质碳素工具钢合金结构钢12CrNi3万分之含碳量+合金元素符号+合金元素百分含量（1.5%以下不注）

含碳量为0.12%；Cr含量小于1.5%，Ni的含量为3%合金工具钢9CrSi千分之含碳量（≥1%不注）+合金元素符号+合金元素百分含量（1.5%以下不注）

表示含碳量为0.9%；Cr、Si的含量均小于1.5%滚动轴承钢GGr13G+Cr+铬含量的千分之几

滚动轴承钢都是高级优质钢，但是不加“A”

表示铬的含量为1.3%灰口铸铁HT150HT+抗拉极限

表示抗拉强度为150MPa球墨铸铁QT500—7QT+最低抗拉极限+—+最小伸长率

最低抗拉强度为500MPa，最小伸长率为7%14铸铁

铸铁：分为灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸铁四种。

灰口铸铁：脆性大，成本低，铸造性、减振性能好，可制成形状复杂的零件。

球墨铸铁：含球状石墨，球墨铸铁特点是强度、塑性、韧性比灰口铸铁好，具有较高的延展性和耐磨性，减振性、耐磨性、切削性能、铸造性均优于钢。15（二）有色金属

指非铁金属及其合金。

铜合金。可以分为黄铜、锡青铜、铝青铜、铍青铜以及白铜。其中，黄铜为铜锌合金。

此外，还有铝合金、钛合金等。16（三）非金属材料包括工程塑料、橡胶、人工合成矿物及复合材料材料特点说明工程材料密度小，耐蚀性好，绝缘，加工性好。机械强度差，特别是刚性差，耐热性低，一般为100°C以下。散热性差，易老化，易燃。如：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯和聚酰胺（尼龙）、有机玻璃、ABS塑料。

塑料袋橡胶弹性好，绝缘性好，耐磨损，耐化学腐蚀，耐放射性。常用的橡胶材料有天然橡胶、合成橡胶和特种合成橡胶。主要用于弹性材料、密封材料、减振材料、传动材料。

自行车内胎人工合成矿石

主要有刚玉和石英复合材料力学性能好，并且具有某种特殊的热、电、光、磁性。由基体材料和增强材料组成。基体是强度高、韧性好的材料；增强材料是高强度、高弹性模量的材料。

汽车轮胎，实际上就是一种复合材料。通俗：钢筋混泥土。17三、金属材料的工程性能（一）力学性能是结构件选材的主要依据。其中包括强度、刚度、塑性、韧性、硬度等（三度两性）强度主要有比例极限、弹性极限、屈服极限及强度极限。（把握“极限”两个字）刚度反映了材料抵抗弹性变形的能力。主要是弹性模量，数值上等于产生单位应变所需要的应力。（举例：橡胶的刚度就很差，因为非常容易变形）塑性衡量材料延展性性能的指标，包括伸长率和断面收缩率。（黄金的塑形好，可以制成很薄的金箔）韧性衡量材料承受冲击载荷的能力。韧性是材料破坏所需要的功。主要指标是冲击韧度，代表材料缺口处单位面积上所消耗的冲击功。硬度表明材料表面在一个小体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破裂的能力。常采用压痕深度或压痕单位表面积所承受的载荷作为硬度值高低的指标。布式、洛式和维式硬度。18黑色金属材料力学性能的影响因素。1.含碳量的影响2.合金元素的影响3.温度的影响4.热处理的影响（二）材料的工艺性能。材料的工艺性能主要指铸造性、可锻性、可焊性以及切削加工性等（能否容易被加工的性能）。

（三）在机械工程行业中，物理化学性能不是主要参数，但是在某些情况下，也必须考虑。

材料的物理性能，主要包括密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性及磁性等。

材料的化学性能，主要包括耐腐蚀性、抗氧化性、以及热化学稳定性等。

19四、材料的选用原则

（一）使用要求考虑的主要因素是零件的工作和受载情况、对零件尺寸和重量的限制以及零件的重要程度。（二）工艺要求主要涉及到工艺方法、生产条件以及毛坯的制取方法。（三）对经济要求的考虑在满足使用和工艺要求前提下，应选用普通材料和价格低廉的材料，以降低生产成本。20第三节机器制造基本过程一、机器的生产过程和工艺过程

二、毛坯生产

三、切削加工

四、热处理

五、装配

21（一）机器的生产过程

22（二）机器的制造工艺过程1.工序：工艺过程最基本的组成单位。2.工艺规程：工程技术人员用表格或文字形式确定最合理的零件加工方法或加工进程，作为组织生产、指导生产、编制生产计划的依据。3.工艺过程卡片：按工序填写的表格，用以说明零件各工序的加工内容、所需设备、加工车间及各工序的先后次序。

23二、毛坯生产

（一）铸造【注意】一般铸件精度低，加工余量大，其力学性能特别是抗冲击性能较差。24（二）压力加工压力加工的主要生产方法有锻造和冲压。

锻造自由锻方法：加热坯料放在平砧之间

特点：自由锻精度低、生产率不高，适用于单件、小批量、形状简单的零件。（以前年用的菜刀，镰刀等）模锻方法：加热坯料放在锻模模膛内；

特点：模锻精度高、可以锻造形状比较复杂的零件，加工余量小，生产率高，但需要锻模，只适用于生产大批量中小型零件。（制作月饼可以看成是模锻的一种）冲压方法：利用冲模对板料（包括带材、管材、型材）加压，使之产生分离或变形。

特点：冲压主要应用于加工塑性良好的板材或其它薄壁的型材。冲压可以冲制出形状复杂、尺寸精度较高的零件，一般不经机械加工即可使用。（铁皮脸盆）25（三）焊接熔焊方法：焊接接头处加热至熔化状态，凝固后连接成一个整体。

举例：气焊、电弧焊、电渣焊、等离子焊。压焊方法：接头处加热（或者不加热），但一定要加压，使之紧密接触，连接成一个整体。

举例：摩擦焊、电阻焊。钎焊方法：被焊金属不熔化，利用熔点较低金属作为钎料熔化后将焊件连接起来。

举例：铜导线的焊接（又如电烙铁）优点：可以以小拼大，气密性好，生产周期短，不需要重型和专业设备，可以生产出较好强度和刚度，质量轻，材料利用率高的毛坯。

缺点：抗振性差，易变性。26三、切削加工

四、热处理

（一）普通热处理

27

相关注意：

1.相变温度物质从一种状态转变成另一种状态的温度。比如从固态转变到液态的温度。

(退火与正火的比较)2.若零件尺寸较大或形状较复杂，正火可能会产生较大的内应力和变形，甚至开裂。

(回火与淬火的关系)3.淬火和回火必须配合使用，单独进行任何一个操作都是没有意义的。28（二）表面热处理

表面淬火表面淬火是在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速加热将表面层奥氏体化后进行淬火，以强化零件表面的热处理方法。目前生产中广为应用的是感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火化学热处理将钢件置于一定温度的特定介质中保温，使介质中的活性原子渗入钢件表层，从而改变表层的化学成分和组织来改变其性能的一种热处理工艺。化学热处理的方法有：渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗铬、渗铝、渗硼等。

目前生产中最常用的是渗碳、渗氮和碳氮共渗。【注意】与表面淬火相比，化学热处理不仅改变表层组织，而且还改变其化学成分，因此能更有效的改变表层性能。29五、装配

30第四节零件加工质量零件加工质量主要指标包括加工精度和表面粗糙度两个方面。零件表面的尺寸、形状和相互位置以及表面粗糙度反映了零件的几何特征；材料的强度、硬度、弹性、刚度都反映了零件的物理机械特征。31一、加工精度(it)（一）尺寸精度（二）形状精度（三）位置精度

32（一）尺寸精度33偏差可以是正值，可以是负值，也可以是0，公差一定是正值。34国家标准规定：尺寸公差由IT01、IT00、IT1—IT18共有20个等级IT01精度最高、IT18精度最低。精度越高，加工越困难，成本越高。

(了解各个等级的应用范围)35（二）形状精度

轴的形状误差36（三）位置精度一个完全确定的形位公差带（形状和位置）由“公差带形状”、“公差带大小”、“公差带方向”和“公差带位置”四个要素确定。形位公差特征项目一共14种37形状和位置公差带的形状通常，尺寸精度要求高，形状和位置精度要求也高但也有例外，例如钳工用平台，几何形状精度要求高，而位置精度和尺寸精度可稍微低一些。38二、表面粗糙度Ra

表面粗糙度对机器零件的配合性质、耐磨性、工作精度、抗腐蚀性均有较大影响。但不影响强度和刚度。Ra值越小，被测表面越光滑，零件的质量越高；反之，Ra越大，表面越粗糙。39三、配合

（一）配合：间隙配合、过盈配合、过渡配合间隙配合40过盈配合41过盈配合42（二）配合的选择1.轴和孔配合后有相对运动（转动或移动）的要求，应选用间隙配合。2.轴和孔靠配合面传递载荷时，应选用过盈配合。3.轴和孔配合后要求有定位精度，而且经常拆卸的，主要选用过渡配合，但也可以根据情况选用间隙不大的间隙配合或过盈不大的过盈配合。

43第五节生产纲领和生产类型生产纲领企业每年生产合格产品的产量，体现企业的生产规模。生产类型主要有单件生产、成批生产和大量生产。

生产类型生产水平含义单件生产高单个或少量地制造相同产品。很少重复或完全不重复成批生产中成批地制造相同的产品，并且按一定的周期重复地进行生产。大量生产低连续不断地生产数量很多的相同产品。44二、不同生产类型的工艺特征

项目单件生产成批生产大量生产加工对象经常变换周期性变换固定不变毛坯木模铸造或自由锻部分采用金属型或模锻广泛采用金属型、机器造型、