一机械基础知识

现代施工工程机械

工程机械是指用于基本建设领域中各类专用施工机械。包括建筑工程、市政工程、道桥工程、港口工程、国防工程等所使用的施工机械。建筑机械对减轻繁重的体力劳动、节约劳动力、保证施工质量、加快工程进度、降低工程造价、提高劳动生产率起到决定性作用。工程机械对建筑工程中施工机械化及建筑工业化的发展，具有极其重要的意义。机械化程度和机械化水平，是衡量一个国家建筑业水平和社会生产力发展的重要标志。现代施工工程机械在建筑施工中的作用建筑施工机械是建筑工程技术专业的技术基础课。对于从事建筑工程施工管理工作的工程技术人员来说，在生产管理过程中必然会遇到机械设备的科学管理、正确使用、维护保养和充分发挥其效能的问题；从现代科学技术的发展看，各种技术的相互渗透日益广泛和深入，为了保证施工生产的顺利进行、施工工艺的不断改进和施工技术的不断提高，必须掌握有关机械方面的知识。本课程的任务和要求是：（1）了解机械常用工程材料和热处理的基本知识。（2）掌握机械传动中常用机构和主要通用零件的类型、工作原理、特点和应用，并具有运用和分析简单传动装置的能力。本课程的性质、任务和学习方法（3）了解液压传动中常用液压元件及典型基本回路的工作原理、特点和应用，并初步具有阅读简单液压系统图的能力。（4）掌握各种机械的基本构造、工作原理、主要性能参数和适用范围，初步具有合理选择机械、正确使用机械和定期维护保养机械的能力，为学好施工技术和施工组织课程以及毕业后从事施工管理工作打下良好的基础。建筑施工机械课程涉及知识面广，内容多，整个教材以介绍结构和工作原理为主。机械基础知识机械的基本慨念、金属材料及热处理教学目的：通过本讲的学习对机械有一初步的认识，对金属材料及其热处理有初步的了解教学内容：

1、机械的基本慨念

2、金属材料的机械性能

3、常用的金属材料

4、钢的热处理教学重点：

1、常用的金属材料

2、钢的热处理教学难点：钢的热处理1、

机器——执行机械运动，以变换和传递能量、物料和信息的装置一、机械的基本概念什么是机械呢？

特点：

1）是人为实物的组合体，

2）具有确定的相对运动，可以用来转换能量、完成有用功或处理信息，

3）以代替或减轻人的劳动。机械——机器与机构的统称§1－1本课程研究的对象和内容气缸体1活塞2进气阀3排气阀4连杆5曲轴6凸轮7顶杆8齿轮9机器实例：内燃机功用：内燃机是将燃气燃烧时的热能转化为机械能的机器组成：见右图

活塞下行，进气阀打开，燃气被吸入气缸活塞上行，进气阀关闭，压缩燃气点火后燃气燃烧膨胀，推动活塞下行，经连杆带动曲轴输出转动

活塞上行，排气阀打开，排出废气单缸四冲程内燃机工作循环过程：

进气→压缩→作功→排气§1－1本课程研究的对象和内容主要工作机构：

曲柄滑块机构：

用于实现移动与转动之间的运动变换，完成作功、吸气、压缩、排气等工作过程所需的运动。凸轮机构：

用于启闭进气阀、排气阀。齿轮机构:

用于保证进气阀、排气阀和活塞之间形成一定的运动规律（曲轴每转两周进、排气阀各启闭一次）。各部分协同动作，完成能量转换。§1－1本课程研究的对象和内容2、机构——只能实现运动和力的传递与变换的装置称为机构。一部机器可能包含多种类型的机构，也可能只包含一种机构。带传动机构链传动机构凸轮机构齿轮机构连杆机构3、机器和机构的区别：机器能作有用功，而机构不能。机构不具备机器的第三个特征（代替或减轻人类的劳动）机构仅能实现预期的机械运动。机器是由几个机构组成的系统，最简单的机器只有一个机构。从运动的观点，构件为机械的最小运动单元体连杆4、构件——组成机器的各个相对运动的单元称为构件，构件是运动的基本单元。§1－1本课程研究的对象和内容

构件由零件组成；从机器制造的角度，它是一部机器的最小制造单元；拆卸后不可再拆的最小单元。5、零件§1－1本课程研究的对象和内容6、部件：为完成同一使命而协同工作的许多零件的组合。如：滚动轴承、联轴器等。7、装配按机械设计时的要求，将零件和部件连接成机械产品的过程。§1－1本课程研究的对象和内容专用零部件：只在一定类型机器中使用的零件，如曲轴。通用零部件：各种机器中普遍使用的零部件，如齿轮、螺栓。标准件：制定了国家标准，并由专门工厂生产的零部件。如：滚动轴承、螺栓等。机器的组成：

机器种类繁多，形状各异，但就其功能而言，机器是由五个部分组成。§1－1本课程研究的对象和内容轿车组成：二、金属材料的机械性能及工艺性能kb极限载荷点Fe弹性极限点s屈服点断裂点oFFL

力学拉伸试验曲线纵坐标表示力F，单位N；横坐标表示伸长量△L，单位为mm。力学拉伸试验金属材料的机械性能强度：是指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。强度极限和屈服极限刚度：是指材料抵抗弹性变形的能力。弹性模量E:在弹性变形范围内，应力与应变的比值E为常数，称为弹性模量；塑性：是指在外力作用下，金属产生塑性变形而不产生断裂的能力。金属材料的机械性能主要是指在外力作用下表现出来的特性。延伸率：收缩率：硬度：材料抵抗压入物压陷的能力，常用的洛氏硬度和布氏硬度分别为：HRC和HBC。韧性：在冲击载荷作用下，材料抵抗破坏的能力。疲劳强度：金属材料受到交变载荷作用时会产生交变应力，即使其应力未超过屈服极限，但当应力循环次数增加到某一数值N后，材料也会发生断裂，这种现象，叫金属的疲劳。（二）金属材料的工艺性能

是指金属材料所具有的能够适应各种加工工艺要求的能力。金属材料常用的加工工艺方法：铸造、压力加工、焊接、切削加工、热处理等。各种工艺方法对材料提出的要求铸造：将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔中，待其凝固后而得到的一定形状和性能的铸件的方法。铸造性：是指浇注时液态金属的流动性、凝固时的收缩性和偏析倾向等。灰口铸铁和青铜有良好的铸造性能。锻造性：是指材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。低碳钢的锻造性好，一般铸铁没有锻造性。焊接性：是指材料在通常的焊接方法和焊接工艺条间下，能否获得良好焊缝的性能。低碳钢的焊接性能好，铸铁的焊接性能差。切削加工性：是指对材料进行切削加工的难易程度。灰口铸铁具有良好的切削加工性。三、常用金属材料常用钢铁材料的分类和牌号碳钢－碳含量ωc＜2.11%的铁碳合金铸铁－碳含量ωc＞2.11%的铁碳合金合金钢－为改善钢的组织、性能，在冶炼时特意加入合金元素的钢（一）碳钢的分类和牌号（二）合金钢的分类和牌号（三）铸铁（一）碳钢的分类和牌号1.碳钢的分类⑴按碳的含量分类低碳钢ωc≤0.25％中碳钢0.25％≤ωc≤0.60％高碳钢ωc＞0.60%⑵按钢的质量分类普通钢钢中S≤0.050％，P≤0.045％优质钢钢中S≤0.035％，P≤0.035％高级优质钢钢中S≤0.030％，P≤0.030％⑶按用途分类碳素结构钢主要用于制造工程结构和机械零件。碳素工具钢主要用于各种刀具、量具和模具。专用钢锅炉钢、船用钢、易切钢等⑷按钢液脱氧程度分类沸腾钢（F）镇静钢（Z）半镇静钢（b）2.碳钢的牌号⑴普通碳素结构钢

Q235－A.F

脱氧方法(沸腾钢)

质量等级(分A、B、C、D四级，

D级最高)

屈服点σs数值(235MPa)

屈服点的字母⑵优质碳素结构钢用两位数字表示,数字表示钢中碳的平均含量的万分数08153545

碳的平均含量0.45%⑶碳素工具钢T8AT8

高级优质碳素工具钢碳的平均含量的千分数碳的汉语拼音（二）合金钢的分类和牌号1.合金钢的分类⑴按合金元素含量分类低合金钢钢中合金元素总含量≤5%，中合金钢钢中合金元素总含量5%～10%高合金钢钢中合金元素总含量＞10%⑵按合金元素种类分类根据主加合金元素，分别称为铬钢、锰钢、硅锰钢。。。。。。⑶按主要用途分类合金结构钢合金工具钢特殊性能钢⑷按金相组织分类珠光体钢、马氏体钢、贝氏体钢、奥氏体钢。。。。。。2.合金钢的牌号合金结构钢—两位数字加元素化学符号加数字

合金元素平均含量的百分数(小于1.5%不标出)合金元素碳平均含量的万分数60Si2Mn—碳平均含量为0.60%,硅含量为2%,锰含量小于1.5%的硅锰钢

合金工具钢—一位数字加元素化学符号加数字

合金元素平均含量的百分数(小于1.5%不标出)合金元素碳平均含量的千分数（≥1％时不标注）9Mn2V--碳平均含量为0.9%,锰含量为2%,钒含量小于1.5%的锰钒合金工具钢（三）铸铁分类：白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等常用灰铸铁的牌号：

HT150

最低抗拉强度灰铁

四、45钢的主要性能和用途1．主要性能碳含量0.42～0.5%屈服点σs360MPa抗拉强度σb610Mpa伸长率δ16%断面收缩率ψ40%硬度240HBS冲击韧度50J.cm-2

2．主要用途强度和韧度均较好,经过调质处理后可获得良好的综合力学性能.主要用于受力较大的重要的机械零件:曲轴、连杆、齿轮、机床主轴、键等有色金属材料

与钢、铁相比，有色金属的强度较低。应用它的目的，主要是利用其某些特殊的物理化学性能：如铝、镁、钛及其合金密度小；铜、铝及其合金导电性好；镍、钼及其合金能耐高温等。因此，工业上除大量使用黑色金属外，有色金属也得到广泛的应用。有色金属及其合金种类繁多。选择材料的一般原则1、使用性原则若零件尺寸取决于强度，且尺寸和重量又有所限制时，则应选用强度较高的材料；若零件尺寸取决于刚度，则应选用弹性模量较大的材料（如调质钢、渗碳钢等）；在滑动摩擦下工作的零件，应选用减摩性能好的材料；在高温下工作的零件应选用耐热材料；在腐蚀介质中工作的零件应选用耐腐蚀材料等。2、工艺性原则用金属制造零件的方法基本上有四种：铸造、压力加工（锻造、冲压）、焊接和机械切削加工（车、铣、刨、磨、钻等）。不同加工方法使用的材料不同：比如铸铁具有很好的铸造工艺性，但不能锻造。3、经济性原则

在满足使用要求的前提下，选用材料时还应注意降低零件的总成本。零件的总成本包括材料本身的价格和加工制造的费用。机械化、自动化的生产对材料的加工性能及尺寸规格的一致性要求十分严格，因此不能轻易采用劣质材料来达到降低成本的目的。四、金属材料的热处理与零件的表面处理（一）金属材料的热处理钢的热处理：将钢在固态范围内施以不同形式的加热、保温和冷却，从而改变（或改善）其组织结构，以达到预期性能的操作工艺。热处理不改变工件形状，只改变内部组织结构，以获得不同的机械性能。钢的热处理可以改善钢的加工工艺性能、提高钢的机械性能、增加寿命、耐磨性等。热处理方法：温度时间保温加热高温回火淬火正火退火加热中温回火低温回火普通热处理工艺曲线调质1、退火：将钢件加热到临界温度以上20－30度，经保温一段时间后随热处理炉（或埋入石灰石、沙中冷却）缓慢冷却至500度以下，然后在空气中冷却。目的：降低钢的硬度，改善切削性能；细化钢的晶粒，减少组织的不均匀性，消去工件在锻造、铸造中出现的内应力。2、正火：将钢件加热到临界温度以上30－50度，保温一段时间后从炉中取出在空气中冷却。目的：正火和退火相似，但正火后机械强度略高。3、淬火淬火是将工件加热到临界温度以上30－50度，保温一定时间，然后在水或盐水或油中急速冷却。目的：提高钢的硬度、强度和耐磨性能。但急速冷却引起内应力，使钢变脆，所以淬火后必须回火，以得到较高的强度、硬度和韧性。4、回火：将淬火后的工件加热到临界温度以下，保温一定时间后在空气或水或油中冷却。目的：稳定淬火后的组织，消除内应力，稳定尺寸，调整硬度、强度、塑性，获得良好的机械性能。1）调质：淬火＋高温回火（500℃~600℃）目的：可以使钢材获得良好的综合机械性能。广泛应用于承受动载荷的零件，如：轴、齿轮等2）淬火＋中温回火（350℃~500℃）目的：减少淬火应力，提高弹性。用于各种弹簧和某些模具。3）淬火＋低温回火（150℃~250℃）目的：减少淬火应力，降低脆性并保持高硬度。用于要求硬度高，耐磨性好的零件，如刀具、模具等。（二）表面热处理1、表面淬火是将钢件表面迅速加热至淬火温度，而心部温度仍然较低的情况下用水喷射在钢件表面，使之急冷的过程。目的：零件表面具有高硬度和耐磨性，心部保持有足够的强度和韧性。用于动载荷和摩擦条件下工作的零件。如齿轮、曲轴、销轴等。表面淬火后要低温回火来消除内应力。2、化学热处理是将钢件放在某种化学介质中，通过加热、保温、冷却的方法使介质中的某些元素渗入钢件表面，改变了表面层的化学成分，从而使其表面具有与内部不同的特殊性能。一般都是使表面获得高硬度、高疲劳极限，以及耐磨、防腐蚀性能。常见的化学热处理有：渗碳（用于低碳钢）、渗氮、渗铝、渗絡等。机械相关概念（1）机器——具有三个共同的特征：人为地将各个实物进行有机的组合；各实物之间具有确定的相对运动；可代替人类或减轻人类的劳动体能（2）机构——只能实现运动和力的传递与变换的装置称为机构。（3）机器和机构最明显的区别是：机器能作有用功，而机构不能，唯一的区别是机构不具备机器的第三个特征（代替或减轻人类的劳动）机构仅能实现预期的机械运动。两者之间也有联系，机器是由几个机构组成的系统，最简单的机器只有一个机构。（4）机械——机器与机构的统称（5）构件——

组成机构的各个相对运动部分，它是运动的最小单元。（6）零件——

是制造的最小单元金属材料的机械性能强度：是指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。刚度：是指材料抵抗弹性变形的能力。塑性：是指在外力作用下，金属产生塑性变型而不产生断裂的能力。硬度：材料抵抗压入物压陷的能力，韧性：在冲击载荷作用下，材料抵抗破坏的能力。疲劳强度：金属材料受到交变载荷作用时会产生交变应力，即使其应力未超过屈服极限，但当应力循环次数增加到某一数值N后，材料也会发生断裂，这种现象，叫金属的疲劳。金属材料的工艺性能铸造、压力加工、焊接、切削加工金属材料的热处理与零件的表面处理温度时间保温加热高温回火淬火正火退火加热中温回火低温回火普通热处理工艺曲线

常用非金属材料工程塑料：聚酰胺、尼龙、等。工业陶瓷：普通陶瓷、特种陶瓷等。复合材料：玻璃纤维树脂基复合材料、层合复合材料。

常用金属材料铸铁

碳素钢

合金钢

有色金属材料

名词解释1.机械：机器、机构的统称。

2.机器：是执行机械运动，变换机械运动方式或传递能量的装置。

3.机构：由若干零件组成，可在机械中转变并传递特定的机械运动。

4.构件：组成机器的各个相对运动的单元称为构件，构件是运动的基本单元。

5.零件：构成机械的最小单元，也是制造的最小单元。6.标准件：是按国家标准(或部标准等)大批量制造的常用零件。7.屈服极限：材料在屈服阶段，应力波动最低点对应的应力值，以σs表示。8.强度极限：材料σ-ε曲线最高点对应的应力，也是试件断裂前的最大应力。9.弹性变形：随着外力被撤消后而完全消失的变形。10.塑性变形：外力被撤消后不能消失而残留下来的变形。11.延伸率：δ=(l1-l)/l×100％，l为原标距长度，l1为断裂后标距长度。12.断面收缩率：Ψ=(Ａ－Ａ1)/Ａ×100％，Ａ为试件原面积，Ａ1为试件断口处面积。13.强度：构件抵抗破坏的能力。建筑施工机械是建筑工程技术专业的技术基础课。对于从事建筑工程施工管理工作的工程技术人员来说，在生产管理过程中必然会遇到机械设备的科学管理、正确使用、维护保养和充分发挥其效能的问题；从现代科学技术的发展看，各种技术的相互渗透日益广泛和深入，为了保证施工生产的顺利进行、施工工艺的不断改进和施工技术的不断提高，必须掌握有关机械方面的知识。本课程的任务和要求是：（1）了解机械常用工程材料和热处理的基本知识。（2）掌握机械传动中常用机构和主要通用零件的类型、工作原理、特点和应用，并具有运用和分析简单传动装置的能力。本课程的性质、任务和学习方法主要工作机构：

曲柄滑块机构：

用于实现移动与转动之间的运动变换，完成作功、吸气、压缩、排气等工作过程所需的运