《机械基础》课件-第0章绪论

机械基础授课教师:XXX

授课日期:2020年X月X日连接学习目标了解本课程的任务和学习要求。了解机械的组成。了解机械零件的材料、结构和承载能力。了解摩擦、磨损和润滑的基本要求。0.1本课程的学习任务和要求本课程的学习任务本课程是一门重要的机械类的专业基础课程，其学习任务如下：1）使学生掌握必备的机械基本知识和基本技能，懂得机械工作原理，了解机械工程材料的性能，正确操作和维护机械设备。2）培养学生分析问题和解决问题的能力，使其形成良好的学习习惯，具备继续学习专业技术知识的能力。3）对学生进行职业意识培养和职业道德教育，使其形成严谨、敬业的工作作风，为今后解决生产实际问题和职业生涯的发展奠定基础。本课程的学习要求通过本课程的学习，应使学生达到如下基本要求：1）掌握物体的受力分析与平衡条件，掌握杆件基本变形和应力分析计算的基本概念和方法。2）了解机械中常用的工程材料和热处理的基本知识。3）掌握机械传动中的常用机构和主要通用零部件的类型、工作原理、特点、应用和简单计算，并具有运用和分析简单传动装置的能力。0.2零件、机构、机器概述零件、机构和机器1．机器图0-1所示为内燃机工作原理图，图中1为内燃机缸体，2为活塞，当气缸中的油气混合物被火花塞点燃后，爆炸膨胀的气体推动活塞向下移动，通过与活塞和曲轴相连接的连杆3，使曲轴4转动，再通过齿轮5和6带动凸轮轴转动，凸轮轴上的凸轮7和8推动进气阀杆9和排气阀杆10，使两个阀门按预定规律打开和关闭，从而完成进气和排气任务。零件、机构和机器2．机构机构是人工的物体组合，各部分之间具有一定的相对运动。器与机构的区别是：机器能完成有用的机械功或转换机械能，而机构只是完成传递运动、力或改变运动形式的实体组合。机器包含机构，机构是机器的主要组成部分。一部机器可以由一个机构或多个机构组成。零件、机构和机器3．机械机械是机器和机构的总称。4．构件和零件构件是运动的单元，零件是制造的单元，零件组成构件。构件是组成机构的各个相对运动的实体。机器的组成部分机器的功能需要多种机构配合才能完成，按各部分实体的不同功能，一台完整的机器由以下四个部分组成。1．原动机部分原动机部分也称动力装置，其作用是把其他形式的能转换成机械能，以驱动机器各部分的运动、工作，常用的有电动机和内燃机等。机器的组成部分2．执行部分执行部分也称工作部分，是机器中直接完成具体工作任务的部分，如汽车的车轮、缝纫机的机头（图0-2a）等。3．传动部分传动部分是指将动力部分的动力和运动传递给执行部分的中间环节，如齿轮减速器、连杆机构（如图0-2b所示，1、2、3、4组成的平面连杆机构）和带轮机构等。机器的组成部分4．操纵或控制部分操纵或控制部分显示和反映机器的运行位置和状态，控制机器正常运行和工作，可采用机械、电子、电气、光波等。简单的机器一般由上述的前三部分组成，有的甚至只有原动机和执行部分，如水泵、排风扇等。但如数控机床、加工中心等机器，控制部分（包括检测）的地位越来越重要。0.3机械零件的材料及结构工艺性零件的常用材料1．钢碳的质量分数在0.02%～2.11%之间的铁碳合金称为钢。钢具有较高的强度、韧性和塑性；钢制零件可以采用铸造、锻造、焊接、冲压、切削等方法加工，还可以通过热处理方法改善性能。钢的种类繁多，是应用最广的金属材料。图0-3所示为轴承钢制成的钻床主轴轴承。零件的常用材料2．铸铁碳的质量分数在2.11%以上的铁碳合金称为铸铁。铸铁具有优良的铸造性、减摩性、切削加工性，但强度、塑性和韧性较差，不能进行锻造。图0-4所示为灰铸铁制成的汽车曲轴。零件的常用材料3．铜合金铜合金的优点是减摩性和耐蚀性好，机械零件中常用铸造铜合金制作轴瓦、阀体、管接头等耐蚀零件及蜗轮、轴瓦、螺母等耐磨零件。图0-5所示为锻压铜合金制成的压差控制阀。零件的常用材料4．铸造锡基和铅基轴承合金铸造锡基和铅基轴承合金主要含锡、铅、锑等成分，其优点是减摩性、抗烧伤性、磨合性、耐蚀性、韧性和导热性均良好，用于制作滑动轴承的减摩层。如图0-6所示，滑动轴承内侧的轴承衬即由铸造锡基轴承合金制成。零件的常用材料5．工程塑料工程塑料分热塑性塑料（如聚乙烯、有机玻璃、尼龙等）和热固性塑料（如酚醛塑料、氨基塑料等）。它用于制作一般结构零件、减摩和耐磨零件、传动件、耐蚀件、绝缘件、密封件、透明件等。图0-7所示为工程塑料制成的铰链。零件的常用材料6．橡胶橡胶有普通橡胶和特种橡胶，用于制作密封件、减振件、传动带、输送带、轮胎等。图0-8所示为橡胶制成的门窗密封条。零件的结构工艺性机械零件应当加工方便、节省材料、节约工时、降低成本、保证质量、满足结构工艺要求。影响机械零件结构工艺性的因素很多，涉及材料选择、毛坯准备、机械加工、装配维修等各方面。0.4机械零件的摩擦、磨损和润滑摩擦相互摩擦的两个物体称为摩擦副。根据摩擦副的运动状态可分为静摩擦和动摩擦；根据摩擦副的运动形式，可分为滑动摩擦和滚动摩擦；根据摩擦副的表面润滑状态，又可分为干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦。如图0-9所示。摩擦1．干摩擦摩擦面不加润滑剂时的摩擦称为干摩擦，如图0-9a所示。干摩擦时，摩擦面直接接触，摩擦因数大，摩擦力大，磨损和发热严重，除利用摩擦力工作的场合之外，应尽量避免干摩擦。摩擦2．边界摩擦在摩擦副间施加润滑剂后，使摩擦副的表面吸附一层极薄的润滑剂膜，这种摩擦状态称为边界摩擦，如图0-9b所示。边界摩擦的润滑剂膜强度低，容易破裂，致使摩擦副部分表面直接接触，从而产生磨损，但摩擦和磨损状况优于干摩擦。摩擦3．液体摩擦在摩擦副间施加润滑剂后，摩擦副的表面被一层具有一定压力和厚度的润滑膜完全隔开时的摩擦，称为液体摩擦，如图0-9c所示。液体摩擦中摩擦副的表面不直接接触，摩擦因数很小，理论上不产生磨损，是一种理想的摩擦状态。摩擦4．混合摩擦混合摩擦状态是干摩擦、边界摩擦、流体摩擦的混合状态。其摩擦性质主要取决于边界摩擦状态，如图0-9d所示。混合摩擦中摩擦表面仍有少量直接接触，大部分处于液体摩擦，故摩擦和磨损状况优于边界摩擦，但比液体摩擦差。磨损使摩擦表面的物质不断损失的现象称为磨损。除非采取特殊措施（如静压润滑，电、磁悬浮等），否则磨损很难避免。但在规定年限内，只要磨损量不超过允许值，就认为是正常磨损。磨损并非都有害，磨合、研磨都是有益的磨损。1．机械零件磨损的一般过程机械零件的磨损发生在零件的开始使用直到报废的整个工作过程中。这个过程中每一个阶段的磨损率都是不同的。（1）磨合磨损阶段指在机械使用的初期，机械零件的磨损过程。该过程的磨损改善了机械零件相互接触的表面的适应性和表面状态，使磨损率逐渐下降。（2）稳定磨损阶段指机械零件的正常工作阶段的磨损，该阶段的磨损率基本保持不变。机械零件的磨损率越低，其使用寿命就越长。（3）剧烈磨损阶段指磨损率急剧上升的阶段。机械零件在该阶段的工作条件迅速恶化，并最终导致机械零件的失效。磨损2．机械零件磨损的主要类型按破坏机理分，磨损主要有四种基本类型：黏着磨损、表面疲劳磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损。磨损常以复合形式出现。（1）黏着磨损有油或无油的表面，都需要切向力使吸附膜和脏污膜破裂后，由新表面直接接触才能发生黏着。（2）表面疲劳磨损受交变接触应力的摩擦副，在其表面上将形成疲劳点蚀，有小块剥落，这种现象称为表面疲劳磨损。磨损（3）磨粒磨损由处于摩擦表面之间的硬质颗粒或摩擦硬质突出物在摩擦过程中引起的摩擦表面材料的脱落现象称为磨粒磨损。这种磨损的磨损率的大小与摩擦材料的硬度和硬质颗粒的硬度有关。磨粒磨损占全部磨损的50%。图0-12所示为齿轮表面的严重磨粒磨损。磨损（4）腐蚀磨损在两接触表面的摩擦过程中，材料表面与周围环境介质之间发生的化学或电化学反应现象称为腐蚀磨损。腐蚀磨损与摩擦表面周围介质的性质和相对滑动速度的大小有关。图0-13所示为腐蚀磨损的管道端头。润滑润滑是减小摩擦、减少磨损的有效措施之一。通过润滑，还可以达到降低温升、防止锈蚀、缓和冲击、减小振动、清除磨屑或形成密封等目的。1．流体润滑“面接触”的两摩擦表面被一层有足够厚度、足够压力的连续油膜完全隔开的状态，称为流体润滑。如果油的压力由油泵提供，称为流体静力润滑；如果油的压力是在满足若干条件下由润滑油自身内部产生，称为流体动力润滑。2．弹性流体动力润滑对于“点接触”或“线接触”的摩擦副，如齿轮副、凸轮副、滚动轴承等，接触部位面积