全套課件：機(jī)械基礎(chǔ)

目錄

緒論一、模塊一機(jī)械概述

二、模塊二構(gòu)件的靜力分析三、模塊三材料力學(xué)四、模塊五機(jī)械零件六、模塊六平面連桿機(jī)構(gòu)

七、模塊七機(jī)械傳動(dòng)八、模塊八液壓傳動(dòng)九、模塊四機(jī)械工程材料五、模塊一機(jī)械概述

課題一機(jī)器1.1課題二機(jī)器零件材料及強(qiáng)度1.2課題三摩擦、磨損和潤(rùn)滑1.3模塊二構(gòu)件的靜力分析

課題一力與力偶2.1課題二物體受力分析和受力簡(jiǎn)圖2.2課題三平衡方程及其應(yīng)用2.3模塊三材料力學(xué)

課題一拉伸與壓縮3.1課題二剪切和擠壓3.2課題三圓軸扭轉(zhuǎn)3.3課題四直梁的彎曲3.4模塊四機(jī)械工程材料

課題一鋼鐵材料及熱處理4.1課題二有色金屬與非金屬材料4.2模塊五機(jī)械零件

課題一軸與軸承5.1課題二鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接和螺紋聯(lián)接5.2課題三聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器5.3模塊六平面連桿機(jī)構(gòu)

課題一平面連桿機(jī)構(gòu)6.1課題二凸輪機(jī)構(gòu)6.2模塊七機(jī)械傳動(dòng)模塊八液壓傳動(dòng)

課題一液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)及元件8.1課題二液壓控制回路及典型的液壓系統(tǒng)8.2第0章緒論通過(guò)本課程和學(xué)習(xí),應(yīng)達(dá)到下列要求:1.掌握物體受力的分析方法，學(xué)會(huì)計(jì)算物體的受力掌握桿件變形的基本規(guī)律，學(xué)會(huì)校核構(gòu)件的強(qiáng)度掌握金屬材料的牌號(hào)、性能及應(yīng)用范圍，明確熱處理方法、目的；掌握常用機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)、性能及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；掌握常用機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理，應(yīng)用場(chǎng)合。模塊一機(jī)械概述

課題一機(jī)器1.1課題二機(jī)器零件材料及強(qiáng)度1.2課題三摩擦、磨損和潤(rùn)滑1.3模塊一機(jī)械概述１．機(jī)器機(jī)器的種類很多，如電動(dòng)機(jī)、機(jī)床、機(jī)器人、汽車等。它們的結(jié)構(gòu)形式和用途雖然各不相同，但從其組成、運(yùn)動(dòng)方式和功能角度看，卻具有下列共同特征。（１）機(jī)器是人工的物體組合；（２）各總分（實(shí)體）之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；（３）能夠轉(zhuǎn)換或傳遞能量和信息，代替或減輕人類的勞動(dòng)。２．機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)是人工的物體組合，各部分這間具有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。機(jī)器與機(jī)構(gòu)的區(qū)別主要是：機(jī)器能完成有用的機(jī)械功或轉(zhuǎn)換機(jī)械能，而機(jī)構(gòu)只是完成傳遞運(yùn)動(dòng)、力或改變運(yùn)動(dòng)形式的實(shí)體的組合。機(jī)器包含著機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)是機(jī)器的主要組成部分。任務(wù)一機(jī)器和機(jī)構(gòu)

課題一機(jī)器1.13．機(jī)械機(jī)械就是實(shí)現(xiàn)某些工作任務(wù)的裝備或器具，也是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。４．構(gòu)件、零件

構(gòu)件是指相互之間能作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)件（實(shí)體）零件是構(gòu)件系統(tǒng)的制造單元，構(gòu)件可以由一個(gè)零件組成，也可以由一組零件組成。

總結(jié)：構(gòu)件是運(yùn)動(dòng)單元，零件是制造單元，零件組成構(gòu)件。構(gòu)件是組成機(jī)構(gòu)的各個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的實(shí)體。機(jī)構(gòu)是機(jī)器的重要組成部分。機(jī)器和機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為機(jī)械。模塊一機(jī)械概述任務(wù)二機(jī)器組成的四部分

機(jī)器的功能需要多種機(jī)構(gòu)配合才能完成。按照各部分實(shí)體的不同功能，一臺(tái)完整的機(jī)器，通常有以下四個(gè)部分組成。１．原動(dòng)機(jī)部分

原動(dòng)機(jī)部分也稱動(dòng)力裝置，其作用是把其他形式的能量轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)機(jī)器各部分運(yùn)動(dòng)、工作。

２．執(zhí)行部分執(zhí)行部分也稱工作部分（裝置）。它是機(jī)器中直接完成具體工作任務(wù)的部分。３．傳動(dòng)部分（裝置）這部分是原動(dòng)機(jī)到工作機(jī)構(gòu)這間的聯(lián)系機(jī)構(gòu)，用以完成運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞和轉(zhuǎn)換。４．操縱或控制部分這部分的作用是實(shí)現(xiàn)和反映機(jī)器的運(yùn)行位置和狀態(tài)，控制機(jī)器正常運(yùn)行和工作。模塊一機(jī)械概述任務(wù)一金屬材料的性能1金屬材料的物理性能金屬的物理性能是金屬固有的屬性，它包括密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性等。2金屬材料的化學(xué)性能

金屬的化學(xué)性能是指金屬在化學(xué)作用下所表現(xiàn)的性能。它包括耐腐蝕性、抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性等。（１）耐腐蝕性金屬材料在常溫下抵抗氧化、水蒸氣及其他化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力。（2）抗氧化性金屬材料抵抗氧化作用的能力，稱為抗氧化性。（3）化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性是金屬材料的耐腐蝕性和抗氧化性的總稱。模塊一機(jī)械概述課題二機(jī)器零件材料及強(qiáng)度1.23金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能是指金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)出來(lái)的抵抗性能。機(jī)械零件在使用、制造過(guò)程中都要受外力的作用。其外界作用力叫載荷（或稱負(fù)載或負(fù)荷）從性質(zhì)上載荷分為靜載荷、沖擊載荷及疲勞載荷等三種。在這些載荷的作用下，金屬材料的力學(xué)性能主要有強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度等。（1）強(qiáng)度強(qiáng)度是金屬材料在靜載荷作用下，抵抗塑性變形或斷裂的能力稱為強(qiáng)度。常用的強(qiáng)度有：抗拉強(qiáng)度（σb）和屈服點(diǎn)（σs）?？估瓘?qiáng)度和屈服點(diǎn)可以通過(guò)拉伸試驗(yàn)測(cè)定。（2）塑性金屬在材料在靜載荷作用下，產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力稱為塑性。常用的塑性指標(biāo)：延伸率（δ）和斷面收縮率（ψ）。（3）硬度金屬材料抵抗局部變形（特別是塑性變形）、壓痕或劃痕的能力稱為硬度。模塊一機(jī)械概述硬度是衡量金屬材料軟硬的一個(gè)重要指標(biāo)。常用測(cè)量硬度的試驗(yàn)方法有壓入硬度試驗(yàn)法。常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）和維氏硬度（HV）。④韌性金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為韌性。常用一次擺錘沖擊彎曲試驗(yàn)測(cè)定金屬材料的韌性。沖斷試樣時(shí)，在試樣橫截面的單位面積所消耗的功稱為沖擊韌性。常用αk表示，單位為J/cm2。多次小能量沖擊的，其沖擊抗力主要取決于材料的強(qiáng)度和韌性。⑤疲勞強(qiáng)度金屬材料在無(wú)限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度或疲勞極限。一般情況下，鋼鐵材料用107次，對(duì)非鐵金屬用108次所能承受的最大應(yīng)力表示疲勞強(qiáng)度，對(duì)稱循環(huán)強(qiáng)度用σ-1表示。由于疲勞斷裂是突然發(fā)生的，具有很大的危險(xiǎn)性。因此要改善零件的結(jié)構(gòu)形狀。模塊一機(jī)械概述4金屬材料的工藝性能金屬材料的工藝性能:是指它是否易于加工成優(yōu)良的機(jī)械零件或零件毛坯的性能。根據(jù)金屬材料加工工藝的不同，工藝性能可分為以下幾種：（1）鑄造性金屬及合金成型獲得優(yōu)良鑄件的能力稱為鑄造性能?；诣T鐵比鑄鋼的鑄造性好。（2）鍛壓性金屬材料利用鍛壓加工方法成形的難易程度稱為鍛壓性能。一般情況下，低碳鋼的鍛壓性最好，中碳鋼次之，高碳鋼較差。（3）切削加工性金屬材料切削加工的難易程度稱為切削加工性能。鑄鐵比鋼切削加工性能好，碳鋼比合金鋼切削性能好。（4）焊接性金屬材料在一定焊接條件下，是否易于獲得優(yōu)良焊接接頭的能力稱為焊接性能。一般情況下，低碳鋼具有良好的焊接性，高碳鋼、鑄鐵的焊接性較差。

模塊一機(jī)械概述

強(qiáng)度是零件應(yīng)滿足的基本要求。零件強(qiáng)度是指零件受載抵抗斷裂、塑性變形和表面失效的能力。為了保證零件具有足夠的強(qiáng)度，必須使零件在受載后的工作應(yīng)力不超過(guò)零件許用應(yīng)力。零件的工作應(yīng)力的類型不同，可能是靜應(yīng)力（即應(yīng)力不隨時(shí)間變化或變化緩慢），也可能是交變應(yīng)力（即應(yīng)力隨時(shí)間變化）；分布不同，其強(qiáng)度表現(xiàn)行為也不同。１．零件的體積強(qiáng)度零件受載時(shí)，如果應(yīng)力在較大的體積內(nèi)產(chǎn)生，則稱這種應(yīng)力狀態(tài)下的零件強(qiáng)度為體積強(qiáng)度。２．零件的表面強(qiáng)度零件受載時(shí)，如果應(yīng)力是在較淺的表層內(nèi)產(chǎn)生，則稱這種應(yīng)力狀態(tài)下的零件強(qiáng)度為表面強(qiáng)度模塊一機(jī)械概述任務(wù)二機(jī)械零件的強(qiáng)度任務(wù)一摩擦

1.基本概念(1)靜態(tài)摩擦兩個(gè)相對(duì)相互靜止物體間的摩擦。(2)臨界摩擦(起動(dòng)摩擦)運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)的摩擦(3)動(dòng)態(tài)摩擦兩個(gè)相對(duì)、相互運(yùn)動(dòng)物體間的摩擦(4)慣性摩擦運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)的摩擦，即速度大約為零的摩擦

摩擦和磨損是自然界和社會(huì)生活中普遍存在的現(xiàn)象。世界上1/3~1/2的能源消耗在摩擦上，各種機(jī)械零件因磨損失效的也占全部失效零件的一半以上。因此，零件的磨損是決定機(jī)器使用壽命的主要因素。模塊一機(jī)械概述課題三摩擦、磨損和潤(rùn)滑1.3（1）干摩擦兩物體的滑動(dòng)表面為無(wú)任何潤(rùn)滑劑或保護(hù)膜的純金屬。（2）液體摩擦兩摩擦表面不直接接觸，被油膜隔開(kāi)。2.分類按摩擦狀態(tài)，即表面接觸情況和油膜厚度，可以將滑動(dòng)摩擦分為四大類，干摩擦、邊界摩擦（潤(rùn)滑）、液體摩擦（潤(rùn)滑）和混合摩擦（潤(rùn)滑）。（3）邊界摩擦兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開(kāi)。（4）混合摩擦處于摩擦、液體摩擦與邊界摩擦的混合狀態(tài)。模塊一機(jī)械概述摩擦狀態(tài)（1）固體摩擦（2）液體摩擦（3）氣體摩擦（4）混合摩擦摩擦系數(shù)影響摩擦系數(shù)的因素很多，有摩擦副配偶材料的性質(zhì)、表面膜、鍍層或涂層、環(huán)境溫度及表面粗糙度等。模塊一機(jī)械概述任務(wù)二磨損

運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦將導(dǎo)致機(jī)件表面材料的逐漸喪失或轉(zhuǎn)移，即形成磨損。１．磨損過(guò)程一個(gè)機(jī)件磨損過(guò)程大致可分為以下三個(gè)階段：

1.跑合（磨合）磨損階段

2.穩(wěn)定磨損階段

3.劇烈磨損階段模塊一機(jī)械概述２．磨損的類型按照磨損的機(jī)理以及零件表面磨損狀態(tài)的不同把磨損分為：（1）粘著磨損粘著作用引起的磨損，稱為粘著磨損。（2）磨料磨損由于摩擦表面上的硬質(zhì)突出物或從外部進(jìn)入摩擦表面的硬質(zhì)顆粒，對(duì)摩擦表面起到切削或刮擦作用，從而引起表層材料脫落的現(xiàn)象，稱為磨粒磨損。（3）疲勞磨損兩摩擦表面為點(diǎn)或線接觸時(shí)，由于局部的彈性變形形成了小的接觸區(qū)。這些小的接觸區(qū)形成的摩擦副如果受變化接觸應(yīng)力的作用，則在其反復(fù)作用下，表層將產(chǎn)生裂紋。（4）沖蝕磨損當(dāng)一束含有硬質(zhì)微粒的流體沖擊到固體表面上時(shí)就會(huì)造成沖蝕磨損（5）磨蝕磨損摩擦副受到空氣中的酸或潤(rùn)滑油、燃油中殘存的少量無(wú)機(jī)酸（如硫酸）及水分的化學(xué)作用或電化作用，在相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成材料的損失，叫磨蝕磨損模塊一機(jī)械概述任務(wù)三潤(rùn)滑劑１．潤(rùn)滑劑的分類及其特點(diǎn)在摩擦面間加入潤(rùn)滑劑的主要作用是改善摩擦、減輕磨損，同時(shí)減振、防銹等作用，液體潤(rùn)滑劑還能帶走摩擦熱、污物等。潤(rùn)滑劑有液體潤(rùn)滑劑、氣體潤(rùn)滑劑、潤(rùn)滑脂和固體潤(rùn)滑劑。２．潤(rùn)滑劑的性能指標(biāo)粘度(2)油性(3)凝點(diǎn)(4)閃點(diǎn)(5)滴點(diǎn)(6)錐入度３．潤(rùn)滑劑及潤(rùn)滑油添加劑的選擇模塊一機(jī)械概述(1)潤(rùn)滑劑的選用

潤(rùn)滑劑選用的基本原則是：在低速、重載、高溫、間隙大的情況下，應(yīng)選用粘度較大的潤(rùn)滑油；而在高速、輕載、低溫、間隙小的情況下應(yīng)選粘度較小的潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑脂主要用于速度低、載荷大、不需經(jīng)常加油、使用要求不高或灰塵較多的場(chǎng)合。氣體、固體潤(rùn)滑劑主要用于高溫、高壓、防止污染等一般潤(rùn)滑劑不能適用的場(chǎng)合。(２)潤(rùn)滑油添加劑的選擇潤(rùn)滑材料是潤(rùn)滑技術(shù)發(fā)展的核心內(nèi)容。潤(rùn)滑油中加入添加劑可以大幅度提高其工作性能。常用的潤(rùn)滑油添加劑有硫系、磷系、氯系和復(fù)合添加劑。模塊一機(jī)械概述模塊二構(gòu)件的靜力分析

課題一力與力偶2.1課題二物體受力分析和受力簡(jiǎn)圖2.2課題三平衡方程及其應(yīng)用2.3模塊二構(gòu)件的靜力分析1．力的概念力是物體間的相互作用，其效果是使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，或使物體變形。力使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的效應(yīng)稱為力的外效應(yīng)，使物體產(chǎn)生變形的效應(yīng)稱為力的內(nèi)效應(yīng)。力是物體間的相互機(jī)械作用，力不能脫離物體而存在。力的三要素：對(duì)物體作用效果取決于力的大小、方向和作用點(diǎn)三個(gè)要素。力是矢量，具有大小和方向。力的單位以“牛頓”(N)或“千牛”（kN）表示。三要素中任何一個(gè)要素改變，都會(huì)使力的作用效果改變。

任務(wù)一力

課題一力與力偶2.1

力的圖示法用有向線段能表示力的三要素，如圖1.1所示，這種方法叫做力的圖示法。矢量的長(zhǎng)度按一定的比例表示力的大小，箭頭的指向表示力的方向，線段的起點(diǎn)或終點(diǎn)表示力的作用點(diǎn)。通過(guò)作用點(diǎn)，沿著力的方向引出的直線，稱為力的作用線。例如：小車受到100N的推力，可用下圖的有向線段來(lái)表示。

力的3要素示意圖模塊二構(gòu)件的靜力分析

2．靜力學(xué)的基本公理公理1：二力平衡公理只受兩個(gè)力作用的剛體，使剛體保持平衡狀態(tài)的充要條件是：兩力等值、反向、共線，如圖所示。剛體處于平衡狀態(tài)時(shí)的受力示意圖

公理2：加減平衡力系公理在已知力系上加上或減去任一平衡力系，不會(huì)改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用效應(yīng)。模塊二構(gòu)件的靜力分析推論1：力的可傳遞原理作用于剛體上某一點(diǎn)的力可沿其作用線移至剛體上的任一點(diǎn)，而不會(huì)改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用效應(yīng)。如圖所示,力作用在剛體上A點(diǎn)和作用在剛體上B點(diǎn)效果是一樣的。

力的可傳遞性

公理3：力的平行四邊形公理作用于物體上某一點(diǎn)的兩個(gè)力的合力也作用于該點(diǎn)，合力的大小和方向由這兩個(gè)力為鄰邊所構(gòu)成平行四邊形的對(duì)角線來(lái)確定。模塊二構(gòu)件的靜力分析推論2：三力平衡匯交定理剛體上受同一平面內(nèi)互不平行的三力作用而且相互平衡時(shí)，則此三個(gè)力的作用線匯交于一點(diǎn)，并在同一平面內(nèi)。公理4：作用與反作用公理兩個(gè)物體間的作用力和反作用力總是同時(shí)存在，且大小相等、方向相反、沿著同一直線（簡(jiǎn)稱等值、反向、共線），分別作用在這兩個(gè)物體上。

作用力與反作用力模塊二構(gòu)件的靜力分析

1．力矩的概念和合力矩的定理

人用扳手轉(zhuǎn)動(dòng)螺母，會(huì)感到加在扳手上的力越大，或者力的作用線離中心越遠(yuǎn)，就越容易轉(zhuǎn)動(dòng)螺母，如圖所示。力使剛體繞某點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)的效應(yīng)，不僅與力的大小成正比，而且與O至力作用線的垂直距離成正比。乘積加上適當(dāng)?shù)恼?fù)號(hào)，稱為力對(duì)O點(diǎn)的矩，簡(jiǎn)稱力矩，記作M(F)=±F.d力矩任務(wù)二力矩模塊二構(gòu)件的靜力分析

注意：力矩在下列兩種情況下為零：（1）力等于零；（2）力臂等于零，即力的作用線通過(guò)矩心。

合力矩定理定理：平面匯交力系的合力對(duì)平面任一點(diǎn)的矩，等于力系中所有各分力對(duì)于該點(diǎn)力矩的代數(shù)和，即：

模塊二構(gòu)件的靜力分析

在日常生活中，常遇到力矩平衡的情況。以桿秤為例，不計(jì)桿秤自重，重物對(duì)O點(diǎn)的力矩大小為，秤砣對(duì)O點(diǎn)力矩大小為。力P與對(duì)O點(diǎn)的矩必定大小相等，轉(zhuǎn)向相反，使桿秤處于平衡情況，即

各力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)中心O點(diǎn)的矩的代數(shù)和等于零，即合力矩等于零。用公式表示：

力矩的平衡模塊二構(gòu)件的靜力分析

2

．力偶和力偶矩

作用在一物體上大小相等、方向相反、作用線平行而不重合的兩個(gè)力稱為力偶。如圖所示，用雙手轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤、用兩手指旋轉(zhuǎn)水龍頭、鉗工用板牙攻螺紋等，都是施加力偶的例子。力偶用符號(hào)表示。力偶的兩力之間的垂直距離d稱為力偶臂。力偶中兩力所在平面稱力偶作用面。

實(shí)踐可得，力偶對(duì)物體作用效果的大小，與力F的大小成正比，又與力偶臂d的大小成正比，由此，可用Fd來(lái)度量力偶作用效果的大小。

模塊二構(gòu)件的靜力分析

力偶

力偶矩的大小等于力的大小與力偶臂的乘積，正、負(fù)號(hào)表示力偶的轉(zhuǎn)向，并規(guī)定逆時(shí)針轉(zhuǎn)向?yàn)檎槙r(shí)針轉(zhuǎn)向?yàn)樨?fù)。力偶的單位與力矩的單位相同。如果力偶對(duì)物體的作用，可以用另一力偶來(lái)代替，則這兩個(gè)力偶稱為等效力偶。若兩個(gè)在同平面內(nèi)的力偶，力偶矩相等，則這兩個(gè)力偶彼此等效。

模塊二構(gòu)件的靜力分析

3．力偶的基本性質(zhì)：

模塊二構(gòu)件的靜力分析（1）力偶無(wú)合力，力偶不能用一個(gè)力平衡，只能和力偶相平衡。（2）力偶對(duì)其作用面上任意點(diǎn)之矩，恒等于力偶矩，而與矩心的位置無(wú)關(guān)。（3）力偶的等效性：同一平面內(nèi)的兩個(gè)力偶，只要力偶矩相等，則兩個(gè)力偶彼此等效。

根據(jù)力偶的等效性，可以得出兩個(gè)推論：推論1：力偶可在其作用面內(nèi)任意移轉(zhuǎn)而不改變它對(duì)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)。即力偶對(duì)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)與它在作用面內(nèi)的位置無(wú)關(guān)。推論2：在保持力偶矩大小和力偶轉(zhuǎn)向不變的情況下，可任意改變力偶中力的大小和力偶臂的長(zhǎng)短，而不改變它對(duì)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)。

4．力的平移：如圖所示，力作用于剛體上A點(diǎn)，根據(jù)加減平衡力系公理，可平行移到剛體上任一點(diǎn)O，可在O點(diǎn)加上一對(duì)大小相等，方向相反，與F等值的平行力F'、F"，作用于A點(diǎn)的力F'與力F"構(gòu)成了一力偶即作用在A點(diǎn)的力F平移到O點(diǎn)后，應(yīng)同時(shí)在O點(diǎn)加上一力偶，這個(gè)力偶稱為附加力偶。附加力偶矩的大小及轉(zhuǎn)向與原力F對(duì)O點(diǎn)的力矩相同。即

力的平移

小結(jié)：作用于剛體的力的作用線可等效地平移到任一點(diǎn)O，但須加一附加力偶。此附加力偶矩等于原力對(duì)O點(diǎn)的矩。模塊二構(gòu)件的靜力分析

位移不受限制的物體稱為自由體，位移受限制的物體稱為非自由體。約束是指對(duì)非自由體的某些位移起限制作用的周圍物體。而約束限制物體運(yùn)動(dòng)的力稱為該物體的約束力。能夠使物體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)或運(yùn)動(dòng)的力稱為主動(dòng)力，如重力、拉力、推力。而阻礙物體運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力，稱為被動(dòng)力。約束力是阻礙物體運(yùn)動(dòng)的力，屬被動(dòng)力。確定約束力有如下原則：(1)約束力的作用點(diǎn)就是約束與被約束物體的相互接觸點(diǎn)或相互連接點(diǎn)；(2)約束力的方向與該約束所阻礙的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反；(3)約束力的大小可采用平衡條件計(jì)算確定。模塊二構(gòu)件的靜力分析課題二物體受力分析和受力簡(jiǎn)圖2.2任務(wù)一約束和約束反力1.常見(jiàn)約束類型(1)光滑面約束當(dāng)兩物體直接接觸，且表面光滑，接觸處摩擦力很小，可略去摩擦不計(jì)，這種光滑面構(gòu)成的約束稱為光滑面約束。這類約束不能限制物體沿約束表面切線的位移，只能阻礙物體沿接觸面法線并向約束內(nèi)部的位移。因此，光滑接觸面的約束力必通過(guò)接觸點(diǎn)，方向沿著接觸面在該點(diǎn)的公法線并指向受力物體。這類約束力稱法向力，常用N表示，如圖所示。光滑面約束模塊二構(gòu)件的靜力分析(2)柔性體約束工程上常見(jiàn)的傳動(dòng)帶、柔軟的繩索和鏈條等構(gòu)成的約束稱柔性體約束。繩本身只能承受拉力，不能承受壓力。繩索給物體的約束力也只能是拉力。由圖所示繩索對(duì)物體的約束力大小與重物相等，作用點(diǎn)為繩索和重物的接觸點(diǎn)，方向沿著繩索背離物體，通常用T表示這類約束力。柔性體約束模塊二構(gòu)件的靜力分析(3)光滑鉸鏈約束由鉸鏈構(gòu)成的約束稱鉸鏈約束。圓柱銷釘將兩個(gè)具有相同大小圓柱孔的構(gòu)件連接在一起，如圖a所示。物體B的運(yùn)動(dòng)受到圓柱銷釘C的限制，只能轉(zhuǎn)動(dòng)，不能移動(dòng)。圖b所示的連桿與曲柄用曲柄銷連接(A處)，連桿與活塞用活塞銷連接(B處)，它們都是鉸鏈連接。鉸鏈約束

常見(jiàn)的鉸鏈支座約束有固定鉸鏈支座(構(gòu)件中其中一個(gè)固定在地面或機(jī)架上)和活動(dòng)鉸鏈支座(支座中有幾個(gè)圓柱滾子可沿某一方向作滾動(dòng))兩種.模塊二構(gòu)件的靜力分析

在工程實(shí)際中，為了求未知的約束力，需根據(jù)已知力，應(yīng)用平衡條件求解。為此需對(duì)構(gòu)件的受力個(gè)數(shù)、受力方向和作用位置進(jìn)行分析，這個(gè)分析過(guò)程稱物體的受力分析。為研究物體的受力情況，需把研究的物體(稱受力體)從周圍的物體(稱施力體)中分離出來(lái)，單獨(dú)畫(huà)出它的簡(jiǎn)圖，這個(gè)步驟叫做取研究對(duì)象或取分離體。然后畫(huà)出分離體上所受的力(包括主動(dòng)力和約束力)，這種表示物體受力的簡(jiǎn)明圖形，稱為受力圖。小結(jié)：畫(huà)受力圖的步驟為

1.確定研究對(duì)象，畫(huà)出分離體；

2.分離體上畫(huà)出全部主動(dòng)力；

3.分離體上畫(huà)出全部約束力。模塊二構(gòu)件的靜力分析任務(wù)二物體受力分析和受力圖

平面力偶系的合成作用在物體同一平面內(nèi)的多個(gè)力偶，稱為平面力偶系。平面力偶系可以合成一個(gè)合力偶，設(shè)為平面力偶系中各力偶的力偶矩，M為合力的合力偶矩，它等于各力偶矩的代數(shù)和，即

平面力偶系的平衡條件當(dāng)合力偶矩等于零時(shí)，說(shuō)明物體順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的力偶矩和物體逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的力偶矩相等，物體保持平衡狀態(tài)。因此，平面力偶系平衡的條件是所有各力偶矩的代數(shù)和等于零，即：

模塊二構(gòu)件的靜力分析任務(wù)三物體受力偶作用的分析

用幾何法求解平面匯交力系平衡問(wèn)題，作圖很難做到精確，若作圖后用幾何關(guān)系計(jì)算，則當(dāng)力系中力較多時(shí)，運(yùn)算比較繁瑣。因此在工程實(shí)踐中，應(yīng)用較多的是解析法。平面匯交力系合成的解析法是以力在坐標(biāo)軸上的投影為基礎(chǔ)建立起來(lái)的。

1．平面受力時(shí)的解析表示法力在坐標(biāo)軸上的投影課題三平衡方程及其應(yīng)用2.3模塊二構(gòu)件的靜力分析力在坐標(biāo)軸上的分解

如圖a所示，剛體上有平面匯交力系F1、F2、F3，各力作用線匯交于A點(diǎn)，現(xiàn)用幾何法求力系的合力。為此，可連續(xù)應(yīng)用力的三角形法則，將這些力依次相加，便可求出合力的大小和方向。

在圖b中，先將F1與F2合成一合力R12，再將R12與F3合成R，R的作用線通過(guò)A點(diǎn)。從圖c中可見(jiàn)，中間矢量不必作出，而只需將已知力矢沿環(huán)繞多邊形邊界的同一方向首尾相接。而合力則沿多邊形相反方向連接多邊形的缺口。力系的合成模塊二構(gòu)件的靜力分析2．平面受力時(shí)的平衡方程

因平面匯交力系可用其合力來(lái)代替，所以，平面匯交力系平衡的充分和必要條件是：該力系的合力等于零。用矢量式表示。即

平面匯交力系平衡的必要與充分幾何條件是：該力系的力多邊形是自行封閉的。提示：用幾何圖解法求解平面匯交力系的平衡問(wèn)題，應(yīng)在分析清楚物體上所受的力后，按比例畫(huà)出封閉的力多邊形，再用尺和量角器在圖上量出所要求的未知量。也可根據(jù)圖形的幾何關(guān)系，利用三角形公式計(jì)算出所需求的未知量。R=F1+F2+…+Fn=∑F模塊二構(gòu)件的靜力分析

在平面力系中各力的作用線互相平行，這種力系稱平面平行力系。平面平行力系是平面任意力系的特殊情況，它的平衡方程由平面任意力系平衡方程導(dǎo)出。如選坐標(biāo)軸與各力垂直，各力在軸上的投影為零。即滿足，所以平面平行力系獨(dú)立的平衡方程數(shù)目只有兩個(gè)，即：

另一種形式為

上式的使用條件是：A、B兩點(diǎn)連線不能與力系中的各力平行。模塊二構(gòu)件的靜力分析3．平面平行力系的平衡方程模塊三材料力學(xué)

課題一拉伸與壓縮3.1課題二剪切和擠壓3.2課題三圓軸扭轉(zhuǎn)3.3課題四直梁的彎曲3.4模塊三材料力學(xué)1.桿件的基本變形形式工程中折大多數(shù)構(gòu)件，如軸、絲桿、螺栓等都是軸向尺寸遠(yuǎn)大于橫向尺寸的構(gòu)件，材料力學(xué)中把這類構(gòu)件稱為桿，軸線是曲線的桿，稱為曲標(biāo)。軸線是直線的桿，則稱為直桿，材料力學(xué)研究的主要對(duì)象是直桿。任務(wù)一 構(gòu)件的承載能力

課題一拉伸與壓縮3.1模塊三材料力學(xué)2.承載能力指標(biāo)為了保證機(jī)械或結(jié)構(gòu)在載荷作用下能正常工作，必須要求每個(gè)構(gòu)件都具有足夠的承受載荷的能力，簡(jiǎn)稱承載能力，其承載能力可主要從以下三個(gè)方面衡量。（1）足夠的強(qiáng)度：把構(gòu)件抵抗破壞的能力稱為強(qiáng)度。（2）足夠的剛度：把構(gòu)件抵抗變形的能力稱為剛度。（3）足夠的穩(wěn)定性：桿件受壓時(shí)能夠保持其原有直線平衡狀態(tài)的能力稱為壓桿穩(wěn)定性。綜上所述，為了保證構(gòu)件能安全、正常地工作，構(gòu)件必須具有足夠的承載能力，即具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。模塊三材料力學(xué)1.內(nèi)力和截面法（1）內(nèi)力的概念：內(nèi)力：桿件在外力作用下產(chǎn)生變形，其內(nèi)部的一部分對(duì)另一部分的作用稱為內(nèi)力。軸力：拉壓桿上的內(nèi)力又稱軸力。（2）截面法求內(nèi)力：截面法：將受外力作用的桿件假想地切開(kāi)來(lái)用以顯示內(nèi)力，并以平衡條件來(lái)確定其合力的方法，稱為截面法。具體方法如右圖所示：①

截開(kāi)

沿欲求內(nèi)力的截面，假想把桿件分成兩部分。②

代替

取其中一部分為研究對(duì)象，畫(huà)出其受力圖。③

代替在截面上用內(nèi)力代替移去部分對(duì)留下部分的作用。④平衡列出平衡方程，確定未知的內(nèi)力的大小和方向。FX=0，得N-F=0故N=F任務(wù)二 拉伸和壓縮2.拉伸和壓縮的概念拉伸

壓縮拉伸和壓縮受力特點(diǎn)是：作用在桿端的兩外力（或外力的合力）大小相等，方向相反，作用線與桿的軸線重合。變形特點(diǎn)：桿件沿軸線方向伸長(zhǎng)或縮短。

模塊三材料力學(xué)模塊三材料力學(xué)

3.拉伸（壓縮）時(shí)材料的力學(xué)性質(zhì)圖1.

低碳鋼拉伸變形σ—ε曲線圖2.

灰鑄鐵拉伸變形σ—ε曲線(1)碳鋼拉伸時(shí)的力學(xué)性質(zhì)低碳鋼拉伸變形過(guò)程如圖1所示低碳鋼拉伸變形過(guò)程如圖1.所示可分為四個(gè)階段：①

彈性階段②

屈服階段③

強(qiáng)化階段④

頸縮階段(2)鑄鐵拉伸時(shí)的力學(xué)性質(zhì)如圖2所示

模塊三材料力學(xué)

(3)材料壓縮時(shí)的力學(xué)性質(zhì)

低碳鋼壓縮時(shí)的σ—ε曲線鑄鐵壓縮時(shí)的σ—ε曲線

從圖中可以看出，低碳鋼壓縮時(shí)的彈性模量與拉伸時(shí)相同，但由于塑性材料，所以試件愈壓愈扁，可以產(chǎn)生很大的塑性變形而不破壞，因而沒(méi)有抗壓強(qiáng)度極限。從圖中可以看出，鑄鐵在壓縮時(shí)其線性階段不明顯，強(qiáng)度極限σb比拉伸時(shí)高2~4倍，破壞突然發(fā)生，斷口與軸線大致成45°~55°的傾角。由于脆性材料抗壓強(qiáng)度高，宜用于制作承壓構(gòu)件。模塊三材料力學(xué)

4.許用應(yīng)力和安全系數(shù)

許用應(yīng)力：在強(qiáng)度計(jì)算中，把材料的極限應(yīng)力除以一個(gè)大于1的系數(shù)n（稱為安全系數(shù)），作為構(gòu)件工作時(shí)所允許的最大應(yīng)力，稱為材料的許用應(yīng)力。用表示。

s=s/nb=b/n式中，n為安全系數(shù)。它反映了構(gòu)件必要的強(qiáng)度儲(chǔ)備。在工程實(shí)際中，靜載時(shí)塑性材料一般取n=1.2~2.5；對(duì)脆性材料一般取n=2~3.5。安全系數(shù)也反映了經(jīng)濟(jì)與安全之間的矛盾關(guān)系。取值過(guò)大，許用應(yīng)力過(guò)低，造成材料浪費(fèi)。反之，取值過(guò)小，安全得不到保證。塑性材料一般取屈服點(diǎn)σs作為極限應(yīng)力；脆性材料取強(qiáng)度極限σb作為極限應(yīng)力。模塊三材料力學(xué)5.拉伸和壓縮時(shí)的強(qiáng)度校核

N/A利用強(qiáng)度條件可解決工程中的三類強(qiáng)度計(jì)算問(wèn)題：

1.強(qiáng)度校核N/A

2.選擇截面尺寸AN/3.確定許可載荷N/A【例2.3】如右圖所示為鑄造車間吊運(yùn)鐵水包的雙套吊鉤。吊鉤桿部橫截面為矩形。b=25mm，h=50mm。桿部材料的許用應(yīng)力=50MPa。鐵水包自重8kN，最多能容30kN重的鐵水。試校核吊桿的強(qiáng)度。模塊三材料力學(xué)1.剪切(1)剪切的概念:①剪切變形的受力特點(diǎn)是：作用于構(gòu)件兩側(cè)面上外力的合力大小相等，方向相反，且作用線相距很近。②剪切變形的特征是：構(gòu)件的兩個(gè)力作用線之間的部分相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。

③剪切面：在承受剪切的構(gòu)件中，發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)的截面，稱為剪切面。課題二剪切和擠壓3.2任務(wù)一 剪切與擠壓基本概念(2)剪力和剪切應(yīng)力:剪力：在剪切面m-n上,必存在一個(gè)大小相等而方向與F相反的內(nèi)力Q,稱為剪力。

=FQ/A式中：——剪切應(yīng)力，單位MPa；FQ——剪切面上的剪力，單位N；

A——剪切面積，單位mm2。模塊三材料力學(xué)(3)剪切強(qiáng)度:為了保證受剪構(gòu)件在工作時(shí)安全可靠,必須使構(gòu)件的工作剪應(yīng)力不超過(guò)許用剪應(yīng)力,即

=FQ/A≤[}式中[}表示材料的許用剪應(yīng)力，其大小可以從相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得。模塊三材料力學(xué)2.擠壓（1）擠壓的概念：①擠壓:機(jī)械中受剪切作用的聯(lián)接件，在傳力的接觸面上，由于局部承受較大的壓力，而出現(xiàn)塑性變形，這種現(xiàn)象稱為擠壓。如圖下a所示②擠壓面:構(gòu)件上產(chǎn)生擠壓變形的表面稱為擠壓面。如圖下b所示（ａ）（ｂ）（2）擠壓應(yīng)力:擠壓作用引起的應(yīng)力稱為擠壓應(yīng)力，用符號(hào)σｊｙ表示。擠壓應(yīng)力在擠壓面上的分布也很復(fù)雜，工程中近似認(rèn)為擠壓應(yīng)力在擠壓面上均勻分布。則

σｊｙ＝Ｐ／Ａｊｙ

模塊三材料力學(xué)(3)擠壓強(qiáng)度:為了保證構(gòu)件不產(chǎn)生局部塑性變形,必須滿足最大擠壓應(yīng)力不得超過(guò)許用擠壓應(yīng)力,即

σBｍａｘ＝FB／ＡB≤[σB]式中：σBｍａｘ——最大擠壓應(yīng)力；[σB]——擠壓許用應(yīng)力；

FB——接觸面間擠壓力。FB——擠壓計(jì)算表面積。工程中，常用作聯(lián)接的螺栓、鍵、銷、鉚釘?shù)葮?biāo)準(zhǔn)件，常利用抗剪強(qiáng)度、擠壓強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行強(qiáng)度校核、設(shè)計(jì)截面尺寸以及確定許用載荷?！纠?-3】如下圖所示，已知鋼板厚度t=10mm，其剪切極限應(yīng)力為[τ]=300MPa，若用沖床在鋼板上沖出直徑d=25mm的孔，問(wèn)需多大的沖剪力P？

任務(wù)二 剪切與擠壓在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用模塊三材料力學(xué)【例3-4】如下圖表示齒輪用平鍵與軸聯(lián)接，已知軸的直徑d=70mm，鍵的尺寸為ｂ×ｈ×Ｌ２０mm×１２mm×１０mm，傳遞的轉(zhuǎn)距m=2kＮ·m，鍵的許用應(yīng)力[τ]=60MPa，[σｊｙ]=100MPa，試校核鍵的強(qiáng)度。模塊三材料力學(xué)【例3-5】如下圖所示的起重機(jī)吊鉤，上端用銷釘聯(lián)接。已知最大起重量F=120kN，聯(lián)接處鋼板厚度t=15mm，銷釘?shù)脑S用剪應(yīng)力[τ]=60MPa，許用擠壓應(yīng)力[σjy]=180MPa，試計(jì)算銷釘?shù)闹睆絛。模塊三材料力學(xué)1.扭轉(zhuǎn)的概念一對(duì)大小相等，轉(zhuǎn)向相反，且作用平面垂直于桿件軸線的力偶作用下,桿件上的各個(gè)橫截面發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，這種變形稱為扭轉(zhuǎn)變形。工程上常把以扭轉(zhuǎn)變形為主要變形特征的桿件稱為軸。

2.外力偶矩的計(jì)算:凡輸入功率的主動(dòng)外力偶矩，m的方向與軸的轉(zhuǎn)向一致；凡輸入功率的阻力偶矩，m的方向與軸向相反。若已知電動(dòng)機(jī)傳遞的功率P和轉(zhuǎn)速n，則電動(dòng)機(jī)給軸的外力偶矩為M=9550P/n（N·m）式中式中：M——軸的外力偶矩，N·m

；P——軸傳遞的功率，kW；

n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min

課題三圓軸扭轉(zhuǎn)3.3任務(wù)一 圓軸扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力模塊三材料力學(xué)3.扭矩的計(jì)算：（1）截面法求內(nèi)力:圓軸在外力偶矩作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，其橫截面上將產(chǎn)生內(nèi)力。軸上已知的外力偶矩為m，因?yàn)榱ε贾荒苡昧ε紒?lái)平衡，顯然截面上的分布內(nèi)力必構(gòu)成力偶，內(nèi)力偶矩以符號(hào)MT表示，即為扭矩。（2）扭矩符號(hào)規(guī)定：按右手螺旋法則，將扭矩表示為矢量，四指彎向表示扭矩的轉(zhuǎn)向，則大拇指指向?yàn)榕ぞ厥噶康姆较?，如下圖所示，若矢量的指向離開(kāi)截面時(shí)，扭矩為正；反之為負(fù)。模塊三材料力學(xué)（3）畫(huà)軸力圖:當(dāng)軸上承受多個(gè)外力偶矩作用時(shí)，各橫截面上的扭矩是不同的。為了確定最大扭矩的所在位置，以便分析危險(xiǎn)截面，常需畫(huà)出扭矩隨截面位置變化的圖形，這種圖形稱為扭矩圖。扭矩圖橫坐標(biāo)表示橫截面的位置，縱坐標(biāo)表示各橫截面上扭矩的大小。【例2.7】如圖2.21所示，求傳動(dòng)軸截面1-1、2-2的扭矩，并畫(huà)出扭矩圖。

MA=1.8kN·mMB=3kN·mMC=1.2kN·m4.圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力

:(1)圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)剪應(yīng)力分布規(guī)律圓軸橫截面上任一點(diǎn)的剪應(yīng)力與該點(diǎn)所在圓周的半徑成正比，方向與過(guò)該點(diǎn)的半徑垂直，剪應(yīng)力最大處發(fā)生在半徑最大處。模塊三材料力學(xué)應(yīng)力分布規(guī)律如下圖所示。

（a）心軸（b）空心軸（2）剪應(yīng)力計(jì)算公式根據(jù)靜力學(xué)關(guān)系導(dǎo)出切應(yīng)力計(jì)算公式為：τ=MTρ/IPMPa

當(dāng)ρ=R時(shí),切應(yīng)力最大,即τmax=MTR/IP

令I(lǐng)P/R=Wn,,則上式可改寫(xiě)為:τmax=MT/Wn（3）圓軸抗扭截面模量計(jì)算公式

機(jī)器中軸的橫截面通常采用實(shí)心圓和空心圓兩種形狀。它們的極慣性矩Ip和抗扭截面系數(shù)Wn

計(jì)算公式如下：模塊三材料力學(xué)①實(shí)心圓軸（設(shè)直徑為D）極慣性矩:IP=ΠD4/32≈0.2D4

抗扭截面系數(shù):Wn=ΠD3/16≈0.2D3②空心圓軸（設(shè)軸的外徑為D，內(nèi)徑為d）極慣性矩:IP=ΠD4/32-Πd4/32≈0.1D4(1-α4)

抗扭截面系數(shù):Wn=ΠD3(1-α3)/16≈0.2D3(1-α3)式中,α=d/D

模塊三材料力學(xué)

對(duì)于塑性材料[τ]=（0.6~0.8）[σ]；對(duì)于脆性材料[τ]=（0.8~1.0）[σ]

扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件也可用來(lái)解決強(qiáng)度校核，選擇截面尺寸及確定許可載荷等三類強(qiáng)度計(jì)算問(wèn)題。

2.運(yùn)用強(qiáng)度條件解決實(shí)際問(wèn)題的步驟為（1）計(jì)算軸上的外力偶矩；（2）計(jì)算內(nèi)力（扭矩），并畫(huà)出扭矩圖；（3）分析危險(xiǎn)截面（即按各段的扭矩與抗扭截面系數(shù)，找出最大應(yīng)力所在截面）；（4）計(jì)算危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度，必要時(shí)還可進(jìn)行剛度計(jì)算。

任務(wù)二 圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)變1.圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件：（1）圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件為：

τmax=MTmax/Wt≤[τ]模塊三材料力學(xué)【例2.8】如圖所示的傳動(dòng)軸AB，由45號(hào)無(wú)縫鋼管制成，外徑D=90mm，壁厚t=2.5mm，傳遞的最大扭矩為m=1.5kN·m，材料的[τ]=60MPa。①試校核AB的強(qiáng)度。②如果軸AB設(shè)計(jì)成實(shí)心軸，直徑應(yīng)為多少？③比較空心軸和實(shí)心軸的重量。結(jié)論：在條件相同的情況下，采用空心軸可節(jié)省大量材料，減輕重量提高承載能力。因此在汽車、船舶和飛機(jī)中的軸類零件大多采用空心。模塊三材料力學(xué)2.提高軸抗扭能力的方法(1)選用合理截面，提高軸的抗扭截面模量(2)合理安排受力情況，降低最大扭矩MTmax除了抗扭強(qiáng)度的影響外，對(duì)許多軸來(lái)說(shuō)，還要考慮剛度對(duì)抗扭能力的影響，即在軸滿足強(qiáng)度條件下，還要使軸避免產(chǎn)生過(guò)大扭轉(zhuǎn)變形。我們把抗扭轉(zhuǎn)變形的能力稱為抗扭剛度。提高抗扭剛度的方法有：（1）合理安排受力，降低最大扭矩。（2）合理選擇截面，提高抗扭剛度。（3）在強(qiáng)度條件許可的條件下，選擇剛度大的材料。模塊三材料力學(xué)1.彎曲變形的概念：（1）梁:以彎曲變形為主要變形的桿件稱為梁。（2）彎曲變形的特點(diǎn):桿件所受的力是垂直于梁軸線的橫向力，在其作用下梁的軸線由直線變成曲線。

（3）平面彎曲:若梁上的外力都作用在縱向?qū)ΨQ面上，而且各力都與梁的軸線垂直，則梁的軸線在縱向?qū)ΨQ面內(nèi)彎曲成一條平面曲線，這種彎曲稱為平面彎曲。如下圖所示

課題四直梁的彎曲3.4任務(wù)一 直梁彎曲應(yīng)力模塊三材料力學(xué)（4）梁的類型根據(jù)約束特點(diǎn)對(duì)支座簡(jiǎn)化，分為下列三種基本形式：

①簡(jiǎn)支梁如下圖a所示橋式起重機(jī)的橫梁AB，可以簡(jiǎn)化成一端為固定鉸鏈支座，另一端為活動(dòng)鉸鏈支座的梁，這種梁圖稱為簡(jiǎn)支梁。圖a圖b

②懸臂梁

如上圖b所示的車刀，可簡(jiǎn)化成一端為固定端，一端為自由端的約束情況。用固定端可阻止梁移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，故有一約束力和一約束力偶，這種梁稱為懸臂梁。模塊三材料力學(xué)③外伸梁如下圖所示的車床主軸，它的支座可簡(jiǎn)化成與簡(jiǎn)支梁一樣的形式，但梁的一端(或兩端)向支座外伸出，并在外伸端有載荷作用。這種梁稱為外伸梁。模塊三材料力學(xué)2.直梁彎曲時(shí)的內(nèi)力（1）剪力和彎矩:梁的內(nèi)力包括剪力FQ和彎矩M，下面以簡(jiǎn)支梁，如右下圖所示為例加以說(shuō)明，梁在C點(diǎn)受集中力F。

求梁上所受約束力

FRA=F×b/L;FRB=F×a/L用截面法求得內(nèi)力①在截面m-m處假想地把梁切為兩段取左端為研究對(duì)象，由于左端作用著外力FRA則在截面上必有與FRA大小相等,

方向相反的力FQ,由于該內(nèi)力切于截面,因此稱為剪力。又由于FRA

與FQ形成一個(gè)力偶,因此在截面處必存在一個(gè)內(nèi)力偶M與之平衡,該內(nèi)力偶稱為彎矩。

②建立平衡方程：ΣF=0,得FRA-FQ=0,FQ=FRA;ΣM=0,得M=FRA·x;

由此可以看出：彎曲時(shí)，梁的橫截面上產(chǎn)生兩種內(nèi)力：一個(gè)是剪力，一個(gè)是彎矩。模塊三材料力學(xué)彎矩符號(hào)的規(guī)定：如下圖所示，梁彎曲成凹面向上時(shí)，橫截面上的彎矩為正；彎曲成凸面向下時(shí)，彎矩為負(fù)。

（2）剪力圖和彎矩圖一般情況下，在梁的不同截面向上，彎矩是不相同的，并隨著橫截面位置的不同而改變，若以橫坐標(biāo)X表示橫截面在梁軸線上的位置，縱坐標(biāo)Y表示橫截面上對(duì)應(yīng)彎矩M，則彎矩可表示為M=M（X），此式稱為彎矩方程；同理，剪力可表示為FQ=FQ（X），此式稱為剪力方程；把M沿著X軸的變化情況用圖線在坐標(biāo)內(nèi)表示出來(lái)，所得的圖稱為彎矩圖；FQ沿著X軸的變化情況用圖線在坐標(biāo)內(nèi)表示出來(lái)所得的圖稱為剪力圖；【例2.9】齒輪軸作用于輪上的徑向力F通過(guò)輪轂傳給軸，可簡(jiǎn)化為如右下圖所示的簡(jiǎn)支梁AB，在C上受集中力F作用，試作出梁AB的彎矩圖。

1.梁的強(qiáng)度（1）純彎曲:只有彎曲作用而沒(méi)有剪力作用的梁，稱為純彎曲梁。（2）正應(yīng)力:為橫截面上各點(diǎn)正應(yīng)力的大小，與該點(diǎn)到中性軸的距離成正比。如右圖所示，在中性軸處正應(yīng)力為零，離中性軸最遠(yuǎn)的截面上，下邊正應(yīng)力最大。正應(yīng)力沿截面高度按直線規(guī)律分布。

模塊三材料力學(xué)

任務(wù)二 梁的強(qiáng)度

常見(jiàn)截面的I、W計(jì)算公式彎曲正應(yīng)力最大正應(yīng)力的計(jì)算公式:σmax=Mmax·ymax/Iz

常見(jiàn)截面的I、W

計(jì)算公式見(jiàn)右表。

模塊三材料力學(xué)模塊三材料力學(xué)（2）彎曲正應(yīng)力強(qiáng)度條件:要使梁具有足夠的強(qiáng)度，必須要滿足以下條件公式:

σmax=Mmax/Wz≤[σ]根據(jù)梁的強(qiáng)度條件公式可以解決彎曲強(qiáng)度極核，選擇截面尺寸和確定許可載荷這三大類強(qiáng)度計(jì)算問(wèn)題。【例2.10】如下圖所示，已知壓板長(zhǎng)3a=180mm,壓板材料的彎曲許用應(yīng)力=140MPa，設(shè)對(duì)2件的壓緊力Q=4kN，試校核壓板的強(qiáng)度。模塊三材料力學(xué)2.提高抗彎能力的主要措施

根據(jù)梁的強(qiáng)度條件公式

:σmax=Mmax/Wz≤[σ]

可知，要提高梁的抗彎能力主要有下列措施：

1.選擇合理的截面形狀，提高抗彎截面系數(shù)Wz

樣大小的截面積，做成槽形和I字形比和矩形抗彎能力強(qiáng)。

2.合理布置載荷，降低最大彎矩Mmax

在條件許可的情況下，將集中載荷變?yōu)榫驾d荷，或集中載荷靠近支座及適當(dāng)調(diào)整梁的支座位置都可以達(dá)到降低最大彎矩的目的。

3.采用變截面梁，以節(jié)省材料

按各截面的彎矩來(lái)設(shè)計(jì)梁的截面尺寸，而梁的截面尺寸沿梁長(zhǎng)度是變化的。這種梁為變截面梁。如汽上的鋼板彈簧、階梯軸都是變截面梁的實(shí)例。模塊四機(jī)械工程材料

課題一鋼鐵材料及熱處理4.1課題二有色金屬與非金屬材料4.2模塊四機(jī)械工程材料1.非金屬材料(碳素鋼)碳素鋼：含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.11%而不含有特意加入合金元素的鋼，稱為碳素鋼。(1).碳素鋼的分類①按鋼的含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類低碳鋼含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)Wc≤0.25%

中碳鋼含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)Wc=0.25~0.60%

高碳鋼含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)Wc≥0.6%②按鋼的質(zhì)量分類根據(jù)鋼中含有害元素磷、硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)劃分。普通碳素鋼Ws≤0.035%，Wp≤0.035%

優(yōu)質(zhì)鋼Ws≤0.030%，Wp≤0.030%

高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼Ws≤0.020%，Wp≤0.025%

課題一鋼鐵材料及熱處理4.1任務(wù)一鋼鐵材料模塊四機(jī)械工程材料③按用途分類碳素結(jié)構(gòu)鋼：用于制造各種機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)件。這類鋼一般屬于低碳、中碳鋼。碳素工具鋼：用于制造各種刀具、量具和模具。這類鋼一般屬于高碳鋼。④按脫氧方法分類沸騰鋼：不完全脫氧。鎮(zhèn)靜鋼：完全脫氧。半鎮(zhèn)靜鋼：介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間。在實(shí)際使用中，鋼廠在給鋼的產(chǎn)品命名時(shí)，往往將成分、質(zhì)量和用途三種分類方法結(jié)合起來(lái)，如將鋼稱為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼等。

模塊四機(jī)械工程材料（2）碳素結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)質(zhì)量可分為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。

①普通碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由“Q”（表示屈服點(diǎn)的漢語(yǔ)拼音字首）、一組數(shù)據(jù)（表示屈服強(qiáng)度，單位MPa）、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（質(zhì)量分A、B、C、D四個(gè)等級(jí)）和脫氧方法符號(hào)（F—沸騰鋼、b—半鎮(zhèn)靜鋼、Z—鎮(zhèn)靜鋼、TZ—特殊鎮(zhèn)靜鋼，通常Z、TZ可省略）四個(gè)部分按順序組成。例如Q235—A?F表示脫氧方法為沸騰鋼、質(zhì)量等級(jí)為A級(jí)、屈服強(qiáng)度為235MPa的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。用途：碳素結(jié)構(gòu)鋼Q195、Q215、Q235塑性好、焊接性好、強(qiáng)度較低，主要用于工程結(jié)構(gòu)和制造受力不大的機(jī)器零件；Q255、Q275的強(qiáng)度較高，可用于制作受力中等的普通零件。模塊四機(jī)械工程材料②優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用兩位數(shù)字表示，這兩位數(shù)字代表鋼的平均含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)之一。例如45表示平均含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。按照鋼中錳的含量不同，可分為普通含錳量鋼（WMn≤0.80%）和較高含錳量鋼（WMn=0.7%～1.2%）兩種，如果是后一種鋼，則在兩位數(shù)字后面加上Mn，如45Mn表示平均含碳量分?jǐn)?shù)為0.45%的較高錳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。用途：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼既保證力學(xué)性能又保證化學(xué)成分，而且鋼中的有害雜質(zhì)硫、磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，質(zhì)量較高，故廣泛用于制造較重要的零件。

模塊四機(jī)械工程材料(3)碳素工具鋼由于碳素結(jié)構(gòu)鋼要求高硬度和高耐磨性，故工具鋼含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)都在0.7%以上，都是優(yōu)質(zhì)鋼和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。牌號(hào)：以漢語(yǔ)拼音字母“T”后面加阿拉伯?dāng)?shù)字表示，其數(shù)字表示鋼中平均含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分之幾。例如T8表示含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.80%的碳素工具鋼。若為高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在牌號(hào)后面標(biāo)以字母A，如T12A表示平均含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.20%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。用途：主要用于制造刃具、模具、量具以及其他工具(4)鑄鋼鑄鋼良好的塑性，韌性和焊接性，焊補(bǔ)不需要預(yù)熱。用于受力不大，要求韌性好的各種機(jī)械零件，如機(jī)座、變速器等。模塊四機(jī)械工程材料2合金鋼合金鋼：為了改善鋼的性能，特意加入其他合金元素的鋼。常用的合金元素有硅、錳、鉻、鎳、鎢、釩、鈷、鉛、鈦和稀土金屬等。

1.合金鋼的分類（1）按用途分

合金結(jié)構(gòu)鋼：主要用于制造重要的機(jī)器零件和工程結(jié)構(gòu)件。合金工具鋼：只要用于制造重要的刃具、量具和模具。特殊性能鋼：具有某種特殊物理、化學(xué)性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等。（2）按所含合金元素總含量分低合金鋼合金元素總含量＜5%

中合金鋼合金元素總含量5～10%

高合金鋼合金元素總含量＞10%

模塊四機(jī)械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼2.合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼按用途可分為：低合金結(jié)構(gòu)鋼和機(jī)械制造用鋼兩大類。

（1）合金結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)表示方法：合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)采用兩位數(shù)字（表示平均含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)萬(wàn)分之幾）+元素符號(hào)（表示鋼中含有主要合金元素）+數(shù)字（表示合金元素含量，凡合金元素含量＜1.5%時(shí)不標(biāo)出；如果平均含量為1.5～2.5%時(shí)，則標(biāo)為2；如果平均含量為2.5～3.5%時(shí)標(biāo)為3；以此類推）。（2）低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼雖然是一種低碳、低合金的鋼，但具有高的屈服強(qiáng)度和良好的塑性和韌性，具有良好的焊接性和一定的耐蝕性，因此廣泛用于橋梁、船舶、車輛等領(lǐng)域。

模塊四機(jī)械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼（3）機(jī)械制造用鋼

①合金滲碳鋼：指用于制造滲碳零件的鋼。合金滲碳鋼的含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)WC=0.10～0.25%，加入合金元素主要有鉻（WCr＜2%）、鎳（WNi＜4%）、錳（WMn＜2%）等，經(jīng)過(guò)滲碳后，再進(jìn)行淬火+低溫回火，從而達(dá)到表面高硬度、高耐磨性和心部高強(qiáng)度并有足夠韌性。20CrMnTi是應(yīng)用最廣泛的合金滲碳鋼。②合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼：一般指經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火）后使用的合金結(jié)構(gòu)鋼，合金調(diào)質(zhì)鋼的基本性能是具有良好的綜合力學(xué)性能。合金調(diào)質(zhì)鋼的含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.25~0.50%之間，主加合金元素有鉻、鎳、錳、硅等，以增加淬透性，同時(shí)還能起固溶強(qiáng)化作用。用途：用于制造重載作用下同時(shí)承受沖擊載荷作用的一些重要零件。一般的熱處理方法是淬火后高溫回火，如果除要求材料具有良好的綜合力學(xué)性能外還要求表面層有良好的耐磨性，對(duì)調(diào)質(zhì)處理零件還要進(jìn)行表面淬火及低溫回火處理。

模塊四機(jī)械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼（3）機(jī)械制造用鋼③合金彈簧鋼定義：合金彈簧鋼是用于制造各種彈簧的專用合金結(jié)構(gòu)鋼。基本性能：是具有高的彈簧極限、高疲勞強(qiáng)度，足夠的塑性和韌性，良好的表面質(zhì)量。合金彈簧鋼的含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.5%~0.7%之間。用途：合金彈簧鋼主要適用于各種機(jī)構(gòu)和儀表、彈性元件。

熱處理方法：淬火后進(jìn)行中溫回火處理。④滾動(dòng)軸承鋼定義：滾動(dòng)軸承鋼是制造各種滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體和內(nèi)外套圈的專用鋼?；拘阅埽菏蔷哂懈叩慕佑|疲勞強(qiáng)度、高硬度和高耐磨性，高的彈性極限和一定的沖擊韌性，并有一定的抗蝕性。

模塊四機(jī)械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼（3）機(jī)械制造用鋼④滾動(dòng)軸承鋼用途：常用于制造刃具、冷沖模具、量具以及性能要求與滾動(dòng)軸承相似的零件。熱處理方法：球化退火、淬火和低溫回火。牌號(hào)：為表示鋼的用途在鋼號(hào)前冠以漢語(yǔ)拼音，而不標(biāo)出含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，鉻的含量用千分之幾表示，其余元素含量仍與其他合金結(jié)構(gòu)鋼表示方法相同。如GCr15表示為含鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的滾動(dòng)軸承鋼。GCr15SiMn表示含鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%，含硅、錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于1.5%的滾動(dòng)軸承鋼。

模塊四機(jī)械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼

3.合金工具鋼定義：合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上，為改善性能，再加入適量的合金元素的鋼。

基本性能：比碳素工具鋼具有更高硬度、耐磨性、更好的淬透性、紅硬性和回火穩(wěn)定性等。

用途：可以制造截面大、形狀復(fù)雜、性能要求高的工具。分類：合金工具鋼按用途可分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼。（1）合金工具鋼的牌號(hào)一位數(shù)字（表示平均含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)）+元素符號(hào)（表示鋼中含有主要合金元素）+數(shù)字（表示合金元素含量，表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同）。如9SiCr表示其中平均含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%，Si、Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都小于1.5%的合金工具鋼模塊四機(jī)械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼3.合金工具鋼

(2)刃具鋼

①低合金刃具鋼定義：低合金刃具鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素（一般為3%～5%）形成的鋼?；拘阅埽河捕取⒛湍バ?、強(qiáng)度和淬透性都比碳素工具鋼好。用途：主要適宜于制造形狀復(fù)雜、尺寸較大、切削用量較大的刀具，如車刀、刨刀、鉆頭、鉸刀等。常用熱處理的方法：球化退火、淬火加低溫回火。

②高速鋼

定義：高速鋼是一種紅硬性、耐磨性較高的高合金工具鋼?；拘阅埽杭t硬性高達(dá)6000C，有高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和淬透性。模塊四機(jī)械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼3.合金工具鋼(2)刃具鋼②高速鋼用途：主要適宜于制造切削速度較高的刃具（如車刀、鉆頭等）和形狀復(fù)雜、負(fù)載較重的成形刀具（如銑刀、拉刀等）。此外高速鋼還可用于制造冷沖模、冷擠壓模以及某些耐磨零件。常用的高速鋼有鎢系高速鋼，如W18Cr4V；鉬系高速鋼，如W6Mo5Cr4V2等。(3)模具鋼定義：主要用來(lái)制造各種模具的鋼稱為模具鋼。①冷變形模具鋼用于制造冷態(tài)金屬成形的鋼稱為冷變形模具鋼。如冷沖模、冷壓模等。冷變形模具鋼的性能特點(diǎn)是高的硬度和高耐磨性，具有足夠的強(qiáng)度、韌性和疲勞強(qiáng)度。常用的冷變形模具鋼有9SiCr、Cr12和Cr12MoV等。模塊四機(jī)械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼3.合金工具鋼②熱變形模具鋼用于制造使金屬在高溫下成形的模具。如熱鍛模、壓鑄模等。性能特點(diǎn)是在高溫下能保持足夠的強(qiáng)度、韌性和耐磨性，以及較高的抗熱疲勞性和導(dǎo)熱性。其最終熱處理一般為淬火后中溫或高溫回火。目前常采用5CrMnMo和5CrNiMo制作熱鍛模，采用了3Cr2W8制作熱擠壓模等。（4）合金量具鋼定義：合金量具鋼是用于制造測(cè)量工具（如游標(biāo)卡尺、千分尺、塞規(guī)、量規(guī)等）的鋼。主要性能：高硬度、高耐磨性、高的尺寸穩(wěn)定性和足夠的韌性。一般采用微變形鋼制造精度要求較高的量具，如CrWMn、CrMn、GCr15等。一般的量具可以用碳素工具鋼、合金工具鋼和滾珠軸承鋼來(lái)制造。模塊四機(jī)械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼

4.特殊性能鋼定義：特殊性能鋼是指具有特殊物理、化學(xué)性能的鋼。（1）不銹耐酸鋼不銹耐酸鋼是指在腐蝕介質(zhì)中具有高的抗腐蝕能力的鋼，又稱為不銹鋼。常用的不銹鋼主要有鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼。①鉻不銹鋼用途：鉻不銹鋼主要用于制造在海水、蒸氣、酸性環(huán)境下工作的零件。常見(jiàn)牌號(hào)：1Cr13、2Cr13、3Cr13和4Cr13，常稱為Cr13型不銹鋼。常用的熱處理方法：淬火+低溫回火。用途：1Cr13、2Cr13適于制造汽輪機(jī)葉片、水壓機(jī)閥等。3Cr13、4Cr13適于制造彈簧、醫(yī)療器械及在弱腐蝕條件下工作而要求高強(qiáng)度的耐蝕零件。模塊四機(jī)械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼4.特殊性能鋼

②鉻鎳不銹鋼定義：鉻鎳不銹鋼主要用于制造在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)（硝酸、磷酸、有機(jī)酸及堿水溶液等）中工作的設(shè)備。常見(jiàn)的牌：0Cr18Ni9、1Cr18Ni9。用途：適于制造吸收塔、貯槽、管道及容器等。（2）耐熱鋼鋼的耐熱性是高溫抗氧化性和高溫強(qiáng)度的總稱。耐熱鋼通常分為抗氧化鋼和熱強(qiáng)鋼?？寡趸撝饕糜谌缂訜釥t底板、滲碳箱等的零件，常用牌號(hào)有4Cr9Si2、1Cr13SiAl。熱強(qiáng)鋼主要適用于高溫強(qiáng)度的汽油機(jī)、柴油機(jī)的排氣閥、汽輪機(jī)葉片、轉(zhuǎn)子等。常見(jiàn)牌號(hào)有15CrMo、4Cr14Ni4WMo。模塊四機(jī)械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼4.特殊性能鋼

（3）耐磨鋼定義：耐磨鋼是指在強(qiáng)烈沖擊載荷下發(fā)生沖擊硬化，從而獲得很高的耐磨性的高錳鋼。牌號(hào)：這種鋼基本上都是鑄造成型的。因而鋼號(hào)寫(xiě)成ZGMn13即鑄造高錳鋼。用途：主要用于制造鐵路道岔、坦克覆帶、挖土機(jī)鏟齒等。

3.1.3鑄鐵定義：鑄鐵是含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%的鐵碳合金。分類：根據(jù)碳在鑄鐵中的存在形式和形態(tài)不同，鑄鐵可分為：白口鑄鐵、灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、蠕墨鑄鐵和球墨鑄鐵。

1.灰鑄鐵定義：灰鑄鐵中的碳主要以片狀石墨的形式存在，斷口呈暗灰色，故稱灰鑄鐵。模塊四機(jī)械工程材料3.1常用金屬材料3.1.3鑄鐵1.灰鑄鐵牌號(hào)：以“HT加數(shù)字組成”表示，其中“HT”是“灰”與“鐵”的漢語(yǔ)拼音字首表示灰口鑄鐵，數(shù)字表示其最低的抗拉強(qiáng)度。如HT100表示最低抗拉強(qiáng)度為100MPa的灰鑄鐵。熱處理可以改變灰鑄鐵的基體組織，但不能改變其石墨形態(tài)和分布，因而對(duì)提高灰鑄鐵的力學(xué)性能作用不大。2.可鍛鑄鐵鑄鐵中石墨呈緊密的團(tuán)絮狀，它是用白口鑄鐵經(jīng)長(zhǎng)期退火后獲得的。由于石墨呈團(tuán)絮狀，大大減輕了對(duì)基體的割裂作用。因此這種鑄鐵強(qiáng)度較高，韌性好。并由此得名“可鍛”，但實(shí)際上并不可鍛。分類：可鍛鑄鐵有黑心可鍛鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵。牌號(hào)：由“KTH”、“KTZ”及后面的兩組數(shù)字組成。其中“KT”是“可鐵”二字的漢語(yǔ)拼音字首，“H”表示黑心，“Z”表示以珠光體為基體。其后兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強(qiáng)度σb和最低延伸率δ。

模塊四機(jī)械工程材料3.1常用金屬材料3.1.3鑄鐵3.球墨鑄鐵球墨鑄鐵在澆注之前，往鐵水中加入一定量的球化劑（稀土鎂合金等）和孕育劑（硅鐵或硅鈣合金），使鑄鐵中的石墨呈球狀析出的鑄鐵。性能：球墨鑄鐵的力學(xué)性能比灰鑄鐵和可鍛鑄鐵都高，其抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性與相應(yīng)基體組織的鑄鋼相近，而成本接近于灰鑄鐵，并保留了灰鑄鐵的優(yōu)良性能。用途：球墨鑄鐵一出現(xiàn)就得到了廣泛的使用。如柴油機(jī)曲軸、減速箱齒輪以及軋鋼機(jī)軋輥等。牌號(hào)：由“QT”及后面的兩組數(shù)字組成?！癚T”表示“球鐵”兩字的漢語(yǔ)拼音字首，后面的兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強(qiáng)度σb和最低延伸率δ。熱處理：球墨鑄鐵可以采用不同的熱處理工藝，改變其基體組織，從而改變球墨鑄鐵的力學(xué)性能。經(jīng)退火處理，提高球墨鑄鐵的塑性和韌性，改善切削加工性能，消除內(nèi)應(yīng)力；經(jīng)正火處理，提高球墨鑄鐵的強(qiáng)度和耐磨性；經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，獲得較好的綜合力學(xué)性能；經(jīng)高溫淬火，球墨鑄鐵獲得高強(qiáng)度、高硬度，又有高韌性的較高綜合性能。模塊四機(jī)械工程材料任務(wù)二鋼的熱處理鋼的熱處理定義：熱處理是采用適當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)金屬材料或工件進(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得預(yù)期的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。熱處理工藝的分類：根據(jù)加熱和冷卻方法不同，工業(yè)生產(chǎn)中常用的熱處理工藝大致可分為：普通熱處理（退火、正火、淬火、回火）、表面熱處理（表面淬火、化學(xué)熱處理）。1.鋼的退火定義：退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。目的：（1）降低硬度，提高塑性，改善切削加工和壓力加工性能；（2）細(xì)化晶粒，改善內(nèi)部組織和性能；（3）為以后的熱處理作準(zhǔn)備。分類：成分和退火目的的不同，退火可分為完全退火、等溫退火、球化退火、均勻化退火、去應(yīng)力退火等。模塊四機(jī)械工程材料2.鋼的正火定義：正火是將工件加熱奧氏體化后在空氣中冷卻的熱處理工藝。目的：正火目的與退火目的基本相同。正火的應(yīng)用與退火一樣，一般作為預(yù)備熱處理。對(duì)合金調(diào)質(zhì)鋼，正火獲得均勻而細(xì)密的組織，為調(diào)質(zhì)處理做好了組織準(zhǔn)備；對(duì)共析鋼，正火可消除網(wǎng)狀滲碳體，為球化退火做好組織準(zhǔn)備；對(duì)低碳鋼或低碳合金鋼，正火可細(xì)化晶粒，提高硬度，改善切削加工性；對(duì)性能要求不高的零件，以及一些大型或形狀復(fù)雜的零件，淬火容易開(kāi)裂，也用正火作為最終熱處理。

3.鋼的淬火定義：淬火是將工件加熱奧氏體化后以適當(dāng)方式冷卻獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。目的：得到馬氏體或貝氏體組織，提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。淬火常見(jiàn)的冷卻介質(zhì)有：水、鹽水和礦物油。常用的淬火方法有：?jiǎn)谓橘|(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火、分級(jí)淬火、等溫淬火。淬火與回火配合，能大大提高鋼的力學(xué)性能，所以淬火是強(qiáng)化鋼材的重要熱處理工藝。模塊四機(jī)械工程材料淬硬性：是指鋼經(jīng)淬火后能達(dá)到的最高硬度。主要取決于鋼中的碳含量，碳含量越高，獲得的硬度越高。淬透性：是指鋼經(jīng)淬火獲得淬硬層深度的能力，淬透性越好，淬硬層越厚。淬透性主要取決于鋼的化學(xué)成分和淬火冷卻方式。注意：一般合金鋼淬透性高于碳素鋼，而含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的碳素鋼與合金鋼淬硬性基本相同。4鋼的回火定義：回火是將淬火鋼重新加熱到低于7270C的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后空冷到室溫的熱處理工藝?；鼗鸬哪康氖牵海?）消除殘余應(yīng)力，防止變形和開(kāi)裂。（2）調(diào)整工件硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性，達(dá)到使用性能要求。（3）穩(wěn)定組織與尺寸，保證精度。（4）改善和提高加工性能。模塊四機(jī)械工程材料鋼的回火分類：按回火溫度范圍，回火可分為：低溫回火、中溫回火和高溫回火。

常用回火方法特點(diǎn)及應(yīng)用見(jiàn)下表：

種類

低溫回火

中溫回火

高溫回火

方法工件在2500