機械基礎整套課件電子教案

機械基礎

緒論INTRODUCTION1僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

知識目標：1.了解本課程的任務、內(nèi)容和學習要求；2.了解機器的組成與種類，機器、機構、構件、零件；3.了解機械零件的材料、結構、承載能力、摩擦、磨損和潤滑的基本要求；4.了解城規(guī)車輛中主要機械裝置的名稱。能力目標：1.能區(qū)分機器、機構的特征及異同點；能區(qū)分構件與零件；2.能分析機器中的各組成部分；3.能認識城規(guī)車輛上各機械裝置及作用。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

人們的生活離不開機械，小的如螺釘、扳手，大的如城規(guī)車輛如圖0-1、數(shù)控機床如圖0-2。一般的機械可以分為兩大類：一類可以使物體運動速度加快，稱為加速機械，如自行車，高速鐵路車輛、飛機；另一類是使人們能夠?qū)ξ矬w施加更大的力的作用，被稱為加力機械，如挖掘機如圖0-3、機床、千斤頂如圖0-4等。圖0-1城規(guī)車輛圖0-3挖掘機圖0-2數(shù)控機床圖0-4千斤頂僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

0.1課程概述一、課程性質(zhì)、任務本課程是中等職業(yè)學校機械類及工程技術類相關專業(yè)的一門基礎課程。其任務是：使學生掌握必備的機械基本知識和基本技能，懂得機械工作原理，了解機械工程材料性能，準確表達機械技術要求，正確操作和維護機械設備；培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，使其形成良好的學習習慣，具備繼續(xù)學習專業(yè)技術的能力；對學生進行職業(yè)意識培養(yǎng)和職業(yè)道德教育，使其形成嚴謹、敬業(yè)的工作作風，為今后解決生產(chǎn)實際問題和職業(yè)生涯的發(fā)展奠定基礎。二、課程內(nèi)容、基本要求、學習方法1.課程內(nèi)容內(nèi)容由基礎模塊、綜合實踐模塊和選學模塊三部分組成。1).基礎模塊是各專業(yè)學生必修的基礎性內(nèi)容和應該達到的基本要求；主要有工程材料、桿件的受力分析與基本變形、機械傳動、常用機構、軸系零件、機械的節(jié)能環(huán)保與安全防護。2).綜合實踐模塊是結合專業(yè)對典型機械拆裝、調(diào)試和分析為主的綜合性實踐教學內(nèi)容；3).選學模塊是根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)的實際需要自主確定的選擇性內(nèi)容，主要包括機械零件的精度、氣壓傳動和液壓傳動。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

2.課程基本要求通過本課程的學習，具備對構件進行受力分析的基本知識，會判斷直桿的基本變形；具備機械工程常用材料的種類、牌號、性能的基本知識，會正確選用材料；熟悉常用機構的結構和特性，掌握主要機械零部件的工作原理、結構和特點，初步掌握其選用的方法；了解機械零件幾何精度的國家標準，理解極限與配合、形狀和位置公差標注的標注；了解氣壓傳動和液壓傳動的原理、特點及應用，會正確使用常用氣壓和液壓元件，并會搭建簡單常用回路；能夠分析和處理一般機械運行中發(fā)生的問題，具備維護一般機械的能力。具備獲取、處理和表達技術信息，執(zhí)行國家標準，使用技術資料的能力；能夠運用所學知識和技能參加機械小發(fā)明、小制作等實踐活動，嘗試對簡單機械進行維修和改進；了解機械的節(jié)能環(huán)保與安全防護知識，具備改善潤滑、降低能耗、減小噪聲等方面的基本能力；養(yǎng)成自主學習的習慣，具備良好的職業(yè)道德和職業(yè)情感，提高適應職業(yè)變化能力。3.學習方法本課程是從理論性、系統(tǒng)性很強的基礎課和專業(yè)基礎課向?qū)嵺`性較強的專業(yè)課過渡的一個重要轉(zhuǎn)折點。因此，根據(jù)課程特點，在學習方法上建議：1).結合所學專業(yè)中的機械設備，學生查閱相關資料，重視理論聯(lián)系實踐，為專業(yè)課打好基礎，激發(fā)學生的學習興趣。

2).在教學中，學生開展常用工程材料、標準機械零部件的市場銷售情況調(diào)查的活動；組織開展以小論文、小制作、小發(fā)明、小改革等為載體的創(chuàng)新思維訓練。3).以專業(yè)背景，選擇合適的課題，制作綜合實踐任務書，學生進行階段性實習訓練和綜合實踐，訓練學生機械基礎的綜合能力。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

0.2認識機械

機械是機器與機構的總稱。機器應用示例，如圖0-5所示。

圖0-5家用洗衣機僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

一、機器與機構機器是執(zhí)行機械運用的裝置，用來變換或傳遞能量、物料與信息。機器就是人為實體（構件）的組合，它的各部分之間具有確定的相對運動，并能代替或減輕人類的體力勞動，完成有用的機械功或?qū)崿F(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。按工作的類型，機器看分為三種，如表0-1。常用機器的類別及應用舉例類別作用實例動力機械用于變換能量的機器內(nèi)燃機、電動機（如圖0-6）等工作機械用于完成有用機械功或搬運物料起重機、高速鐵路車輛（如圖0-7）、機床信息機器用于實現(xiàn)信息變換計算機、傳真機（如圖0-8）表0-1

圖0-6電動機圖0-7高速鐵路車輛圖0-8傳真機僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

圖0-9所示汽油機中的凸輪機構、曲柄滑塊機構（如圖0-10）、帶傳動機構、齒輪機構等。機構是具有確定相對運動的構件的組合，它是用來傳遞運動和力的構件系統(tǒng)，如圖0-10曲柄滑塊機構。機器與機構是有區(qū)別的，機器同時產(chǎn)生運動和能的轉(zhuǎn)換，目的是利用或轉(zhuǎn)換機械能以代替或減輕人的勞動；機構只產(chǎn)生運動的轉(zhuǎn)換，目的是傳遞或變換運動。圖0-9汽油機的組成圖0-10曲柄滑塊機構僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

二、機器的組成

以家用洗衣機為例，電動機產(chǎn)生的動力經(jīng)皮帶傳動和減速器傳動后，帶動波輪旋轉(zhuǎn)，整個洗衣過程由洗衣機中的控制器來控制的。一般機器主要由動力部分、傳動部分、執(zhí)行部分、控制部分組成，各組成部分的作用和應用舉例見表0-2。機器各組成部分的作用及應用舉例

組成部分作用應用舉例動力部分把其他形式的能量轉(zhuǎn)換為機械能，以驅(qū)動機器各部件運動等電動機、內(nèi)燃機、空氣壓縮機傳動部分將原動機的運動和動力傳遞給執(zhí)行部分的中間環(huán)節(jié)城規(guī)車輛中的帶傳動、螺旋傳動、齒輪傳動等，機器中常有的傳動有機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動等執(zhí)行部分直接完成機器工作任務的部分，處于整個傳動裝置的終端，其結構形式取決于機器的用途如金屬切削機床的主軸、托板，城規(guī)車輛中的車體、車門控制部分包括自動檢測部分和自動控制部分，其作用是顯示和反映機器的運行位置和狀態(tài)，控制機器正常運行和工作數(shù)控機床、軌道車輛中的控制裝置表0-2僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

動力部分傳動部分執(zhí)行部分控制部分動力部分、傳動部分、執(zhí)行部分和控制部分之間的關系如下：僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

三、構件與零件1.構件與零件構件是機構運動的最小單元體，也就是相互之間能作相對運動的物體，如圖0-11連桿。零件是機器的最小制造單元，如圖0-12連桿由螺栓、螺母、軸瓦、連桿頭、連桿體等組成。圖0-11曲柄滑塊機構中的連桿圖0-12組成連桿的各零件綜上所述，機械是機器與機構的總稱，最簡單的機器是由一個機構組成；機構由構件組成，構件由零件組成。一臺機器是由許多的零件組合而成，零件是機器的基本組成單元，也是制造單元；在拆裝機器時，零件也是不能再拆分的最小單元。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

2.構件的基本要求：各種機械和工程結構都是由若干個構件組成，這些構件在工作時都要承受力的作用。為了保證構件在使用壽命內(nèi)和規(guī)定工作條件能正常工作，構件必須滿足以下要求。1）有足夠的強度保證構件在外力作用下不發(fā)生破壞，是構件能正常工作的前提條件。構件的強度就是構件在外力作用下抵抗破壞的能力。2）有足夠的剛度構件在外力的作用下產(chǎn)生的變形不能影響其正常工作，應在允許的限度內(nèi)。構件的剛度就是構件在外力作用下抵抗變形的能力。3）有足夠的穩(wěn)定性某些細長桿件（或薄壁容器）在軸向壓力達到一定的數(shù)值時，會突然變彎，或由此折斷，失去正常工作。穩(wěn)定性就是指構件保持原有狀態(tài)的平衡的能力。保證構件有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性的前提下，構件能夠承受的最大載荷稱為構件的承載能力。這些都與材料的力學性能有關，而材料的力學性能必須通過實驗來測定。而且有些實際機械工程中的問題并不能用已有的理論來解決，還需要用實驗解決，或者還有待于研究新的理論。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

四、機械零件的材料機器是由各種零件構成的系統(tǒng)，因此零件的材料、結構以及加工精度將影響機器的性能，以軌道車輛為例，車輛上不同零部件采用不同材料加工制造而成，其中80％為金屬材料，其余為非金屬材料，從車輛的設計、制造到車輛的維護都涉及材料，認識機器的常用材料很有必要。

1.認識常用金屬材料1）金屬材料金屬材料:同一金屬元素或以金屬元素為主要組成的并具有金屬特性的工程材料，包括純金屬和合金。由于純金屬的強度、硬度都較低，所以合金已被廣泛使用，金屬材料分為兩大類：黑色金屬和有色金屬。黑色金屬是指鋼鐵材料；有色金屬是指鋼鐵材料以外的金屬材料，如鋁、鎂、銅及其合金。2）常見金屬機械零件的材料與屬性齒輪減速箱上主要零件的材料表0-13所示。有關金屬材料詳細將在單元3討論。圖0-13一級減速器零件拆分圖僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

表0-3齒輪減速器上主要零件的材料零件名稱材料種類使用性能要求材料屬性箱體HT200、HT250具有散熱好、防腐能力強且精度高黑色金屬軸45鋼、40Cr鋼受力復雜，應具備足夠剛度、強度等良好的綜合力學性能的材料，鍛造成形及嚴格切削加工和熱處理制成黑色金屬小齒輪40Cr高硬度、高精度的鋼材或進行熱處理加工，具有良好的鑄造性能或切割性能黑色金屬大齒輪45鋼高硬度、高精度的鋼材或進行熱處理加工，具有良好的鑄造性能或切割性能黑色金屬鍵45鋼抗擠壓、抗剪切、抗沖擊等良好的力學性能黑色金屬螺栓Q235抗拉強度高、耐腐蝕黑色金屬墊片黃銅、尼龍耐高溫、耐高壓、耐腐蝕、耐磨損有色金屬滾動軸承GCr15、GCr15SiMn耐磨性能和接觸疲勞性能，有較理想的加工性能，具備一定的彈性和韌性。黑色金屬僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

2.認識常用非金屬材料機器上常用的非金屬材料有橡膠、工程塑料、工程陶瓷和潤滑材料。１）橡膠橡膠是一種具有高彈性的有機高分子。它有一定的強度，具有優(yōu)異的抗疲勞性以及良好的耐磨、密封、絕緣、隔聲、緩沖、防腐、減震等性能。應用很廣，橡膠同步帶如圖0-14，橡膠密封圈如圖0-15，軌道車輛連接裝置中的橡膠緩沖裝置0-16。圖0-14橡膠同步帶圖0-15橡膠密封圈圖0-16車輛橡膠緩沖裝置僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

２）工程塑料塑料是以合成樹脂為主要成分，加入適量的添加劑，在一定的溫度和壓力下塑制成型的有機高分子材料。工程塑料是指可以作為結構件的塑料，如工程塑料泵（圖0-17）、工程塑料軸承（圖0-18）。圖0-17工程塑料泵圖0-18工程塑料軸承僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

3）工程陶瓷工程陶瓷是以天然或人工合成的各種無機化合物為基本原料，經(jīng)制料、成型和燒結而成的。它具有高硬度、高抗壓強度、高耐磨性、絕緣、優(yōu)良的抗氧化性和耐腐蝕等特點。如陶瓷刀具（圖0-19）、陶瓷火花塞（圖0-20）。圖0-19陶瓷刀具圖0-20陶瓷火花塞僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

４）潤滑材料潤滑材料是指加到運動副之間，保證接觸面不受損害，降低摩擦和提高工作效率的一種工程材料。常用的有潤滑油（圖0-21）和潤滑脂（圖0-22）。圖0-21潤滑油圖0-22潤滑脂僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

五、摩擦、磨損與潤滑摩擦與磨損是機器運轉(zhuǎn)過程中不可避免的物理現(xiàn)象，如齒輪的輪齒磨損（圖0-23）、齒輪軸安裝軸承處的磨損（圖0-24）。在實際工作中，兩構件相互接觸并有相互運動的過程中必然產(chǎn)生物質(zhì)和能量的消耗，世界上1／3～1／2的能源消耗在摩擦上，因磨損失效的機械零件也占全部失效零件的一半以上。磨損是摩擦的結果，潤滑是減少摩擦和磨損的有力措施。圖0-23齒輪輪齒磨損圖0-24齒輪軸安裝軸承處的磨損僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

1.摩擦摩擦是指相對運動（或者有相對運動趨勢）的兩個物體，在接觸面上的阻礙相對運動的現(xiàn)象。相互摩擦的兩個物體構成一個摩擦副。根據(jù)摩擦副的運動形式分為滑動摩擦和滾動摩擦；根據(jù)摩擦副的摩擦狀態(tài)可分為干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦和混合摩擦。如圖0-25。

1）干摩擦兩物體的滑動表面無任何潤滑劑或保護膜的摩擦。如盤式制動。2）流體摩擦兩物體表面不直接接觸，被潤滑膜隔開。如液體動力軸承、磁懸浮列車。3）邊界摩擦兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開。如減速器齒輪。4）混合摩擦處于干摩擦、液體摩擦與邊界摩擦的混合狀態(tài)。如滑動軸承的軸瓦。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

２．磨損運動副之間的摩擦將導致零件表面材料的逐漸損失，這種現(xiàn)象稱為磨損。磨損會降低機器的工作可靠性，影響機器的精度，最終導致機器報廢。１）磨損過程

磨損過程大致可分為以下三個階段，磨損曲線如圖0-26所示。（１）跑和（磨合）磨損階段。機件運轉(zhuǎn)初期，摩擦副的接觸面較小，單位面積實際載荷較大，磨損速度較快。（２）穩(wěn)定磨損階段。該階段由于摩擦副的有效面積增大，單位面積實際載荷較小，磨損平穩(wěn)而緩慢。（３）劇烈磨損階段。該階段運動副的間隙不斷增大，磨損加劇，直至零件或機器失效。圖0-26磨損曲線僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

２）磨損類型按照磨損的機理以及零件表面磨損狀態(tài)的不同，把磨損分為：（１）磨粒磨損。由于摩擦表面上硬質(zhì)突出物或外部進入摩擦表面的硬質(zhì)顆粒，對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。（２）黏著磨損。摩擦表面的微凸體在相互作用的各點發(fā)生黏著作用，使材料由一表面轉(zhuǎn)移到另一表面的磨損。

（３）疲勞磨損。摩擦表面受循環(huán)接觸應力作用到達一定程度時，就會在零件工作表面形成疲勞裂紋，隨著裂紋的擴展與相互連接，會造成許多微粒從零件表面上脫落下來，致使工作表面出現(xiàn)許多淺坑。（４）腐蝕磨損。在摩擦過程中，金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學反應而引起的磨損。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

３．潤滑在摩擦副的表面加注潤滑油，摩擦阻力會明顯降低。潤滑油在各種機械中的作用如下：（１）潤滑作用：潤滑材料被添加到相對運動機件的摩擦面上，使其脫離直接接觸，達到降低摩擦和減少磨損的作用。（２）冷卻作用：隨時將摩擦熱排出機件外。（３）洗滌作用：潤滑材料在流動過程中，將摩擦面污物清洗排除。（４）防腐蝕作用：保護摩擦表面不受侵蝕。另外，潤滑材料還有密封、減振等作用。詳細內(nèi)容將在單元８中介紹。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

0.3認識軌道交通車輛中的機械城市軌道交通車輛由機械部分、電器部分和空氣管路三大部分組成。機械部分是有車體、車門、連接裝置、轉(zhuǎn)向架和制動裝置組成。車體車體是容納旅客和司機駕駛（有駕駛室的車輛）的部分。是安裝與連接其他設備和部件的基礎。城市軌道交通車輛車體采用大斷面鋁型材或不銹鋼材全焊接結構，一般均設有底架、側(cè)墻（車窗、車門）、端墻、車頂棚等如圖0-27。分有駕駛室車體和無駕駛室車體。圖0-27車體客室內(nèi)裝包括地板、預制成型的頂板、側(cè)墻板、端墻板、側(cè)頂蓋板、車窗、空調(diào)系統(tǒng)進、排風口等，客室一般安裝有乘客座椅、照明燈、立柱扶手、滅火器、乘客信息顯示器和圖像顯示屏、廣播喇叭、乘客與司機對講裝置、緊急開門裝置及車門狀態(tài)指示燈、安全監(jiān)控攝像頭、電氣控制柜等。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

二、車門車門包括客室車門如圖0-28、駕駛室側(cè)門、客室與駕駛室通道門、駕駛室前端疏散門如圖0-29。目前，客室車門主要有內(nèi)藏門、外掛門、塞拉門三種結構形式?？褪议T關系到乘客的安全，要求在運行中必須可靠鎖閉，在設計上通過監(jiān)測裝置將車門狀態(tài)與列車牽引指令電路聯(lián)鎖。同時，為了應對故障或意外的緊急情況，每個車門都配置了可現(xiàn)場操作切除裝置和緊急開門裝置。圖0-28客室車門圖0-29駕駛室緊急疏散門僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

三、車體連接裝置

車體連接裝置包括車鉤緩沖裝置和貫通道裝置。車鉤緩沖裝置（圖0-30）裝在底架牽引梁上，是車輛的一個安全部件。其作用是：將車輛與車輛之間互相連接、傳遞牽引力、緩和沖擊力。貫通道裝置（圖0-31），實現(xiàn)兩節(jié)車體客室之間的柔性連接，是車輛通過曲線軌道的關鍵部位，使乘客可在車廂之間走動，從而使乘客均勻分布。圖0-30車鉤緩沖裝置圖0-31車輛貫通裝置僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

四、轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向架又叫走行部，它是能相對車體回轉(zhuǎn)的一種走行裝置。轉(zhuǎn)向架又分為動力轉(zhuǎn)向架和非動力轉(zhuǎn)向架兩種。用來牽引和引導車輛沿著軌道行駛并承受和傳遞來自車體及線路的各種載荷，緩和其動力作用，它是保證車輛運行品質(zhì)的關鍵部件。如圖0-32轉(zhuǎn)向架一般由構架（圖0-33）、輪對軸箱裝置（圖0-34）、二系懸掛裝置（圖0-35）、基礎制動裝置等組成。對于動力轉(zhuǎn)向架還裝有驅(qū)動裝置（圖0-36牽引電機與齒輪箱）。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

五、制動裝置

車輛制動的主要作用是用以產(chǎn)生制動力，保證運行中的列車按需要減速或在規(guī)定的距離內(nèi)安全停車，以及防止靜止的車輛溜走，保證行車安全。城市軌道交通車輛制動系統(tǒng)拖車上只安裝氣壓制動裝置，常用的氣壓制動的供氣設備有活塞式空氣壓縮機、螺桿式空氣壓縮機，如圖0-37所示。常見的氣壓制動的基礎制動裝置有閘瓦制動裝置，盤形制動裝置如圖0-38、圖0-39所示。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

動車除安裝有氣壓制動裝置外，還有再生制動、電阻制動裝置，此外有的車輛還裝有磁軌制動裝置、液壓制動裝置等，如圖0-40所示。THANKYOU僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY機械基礎

桿件的靜力分析INTRODUCTION1僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

知識目標：理解力的概念與基本性質(zhì)；了解力矩、力偶、力向平面內(nèi)點的平移；

了解約束、約束力，掌握力系的概念。能力目標：會對物體進行受力分析；能作桿件的受力圖。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

1.1力的概念與基本性質(zhì)一、力的概念1．力的定義力是物體相互間的機械作用，其作用結果使物體的形狀和運動狀態(tài)發(fā)生改變。外效應：改變物體運動狀態(tài)的效應。如圖1-1內(nèi)效應：引起物體變形的效應。如圖1-2。2.力的三要素力對物體的作用效果取決于力的大小、方向、作用點，這三個因素稱為力的三要素。

(1)力的大小。這是物體相互作用的強弱程度。在國際單位制中，力的單位為牛頓(N)或千牛頓(kN)。使質(zhì)量為1kg的物體產(chǎn)生1m/sz加速度所需的力為1N0(2)力的方向。包含力的方位和指向兩方面的含義。

(3)力的作用點。這是指物體上承受力的部位。力的作用位置實際上有一定的范圍，當作用范圍與物體相比很小時，可以近似地看作是一個點。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

3.力的圖示方法力是一個既有大小又有方向的矢量。如圖1-3所示，力用一條帶有箭頭的線段來表示，線段的起點或終點表示力的作用點;線段長度(按一定的比例)代表力的大小;線段所在的作用線位置表示力的方位，箭頭的指向表示力的方向。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

二、力的基本性質(zhì)V帶傳動是由一條或數(shù)條V帶和V帶帶輪組成的摩擦傳動。公理1

二力平衡公理作用在同一剛體上的兩個力，使剛體處于平衡的必要和充分條件是:這兩個力大小相等，方向相反，且在同一直線上，如圖1-4所示。只受兩個力作用而平衡的構件，叫二力構件，如圖1-5所示。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

公理2力的平行四邊形法則

作用于物體上同一點的兩個力，可以合成為一個合力，合力的作用點也在該點，合力的大小和方向，由這兩個力為邊構成的平行四邊形的對角線確定，如圖1-6所示。以FR表示力F1，和力F2的合力，則可以表示為:FR=F1

+F2即作用于物體上同一點兩個力的合力等于這兩個力的矢量和。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

公理3加減平衡力系公理在作用于剛體上的已知力系上，加上或去掉任意個平衡力系，不改變原力系對剛體的作用效果。

推論1力的可傳性原理

作用在剛體上某點的力，可以沿著它的作用線移動到剛體內(nèi)任意一點，而不改變該力對剛體的作用，如圖1-7所示。推理2三力平衡匯交定理

作用于剛體上三個相互平衡的力，若其中兩個力的作用線匯交于一點，則此三力必在同一平面內(nèi)，且第三個力的作用線通過匯交點，如圖1-8所示

公理4作用力與反作用力公理

兩物體間的作用力與反作用力，總是大小相等、方向相反，沿同一直線并分別作用于兩個物體上。作用力與反作用力分別作用于兩個不同物體上，總是同時出現(xiàn)，一般用同一字母來表示作用力與反作用力，如F表示作用力，F(xiàn)’表示反作用力，如圖1-9所示。例:吊燈的受力分析(圖1-10)。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

1.2力矩、力偶、力的平移一、力矩1．力矩與合力矩為了描述力對物體的轉(zhuǎn)動效應，引人力對點之矩的概念。力對剛體繞某一固定點的轉(zhuǎn)動效應，不僅與力的大小、方向有關，而且與固定點到該力的作用線的距離有關。固定點叫作矩心，該作用力到矩心的距離稱為力臂。那么，力的大小與力臂長度的乘積，稱為力矩。即:MO(F)=F·d式中:MO(FR)—力F對O點之矩，N·mF—作用力，N或kN;d—力臂，m或mm

合力矩定理:平面匯交力系的合力對于平面內(nèi)任意一點之矩，等于所有各力對于該點之矩的代數(shù)和即:MO（FR）＝MO（F1）＋MO（F2）＋…＋MO（Fn）＝ΣMO（Fi）

MO＝MOl＋MO2＋…＋MO

n＝ΣMOi=ΣMO式中：MO（FR）-------合力FR對O點之矩，單位N·m或kN·m；

ΣMO（Fi）-------力系中各分力對O點之矩的代數(shù)和，單位N·m或kN·m。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

2．力矩的計算

例：如圖所示，F(xiàn)1=50kN，F(xiàn)2=100kN，AB=6m。試分別求F1、F2對A

點的矩。

解：力F1使桿AB繞A點逆時針轉(zhuǎn)動

力F2將使AB桿繞A點順時針轉(zhuǎn)動

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

二、力偶在日常生活中，我們會遇到用扳手擰螺母這種情況，還會遇到這樣的情況，比如用手轉(zhuǎn)動汽車方向盤、用手開水龍頭、用鑰匙開鎖等等，如圖所示：

1.力偶由兩個等值、反向、不共線的平行力組成的力系，稱為力偶，如圖所示：記作（F,F′）。力偶中兩力所在平面稱為力偶作用面，力偶中兩力作用線之間的垂直距離稱為力偶臂，用字母d表示。由以上例子可知，力偶對物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效果。2.力偶矩力偶由兩個力組成，它的作用是改變剛體的轉(zhuǎn)動狀態(tài)。因此，力偶對剛體的轉(zhuǎn)動效果，可以用力偶的兩個力對其作用面內(nèi)任一點的矩的代數(shù)和來度量。即力偶矩。在同一平面中，兩個力中其中任一個力與兩個力之間的距離（力偶臂）的乘積稱為力偶矩，單位：牛頓?米（N?m）。一般記為Mo(F,F′)，簡單記為MMo(F,F′)=±F?d或M=±F?d式中：Mo(F,F′)或M-----力偶矩，單位N?m或kN?m；F-----作用力，單位N或kN；D-----力偶臂，單位m或mm。對于力偶矩的正負，通常規(guī)定，在同一平面內(nèi)，逆時針方向轉(zhuǎn)動的力偶矩為正，順時針方向轉(zhuǎn)動的力偶矩為負。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

3.力偶的性質(zhì)力偶是兩個特殊的有關聯(lián)的力組成的，因此具有與單個力所不同的性質(zhì)。性質(zhì)一：力偶無合力力偶的兩個力在任何坐標軸上的投影代數(shù)和為零，既力偶不能與力等效，因此力偶也不能與力平衡。性質(zhì)二：力偶對剛體的作用效果取決于力偶的三要素，而與力偶的作用位置無關。性質(zhì)三：力偶的兩個力對其作用面內(nèi)任一點的矩的代數(shù)和恒等于力偶矩，而與矩心位置無關。

由于矩心O是任取的，因此，力偶矩與矩心的位置無關。三、力的平移定力力的平移定理：作用在剛體上力的F，可以平移到其上任一點，但必須同時附加一力偶，其力偶矩等于力F對該點之矩。即：M=M0（F）.力偶的轉(zhuǎn)向與原力對新作用點之矩的轉(zhuǎn)向相同。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

1.3物體受力分析一、約束1．概念自由體：可以在空間作任意運動的物體，如飛機、火箭等；非自由體：受到其它物體的限制，沿著某些方向不能運動的物體。如懸掛的重物。約束：阻礙物體運動的限制。約束通常是通過物體間的直接接觸形成的。約束反力：當物體沿著約束所阻礙的運動方向運動或有運動趨勢時，約束對其必然有力的作用，以限制其運動，這種力稱為約束反力。簡稱反力。約束反力的方向總是與約束所能阻礙的物體的運動或運動趨勢的方向相反，它的作用點就在約束與被約束的物體的接觸點，大小可以通過計算求得。2．約束的類型（1）由柔軟的繩索、鏈條或皮帶構成的約束由柔軟而不計自重的繩索、鏈條、傳動帶等形成的約束稱為柔體約束。繩索類只能受拉，所以它們的約束反力是作用在接觸點，方向沿繩索背離物體。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

（2）光滑接觸面的約束

兩個相互接觸的物體，如果接觸面上的摩擦力很小而略去不計，那么由這種接觸面所構成的約束，稱為光滑接觸面約束。約束反力作用在接觸點處，方向沿公法線，指向受力物體。而與力偶的作用位置無關。3)光滑圓柱鉸鏈約束

圓柱鉸鏈簡稱鉸鏈，它由一個圓柱形銷釘插人兩個物體的圓孔中而構成，如圖1-19所示。鉸鏈約束只能限制兩物體相對移動，不能限制其相對轉(zhuǎn)動。鉸鏈約束具體有三種形式。圖1-17光滑接觸面的約束僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

(1)固定鉸支座

若相連的兩個構件有一個固定在機架上，則稱為固定鉸鏈支座，如圖1-20所示。(2)中間鉸鏈

若相連的兩個構件均無固定，則稱為中間鉸，如圖1-21所示。(3)活動鉸鏈支座。若在固定鉸支座的下面有輥軸，支座可以沿支承面移動，稱為活動鉸鏈支座，如圖1-22所示?；顒鱼q鏈支座只限制物體沿垂直于支承面方向的運動，不能限制物體沿支承面的運動和繞銷釘?shù)霓D(zhuǎn)動。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

二、受力圖解決力學問題時，首先要選定需要進行研究的物體，即選擇研究對象;然后根據(jù)已知條件、約束類型并結合基本概念和公理分析它的受力情況，這個過程稱為物體的受力分析。受力圖是畫出分離體上所受的全部力，即主動力與約束力。

畫受力圖的步驟:(1)選研究對象，取分離體。

(2)畫上主動力。

(3)畫出約束反力。例1-2簡支梁兩端分別為固定鉸支座和可動鉸支座，在C處作用一集中荷載F(圖1-23)，梁重不計，試畫梁AB的受力圖。解:(1)取研究對象;畫分離體圖。

(2)在分離體上畫所有主動力。(3)在分離體上解除約束處按約束性質(zhì)畫出全部約束力，見圖1-24。機械基礎

直桿的基本變形

INTRODUCTION2僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY知識目標:

１．理解直桿軸向拉伸與壓縮的概念；

２．了解內(nèi)力、應力、變形、應變的概念；

３．理解材料的力學性能及其應用；

４．理解剪切與擠壓時的應力；

５．理解圓軸扭轉(zhuǎn)的概念；

６．掌握直梁彎曲的概念。

能力目標:

１．會判斷直桿的基本變形；

２．會判斷連接件的受剪面與受擠面；

３．會在萬能試驗機上觀察：在靜載荷作用下，低碳鋼試件拉伸、鑄鐵試件拉伸和壓縮時的現(xiàn)象，記錄試驗過程和結果，解釋相關力學性能含義，或利用多媒體進行模擬試驗。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

能力目標僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

知識目標：1.了解本課程的任務、內(nèi)容和學習要求；2.了解機器的組成與種類，機器、機構、構件、零件；3.了解機械零件的材料、結構、承載能力、摩擦、磨損和潤滑的基本要求；4.了解城規(guī)車輛中主要機械裝置的名稱。能力目標：1.能區(qū)分機器、機構的特征及異同點；能區(qū)分構件與零件；2.能分析機器中的各組成部分；3.能認識城規(guī)車輛上各機械裝置及作用。在工程實踐中，把長度遠大于橫截面尺寸的構件稱為桿件。桿件在外載荷的作用下可

能會發(fā)生形狀的變化，稱為變形。常見的基本變形有軸向拉伸和壓縮、剪切與擠壓、彎曲變

形、扭轉(zhuǎn)和組合變形，如圖所示。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

2.1直桿軸向拉伸與壓縮一、軸向拉伸與壓縮的概念內(nèi)燃機作功時，連桿受壓縮時的受力如圖2-2所示1．內(nèi)力的概念受力特點:兩端受大小相等、方向相反的外力作用，外力(或其合力)的作用線與桿的軸線重合。變形特點:桿件產(chǎn)生沿軸線方向的伸長或縮短，同時伴隨橫向尺寸的變化(減小或增大)。軸向拉伸，兩端受拉力作用，桿的變形是軸向伸長、橫向減小。軸向壓縮，兩端受壓力作用，桿的變形是軸向縮短、橫向增大。受力構件內(nèi)相鄰兩部分間的相互作用力，稱為內(nèi)力(圖2-3)。由

Fx=0：得到那么：作用線與桿的軸線重合的內(nèi)力FN稱為軸力，軸力的符號規(guī)定：指離截面為正，指向截面為負。2.軸向拉伸與壓縮的應力試問：下面兩根材料相同的桿件哪一根容易破壞？（圖2-4）僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

3.帶傳動的類型帶傳動根據(jù)其工作原理不同，可以分為：摩擦型帶傳動和嚙合型帶傳動。如圖6-3。屬于摩擦型帶傳動中按截面形狀分：平帶傳動、圓帶傳動、V帶傳動；嚙合型帶傳動有同步帶。本課題主要討論摩擦型帶傳動中應用最廣的V帶傳動。a)摩擦型帶傳動不同截面

b)嚙合型帶傳動

圖6-3帶傳動的類型僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

二、材料的力學性能材料力學性能(機械性能):是指材料在外力作用下，在變形和強度方面所表現(xiàn)出來的特性。拉伸試驗是研究材料力學性能最基本、最常用的試驗低碳鋼的拉伸試驗從低碳鋼的應力一應變曲線可以看到，在整個拉伸試驗過程中，與拉伸圖中所示的I，II，III，IV四個階段相對應，應力與應變之間的關系也大致可分為如下的四個階段:

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

（1）彈性階段，即OB直線段。當應力未超過點B所示的數(shù)值以前，若將所加的荷載去掉，試件的變形可全部消失，使試件完全恢復到原有的形狀和大小。如前所述，我們稱材料的這種性質(zhì)為彈性，將能隨著外力去掉而消失的變形叫做彈性變形，故這一階段稱為彈性階段。由圖中還可看到OA段為一直線，這表示應力與應變成正比關系（即線性關系）。超過點A以后，這種正比關系即不存在了，故我們將相應于點A的應力叫做材料的比例極限，并用符號表示，而將相應于彈性階段最高點B的應力叫做材料的彈性極限，并用符號表示。材料的彈性變形一般很小，比例極限和彈性極限的數(shù)值也非常接近，故有時也將它們混同起來統(tǒng)稱為彈性極限。在工程實用中一般并不需要測定材料的這兩個極限應力。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

（2）屈服階段。當荷載繼續(xù)增加，使應力接近點C所示的應力值時，應變的增長將比應力的增長要快一些，且在過點C以后一直到點D時，幾乎應力保持不變而應變卻繼續(xù)不斷地迅速增加，這種現(xiàn)象稱為材料的屈服（或流動）。這時，在試件表面上將會出現(xiàn)大約與試件的軸線成45°方向的條紋（圖2-9），它們是因試件顯著變形時在材料的微小晶粒之間發(fā)生了相互滑移所引起的，通常稱為滑移線（或剪切線）。我們把與點C相對應的應力叫做材料的屈服極限（或流動極限），并用符號表示，故這一階段稱為屈服階段（或流動階段）。材料在屈服階段內(nèi)所產(chǎn)生的變形是塑性變形，在外力去掉后不能消失。材料能產(chǎn)生塑性變形的這種特性稱為塑性。試驗證明，低碳鋼在屈服階段內(nèi)所產(chǎn)生的應變可達到比例極限所有應變的10～15倍?？紤]到低強度鋼材在屈服時會發(fā)生較大的塑性變形，使構件不能正常地工作，故在進行構件設計時，一般應將構件的最大工作應力限制在屈服極限以內(nèi)。是衡量鋼材強度的一個重要指標。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

（3）強化階段。經(jīng)過屈服階段以后，鋼材因塑性變形使其內(nèi)部的晶體結構得到了調(diào)整，抵抗能力有所增強，故如圖2-10中DE段曲線所示，應力又逐漸升高，這個階段稱為強化階段。與曲線最高點E相對應的應力是材料在被拉斷前所能承受的最大應力，叫做材料的強度極限（或極限強度），用符號表示，它也是衡量材料強度的一個重要指標。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

（4）頸縮階段。當應力超過強度極限以后，試件的變形開始集中在某一小段內(nèi)，使此小段的橫截面面積顯著地縮小，出現(xiàn)如圖2-9c所示的頸縮現(xiàn)象。由于這時試件的橫截面面積縮小得非常迅速，使施加于試件的拉力不但加不上去，反而會自動地降下來一些，一直到試件被拉斷，如圖2-10中EF段曲線所示。這一階段稱為頸縮階段（或局部變形階段）。試件斷裂后，其彈性變形就消失了（與這種彈性變形相應的彈性應變?nèi)鐖D2-10中的線段HG所示），只剩下塑性變形（與這種塑性變形相應的塑性應變?nèi)鐖D2-10中線段OH所示）。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

顯然，根據(jù)低碳鋼的應力－應變曲線可確定低碳鋼的一些主要力學性質(zhì)，例如：屈服極限、強度極限是衡量其強度的兩個重要指標，而塑性應變是恒量其塑性的一個重要指標。作為衡量材料塑性的重要指標，其值常用百分數(shù)表示，稱為伸長率（或延伸率），并用符號表示，即式中的l1是試件斷裂后標矩段的總長度（試驗完后需測出的），是試件斷裂后標矩段的總伸長。在工程實際中，通常將發(fā)生顯著塑性變形（）以后才斷裂的材料稱為塑性材料，而將在沒有發(fā)生顯著變形以前（<5％）即斷裂的材料稱為脆性材料。例如低碳鋼，其約為20～30％（參看表4-1），就是一種典型的塑性材料。衡量材料塑性的另一指標，稱為面積收縮率，即式中的A1是試件斷裂后在斷口處的橫截面面積。由應力－應變曲線中直線段OA的斜率還可確定材料的彈性模量E，即另外，在拉伸圖與應力－應變圖中曲線下的面積也都有一定的物理意義。拉伸圖中曲線下的全部面積代表拉斷試件所需消耗的總功，應力－應變圖中曲線下的面積代表拉斷試件對每單位體積材料所必須消耗的功，稱為比功，它表征材料在斷裂前吸收能量的能力，故材料的比功值愈大，則承受沖擊荷載的能力愈好。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

2．材料在壓縮時的力學性質(zhì)同步帶傳動是一種嚙合傳動，依靠帶內(nèi)周的等距橫向齒與帶輪相應齒槽間的嚙合來傳遞運動和動力，既有帶傳動和齒輪傳動的特點，如圖6-9。帶傳動具有準確的傳動比，傳動效率高(0.98)，傳動比大(12~20)，允許帶速高(50m/s)，但制造要求高，價格較貴。（1）鋼材的壓縮試驗（2）鑄鐵的壓縮試驗僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

2.2連接件的剪切與擠壓一、剪切與擠壓的概念1．剪切的概念剪切變形：構件在一對大小相等、方向相反、作用線相隔很近的外力（或外力的合力）作用下，截面沿著力的方向發(fā)生相對錯動的變形，稱剪切變形。FFFFQ2.擠壓的概念擠壓：機械中的聯(lián)接件如螺栓、銷釘、鍵、鉚釘?shù)?，在承受剪切的同時，還將在聯(lián)接件和被聯(lián)接件的接觸面上相互壓緊，這種現(xiàn)象稱為擠壓。FF僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

二、剪切與擠壓時橫截面上的應力1、內(nèi)力的計算應用截面法：假想將螺栓沿剪切面（mn）分成上下兩部分如圖所示，任取其部分為研究對象；根據(jù)平衡可知，剪切面上內(nèi)力的合力FQ必然與外力F平行。大小由平衡條件。內(nèi)力——剪力FQ：其作用線與剪切面平行。FmnFQ剪切面僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

2、切應力的計算采用實用計算方法：假定內(nèi)力在剪切面內(nèi)均勻分布，若以ζ

代表切應力，A代表剪切面的面積，則FmnFQ剪切面僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

2.3圓周扭轉(zhuǎn)一、圓周扭轉(zhuǎn)的概念1．概念軸：以扭轉(zhuǎn)為主要變形的構件。扭轉(zhuǎn)：外力的合力為一力偶，且力偶的作用面與直桿的軸線垂直，桿發(fā)生的變形為扭轉(zhuǎn)變形。扭轉(zhuǎn)角（

）：任意兩截面繞軸線轉(zhuǎn)動而發(fā)生的角位移。剪應變（

）：直角的改變量。受力特點：在垂直于桿件軸線的平面內(nèi)，作用了一對大小相等，方向相反的外力偶矩；

變形特點：桿件任意兩橫截面都發(fā)生了繞桿件軸線的相對轉(zhuǎn)動。mm

OBA

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

2.扭矩和扭矩圖工程上常給出傳動軸的轉(zhuǎn)速及其所傳遞的功率，而作用于軸上的外力偶矩并不直接給出，外力偶矩的計算公式為：（1）扭矩：構件受扭時，橫截面上的內(nèi)力偶矩，記作“T”。（2）扭矩的符號規(guī)定：“T”的轉(zhuǎn)向與截面外法線方向滿足右手螺旋規(guī)則為正，反之為負。M=9550P(kW)

n(r/min)

(N.m)僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

3.圓周扭轉(zhuǎn)時橫截面上的應力（1）變形幾何關系：（2）物理關系：虎克定律：僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

（3）靜力學關系：令僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

2.4直梁彎曲與橫截面上的應力一、直梁彎曲1．概念梁：以彎曲變形為主的桿件通常稱為梁。彎曲：桿件受垂直于軸線的外力或外力偶矩矢的作用時，軸線變成了曲線，這種變形稱為彎曲?？v向?qū)ΨQ面：通過梁的軸線和截面對稱軸的平面。平面彎曲：具有縱向?qū)ΨQ面的梁，當梁上的外力均垂直于梁的軸線，并作用在縱向?qū)ΨQ面內(nèi)，梁的軸線將彎成此平面內(nèi)的一條平面曲線，這種彎曲稱為平面彎曲。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

2.扭矩和扭矩圖梁的外力、梁的支座以及梁的類型外力：（1）集中力P作用面積很小時可視為集中力（N）；（2）分布力q沿梁軸線分布較長（N/m）；（3）集中力偶T力偶的兩個力分布在很短的一段梁上（Nm）。支座：活動鉸鏈支座、固定鉸鏈支座、固定端。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

梁的類型：簡支梁、外伸梁、懸臂梁。①簡支梁：一端是固定鉸鏈支座，另一端是活動鉸鏈支座。②外伸梁：一個固定鉸鏈支座和一個活動鉸鏈支座，有一端或兩端伸出支座以外。③懸臂梁：一端固定，另一端自由。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

一、純彎曲橫截面上的應力1、純彎曲剪切彎曲：橫截面上既有剪力、又有彎矩，這種彎曲稱為剪切彎曲。剪切彎曲又稱為橫力彎曲。純彎曲：橫截面上只有彎矩而無剪力，這種彎曲稱為純彎曲。純彎曲形式，如圖2-36所示。受力分析，如圖2-36所示。在CD段內(nèi)的各橫截面上只有彎矩M而無剪力FU，梁的這種彎曲稱為純彎曲。在AC,DB段內(nèi)各橫截面上即有彎矩M又有剪力FU，梁在這些段內(nèi)發(fā)生彎曲變形的同時還會發(fā)生剪切變形，這種變形稱為剪切變形，也稱為橫力彎曲。如圖2-37所示:僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

2、純彎曲時橫截面上的應力分布規(guī)律

(1)中性軸上的線應變?yōu)榱?，所以其正應力亦為零?/p>

(2)距中性軸距離相等的各點，其線應變相等。根據(jù)胡克定律，它們的正應力也必相等。

(3)在圖2-37所示的受力情況下，中性軸上部各點正應力為壓應力(即負值)，中性軸下部各正應力為拉應力(即正值)。彎曲變形時，橫截面上中性軸上下部分，正應力方向相反。3、梁純彎曲時橫截面上的正應力計算僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

4、軸慣性矩和抗彎截面系數(shù)的計算

常用金屬材料3僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY知識目標

１．掌握常用金屬材料分類及牌號表達形式；

２．了解常用金屬材料的性能和應用；

３．了解鋼的熱處理的目的、分類和應用；

４．了解材料的選擇及運用原則。

能力目標

１．能正確識讀金屬材料的牌號，并說出材料的性能；

２．能依據(jù)零件工作環(huán)境和選材基本原則進行選材。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

３.１黑色金屬材料

一、碳素鋼

碳素鋼是指含碳量在０.０２１８％～２.１１％之間的鐵碳合金。

１．碳素鋼的分類

１）按鋼中含碳量分類

（１）低碳鋼，含碳量≤０.２５％。

（２）中碳鋼，０.２５％＜含碳量≤０.６０％。

（３）高碳鋼，含碳量＞０.６０％。

２）按鋼的冶煉質(zhì)量分類（以鋼中Ｓ、Ｐ含量多少來分）

（１）普通碳素鋼，含硫量≤０.０５０％、含磷量≤０.０４５％。

（２）優(yōu)質(zhì)碳素鋼，含硫量、含磷量均≤０.０３５％。

（３）高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼，含硫量、含磷量均≤０.０２５％。

（４）特級優(yōu)質(zhì)碳素鋼，含硫量≤０.０１５％、含磷量≤０.０２５％。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

３）按鋼的用途分類

（１）碳素結構鋼：來制造各種工程構件和機器零件。

（２）碳素工具鋼：用來制造各種刀具、量具、模具。

４）按冶煉方法分類

（１）平爐鋼。

（２）轉(zhuǎn)爐鋼。

５）按冶煉后期脫氧程度分類

（１）沸騰鋼（在鋼號的尾部加Ｆ）。

（２）半鎮(zhèn)靜鋼（在鋼號的尾部加ｂ）。

（３）鎮(zhèn)靜鋼（在鋼號的尾部加Ｚ）。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

2．碳素鋼的牌號及應用

１）普通碳素結構鋼

普通碳素結構鋼牌號表示方法：Ｑ＋數(shù)字＋（質(zhì)量等級符號）＋（脫氧

方法符號）＋（專門用途的符號）。

普通碳素結構鋼的牌號和應用，如圖３?１、表３?１所示。

２）優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼牌號和應用

優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼牌號表示方法：數(shù)字＋（元素符號）＋（脫氧方法符

號）＋（專門用途的符號）。

優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼的牌號和應用，如圖３?２、表３?２所示。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

３）碳素工具鋼的牌號和應用

碳素工具鋼的牌號表示方法Ｔ＋數(shù)字（表示鋼中平均含碳量的千分數(shù)），Ｔ是漢語拼音碳字的第一個字母。如鋼中Ｍｎ的含量較高，則在鋼號后附加錳的元素符號Ｍｎ，在鋼號的最后加Ａ表示高級優(yōu)質(zhì)鋼。

碳素工具鋼的牌號和應用，如圖３?３、表３?３所示。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

二、合金鋼

為改善鋼的性能，在碳鋼的基礎上加入其他元素的鋼叫合金鋼。加入的元素就叫作合金元素。

１．合金鋼的分類

１）按鋼中合金元素總含量分

（１）低合金鋼。鋼中合金元的總含量＜５％。

（２）中合金鋼。５％≤鋼中合金元的總含量≤１０％。

（３）高合金鋼。鋼中合金元素總含量＞１０％。

２）按鋼中雜質(zhì)元素Ｓ、Ｐ含量分

（１）普通合金鋼。Ｓ≤０.０５０％、Ｐ≤０.０４５％。

（２）優(yōu)質(zhì)合金鋼。Ｓ≤０.０３５％、Ｐ≤０.０３５％。

（３）高級優(yōu)質(zhì)合金鋼。Ｓ≤０.０２５％、Ｐ≤０.０２５％。

（４）特級優(yōu)質(zhì)合金鋼。Ｓ≤０.０１５％、Ｐ≤０.０２０％。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

３）按用途分

（１）合金結構鋼。

（２）合金工具鋼。

（３）特殊性能鋼。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

２．合金鋼的牌號和應用

１）合金結構鋼的牌號和應用

（１）普通低合金高強度結構鋼。

普通低合金高強度結構鋼的表示方法與普通碳素結構鋼相同。

專門用途的低合金高強度鋼：例如橋梁鋼、船用鋼等，基本上采用碳素結構鋼的表示方法，但在鋼

號最后附加表示用途的字母。

普通低合金高強度結構鋼的性能和應用，如圖３?４、表３?４所示。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

（２）優(yōu)質(zhì)合金結構鋼

優(yōu)質(zhì)合金結構鋼牌號表示方法：（專門用途符號）＋數(shù)字＋主要合金元素符號和數(shù)字＋微量合金元素符號＋（質(zhì)量等級符號）＋（專門用途符號）。

優(yōu)質(zhì)合金結構鋼的牌號示例，如圖３?５所示；化學成份，見表３?５；性能和用途，見表３?６。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

２）滾動軸承鋼

滾動軸承鋼牌號表示方法，如圖３?６所示，性能及用途，見表３?７。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

３）合金工具鋼

（１）低合金工具鋼的牌號。

①當?shù)秃辖鸸ぞ咪摰钠骄剂俊荩?０％時，在牌號中不標出含碳量；當平均含碳量＜１.０％時，在牌號中以千分之幾表示。例如，Ｃｒ１２、ＣｒＷＭｎ、９ＳｉＣｒ、３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ。

②鋼中合金元素含量的表示方法，基本上與合金結構鋼相同。但對鉻含量較低的合金工具鋼鋼號，其鉻含量以千分之幾表示，并在表示含量的數(shù)字前加“０”，以便把它和一般元素含量按百分之幾表示的方法區(qū)別開來。例如，Ｃｒ０６。

常用低合金工具鋼的牌號和應用，如圖３?７、表３?８所示。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

（２）高速工具鋼

高速工具鋼的鋼號一般不標出含碳量，只標出各種合金元素平均含量的百分之幾。

高速工具鋼的牌號和應用，見表３?９。

（３）模具鋼的牌號和應用。

模具鋼是用來制造冷沖模、熱鍛模、壓鑄模等模具的鋼種。

常用模具鋼的牌號和應用，見表３?１０。

（４）量具鋼的牌號和應用。

量具鋼是用于制造各種量度尺寸和形狀的量規(guī)、塊規(guī)、卡尺等工具的鋼。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

４）特殊性能鋼

特殊性能鋼是指具有特殊物理性能、化學性能以及使用性能的鋼。

不銹鋼和耐熱鋼牌號采用標準規(guī)定的合金元素符號和阿拉伯數(shù)字表示，易切削不銹鋼、易切削耐熱鋼在牌號頭部加“Ｙ”。

一般用一位阿拉伯數(shù)字表示平均含碳量（以千分之幾計）；當平均含碳量≥１.００％時，用兩位阿拉伯數(shù)字表示；當含碳量上限＜０.１０％時，以“０”表示含碳量；當含碳量上限≤０.０３％、＞０.０１％時（超低碳），以“０３”表示含碳量；當含碳量上限（≤００１％時極低碳），以“０１”表示含碳量。含碳量沒有規(guī)定下限時，采用阿拉伯數(shù)字表示含碳量的上限數(shù)字。合金元素含量表示方法同合金結構鋼。

不銹鋼的牌號及應用，見表３?１１僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

三、鋼的熱處理

熱處理是采用適當?shù)姆绞綄饘俨牧匣蚬ぜ诠虘B(tài)的溫度范圍內(nèi)進行加熱、保溫和冷卻，以獲得預期的組織結構與性能的工藝。任意一個熱處理工藝都是由加熱、保溫、冷卻三個階段組成的。

１．鋼的退火與正火

１）鋼的退火

鋼的退火是將工件加熱到適當溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻）的熱處理工藝。

退火的目的是消除鋼的內(nèi)應力、降低硬度、提高塑性、細化組織、均勻化學成分，以利于后續(xù)加工，并為最終熱處理做好組織準備。

根據(jù)鋼的化學成分和退火目的不同，退火常分為：完全退火、球化退火、去應力退火、擴散退火和再結晶退火等。

２）鋼的正火

正火是指將工件加熱奧氏體化后，在空氣中冷卻的熱處理工藝。

正火的目的是細化晶粒、消除網(wǎng)狀滲碳體，并為淬火、切削加工等后續(xù)工序做組織準備。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

２．鋼的淬火

鋼的淬火是指將工件加熱奧氏體化后，以適當方式冷卻獲得馬氏體或（和）貝氏體組織的熱處理工藝。

１）淬火的目的

淬火的目的主要是使鋼件得到馬氏體或（和）貝氏體組織，提高鋼的硬度和強度，與適當?shù)幕鼗鹣嗯浜?，可以更好地發(fā)揮鋼材的性能潛力。

２）淬火工藝

（１）淬火加熱溫度的確定。亞共析鋼淬火加熱溫度均為Ａｃ３以上３０～５０℃，共析鋼和過共析鋼淬火加熱溫度為Ａｃ１以上３０～５０℃。

（２）幾種常見淬火方法及應用，見表３?１２。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

3．鋼的回火

回火是指將淬火后的工件重新加熱到Ａｃ１以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。

回火的目的是消除和減小內(nèi)應力、穩(wěn)定組織、調(diào)整性能，以獲得強度和韌性之間較好的配合。

回火方法及其應用，見表３?１３。

４．鋼的表面熱處理

鋼的表面熱處理是僅改變工件表面組織和性能的熱處理工藝，表面淬火和化學熱處理是最常用的表面熱處理。

１）鋼的表面淬火

表面淬火是指僅對工件表層進行淬火的工藝，目的是使工件表面獲得高硬度和耐磨性，而心部保持較好的塑性和韌性，以提高其在扭轉(zhuǎn)、彎曲等交變載荷或在摩擦、沖擊、接觸應力大等工作條件下的使用壽命。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

２）鋼的化學熱處理

鋼的化學熱處理是將工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入到工件的表層，以改變其化學成分、組織和性能的熱處理工藝，稱為化學熱處理。目前在機械制造業(yè)中，最常用的化學熱處理是滲碳、滲氮。

（１）滲碳

為提高工件表層碳的質(zhì)量分數(shù)并在其中形成一定的含碳量梯度，將工件在滲碳介質(zhì)中加熱保溫，使碳原子滲入的化學熱處理工藝稱為滲碳。

（２）滲氮

在一定溫度下于一定介質(zhì)中，使氮原子滲入工件表層的化學熱處理工藝，稱為滲氮（又叫氮化）。滲氮的目的是為了提高工件表層的硬度、耐磨性、熱硬性、耐腐蝕性和疲勞強度。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

四、鑄鐵

１．鑄鐵的分類

根據(jù)鑄鐵中碳的存在形式不同，鑄鐵可分為白口鑄鐵和灰口鑄鐵兩大類。

１）白口鑄鐵

白口鑄鐵中的碳，幾乎全部以Ｆｅ３Ｃ形式存在。斷口呈銀白色，性能硬而脆，很難進行切削加工，工業(yè)上極少用來制造機械零件，主要用作煉鋼原料或用于可鍛鑄鐵的毛坯。

灰口鑄鐵中的碳大部分或全部以自由狀態(tài)的石墨形式存在，斷口呈暗灰色。根據(jù)灰口鑄鐵中石墨存在形式不同，又可分為普通灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

（１）普通灰口鑄鐵

簡稱灰口鑄鐵，其石墨形態(tài)呈片狀。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

（２）可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火后得到，其石墨形態(tài)呈團絮狀。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

（3）球墨鑄鐵

球墨鑄鐵中石墨形態(tài)呈球狀。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

球墨鑄鐵中石墨形態(tài)呈球狀。

（４）蠕墨鑄鐵

蠕墨鑄鐵中，石墨的形態(tài)介于片狀石墨和球狀石墨之間，大部分呈蠕蟲狀。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

２．常用鑄鐵的牌號和應用

１）灰口鑄鐵的牌號和應用

灰口鑄鐵的化學成分為：含碳量＝２.８％～３.５％、含硅量＝１.２％～２.２％、含錳量＝０.５％～１.３％、含磷量≤０.３０％、含硫量≤０.１５％。

灰口鑄鐵牌號的表示方法為ＨＴ＋數(shù)字，其中ＨＴ是灰鐵兩字漢語拼音的第一個字母，數(shù)字表示最低抗拉強度，如圖３?１２、表３?１５所示。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

２）可鍛鑄鐵的牌號和應用

可鍛鑄鐵的化學成分為：含碳量＝２.４％～２.７％、含硅量＝１.４％～１.８％、含錳量＝０.５％～０.７％、含磷量≤０.０８％、含硫量≤０.２５％。

可鍛鑄鐵牌號的表示方法為ＫＴ＋數(shù)字，其中ＫＴ是可鐵兩字漢語拼音的第一個字母，兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強度和最低伸長率；ＫＴＨ表示黑心可鍛鑄鐵；ＫＴＺ表示珠光體基體可鍛鑄鐵，如圖３?１３、表３?１６所示。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

３）球墨鑄鐵的牌號和應用

球墨鑄鐵的化學成分為：含碳量＝３.６％～４.０％、含硅量＝２.０％～３.２％、含錳量＝０.６％～０.９％、含磷量≤０.１％、含硫量≤０.０７％。

球墨鑄鐵的牌號由ＱＴ＋兩組數(shù)字組成。其中ＱＴ是球鐵兩字漢語拼音的第一個字母，兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強度值和最小伸長率數(shù)值，如圖３?１４、表３?１７所示。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

４）蠕墨鑄鐵的牌號和應用

蠕墨鑄鐵的化學成分為：含碳量＝３.５～３.９％，含硅量＝２.４～２.８％，含錳量＝０.１～０.７％，含磷量≤０.１％，含硫量≤０.０１～０.０３％。

蠕墨鑄鐵的牌號由ＲｕＴ＋數(shù)字組成。其中ＲｕＴ是蠕鐵兩字漢語拼音的第一個字母，數(shù)字表示最低抗拉強度值，如圖３?１５、表３?１８所示。

僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

３.２有色金屬材料

有色金屬是指鐵及鐵碳合金以外的其他金屬。

一、銅及銅合金

１．純銅

１）結構與性能

純銅呈紫紅色，故又稱為“紫銅”。其密度為８.９ｇ／ｃｍ３，熔點為１０８３℃；具有面心立方晶格，無同素異構轉(zhuǎn)變，無磁性；具有良好的導電性和導熱性；在大氣、淡水和冷凝水中具有良好的耐蝕性。

２）牌號與用途

（１）韌銅（工業(yè)純銅）：含氧量在０.０２％～０.１０％之間，用Ｔ（銅）表示，如Ｔ１～Ｔ４，順序號越大，純度越低。

（２）無氧銅：含氧量﹤０.００３％，用ＴＵ（無氧銅）表示，如ＴＵ１、ＴＵ２；

純銅性能與用途表３?１９。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

２．銅合金

根據(jù)加入合金元素的不同，分為黃銅、青銅和白銅。

１）黃銅

以Ｚｎ為主加元素的銅合金稱為黃銅，分為Ｃｕ—Ｚｎ二元合金的普通（簡單）黃銅和在Ｃｕ—Ｚｎ基礎上加入其他合金元素形成的特殊（復雜）黃銅，各種黃銅牌號見表３?２０。

（１）普通黃銅牌號：Ｈ（黃）＋銅質(zhì)量分數(shù)，如Ｈ８０。

（２）特殊黃銅牌號：Ｈ（黃）＋第一合金元素＋銅質(zhì)量分數(shù)?第一合金元素質(zhì)量分數(shù)?第二

合金元素質(zhì)量分數(shù)，如ＨＡｌ５９?３?２。

２）青銅

Ｃｕ—Ｓｎ合金是應用最早的青銅，現(xiàn)將除Ｚｎ、Ｎｉ以外的合金元素為主加元素的銅合金稱為青銅。

青銅分為壓力加工和鑄造產(chǎn)品兩大類。常見青銅的牌號、性能及應用，見表３?２１。

（１）壓力加工青銅牌號：Ｑ（青）＋主加元素及含量＋輔加元素含量，如ＱＡｌ５。

（２）鑄造青銅牌號：ＺＣｕ＋合金元素及含量，如ＺＣｕＳｎ１０。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

３）白銅

以Ｎｉ為主加元素的銅合金稱為白銅，分為普通（簡單）白銅和特殊（復雜）白銅，也可分為耐蝕用白銅和電工用白銅。

（１）普通白銅牌號：Ｂ（白）＋鎳質(zhì)量分數(shù)，如Ｂ３０。

（２）特殊白銅牌號：Ｂ（白）＋第二合金元素＋Ｎｉ質(zhì)量分數(shù)＋第二合金元素質(zhì)量分數(shù)，如ＢＭｎ３－１２。

各種白銅牌號，見表３?２２。僅供內(nèi)部使用FOR

INTERNALUSEONLY

二、鋁及鋁合金

１．工