从零开始学机械

从零开始学机械2018.7.141.金属拉伸试验，整个过程解释.并描述其原理。暂以低碳钢杆件为试验材料解：在钢杆两端缓慢施加载荷，使钢杆工作部分受轴向拉力，引起钢杆沿轴向伸长直至拉断为止。（杆件在拉伸试验时，宏观上可以看到杆件逐渐被均匀拉长，然后在某一界面处变细，直到在该处断裂。述过程一般可分解为6个阶段——1.弹性变形oa：杆件变形是弹性的，载荷与伸长量呈正比例直线关系，如果卸除拉力，则杆件的伸长变形会消失，恢复到原来的样子。2.滞弹性变形ab：此时的变形仍然是弹性的，此阶段很短一般不易观察到。3.屈服前微塑性变形bc：此时开始出现连续均匀地微小塑性变形，这种变形在卸除拉力后也不会完全消失，这阶段也很短不易与滞弹性变形准确区分。4.屈服变形cde：此时，杆件受拉伸外力的作用产生较大塑性变形，这种拉力不增加而变形仍能继续增加的现象，可以看作是金属材料从弹性变形到塑性变形的一个明显标志。从零开始学机械2018.7.145.均匀塑性变形ef：过了屈服点，必须进一步增大载荷，才能使杆件继续被拉长，这一阶段，随着杆件变形量的增加，其材料本身也会被不断强化，直到达到强度极限，这现象叫应变硬化。6.局部塑性变形fg：在拉力的继续作用下，应变硬化赶不上变形量，此时会在某个截面产生大量局部变形，使该截面积快速缩小，产生了缩颈现象，此时虽然外力不断下降，但缩颈部位面积迅速减小，因此缩颈处的实际应力仍在不断增长，缩颈部位的材料继续被拉长，直至拉断。出现此变形的开始点f所对应的力为Fm，是拉伸过程所能承受的最大外力。2.金属断裂和应力有什么关系？解：金属材料有一定的抗拉强度，在杆件某一截面受到的应力超过抗拉强度，达到断裂点，就会产生断裂。3.受力大，金属一定会断裂吗？在什么情况下会断裂？解：受力大并不一定会使金属断裂，只有受力超过强度极限，达到断裂点金属才会断裂。4.避免金属零件断裂有哪几种方法？（至少回答5种以上）解：1.首先思考机械的承载能力，选择适合的金属材料制造合适的零件。2.考虑作用在材料上的力（同样的横截面，载荷作用于纵向时抗弯折能力更强。）3.从材料形状及重量思考，采用中空的环状梁不仅减轻重量，虽从零开始学机械2018.7.14然横截面积减少，但可以保证其强度指标。4.避免金属零件有切口裂纹或小孔存在，不然，应力会集中在这些地方，使其容易断裂。5.尽量避免应力集中。6.尽量避免其承受集中载荷，若不是必须，可使其尽量承受均布载荷。7.对金属零件进行表面强化，如淬火，喷丸，渗，镀等。8.减少金属零件内部缺陷。9.采用金属基体复合材料10.调整合适的使用时限5.什么是复合材料？举出5个复合材料的例子，并解释该例子中为什么使用复合材料，有哪些好处？解：复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料，使各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使其综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。基体材料分为金属和非金属两大类。{复合材料=基体材料+增强材料}金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、石墨、橡胶、陶瓷、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、石棉纤维、碳化硅纤维、晶须、金属丝和硬质颗粒等。从零开始学机械2018.7.14复合材料的特征：1.材料结构的可设计性2.机构整体性能好3.抗疲劳性能好4.破坏安全性好5.成型工艺简单灵活复合材料的性能不足之处：1.横向拉伸强度和层间剪切强度低2.断裂伸长率低，冲击韧性有时不好3.制造时产品性能不稳定，分散性大，质检困难。4.老化性能不好5.机械连接困难6.成本太高实例：1.下水道井盖——1.自重轻，玻璃钢井盖仅为铁盖的1/4，使用启闭轻便灵活。2.强度高，抗冲击、振动、疲劳、断裂性能优于钢、铁等材料，用作承力结构的井盖，强度安全条件比铁井盖更易满足。4.防盗失，玻璃钢产品无废品回收利用价值，用作井盖可避免钢铁井盖常被偷盗作废品卖的隐患，从而预防井盖盗失造成人、车掉入或卡在井内的交通事故，减少业主的经济损失和事故责任。5.耐腐蚀，玻璃钢材料天然耐腐蚀，用作酸、碱、盐、污水等腐蚀介质环境的井盖，具有技术、经济竞争优势从零开始学机械2018.7.142.汽车——可减振和降低噪声、抗疲劳性能好，损伤后易修理，便于整体成形，故可用于制造汽车车身、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件。3.化工、纺织和机械制造——有良好耐蚀性的碳纤维与树脂基体复合而成的材料，可用于制造化工设备、纺织机、造纸机、复印机、高速机床、精密仪器等。4.医学领域——碳纤维复合材料具有优异的力学性能和不吸收X射线特性，可用于制造医用X光机和矫形支架等。碳纤维复合材料还具有生物组织相容性和血液相容性，生物环境下稳定性好，也用作生物医学材料。5.航空航天领域——复合材料热稳定性好，比强度、比刚度高，可用于制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构、太阳能电池翼和外壳、大型运载火箭的壳体、发动机壳体、航天飞机结构件等。6.强度有几种？硬度和强度有关系吗？硬度高的物体，强度一定高吗？解：首先，材料机械零件和构件抵抗外力而不失效的能力叫做强度。强度包括材料强度和结构强度两方面。材料强度——材料强度是指材料在不同影响因素下的各种力学性能指标，从零开始学机械2018.7.14影响因素包括材料的化学成分、加工工艺、热处理制度、应力状态、载荷性质、加载速率、温度和介质等。按材料性质又分为脆性材料强度、塑性材料强度、带裂纹材料强度。按载荷性质，材料强度又分为静强度、冲击强度、疲劳强度。按环境条件，材料强度又可分为高温强度、低温强度和腐蚀强度等。高温强度又可分为蠕变强度和持久强度。结构强度——结构强度是指机械零件和构件的强度。涉及力学模型简化、应力分析方法、材料强度，强度准则和安全系数。金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。根据受力种类的不同又可分为1.抗压强度——材料承受压力的能力2.抗拉强度——材料承受拉力的能力、3.抗弯强度——材料对致弯能力的承受能力4.抗剪强度——材料承受剪切力的能力5.屈服强度——材料发生屈服现象时的屈服极限强度和硬度是本质上不同的概念。金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。从零开始学机械2018.7.14但各种材料的换算关系并不一致。如玻璃等硬而脆的物质虽然硬度大（变形与外力之比小）但强度小（在断裂之前能承受的总外力小）。7.有哪些加工方法？能理解并解释其原理。解：零件都是具有一定形状和性能的，是材料从不是所需要的外形和性能，变为所需要的形状和性能，这一过程通常称之为材料成型。材料成型方法有铸造、焊接、锻造和冲压等。机械加工也是方法之一。按照零件由原材料或毛胚制造成为零件的过程中质量的变化可以分为以下三种原理。质量小于零-材料去除原理（如雕刻，削苹果等）质量等于零-材料基本不变原理（注塑，压铸等）质量大于零-材料累加成型原理（快速成型，焊接技术等）不同原理采用不同的成型工艺方法。机械制造可分为手工加工和机器加工两大类。手工加工又可分为划线工序、定心工序、切断加工、弯曲加工、锉削加工、钻孔加工、螺纹加工等。1.划线工序：为了精确标记剪断位置，使用记号笔或被称为蓝色清漆的专用颜料在工件的划线部位涂上颜料，然后用划针在涂层位置划出浅痕，这就非常清楚地标明了剪断位置，画圆时，则需要只用划线专用的划规。2.定心工序：为了使钻头刀箭对准所需位置，需要预先打好样冲眼。（如果断面为正方形或长方形的棒料，则只需要用划针从零开始学机械2018.7.14划出对角线，在其两线交点处预先打好样冲眼即可。）要想在断面为圆形的棒料的中心处打出样冲眼，需要使用划针盘，并配有90度V形槽的V形铁和划针，将要划线的圆棒料放入V形铁的槽内，平行移动划针槽内的划针，并使工件数次旋转，进行划线操作。（划线平台必须获得平面基准保证）划线工作完成后，就用具有两面钳口的虎钳夹紧工件，在标记位置放好中心冲，用榔头敲打中心冲，冲出样冲眼。3.切断加工：厚重工件可使用弓形锯进行切断。（使用弓形锯的方法——双手握紧，重要的是锯切过程要施加压力。锯切工件时不仅仅是用腕力，而是收紧双腋，利用身体移动的重心进行锯切加工，另外，随着锯切深度加大，锯切接触面积变大时，应改变锯切角度，以减少锯切接触面积。）若想将薄金属板直线状剪断时，应使用剪板机，脚踏式剪板机是将工件夹在适当位置利用脚踏踏板开关进行剪断，如果钢板太厚，即使剪断也会使切口发生变形。因此要选择，适宜的的厚度。4.弯曲加工：某些工件可使用适当大小的圆板，经过榔头敲击就能使工件光滑的弯曲。再板的弯曲加工中，若板材比较薄，则可使用长木块敲击金属薄板即可完成加工。若金属工件较厚则需要使用液压弯曲机，，将工件夹在液压弯曲机的V形槽中，进行弯曲加工。若弯曲中空的管时，有时断面形状会发生畸变，这时可采取再管内灌入沙子缓慢弯曲等措施。5.锉削加工：手工作业中，必不可少的是使用钢制锉刀来去除从零开始学机械2018.7.14工件表面的凹凸不平，或锉去工件切断后留下的毛刺等。钢制锉刀按锉齿的大小分为粗齿锉、中齿锉、细齿锉及油光锉等，按断面形状分为平锉、方锉、圆锉、半圆锉、三角锉等不同类型。进行锉削加工时首先使用虎钳牢固的固定住工件，钢锉刀的使用方法与弓形锯一致，双手握紧钢锉，摆动整个身体，一边施加压力一边进行锉削加工。6.钻孔加工：在塑料或木材上钻孔，只需使用手动钻头即可，若想在金属工件上钻孔，则需使用电钻，为确定加工的准确位置，需要将工件固定在支撑台上进行加工。在进行精度要求高的钻孔加工时，采用使加工台与钻头在桌子上成为一体的台式钻床，其钻头在旋转的同时，通过上下的进给运动，在工件上完成钻孔加工。另外，为了使钻头钻出的孔表面光滑且尺寸进度高，需要使用在圆筒形或圆锥形的本体上带有几条刀刃的铰孔刀，用铰孔刀替换手摇钻或台式钻床的钻头，就能进行铰孔加工。7.螺纹加工：是指在工件上加工内螺纹或外螺纹的方法，外螺纹使用板牙进行套螺纹，内螺纹使用丝锥进行攻螺纹。板牙套螺纹加工要事先准备好与工件直径相匹配的板牙，加工时，一边将板牙压向工件，一边旋转，这样就能套出螺纹。攻螺纹加工需要准备与工件内圆孔径相匹配的丝锥。丝锥通常由三只组成一套，分为头锥、二锥及精准锥，适当的交换就能攻出螺纹。另外为了攻螺纹，需要事先在工件上钻出螺纹底从零开始学机械2018.7.14孔。螺纹底孔直径是由所需螺纹直径乘以0.80~0.85获得。例如，用丝锥加工直径为6mm的螺孔时，应选择直径为5mm的螺纹底孔。机器加工——1.车削：工件旋转作主运动，车刀作进给运动的切削加工方法。主要使用车床进行加工。在车床上还可使用钻头、铰刀、丝锥、板牙等工具进行相应加工。主要用于加工轴、盘、套、和其他具有回转表面的工件。其特点是——〈1〉易于保证工件各加工面的的位置精度。[2]切削过程平稳，允许采用较大的切削用量，高速切削，提高生产率。[3]适用于有色金属零件的精加工。[4]刀具简单，车刀制造、刃磨和安装均较方便。2.铣削：铣刀旋转做主运动。工件或铣刀做进给运动的切削加工方法。工件也可固定，由铣刀同时作主运动和进给运动。铣削的特点——[1]铣刀各刀齿周期性的参与间断切削。[2]每个刀齿在切削过程中的切削厚度是变化的。[3]每齿进给量（毫米/齿），表示铣刀每转过一个刀齿的时间内工件的相对位移量。铣削又分顺铣与逆铣，在加工中，铣刀旋转方向一般不变，但进给方向是变化的。顺铣/逆铣——铣刀与工件接触部位的旋转方向与工件进给方向相同/相反。顺铣特点——顺铣时，铣刀刀刃的切削厚度由最大到零，不存在滑行现象，刀具磨损较小，工件冷硬程度较轻。切削时震动大，但表面光洁，适合精加工。逆铣特点——逆铣时铣刀刀刃不能立刻切入工件，而是在工件加工表面滑行一段距离。刀从零开始学机械2018.7.14具磨损加剧，工件表面产生冷硬现象，切削平稳，振动小。表面粗糙度较差，适合粗加工。[1.机床精度好、刚性好