2-机械工程基础

第二章机械工程基础本章内容第一节机构与机械运动第二节零件与公差第三节工程材料第一节机构与机械运动由两个以上的构件通过活动连接以实现规定运动的组合体，其各组成部分之间具有一定的相对运动用来传递、转换运动与动力。1、机构的定义第一节机构与机械运动具有一个曲柄和一个摇杆的铰链四杆机构。曲柄为主动件且等速转动，摇杆为从动件作变速往返摆动，连杆作平面复合运动。运动也可反向传递。2、常用工程机构：曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构的应用第一节机构与机械运动用曲柄和滑块实现转动与移动的转换。2、常用工程机构：曲柄滑块机构第一节机构与机械运动圆柱齿轮传动2、常用工程机构：齿轮机构锥齿轮传动第一节机构与机械运动2、常用工程机构：涡轮蜗杆机构第一节机构与机械运动2、常用工程机构：槽轮机构第一节机构与机械运动2、常用工程机构：链传动与带传动机构第一节机构与机械运动连续转动—连续转动：齿轮、涡轮蜗杆、带、链、双曲柄等连续转动—间歇运动：槽轮、棘轮等连续转动—往复摆动：曲柄摇杆、曲柄摇块等连续转动—直线移动：曲柄滑块、凸轮、齿轮齿条、螺旋等直线移动—直线移动：连杆等总结各种机械运动变换的实现形式以及传动效率、传动速比、传动距离、传动平稳性等性能。3、机械运动的传递与变化：机械创新设计基础第二节零件与公差任何机械装置都是由基本零件组成，主要包括轴类零件盘套类零件箱体类零件特殊类零件1、零件的种类第二节零件与公差轴类零件：作回转运动的传动零件必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。阶梯转轴传动轴曲轴第二节零件与公差箱体类零件：起支承、容纳、定位等作用。盘套类零件：起传动、连接、支承、密封等作用，如手轮、法兰盘、各种端盖等。第二节零件与公差在同一规格的一批零件中，任取其一，不需要任何选择或附加修配（如钳工修配）就能装在机器上，达到规定的功能要求，这样的一批零件就称为具有互换性的零件。公差是指允许实际参数的变动量，公差是实现互换性的保证。规定公差的原则：在满足使用要求的前提下，尽可能考虑生产过程的经济学。2、互换性与公差第二节零件与公差孔：由单一尺寸所确定的圆柱形内表面轴：由单一尺寸所确定的圆柱形外表面基本尺寸：零件的设计尺寸极限尺寸：允许零件实际尺寸变化的两个极值上偏差：最大极限尺寸–基本尺寸下偏差：最小极限尺寸–基本尺寸尺寸公差：最大极限尺寸–最小极限尺寸3、零件装配的基本术语第二节零件与公差零线：表示基本尺寸的一条直线，是偏差和公差的基准公差带：代表上偏差和下偏差的两条直线所限定的区域孔：上偏差ES、下偏差EI轴：上偏差es、下偏差ei精度：零件尺寸的准确程度20级：IT01、IT0、IT1、IT2、……、IT18IT01精度最高，公差最小3、零件装配的基本术语第二节零件与公差零线下偏差上偏差轴孔最大极限尺寸最小极限尺寸基本尺寸公差最大极限尺寸基本尺寸最小极限尺寸公差下偏差上偏差基本尺寸孔公差带轴公差带0+-ESEIesei第二节零件与公差形状公差：直线度、平面度、圆度、圆柱度等方向公差：平行度、垂直度、倾斜度等位置公差：同心度、同轴度、对称度等表面粗糙度Ra：零件表面微观几何形状误差4、几何公差第三节工程材料金属材料无机非金属材料高分子材料复合材料第三节工程材料良好的力学性能（强度、刚度、塑性、韧性等）良好的理化性能（导电性、导热性等）良好的工艺性能（铸锻性、焊接性、切削性等）价格便宜或适中缺点：资源有限，特高温及特殊介质中不能胜任1、金属材料第三节工程材料按化学成分分为碳钢和合金钢低碳钢：C%0.25%中碳钢：C%：0.25%～0.60%高碳钢：C%0.6%超高碳钢：C%1.0%1、金属材料：钢第三节工程材料按用途分为结构钢、工具钢、特殊性能钢结构钢工具钢1、金属材料：钢螺钉钢筋、螺纹钢钢桥梁螺纹量规第三节工程材料含碳量2%的铁碳合金，碳多以石墨形态存在力学性能不如钢，但铸造性好，价格低廉，应用广泛1、金属材料：铸铁片状石墨球状石墨蠕虫状石墨团絮状石墨灰铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁可锻铸铁第三节工程材料有色重金属：铜、镍、锡、铅等有色轻金属：铝、镁、钾、钠等贵重金属：金、银及铂族金属等稀有金属示例：钛合金，具有优异的耐蚀性和耐高温性，比强度（强度/重量）高，用于人体关节、航天材料等，但切削困难、硬度低。1、金属材料：有色金属第三节工程材料陶瓷：耐磨损、高强度、耐高温玻璃水泥2、无机非金属材料第三节工程材料塑料橡胶：在很小外力作用下，也能产生很大形变纤维：较大温度范围(-50~150℃)内的机械性能变化不大粘结剂与涂料3、高分子材料硫化橡胶酚醛树脂聚乙烯涤纶纤维第三节工程材料天然复合材料：竹子（纤维素+木质纤维）人工复合材料：金属基材料、非金属基材料示例：航天飞机表面为金属陶瓷高温复合材料。4、复合材料第三节工程材料超硬材料超塑形材料高温材料超低温材料形状记忆合金材料储氢合金5、新型材料第三节工程材料莫氏硬度接近10的材料，主要指金刚石和立方氮化硼超硬材料主要用于制作磨料或刀具5、新型材料：超硬材料金刚石立方氮化硼金刚石锯片金刚石砂轮PCD刀具第三节工程材料金属在适当温度下（大约金属熔点温度的一半）变得像软糖一样，伸长几十甚至上百倍，也不会缩颈、断裂。5、新型材料：超塑形材料超塑性钛合金吹塑成形Ti-6Al-4V卫星燃料箱航空航天材料强度高、形状复杂、整体加工成形非常困难，适合采用超塑形材料加工。第三节工程材料在600～1200℃高温下能承受一定应力并具有抗氧化或抗腐蚀能力的材料。达到实用化的高温合金已有四百多种，如铝、钛、铌、碳、钨、钼、钽、钴、锆、硼、铈、镧等。5、新型材料：高温材料我国太行发动机涡轮盘采用高温合金制造第三节工程材料金属材料在超低温下抗拉强度上升但延展性下降“泰坦尼克”的悲剧在于冰冷海水中由低碳钢焊接而成船体的脆化超低温材料用于生产、储存液氮和液化天然气的设备5、新型材料：超低温材料第三节工程材料形状记忆效应：具有一定初始形状的材料经变形并固定成后，通过热、光、电等外部刺激后又恢复成初始形状，即无生命的材料却具有一定的“记忆”功能。5、新型材料：形状记忆合金材料单程记忆初始形状低温变形加热冷却双程记忆全程记忆第三节工程材料应用1：半球形宇宙飞船天线5、新型材料：形状记忆合金材料高温环境下用记忆合金制作好天线，在低温下将其压缩到原来体积的千分之一，置于月球后，在阳光照射下，达到记忆合金的转变温度，天线恢复原有形状，变成一个巨大的半球，向地球发回探测信息。第三节工程材料应用2：房间隔缺损封堵器5、新型材料：形状记忆合金材料第三节工程材料应用3：管接头5、新型材料：形状记忆合金材料用记忆合金加工内径连接管外径的套管，在液氮温度（转变温度）下将套管扩径连接管外径，装配时将套管从液氮取出，把连接管从两端插入，当温度升高至常温时，套管收缩形成紧固密封。该连接方式接触紧密，能防渗漏，适于航空、航天、核工业及海底输油管道等危险场合。第三节工程材料应用4：眼睛架5、新型材料：形状记忆合金材料记忆合金眼镜架，若不小心碰弯，只要放在热水中就可恢复原状。用记忆合金制作汽车外壳，碰瘪后只用电吹风加温就可恢复原状。第三节工程材料储氢合金：能在晶体空隙中大量贮存氢原子的合金材料，可以贮存相当于合金自身体积1000~3000倍的氢气。可应用于氢能汽车：以氢气为燃料代替汽油或者将镍金属氢化物电池用于电动汽车。5、新型材料：储氢材料