机械基础第一章教案Word格式.docx
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1）人为的实物组合。
2）各实体之间有确定的相对运动。
3）能代替或减轻人类劳动的动力源。
具备以上三个特征的都称为机器。
所以电动自行车、汽车、机床、吊车、洗衣机等都是机器。
书中机械压力机分析。
2.机构农村用的水井手动压水泵，手摇升降凉衣架等都是具备机器的前二个特征，没有动力源，所以称为机构。
机构只是完成传递运动、力或改变运动的形式。
机构与机器的区别在于有无能代替人类劳动的动力源。
机器能完成机械功或传递机械能，而机构只能完成传递运动、力或改变运动形式。
机器中可能由一个机构，也可能由多个机构组成。
3.机械机器和机构统称为机械。
4．构件与零件构件是运动的实体，如自行车轮是由车圈、幅条、轴套和车胎组成的一个运动基本单元，称为一个构件，而车圈、幅条等都是机器制造的基本单元，称为零件，它是最小的单元。
大部分构件都是由多个零件组成的，有时可以是一个零件作为构件，如偏心轴即为一个构件。
零件是机械制造的基本单元，构件是机械运动的基本单元。
一个构件可由一个零件组成，也可能由多个零件组成。
二、机器的组成
无论是哪一种机器，其机构、功能大不相同，但都是由四大部分组成。
1、动力部分
如电动自行车的电机、汽车的内燃机，它是机器的动力来源，没有动力源，机器就失去价值。
2、执行部分
直接完成工作任务部分，如电动自行车的车轮，工业机器人的手持部分。
3、传动部分
从动力源到执行部分的运动与动力的传递环节，如汽车的变速箱，机床的变速、变向等。
4、控制部分
机器按预定的运动要求工作，如机械电气控制，方向盘等。
三、小结
1
.机器与机构的联系与区别：
前者有动力源，后者没有动力源。
零件是机械制造基本单元，构件是机械运动的基本单元。
2
.机器是由原动机部分、执行部分、传动部分和控制部分等四大组成部分。
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第一章：
金属材料
1、通过教学，希望学生能了解铸铁的概念、分类、牌号、性能及用途。
2、通过教学，希望学生能了解铝的概念、分类、牌号、性能及用途。
3、通过教学，希望学生能了解铜的概念、分类、牌号、性能及用途。
1、铜、铝、铸铁的概念性能及用途。
1、什么是铸铁？
铸铁有哪些优点？
2、名词解释：
Q235AF、H80、H70
一、铸铁的含义
1、概念
铸铁是碳质量分数大于2.11%、并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。
1）、白口铸铁：
碳分主要以游离碳化铁形式出现的铸铁，断口呈银白色，故得名为白口铸铁。
白口铸铁中存有大量的渗碳体，性硬而脆，难于进行切削加工，故很少用它
来制造机器零件。
通常白口铸铁用来制造一些要求高耐磨件，如轧钢机的轧辊、球磨机的磨球，以及农村用的犁铧等。
目前，白口铸铁主要用来做为炼钢生铁和生产可锻铸铁的毛坯。
2）、灰口铸铁：
碳全部或大部以自由态—石墨（G）的形式存在于铸铁中，其断口呈暗灰色，故称灰口铸铁。
在机器制造业中所应用的铸铁基本上是灰口铸铁。
3）、麻口铸铁：
碳分部分以游离碳化铁形式出现，部分以石墨形式出现的铸铁，断口灰白色相间，尤如麻点，故称麻口铸铁。
此类铸铁有较大的硬脆性，工业上也很少使用。
工业上应用最广的是灰口铸铁，其碳大部分或全部以石墨形式存在。
根据石墨的形态不同，灰口铸铁亦可分为如下几类：
A、普通灰口铸铁，亦称灰铸铁：
碳分主要以片状石墨形式出现的铸铁，断口呈灰色，代号HT。
此类铸铁的机械性能不高，但生产工艺简单，价格低廉，工业上应用最广，
在各类铸铁的产量中其可占80%以上。
B、可锻铸铁：
白口铸铁通过石墨化或氧化脱碳可锻化处理，改变其金相组织或成分而获得的有较高韧性的铸铁。
可锻铸铁中的石墨以团絮状形式存在，它具有一定的塑性和韧性，但并非真正可锻。
其代号KT。
C、球墨铸铁：
铁液经过球化处理而不是在凝固后经过热处理，使石墨大部分或全部呈球状，有时少量为团絮状的石墨。
此类铸铁的机械性能较好，且可通过热处理进一步提高性能，其应用日趋广泛。
其代号QT。
D、蠕墨铸铁：
大部分石墨为蠕虫状石墨的铸铁，其代号为RuT。
这种铸铁是七十年代发展起来的一种新型铸铁，它廉有灰铸铁的良好铸造性能和机械性能，又有较高的强度，它的应用越来越受到人们的重视。
二、纯铝的牌号及用途
1、概念：
平均铝的质量分数不小于99.00%的非铁金属。
2、特性：
密度小、熔点低、导电性、导热性、耐大气腐蚀性、塑性好、强度低。
3、牌号：
四位数字或四位字符表示，如1A97，1A99等。
4、用途：
主要用于熔炼铝合金，制造电线、电缆及强度要求不高的机电构件等。
5、铝合金
概念：
在纯铝中加入一种或几种其他元素形成的非铁金属。
分类:
防锈铝、硬铝、变形铝合金超硬铝锻铝、铸造铝合金
6、铝合金的牌号和用途
（1）变形铝合金：
是通过冲压、弯曲、轧、挤压等工艺使其组织、形状发生变化的铝合金。
5A02：
热处理不能强化，强度不高，塑性与耐腐蚀性好，焊接性好
在液体介质中工作的零件，如油箱、油管、液体容器、防锈蒙皮等
3A02
硬铝
2A12
：
可热处理强化，力学性能良好，但耐腐蚀性不高
中等强度的零件和构件，如飞机上骨架零件，蒙皮，铆钉等
7A04
可热处理强化，室温强度高，塑性较低，耐腐蚀性不高
高载荷零件，如飞机上的大梁，桁条，加强框，起落架
锻铝
2A50
高强度锻铝，锻造性能好，耐腐蚀性不高，切削加工性能好
形状复杂和中等强度的锻件，冲压件
7、铸造铝合金：
是指可用铸造成形工艺直接获得零件的铝合金。
分类：
按所加合金元素的不同，主要有AL-Si系、AL-Cu系、AL-Mg系、AL-Zn系合金等
牌号：
由铝和主要合金元素符号及表示主要合金元素质量百分含量的数字组成，并在牌号前面冠以“铸”字汉语拼音字母的字首“Z”。
如，ZALSi12，表示WSI=12%,WAL=88%的铸造铝合金。
用途：
用于制作质量轻、导热性好、耐腐蚀的汽缸体、箱体、活塞、框架、壳体等。
3、铜及其合金
纯铜
1.
组织结构及性能
纯铜又称紫铜，具有面心立方晶格，无同素异晶转变。
密度为8.96g.cm-3，熔点1083℃，导电性、导热性优良，抗大气腐蚀性能良好。
塑性好（δ=45%~50%），容易进行冷、热塑性加工，强度和硬度较低（σb=230~250Mpa，30~40HBS），通过冷变形可使之强化。
2.
代号
工业纯铜有T1、T2、T3三个代号。
代号中的“T”为铜的汉语拼音字首，其后的数字表示序号，序号愈大，纯度愈低。
T1、T2、T3的铜质量分数分别为wCu=99.95％、wCu=99.90％、wCu=99.70％，其余为杂质。
3.
应用
纯铜主要用于制造电线、电缆、电子元件和配制合金。
纯铜和铜合金的低温力学性能很好，所以是制造冷冻设备的主要材料。
铜合金
是以铜为基体，加入合金元素形成的合金。
铜合金与纯铜比较，不仅强度高，而且具有优良的物理、化学性能，故工业中广泛应用的是铜合金。
常用的铜合金可分为：
黄铜、青铜和白铜。
黄铜
黄铜是以锌为主加元素的铜合金，黄铜可分为：
普通黄铜和特殊黄铜。
（1）普通黄铜
普通黄铜是铜锌二元合金，分为单相黄铜和双相黄铜。
当锌的含量小于39％时，锌全部溶于铜中形成α固容体，即单相黄铜；
当锌的含量大于等于39％时，除了有α固容体外，组织中还出现化合物CuZn为基体的β固容体，即α＋β的双相黄铜。
应用：
单相黄铜塑性很好，适用于冷、热变形加工。
双相黄铜强度高，热状态下塑性良好，适用于热变形加工。
普通黄铜牌号：
用“H”＋数字表示。
其中“H”表示普通黄铜的黄字汉语拼音字母的字头，数字表示平均含铜量的百分数。
例如：
H90。
（2）特殊黄铜
在普通黄铜中加入其他合金元素所组成的合金，称为特殊黄铜。
加入的合金元素有锡、硅、锰、铅和铝等，分别称为锡黄铜、硅黄铜、锰黄铜、铅黄铜、铝黄铜等。
锡提高黄铜的强度和在海水中的抗蚀性，又称海军黄铜。
压力加工特殊黄铜牌号用“H+主加合金元素符号+铜的平均质量分数+合金元素平均质量分数”表示。
例如HPb59-1表示平均wCu=59%、wPb=1%，其余为锌的铅黄铜。
2．白桐
以镍为主加合金元素的铜合金。
3．青铜
除了黄铜和白铜外，所有的铜基合金都称为青铜。
按主加元素种类的不同，青铜分为：
锡青铜、铝青铜、铍青铜、铅青铜等。
按工艺特点又分为压力加工青铜和铸造青铜两大类。
加工青铜的牌号：
用“青”字汉语拼音字母字首Q+主加元素符号及其平均质量分数+其他元素平均质量分数组成。
例如QSn4-3表示平均WSn=4%、WZn=3%，其余为铜的锡青铜。
铸造青铜的牌号用Z+铜和合金元素符号及合金元素平均质量分数表示。
例如ZCuSn10P1表示平均wSn=10%、wP=1%，
3
15级机械
碳素钢和合金钢
1、掌握碳素钢和合金钢的基本知识
名词解释:
35钢、45钢、40Cr、
一、钢的分类
1）按化学成分将钢分为碳素钢、低合金钢和合金钢三类。
碳素钢即为非合金钢，非合金钢并不是钢中一点合金元素也没有，而是其合金元素的含量很低，对钢的性能不起主要影响作用。
2）按质量等级将钢分为普通质量钢、优质钢和特殊质量钢三种。
合金钢仅有后二种。
二、合金钢牌号的表示方法
用“汉语拼音＋化学符号＋数字”来表示。
1）合金结构钢
用于制造零件和工程结构。
如60Si2Mn，表示平均含碳量为0.60％，含硅量为2％，含锰量为小于1％。
2）合金工具钢
用于制造刀具、模具和量具。
如9SiCr，表示平均含碳量为0.9％，硅和铬的平均含量都小于1.5％，用于制造丝锥。
但高速钢W18Cr4V不标注碳的含量。
3）
滚动轴承钢
专门用于制造滚动轴承。
如GCr15SiMn，G是滚动轴承滚的汉语拼音首位字母，铬的平均含量为1.5％，硅和锰的平均含量均小于1.5％。
4）
不锈钢和耐热钢
表示方法与合金工具钢相同。
三、合金元素对钢性能的影响
在钢中有意加入合金元素铬、锰、硅、镍等，可提高钢的强度和韧性，改善热处理工艺性，或获得某些特殊性质，如耐腐蚀性和耐磨损性等。
四、
钢的性能特点和应用
低合金钢
1）低合金高强度结构钢
是一类以锰因素为主还有其他元素的低碳低合金钢。
具有高强度、韧性及良好的焊接性，用于制造桥梁、车辆、船舶、容器和建筑用钢筋、结构钢。
2）低合金专业用钢
如锅炉、压力容器、汽车等专业用钢。
2.合金钢
1）机械结构和工程结构用钢
用于制造机械零件如40Cr、GCr15和60SiMn等。
2）合金工具钢和高速钢
用于制造量具和刀具，如9SiCr用于制造板牙、丝锥，5CrMnMo用于制造模具，W18Cr4V用于制造加工刀具。
3）不锈钢及耐热钢
如1Cr13、2Cr13、3Cr13用做不锈钢，0Cr19Ni9、4Cr9Si等用做耐热钢。
此外，还有一些特殊性能的合金钢，如硬磁钢和软磁钢等。
碳素钢的分类
五、根据钢的含碳量分类
1、低碳钢：
C%≤0.25%
2、中碳钢：
C%0.25～0.6%
3、高碳钢C为≥0.6%
六、按钢的质量分类、（根据钢中的有害元素硫磷含量分类）
1、普通钢S≤0.05%P≤0.045%
2、优质钢S≤0.035%P≤0.035%
3、高级优质钢S≤0.025%P≤0.025%
七、按钢的用途分类
4、结构钢：
主要用于制造各种机械零件和工程构件，其含碳量一般C<
0.70%
5、工具钢：
主要用于各种刀具，模具和量具等，其含碳一般C>
八、按冶炼是脱氧程度的不同分类
6、沸腾钢：
脱氧程度不完全的钢
7、镇静钢：
脱氧程度完全的钢
8、半镇静钢：
脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间的钢
4
机械班
钢的热处理
1．
了解热处理在机械工业中的重要作用；
2．
掌握钢的普通热处理工艺方法、种类；
钢的普通热处理工艺方法、种类
钢的普通热处理工艺方法
钢的普通热处理的工艺方法有哪些？
1、热处理工艺的基本过程、特点及其应用
钢是现代工业、农业、交通、国防及生活中应用最为广泛的一种金属材料，具有许多良好的性能。
但随着科学技术的不断提高和发展，对金属材料的性能要求也不断的提高，其中热处理工艺就是提高和改善钢性能的一种重要方法，如齿轮、曲轴、弹簧、锤子、刃具等它们的各种机械性能都是通过热处理的加工来达到要求的。
二、热处理基本工艺方法
热处理加工的特点与其它工种加工的特点最大的区别是：
工件的几何尺寸不发生变化，而内部组织和机械性能发生改变。
1）退火
目的：
细化晶粒、降低硬度，提高塑性、消除内应力，改善材料切削加工性能，并为以后淬火作好组织准备。
适用工件范围：
一般为铸件、锻件、焊接件等毛坯。
具体工艺有：
完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火。
退火工艺操作：
为使工件退火后能获得一个平衡的组织，对温度下降速度有严格要求，必须缓慢降温。
用45号钢制作的工件进行退火工艺作一介绍：
首先选用加热设备，制订退火工艺，把工件装炉升温，适当保温后降温。
工件在炉内的降温要求非常慢，随着炉子的温度下降而降温，如将工件降到室温，需要几天或十几天的时间。
2）正火：
细化晶粒、降低硬度、提高塑性、消除内应力、改善切削加工性能，并为最终热处理作好组织准备。
一般为铸件、锻件及粗车得到的工件。
正火工艺操作：
亚共析钢加热温度为Ac3以上30~50℃，过共析钢加温度在Accm以上30~50℃。
工件经过充分的保温使其获得单一的奥氏体组织后，把工件从高温炉内取出，放在车间静止的空气当中冷却。
这种冷却方法叫空冷。
以同学们制作的锤子为例。
把它放在炉内，将炉温升到850℃进行充分保温后，马上将工件从炉内取出，拿到车间内的空气中冷却，它的冷却速度要比退火的冷却速度快得多，所以获得的组织比较细密，
3）淬火
为了使工件获得马氏体组织，从而使工件的强度、硬度、耐磨性
等力学性能提高。
轴类、齿轮、轴承、刀具、模具等。
同学们制作的锤子，也要进行淬火处理。
首先根据工件所用具体材料制定出操作工艺，然后根据工件的技术要求选择加热和淬火设备。
常用加热设备有：
箱式电阻炉、盐浴炉、气体保护炉、高频炉、油炉、真空炉等设备。
淬火工艺方法：
整体加热淬火、局部淬火、表面淬火、分级淬火等。
以45号钢的锤子为例介绍淬火处理。
首先选用合适的加热设备，用4KW箱式电阻炉。
加热的目的就是要使工件内部组织获得奥氏体，加热温度为850℃。
在此温度下保温20分钟使其转变充分。
然后将工件出炉放入水中快速冷却降温，在非常快的冷却速度下奥氏体才能转变为马氏体。
冷却时间约为几秒钟。
如果冷却速度慢了，工件在冷却过程中就可能发生其它组织转变，而无法获得马氏体这种组织，也就无法使工件达到所要求的力学性能。
为了说明钢在冷却时组织和冷却速度的关系，可通过C曲线（图6）说明简介。
只有冷却速度大于这种材料的临界冷却速度，才能转变为马氏体，否则就会在冷却过程中发生其它组织转变。
而对于合金钢来讲，由于材料里加入了各种不同的合金元素，不但改善了材料的各种力学性能，同时也提高了获得马氏体的能力。
所以合金钢在冷却速度较慢的机油中进行冷却，也可以获得马氏体。
合金钢采用的冷却速度比碳钢的冷却速度更缓慢，还可以减少材料的内应力。
内应力达到一定极限，就会使工件产生变形和开裂，使工件报废。
由于淬火是最后一道工序，如出现产品质量问题所造成的损失是很大的。
根据材料不同，常用淬火介质有三大类：
一种是水，碳钢常用；
一种是20号机油，主要用于合金钢；
另一种为化学试剂，常用于特殊材料的淬火冷却用。
4）回火
降低工件淬火后的脆性，消除在快速冷却过程中产生的内应力，使组织趋于稳定，获得要求的机械性能。
淬火以后的工件一般情况下都需要进行回火处理。
具体工艺方法：
回火工艺根据回火温度的不同，常见的有3种：
低温回火：
加热温度为150~250℃之间，在保证工件高硬度等技术要求前提下，尽量降低材料内部的脆性和内应力。
同学制作的锤子在经过淬火后就要进行低温回火处理。
采用低温回火的典型工件还有：
钻头、锯条、齿轮、锉刀、轴承等。
中温回火：
加热温度为300~450℃之间，为使工件获得较好的弹性和一定的韧性和硬度。
此工艺常用于热锻模和弹簧工件。
如有的弹簧件在受力的情况下发生变形。
有时出现断裂或载荷卸去之后，形状没有回到原来的状态。
这些现象说明弹簧件的热处理质量没有达到技术要求。
高温回火：
加热温度为500~650℃。
淬火+高温回火在机械工业中又叫调质热处理。
通过调质处理可使钢获得较好的综合的力学性能。
主要用于受力复杂工件，如轴类、曲轴、齿轮类等重要的机械零部件。
5
材料的选择与应用
3、掌握金属材料的选择与应用。
掌握金属材料的选择与应用
简述在机械设计中金属材料的选用原
新课讲解：
一、材料科学被称之为人类文明的四大支柱之一。
金属材料的选用同其它各类材料一样，是一个比较复杂的问题。
它是各机械产品设计中极为重要的一环。
要生产出高质量的产品，必须从产品的结构设计、选材、冷热工艺、生产成本等方面进行综合考虑。
但对于要赶超世界先进水平的产品来说，能否达到国际水平，关键还在于材料和工艺水平，当然管理水平也是重要一环。
正确、合理选材是保证产品最佳性能、工作寿命、使用安全和经济性的基础。
现就金属材料选用的一般原则做以下介绍：
⑴所选用材料必须满足产品零件工作的要求
各种机械产品，由于它们的用途、工作条件等的不同，对其组成的零部件也自然有着不同的要求，具体表现在受载大小、形式及性质的不同，受力状态、工作温度、环境介质、摩擦条件等的不同。
对于航空用燃气涡轮发动机来说，涡轮叶片是整机中工作环境最恶劣的零件，因此，对燃气涡轮工作叶片来说要求是比较高的，以材料的要求也自然是高的，要求材料能够耐高温、抗腐蚀，并且有高的耐蠕变和疲劳性能，以及在高温下的机械强度等。
因此，通常使用镍基高温合金和钴基合金。
另外，由于航空发动机是多次使用，所选的材料也直接影响到使用寿命。
对于火箭发动机来说，由于它是短时间的一次使用，在选材方面是不同的，只要短时间性能好就可以。
在选材时，应根据零碎件工作条件的不同，具体分析对材料使用性能的不同要求。
一般不说，机械零件的失效形式有以下三种：
①断裂失效，包括塑性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂、低应力断裂、介质加速断裂；
②过量变形失效，主要包括过量的弹性变形和塑形变形失效；
③表面损伤的失效，如磨损、腐蚀、表面疲劳失效等。
⑵所选材料必须满足产品零件工艺性能的要求
材料工艺性能的好坏，对零件加工的难易程度、生产效率和生产成本等方面都起着十分重要的作用。
金属材料的基本加工方法包括：
切削加工、压力加工、铸造、焊接和热处理等。
切削加工（包括车、铣、刨、磨、钻等）性能：
一般通过切削抗力大小、零件表面粗糙度、切屑排除的难易及切削刀具磨损程度来衡量其好坏。
1Cr18Ni9Ti材料。
切削加工性能就比较差。
压力加工性能（包括锻造性能、冲压性和轧制性能）：
一般来说。
低碳钢的压力加工性能比高碳钢好，而碳钢则比合金钢好。
铸造性能：
主要包括流动性、收缩率、偏析及产生裂纹、缩孔等。
不同的材料，其铸造性能差异很大，在铁碳合金中铸铁的铸造性能要比铸钢好。
焊接性：
一般以焊缝处出现裂纹、脆性、气孔或其他缺陷的倾向来衡量焊接性能的好坏。
热处理工艺性：
主要包括淬硬性、淬透性、淬火变形、开裂、过热敏感性、回火脆性、回火稳定性等。
材料工艺性能的好坏，对单件和小批量生产来说并不显得十分突出，而在批量生产条件下，就明显地反映出它的重要性。
例如，批量极大的普通螺钉、螺母对力学性能要求不高，而却要求上自动机床加工时，为了提高生产率，就需要选用切削加工性能优良的钢种（易切结构钢）。
又如对齿轮及轴的材料来说，往往要求材料有好的淬透性。
⑶所选材料应满足经济的要求
在满足零件使用性能和质量的前提下，应注意材料的经济性。
对设计选材来说，保证经济性的前提是准确的计算，按零件使用的受力、温度、耐腐蚀等条件选用适合的材料，而不单纯追求某一项指标，能用碳钢的不用合金钢；
能用低合金钢的，不用高合金钢；
能用普通钢的，不用不锈耐热钢。
这对批量大的零件来说就显得更重要。
另外，还应从材料的加工费来考虑，尽量采用无切屑或少切屑新工艺（如精铸、精锻等新工艺）。
此外，在选材时还应尽量立足于国内条件和国家资源，同时应尽量减少材料的品种、规格等。
这些都直接影响到选材的经济性。
在选用代用材料时，一般应考虑原用材料的要求及具体零件的使用条件和对寿命的要求。
不可盲目选用更高一级的材料或简单地以优代劣，以保证选用材料的经济性。
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