机电设备评估第一章 机器的组成与制造.docx
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机电设备评估第一章机器的组成与制造
第一章 机器的组成与制造
思维导图
历年考情：
12年（单2多1综1），11年（单1），10年（单2多1综1）
考情分析
本章是全书总述，介绍了机器的组成、工程材料、机械制造过程、加工质量、生产工艺过程、技术经济分析等内容，难度不大。
最近三年本章考试题型、分值分布
题 型
2012年
2011年
2010年
单选题
2题2分
1题1分
2题2分
多选题
1题2分
—
1题2分
综合题
1题10分
—
1题12分
合 计
4题14分
1题1分
4题16分
第一节 机器的组成
一、按照功能分析机器的组成
【结论】从功能角度分析，大部分机器都包含有外界输入能量的动力部分、履行机器功能的执行部分（即工作部分）、介于动力部分和工作部分之间的传动部分及控制部分。
（一）动力部分：
原动机及其相应的配套装置。
它的作用是将其它形式的能量转变为机械能。
一次动力机：
将一次能源直接转化为机械能，例如水轮机、内燃机等。
二次动力机：
将二次能源如电能、液压能等转化为机械能，如电动机等。
【注意】常用的动力机有电动机、内燃机等。
（二）传动部分：
在动力部分和执行部分之间的中间装置，任务是将动力部分提供的机械能以动力和运动的形式，传递给工作部分。
1.传动分为机械传动、流体传动、电力传动和磁力传动。
【拓展】液压传动主要是利用液体压力能来传递能量；而液力传动主要是利用液体的动能来传递能量。
【例题·单选题】下列机械传动中，（ ）传动不属于啮合传动。
A.带传动
B.蜗杆传动
C.链传动
D.螺旋传动
[答疑编号6153010101]
『正确答案』A
『答案解析』带传动属于摩擦传动，而不属于啮合传动。
参见教材P4。
2.按照传动比变化的情况分为定传动比传动和变传动比传动。
表1—1按传动比变化情况分类
传动分类
说明
传动举例
定传动比传动
输入与输出转速对应，适用于工作机工况固定，或其工况与动力机工况对应变化的场合
带、链、摩擦轮传动，齿轮、蜗杆
变传动比
有级调速
一个输入转速对应若干个输出转速，且按某种数列排列，适用于动力机工况固定而工作机有若干种工况的场合，或用来扩大动力机的调速范围
齿轮变速箱、塔轮传动
无级调速
一个输入转速对应于某一范围内无限多个输出转速，适用于工作机工况极多或最佳工况不明确的情况
各种机械无级调速器、液力耦合器及变矩器、电磁滑差离合器、流体粘性传动
按周期性
输出角速度是输入角速度的周期性函数，用来实现函数传动及改善某些机构的动力特性
非圆齿轮、凸轮、连杆机构、组合机构
（三）工作部分（执行部分）：
直接完成机器的预定功能的部分，如车床的刀架；车辆的车厢；飞机的客、货舱等。
工作部分是机器设备区分和分类的依据；不同机器，其原动部分和传动部分可能相同，而工作部分不同。
因此，动力部分、传动部分和控制部分都应该根据工作部分的功能要求和动力参数的合理范围进行设计和选择。
（四）控制部分
控制系统由控制器和被控对象组成。
控制器要完成被控参数的调节，应有四个基本部件：
给定值发生器、比较器、驱动和执行机构、检测变换元件。
1.模拟控制与数字控制
模拟量，即时间上和数值上都连续变化的物理量，例如温度、压力、流量、电压、电流等；
数字量，即在时间上或数值上不连续变化的物理量，例如数字逻辑电路中的开关信号和计算机中的数。
在一个系统中，如果各环节间所有的信号都是模拟量，这个系统就称为模拟控制系统或模拟控制器；如果各环节间有一个或多个信号为数字信号，则该系统称为数字控制系统或数字控制器。
所有的计算机控制系统都是数字控制系统。
2.闭环控制系统和开环控制系统
闭环控制系统：
在这种控制系统中，系统通过测量元件对被控对象的被控参数（如温度、压力、流量、转速、位移等）进行测量，再将其反馈到输入端，与输入的给定值进行比较，然后形成误差信号。
反馈就是将输出量返回馈送，并与输入量进行比较的过程。
比较的结果成为偏差。
自动控制过程就是测偏和纠偏的过程。
这一原理称为反馈控制原理。
在闭环控制系统中，操纵变量作用于被控对象的被控变量；而被控变量的变化又通过自动控制去影响操纵变量。
从信息的传递关系来看，构成了一个闭合回路，所以，称之为闭环控制系统。
由于被控变量的信息要送回到自动控制装置，所以也称之为反馈控制系统。
（空调）
开环控制系统：
在这种控制系统中，输出量不影响系统的控制作用，即系统的输出端与输入端之间，没有反馈通道。
与闭环控制系统不同，它不需要被控对象的反馈信号，控制器直接根据给定值控制被控对象工作。
开环控制系统不能自动消除被控参数与给定值之间的误差。
其控制功能显然要比闭环控制系统差。
（暖气）
3.计算机控制系统
控制器是控制系统的关键，它决定了控制系统的控制性能和应用范围。
如果控制系统中的控制器功能由计算机来实现，就构成了计算机控制系统。
在一般的模拟控制系统中，控制规律是由硬件产生的，要改变规律就要改变硬件电路。
而在计算机控制系统中，控制规律由软件实现，要改变控制规律只要修改程序就可以了。
【例题·单选题】以下关于控制的说法中，错误的是（ ）。
A.在一个系统中，如果各环节间有一个或多个信号为模拟量，则该系统就是模拟控制系统
B.被控变量的信息要送回到自动控制装置的控制系统称为反馈控制系统
C.开环控制系统不能自动消除被控参数与给定值之间的误差
D.所有的计算机控制系统都是数字控制系统
[答疑编号6153010102]
『正确答案』A
『答案解析』在一个系统中，如果各环节所有的信号为模拟量，这个系统就是模拟控制系统。
参见教材P5。
二、按照结构分析机器的组成
零件
是机器的制造单元，如螺丝钉、齿轮等
构件
机器的运动单元（运动整体），可以是一个零件，也可以是几个零件的刚性组合。
如曲轴、连杆等。
机构
由若干构件组合而成，各构件之间具有确定的相对运动。
机器
由若干构件组合而成，各构件之间具有确定的相对运动，能够实现其它能量和机械能的转换。
机械
机器和机构的总称。
【例题·单选题】以下关于机器的说法中，错误的是（ ）。
A.常用的动力机有电动机和内燃机
B.机器的传动部分是将原动机提供的机械能以动力的形式传递给工作部分
C.工作部分是机器设备区分和分类的依据
D.机器能够实现能量的转换或代替人的劳动去做有用的机械功，而机构没有这样的功能
[答疑编号6153010103]
『正确答案』B
『答案解析』机器的传动部分是将原动力提供的机械能以动力或运动的形式传递给工作部分，所以选项B错误。
参见教材P3。
第二节 机器制造基本过程
一、机器的生产过程和工艺过程
（一）机器的生产过程：
把原材料转变为产品的全部过程，包括：
1.生产服务过程；2.技术准备过程；3.毛坯制造过程；4.零件加工过程；5.产品装配过程。
1.生产服务过程包括原材料和半成品的供应、运输和保管，产品的包装和发运等。
2.技术准备过程指产品投入生产前的各项生产和技术准备工作，工艺设计和专用工装设备的设计与制造；各种生产资料的准备以及生产组织方面的工作。
这两个过程都是机器制造的前期准备工作。
3.毛坯制造过程，毛坯的制造方法有铸造、锻造、冲压、切割下料、焊接等。
4.零件的加工过程，以毛坯为加工对象，对毛坯进行进一步的机械加工、焊接、热处理和其他表面处理等。
5.产品的装配过程，将零件按原设计好的规程进行装配，最后得出产品。
（二）机器的制造工艺过程：
按照一定顺序改变生产对象的形状、尺寸、相对位置或性质等，使其成为成品或半成品的过程。
1.工序：
工艺过程最基本的组成单位。
同时，在生产管理上，工序又是制定定额、计算劳动量、配备工人、核算生产能力、安排生产作业计划、进行质量检验和班组经济核算的基本单位。
原材料依次通过这些工序变成成品。
2.工艺规程：
工程技术人员用表格或文字形式确定最合理的零件加工方法或加工进程，作为组织生产、指导生产、编制生产计划的依据。
工艺规程是组织车间生产的主要技术文件，是生产准备和计划调度的主要依据。
3.工艺过程卡片：
按工序填写的表格，用以说明零件各工序的加工内容、所需设备、加工车间及各工序的先后次序。
有了工艺规程，在产品投入生产之前就可以根据它进行一系列的准备工作。
如原材料供应；机器的调整；专用工艺装备的设计与制造；生产作业计划的编排；劳动力的组织以及生产成本的核算等。
在新建和扩建工厂、车间时，只有根据工艺规程和生产数量才能准确地确定生产所需机床的种类和数量；工厂或车间的面积；机床的平面布置；生产工人的工种、等级、数量以及各辅助部门的配备等。
因此，了解了工艺规程就可以了解工厂生产的基本情况。
二、毛坯生产
（一）铸造
将熔化的液体金属浇铸到与机械零件形状相似的铸型型腔中，冷却凝固后，获得毛坯（或零件）的加工方法。
常用的铸造合金是铸铁（灰口铸铁最广泛）、铸钢和铸造有色金属。
其中，铸铁特别是灰口铸铁使用最普遍。
最常用的方法是砂型铸造。
铸造的主要步骤：
1.制备具有和零件形状相适应空腔的铸型；
2.制备成分、温度合格的液态金属；
3.将液态金属浇入铸型空腔内；
4.凝固后取出铸件并清理铸件的表面和内腔。
图 砂型铸造的基本工艺过程
【注意】一般铸件精度低，加工余量大，其力学性能特别是抗冲击性能较差。
（冻豆腐）
（二）压力加工
利用外力使金属材料产生永久变形，制成所需尺寸和形状毛坯或零件的加工方法。
压力加工的主要生产方法有锻造和冲压。
锻造
自由锻
方法：
加热坯料放在平砧之间，使其受锻击力或压力作用
特点：
自由锻精度低、生产率不高，适用于单件、小批量、形状简单的零件。
（以前年用的菜刀，镰刀等）
模锻
方法：
加热坯料放在锻模模膛内，由模腔限制金属变形，从而获得与模膛一致的锻件
特点：
模锻精度高、可以锻造形状比较复杂的零件，加工余量小，生产率高，但需要锻模，只适用于生产大批量中小型零件。
（制作月饼可以看成是模锻的一种）
冲压
方法：
利用冲模对板料（包括带材、管材、型材）加压，使之产生分离或变形。
特点：
冲压主要应用于加工塑性良好的板材或其它薄壁的型材。
冲压可以冲制出形状复杂、尺寸精度较高的零件，一般不经机械加工即可使用。
（铁皮脸盆）
【说明】
1.钢的始锻温度一般在1200℃，终锻温度为800℃。
2.比较而言，锻造需要对毛坯加热，然后再施加外力使之变形；而冲压则在常温下进行。
【例题·单选题】下列关于压力加工的叙述中，正确的是（ ）。
A.采用压力加工方法制造的毛坯力学性能不好
B.模锻加工需要模具而冲压加工不需要模具
C.模锻适用于大批量生产而冲压只适用于小批量生产
D.模锻适用于加工多种形状的金属原材料而冲压适用于板料、条料加工
[答疑编号6153010201]
『正确答案』D
『答案解析』由于获得的毛坯是塑性变形的结果，因而力学性能好，所以选项Ａ不正确；自由锻不需要模具，而模锻和冲压均需要模具，所以选项B不正确，模锻和冲压都适合于大批量生产。
参见教材P16。
（三）焊接
熔焊
方法：
焊接接头处加热至熔化状态，凝固后连接成一个整体。
举例：
气焊、电弧焊、电渣焊、等离子焊。
压焊
方法：
接头处加热（或者不加热），但一定要加压，使之紧密接触，连接成一个整体。
举例：
摩擦焊、电阻焊。
钎焊
方法：
被焊金属不熔化，利用熔点较低金属作为钎料熔化后将焊件连接起来。
举例：
铜导线的焊接（又如电烙铁）
优点：
可以以小拼大，气密性好，生产周期短，不需要重型和专用设备，可以生产出较好强度和刚度，质量轻，材料利用率高的毛坯。
缺点：
抗振性差，易变性。
（飞机上用铆接而不用焊接）
三、切削加工
利用刀具从金属材料（毛坯）上切去多余的金属层，从而获得几何形状、尺寸精度和表面粗糙度都符合要求的零件加工方法。
主要分为钳工、机工以及特种加工。
（一）钳工：
使用手持工具加工。
（二）机工：
使用机床加工。
（三）特种加工：
直接利用电能、声能、光能、化学能或与机械能组合等形式将坯料或工件上多余的材料去除的加工方法。
【2010考题·多选题】下列毛坯生产方法中，（ ）在加工过程中需要将金属变为液态。
A.铸造
B.模锻
C.熔焊
D.热处理
E.压焊
[答疑编号6153010202]
『正确答案』AC
『答案解析』铸造需要把金属融化为液态，然后浇注入铸型空腔内；熔焊需要将焊接件接头处加热至熔化状态。
所以本题选择AC。
参见教材P15。
四、热处理
钢的热处理是指在“固态”下对钢进行不同的加热、保温、冷却来改变钢的内部组织，从而得到所需组织和性能的一种工艺方法。
在机械制造中，所有重要的工具和零件都要进行热处理，而且有的零件在整个工艺过程中要处理二次以上。
除了合金化以外，热处理方法是改变金属材料性能的主要途径。
热处理和其他加工工序不同，它的目的不是改变零件的形状和尺寸，而只是改变其内部组织和性能。
它是保证零件内在质量的重要工序。
根据热处理的目的要求和工艺方法的不同，钢的热处理分类如下：
（一）普通热处理
退火
把钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（随炉冷、坑冷、砂冷、灰冷）的热处理工艺叫退火。
正火
把钢加热到相变温度以上30～50℃，保温一定时间，然后空冷的热处理工艺。
淬火
把钢加热到相变温度以上的某一温度，然后快速冷至室温（油冷或水冷），从而提高钢的硬度和耐磨性。
回火
将淬火后的工件加热至低于相变点某一温度，保持一段时间，然后冷却，使组织成为较稳定的状态，叫回火。
退火与正火的比较：
共同点：
是主要用于铸、锻、焊毛坯的预备热处理，以改善毛坯机械加工性能，去除内应力，为最终热处理作准备，也可用于性能要求不高的机械零件的最终热处理。
不同点：
是冷却速度不同：
正火冷速较大，强度和硬度也较高。
正火比退火生产周期短，设备利用率高，比较经济。
【注意】若零件尺寸较大或形状较复杂，正火可能会产生较大的内应力和变形，甚至开裂。
回火与淬火的关系：
淬火后，钢的硬度虽高，但脆性过大，组织不稳定，不宜直接使用。
经过回火硬度下降，但韧性有较大改善。
回火的目的是降低淬火钢的脆性，减少或消除内应力，防止工件变形和开裂。
使不稳定的组织趋于稳定，以保持工件的形状尺寸精度，并获得所要求的组织和性能。
【注意】淬火和回火必须配合使用，单独进行任何一个操作都是没有意义的。
【2010考题·单选题】把钢加热到一定温度，保温一段时间，然后缓慢冷却。
这种热处理工艺称为（ ）。
A.淬火
B.回火
C.正火
D.退火
[答疑编号6153010203]
『正确答案』D
『答案解析』把钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（随炉冷、坑冷、砂冷、灰冷）的热处理工艺叫退火。
把钢加热到相变温度以上30～50℃，保温一定时间，然后空冷的热处理工艺。
把钢加热到相变温度以上的某一温度，然后快速冷至室温（油冷或水冷），从而提高钢的硬度和耐磨性。
将淬火后的工件加热至低于相变点某一温度，保持一段时间，然后冷却，使组织成为较稳定的状态，叫回火。
参见教材P19。
（二）表面热处理
表面淬火
表面淬火是在不改变钢的化学成分及心部组织的情况下，利用快速加热将表面层奥氏体化后进行淬火，以强化零件表面的热处理方法。
目前生产中广为应用的是感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火
化学热处理
将钢件置于一定温度的特定介质中保温，使介质中的活性原子渗入钢件表层，从而改变表层的化学成分和组织来改变其性能的一种热处理工艺。
化学热处理的方法有：
渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗铬、渗铝、渗硼等。
目前生产中最常用的是渗碳、渗氮和碳氮共渗
【注意】与表面淬火相比，化学热处理不仅改变表层组织，而且还改变其化学成分，因此能更有效的改变表层性能。
五、装配
包括安装、调整、检验、试验、油漆及包装等。
装配的好坏，对产品的质量起着决定性的作用。
1.组件装配：
两个或更多零件连接组合成为组件。
2.部件装配：
将组件、零件连接组合成为独立部件。
3.总装配：
将部件、组件、零件连接组合成为整台机器。
机器装备后要进行调整、精度检测和试车，最后进行油漆、涂油和装箱。
【例题·单选题】在机器生产的过程中，产品的调试在（ ）中进行。
A.生产技术准备过程
B.生产服务过程
C.产品的营销过程
D.产品的装配过程
[答疑编号6153010204]
『正确答案』D
『答案解析』产品的装配分为组件装配、部件装配和总装配，通常包括安装、调整、检验、试验、油漆及包装等。
参见教材P21。
【链接】机器的生产过程：
把原材料转变为产品的全部过程，包括：
1.生产服务过程；2.技术准备过程；3.毛坯制造过程；4.零件加工过程；5.产品装配过程。
参见教材P11。
第三节 零件加工质量
零件加工质量主要指标包括加工精度和表面粗糙度两个方面。
零件表面的尺寸、形状和互相位置以及表面粗糙度反映了零件的几何特性；材料的强度、硬度、弹性、刚度等反映了零件的物理机械特征。
在评定零件的加工质量时，应当全面考虑这些因素。
一、加工精度
经过加工的零件，其实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符合的程度。
误差：
实际与理想的偏离。
公差：
允许的误差范围。
加工精度和加工误差在评定零件几何参数中的作用是等同的，两者呈反向变动关系。
零件的加工精度包括如下三个方面：
（一）尺寸精度
尺寸精度指零件表面本身的尺寸（如圆柱面的直径）和表面间相互的距离尺寸（如各孔之间的距离）的精度。
基本尺寸：
根据使用要求，通过强度、刚度计算或结构方面考虑确定的尺寸。
极限尺寸：
允许尺寸变化的极限值，较大者称为最大极限尺寸、较小者称为最小极限尺寸。
尺寸偏差：
某一尺寸减去其基本尺寸所得的代数差。
最大极限尺寸减去基本尺寸称为上偏差，最小极限尺寸减去基本尺寸称为下偏差。
尺寸公差：
尺寸允许的变动量。
公差数值越小，尺寸精度越高；反之亦然。
公差带：
代表上下偏差的两条直线所限定的区域称为公差带，也是最大极限尺寸和最小极限尺寸所限定的区域。
尺寸公差带由“公差带大小”和“公差带位置”两个要素确定。
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＝上偏差－下偏差＝最大极限尺寸－最小极限尺寸
【注意】偏差可以是正值，可以是负值，也可以是0，公差一定是正值。
例如：
外圆面的尺寸为
基本尺寸为为50mm，上偏差为－0.03mm，下偏差为－0.06mm，
最大极限尺寸＝50－0.03＝49.97mm，最小极限尺寸＝50－0.06＝49.94mm
尺寸公差＝最大极限尺寸－最小极限尺寸＝上偏差－下偏差＝0.03mm
国家标准规定：
尺寸公差由IT01、IT0、IT1—IT18共有20个等级。
IT01精度最高、IT18精度最低。
精度越高，加工越困难，成本越高。
IT6～IT5：
在一般机器制造中用得较少，它主要用于一些精密零件、精密机器和精密仪器中的零件。
IT7～IT6：
在机床和一般较精密的机器制造中用得最普遍。
如车床的主轴与轴承、动力机中的活塞与气缸等。
IT9～IT8：
在机器制造中属中等精度。
如用于重型机床、蒸汽机的次要部分；农业机械、重型机械的较重要部分。
IT10～IT13：
用于机车车辆、农业机械等机器的不重要部分。
IT12～IT18：
用于非配合尺寸的公差。
（二）形状精度
形状精度：
是指加工后零件表面实际测得的形状和理想形状的符合程度。
理想形状是指几何意义上绝对正确的圆、直线、平面、圆柱面以及其他成形表面等。
用形状公差等级表示。
轴的形状误差
（三）位置精度
位置精度：
指加工后零件有关要素相互之间的实际位置和理想位置的符合程度。
理想位置是指几何意义上绝对的平行、垂直、同轴和绝对准确的角度关系等。
【注意】一个完全确定的形位公差带（形状和位置）由“公差带形状”、“公差带大小”、“公差带方向”和“公差带位置”四个要素确定。
形位公差是指实际被测要素的允许变动量。
形位公差带是限制实际要素变动的区域。
形位公差特征项目一共14种。
其中：
形状公差4种，即直线度、平面度、圆度、圆柱度。
（针对自身而言）
位置公差8种，即平行度、垂直度、倾斜度，对称度、同轴度、位置度，圆跳动和全跳动。
（相对的位置，即要有参照物）
形状或位置公差2种：
线轮廓度和面轮廓度。
形位公差项目及符号
在位置公差中，平行度、垂直度、倾斜度为定向位置公差（角度有关）；
对称度、同轴度、位置度为定位位置公差；
圆跳动和全跳动则属于跳动公差。
除圆度、圆柱度外，各种形位公差均分为12级，最高为1级，最低为12级。
圆度和圆柱度增加了0级，为最高级。
通常，尺寸精度要求高，形状和位置精度要求也高，但也有例外，例如钳工用平台，几何形状精度要求高，而位置精度和尺寸精度可稍微低一些。
【例题·单选题】下列形位公差符号中，属于形状公差的项目有（ ）。
[答疑编号6153010301]
『正确答案』ABE
『答案解析』AB是形状公差，分别是圆柱度和平面度；E是形状或位置公差，为面轮廓度；CD是位置公差，分别是位置度和同轴（同心）度。
参见教材P26。
二、表面粗糙度Ra
表面粗糙度是指加工表面上具有较小间距的峰谷所组成的微观几何形状特性。
表面粗糙度对机器零件的配合性质、耐磨性、工作精度、抗腐蚀性均有较大影响。
评定表面粗糙度的标准有六种。
目前我国主要采用轮廓算术平均偏差Ra，在一定测量长度l范围内，轮廓上各点至中线距离绝对值的平均算术偏差，单位为μm（微米）。
Ra值越小，被测表面越光滑，零件的质量越高；反之，Ra越大，表面越粗糙。
通常，尺寸公差、表面形状公差小时，表面粗糙度参数数值也小，但并没有严格的函数关系。
三、配合
（一）配合：
以轴和孔的配合为例，基本尺寸相同，互相配合的轴与孔公差带之间的关系。
根据使用要求的不同，配合有三种类型。
间隙配合
孔的公差带在轴的公差带之上，任取加工合格的孔和轴配合一定产生间
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