第一節(jié)緒論一、課程的內(nèi)容、性質(zhì)和任務(wù)在人類的生產(chǎn)和生活中，創(chuàng)造和發(fā)展了各種各樣的機(jī)械。機(jī)械是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱。機(jī)器是由若干個(gè)機(jī)構(gòu)組合而成的運(yùn)動(dòng)裝置，可以實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化(如將電能、熱能、光能北學(xué)能等轉(zhuǎn)化為機(jī)械能)或傳遞能量、物料或信息，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的工作。機(jī)構(gòu)是機(jī)器的組成部分，是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的構(gòu)件通過可動(dòng)連接構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)確定的系統(tǒng)，用來傳遞運(yùn)動(dòng)和力。構(gòu)件則是由若干零件剛性連接而成。構(gòu)件是機(jī)器運(yùn)動(dòng)的最小單元，而零件則是機(jī)器加工制造的最小單元下一頁上一頁返回第一節(jié)緒論

圖1一1所示的單缸內(nèi)燃機(jī)由氣缸體1、活塞2、連桿3、曲軸4,齒輪5和6、凸輪7、進(jìn)氣閥頂桿8等構(gòu)件組成。內(nèi)燃機(jī)中包含了連桿機(jī)構(gòu)(1,2,3,4)、凸輪機(jī)構(gòu)(7,8)和齒輪機(jī)構(gòu)(5,6)等一部機(jī)械從無到有，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，但總的來說包括兩大方面:設(shè)計(jì)和制造。本課程就是一門綜合性、實(shí)用性很強(qiáng)的、墻養(yǎng)工程類專業(yè)的學(xué)生設(shè)計(jì)能力的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課下一頁返回第一節(jié)緒論二、機(jī)械設(shè)計(jì)的一般過程簡介一個(gè)新的機(jī)械(機(jī)器)從準(zhǔn)備設(shè)計(jì)到制造出來，大致要經(jīng)過以下幾個(gè)步驟：

1.產(chǎn)品規(guī)劃根據(jù)社會(huì)的需要和市場的需求，確定所設(shè)計(jì)機(jī)械(機(jī)器)的功能范圍和性能指標(biāo)，根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)資料和技術(shù)手段研究其實(shí)現(xiàn)的可能性，擬訂設(shè)計(jì)任務(wù)書。

2.方案設(shè)計(jì)按設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，盡量構(gòu)思出多種可行的設(shè)計(jì)方案，通過對比、篩選，優(yōu)選出一種功能滿足要求、工作原理可靠、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、制造成本低廉的最優(yōu)方案。

下一頁上一頁返回第一節(jié)緒論3.技術(shù)和施工圖設(shè)計(jì)對已選定的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析計(jì)算，確定機(jī)構(gòu)和零件的工作參數(shù)以及機(jī)械(機(jī)器)的主要結(jié)構(gòu)尺寸，考慮各個(gè)零件的工作能力和結(jié)構(gòu)工藝性，完成每一個(gè)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，按照國家標(biāo)準(zhǔn)，繪制出整部機(jī)械(機(jī)器)的設(shè)計(jì)總圖和全部零部件的施工圖，編寫有關(guān)技術(shù)文件。

4.試制、調(diào)試、鑒定經(jīng)過加工、安裝和調(diào)試，制造出樣機(jī)。通過對樣機(jī)的試驗(yàn)，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的機(jī)械(機(jī)器)能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能及滿足所提出的要求，評價(jià)其可靠性、適用性、經(jīng)濟(jì)性并進(jìn)行必要的改進(jìn)。下一頁上一頁返回第一節(jié)緒論三、機(jī)械零件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

1.主要失效形式機(jī)械零件在設(shè)計(jì)要求的壽命里，失去原設(shè)計(jì)要求的工作能力，稱為失效。機(jī)械零件的主要失效形式有因強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生的斷裂，有因剛度不夠而產(chǎn)生的變形過大，有因轉(zhuǎn)速過高而產(chǎn)生的振動(dòng)過大甚至共振，有因表面接觸應(yīng)力過大或者接觸腐蝕介質(zhì)而使零件表面失效等下一頁上一頁返回第一節(jié)緒論2.設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

(1)強(qiáng)度準(zhǔn)則強(qiáng)度準(zhǔn)則就是指零件受到最大載荷時(shí)的應(yīng)力不得超過零件材料的許用應(yīng)力，它是保證機(jī)械零件工作能力的最基本的準(zhǔn)則。即正應(yīng)力、彎曲應(yīng)力或者復(fù)合應(yīng)力扭轉(zhuǎn)、剪切應(yīng)力在強(qiáng)度條件中，材料的許用應(yīng)力為下一頁上一頁返回第一節(jié)緒論(2)剛度準(zhǔn)則剛度準(zhǔn)則就是指零件在載荷作用下產(chǎn)生的變形量不得超過其許用值。零件的剛度有時(shí)又是保證零件強(qiáng)度的重要條件，例如受壓長桿，若剛度不足，將影響其受壓時(shí)的穩(wěn)定性。剛度也是影響振動(dòng)穩(wěn)定性的主要因素。因而要求下一頁上一頁返回第一節(jié)緒論(3)振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則機(jī)器中存在著許多周期性變化的激振源，如齒輪的嚙合、軸的偏心轉(zhuǎn)動(dòng)、滾動(dòng)軸承中的振動(dòng)、滑動(dòng)軸承中的油膜振蕩等，當(dāng)上述激振源的振動(dòng)頻率fp與零(部)件本身的固有頻率fp相等或接近時(shí)，零(部)件就會(huì)發(fā)生共振。共振時(shí)振幅急劇增大，以至零件被破壞或機(jī)器工作失常。振動(dòng)穩(wěn)定性準(zhǔn)則就是在設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，使受激振作用的各個(gè)零件的固有頻率fp與激振源的頻率fp錯(cuò)開通常應(yīng)保證下一頁上一頁返回第一節(jié)緒論(4)摩擦學(xué)準(zhǔn)則在摩擦狀態(tài)下工作的機(jī)械零件主要有兩類，一類要求工作時(shí)摩擦力小、功耗低，如滑動(dòng)軸承，嚙合傳動(dòng)等。另一類利用摩擦傳遞動(dòng)力，要求摩擦力大，如帶傳動(dòng)、摩擦輪傳動(dòng)、摩擦離合器等。前一類零件應(yīng)選用減摩抗磨性好的材料制造，并采用適當(dāng)?shù)臐櫥绞揭员ＷC工作時(shí)兩摩擦表面阻力小，功耗少，效率高。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證機(jī)器有一定的效率，以較小的功率完成預(yù)期的工作。后一類零件應(yīng)選用摩擦材料或耐磨材料制造。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證摩擦力或摩擦力矩的極限值大于工作阻力或工作阻力矩，否則，工作時(shí)就會(huì)發(fā)生打滑，使傳動(dòng)失效。上一頁返回第二節(jié)機(jī)械零件材料學(xué)基礎(chǔ)一、金屬材料

1.鋼鋼和鑄鐵都是鐵碳合金，他們的區(qū)別主要在于含碳量的不同。含碳量小于2.1%的鐵碳合金稱為鋼含碳量大于2.1%的鐵碳合金稱為鑄鐵。但通常使用的鋼，含碳量在0.05%~0.7%之間。與鑄鐵相比，鋼具有較高的強(qiáng)度、韌性和塑性，并可用熱處理的方法來改善其力學(xué)和加工性能。鋼制零件可用鍛造、碾壓、沖壓、焊接、鑄造等方法獲得，因此應(yīng)用極其廣泛。下一頁返回第二節(jié)機(jī)械零件材料學(xué)基礎(chǔ)

按照用途的不同，鋼可分為結(jié)構(gòu)鋼(用于制造各種機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)的構(gòu)件)，工具鋼(用于制造刀具、量具和模具等)和特殊鋼(如不銹鋼、耐熱鋼、耐酸鋼、滾動(dòng)軸承鋼等)。根據(jù)化學(xué)成分的不同，又可將鋼分為碳素鋼和合金鋼。碳素鋼的性質(zhì)主要取決于含碳量，含碳量的增高，雖然強(qiáng)度有所增加，但鋼的脆斷性增大，焊接性和冷加工性能有所降低。為了改善鋼的性能，特意加入一些合金元素，就是合金鋼。下一頁上一頁返回第二節(jié)機(jī)械零件材料學(xué)基礎(chǔ)2.鑄鐵含碳量大于2.1%的鐵碳合金稱為鑄鐵。鑄鐵的使用量很大，僅次于鋼。鑄鐵被大量使用，首先是因?yàn)樯a(chǎn)成本低廉，其次是它具有優(yōu)良的鑄造性能，鑄鐵的熔點(diǎn)較低，具有良好的易熔性和液態(tài)流動(dòng)性，因而可以鑄成形狀復(fù)雜的大小零件。它的硬度和抗拉強(qiáng)度和鋼差不多，并且有優(yōu)異的消振性能和良好的耐磨性能，這是鋼所不能及的，但鑄鐵的疲勞強(qiáng)度和塑性比鋼差，較脆，不能承受較大的沖擊載荷，不適于鍛壓和焊接。

3.有色金屬有色金屬及其合金種類繁多，由于各具某些特殊的性能，所以在一些特殊的場合得到應(yīng)用。機(jī)械零件中常用的有銅合金、鋁合金等下一頁上一頁返回第二節(jié)機(jī)械零件材料學(xué)基礎(chǔ)二、非金屬材料1.工程塑料塑料與我們口常生活有著密切的關(guān)系，隨處可見，絕大部分都是通用塑料，真正能用在工程上，作為結(jié)構(gòu)零件的塑料并不多。一般把工作應(yīng)力大于50MPa，連續(xù)工作溫度超過100℃以上的塑料稱為工程塑料。它具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、減摩、耐磨、耐腐蝕、耐熱、絕緣等特點(diǎn)。其成型工藝性好，生產(chǎn)效率高，故發(fā)展很快，應(yīng)用范圍口益擴(kuò)大，越來越受到工程界的重視。下一頁上一頁返回第二節(jié)機(jī)械零件材料學(xué)基礎(chǔ)2.橡膠橡膠常用來制造輪胎、墊板、隔熱板、傳動(dòng)帶和減振零件等3.夾布膠木夾布膠木常用來制造板材、電工元件，輕載無噪聲齒輪和耐腐蝕元件等4.其他工業(yè)上，經(jīng)常使用的非金屬材料還有陶瓷、皮革、木材、紙板等下一頁上一頁返回第二節(jié)機(jī)械零件材料學(xué)基礎(chǔ)三、復(fù)合材料在工程上復(fù)合材料的應(yīng)用更廣，它把兩種材料結(jié)合在一起，發(fā)揮各自的長處，在一定程度上克服了各自固有的缺點(diǎn)，如玻璃具有較高的彈性模量和強(qiáng)度，但太脆，而塑料具有良好的塑性、易于加工，但彈性模量和強(qiáng)度較低，把兩者結(jié)合起來，就產(chǎn)生了玻璃鋼。陶瓷材料硬度高，耐磨性好但不易于加工成型，將它們與金屬粉末燒結(jié)在一起，就形成了硬質(zhì)合金。也有金屬和金屬的復(fù)合材料，如碳鋼和不銹鋼、碳鋼和銅合金的復(fù)合板，在這種情況下，不銹鋼和銅合金與介質(zhì)接觸，起到耐腐蝕、耐磨損的作用，而碳鋼作為基體，起到支撐強(qiáng)度的作用。下一頁上一頁返回第二節(jié)機(jī)械零件材料學(xué)基礎(chǔ)四、鋼的熱處理簡介

1.退火把鋼加熱到臨界溫度(在鋼的固態(tài)范圍內(nèi)，引起鋼內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的溫度)以上30℃~50℃，經(jīng)過適當(dāng)?shù)谋睾?，隨爐溫一起緩慢冷卻下來的熱處理工藝稱為退火。

2.正火將零件加熱到臨界溫度以上，保溫一段時(shí)間后，然后再空冷，風(fēng)冷或噴霧冷卻。它的冷卻速度比退火快，作用與退火相似，但比退火經(jīng)濟(jì)，成本低，可作為零件的最終熱處理下一頁上一頁返回第二節(jié)機(jī)械零件材料學(xué)基礎(chǔ)3.淬火將零件加熱到臨界溫度以上，保溫一段時(shí)間后，然后在水中或油中迅速冷卻。由于材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的變化，使其硬度提高，耐磨性加強(qiáng)，但材料的脆性也增加，塑性下降。由于悴火溫度變化過快，材料內(nèi)部形成較大的悴火應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致零件的變形或開裂。悴火不能作為零件的最終熱處理，通常要經(jīng)過適當(dāng)?shù)幕鼗鹛幚恚韵不饝?yīng)力。

4.回火將悴火后的零件重新加熱到臨界溫度以下的某一溫度，保溫一段時(shí)間后，然后在空氣中冷卻。根據(jù)對零件要求的不同，可采用不同的回火溫度?；鼗饻囟仍礁撸牧系挠捕群蛷?qiáng)度下降越多，而塑性和韌性則顯著提高。下一頁上一頁返回第二節(jié)機(jī)械零件材料學(xué)基礎(chǔ)6.時(shí)效時(shí)效可以減小或消除零件的內(nèi)應(yīng)力，使零件在工作之前得以充分的變形，零件尺寸可以穩(wěn)定下來。時(shí)效分低溫時(shí)效和高溫時(shí)效

7.表面處理對于一些要求表面有較高的硬度以增加其耐磨性，而心部要求有較高的韌性以提高其抗沖擊能力的零件，可以采用表面處理工藝。表面處理包括表面淬火和化學(xué)處理

上一頁返回第三節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦學(xué)基礎(chǔ)一、摩擦在外力作用下，相互接觸的兩個(gè)物體做相對運(yùn)動(dòng)或有相對運(yùn)動(dòng)的趨勢時(shí)，其接觸表面上就會(huì)產(chǎn)生抵抗滑動(dòng)的阻力，這一現(xiàn)象叫做摩擦，這時(shí)所產(chǎn)生的阻力叫做摩擦力。摩擦可分為兩大類:一類是發(fā)生在物質(zhì)內(nèi)部，阻礙分子間相對運(yùn)動(dòng)的內(nèi)摩擦;另一類是在物體接觸表面上產(chǎn)生的阻礙其相對運(yùn)動(dòng)的外摩擦。對于外摩擦，根據(jù)摩擦副的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，可將其分為靜摩擦和動(dòng)摩擦;根據(jù)摩擦副的運(yùn)動(dòng)形式，可將其分為滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦;根據(jù)摩擦副的表面摩擦狀態(tài)(或稱潤滑狀態(tài))，又可將其分為干摩擦、邊界摩擦(邊界潤滑)、流體摩擦(流體潤滑)和混合摩擦(混合潤滑)。下一頁返回第三節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦學(xué)基礎(chǔ)二、磨損表面物質(zhì)在摩擦過程中不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損。機(jī)械零件的磨損，按磨損機(jī)理主要分為四種:1.拈著磨損由于兩摩擦表面間產(chǎn)生砧著現(xiàn)象而使材料由一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面而造成的磨損稱為砧著磨損。由于摩擦表面的不平，實(shí)際是微凸體之間的接觸，在相對滑動(dòng)和一定載荷的作用下，接觸點(diǎn)發(fā)生塑性變形和剪切，摩擦表面溫度升高，使其表面膜破裂，嚴(yán)重時(shí)表層金屬局部會(huì)熔化而發(fā)生砧著或膠合。下一頁上一頁返回第三節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦學(xué)基礎(chǔ)2.磨粒磨損兩接觸表面受外界硬質(zhì)顆粒的作用或粗糙硬表面把軟表面擦傷而引起的表面材料脫落的現(xiàn)象稱為磨粒磨損。磨粒磨損屬于磨粒的機(jī)械作用，這種機(jī)械作用在很大程度上與磨粒的硬度、大小和形狀以及載荷作用下磨粒與被磨損面的機(jī)械性能有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)金屬表面的硬度比磨粒的硬度大30%以上時(shí)，磨粒磨損量就非常小。

3.表面疲勞磨損兩摩擦表面受交變接觸應(yīng)力的作用而形成疲勞裂紋或剝落出微片和顆粒而逐步破壞的磨損稱為表面疲勞磨損。其特征是在開始破壞階段表面上出現(xiàn)一個(gè)個(gè)小小的麻坑，故又稱這種磨損為點(diǎn)蝕。齒輪和滾動(dòng)軸承的主要磨損形式就是表面疲勞磨損。

下一頁上一頁返回第三節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦學(xué)基礎(chǔ)4.腐蝕磨損摩擦表面在磨損過程中物體表面和周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)作用，造成表面材料的損失稱為腐蝕磨損。腐蝕磨損是一種機(jī)械化學(xué)磨損，單純的腐蝕不屬于磨損范疇，只有當(dāng)腐蝕和摩擦過程相結(jié)合時(shí)，才能形成腐蝕磨損。三、潤滑潤滑劑的分類和主要質(zhì)量指標(biāo)

(1)潤滑劑的分類潤滑劑可分為固體(石墨、二硫化鑰、尼龍等)、半固體(各種潤滑脂)、液體(各種潤滑油、水、液態(tài)金屬等)和氣體(空氣、氦氣、氮?dú)獾?四類

(2)潤滑劑的主要質(zhì)量指標(biāo)機(jī)械設(shè)計(jì)中，最常用的潤滑劑是潤滑油和潤滑脂。下一頁上一頁返回第三節(jié)機(jī)械設(shè)計(jì)中的摩擦學(xué)基礎(chǔ)2.潤滑油和潤滑脂中的添加劑普通潤滑油和潤滑脂