機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)課件第一章機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)概論機(jī)械設(shè)計(jì)的意義與發(fā)展機(jī)械設(shè)計(jì)是推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力進(jìn)步的核心動(dòng)力,也是衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化水平和工業(yè)實(shí)力的重要標(biāo)志。從遠(yuǎn)古時(shí)代簡(jiǎn)單的杠桿、斜面等基本機(jī)械,到現(xiàn)代復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)、精密航天器,機(jī)械設(shè)計(jì)經(jīng)歷了數(shù)千年的演變與創(chuàng)新。每一次重大的機(jī)械技術(shù)突破,都帶來了生產(chǎn)效率的飛躍和人類生活方式的變革。工業(yè)革命時(shí)期蒸汽機(jī)的發(fā)明,內(nèi)燃機(jī)的誕生,以及當(dāng)代數(shù)控技術(shù)、智能制造的興起,都是機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展歷程中的重要里程碑。01古代機(jī)械杠桿、斜面、滑輪等簡(jiǎn)單機(jī)械02工業(yè)革命蒸汽機(jī)、機(jī)床等動(dòng)力機(jī)械現(xiàn)代技術(shù)機(jī)械的組成與功能劃分完整的機(jī)械系統(tǒng)由多個(gè)功能部分協(xié)同工作,共同完成預(yù)定的生產(chǎn)任務(wù)。理解各部分的作用與相互關(guān)系,是進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的前提。動(dòng)力部分提供機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)所需的能量來源電動(dòng)機(jī):將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能內(nèi)燃機(jī):燃料燃燒產(chǎn)生動(dòng)力液壓馬達(dá):液壓能轉(zhuǎn)機(jī)械能傳動(dòng)部分將動(dòng)力傳遞并轉(zhuǎn)換到工作部分帶傳動(dòng):摩擦傳遞動(dòng)力齒輪傳動(dòng):嚙合傳遞動(dòng)力鏈傳動(dòng):鏈條嚙合傳動(dòng)工作部分直接完成生產(chǎn)任務(wù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)刀具:切削加工夾具:工件定位夾緊執(zhí)行器:完成特定動(dòng)作控制部分控制機(jī)械的啟停與運(yùn)動(dòng)參數(shù)啟動(dòng)裝置:機(jī)械啟動(dòng)控制制動(dòng)裝置:機(jī)械停止控制調(diào)速裝置:速度參數(shù)調(diào)節(jié)卷揚(yáng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖卷揚(yáng)機(jī)是典型的機(jī)械系統(tǒng)實(shí)例。圖中清晰展示了四大功能部分:電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源,通過齒輪減速器(傳動(dòng)部分)將動(dòng)力傳遞給卷筒(工作部分),操作臺(tái)上的控制器(控制部分)實(shí)現(xiàn)啟停與速度調(diào)節(jié)。各部分協(xié)同工作,完成起重提升任務(wù)。動(dòng)力輸入電動(dòng)機(jī)提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力減速傳動(dòng)齒輪箱降速增扭卷筒作業(yè)鋼絲繩纏繞提升控制反饋操作與安全監(jiān)控機(jī)械構(gòu)件與零件構(gòu)件的定義與特點(diǎn)構(gòu)件是機(jī)器中的運(yùn)動(dòng)單元,是一個(gè)或多個(gè)零件的剛性組合體。在機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中,構(gòu)件作為一個(gè)整體進(jìn)行運(yùn)動(dòng),不發(fā)生相對(duì)位移。典型實(shí)例:內(nèi)燃機(jī)的連桿就是一個(gè)構(gòu)件,它由連桿體、連桿蓋、螺栓等零件組成,但在工作時(shí)作為整體做往復(fù)擺動(dòng)。零件的分類零件是機(jī)械制造的基本單元,是加工制造過程中不可再分的最小單位。根據(jù)用途和通用性,零件可分為:通用零件:在各種機(jī)械中廣泛應(yīng)用,如螺栓、螺母、齒輪、軸承等,已有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格專用零件:僅在特定機(jī)械中使用,如發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、機(jī)床主軸等,需專門設(shè)計(jì)制造機(jī)械運(yùn)動(dòng)的確定性與功能關(guān)系機(jī)械的各個(gè)構(gòu)件之間通過運(yùn)動(dòng)副連接,形成確定的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,從而實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。以單缸內(nèi)燃機(jī)為例,我們可以清晰地看到這種運(yùn)動(dòng)的確定性。1燃?xì)馀蛎浉邷馗邏喝細(xì)庠谄變?nèi)膨脹,推動(dòng)活塞向下做直線運(yùn)動(dòng)2往復(fù)轉(zhuǎn)旋連桿將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)3齒輪傳動(dòng)曲軸通過齒輪帶動(dòng)凸輪軸旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速降為曲軸的一半4凸輪控制凸輪推動(dòng)搖臂,精確控制進(jìn)氣閥和排氣閥的開啟與關(guān)閉時(shí)機(jī)通過這一系列確定的運(yùn)動(dòng)傳遞,內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)了將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功能,同時(shí)精確控制了進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程的協(xié)調(diào)配合。第二章機(jī)械材料基礎(chǔ)材料是機(jī)械設(shè)計(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)。選擇合適的材料,掌握材料的性能特點(diǎn)和加工工藝,對(duì)于保證機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、性能和使用壽命至關(guān)重要。本章將系統(tǒng)介紹常用機(jī)械材料及其熱處理技術(shù)。常用金屬材料及性能指標(biāo)碳素鋼按含碳量分為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼,廣泛用于結(jié)構(gòu)件和工具制造合金鋼加入鉻、鎳、鉬等合金元素,具有更高強(qiáng)度、韌性或耐腐蝕性鑄鐵含碳量高,鑄造性能好,減振性優(yōu),常用于機(jī)床床身等鋁合金密度小、耐蝕性好,廣泛用于航空航天和交通運(yùn)輸領(lǐng)域銅合金導(dǎo)電導(dǎo)熱性好,耐磨耐蝕,用于軸承、齒輪等摩擦部件關(guān)鍵性能指標(biāo)強(qiáng)度材料抵抗永久變形或斷裂的能力,通過拉伸試驗(yàn)測(cè)定屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度塑性材料發(fā)生永久變形而不破壞的能力,用伸長(zhǎng)率和斷面收縮率表示硬度材料表面抵抗局部變形的能力,常用布氏、洛氏、維氏硬度測(cè)試沖擊韌性材料抵抗沖擊載荷的能力,通過沖擊試驗(yàn)測(cè)定沖擊吸收功疲勞強(qiáng)度材料在交變應(yīng)力作用下抵抗疲勞破壞的能力,對(duì)旋轉(zhuǎn)零件尤為重要金屬晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶過程晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)金屬原子在固態(tài)時(shí)呈規(guī)則排列,形成晶體結(jié)構(gòu)。不同的晶格類型決定了金屬的基本性能特征。體心立方如鐵、鉻、鎢,強(qiáng)度高但塑性較低面心立方如鋁、銅、鎳,塑性好易加工密排六方如鎂、鋅、鈦,各向異性明顯結(jié)晶過程的影響金屬從液態(tài)冷卻凝固時(shí),原子重新排列形成晶體。結(jié)晶過程對(duì)材料性能有重要影響:晶粒大小:細(xì)晶粒材料強(qiáng)度高、塑性好冷卻速度:快速冷卻獲得細(xì)晶粒,慢冷則晶粒粗大晶體缺陷:位錯(cuò)、空位等缺陷影響強(qiáng)度和塑性偏析現(xiàn)象:合金元素分布不均影響性能均勻性鋼的熱處理基礎(chǔ)熱處理是通過加熱和冷卻改變鋼的組織結(jié)構(gòu),從而獲得所需性能的重要工藝。掌握各種熱處理方法是機(jī)械設(shè)計(jì)和制造的必備知識(shí)。退火工藝:加熱到適當(dāng)溫度后緩慢冷卻目的:降低硬度、消除內(nèi)應(yīng)力、改善切削加工性能、細(xì)化晶粒應(yīng)用:鑄件、鍛件的預(yù)備熱處理正火工藝:加熱到奧氏體區(qū)后在空氣中冷卻目的:細(xì)化晶粒、均勻組織、提高強(qiáng)度應(yīng)用:中低碳鋼零件的最終熱處理淬火工藝:加熱奧氏體化后快速冷卻(水冷或油冷)目的:獲得高硬度和高強(qiáng)度的馬氏體組織應(yīng)用:工具、模具、耐磨零件等回火工藝:淬火后再次加熱到較低溫度保溫冷卻目的:降低脆性、消除內(nèi)應(yīng)力、獲得強(qiáng)韌性配合應(yīng)用:淬火零件的必要補(bǔ)充處理表面熱處理技術(shù):僅對(duì)零件表面進(jìn)行熱處理,如表面淬火、滲碳、滲氮等,使零件表面硬而耐磨,心部韌而抗沖擊。淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力,淬透性好的鋼可以在較大截面上獲得均勻的淬火效果。合金鋼與特殊鋼種合金元素對(duì)鋼性能的影響鉻(Cr)提高淬透性、耐磨性和耐腐蝕性,是不銹鋼的主要元素鎳(Ni)提高韌性、塑性和耐腐蝕性,改善低溫性能鉬(Mo)提高淬透性和熱強(qiáng)性,防止回火脆性鎢(W)提高紅硬性和耐磨性,用于高速鋼釩(V)細(xì)化晶粒、提高強(qiáng)度和韌性錳(Mn)提高淬透性、強(qiáng)度和耐磨性硅(Si)提高彈性極限,用于彈簧鋼鈦(Ti)細(xì)化晶粒、穩(wěn)定碳化物特殊鋼種的特點(diǎn)與應(yīng)用不銹鋼含鉻量≥12%,具有優(yōu)異的耐腐蝕性能,廣泛用于化工設(shè)備、食品機(jī)械、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。主要類型包括馬氏體、鐵素體、奧氏體不銹鋼。耐磨鋼含有高碳和合金元素,表面硬度高、耐磨性強(qiáng),用于破碎機(jī)襯板、挖掘機(jī)鏟斗、軋輥等承受強(qiáng)烈磨損的零件。常用牌號(hào)如高錳鋼、耐磨合金鋼。耐熱鋼在高溫下仍保持足夠的強(qiáng)度和抗氧化性,用于鍋爐、汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等高溫部件。添加鉻、鉬、鎢等元素提高熱強(qiáng)性和抗氧化性。鑄鐵的分類與性能鑄鐵是含碳量大于2.11%的鐵碳合金,具有良好的鑄造性能、減震性能和耐磨性,是機(jī)械制造中重要的材料。灰口鑄鐵成分特點(diǎn):碳以片狀石墨形式存在性能:減震性好、耐磨、易切削,但強(qiáng)度和塑性低應(yīng)用:機(jī)床床身、汽缸體、齒輪箱體等球墨鑄鐵成分特點(diǎn):石墨呈球狀,通過球化處理獲得性能:強(qiáng)度高、韌性好,接近鋼的性能應(yīng)用:曲軸、齒輪、重載零件等可鍛鑄鐵成分特點(diǎn):石墨呈團(tuán)絮狀,由白口鑄鐵退火獲得性能:強(qiáng)度、塑性、韌性較好應(yīng)用:管接頭、農(nóng)機(jī)零件、汽車零件等鑄鐵石墨化及其影響因素石墨化是鑄鐵中碳以石墨形式析出的過程,對(duì)鑄鐵性能有決定性影響。石墨的形態(tài)、數(shù)量和分布直接決定了鑄鐵的力學(xué)性能。主要影響因素:化學(xué)成分(碳、硅含量)、冷卻速度、孕育處理、球化處理等。通過控制這些因素,可以獲得所需的石墨形態(tài)和鑄鐵性能。第三章機(jī)械零件與機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)機(jī)械零件是構(gòu)成機(jī)器的基本單元,機(jī)構(gòu)則是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的核心。本章將介紹常用機(jī)械零件的類型與設(shè)計(jì)要點(diǎn),以及典型機(jī)構(gòu)的工作原理,為機(jī)械設(shè)計(jì)提供實(shí)用知識(shí)。常用機(jī)械零件介紹聯(lián)接零件螺紋聯(lián)接類型:螺栓聯(lián)接、雙頭螺柱聯(lián)接、螺釘聯(lián)接特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、標(biāo)準(zhǔn)化程度高設(shè)計(jì)要點(diǎn):合理選擇螺紋類型、強(qiáng)度等級(jí),必要時(shí)采用防松措施鍵聯(lián)接類型:平鍵、半圓鍵、楔鍵、切向鍵特點(diǎn):傳遞扭矩,實(shí)現(xiàn)軸與輪轂的周向固定設(shè)計(jì)要點(diǎn):根據(jù)載荷大小選擇鍵型,校核擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度銷聯(lián)接類型:圓柱銷、圓錐銷、開口銷特點(diǎn):定位精確、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低設(shè)計(jì)要點(diǎn):用于零件定位或傳遞不大的載荷,防止零件相對(duì)移動(dòng)軸承的分類與選用滾動(dòng)軸承通過滾動(dòng)體(球、圓柱滾子、圓錐滾子等)在內(nèi)外圈之間滾動(dòng)來支承軸。優(yōu)點(diǎn):摩擦阻力小、啟動(dòng)靈活、標(biāo)準(zhǔn)化程度高類型:深溝球軸承、角接觸球軸承、圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承等選用原則:根據(jù)載荷大小、方向、轉(zhuǎn)速和精度要求選擇滑動(dòng)軸承軸頸在軸承襯套內(nèi)滑動(dòng),依靠潤(rùn)滑油膜支承載荷。優(yōu)點(diǎn):承載能力大、抗沖擊、工作平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)類型:整體式、剖分式、自潤(rùn)滑軸承選用原則:重載、低速、沖擊載荷、高精度場(chǎng)合優(yōu)先考慮機(jī)械機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)由四個(gè)剛性構(gòu)件通過鉸鏈連接形成的平面機(jī)構(gòu),是最基本的機(jī)構(gòu)形式之一。根據(jù)各桿的相對(duì)長(zhǎng)度關(guān)系,可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄作整周轉(zhuǎn)動(dòng),搖桿作往復(fù)擺動(dòng),如抽水機(jī)、雷達(dá)天線等雙曲柄機(jī)構(gòu)兩曲柄均作整周轉(zhuǎn)動(dòng),如機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)裝置、慣性篩等雙搖桿機(jī)構(gòu)兩搖桿均作往復(fù)擺動(dòng),如起重機(jī)、汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等凸輪機(jī)構(gòu)與間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成,通過凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)使從動(dòng)件獲得預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。結(jié)構(gòu)特點(diǎn):凸輪輪廓曲線決定從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律,設(shè)計(jì)靈活運(yùn)動(dòng)規(guī)律:可實(shí)現(xiàn)勻速、等加速、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)等多種運(yùn)動(dòng)形式應(yīng)用實(shí)例:內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)、自動(dòng)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)、包裝機(jī)械等間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為間歇轉(zhuǎn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。主要類型:棘輪機(jī)構(gòu):單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)槽輪機(jī)構(gòu):精確分度運(yùn)動(dòng)不完全齒輪機(jī)構(gòu):可調(diào)間歇運(yùn)動(dòng)應(yīng)用:電影放映機(jī)、自動(dòng)裝配線、分度工作臺(tái)等傳動(dòng)裝置基礎(chǔ)傳動(dòng)裝置是機(jī)械系統(tǒng)的核心部分,負(fù)責(zé)將動(dòng)力從動(dòng)力源傳遞到工作機(jī)構(gòu),并根據(jù)需要改變轉(zhuǎn)速和扭矩。帶傳動(dòng)工作原理:依靠帶與帶輪之間的摩擦力傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力類型:平帶、V帶、同步帶傳動(dòng)特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、能緩沖吸振、過載打滑保護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算:確定帶型、輪徑、中心距,校核帶的拉力和壽命鏈傳動(dòng)工作原理:通過鏈條與鏈輪的嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力類型:滾子鏈、齒形鏈傳動(dòng)特點(diǎn):平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確、效率高、可在惡劣環(huán)境工作設(shè)計(jì)計(jì)算:選擇鏈條節(jié)距和排數(shù),確定鏈輪齒數(shù),校核鏈條強(qiáng)度齒輪傳動(dòng)工作原理:依靠輪齒的嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力類型:圓柱齒輪(直齒、斜齒、人字齒)、圓錐齒輪傳動(dòng)特點(diǎn):傳動(dòng)比準(zhǔn)確、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高設(shè)計(jì)計(jì)算:選擇齒輪材料和熱處理,確定模數(shù)、齒數(shù),校核彎曲和接觸強(qiáng)度蝸桿傳動(dòng)工作原理:蝸桿與蝸輪的嚙合實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)特點(diǎn):傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、可自鎖應(yīng)用:起重機(jī)、機(jī)床分度機(jī)構(gòu)等需要大傳動(dòng)比的場(chǎng)合設(shè)計(jì)要點(diǎn):合理選擇蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù),注意散熱和潤(rùn)滑輪系傳動(dòng)與傳動(dòng)比計(jì)算輪系是由一系列齒輪組成的傳動(dòng)系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比、變速、換向、分路傳動(dòng)等功能。輪系傳動(dòng)比等于各級(jí)傳動(dòng)比的連乘積,計(jì)算時(shí)需注意轉(zhuǎn)向關(guān)系。定軸輪系傳動(dòng)比計(jì)算較簡(jiǎn)單,行星輪系需采用轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法進(jìn)行分析。齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖圖中展示了典型的多級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。從輸入軸到輸出軸,通過三級(jí)齒輪副實(shí)現(xiàn)了減速和增扭功能。關(guān)鍵零件包括:1輸入軸與主動(dòng)齒輪連接動(dòng)力源,承受輸入扭矩,通常采用高強(qiáng)度合金鋼制造2中間傳動(dòng)齒輪承擔(dān)傳動(dòng)和變速功能,需要精確的齒形加工和熱處理3從動(dòng)齒輪與輸出軸輸出動(dòng)力給工作機(jī)構(gòu),承受較大扭矩4軸承支承支承各軸,保證齒輪正確嚙合,減少摩擦損失5箱體容納傳動(dòng)件,密封潤(rùn)滑油,保護(hù)內(nèi)部零件極限與配合基礎(chǔ)極限與配合是保證零件互換性和裝配質(zhì)量的基礎(chǔ),是機(jī)械設(shè)計(jì)和制造中的重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。尺寸公差基本概念基本尺寸設(shè)計(jì)時(shí)確定的尺寸,是計(jì)算極限尺寸和偏差的起始尺寸極限尺寸允許尺寸變化的兩個(gè)界限值,分為最大極限尺寸和最小極限尺寸尺寸偏差某一尺寸減去基本尺寸所得的代數(shù)差,有上偏差和下偏差尺寸公差允許尺寸的變動(dòng)量,等于最大極限尺寸減去最小極限尺寸配合類型孔和軸裝配時(shí),根據(jù)其尺寸公差帶的相互關(guān)系,形成三種配合:間隙配合:孔的尺寸大于軸的尺寸,有間隙,用于需要相對(duì)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合過盈配合:孔的尺寸小于軸的尺寸,有過盈,用于需要固定聯(lián)接的場(chǎng)合過渡配合:可能有間隙也可能有過盈,用于定心精度要求高的場(chǎng)合形位公差與標(biāo)注形位公差用于控制零件的形狀和位置誤差,包括形狀公差(直線度、平面度、圓度等)和位置公差(平行度、垂直度、同軸度、對(duì)稱度等)。形位公差在圖紙上用符號(hào)框格標(biāo)注,明確被測(cè)要素、公差值、基準(zhǔn)等信息。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系:我國(guó)采用基孔制和基軸制兩種配合制度?；字埔钥诪榛鶞?zhǔn),基軸制以軸為基準(zhǔn)。優(yōu)先采用基孔制,因?yàn)榭椎募庸け容S困難,用基準(zhǔn)孔配不同軸更經(jīng)濟(jì)。根據(jù)使用要求,在標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)(IT01~IT18)和基本偏差代號(hào)中選擇合適的配合。第四章機(jī)械加工與裝配基礎(chǔ)機(jī)械加工是將原材料或毛坯轉(zhuǎn)變?yōu)楹细窳慵倪^程,裝配則是將零件組合成機(jī)器的最后環(huán)節(jié)。本章介紹常用的加工方法、工藝特點(diǎn)以及裝配的基本知識(shí)。常用機(jī)械加工方法車削加工工藝特點(diǎn):工件旋轉(zhuǎn),刀具進(jìn)給,加工回轉(zhuǎn)體表面適用范圍:軸類、盤類、套類零件的內(nèi)外圓、端面、螺紋、成形面等設(shè)備:普通車床、數(shù)控車床銑削加工工藝特點(diǎn):銑刀旋轉(zhuǎn),工件進(jìn)給,用于加工平面和成形面適用范圍:平面、臺(tái)階、溝槽、齒輪、花鍵等設(shè)備:臥式銑床、立式銑床、數(shù)控銑床、加工中心磨削加工工藝特點(diǎn):砂輪高速旋轉(zhuǎn)磨削,獲得高精度和低粗糙度適用范圍:淬火零件、精密零件的精加工設(shè)備:外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、無心磨床鉆削加工工藝特點(diǎn):鉆頭旋轉(zhuǎn)進(jìn)給,加工孔適用范圍:鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔等孔加工設(shè)備:臺(tái)式鉆床、立式鉆床、搖臂鉆床、鏜床加工精度與表面粗糙度控制加工精度加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的符合程度。影響加工精度的因素包括:機(jī)床精度:主軸回轉(zhuǎn)精度、導(dǎo)軌精度等刀具精度:刀具制造和安裝誤差?yuàn)A具精度:定位和夾緊誤差工藝系統(tǒng)變形:受力、受熱變形表面粗糙度表面粗糙度反映零件表面的微觀幾何形狀誤差,用Ra、Rz等參數(shù)表示。控制方法:選擇合理的切削用量(切削速度、進(jìn)給量、切削深度)改善刀具幾何參數(shù)和刃磨質(zhì)量采用切削液充分潤(rùn)滑冷卻提高機(jī)床-工件-刀具系統(tǒng)剛性熱加工與冷加工技術(shù)熱加工工藝熱加工是在高溫下對(duì)材料進(jìn)行成形和改性的加工方法,主要包括鑄造、鍛造、焊接等工藝。01鑄造將熔融金屬澆入鑄型,冷卻凝固獲得鑄件。適合形狀復(fù)雜的零件,但精度較低02鍛造利用鍛壓設(shè)備對(duì)加熱后的金屬施加壓力使其塑性變形?？筛纳平M織、提高強(qiáng)度03焊接通過加熱或加壓使金屬連接。焊接可制造大型復(fù)雜結(jié)構(gòu),但需控制變形和殘余應(yīng)力04熱處理通過加熱和冷卻改變材料內(nèi)部組織和性能,如淬火、回火、退火等工藝?yán)浼庸すに嚴(yán)浼庸な窃诔鼗虻蜏叵聦?duì)材料進(jìn)行加工的方法,精度高但需要較大的加工力。主要工藝類型:沖壓:利用模具對(duì)板材施加壓力,進(jìn)行剪切、彎曲、拉伸、成形等加工冷擠壓:在常溫下將金屬坯料放入模具擠壓成形,精度高、材料利用率高冷拉拔:將金屬通過拉拔?？桌瞥伤栊螤?如拉制鋼絲、鋼管冷軋:將金屬在常溫下通過軋輥軋制,減小厚度或改變截面形狀應(yīng)用優(yōu)勢(shì):尺寸精度高、表面質(zhì)量好、提高材料強(qiáng)度硬度、生產(chǎn)效率高機(jī)械裝配基礎(chǔ)裝配是機(jī)械制造的最后環(huán)節(jié),裝配質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的性能和使用壽命。裝配工藝流程1準(zhǔn)備階段檢查零件質(zhì)量,清洗去除毛刺油污,準(zhǔn)備裝配工具和設(shè)備2部件裝配按工藝規(guī)程將零件組裝成部件,如齒輪軸組件、軸承座組件等3總裝配將各部件按裝配順序組裝成完整產(chǎn)品4調(diào)整檢驗(yàn)調(diào)整配合間隙,檢驗(yàn)裝配精度,進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)和性能測(cè)試5涂裝交付涂漆防銹,編制產(chǎn)品技術(shù)文件,包裝交付裝配質(zhì)量控制裝配精度要求距離精度:相關(guān)零件之間的距離尺寸精度相互位置精度:如平行度、垂直度、同軸度等相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度:運(yùn)動(dòng)副之間的運(yùn)動(dòng)精度接觸精度:配合表面的接觸質(zhì)量常用裝配方法完全互換法:靠零件加工精度保證裝配精度,成本高選配法:將零件分組選配,提高裝配精度修配法:裝配時(shí)修整個(gè)別零件,精度高但效率低調(diào)整法:改變調(diào)整件位置達(dá)到精度要求,應(yīng)用廣泛常用裝配工具與檢測(cè)儀器拆裝工具扳手、螺絲刀、套筒、拉拔器、壓力機(jī)等用于零件的拆卸和安裝測(cè)量工具游標(biāo)卡尺、千分尺、百分表、水平儀等用于尺寸和形位精度檢測(cè)專用工具軸承加熱器、液壓拉伸器、扭矩扳手等提高裝配效率和質(zhì)量機(jī)械維護(hù)與故障診斷常見機(jī)械故障類型1磨損故障摩擦副長(zhǎng)期工作導(dǎo)致尺寸改變、間隙增大,如軸承磨損、齒輪磨損預(yù)防:合理潤(rùn)滑、選用耐磨材料、控制載荷2疲勞故障交變應(yīng)力作用下材料產(chǎn)生疲勞裂紋直至斷裂,如軸的疲勞斷裂預(yù)防:減少應(yīng)力集中、提高表面質(zhì)量、合理熱處理3腐蝕故障化學(xué)或電化學(xué)作用導(dǎo)致材料損壞,如生銹、點(diǎn)蝕預(yù)防:采用防腐材料、涂層保護(hù)、隔離腐蝕介質(zhì)4變形故障過載或溫度變化導(dǎo)致零件變形,影響精度和性能預(yù)防:提高剛度、控制載荷、采取冷卻措施維護(hù)保養(yǎng)基本原則01定期檢查按計(jì)劃進(jìn)行日常、定期和專項(xiàng)檢查,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題02潤(rùn)滑管理定期添加或更換潤(rùn)滑劑,保持良好潤(rùn)滑狀態(tài)03清潔衛(wèi)生保持設(shè)備清潔,防止灰塵雜質(zhì)進(jìn)入運(yùn)動(dòng)部位04緊固調(diào)整檢查緊固件松動(dòng)情況,調(diào)整配合間隙和運(yùn)動(dòng)精度維護(hù)方法體系預(yù)防性維護(hù):定期保養(yǎng),防患于未然,延長(zhǎng)設(shè)備壽命預(yù)測(cè)性維護(hù):監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài),在故障前進(jìn)行維修事后維修:故障發(fā)生后進(jìn)行修理,成本高、影響生產(chǎn)改善性維修:改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu),消除設(shè)計(jì)缺陷第五章機(jī)械傳動(dòng)與控制基礎(chǔ)傳動(dòng)系統(tǒng)將動(dòng)力源的能量傳遞給工作機(jī)構(gòu),控制系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的精確控制。本章綜合介紹傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和現(xiàn)代控制技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程,需要綜合考慮性能、成本、可靠性等多方面因素。確定設(shè)計(jì)要求明確工作條件、載荷特性、轉(zhuǎn)速范圍、使用壽命、環(huán)境條件等設(shè)計(jì)參數(shù)和約束條件選擇傳動(dòng)方案根據(jù)傳動(dòng)比、功率、速度等要求,選擇合適的傳動(dòng)類型(齒輪、帶、鏈等)和傳動(dòng)級(jí)數(shù)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率,確定傳動(dòng)比分配,進(jìn)行載荷分析零件設(shè)計(jì)與校核設(shè)計(jì)齒輪、軸、軸承等零件,進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、壽命校核,確保滿足使用要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化完成箱體、潤(rùn)滑、密封等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),優(yōu)化尺寸和重量,繪制裝配圖和零件圖傳動(dòng)效率與動(dòng)力損失分析傳動(dòng)效率傳動(dòng)效率η是輸出功率與輸入功率的比值,反映了傳動(dòng)過程中能量損失的大小。多級(jí)傳動(dòng)的總效率等于各級(jí)效率的乘積。各類傳動(dòng)效率參考值:齒輪傳動(dòng):η=0.96~0.99(一級(jí))蝸桿傳動(dòng):η=0.70~0.85帶傳動(dòng):η=0.94~0.96鏈傳動(dòng):η=0.96~0.98滾動(dòng)軸承:η=0.98~0.99動(dòng)力損失來源傳動(dòng)過程中的能量損失主要來自以下幾個(gè)方面:摩擦損失:齒面、軸承、密封處的摩擦消耗能量攪油損失:齒輪在潤(rùn)滑油中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生阻力空氣阻力:高速旋轉(zhuǎn)零件的風(fēng)阻損失彈性滯后:帶傳動(dòng)中帶的彈性變形損失降低損失的措施包括:選擇合理潤(rùn)滑、提高加工精度、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、使用高效傳動(dòng)方式等?？刂葡到y(tǒng)基礎(chǔ)現(xiàn)代機(jī)械越來越依賴先進(jìn)的控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能和提高自動(dòng)化水平。機(jī)械控制裝置啟動(dòng)控制控制機(jī)械的啟動(dòng)過程,包括直接啟動(dòng)、軟啟動(dòng)、變頻啟動(dòng)等方式裝置:啟動(dòng)開關(guān)、接觸器、軟啟動(dòng)器、變頻器目的:平穩(wěn)啟動(dòng)、減小沖擊、降低啟動(dòng)電流停止控制實(shí)現(xiàn)機(jī)械的安全停止,包括正常停止和緊急停止裝置:制動(dòng)器、離合器、緊急停止按鈕要求:停止迅速可靠、防止慣性沖擊速度調(diào)節(jié)根據(jù)工作需要調(diào)整機(jī)械的運(yùn)行速度方法:機(jī)械調(diào)速(變速箱)、電氣調(diào)速(變頻器、伺服系統(tǒng))應(yīng)用:滿足不同工況要求、節(jié)能降耗現(xiàn)代機(jī)械控制技術(shù)PLC可編程控制器PLC是專為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算控制器,具有可靠性高、編程簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。主要功能:邏輯控制:開關(guān)量的邏輯運(yùn)算和順序控制運(yùn)動(dòng)控制:位置、速度控制過程控制:溫度、壓力等模擬量控制數(shù)據(jù)處理:采集、顯示、記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)伺服控制系統(tǒng)伺服系統(tǒng)能夠精確控制位置、速度和力矩,廣泛應(yīng)用于需要高精度控制的場(chǎng)合。系統(tǒng)組成:伺服電機(jī):執(zhí)行元件,將電信號(hào)轉(zhuǎn)為機(jī)械運(yùn)動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)器:功率放大和控制信號(hào)處理編碼器:位置和速度反饋控制器:發(fā)出指令,進(jìn)行閉環(huán)控制應(yīng)用:數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等機(jī)械設(shè)計(jì)案例分析卷揚(yáng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例以礦井卷揚(yáng)機(jī)為例,說明傳動(dòng)系統(tǒng)的完整設(shè)計(jì)過程。1設(shè)計(jì)要求分析提升重量5噸,提升高度100米,速度1.5m/s,每天工作8小時(shí),使用年限10年2電動(dòng)機(jī)選型計(jì)算所需功率,選擇Y系列三相異步電動(dòng)機(jī),功率75kW,轉(zhuǎn)速1470r/min3傳動(dòng)方案確定采用兩級(jí)圓柱齒輪減速器,總傳動(dòng)比i=30,分配為i?=5,i?=64齒輪設(shè)計(jì)選擇材料為20CrMnTi滲碳淬火,計(jì)算模數(shù)、齒數(shù),校核齒面接觸強(qiáng)度和齒根彎曲強(qiáng)度5軸系設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)輸入軸、中間軸、輸出軸,選擇軸承,校核軸的強(qiáng)度和剛度6結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)箱體、潤(rùn)滑系統(tǒng)、密封裝置,完成裝配圖關(guān)鍵零件受力分析與材料選用齒輪受力分析齒輪在嚙合過程中主要承受:圓周力Ft:傳遞轉(zhuǎn)矩的主要作用力徑向力Fr:指向輪心,使軸產(chǎn)生彎曲軸向力Fa:斜齒輪特有,產(chǎn)生軸向推力材料選擇:根據(jù)載荷選擇合適的材料和熱處理方式。重載齒輪選用20CrMnTi滲碳淬火,表面硬度HRC58-62;中等載荷選用40Cr調(diào)質(zhì)處理,硬度HBS220-250。軸的設(shè)計(jì)與校核軸承受扭矩、彎矩和軸向力的復(fù)合作用,需要進(jìn)行:強(qiáng)度校核:按彎扭合成應(yīng)力校核,保證安全系數(shù)剛度校核:計(jì)算撓度和轉(zhuǎn)角,避免過度變形疲勞強(qiáng)度:考慮應(yīng)力集中,進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核材料選擇:常用45鋼調(diào)質(zhì)處理,承載大時(shí)選用40Cr等合金鋼。軸的關(guān)鍵部位(鍵槽、軸肩)要注意減小應(yīng)力