机械工程概论复习提纲.docx
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机械工程概论复习提纲
第一章绪论
（一）
.机械的基本概况
1、机构：
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、转换运动和动力，或实现某种特定的运动
2、机器：
由一个或一个以上的机构组成，具有确定机械运动并完成一定有用工作过程的装置
3、机械：
机构和机器的总称
4、机构和机器之间的区别与联系
5、机构：
传递、转换运动与动力实现某种特定的运动
6、机器：
具有确定机械运动、转换机械能、完成一定有用工作过程
7、零件：
组成机械不可拆的基本单元；专用零件
8、构件：
在机构中组成机构彼此间具有一定相对运动关系的基本单元
9、部件：
机械的一部分，为可以完成同一功能而在结构上连接在一起、能协同工作的零件的组合体
10、机械、机器、机构、构件、零件之间的关系
11、机械的特征及种类
12、制造业和机械工业
.机械工程的涵义机械工程的工作内容（按工作性质划分）
1、建立和发展能直接应用于机械工程的工程理论基础
2、研究、设计和发展新的机械产品
3、机械产品的生产
4、机械制造企业的经营和管理
5、机械产品的应用
6、环境污染和自然资源过度耗费问题及其处理措施
3.机械工程发展
1、社会发展与机械工程
第一次革命：
大约200万年前，学会了用木棍和石块等天然工具，并锻炼了大脑和手指
第二次革命：
大约50万年前，学会了制造和使用简单的木制和石制工具，继而发现了火
第三次革命：
大约15000年前，制作和使用简单机械，开始了农耕与畜牧
第四次革命：
1750年到1850年之间，瓦特第一台蒸汽机
第五次革命：
计算机的发明导致了一场现代工业革命。
智能机械开始应用，计算机正在改变人类的传统生活方式和工作方式
2、机械工程发展史
a.古代机械史（ancienthistoryofmachinery，〜1750年）机械始于工具
b.近代机械工程史（modernhistoryofmechanicalengineering）
用生产能力大和产品质量高的大机器取代手工工具和简陋机械。
用蒸汽机和内燃机等无生命动力取代人和牲畜的肌肉动力。
用大型的集中的工厂生产系统取代分散的手工业作坊。
c.现代机械工程史（contemporaryhistoryofmechanicalengineering）多领域、多学科结合
3、中国机械工程发展
a.简单工具时期：
旧石器时代：
粗制工具
新石器时代：
精致工具
b.古代机械时期
迅速发展阶段：
古车
成熟阶段：
处于世界领先地位缓慢前进阶段：
闭关锁国
c.近代机械时期
半殖民地的社会性质
吸收世界科学技术内容
与古代机械及传统生产技术联系少
d.现代机械时期
摆脱对帝国主义的依赖，大力发展
4.机械工业的地位
1.机械制造业是国民经济的“装备部”
2.机械制造业是工业的主要组成部分
3.机械制造业是国家高技术产业的基础和载体，是高科技发展的重要平台
4.机械制造业是正在工业化国家的国民经济战略性产业
5.机械制造业是国家安全的重要保障，是国防实力的重要保证
5.我国机械制造业现状
1.机械工业生产能力居世界第5位
2.提供重大装备的能力不断提高
3.具有特色的制造业聚集地逐渐形成
4.中国制造业正在成为全球制造和供应基地
6.21世纪的机械工程
第二章机械工程基础
（一）
.机械系统及其功能与组成
1.系统：
由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体
2.机器的功能
3.机器的组成
a.动力系统
b.传动系统
c.功能执行系统
d.操作和控制系统
.机器的结构
1.机器的功能与结构的关系
a.机器的表达
b.工程中常用机构的基本类型
（1）全转动副四杆机构的基本型全转动副四杆机构的基本型为曲柄摇杆
机构，可演化为双曲柄机构、双摇杆机构。
（2）含有一个移动副四杆机构的基本型含有一个移动副四杆机构的基
本型为曲柄滑块机构，可演化为转动导杆机构、移动导杆机构、曲柄摇块机构、摆动导杆机构。
⑶含有两个移动副四杆机构的基本型含有两个移动副四杆机构的基本
型为正弦机构，可演化为正切机构、双转块机构、双滑块机构。
（4）圆柱齿轮传动机构的基本型
（5）锥齿轮传动机构的基本型锥齿轮传动机构的基本型为外啮合直齿锥
齿轮传动机构，可演化为斜齿锥齿轮传动机构和曲齿锥齿轮传动机构。
（6）蜗杆传动机构的基本型蜗杆传动机构的基本型为阿基米德圆柱蜗杆
传动机构，可演化为延伸渐开线圆柱蜗杆传动机构、渐开线圆柱蜗杆传动机构。
（7）内啮合行星齿轮传动机构的基本型内啮合行星齿轮传动机构的基本
型是指渐开线圆柱齿轮少齿差行星传动机构，可演化为摆线针轮传动机构、谐波传动机构、内平动齿轮传动机构、活齿传动机构。
（8）直动从动件平面凸轮机构的基本型直动从动件平面凸轮机构的基本
型是指直动对心尖底从动件平面凸轮机构，可演化为直动对心滚子从动件平面凸轮机构、直动对心平底从动件平面凸轮机构、直动偏置从动件平面凸轮机构。
（9）摆动从动件平面凸轮机构的基本摆动从动件平面凸轮机构的基本型是指摆动尖底从动件平面凸轮机构，可演化为摆动滚子从动件平面凸轮机构、摆动平底从动件平面凸轮机构。
（10）直动从动件圆柱凸轮机构的基本型直动从动件圆柱凸轮机构
的基本型主要指直动滚子从动件圆柱凸轮机构。
（11）摆动从动件圆柱凸轮机构的基本型摆动从动件圆柱凸轮机构
的基本型主要指摆动滚子从动件圆柱凸轮机构。
（12）带传动机构的基本型带传动机构的基本型是指平带传动机构，可演化为V带传动机构、圆带传动机构、活络V带传动机构、同步齿形带传动机构。
（13）链传动机构的基本型链传动机构的基本型是指套筒滚子链条传动机构，可演化为多排套筒滚子链条传动机构、齿形链条传动机构。
（14）液压、气压传动机构的基本型液压、气压传动机构的基本型是指缸体不动的液压缸和气动缸，它们可转化为摆动缸。
（15）螺旋传动机构的基本型螺旋传动机构的基本型是指三角形螺旋传动机构，可演化为梯形螺旋传动机构、矩形螺旋传动机构、滚珠丝杠传动机构。
（16）示。
电磁传动机构的基本型
电磁传动机构的基本型如图2-12所
（17）
间歇运动机构的基本型
间歇运动机构的基本型有外棘轮机
构、
外槽轮机构。
c.机构的组合
2.机械运动形态与变换
a.连续转动到连续转动的运动变换与实现机构
（1）齿轮传动机构由于机械中作为原动机的电动机或内燃机转速较高，而工作机构的速度一般较低，为协调原动机和执行机构之间的运动关系，齿轮传动机构成为机械中应用最广泛的传动机构，用于运动、速度的变换并传递动力。
（2）蜗杆传动机构蜗杆传动机构主要由蜗杆和蜗轮组成。
（3）带传动机构带传动机构如图所示。
（4）链传动机构如图所示，链传动机构由主动链轮、从动链轮和链条组成，在传动过程中通过链条的链节与链轮上的轮齿相啮合来传递两平行轴间的运动和动力，因此链传动是一种依靠中间挠性件条）的啮合运动。
（5）绳索传动机构除具有带传动的功能外，绳索传动机构还具有独特的作用：
由于一轮缠绕，另一轮退绕，所以两轮中间可有多个中间轮。
（6）液力传动液力传动利用液体的动能把主动轮的转动传递到从动轮。
（7）钢丝软轴传动机构钢丝软轴的内部由钢丝分多层缠绕而成。
（8）瞬心线机构瞬心线机构种类很多，这里仅列举两种瞬心线机构。
（9）连杆机构能实现转动到转动运动变换的连杆机构有双曲柄机构、平行四边形机构、转动导杆机构及双转块机构等。
（10）万向联轴器万向联轴器实际上是一种空间连杆机构，可分为单万向联轴器和双万向联轴器。
b.连续转动到间歇运动的变换与实现机构
（1）槽轮机构
（2）棘轮机构
c.连续转动到往复摆动的运动变换与实现机构
d.连续转动到往复直线移动的运动变换与实现机构
e.直线移动转换为直线移动的运动变换与实现机构
（1）螺旋传动机构如图所示螺旋传动由螺杆（也称丝杆或螺旋）和螺母组成，螺杆置于螺母中。
（2）齿轮齿条传动机构齿轮齿条传动机构由齿轮与齿条组成，当齿轮为主动件时，它可以将旋转运动变为直线运动，如台式钻床钻头的轴向进给机构。
（3）凸轮机构凸轮机构由凸轮、从动件和支持整个机构的机架三个主要部分组成。
（4）曲柄滑块机构曲柄滑块机构由曲柄、连杆、滑块以及机架组成。
f.直线移动转换为定轴转动或往复摆动的运动变换与实现机构
3.机、电、液机构组合的运动与控制
a.机、液机构组合的运动形态
（1）机、液机构组合的基本型机、液机构组合中，液压缸一般是主动
件，并驱动各种连杆机构完成预定的动作。
（2）机、液机构组合的常见运动形式由于液压传动可以容易地实现顺序
动作、换向动作、速度调节、压力调节与压力保持等多种复杂的工作，而且容易实现自动控制，所以机、液一体化的机械正在迅速发展。
1）固定液压缸式机构。
2）摆动液压缸式机构。
（3）机、液机构的控制系统机、液机构中，通常是液压元件为动力元件和控制元件，其控制方法有手动、机动和微机控制。
b.电磁机构
4.机械运动与控制
a.机械运动的换向与控制
（1）旋转运动的换向与控制旋转运动的换向是工程中常见的运动变换，很多机器都有正转、反转或正向转过某一角度再反向转过某一角度的要求。
1）改变电动机转向。
2）限位开关换向。
3）介轮换向。
4）棘轮换向。
5）摩擦轮换向。
（2）直线移动的换向与控制要求往复直线移动的机械种类很多，内燃机、压缩机的活塞运动，刨床、插床的刀具运动，推拉电动大门的启闭运动，机床工作台的运动等均需要往复的直线移动。
1）改变电动机转向来实现往复的直线移动。
2）液压换向。
3）自动换向机构。
b.机械运动的调速与控制
（1）调速电动机。
（2）齿轮减速器。
（3）其他减速装置。
（4）变速器。
c.机械运动的离合与控制
d.机械运动的制动与控制
第二章机械工程基础
（二）
.工程材料概述
1.材料与人类文明
a.材料的开发、利用始终贯穿于人类进化史中。
从天然材料的使用到陶器和青铜器制造，从钢铁冶炼到材料合成，人类成功地生产出满足自身需求的材料，进而使自身走出深山、洞穴，奔向茫茫平原、辽阔海洋，飞向广阔太空。
b.在与自然界交互作用的过程中，人类首先学会了生产和使用工具。
史学家用石器时代、青铜器时代和铁器时代作为人类文明进化的标志。
2.工程材料的种类
2.金属材料
1.碳素钢
2.合金钢
3.铸铁
4.非铁金属及其合金
3.高分子材料
1.塑料
a.产量最大的塑料——聚乙烯（PE）聚乙烯由低分子乙烯聚合而成。
b.最耐疲劳的塑料——聚甲醛聚甲醛（POM）是一种由简单的小分子化合物甲醛合成的高分子材料，是第一种真正能够代替铜、铝等金属做结构材料的高分子材料。
c.打不碎的玻璃——有机玻璃有机玻璃的化学名称是聚甲基丙烯酸甲酯。
d.最耐腐蚀的材料一一聚四氟乙烯（PTFE）聚四氟乙烯（TFE或PTFE）简称F—4,是含氟塑料的一种，俗称“塑料王”。
e.密度最小的材料——泡沫塑料泡沫塑料是大量气体微孔分散在固体塑料中形成的一类高分子材料，几乎所有的塑料都可以制成泡沫塑料。
2.橡胶
a.橡胶的组成把未经硫化的天然胶与合成胶称为生胶，硫化后的胶称为橡胶。
1）硫化剂：
硫化剂能使生胶分子互相交联为网状结构。
2）促进剂：
常选用有机化合物作为促进剂，目的是缩短硫化时间。
3）软化剂：
常选用硬脂酸、精制蜡、凡士林作为软化剂，以增加橡胶的
塑性。
b.橡胶的性能及用途除了大量制造轮胎外，橡胶还广泛用于其他领域，其制品种类繁多，常见的如胶管、胶鞋、电缆包皮、胶辊、各种密封、减振材料（如垫片、垫圈），胶皮手套等。
c.常用橡胶材料
1）天然橡胶：
天然橡胶是橡胶树上流出的胶乳加工而成，其综合性能好，尤其是有高强的绝缘性能和防振性能，典型制品如轮胎等。
2）合成橡胶：
其种类很多，主要有丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶和丁腈橡胶等七大品种。
3）特殊橡胶：
特殊橡胶指具有特殊性能的橡胶。
3.化学纤维
a.人造纤维人造纤维是用自然界的纤维加工制成的，如叫“人造丝”、“人造棉”的粘胶纤维和硝化纤维以及醋酸纤维等。
b.合成纤维合成纤维是以石油、煤、天然气为原料制成的，产量最多的有六大品种，即涤纶、尼龙、腈纶、维纶、丙纶和氯纶。
4.陶瓷材料
1.陶瓷的分类
a.传统陶瓷。
b.特种陶瓷。
c.工程陶瓷。
d.金属陶瓷。
2.陶瓷的性能
a.力学性能①模量较大，刚性较好；②塑性差，冲击韧性值低，是脆性材料；③抗压强度比抗拉强度高得多；④硬度高，一般硬度值在莫氏硬度7以上。
b.热性能①熔点高，高温强度很好；②在高温下不氧化，抗熔融金属的侵蚀性也好；③和金属相比，陶瓷的抗热振性较差，不耐温度的急剧变化。
c.其他性能①陶瓷的导电能力在很大的范围内变化，大部分陶瓷可作绝
缘材料；②利用陶瓷的光学特性，可作激光材料（如固体激光器的工作
物质就是用红宝石或含钕的玻璃做的）、光色材料、光学纤维、荧光物质和透光材料等；③有的陶瓷在人体内无特殊反应，可制作某些人体器官，称为生物陶瓷。
3.陶瓷的用途
a.陶瓷能适应现代工业的许多特殊要求。
其典型的用途有：
内燃机的火花塞、高温轴承、热电偶套管、钠灯的灯管、远距离输电用的耐高压陶瓷绝缘子、水泵中的防漏水封环等。
原子能反应堆中也要用到多种陶瓷材料。
b.陶瓷材料与其他材料相比，具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀、耐磨耗等优异性能，而且它可用作具有各种特殊功能的功能材料，如压电陶瓷、铁电陶瓷、半导体陶瓷及生物陶瓷等，特别是随着空间技术、电子信息技术、生物工程、高效热机等技术的发展，陶瓷材料正显示出独特的作用。
4.陶瓷应用举例
5.复合材料
1.复合材料的概念
a.复合材料是由两种或两种以上性质不同的材料组合起来的一种多相固体材料。
b.复合材料一般是由高强度、高弹性模量和脆性大的增强材料和低强度、低弹性模量、韧性好的基体材料所组成。
c.复合材料不仅保留了组成材料的优点，而且具有单一材料所没有的优异性能。
2.复合材料的性能特点
a.比强度和比模量高比强度是指强度/体积质量；比模量是指弹性模量/体积质量。
b.抗疲劳性好这是由于复合材料的基体和增强纤维能有效地阻止疲劳裂纹的扩展。
c.减摩耐磨和自润滑性好例如用金属塑料复合材料可用做轴承（国外称为DU轴承），石棉和塑料复合可用做摩擦片。
d.高温性能好良好的化学稳定性、隔热性、耐烧蚀性，以及特殊的电、光、磁等性能。
3.复合材料的分类
a.按性能分类，可分为功能复合材料和结构复合材料。
b.按基体分类，可分为金属基和非金属基。
c.按增强剂的种类和形状分类，可分为颗粒、层状及纤维增强等复合材料。
6.零件的种类及表面组成
1.零件的种类
2.组成零件的表面
7.零件的互换性与公差
1.互换性与公差的概念
a.互换性的概念互换性指同一规格的一批零件、部件，按规定的几何、物理和力学性能参数进行加工、制造，在装配成机器或更换损坏的零件时，不需任何选择和附加修配，装配后就能达到规定的功能要求的一种性能。
b.互换性的条件公差是实现互换性的保证。
公差指允许实际参数的变动量。
规定公差的原则是：
在满足使用要求的前提下，尽可能考虑生产过程的经济性。
2.尺寸、公差配合方面的基本术语
a.孔和轴的定义
（1）孔—由单一尺寸所确定的圆柱形内表面,也包括非圆柱形内表面，具有内表面属性，形成包容状态，该部分以内没有材料。
（2）轴—由单一尺寸所确定的圆柱形外表面,也包括非圆柱形外表面，具有外表面属性，形成被包容状态，该部分以外没有材料。
b.有关尺寸的术语和定义
（1）基本尺寸零件设计时，根据性能和工艺要求，通过必要的计算和实验确定的尺寸。
（2）实际尺寸实际测量获得的尺寸。
（3）极限尺寸允许零件实际尺寸变化的两个极限值。
（4）尺寸偏差（简称偏差）某一尺寸（实际尺寸、极限尺寸等）减去基本尺寸所得的代数差。
c.有关公差的术语和定义
（1）尺寸公差（简称公差）允许尺寸的变动量。
（2）零线在极限与配合图解中，表示基本尺寸的一条直线，以其为基准确定偏差和公差。
（3）公差带由代表上偏差和下偏差或最大极限尺寸和最小极限尺寸的两条直线所限定的一个区域，如图2-59所示。
（4）精度尺寸公差的大小，表明零件对这个尺寸准确程度的要求。
3.形状和位置公差
机械零件的形状和位置精度在很大程度上影响着该零件的质量和互换性，因而它也影响整个机械产品的质量。
为了保证机械产品的零件的互换性及质量，就应该在零件图样上给出形状和位置公差（简称形位公差），规定零件加工时产生的形状和位置误差（简称形位误差）的允许变动范围，并按零件图样上给出的形位公差来检测形位误差。
4.表面粗糙度
第三章机械设计及现代设计方法
（一）
一.工程设计的概念
2.机械设计的地位和意义
设计的目的是保证系统的功能，建立性能优良、成本低廉、价值最佳的技术系统。
它对产品的技术和经济效果起着决定性作用，其重要性是不言而喻的
3.设计的分类
1.开发性设计。
2.适应性设计。
3.变型设计。
4.设计的本质与过程
1.设计的本质
a.设计的本质可以从下面几方面来说明：
（1）从工作性质与内容看，设计的内容广泛。
在传统的工程设计中，将设计过程划分为方案设计、技术设计和工艺设计。
随着计算机和信息技术的发展，工程设计的范畴从传统的设计内容已扩展到产品规划、制造、检测、试验、营销、运行、维护、报废、回收等全过程的全方位设计。
（2）从设计的过程与方法看，设计是一种活动。
b.设计的本质是由如下设计的基本特征所决定的：
（1）约束性。
（2）多解性。
（3）相对性。
2.设计的过程
5.设计理论与方法的分类与发展方向
1.设计理论与方法的分类
2.机械设计理论与方法的发展趋向
6.现代设计技术
1.设计范畴扩展化传统的设计只限于产品设计，而现代设计则将产品设计向前扩展到产品规划，甚至用户需求分析；向后扩展到工艺设计，使产品规划、产品设计、工艺设计形成一个有机的整体。
2.设计手段计算机化
3.设计过程并行化
4.设计过程智能化
传统的手工设计正在被计算机辅助设计所代替。
并行设计技术是目前最热门的技术之一。
在传统的设计过程中，一切创造性的设计都需要设计人员
来完成。
5.
在传统的设计过程中，产品和零件的外观形状只有在制造
设计手段拟实化后才能看到。
6.
传统设计中，靠加大安全系数来提高产品的可靠性。
现代设计利用高速计算机，可以将各种不同目的的设计
分析手段精确化
7.多种手段综合应用方法、设计手段综合起来，以求得系统的整体最优解。
8.强调设计的逻辑性和系统性传统的设计采用经验法和类比法，现代设计则
强调设计的逻辑性和系统性。
9.进行动态多变量的优化由于手段的限制，传统设计过程一般只能进行静态分析，而现代设计法却可考虑负载率等随机变量，进行动态多变量最优化设计。
10.强调产品的环保性随着人们对环境问题越来越重视，要求能设计出所谓的绿色产品，即要求产品运行过程中的各种污染尽可能少，对人体的危害减至最低限度。
11.强调产品的宜人性现代设计除强调产品的内在质量外，还特别强调产品
的外观质量，如美观性、时代性和艺术性，使产品造型具有一定的艺术感染力，使使用者有新颖、心情舒畅、愉快、兴奋等感觉，满足使用者的审美要求。
12.强调用户参与用户是产品最终消费者，仅仅靠市场调研的结果常常并不能完全反映用户的需求。
13.强调设计阶段的质量控制现代质量控制理论认为：
产品的质量首先是设
计出来的，其次才是制造出来的
14.设计和制造一体化传统的设计与制造过程是分离的
15.强调产品全生命周期最优化现代设计强调从市场调研、用户要求，到产
品规划、产品设计、工艺设计、制造过程、质量控制、成本核算、销售价格、包装运输、售后服务、维修保养、报废处理、回收再利用等产品全生命周期的综合最优化。
7.优良性能设计基础技术
1.可靠性设计
a.可靠性的概念及其发展
可靠性（Reliability）是产品的一个重要的性能特征。
人们总希望自己所用的产品能够有效可靠地工作。
因为任何故障和失效都可能给使用者带来经济损失，甚至会造成灾难性的后果。
b.可靠性设计的理论基础和可靠性指标
（1）可靠度（Reliability）可靠度的定义是：
零件（系统）在规定的运行条
件下、在规定的工作时间内，能正常工作的概率。
多解性。
1）对象。
2）规定的运行条件。
3）规定的工作时间。
4）正常工作。
5）概率。
（2）失效率（FailureRate）大量的研究表明，机电产品零件的典型失效率曲线（即失效或故障模式）如图所示。
图3-8典型的失效率曲线
（3）平均寿命（MeanLife）平均寿命有两种情况：
对于可修复的产品，是指相邻两次故障间工作时间的平均值MTBF（MeanTimeBetweenFailure），称为平均失效间隔时间，即平均无故障工作时间；对于不可修复的产品，是指从开始使用到发生故障前工作时间的平均值MTTF（MeanTimeToFailure），称为平均失效前时间。
c.机械可靠性设计
（1）可靠性预测可靠性预测是一种预报方法,即从所得到的失效数据预报一个零部件或系统实际可能达到的可靠度,预报这些零部件或系统在规定的条件下和在规定的时间内完成规定功能的概率。
（2）可靠性分配可靠性分配就是将系统设计所要求达到的可靠性，合理地分配给各组成单元，从而求出各单元应具有的可靠度。
1）等分配法。
2）按相对失效率分配。
（3）可靠性试验可靠性试验是为了定量评价产品的可靠性指标而进行的各种试验的总称。
1）环境可靠性试验。
2）寿命试验。
3）现场可靠性试验。
2.摩擦学设计
a.摩擦学的概念及其发展
摩擦学（Tribology）主要研究相互运动、相互作用表面的摩擦行为对于机械及其系统的作用，接触表面及润滑介质的变化以及失效预测及控制。
b.摩擦学设计技术
（1）流体动压润滑两摩擦表面相对运动时，具有一定粘度的流体将被带进两表面之间，形成润滑膜以承受载荷并将两表面完全分隔开的润滑方式，称为流体动压润滑。
（2）弹性流体动压润滑弹性流体动压润滑简称弹流润滑，是摩擦学近代发展的重要领域，它是点线接触摩擦副的润滑问题。
（3）流体静压润滑静压滑动支承是靠外部的流体压力源向摩擦表面之间供给一定压力的流体，借助液体静压力来承受载荷。
（4）边界润滑摩擦界面如果存在着一层与介质的性质不同而又具有良好润滑性能的膜，则这种润滑状态称为边界润滑。
（5）摩擦当两个相互接触的物体在外力作用下发生相对运动或
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