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一、铁碳合金

铁碳合金就是以铁和碳为主要组成元素的合金，其中碳含量小于2.11%的铁碳合金称为钢，碳含量大于2.11%的铁碳合金称为白口铸铁。

二、钢的热处理

钢的热处理是将钢件在固态范围内，采用适当方式进行加热、保温、冷却，以获得所需组织与性能的工艺，

钢的热处理可分为整体热处理和表面热处理，

整体热处理包括退火、正火、淬火和回火。

表面热处理包括表面淬火和化学热处理

三、热处理新技术：

1.激光热处理2.真空热处理3.形变热处理

常用金属材料

了解黑色金属和有色金属

钢铁材料

金属材料是由金属元素或以金属元素为主而组成的并具有金属特性的工程材料。

包括黑色材料和有色材料两大类。

一、常用的钢铁材料

1.碳钢

碳钢按碳含量可分为低碳钢（ωc＜0.25%）、中碳钢（ωc=0.25%～0.6%）、高碳钢（ωc＞0.6%）。

2.低合金高强度结构钢

3.合金钢

合金钢是指合金元素的各类和含量高于国标规定范围的钢。

4.铸铁

铸铁可分为白口铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等。

二、有色金属

1.铝与铝合金

1）钝铝2）铝合金分为变形铝合金、铸造铝合金两大类。

2.铜与铜合金

1）钝铜2）铜合金：

青铜、黄铜

3.轴承合金：

用来制造滑动轴承中轴瓦及轴瓦内衬的合金称为轴承合金。

非金属材料

了解塑料、橡胶、陶瓷、复合材料、新材料

塑料、橡胶材料

塑料、橡胶、复合材料

一、塑料

1.塑料的特性

2.塑料的分类及用途

二、橡胶

三、陶瓷

1.陶瓷的特性

2.特种陶瓷的类型

四、复合材料

1.复合材料的特性

2.复合材料的分类和用途

五、新材料简介

1.纳米材料

2.超导材料

第2章机器的组成和机械设计简介

了解机械基础的基本任务、性质和内容

基本任务、性质和内容

引言

机械是人类进行生产劳动的主要工具，也是社会生产力发展的重要标志。

远古就已知利用杠杆、滚子、绞盘等简单进行从事建筑和运输。

到18世纪蒸汽机的发明、促进了产业革命。

机器的组成及其设计方法；

机构及机构运动简图

了解机器和机构、构件和零件、运动副

机器和机构、构件和零件、运动副

机器和机构、构件和零件

一、机器的组成

（一）机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递、物料、与信息。

机器的特征：

1.任何机器都是由许多构件组合而成的。

2.各运动实体之间具有确定的相对运动。

3.能实现能量的转换、代替或减轻人类的劳动，完成有用的机械功。

机器：

就是人为的实体（构件）的组合，它的个部分之间具有确定的相对运动并能代替或减轻人类的体力劳动，完成有用的机械功或实现能量的转换。

按用途分：

机器分为发动机（原动机）和工作机。

发动机（原动机）是将非机械能转换成机械能的机器。

工作机是用来改变被加工物料的位置、形状、性能、尺寸和状态的机器。

（二）机器的组成

机器基本是由原动机部分、执行部分和传动部分三部分组成。

（三）对机器的主要要求

1.使用功能要求

2.经济性要求

3.劳动保护和环境保护要求

4.可靠性要求

5.其他专用要求

（四）机器的设计方法

1.计划阶段

2.方案设计阶段

3.技术设计阶段

4.技术文件编制阶段

二、机构及机构运动简图

（一）机构

　机构是用来传递运动和力的构件系统

机器与构件的区别：

机器的主要功用是利用机械能做功或实现能量的转换；

机构的主要功用在于传递或改变运动的形式。

（二）构件和零件

1.构件

构件是机构中的单元体，也就是相互之间能作相对运动的物体。

构件按其运动状况，可分为固定构件和运动构件。

2.零件零件是构件的组成部分。

构件和零件的区别在于：

构件是运动的单元，零件是加工制造的单元。

（三）运动副

使两物体直接接触而又能产生一定相对运动的联接，称为运动副。

根据运动副中两构接触形式不同，运动副可分为低副和高副。

1.低副：

低副是指两构件之间作面接触的运动副。

按两构件的相对运动情况，可分为：

（1）转动副：

两构件在接触处只允许作相对转动。

由滑块与导槽组成的运动副。

（2）移动副：

两构件在接触处只允许作相对移动。

（3）螺旋副：

两构件在接触处只允许作—定关系的转动和移动的复合运动。

丝杠与螺母组成的运动副。

2.高副：

高副是两构件之间作点或线接触的运动副。

（四）平面机构运动简图

（五）平面机构的自由度

F＝3n-2PL-PHN个构件n＝N-1

机械设计简介

了解机械设计方法

机械零件的失效形式、设计要求、设计步骤

机械零件的设计要求

一、机械零件的失效形式

1.断裂2.过大的残余变形3.零件的表面破坏4.破坏正常条件引起的失效

二、机械零件的设计要求

1.避免在预定寿命期内失效的要求

强度、刚度、耐磨性、振动稳定性、耐热性。

2.结构工艺性要求

3.经济性要求

4.质量小的要求

5.可靠性要求

三、机械零件的设计步骤

第3章标准件和常用件

了解螺纹连接，键和销，联轴器及弹簧等标准件和常用件

螺纹连接，键和销，联轴器

联轴器、弹簧、常用件

零件之间的关系有连接、传动和配合。

螺纹连接、键和销连接，联轴器或离合器连接等都称为连接件。

齿轮、滚动轴承和弹簧称为常用件。

螺纹连接件

了解螺纹、螺纹连接的基本类型及标准连接件、螺纹连接的预紧和防松、螺纹连接的强度计算、连接件的性能等级及许用应力、螺栓组的结构设计

螺纹、螺纹连接的基本类型及标准连接件、螺纹连接的预紧和防松、

螺纹连接的强度计算、螺栓组的结构设计

一、螺纹

1、螺纹的形成

（1）螺旋线　螺旋线是沿着圆柱或圆锥表面运动的点的轨迹，该点的轴向位移和相应的角位移成定比。

（2）螺纹　螺纹是在圆柱或圆锥表面上，沿着螺旋线所形成的具有规定牙型的连续凸起。

2、螺纹的主要参数

螺纹的主要参数：

（1）大径（d、D）——螺纹的最大直径。

对外螺纹是牙顶圆柱直径（d），对内螺纹是牙底圆柱直径（D）。

标准规定大径为螺纹的公称直径。

（2）小径（d1、D1）——螺纹的最小直径。

对外螺纹是牙底圆柱直径（d1），对内螺纹是牙顶圆柱直径（D1）。

（3）中径（d2、D2）——处于大径和小径之间的一个假想圆柱直径，该圆柱的母线位于牙型上凸起（牙）和沟槽（牙间）宽度相等处。

此假想圆柱称为中径圆柱。

（4）螺距（P）——在中径线上，相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。

（5）导程（S）——同一螺旋线上，相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向距离。

对单线螺纹，S=P；

对于线数为n的多线螺纹，S＝np。

（6）牙形角（α）——在轴向截面内螺纹牙形两侧边的夹角。

（7）升角（λ）——在中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。

3.螺纹的代号与标记

1）普通螺纹

螺纹的标记由螺纹代号、螺纹公差代号和螺纹旋合长度代号组成。

例M24×

1.5左—5g6g—L

其中M24——代表公称直径为24mm的螺纹

1．5——表示螺纹的螺距为1.5mm

左——代表螺纹为左旋螺纹

5g——螺纹中径公差代号

6g——螺纹顶径公差代号

L——代表螺纹旋合长度

注：

（1）粗牙普通螺纹不标螺距

（2）中径与顶径公差代号相同只须标一个。

（3）右旋螺纹旋向不标

（4）中等旋合长度时可不标代号。

短旋合长度时标S，长旋合长度时标L，特殊时也可标出旋合长度数值，

2）管螺纹

非螺纹密封用的管螺纹由螺纹特征代号（G）、尺寸代号和公差等级代号（A、B）组成。

例：

G11/2A表示公称直径为11/2英寸公差等级为A级外螺纹。

G11／2表示公称直径为11/2英寸的内螺纹

（1）内螺纹不标公差等级代号。

（2）左旋螺纹可附加代号LH。

例G11／2—LH。

（3）管螺纹的公称直径指管子的内径。

4.螺纹的类型、特点、

（1）线数分

单线螺纹、双线螺纹和三线螺纹。

单线螺纹主要用于联接，多线螺纹主要用于传动。

（2）按螺旋线绕行方向又有右旋螺纹和左旋螺纹之分。

通常采用右旋螺纹，左旋螺纹仅用于有特殊要求的场合。

（3）位置分：

螺纹有外螺纹和内螺纹之分。

普通螺纹又有粗牙和细牙两种。

公称直径相同时，细牙螺纹的螺距小，升角小，自锁性好，螺杆强度较高，适用于受冲击、振动和变载荷的联接以及薄壁零件的联接。

细牙螺纹比粗牙螺纹的耐磨性差，不宜经常拆卸，故生产实践中广泛使用粗牙螺纹。

二、螺纹的应用

螺纹在机械中的应用主要是有连接和传动。

因此，按其用途分可分成连接螺纹和传动螺纹两大类。

1.连接螺纹

内、外螺纹相互旋合形成的连接称为螺纹副。

连接螺纹的牙型多为三角形，而且多用单线螺纹。

因为三角形螺纹的摩擦力大，强度高，自锁性能好。

应用最广泛的是普通螺纹，其牙型角为60○，同一直径按螺距大小可分为粗牙和细牙两类。

二、螺纹连接的基本类型及标准连接件

1.螺纹连接的基本类型：

螺栓连接、双头螺栓连接、螺钉和紧定螺钉连接。

2.标准螺纹连接件：

螺栓、双头螺柱、六角螺母、垫圈、螺钉、紧定螺钉。

三、螺纹连接的预紧与防松

常用防松的方法：

摩擦防松、机械防松、不可拆防松。

四、螺纹连接的强度计算

1.松螺柱连接的强度计算

2.紧螺柱连接的强度计算

五、螺纹连接的性能等级及许用应力

1.螺柱连接件的性能等级

2.螺柱连接件的许用应力

六、螺栓组连接的结构设计

1.连接接合面的几何形状

2.螺栓的数目与排列

3.合理的间距、边距

4.螺栓组的布置

键、花键和销

了解键、花键和销的类型、特点和选择

键、花键和销的类型和选择

键、花键的强度计算

一、键轴与轴上的传动零件一般是用键连接在一起的。

1.键连接的类型

1）平键连接：

两侧面是工作面。

2）半圆键连接：

3）楔键连接：

上下表面为工作面

2.键连接的强度计算

1）键的选择2）平键的强度计算

二、花键

1.花键连接的特点和类型

特点:

承载能力强、应力集中小、强度削弱小、受力均匀、对中性好、导向性好，成本较高。

类型：

1）矩形花键小径定心2）渐开线花键齿形定心

2.花键连接强度计算

三、销分为定位销和连接销

常用的销有：

圆柱销、圆锥销、开口销等。

联轴器和离合器

了解联轴器和离合器的类型、特点和选择

联轴器和离合器的类型、特点和选择

联轴器和离合器的选择

联轴器和离合器都是用来连接轴与轴（或轴与其他回转零件），以传递运动和转矩。

联轴器只有在机器停止运动时，才能使两轴分离；

离合器随时可将两轴分离

一、联轴器

1.联轴器的分类：

刚性联轴器和挠性联轴器。

2.刚性联轴器：

套筒式、凸缘式和夹壳式等。

没有补偿轴线偏移的能力。

3.挠性联轴器：

1）无弹性元件的挠性联轴器：

十字滑块联轴器、齿式联轴器、万向联轴器和链条联轴器。

可补偿轴线偏移，不能减振。

2）有弹性元件的挠性联轴器：

弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器和轮胎式联轴器。

即可补偿轴线偏移，又具有缓冲和减振的能力。

二、联轴器的选择

1.联轴器类型的选择

2.联轴器转矩的计算

3.联轴器型号的确定

4.校核最大转速

5.协调轴孔直径

6.按规定部件相应的安装精度以及进行必要的校核

三、离合器常用的有牙嵌式和摩擦式两大类。

1.牙嵌式离合器2.摩擦式离合器

弹簧

了解弹簧的功能、类型、结构、参数和尺寸，材料和制造方法，设计计算

弹簧的功能、类型、结构、参数和尺寸

弹簧的设计和计算

一、弹簧的功能与类型

按所承受的载荷分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧。

二、圆柱螺旋弹簧的结构、参数和尺寸

1.压缩弹簧

2.拉伸弹簧

3.圆柱螺旋弹簧的几何参数计算

弹簧外径、弹簧内径、弹簧中径、弹簧丝直径、节距、螺旋升角、簧丝展开长度、弹簧自由高度。

三、弹簧材料和制造方法

1.弹簧的制造2.弹簧材料及许用应力

四、圆柱螺旋弹簧的设计和计算

1.圆柱螺旋弹簧的特性曲线

2.圆柱螺旋弹簧的强度计算

3.圆柱螺旋弹簧的刚度计算

4.圆柱螺旋压缩弹簧稳定性的校核

第4章常用机构

常用机构

了解平面连杆机构，凸轮机构，棘轮机构，槽轮机构，螺旋机构，不完全齿轮机构。

平面连杆机构

掌握铰链四杆机构的基本类型。

一、平面连杆机构的应用及其设计的基本问题

铰链四杆机构是由转动副联结起来封闭系统。

其中被固定的杆4被称为机架

不直接与机架相连的杆2称之为连杆

与机架相连的杆1和杆3称之为连架

凡是能作整周回转的连架杆称之为曲柄，只能在小于360°

的范围内作往复摆动的连架杆称之为摇杆。

二、铰链四杆机构的基本类型

铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式不同，可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。

1）曲柄摇杆机构

若铰链四杆机构中的两个连架杆，一个是曲柄而另一个是摇杆，则该机构称为曲柄摇杆机构。

用来调整雷达天线俯仰角度的曲柄摇杆机构。

汽车前窗的刮雨器。

当主动曲柄AB回转时，从动摇杆作往复摆动，利用摇杆的延长部分实现刮雨动作。

2）双曲柄机构

如果铰链四杆机构中的两个连架杆都能作360°

整周回转，则这种机构称为双曲柄机构。

在双曲柄机构中，若两个曲柄的长度相等，机架与连架杆的长度相等（，这种双曲柄机构称为平行双曲柄机构。

蒸汽机车轮联动机构，是平行双曲柄机构的应用实例。

平行双曲柄机构在双曲柄和机架共线时，可能由于某些偶然因素的影响而使两个曲柄反向回转。

机车车轮联动机构采用三个曲柄的目的就是为了防止其反转。

3）双摇杆机构

铰链四杆机构的两个连架杆都在小于360°

的角度内作摆动，这种机构称为

双摇杆机构。

三、铰链四杆机构的演化

1.转动副化成移动副

2.扩大转动副

3.取不同构件为机架

四、平面四杆机构有曲柄的条件

曲柄存在的条件

由上述以知，在铰链四杆机构中，能作整周回转的连架杆称为曲柄。

而曲柄是否存在。

则取决于机构中各杆的长度关系，即要使连架杆能作整周转动而成为曲柄，各杆长度必须满足一定的条件，这就是所谓的曲柄存在的条件。

可将铰链四杆机构曲柄存在的条件概括为：

1．连架杆与机架中必有一个是最短杆；

2．最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。

上述两条件必须同时满足，否则机构中无曲柄存在。

根据曲柄条件，还可作如下推论：

（1）若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和，则可能有以下几种情况：

a．以最短杆的相邻杆作机架时，为曲柄摇杆机构；

b．以最短杆为机架时，为双曲柄机构；

c．以最短杆的相对杆为机架时，为双摇杆机构。

（2）若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则不论以哪一杆为机架，均为双摇杆机构。

五、平面四杆机构急回特性

曲柄摇杯机构中，当曲柄AB沿顺时针方向以等角速度

转过φ1时，摇杆CD自左极限位置C1D摆至右极位置C2D，设所需时间为t1，C点的明朗瞪为V1；

而当曲柄AB再继续转过φ2时，摇杆CD自C2D摆回至C1D，设所需的时间为t2，C点的平均速度为V2。

由于φ1＞φ2，所以t1＞t2,V2＞Vl。

由此说明：

曲柄AB虽作等速转动，而摇杆CD空回行程的平均速度却大于工作行程的平均速度，这种性质称为机构的急回特性。

摇杆CD的两个极限位置间的夹角ψ称为摇秆的最大摆角，主动曲柄在摇杆处于两个极限位置时所夹的锐角θ称为极位夹角。

在某些机械中（如牛头刨床、插床或惯性筛等），常利用机械的急回特性来缩短空回行程的时间，以提高生产率。

急回特性系数K：

从动件空回行程平均速度V2与从动件工作行程平均速度V1的比值。

K值的大小反映了机构的急回特性，K值愈大，回程速度愈快。

K＝V2／V1

＝（C2C1／t2）／（C1C2／t1）

＝（180°

十θ）／（180°

一θ）

由上式可知，K与θ有关，当θ＝0时，K＝1，说明该机构无急回特性；

当θ＞0时，K＞l，则机构具有急回特性。

六、死点

以摇杆作为主动件的曲柄摇杆机构。

在从动曲柄与连杆共线的两个位置时，出现了机构的传动角γ＝0，压力角α＝90°

的情况。

此时连杆对从动曲柄的作用力恰好通过其回转中心不能推动曲柄转动，机构的这种位置称为死点。

机构在死点位置时由于偶然外

力的影响，也可能使曲柄转向不定。

死点对于转动机构是不利的，常利用惯性来通过死点，也可采用机构错排的方法避开死点。

但死点也有可利用的一面，当工件被夹紧后，BCD成一直线，机构处于死点位置，即使工件的反力很大，夹具也不会自动松脱。

凸轮机构

2

了解凸轮机构的组成和基本类型

凸轮机构的组成及基本类型

凸轮机构的组成及基本类型

模型、挂图

凸轮是具有曲线或曲面轮廓且作为高副元素的构件。

含有凸轮的机构称为凸轮机构，凸轮机构分为平面凸轮机构与空间凸轮机构两大类。

一、凸轮机构的应用和分类

1.组成凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个部分所组成。

2.运动规律：

凸轮机构可以将主动件凸轮的等速连续转动变换为从动件的往复直线运动或绕某定点的摆动，并依靠凸轮轮廓曲线准确地实现所要求的运动规律。

3.凸轮机构的特点

优点是：

只要正确地设计凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任意给定的运动规律，且结构简单、紧凑、工作可靠。

缺点是：

凸轮与从动件之间为点或线接触，不易润滑，容易磨损。

因此，凸轮机构多用于传力不大的控制机构和调节机构

4.凸轮机构的基本类型

1）按凸轮的形状分

（l）盘形凸轮

也叫平板凸轮。

这种凸轮是一个径向尺寸变化的盘形构件，当凸轮l绕固定轴转动时，可使从动件在垂直于凸轮轴的平面内运动

（2）移动凸轮

当盘形凸轮的径向尺寸变得无穷大时，其转轴也将在无穷远处，这时凸轮将作直线移动。

通常称这种凸轮为移动凸轮。

（3）圆柱凸轮

凸轮为一圆柱体，它可以看成是由移动凸轮卷曲而成的。

曲线轮廓可以开在圆柱体的端面也可以在圆柱面上开出曲线凹槽。

2、按从动件的形式分

（l）尖顶从动件

结构最简单，而且尖顶能与较复杂形状的凸轮轮廓相接触，从而能实现较复杂的运动，但因尖顶极易磨损，故只适用于轻载、低速的凸轮机构和仪表中。

（2）滚子从动件

在从动件的一端装有一个可自由转动的滚子。

由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，故磨损较小，改善了工作条件。

因此，可用来传递较大的动力，应用也最广泛。

（3）平底从动件

从动件一端做成平底（即平面），在凸轮轮廓与从动件底面之间易于形成