第一章 緒論第一節(jié) 課程的特點(diǎn)1. 綜合性 本課結(jié)合了工程力學(xué)，機(jī)械工程材料，常用機(jī)構(gòu)，支撐零部件，機(jī)械傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)，氣壓傳動(dòng)的相關(guān)知識(shí)。 2. 基礎(chǔ)性 無論從事機(jī)械制造，還是使用研究機(jī)械，都要運(yùn)用這些基本知識(shí)。 3. 一體性 本門課程理論與實(shí)踐緊密融合，學(xué)做一體。 第二節(jié) 機(jī)械的組成2 “機(jī)械基礎(chǔ)”主要研究對(duì)象是機(jī)械，我們的衣食住行都離不開機(jī)械。 2 機(jī)械始于石器時(shí)代，指南車，地動(dòng)儀是我們的祖先發(fā)明的機(jī)械。 2 1840年英國工業(yè)革命開啟了機(jī)械飛速發(fā)展的時(shí)代，從蒸汽機(jī)，發(fā)電機(jī)，內(nèi)燃機(jī)，計(jì)算機(jī)到現(xiàn)在的柔性制造單元和智能機(jī)器人等。 2 人類憑借智慧，使機(jī)械在種類，材料，工藝，性能等方面不斷豐富完善。 1.機(jī)械是機(jī)器和機(jī)構(gòu)的統(tǒng)稱 2.機(jī)器與機(jī)構(gòu)的特征 l 機(jī)器特征：（1）是人為的實(shí)體組合。（2）各部分（實(shí)體）之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 （3）能夠轉(zhuǎn)換或傳遞能量，代替或減輕人類的勞動(dòng)。 l 機(jī)構(gòu)特征：具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件的組合。具有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的基本單元 l 機(jī)構(gòu)不具備機(jī)器的第三個(gè)特征，是機(jī)器的主要組成部分，一部機(jī)器可以有多個(gè)機(jī)構(gòu)，也可以只含有一個(gè)機(jī)構(gòu) 3.機(jī)器由哪幾部分組成 l 動(dòng)力部分 傳動(dòng)部分 工作部分 操作或控制部分 輔助部分（潤(rùn)滑，照明等） l 機(jī)械分類情況 2 動(dòng)力機(jī)械（變換能量）：電動(dòng)機(jī)，內(nèi)燃機(jī)等 2 加工機(jī)械（變換物料）：金屬切削機(jī)床，壓力機(jī)等 2 運(yùn)輸機(jī)械（變換位置）：汽車，纜車等 2 信息機(jī)械（變換信息）：傳真機(jī)，數(shù)碼相機(jī)等 4.對(duì)機(jī)械要求： 功能要求 節(jié)能環(huán)保 安全防護(hù)等 5.零件 l 通用零件 指各種機(jī)械中經(jīng)常用到的零件 l 專用零件 指在某些機(jī)械中才用到的零件 第三節(jié) 摩擦與損失l 摩擦和磨損是自然界和社會(huì)生活中普遍存在的現(xiàn)象

l

l 30%-50%的能量消耗在各種形式摩擦中

l 80%的機(jī)器因?yàn)榱慵p而失效

l 摩擦，指兩物體接觸表面阻礙它們相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械阻力

1.摩擦類型：

2 1.固體摩擦 干摩擦，邊界摩擦 除利用外盡量避免

2 2.液（氣）摩擦 理論上不產(chǎn)生磨損，理想摩擦狀態(tài)

2 3.混合摩擦 兩者之間

2.磨損

2 運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦將導(dǎo)致機(jī)件表面材料逐漸損耗形成磨損

2 一個(gè)機(jī)械的磨損過程大概分為三個(gè)階段

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2 磨合階段是有益磨損，如減速器

2 根據(jù)磨損機(jī)理分類，磨損主要有粘著磨損，磨料磨損，疲勞磨損，腐蝕磨損等

第二章 機(jī)械工程材料

第一節(jié) 金屬材料性能

1. 使用性能

定義：金屬材料在使用過程中所表現(xiàn)出來的特性

物理特性：密度，熔點(diǎn)，導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性，熱膨脹性，磁性

化學(xué)特性：耐蝕性，抗氧化性，化學(xué)穩(wěn)定性

力學(xué)特性：強(qiáng)度，塑性，硬度，韌性，疲勞強(qiáng)度

2. 工藝性能

定義:金屬在加工制造過程中所表現(xiàn)出來的特性

鑄造特性：金屬材料鑄造成型的能力

鍛造特性：金屬在鍛壓成型過程中所表現(xiàn)出的能力

切削加工性能：金屬被切割難易程度

焊接性：在一定焊接條件下金屬材料獲得優(yōu)良焊接接頭的能力

第二節(jié) 金屬材料--非合金鋼

l 金屬材料分類：

l 鋼鐵材料：非合金鋼 合金鋼 鑄鐵

l 非鐵金屬：除鋼鐵材料以外其他金屬（有色金屬，硬質(zhì)合金）

l 煉鐵過程：原料：鐵礦石或廢鐵

2 原料在高爐中經(jīng)過一系列反應(yīng)還原出鐵

2 鑄造生鐵，含碳2.11%以上

2 煉鋼生鐵，在煉鋼爐中進(jìn)一步氧化碳，得到非合金鋼

2 在煉鋼過程中加入某些合金元素，得到合金鋼

非合金鋼：一種鐵碳合金（碳通常小于1.5%）

分類1：低碳鋼<=0.25%

中碳鋼=0.25%~0.60%

高碳鋼>=0.6%

B. 非合金鋼中含有少量硅，錳，硫，磷等

C. 硅，錳是脫氧劑主要成分，能提高鋼的強(qiáng)度和硬度（有益元素）

D. 磷，硫是原料中附帶的，硫--熱脆性，磷--冷脆性，有害元素

按磷硫分：普通質(zhì)量非合金鋼S≤0.035% P≤0.035%

優(yōu)質(zhì)非合金鋼SP≤0.030%

特殊質(zhì)量非合金鋼S≤0.020% ?P≤0.025%

按用途分：碳素結(jié)構(gòu)鋼;例如鐵釘，屬于低碳鋼，冶煉容易，工藝性好，價(jià)格低廉，且在力學(xué)性能上也能滿足一般的工程結(jié)構(gòu)及普通機(jī)械零件的要求，

2

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Q195 Q215 Q235：塑性和焊接性較好，但強(qiáng)度不高，可用于橋梁，高壓線塔，房屋框架等工程結(jié)構(gòu)，鉚釘，螺栓螺母墊片，軸套等

2 Q255 ?Q275：強(qiáng)度相對(duì)較高，可以用來制造鏈輪，拉桿，安全銷等

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優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

例如，60代表C含量0.6%

2 08F：強(qiáng)度硬度很低，塑性韌性很高，具有很好冷變形能力，常用于制

2 造薄板，鐵絲，沖壓件等

2 20：起重鉤，指甲鉗等受力不大，韌性較高的零件

2 45：綜合力學(xué)性能好，常用于制造齒輪，軸等重要運(yùn)動(dòng)零件 ? ? ? ? ? ?

2 60：彈簧，板簧等彈性零件

2 80：強(qiáng)度較高，常用來制造受巨大拉力的鋼絲繩

碳素工具鋼：高硬度，高耐磨性（0.7%以上高碳鋼）（優(yōu)質(zhì)非合金鋼）

用T+數(shù)字表示 T代表碳數(shù)字代表含碳千分?jǐn)?shù)，后加A表示有害元素更低、

2 T7 T8：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較低，仍具有一定塑性，且有良好硬度，常用于制造斧頭，錘子，鑿子，定位沖子等切削能力要求不高的工具

2 T9 T10;用于制造鋼鋸鋸條，手攻螺紋用的絲錐和板牙等低速耐磨工具

2 T12 T12A：硬度，耐磨性較高，制造普通刀具，一般性量具，模具。

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2 ZG200-400常用于制造電動(dòng)機(jī)機(jī)座，截止閥閥體，變速箱殼體

2 ZG340-640常用于制造大型齒輪，大型飛輪，火車車輪，火車車鉤（力學(xué)性能較高）

易切削鋼：在鋼中加入較高含量硫 鉛 錫 鈣等切削元素，可減少刀具磨損，且保證切削后零件表面質(zhì)量，主要用于制造受力較小，不太重要，且大批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件

第三節(jié) 金屬材料--低合金鋼

合金鋼：為了改善鋼的某些性能或使之具有某些特殊性能，在煉鋼時(shí)有意加入一種或多種合金元素的鋼。

低合金鋼：合金含量較低的合金鋼。

1.低合金鋼

一般指合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于3.5%且可焊接的低碳低合金結(jié)構(gòu)用鋼。

1. 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

l 在碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.2%的碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，加入以錳為主，釩，鈦，鋁，鈮等元素為輔

l 具有較高強(qiáng)度和韌性，良好的焊接性，冷熱壓力加工性能和耐腐蝕性，

l 價(jià)格與非合金鋼接近

l 多扎制成板材，型材及無縫鋼管等

l 被廣泛用于橋梁，船舶，車輛，鍋爐工程機(jī)械及重要的建筑結(jié)構(gòu)中

l 牌號(hào)表達(dá)與碳素結(jié)構(gòu)鋼基本相同

低合金耐候鋼

l 通過添加少量銅，鉻，鉬等元素，使金屬表面形成保護(hù)層，以提高大氣耐腐蝕能力的鋼

l 又稱耐大氣腐蝕鋼

l 主要可分為焊接耐候鋼和高耐候鋼

l 例如通信電力塔，石油井架等（焊接耐候鋼）

l 集裝箱，鐵道車輛等（高耐候鋼）

低合金專業(yè)用鋼

l 為了適應(yīng)某些行業(yè)特殊要求，通過對(duì)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分，加工工藝及性能作相應(yīng)的補(bǔ)充和調(diào)整，從而獲得的專業(yè)用鋼

2.合金鋼

工程結(jié)構(gòu)用合金鋼

機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼

l 合金滲碳鋼：汽車差速器齒輪，要求表面具有高硬度和高耐磨性，且心部要有良好的韌性

l ?常用材料是合金滲碳鋼20CrMnTi等

l 合金調(diào)質(zhì)鋼：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)軸及齒輪，在中碳鋼基礎(chǔ)上加入一種或數(shù)種合金金屬以提高其淬透性和耐回 火 性

l 合金彈簧鋼：摩托車彈簧，汽車板簧等截面較大，屈服強(qiáng)度較高的重要彈性元件

l 超高強(qiáng)度鋼：航空工業(yè)中用到的鋼，在合金調(diào)質(zhì)鋼基礎(chǔ)上加入多種合金元素復(fù)合強(qiáng)化，屈服強(qiáng)度大于1370MPa，抗拉強(qiáng)度大于1500MPa

3.高碳鉻軸承鋼

專用于制造滾動(dòng)軸承的鋼。

其中鉻元素可以增加鋼的淬透性和耐磨性

4.合金工具鋼與高速鋼

合金工具鋼

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高速鋼

l 在600℃時(shí)仍能保持高的硬度和耐磨性，強(qiáng)度和切削速度也比一般碳素工具鋼和合金刀具鋼高很多。

l 目前高速鋼已成為制造切削刀具的主要材料

5.不銹鋼與耐熱鋼

不銹鋼 （鉻鎳） 06Cr19Ni10---菜刀---臉盆---水龍頭 12Cr18Ni9---櫥柜---扶手---護(hù)欄

（鉻） 32Cr13Mo--醫(yī)療器械 ? 68Cr17精密卡尺 ?68Cr17---滾動(dòng)軸承

耐熱鋼 具有不銹鋼特性及高溫下化學(xué)穩(wěn)定且保持強(qiáng)度

（抗氧化鋼）26Cr18Mn12Si2N---加熱爐構(gòu)件 ?45Cr9Si2--汽輪機(jī)葉片

6. 鑄造鋼合金

坦克履帶，挖掘機(jī)鏟斗等，不但要求有較高硬度和耐磨性

合金鋼牌號(hào)

我國合金鋼牌號(hào)由碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)組合而成

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第四節(jié) 金屬材料--鑄鐵

專門用于鑄造成型的鋼鐵材料就稱為鑄鐵

鑄鐵是指碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%的鐵碳合金

工業(yè)鑄鐵2.5%-4%之間，硅，錳，硫，磷等雜質(zhì)含量也比非合金鋼多

鑄鐵和非合金鋼最大區(qū)別：非合金鋼中以鐵素體型組織，奧氏體型組織

鑄鐵中以鐵的碳化物（滲碳體），碳的單質(zhì)狀態(tài)（石墨）

1. 白口鑄鐵：以滲碳體形式存在，斷口呈銀白色

硬度高 脆性大 難以切削 很少被直接利用

其他鑄鐵：主要以石墨形式存在，斷口呈灰色

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石墨：

優(yōu)點(diǎn)：在鑄鐵中可以增加鐵水流動(dòng)性，減小切削抗力，使鑄鐵獲得良好鑄造性能和切削加工性能

還具有潤(rùn)滑，吸振作用。因此，鑄鐵硬度雖然不高，但耐磨性好，還具有良好的減震性和低的缺口敏感性

缺點(diǎn)：強(qiáng)度和塑性幾乎為零，抗拉強(qiáng)度低，塑性韌性差，但抗壓強(qiáng)度與鋼接近

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灰鑄鐵應(yīng)用最廣，占鑄鐵總量80%以上，牌號(hào)用HT（灰鐵）+數(shù)字（最低抗拉強(qiáng)度）表示

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3.可鍛鑄鐵=白口鑄鐵退火

強(qiáng)度和塑性比灰鑄鐵好

不可鍛壓

KTH300-06：最低抗拉強(qiáng)度300MPa，斷后伸長(zhǎng)率6%的黑心可鍛鑄 ? ? ?

鐵，常用于鑄成彎頭，三通，管道零件

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4.球墨鑄鐵

在澆筑前往鐵水中加入一定量球化劑和孕育劑，使石墨呈球狀析出

力學(xué)性能比前兩種都要好 成本較低

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5.蠕墨鑄鐵

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總結(jié)：

第三章 剛體靜力學(xué)

第一節(jié) 靜力學(xué)基礎(chǔ)

解決的是物體在平衡狀態(tài)時(shí)受力分析

1. 靜力學(xué)基本概念

研究的是剛體在力系作用下平衡規(guī)律

剛體：理性狀態(tài)下不計(jì)變形的物體，力只改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

力：物體之間的相互機(jī)械作用，能使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，或使物體發(fā)生形變

力的三要素：力是矢量，力的大小，方向和作用點(diǎn)

力的單位：以?；蚯１硎?/p>

物體平衡狀態(tài)：指物體相對(duì)于地球處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

2. 靜力學(xué)基本公理

1）.二力平衡公理：只受兩個(gè)力的剛體，保持平衡狀態(tài)充要條件：兩力等值，反向，共線。

只受兩力作用并處于平衡狀態(tài)的物體稱為二力構(gòu)件

2）.加減平衡力系公理：在已知力系加上或減去任意平衡力系，不會(huì)改變?cè)ο祵?duì)剛體作用效應(yīng)。

推論1.力的可傳遞原理：作用于剛體上某一點(diǎn)的力可延其作用線移至剛體上任一點(diǎn)，而不會(huì)改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用效果。

注：推論1只適用于剛體且只能沿其作用線滑移而不能移至作用線以外的位置

3）.力的平行四邊形公理：作用于物體上某一點(diǎn)的兩個(gè)力的合力也作用于該點(diǎn)，合力的大小方向由兩個(gè) ? ? ? ? ?力為臨邊構(gòu)成的平行四邊形對(duì)角線確定。

推論2.三力平衡匯交定理：剛體上受同一平面內(nèi)互不平行3個(gè)力作用而且互相平行時(shí)，則此3個(gè)力 的作用線匯交于一點(diǎn)，并在同一平面內(nèi)。

4）.作用與反作用公理：兩個(gè)物體間的作用力與反作用力總是同時(shí)存在，且等值，反向，共線，分別作用在這兩個(gè)物體上

約束與約束力

l 自由體：位移不受限制的物體

l 非自由體：位移受限制的物體

l 主動(dòng)力：使物體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力，重力，推力等

l 約束力：約束體施加于非自由體上的作用力，大小一般未知

常見約束類型：

2 柔性約束：傳送帶，鏈條等，力的作用點(diǎn)，在繩索和重物的接觸點(diǎn)

2 光滑面約束：兩物體直接接觸，且表面光滑，接觸處摩擦力可忽略不計(jì)。

2 鉸鏈支座約束力：

2 固定端約束：限制物體像任何方向運(yùn)動(dòng)

第二節(jié) 受力分析與分析圖

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第三節(jié) 平面匯交力系

1. 基本概念：

平面力系：各力作用線均在同一平面內(nèi)的力系。

平面匯交力系：平面力系中各力作用線都匯交于一點(diǎn)。

2. 求解

幾何法：連續(xù)應(yīng)用力的三角形法則，將已知力依次相加，求出合力的大小和方向。

注意，在連接力多邊形的封閉邊時(shí)，應(yīng)從第一個(gè)力的始端指向最后一個(gè)力的末端。

解析法：將力分解在坐標(biāo)系中。Fx=Fcosa ?Fy=Fsina

第四節(jié) 力偶與力矩

力矩：即力對(duì)點(diǎn)的矩，等于從該點(diǎn)到力的作用線的垂直距離d與該力F的矢量積。

力偶：

l 兩個(gè)大小相等方向相反（不在同一點(diǎn)上）的平行力組成的二力。

l 不能合成一個(gè)力，而是使物體處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)

l 兩力為F，F(xiàn)’，兩力之間垂直距離d，稱為力偶臂。

l 力偶對(duì)物體的作用效應(yīng)，可以用力偶矩來度量

l 力偶的作用效果與力的大小和d的長(zhǎng)短有關(guān)，與矩心無關(guān)。

l 力偶計(jì)算

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l 力與力偶臂的矢量積記作M=±F*d

l 力偶距的方向規(guī)定：逆轉(zhuǎn)為正，順轉(zhuǎn)為負(fù)。

l 在同平面內(nèi)的兩個(gè)力偶，如果力偶距相等，則兩力偶彼此等效。

l 力偶的性質(zhì)：力偶可以在其作用面內(nèi)任意轉(zhuǎn)移，而不改變他對(duì)剛體的作用。

只要保持力偶距的大小和力偶的轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變，可以同時(shí)改變力偶中力的大小和力偶臂的長(zhǎng)短，而不改變有對(duì)剛體的作用效果。

力的平移：可以把作用在剛體上點(diǎn)A的力F平移到一點(diǎn)B，但同時(shí)必須附加一個(gè)力偶，這個(gè)附加力偶的矩等于原來的力F對(duì)新作用點(diǎn)B的矩

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第五節(jié) 平面任意力系

平面任意力系的定義：各力的作用線不匯交于一點(diǎn)。

求解平面任意力系

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