机械设计 机械零件的常用材料及结构工艺性

《机械设计基础》课程标准一、课程性质与定位本课程是为研究机械类产品的设计、开发、制造、维护保养等提供必要的理论基础，它是机械制造与自动化专业必修的一门专业技术基础课。

该课程定位于高等职业教育，强调对学生进行专业思维能力.专业实践能力和动手能力的培养，按照“必需、够用”为度的原则呈现课程内容的针对性和应用性，注重提高学生分析问题、解决问题的能力，把创新素质的培养贯穿于教学中。

通过采用行之有效的教学方法，注重发展学生专业思维和专业应用能力，从理论性、系统性很强的基础课和专业基础课向实践性较强的专业课过渡的一个重要转折点，在教学中具有承上启下的作用，课程知识掌握的程度直接影响到后续课程的学习。

二、课程设计与理念1、以专业教学计划培养目标为依据，以岗位需求为基本出发点，以学生发展为本位，设计课程内容。

2、让学生在了解常用机构及机械零部件的基本知识及设计方法和设计理论的基础上，能进行简单机械及传动装置的设计，培养学生初步解决工程实际问题的能力。

3、在课程实施过程中，充分利用课程特征，加大学生工程体验和情感体验的教学设计，激发学生的主体意识和学习兴趣。

三、课程目标（一）知识目标1、掌握常用机构的工作原理、特点、应用及设计的基本知识。

2、掌握通用机械零件的工作原理、特点、结构、标准。

3、掌握及通用机械零件的选用和设计的基本方法。

（二）能力目标1、分析机构和选择传动方案的能力。

2、初步具有分析、选用和设计机械零部件及简单机械传动装置的能力。

3、具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。

（三）素质目标1、培养学生具有创新精神和实践能力。

2、培养严谨的科学态度和良好的职业道德。

3、在以实际操作为主的项目教学过程中，锻炼学生的团队合作能力；采用项目化教学，按项目的不同采用任务驱动、项目导向等教学模式，培养专业技术交流的表达能力；制定工作计划的方法能力；获取新知识、新技能的学习能力；解决实际问题的工作能力。

四、课程教学内容及学时分配五、教学方法与手段（一）教学方法《机械设计基础》是一门专业基础课，既有较强的理论性，如概念、公式多，又有较强的实践性，如计算题量大、试验繁琐、课程设计等。

绪论：机械：机器与机构的总称。

机器：机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料、信息。

机构：是具有确定相对运动的构件的组合。

用来传递运动和力的有一个构件为机架的用构件能够相对运动的连接方式组成的构件系统统称为机构。

构件：机构中的（最小）运动单元一个或若干个零件刚性联接而成。

是运动的单元，它可以是单一的整体，也可以是由几个零件组成的刚性结构。

零件：制造的单元。

分为：1、通用零件，2、专用零件。

一：自由度：构件所具有的独立运动的数目称为构件的自由度。

运动副：使两构件直接接触并能产生一定相对运动的可动联接。

高副：两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。

低副：两构件通过面接触而构成的运动副。

根据两构件间的相对运动形式，可分为转动副和移动副。

F = 3n- 2PL-PH机构的原动件（主动件）数目必须等于机构的自由度。

复合铰链：虚约束：重复而不起独立限制作用的约束称为虚约束。

计算机构的自由度时，虚约束应除去不计。

局部自由度:与输出件运动无关的自由度，计算机构自由度时可删除。

二：连杆机构：由若干构件通过低副（转动副和移动副）联接而成的平面机构，用以实现运动的传递、变换和传送动力。

铰链四杆机构：具有转换运动功能而构件数目最少的平面连杆机构。

整转副：存在条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。

构成：整转副是由最短杆及其邻边构成。

类型判定：(1）如果：lmin+lmax≤其它两杆长度之和，曲柄为最短杆；曲柄摇杆机构：以最短杆的相邻构件为机架。

双曲柄机构：以最短杆为机架。

双摇杆机构：以最短杆的对边为机架。

(2)如果：lmin+lmax＞其它两杆长度之和；不满足曲柄存在的条件，则不论选哪个构件为机架，都为双摇杆机构。

急回运动：有不少的平面机构，当主动曲柄做等速转动时，做往复运动的从动件摇杆，在前进行程运行速度较慢，而回程运动速度要快，机构的这种性质就是所谓的机构的“急回运动”特性。

压力角：作用于C点的力P与C点绝对速度方向所夹的锐角α。

1、机械零件常用材料：普通碳素结构钢（Q屈服强度）优质碳素结构钢（20平均碳的质量分数为万分之20）、合金结构钢（20Mn2锰的平均质量分数约为2%）、铸钢（ZG230-450屈服点不小于230，抗拉强度不小于450）、铸铁（HT200灰铸铁抗拉强度）2、常用的热处理方法：退火（随炉缓冷）、正火（在空气中冷却）、淬火（在水或油中迅速冷却）、回火（吧淬火后的零件再次加热到低于临界温度的一定温度，保温一段时间后在空气中冷却）、调质（淬火+高温回火的过程）、化学热处理（渗碳、渗氮、碳氮共渗）3、机械零件的结构工艺性：便于零件毛坯的制造、便于零件的机械加工、便于零件的装卸和可靠定位4、机械零件常见的失效形式：因强度不足而断裂；过大的弹性变形或塑性变形；摩擦表面的过度磨损、打滑或过热；连接松动；容器、管道等的泄露；运动精度达不到设计要求5、应力的分类：分为静应力和变应力。

最基本的变应力为稳定循环变应力，稳定循环变应力有非对称循环变应力、脉动循环变应力和对称循环变应力三种6、疲劳破坏及其特点：变应力作用下的破坏称为疲劳破坏。

特点：在某类变应力多次作用后突然断裂；断裂时变应力的最大应力远小于材料的屈服极限；即使是塑性材料，断裂时也无明显的塑性变形。

确定疲劳极限时，应考虑应力的大小、循环次数和循环特征7、接触疲劳破坏的特点：零件在接触应力的反复作用下，首先在表面或表层产生初始疲劳裂纹，然后再滚动接触过程中，由于润滑油被基金裂纹内而造成高压，使裂纹扩展，最后使表层金属呈小片状剥落下来，在零件表面形成一个个小坑，即疲劳点蚀。

疲劳点蚀危害：减小了接触面积，损坏了零件的光滑表面，使其承载能力降低，并引起振动和噪声。

疲劳点蚀使齿轮。

滚动轴承等零件的主要失效形式8、引入虚约束的原因：为了改善构件的受力情况（多个行星轮）、增强机构的刚度（轴与轴承）、保证机械运转性能9、螺纹的种类：普通螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹10、自锁条件：λ≤ψ即螺旋升角小于等于当量摩擦角11、螺旋机构传动与连接：普通螺纹由于牙斜角β大，自锁性好，故常用于连接；矩形螺纹梯形螺纹锯齿形螺纹因β小，传动效率高，故常用于传动12、螺旋副的效率：η=有效功/输入功=tanλ/tan（λ+ψv）一般螺旋升角不宜大于40°。

第一章 机械零件常用材料和结构工艺性Q235：Q ：“屈”，235：屈服点值50号钢：平均碳的质量分数为万分之50的钢第二章：机械零件工作能力计算的理论基础(必考或者二选一)+计算1， 在零件的强度计算中，为什么要提出内力和应力的概念因为要确定零件的强度条件内力：外力引起的零件内部相互作用力的改变量。

应力为截面上单位面积的内力。

2， 零件的受力和变形的基本形式有哪几种试各列出1~2个实例加以说明。

轴向拉伸和压缩；剪切和挤压；扭矩；弯曲△第四章 螺旋机构 P68四选一1、试比较普通螺纹与梯形螺纹有哪些主要区别为什么普通螺纹用于连接而梯形螺纹用于传动普通螺纹的牙型斜角β较大，β越大，越容易发生自锁，所以普通螺纹用于连接。

β越小，传动效率越高，固梯形螺纹用于传动。

2、在螺旋机构中，将转动转变为移动及把移动转变为转动有什么条件限制请用实例来说明螺母与螺杆的相对运动关系。

转动变移动升角要小，保证可以自锁；而升角大的情况下，移动可转为转动3、具有自锁性的机构与不能动的机构有何本质区别自锁行的机构自由度不为0，而不能动的机构自由度为04、若要提高螺旋的机械效率，有哪些途径可以考虑降低摩擦，一定范围内加大升角，降低牙型斜角；采用多线螺旋结构EAL F L N=∆第五章平面连杆1、为什么连杆机构又称为低副机构它有那些特点因为连杆机构是由若干构件通过低副连接而成的特点是能实现多种运动形式的转换2、铰链四连杆机构有哪几种重要形式它们之间只要区别在哪里1，曲柄摇杆机构2，双曲柄机构3，双摇杆机构区别：是否存在曲柄，曲柄的数目，以及最短杆的位置不同。

3、何谓“整转副”、“摆转副”铰链四杆机构中整转副存在的条件是什么整转副：如果组成转动副的两构件能作整周相对转动，则该转动副称为整转副摆转副：如果组成转动副的两构件不能作整周相对转动……条件：1，最长杆长度+最短杆长度≤其他两杆长度之和（杆长条件）2，组成整转副的两杆中必有一个杆为四杆中的最短杆。

常用机加工材料机加工材料是指用于机械加工制造的各种金属和非金属材料。

在机加工过程中，选择合适的材料对于产品的质量、成本和生产效率都起着至关重要的作用。

下面将介绍一些常用的机加工材料及其特点。

1. 钢材。

钢材是最常见的机加工材料之一。

它具有优良的机械性能和加工性能，适用于各种机械零部件的加工制造。

钢材的种类繁多，包括碳素钢、合金钢、不锈钢等。

碳素钢具有良好的强度和硬度，适用于制造强度要求较高的零部件；合金钢具有较高的强度和耐磨性，适用于制造耐磨零部件；不锈钢具有良好的耐腐蚀性能，适用于制造要求耐腐蚀的零部件。

2. 铝合金。

铝合金是一种轻质、耐腐蚀的材料，具有良好的导热性和导电性。

它适用于制造要求轻量化和散热性能的零部件，如航空航天零部件、汽车零部件等。

铝合金的加工性能较好，易于进行切削加工和焊接。

3. 铜材。

铜材具有良好的导电性和导热性，适用于制造电气零部件和散热器等产品。

铜材的加工性能较好，但硬度较低，易产生划痕，因此在加工过程中需要采取适当的措施来保护表面质量。

4. 钛合金。

钛合金具有良好的耐腐蚀性和高强度，适用于制造要求耐腐蚀和高强度的零部件，如航空航天零部件、医疗器械等。

钛合金的加工性能较差，硬度高、切削难度大，需要采用适当的切削工艺和刀具。

5. 塑料。

塑料是一种非金属材料，具有良好的绝缘性能和耐腐蚀性能，适用于制造电气绝缘零部件和化工设备零部件。

塑料的加工性能较好，易于成型加工和表面处理，但强度和硬度较低。

总结：以上所述的材料仅是常用的机加工材料中的一部分，随着科技的发展，新型材料的出现将为机加工行业带来更多的选择。

在选择机加工材料时，需要根据产品的要求和工艺特点来综合考虑材料的机械性能、物理性能、化学性能和加工性能等因素，以求达到最佳的加工效果和经济效益。

希望本文所介绍的常用机加工材料能够为广大机械加工制造者提供一些参考和帮助。

机械材料手册机械材料是指用于制造机械零部件的材料，其性能直接影响着机械产品的质量和使用寿命。

在机械制造领域，选择合适的材料对于提高产品的性能和降低成本至关重要。

因此，本手册将介绍一些常见的机械材料，包括金属材料、塑料材料和复合材料，以及它们的特性、用途和加工工艺。

首先，金属材料是机械制造中最常用的材料之一。

常见的金属材料包括钢、铝、铜、铸铁等。

钢是一种铁碳合金，具有优良的机械性能和加工性能，广泛用于制造各种零部件。

铝具有较低的密度和良好的耐腐蚀性，常用于制造航空器和汽车零部件。

铜具有良好的导电性和导热性，常用于制造电气设备和导热器材。

铸铁具有良好的铸造性能和低成本，广泛用于制造机床床身、发动机缸体等。

其次，塑料材料在机械制造中也占据重要地位。

塑料材料具有较低的密度、良好的耐腐蚀性和电绝缘性，广泛用于制造各种零部件。

常见的塑料材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。

聚乙烯具有良好的韧性和耐磨性，常用于制造容器、管道等。

聚丙烯具有良好的耐热性和化学稳定性，常用于制造化工设备和管道。

聚氯乙烯具有良好的耐候性和耐腐蚀性，常用于制造建筑材料和电缆。

聚苯乙烯具有良好的绝缘性和抗震性，常用于制造包装材料和保温材料。

最后，复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的材料，具有优异的综合性能，广泛用于制造高性能零部件。

常见的复合材料包括玻璃钢、碳纤维复合材料、陶瓷复合材料等。

玻璃钢具有良好的耐腐蚀性和绝缘性，常用于制造化工设备和船舶。

碳纤维复合材料具有较高的强度和刚度，广泛用于制造航空器和汽车零部件。

陶瓷复合材料具有良好的耐高温性和耐磨性，常用于制造发动机零部件和刀具。

综上所述，机械材料是机械制造中不可或缺的一部分，选择合适的材料对于提高产品的性能和降低成本至关重要。

本手册介绍了一些常见的机械材料，包括金属材料、塑料材料和复合材料，希望能对机械制造领域的从业人员有所帮助。