机械基础-机械零件的材料、结构和承载能力
汽车机械基础课件2.材料力学
塑性材料的许用应力 脆性材料的许用应力
s
n
b
n
式中，σs —塑性材料的屈服点应力； σb —脆性材料的强度极限应力； n —安全系数，它反映了构件必要的强度储备。
2.2 轴向拉伸与压缩
六、拉伸、压缩时的强度条件
为保证构件安全可靠的正常工作，必须使构件最大工作应力不超过材料的许 用应力[ ]，即
2.3 剪切与挤压
一、剪切 2．剪切变形的内力与应力
单剪切
双剪切
2.3 剪切与挤压
一、剪切
2．剪切变形的内力与应力 剪切时单位面积上的内力，称为剪应力，或称切应力。
= FQ /A —切应力，Pa或MPa； FQ —剪切时的内力，N； A —剪切面积，m2或mm2。
2.3 剪切与挤压
一、剪切 3．剪切时的强度条件 = FQ /A≤[]
一、构件的承载能力 承载能力： 为了保证机器安全可靠地工作，要求每个构件在外力作用下均具有足够的 承受载荷的能力 。
承载能力的大小主要由三方面来衡量：即强度、刚度和稳定性。
2.1 材料力学基础
一、构件的承载能力 1、强度 构件在外力作用下抵抗破坏的能力称为强度。
AB和BC两杆在起吊重物的过程中 不允许折断
2.2 轴向拉伸与压缩
一、拉伸与压缩的概念 作用于杆件上的外力的合力作用线与杆件的轴线重合，杆件的变形是沿轴线 方向的伸长和缩短。这类变形称为轴向拉伸或轴向压缩，这类杆件称为拉压 杆。
轴向拉伸或压缩的杆件的受力特点是：作用在直杆两端的合外力，大小相 等，方向相反，力的作用线与杆件的轴线重合。 其变形特点是：杆件沿轴线方向伸长（或缩短）。
二、杆件变形的四种基本形式
3、扭转
当作用面互相平行的两个力偶作用在杆件的两个横截面内时，杆件的横截面 将产生绕杆件轴线的相互转动，这种变形称为扭转变形。
中职 机械基础第一、二章
1.载荷
➢机械工作时，机械零件所受的载荷是力（拉力、压力、切 向力）或力矩（弯矩、转矩），或者是由力和力矩组成的联 合载荷。 ➢静载荷：大小或方向不随时间变化或变化缓慢的载荷。 ➢动载荷：大小和方向随时间变化的载荷。 ➢根据动力机的额定功率P（kW）和额定转速n（r/min）计 算出的载荷称为名义载荷，
例题
➢例2-1 如图所示，物体重量为G，放在与与水平面成角的斜面上，试将重 量G分解为沿斜面方向及垂直于斜面方向的两个分力
解：根据力的平行四边形法则对力进行分解，以重量G为 对角线，以平行于斜面及垂直于斜面为两邻边，
重量G沿斜面方向的分力具有下滑作用，其大小为 F1=Gsinα
重量G垂直于斜面方向的分力具有正压力作用，其大小为 F2=Gcosα
二、力的基本性质
①作用与反作用定律 两物体间的相互作用力总是大小相等、方向相反、沿同一直
线，且分别作用在此二物体上。 该公理说明，力总是成对出现的，有作用力就必有反作用力，
二者同时存在同时消失。作用力和反作用力分别作用在两个物体上，
②二力平衡公理 作用于同一刚体（受力后变形不明显的物体称为刚体 ）上的二力
二、机械中的磨损
❖ 磨损的类型： 粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损。
❖ 单位时间内材料的磨损量称为磨损率。 ❖ 磨损过程：
磨合磨损、稳定磨损、剧烈磨损。
三、机械中的润滑
❖ 正确选用摩擦副的材料组合，使摩擦因数小、磨损率低是 减少磨损的先决条件
❖ 流体润滑：流体静力润滑、流体动力润滑 ❖ 弹性流体动力润滑 ❖ 边界润滑 ❖ 混合润滑
❖通用化：指在不同规格的同类产品甚至不同类型的产品上采用同 样的零部件。
三、零件的强度
❖ 失效：机械零件丧失工作能力或达不到要求的性能时。 ❖ 机械零件的失效形式主要有：因强度不足而断裂，过大的弹性
机械设计基础 第2版 学习情境十三 轴的结构与承载能力设计
➢ 各轴段直径和长度的确定方法：
1）各轴段所需的直径与轴上载荷的大小有关。
2）初步设计时，可按轴所受的转矩初步估算轴所需的最小直径。
3）按装配方案和定位要求，从最小直径处起逐采用标准直径及所选配合的公差。
5）为了使齿轮、轴承等有配合要求的零件装拆方便，并减少配合表面 的擦伤，在配合轴段前应采用较小的直径。
1）根据工作要求选择轴的材料和热处理方式。 2）按扭转强度条件或与同类机器类比，初步确定轴的最小直径。 3）考虑轴上零件的定位和装配及轴的加工等条件，进行轴的结构 设计，画出草图，确定轴的几何尺寸，得到轴的跨距和力的作用点。 4）根据结构尺寸和工作要求，进行承载能力计算。如不满足，则 修改初定的最小轴径，重复3）、4）步骤，直到满足设计要求。
转动心轴
问：自行车的前轮轴属于什么类型？ 固定心轴
自行车前轮轴
➢按轴线的几何形状分类
可分为直轴、曲轴和挠性钢丝轴。
光轴 直轴
阶梯轴
曲轴
挠性钢丝轴
二、轴的材料
轴的材料种类很多，常用材料有：
1）碳素钢：对较重要或传递载荷较大的轴，30、35、45、50优质 碳素结构钢等，45钢应用最广。
对一般不重要或传递载荷较小的轴, 可用Q235、Q275 等普通碳素结构钢。 2）合金钢：对于用于在高温、高速和重载条件下、结构紧凑、质 量小等使用要求的轴，20Cr、20CrMnTi、35CrMo、 38CrMoAl等。 3）球墨铸铁：价廉、吸振性好、耐磨、容易制成形状复杂的轴(如 曲轴), 如QT600-3。
6．弹性挡圈定位
➢结构紧凑、简单、装拆方便； ➢但受力较小，可靠性较差； ➢常用于固定滚动轴承和滑移齿轮的限位。
7．紧定螺钉定位
➢受力较小，可靠性较差； ➢多用于轴向力不大与速度不高的场合。
中职机械基础(北京理工大学出版社)教案：机械结构
中等专业学校2022-2023-2教案编号：
教学内容
联系：构件可以是一个独立的零件，也可以是由若干
个零件组成。
2.机器和机构
（1）机构：是具有确定相对运动的构件的组合，它
是用来传递运动和力的构件系统（如带传动机构、齿轮机
构）。
（2）机器：是人们根据使用要求而设计制造的一种
执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料与信息，
从而代替或减轻人类的体力劳动和脑力劳动。
（3）两者之间的异同点
不同点：机器能代替人的劳动完成有用的机械工或实
现能量转换，机构只能用来传递运动和力而不能做功或实
现能量转换。
相同点：都是由构件组成；构件间都具有确定的相对运动。
四、运动副
1.运动副：两构件之间直接接触并能产生一定形式
相对运动的可动联接。
根据接触情况可分为高副和低副。
（1）低副：两构件间作面接触的运动副。
根据运动
特征分为转动、副移动副和螺旋副。
（2）高副：两构件间作点或线接触的运动副。
按接
触形式不同分为滚轮接触、凸轮接触和齿轮接触。
2.运动副的应用特点
（1）低副特点：单位面积压力小，传力性能好，滑动摩擦，摩擦阻力大，效率低。
不能传递较复杂的运动。
(a)转动 (b) 移动副 (c) 螺旋副。
中职学校《机械基础》第一学期全套电子教案(含教学进度计划)(配套教材：高教版中职统编)云天课件
中等职业学校备课教案《机械基础》（2学期共160学时）第一学期教案（80学时）科目机械基础教师专业机械加工、数控加工班级二O 年期第一学期教学进度计划（80学时）（配套课件已上传百度文库）章节緒论第一节机械的组成第二节机械零件的材料、结构和承载能力备注教学目的知识目标1、了解机器的定义及机器的组成2、了解常用工程材料的用途及对零件对材料的一般要求。
课型新授课技能目标能判别常见机器的类型，对工程材料有简单认识。
学时 3日期情感目标激发学生对专业的热爱，培养对机械基础学科的学习兴趣教学资源多媒体课件、模型机零实物重点机器的定义及组成难点材料类别、零件的强度问题教学方法演示法讲授法教学过程教学引导教师自我介绍：导入新课：你能说出你见过什么样的机器吗？机器是人们根据使用要求而设计的一种执行机械运动的装置。
绪论第一节机械的组成一、机器的组成机器：是人们根据使用要求而设计的一种执行机械运动的装置。
机器用来传递能量、物料与信息，以代替或减轻人的劳动。
机械：是机器与机构的总称。
机器用来传递能量、物料与信息，以代替或减轻人的劳动。
机器的定义：（1）是人工的实物组合；（2）各部分之间有确定的运动关系；（3）能实现功能转换。
组织教学：清点人数，整顿秩序想一想下列产品那些可称为机器？机器的组成：动力部分、传动部份、执行部份及控制部分。
二、机器的结构机器由若干机构组成；机构由若干构件组成，能实现功能转换；构件由若干零件组成；是机器中最小的运动单元。
零件是机器中最小的制造单元。
三、机械的类型机器的类型：种类繁多，应用广泛。
主要分类有：教材分类：动力机械、加工机械、运输机械、信息机械等。
按行业分还有工程、矿山、建筑、化工、食品、农业、医疗机械等等。
第二节机械零件的材料、结构和承载能力一、零件的常用材料及选用1.常用材料主要分类有：钢、铸铁、有色金属、非金属材料。
2.材料的选用原则 使用要求、工艺要求和经济性。
1） 使用要求 零件有工作要求和受载的要求，有零件尺寸、质量的限制，还有重要程度不同。
机械基础结构试题及答案
机械基础结构试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 机械运动中最基本的运动形式是（）。
A. 平移运动B. 旋转运动C. 振动运动D. 往复运动答案：A2. 机械系统中，用于传递运动和动力的元件是（）。
A. 齿轮B. 轴承C. 弹簧D. 联轴器答案：A3. 以下哪个不是机械传动的特点？（）A. 传递运动B. 传递动力C. 改变运动方向D. 储存能量答案：D4. 机械设计中，为了减少摩擦和磨损，通常采用（）。
A. 润滑油B. 增加接触面积C. 减少接触面积D. 增加摩擦系数答案：A5. 机械零件的疲劳破坏通常发生在（）。
A. 最高应力处B. 最低应力处C. 应力集中处D. 材料最薄弱处答案：C6. 机械零件的失效形式不包括（）。
A. 断裂B. 变形C. 腐蚀D. 过载答案：D7. 机械设计中，为了提高零件的疲劳强度，可以采取的措施是（）。
A. 增加零件的尺寸B. 减少零件的表面粗糙度C. 增加零件的重量D. 减少零件的材料强度答案：B8. 机械零件的静强度计算中，通常不考虑（）。
A. 材料的屈服强度B. 零件的最大应力C. 零件的尺寸D. 零件的工作条件答案：C9. 机械零件的接触应力通常指的是（）。
A. 正应力B. 剪切应力C. 弯曲应力D. 复合应力答案：B10. 机械零件的疲劳寿命与（）有关。
A. 材料的强度B. 零件的尺寸C. 零件的形状D. 零件的工作条件答案：D二、填空题（每题2分，共20分）1. 机械运动的基本要素包括_______、_______和_______。
答案：速度、加速度、位移2. 机械系统中，_______用于连接两个轴，传递运动和动力。
答案：联轴器3. 机械零件的疲劳破坏通常发生在_______。
答案：应力集中处4. 机械零件的失效形式包括断裂、变形和_______。
答案：腐蚀5. 机械零件的静强度计算中，需要考虑零件的最大_______。
答案：应力6. 机械零件的接触应力通常指的是_______。
机械基础精品课程教案 .doc
机械基础精品课程教案0.1机械的组成、机械零件的材料、结构和承载能力【课题名称】机械的组成、机械零件的材料、结构和承载能力【教学目标与要求】知识目标1、了解机械的组成2、了解机械零件的材料、结构和承载能力一、能力目标通过了解机械的组成、机械零件的材料、结构和承载能力，掌握机械的组成特点，以及满足使用条件下机械零件的材料、结构、尺寸和形状。
二、教学要求1、了解组成、机械零件的材料、结构和承载能力，掌握机械的组成特点2、了解机械的基本知识，使设备能正常运行，延长使用寿命。
【教学重点】磨擦分类中的边界磨擦与混合磨擦的形成。
磨损种类中的疲劳磨损的形成机理和本科程的学习任务和要求。
【难点分析】机械的材料，失效、的强度定义【教学方法】讲授法、教师与学生互动法。
【教学安排】3学时（135分钟）【学生分析】学生对机械了解得很少，讲课时要注意联系学生所见到的实用机械，分析机器的组成和结构，引起学生的兴趣和爱好，使学生爱上本课程，是讲好本课程的根本目的。
所以，善于理论联系实际，从学生的认知规律出发，是讲好本课程的关键。
【教学过程】一、导入新课以教材中图0－1或洗衣机为例来讲机械的组成。
二、讲授新课（一）机器的组成1．机器的组成如图0－1所示或洗衣机为例来讲机械的组成。
得出无论是哪一种机械，都是由4个组成的，即动力部分、传动部分、执行部分和控制部分。
2．机器的结构零件制造的最小单元。
构件运动的最小单元。
构件可以是一个零件，但更多的是多个零件的组合。
零件组成构件，构件组成机器，完成预定的执行运动。
3．机器的类型按机器的的用途分为动力机械，如电动机、内燃机；加工机械，如加工机床、包装机械；运输机械，如汽车、飞机；信息机械，如复印机、传真机。
1、零件的常用材料常用作机械零件的材料有：钢、铸铁、铜合金、铝合金、工程塑料和橡胶。
2、材料的选用原则主要从使用要求、工艺要求和经济性几个方面考虑，尤其在市场经济、自由竟争、供大于求的条件下，机械零件的经济性更应当引起足够的重视。
机械基础电子教案
机械基础电子教案<2>第1章 机械概述[课程名称]金属材料的性能，机械零件的强度 [教材版本]李世维主编。
中等职业教育国家规划教材——机械基础（机械类）。
第2版。
北京：高等教育出版社，2006 [教学目标与要求] 一、 知识目标1、了解金属材料的物理性能、化学性能、力学性能和工艺性能所包括的内容。
2、 了解机械零件失效和强度的内涵，内力和应力的定义。
3、掌握应力的常用单位380b MPa τ=的换算方法。
二、 能力目标1、掌握力学性能对金属材料所起的作用和工艺性能对加工的影响。
2、掌握应力对材料的强度的关系。
三、 素质目标 1、了解金属材料的物理、化学、力学和工艺性能对零件使用的影响。
2、了解失效、应力与零件强度的关系。
四、 教学要求1、了解金属材料各种性能的定义及应力和强度的含义。
2、掌握力学性能对机械零件强度的影响。
[教学重点]1、金属材料的力学性能和应力与强度的关系。
2、了解失效的含义。
掌握强度的各种表示方法及应力的常用单位。
[难点分析]强度的分类和应力的分类[教学方法]讲练法、演示法、归纳法[学生分析]1、金属材料的物理、化学性能对学生来说比较熟悉，初中已多少学过，而力学性能、工艺性能和强度是新知识，可能比较陌生。
2、强度的种类较多，应多举例以示区别。
失效的含义较难，可能一时难以理解，应多做解释。
[教学资源]1、机械基础网络课程。
北京：高等教育出版社，20062、吴联兴主编。
机械基础练习册。
北京：高等教育出版社，2006[教学安排]教学步骤：讲授与演示交叉进行，穿插提问与设问，最后归纳小结。
2学时（90分钟）[教学过程]一、导入新课（10分钟）常用的机器零件都是由金属材料制成的，特别是一些重要的关键零件，不仅要求寿命长耐用，而且机械尺寸精巧又要易于加工，价格还要低廉，这就要求我们必须研究金属材料的物理、化学、力学和工艺性能，以满足各种不同的机械零件的性能要求。
如坦克的履带和挖掘机的铲齿都要求材料不仅要硬，还要耐磨损；机床的齿轮不仅要求表面硬度很高，而且芯部要具有足够的韧性；飞机的零件不仅要求材料要轻，同时还必须具有足够的强度，以抵抗气流的冲击。
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§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
6.橡胶
橡胶有普通橡胶和特种橡胶，用于 制作密封件、减振件、传动件、输 送带、轮胎、胶辊等。
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§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
2、材料的选用 材料的品种很多，各有特点，应做到
物尽其用，用其所长。当然要考虑零件工 作中的使用要求、工艺要求和经济性。
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
一、 零件的常用材料及选用 二、 零件的结构工艺性 三、 机械零件的标准化、系列化和通用化 四、零件的强度
1
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
一、零件的常用材料及选用
材料是制作机械零件的原料，零件有强度和使用寿命 的要求，不同的零件需要选用不同的材料。如汽车轮胎 需要具有一定的弹性和耐磨性，选用橡胶作为原料；汽 车大梁需要承受较大的载荷和冲击，选用具有一定强度 和韧性的低碳合金钢。机床的主轴不仅要有强度，还要 有抗弯曲变形的刚度要求，选择45或40Cr钢材，并作成 中空形状；机床的床身要求不变形且耐磨损，选用不变 形的铸铁材料，导轨表面作淬火处理。
常用材料
材料选用原则
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§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
一、 常用材料 1．钢 2．铸铁 3. 铜合金 4. 铸铁锡基和铅基轴承合金 5. 工程塑料 6. 橡胶
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§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
1、钢 常用作机械零件的材料，它是铁和碳
的合金。常用结构碳素钢和合金钢。钢中 含碳质量分数的多少，影响到钢的韧性和 硬度，含碳质量分数越低，韧性越好，但 硬度低；反之，含碳质量分数越高，硬度 越大，但韧性越差。所以，常用中碳钢作 为零件的材料，具有一定的韧性和硬度， 也方便进行热处理。
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
三、零件的标准化、系列化和通用化
国家对机械零件做出了统一的标准规定，有利 于简化零部件的品种和规格，便于组织大规模的生产，降 低成本。
如需要一个螺钉、螺母，可以在市场上很方便地买到。 它是由标准件厂统一生产的，价格低，通用性好，方便使 用，但螺钉有统一的标准，如M6、M8、 M10、 M12、M16 毫米，没有7、9、11、13,等规格的螺钉。滚动轴承也是一 样，其标准内经仅有10、12、15、17、20、25、30、35…不 可能有其他数值。
所谓经济性，首先表现在材料的相对 价格，还与生产批量、供应条件等条件有 关。
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§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
工艺要求包括铸造性能、锻造性能 、焊接性能、切削加工性能、热处理性能等 。如：结构复杂的箱体类零件，宜采用铸造 毛坯；重要的轴类和盘类零件，宜采用锻造 毛坯等。
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§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
7
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
4、铸造锡基和铅基合金
铸造锡基和铅基合金主要含有锡、 铅、锑等成分，其优点是减磨性、 抗烧伤性、磨合性、耐蚀性、韧性 和导热性良好，主要用于制作滑动 轴承的减磨层。
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§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
5．工程塑料
工 热塑性塑料。如：聚乙烯、有机玻璃、尼龙等。 程 塑 料
弹簧钢
钢
合金钢 特殊性能钢 如：不锈钢、耐热钢、耐磨钢
合金工具钢
铸钢 用于机座、箱壳、大齿轮等
5
§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
2.铸铁
（含碳量大于2.11%的铁、碳合金）
灰铸铁 如HT100、HT300,良好的铸造性、切削加工 性、 耐磨性，消振性，但抗拉强度低。
铸
球墨铸铁 如QT400-18、QT500-7,强度和塑性比灰铸铁
铁
有 很大的提高，具有良好的耐磨性，但铸造性较差。
可锻铸铁 如KTH300-06 ,强度、塑性、韧性、耐磨性均 较高，能承受冲击振动 , 但生产周期长，成本较高。 铸造大尺寸零件较困难。
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§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
3.铜合金
铜合金的减磨性和耐腐蚀性能较好。 黄铜：铜与锌的合金，含少量锰、铝等元素， 如 ZCuZn38等。 青铜：青铜以主加元素的不同又可分为锡青铜 和铝青铜等，如CuAl10Fe3、ZCuSn5PbZn5。青 铜比黄铜有更高的强度、硬度、耐磨性和耐腐 蚀性。
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§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
机械零件的标准化，是指产品的形式、材 料、尺寸、参数、性能等用“标准”予以统 一规定并实施；系列化是指对同一种零部件， 在相同的基本结构和基本尺寸条件下，规定 若干个辅助尺寸不同的规格；通用化是指在 不同的同类产品甚至不同的类型的产品上采 用同样的零部件。
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§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
零件的标准化、系列化和通用化的意义，主要表 现在以下几方面： (1)、便于组织大批量生产，并能提高质量、降低 成本。 (2)、有利于减少制造和设计工作量，缩短生产周 期。 (3)、增大零部件的互换性，方便机器维修。 (4)、有利于增加产品品种，扩大生产批量，满足 各种需求。
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§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
1.钢 （含碳量大于0.02%,小于2.11%的铁、碳合金）
低碳钢0.02%<பைடு நூலகம்＜0.25% 用于铆钉、螺钉、连杆等
碳素钢 中碳钢0.25% ＜C＜0.6% 用于齿轮、轴、连接件等
高碳钢0.6%＜C ＜ 2.11%用于弹簧、工具、模具等
合金结构钢
滚动轴承钢 低合金结构钢
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§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
使用要求包括零件的工作和受载情 况，零件的尺寸和质量的限制，零件的 重要程度等。工作情况指零件所处的环 境，如介质、温度及摩擦性质。受载情 况指的载荷大小和应力种类。
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§0－2 机械零件的材料、结构和承载能力
二、零件加工的工艺性
机械零件应该加工方便、节省工时、提高 效率、降低成本、保证质量、满足结构工艺 要求。影响机械零件的结构工艺性的因素很 多，涉及材料选择、毛坯准备、机械加工、 装配维修等各方面。如铸造材料要求其最小 厚度要大于8mm，否则会因为铸不满而产生 废品；留出足够的加工余量。锻件的内孔太 小时，不能冲孔成形；轴上的螺纹要留退刀 槽；磨削表面提前做出中心孔等。这些都是 满足加工工艺要求所必须做好的准备。 14