机械工程概论
机械工程概论课件
玻璃纤维增强塑料(glass-fiber reinforced plastics,GFRP)
具有优异的耐蚀性、轻量性、强度特性、瞬时的耐高温性能 被用来制造人造卫星、导弹和火箭的外壳（耐烧蚀层）
玻璃钢不反射无线电波,微波透过性好，是制造雷达罩的理 想材料
碳纤维增强塑料(carbon-fiber reinforced plastics,CFRP)
是最有代表性、性能最优越的塑料(即树脂)基复合材料 优点 碳纤维的强度比钢大四倍,重量只有钢的1／4，比铝还轻。
与玻璃钢相比,强度高0.5～1倍，弹性模量高2～4倍。 ①很高的耐腐蚀性; ②优良的热特性(绝热性,隔热性和尺寸稳定性等)； ③一定的电性能(通电发热，防静电干扰，导电性等)； ④滑动特性(耐磨性，润滑性)； 2⑤021减/2/6振性能(减振防噪等)；⑥放射线特性(X射线透过性)等。21
（2）中温回火:回火温度为350～500℃。中温回火可大大减小 钢的内应力,提高了弹性、韧性，但硬度有所降低，应用于弹簧 和热锻模等。
（3）高温回火:回火温度为500～650℃。高温回火可以消除内 应力,硬度有显著的下降，可获得具有强度、塑性、韧性等综合 机械性能，应用于齿轮、连杆、曲轴等。
钢的硬度随回火温度的变化（flash格式）
特点: ①只需进行表面改性或强化,可以节约材料。 ②可以获得特殊的表面层。 ③表面涂层很薄，涂层用料少。 ④可以用于修复已损坏、失效的零件。
表面技术的分类
①表面覆层 镀层（电镀、化学镀等）、热喷涂、涂料涂装、陶瓷涂敷、
化学转化膜、堆焊、气相沉积、着色染色等。
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②表面合金化 表面扩渗、喷焊堆焊、激光合金化、离子注入等
2. 正火
机械工程概论题库
机械工程概论题库一、简述答题1.何谓晶体缺陷?在工业金属中有哪些晶体缺陷?答：晶体中原子排列不完整、不规则的微小区域称为晶体缺陷。
工业金属中的晶体缺陷有点缺陷(空位、间隙原子)，线缺陷(位错)，面缺陷(晶界、亚晶界)。
合金2.简要说明金属结晶的必要条件及结晶过程。
答；金属结晶的必要条件是过冷，即实际结晶温度必须低于理论结晶温度。
金属结晶过程是由形核、长大两个基本过程组成的，并且这两个过程是同时并进的。
3.指出在铸造生产中细化金属铸件晶粒的途径。
答：用加大冷却速度，变质处理和振动搅拌等方法，获得细晶小晶粒的铸件。
4.一般情况，铸钢锭中有几个晶区?各晶区中的晶粒有何特征?典型的铸锭组织有表层细晶区、柱状晶区和中心粗晶区三个晶区。
表层细晶区的晶粒呈细小等轴状，柱状晶区的晶粒为平行排列的长条状，中心粗晶区的晶粒呈粗大的等轴状。
5.固态合金中的相有几类?举例说明。
固态合金中的相有固溶体和金属化合物两种，如铁碳合金中的铁素体为固溶体，渗碳体为金属化合物。
6.形成间隙固溶体的组元通常应具有哪些条件?举例说明。
形成间隙固溶体的两组元原子直径差要大，即d质/d剂<0.59，所以间隙固溶体的溶质元素为原子直径小的碳、氮、硼；溶剂元素为过渡族金属元素。
如铁碳两元素可形成间隙固溶体。
7.置换固溶体的溶解度与哪些因素有关?置换固溶体的溶解度与组元的晶体结构、原子直径差和负电性等因素有关。
8.简要说明金属化合物在晶体结构和机械性能方面的特点。
金属化合物的晶体结构是与任一组元的均不相同，其性能特点是硬度高，塑性、勧性差。
9.指出固溶体和金属化合物在晶体结构和机械性能方面的区别。
固溶体仍保持溶剂的晶格类型。
而金属化合物为新的晶格，它与任一组元均不相同。
固溶体一般是塑性、韧性好，强度、硬度低；金属化合物是硬度高，塑性、韧性差。
10.简要说明共晶反应发生的条件。
共晶反应发生的条件是合金液体的化学成分一定，结晶温度一定。
11.比较共晶反应与共析反应的异同点。
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三.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(ancient history of machinery ，〜1750年)机械始于工具b. 近代机械工程史(modern history of mechanical engineering)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。
大一机械工程概论知识点
大一机械工程概论知识点机械工程概论是大一机械工程专业的一门基础课程，主要介绍了机械工程的基本概念、原理以及相关知识点。
在本文中，将全面概述大一机械工程概论的核心知识点，帮助学习者对这门课程有更深入的理解。
一、机械工程概论的概述机械工程概论是机械工程专业的入门课程，旨在帮助学习者系统地掌握机械工程学科的基础理论和基本知识。
它是机械工程专业其他课程的基础，对于学生打下坚实的学科基础具有重要意义。
二、机械工程的定义和发展历程机械工程是工程科学的一个重要分支，它关注与设计、制造、控制和维修各种机械设备的方法和过程。
机械工程的发展经历了漫长的历史，从机械的简单运动到现代复杂的机器系统，在农业、工业和现代社会的发展中起到了重要的推动作用。
三、机械工程学科的基本原理机械工程学科的基本原理包括静力学、动力学、材料力学等。
静力学研究物体在静止或平衡状态下的力学性质，动力学研究物体在运动状态下的力学性质，材料力学研究材料的性能和力学行为。
四、机械零件的设计与构造机械零件的设计与构造是机械工程中的重要内容。
它包括零件的功能要求、设计原则、设计步骤以及相关的设计工具和软件。
合理的零件设计和构造对机械设备的性能和可靠性有着重要的影响。
五、机械传动与控制机械传动与控制是机械工程中的核心内容之一。
它包括了各种传动方式，如齿轮传动、皮带传动和链传动等。
机械传动与控制的目的是实现机械设备的运动和力的传递，提高机械设备的效率和性能。
六、机械制造工艺及其设备机械制造工艺是机械工程的基础环节，它包括了各种加工工艺和制造方法，如切削、焊接、锻造和压铸等。
机械制造工艺的选择和掌握对于实现正确的制造流程和提高产品质量具有重要意义。
七、机械设备的维护与管理机械设备的维护与管理是机械工程中的重要环节。
它包括设备的维修与保养、故障诊断和设备管理等内容。
合理的维护与管理可以延长设备的使用寿命，降低故障率，提高设备的可靠性。
八、机械工程的应用领域机械工程广泛应用于各个领域，如制造业、交通运输、能源等。
机械工程概论
1.1 机械的基本概况
机械是由零件、构件和部件组成的。 1)零件。零件分为两类:一类是组成机械的不可拆的基
本单元,也是机械制造过程中的单个制件,如齿轮、轴等; 另一类则是专用零件,它仅适用于一定类型的机械中,并能 表示此种机械的特点.
2)构件。构件是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。
1.1 机械的基本概况
1.1.3 制造业与机械工业 1.制造与制造业
所谓制造,即为人类按照市场需求,运用主观掌握的知 识和技能,借助于手工或可以利用的客观物质工具,采用有 效的工艺方法和必要的能源,将原材料转化为最终物质产 品并投放市场的全过程。
制造业是指将制造资源,包括物料、设备、工具、资 金、技术、信息和人力等,通过制造过程转化为可供人们 使用和消费的产品的行业。
1.3 机械工程发展
第四次发生在1750年到1850年之间。1760年,瓦 特经过十余年的努力和不断改进,在爱丁堡制造出第一台 有实用价值的蒸汽机。1804年,英国人特莱维茨克发明 并制造出第一台蒸汽机车。1830年,在法国修筑了从圣 亚田到里昂的铁路。蒸汽机车与铁路的普及,促进了西方 工业生产的发展,促进了西方的机械文明,奠定了现代工 业的基础。
图1-1 内燃机机构 a)模型 b)简图 1—气缸 2—活塞 3—连杆 4—曲轴 5、6—齿轮 7—凸轮轴 8—顶杆
1.1 机械的基本概况
3.机械 机械是机构和机器的总称。 设计机械的目的是完成预定的机械运动及特定的动作。
一般来说,每一种复杂机械都由三大部分组成:一是原动部 分,它是机械动力的来源;二是工作部分,它处于传动路线 的终点,完成机械的预定动作;三是传动部分,它是把原动 机件的运动和功率传递给工作部分的中间环节。现代机械 中又增加了第四个部分,即自动控制部分。
机械工程概论复习提纲
机械⼯程概论复习提纲第⼀章绪论（⼀）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、制造业和机械⼯业⼆.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三.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(ancient history of machinery，～1750年) 机械始于⼯具b.近代机械⼯程史(modern history of mechanical engineering)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。
郭绍义 机械工程概论 第一章 机械工程概述
1781年瓦特又创造出提供回转力的蒸汽机，扩大了蒸汽机的应用范 围。蒸汽机的发明和发展，使矿业的工业生产、铁路和航运都得以机械 动力化。
蒸汽机几乎是19世纪惟一的动力源。
19世纪未，电力供应系统和电动机已在工业生产中取代了蒸汽机， 成为驱动各种工作机械的基本动力。
19 世纪后期发明的内燃机经过逐年改进，成为轻而小、效率高、易 于操纵、并可随时启动的原动机。内燃机和以后发明的燃气轮机、喷气 发动机的发展，还是飞机、航天器等成功发展的基础技术因素之一。
第一章 机械工程概述
第一章 机械工程概述
1.1 科学和工程
1.1.1 科学的基本概念 科学在不同时期、不同场合有不同意义，科学本身在发展，人们对 它的认识也在不断深化。 一、 科学是对客观事物发展规律的正确认识和总结 二、科学是关于自然、社会和思维的知识体系
三、科学是征服自然、改造社会的武器
第一章 机械工程概述
第一章 机械工程概述
1.3 机械工程学科简介
机械工程学科下设四个二级学科：机械设计及理论、机械制造及其自动 化、机械电子工程和车辆工程。 机械类专业在1998年颁布的《普通高等学校本科专业目录》中有机械设 计制造及其自动化、材料成型及控制工程、工业设计、过程装备与控制工程 四个专业。 由于部分高校有自主设置专业的权利，所以在有些高校招生目录上依然 可以看到诸如车辆工程、机械电子工程、机械工程及自动化等专业。
第一章 机械工程概述
1.2 机械与机械工程
1.2.4机械工程的展望 一、机械工程与人类的生存环境 工程技术的发展在提高人类的物 质文明和生活水平的同时，也对自然 环境起了破坏作用。20世纪中期以来 暴露出来的严重问题有两个方面：资 源 (其中最严重的是能源 )的大量消耗 和环境的严重污染。 机械工程一向以增加生产、提高 劳动生产率、提高生产的经济性，即 以提高人类的近期利益为目标来研究 和发展新的机械产品。新产品的研制 将以降低资源消耗，发展洁净的再生 能源，治理、减轻以至消除环境污染 作为超经济的目标任务。
机械工程概论
整机可用性 元件和整机故障多属随即性
元件故障基本独立无关 使用环境一般良好，有密闭和 保护，应力因素可预测
维9修．方式系统可一般靠以性预分防性析维和修预为主计
预防性维修意义不大
可1靠0性．预维计 修困性难设计
可能
数1据1准．备可靠公性用试数据验收集不易，积累尚未正规化
数据已广泛发布，已形成数据
积累制度
第四章 机械设计及现代设计方法
设计：人们根据预定目标来生产满足要求的信息的一种活动。
通过图形、文字、数据、符号表达出来。
§4-1 机械设计基本方法
明朝，设计制造同一人 基本结构的组合装置
直觉设计（远古~1500年） 经验设计（1501~1849年）
专门进行另部件研 究实验，有标准
设计发展阶段 半经验设计（1850~1949年）
早期二维机械CAD 仅仅是计算机辅助绘图 （Computer Aided Drafting）
三维CAD技术才是真正意义上的计算机辅助设计技术 （Computer Aided Design）。
三维CAD的四次技术革命
第一次：由线框造型设计/加工发展到曲（表）面造型设计
第二次：由曲（表）面造型设计发展到实体造型设计
采用最优化设计方法。
优化设计工作包含三个内容:
–建立优化数学模型；
–选取优化方法；
–用计算机进行求解。
（2）优化方法 其基本思想是搜索、迭代和逼近。即求解时，从某一初
始点出发，利用函数在某一局部区域的性质和信息，确定每 一迭代步骤的搜索方向和步长，去寻找新的迭代点，这样一 步一步地重复数值计算，用改进后的新设计点替代老设计点， 逐步改进目标函数，并最终逼近极值点。
现代设计研究设计的一般进程，包括一般设计战略和用于 设计各个具体部分的战术方法。要求设计者从产品规划、方案 设计、技术设计、施工设计到实验、试制，按步骤有计划地进 行设计。
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环境。陶瓷材料塑性变形能力差，其机械性质大多质硬耐压，但十 分脆，因此大大限制其工业上的应用范围。
非金 属材 料的 产品
三、材料科学与机械工程
材料应用 对既有材料加以扩展应用层面，配合机械、化工、电机 等需求，针对新的应用，设计、制造新材料。
金属材料(Metal)
常见的金属有铁、铜、锌、铅、铝、锡、镁、铬、钴、镍、 钼、钛、钨、金、银等。
合金常指两种以上的金属或金属与非金属结合而成且具有金 属特性之材料。
特性：
(1)固体状态下具结晶结构
• 非晶体的原子是无规则杂乱地堆积的，如松 香、玻璃、沥青等，没有固定的熔点，各向同性。
晶体
非晶体
晶 体 和 非 晶 体 的 比 较
钢具有强度高，塑性好，具有良好的韧性；工艺性能良好， 易于加工；但是，钢材易锈蚀。
1、钢的冶炼方法
白口铁 熔融 液态生铁
吹入空气或氧气
脱氧 2. 钢的分类
按冶炼方法 钢
轴瓦、轴套 耐磨性中上等零 件 电线、导电螺钉 等
说明 “H”---黄铜；、62---质量分数 60.5~63.5%
Z----铸；L---铝；102---顺序 号 T`1---四种纯铜中的第一种 ； 99.50%
名称
牌号
应用举例
说明
灰铸铁
HT150 HT200
“HT”---灰铸铁 150----最低抗拉强度
强度较高、塑性良好、具有焊接 性和耐蚀性
桥梁、车辆、船舶等
碳素结构钢牌号及用途 渗合碳钢金钢的牌22号00CM、rnM2nT性TiiB能、、20用Mn途2V
心部的强度高、用于制造重要的 或承受重载荷的大型渗碳零件
铸铁的牌号、应用及说明
调质钢
40Cr、40Mn2、30CrMo
有色金属极其合金的牌号、应用
按脱氧程度
钢
浇注成钢锭
平炉钢 转炉钢 电炉钢
按炉衬 材料分
沸腾钢 镇静钢
半镇静钢
特殊镇静钢
酸性钢 碱性钢
非合金钢
低碳钢 C＜0.25％ 中碳钢 C=0.25%～0.60％
钢
高碳钢 C＞0.25％
低合金钢 ＜5%
合金钢
中合金钢 5%～10%
高合金钢
＞10%
普通质量钢
钢 优质钢 特殊质量钢
S ——使钢在高温下呈脆性， 称为热脆性；
材料与产品质量 ：是产品质量的重要保证 材料与机械设计：正确选择材料及其加工工艺
材料与机械制造：“改形”和“改性”工艺 材料科技的四大方向 材料制造 运用熔炼，铸造、锻造，热处理，粉末冶金等方法把材
料制成可用的状态。
材料鉴定 鉴定材料的性质及其显微镜组织，以确保材料的品质。
基本研究 研究从原子排列到整块材料的各种相关现象，以明了 影响材料性质的根本原因。
灰铸铁 (HT300)
铸铁
球墨铸铁(QT500-5)
…低碳钢 (08F)
中碳钢 (45)
钢
高碳钢 (60) 合金钢 (1Cr18）
…
铝合金 (LY12) 铜合金 (ZCuSn10P1)
非金属材料
高分子材料 --- 塑料、橡胶、合成纤维。 陶瓷 ---强如钢、轻如铝、硬如金刚石。 复合材料 --强度高、弹性模量大、质量轻。
复合材料(composite material) 定义 由两种或两种以上的不同材料组合而成的工程材料。 区别：各种组成材料在性能上能互相取长补短，产生协同效应。
复合材料的综合性能优于原组成材料，能满足各种不同的要求
基 基本组成
非金属 合成树脂、碳、石墨、陶瓷 体 金属 铝、镁、铜和它们的合金
增强材料 玻璃、碳、合成纤维，金属丝，硬质细粒
弹簧钢
65Mn、60Si2Mn、60Si2CrVA
滚动轴承钢 GCr9，GCr15SiMn，GCrMnMoV
具有良好的综合力学性能，复杂 的重要零件 淬透性好，热处理后组织可以得 到强化
用于制造滚动轴承的滚珠、套圈
名称
牌号
普通黄铜 H62
铸锰黄铜 ZCuZnPb2 铸铝合金 ZL102
纯铜
T1
应用举例 散热器、垫圈等
P ——使钢在常温和低温下呈 脆性，称为冷脆性。
建筑钢
碳素结构钢
不锈钢
钢
结构钢 工具钢
合金结构钢 碳素工具钢 合金工具钢 高速工具钢
特殊性能钢
耐酸钢
耐热钢 磁钢
亚共析钢
共析钢
（3）力学性能
种类 拉伸性能牌号冲击韧性 硬度 疲劳性能强及度选用范围
普（通4低）合工金艺性能 结构钢钢冷弯性9M能n2、10M可nS焊iC性u、16Mn切削性
橡胶--橡胶富于弹性，能吸收较多的冲击能量。常用作联轴器 或减震器的弹性元件、带传动的胶带等。硬橡胶可用于制造用 水润滑的轴承衬。
塑料--塑料的比重小，易于制成形状复杂的零件，而且各种不 同塑料具有不同的特点，如耐蚀性、绝热性、绝缘性、减摩性、 摩擦系数大等，所以近年来在机械制造中其应用日益广泛。
第五章 工程材料
第一节 工程材料分类及应用 一、材料与材料科学
历史学家把人类社会的发展按其使用的材料类型划分为石器时 代、青铜时代、铁器时代，而今正处于人工合成材料的新时代。
二、材料的分类 金属材料 用量最大、用途最广 品种很多 高分子材料 塑料、橡胶、粘结剂 陶瓷材料
复合材料
黑色金属
金属材料
有色金属
(2)具有独特的金属光泽且不透明 (3)电与热之良导体 (4)塑性加工变形能力佳，富延性及展性
钢及其特性 理论上，凡是把含碳量小于2%，含杂质比较少的铁碳合金称
为钢。 含碳量超过2%，称为生铁；含碳量小于0.08%，称为工业
纯铁。
晶体和非晶体
• 晶体的原子是按一定的几何形状作有规律的 排列，如金刚石、金属与合金、石墨等，有固定 的熔点，各向异性。
组成 分类
结构
金属与金属
金属与非金属
非金属与非金属复合材料
纤维复合材料 层叠复合材料 细粒复合材料 骨架复合材料
玻璃纤维增强塑料(glass-fiber reinforced plastics，GFRP)
具有较高的强度和
球墨铸铁 QT400-18 QT450-10
塑性。
“QT”-Leabharlann --球墨铸铁；400---最低用于受磨损和受冲 抗拉强度；18----最低伸长率
击的零件
可锻铸铁
KTH300-06 KTH330-08
用于受冲击、振动 的零件
“KTH”、“KTZ”----黑心、白心 可锻铸铁；300---最低抗拉强度； 06---最低伸长率