《機械基礎》

高考知識點總復習

笫一章機械概述

本章知識結構

r機器的組成

機械的組成

機器的結構

機械的類型

零件的常用材料及選用

緒機械零件的材料、結構和承載力零件的結溝工藝性

論機械零件的標準化、系列化和通用化

零件的強度

r機械中的摩擦

機械零件的摩擦、磨損和潤滑t

機械中的磨損

機械中的潤滑

知識點精析

第一節機械的組成

一、機器的組成

機器：是人們根據使用要求而設計的一種執行機械運動的裝置。機器用來傳遞能量、

物料與信息，以代替或減輕人的勞動。

機械：是機器與機構的總稱。

機器用來傳遞能量、物料與信息，以代替或減輕人的勞動。

機器的定義:

（1）是人工的實物組合；（2）各部分之間有確定的運動關系；（3）能實現功能轉換。

機器的組成

動力部分機器的動力來源把動力部分的運動和直接完成工作任務

傳動部分動力傳遞到執行部分

執行部分直接完成工作任務

-控制部分讓執行部分按一定的運動規律運動的部分

二、機器的結構

機器由若干機構組成;

機構由若干構件組成，能實現功能轉換；

構件由若干零件組成；是機器中最小的運動單元。

零件是機器中最小的制造單元。

三、機械的類型

機器的類型種類繁多，應用廣泛。主要分類有：

按教材分類：動力機械、加工機械、運輸機械、信息機械等。

按行業分類：還有工程、礦山、建筑、化工、食品、農業、醫療機械等等。

第二節金屬材料的性能

金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能。工藝性能是指金屬材料從冶煉到成品的生產

過程中，在各種加工條件下表現出來的性能;使用性能是指金屬零件在使用條件下金屬材料表

現出來的性能。使用性能包括物理性能、化學性能和力學性能。

一、金屬材料的物理性能

金屬村料的物理性能是金屬所固有的屬性。物理性能主要有密度、熔點、導熱性、導電性、

熱膨脹性、磁性等

二、金屬材料的化學性能

金屬材料的化學性能是指金屬在化學作用下所表現的性能。化學性能主要有耐腐蝕性、抗氧

化性、化學穩定性。

三、金屬材料的力學性能

金屬材料的力學性能是指金屬材料在力作用下所表現出來的性能。

1.強度:金屬材料在靜載荷作月下抵抗變形和破壞的能力。

由于材料承受載荷的方式不同,其變形形式也不同，所以材料的強度又分為抗拉、抗壓、抗扭、

抗彎、抗剪強度等。

2.塑性:金屬料在靜載有作用下產生永久變形而不破壞的能力。.

塑性指標用伸長率3和斷面收縮率甲來表示，3和平值越大，表示材料的塑性越好。

3.硬度:衡量金屬材料軟硬的一個指標。硬度是指金屬材料抵抗其他更硬物體壓人其表面的能

力，是金屬材料表面抵抗變形或破壞的能力。

在生產上最常用的硬度有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、HRB、HRA)和維氏硬度(HV)。布

氏硬度用于測定鑄鐵、有色金屬、低合金結構鋼以及結構鋼調質件的硬度;洛氏硬度常用于測

定工件的表面硬度，如淬火鋼;維氏硬度由于測試手續較繁，應用較少。

4.韌性:金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。材料的韌性常用ak表示，；。ak值越大,

沖擊韌度越高。

③表面磨損強度:以面接觸而做相對運動的零件（如滑動軸示）。

二、機械零件的結構

1.功能要求

2.質量要求

3.創新要求

三、機械零件的承載能力、

1.強度

2.剛度

3.穩定性

第四節機械零件的摩擦、磨損和潤滑

一、機械中的摩擦

摩擦在正壓力作用下，相互接觸的物體表面間有相對運動（或其趨勢）時，在接觸表面

上就會產生抵抗運動的阻力，這一自然現象被稱為，阻力叫作摩擦力。有摩擦現象存在，就

會有磨損產生。

磨損摩擦體接觸表面的材料在相對運動中因機械作用或化學作用產生的不斷損耗的現

象。

潤滑向摩擦磨損表面加注潤滑劑，以降低摩擦阻力和減輕磨損，以提高機器的使用性能、

延長機器的使用壽命，并F

摩擦、磨損的利弊

摩擦類別：

「靜摩擦一干摩擦

摩擦_

r滑動摩擦邊界摩擦

分類_動摩擦一混合摩擦

L滾動摩擦

二、機械中的磨損

影響磨損的因素：

主要是摩擦，還有其它如腐蝕等因素，磨損量隨時間增加，軟材比硬材磨損量大。

1.磨損的類型

粘附磨損輪廓峰塑變成冷焊結點而粘著。

磨粒磨損灰塵、雜質等硬顆粒引起的磨損。

表面疲勞磨損（點蝕）交變應力的反復作用引起的磨損。

腐蝕磨損摩擦過程中金屬與周圍介質發生化學或電化學反應造成的磨損。

2.磨損過程（規律）

磨損規律：機械零件典型的磨損分為磨合磨損、

穩定磨損、劇烈磨損三個階段。

磨合階段：新投入使用的機器，表面較粗糙，表

面的微觀峰易被磨掉，表面由磨損較快。磨合階段不可

避免。倍削時間）

穩定磨損階段：磨合階段結束時，摩擦面粗糙度降低，磨損變輕，進入長期微量穩定磨

損階段。不同的場合穩定期不一，如：

高質量的機械零件，可達十幾年，而一般車刀的穩定磨損期可以只有幾十分鐘。

劇烈磨損階段：經穩定磨損的積累，零件磨損面缺陷嚴重，繼續使用會加劇磨損，進入

劇烈磨損期。

在零件進入穩定磨損的后期，就應提前終止零件的使用。

三、機械中的潤滑

潤滑的作用：降低摩擦、磨損，防銹、冷卻、緩沖吸振、密封。

潤滑應至少保證實現邊界摩擦、混合摩擦，最佳是液體摩擦，避免干摩擦。

潤滑的形式：

流體潤滑、彈性流體動力潤滑、邊界潤滑、混合潤滑。

第二章桿件的靜力分析

本章知識結構

r力的產生條件

力的概念T力的作用效果

J力的三要素

一作用力與反作用力

力的概念與力的基本性質一二力平衡

基本性質

桿I力的平行四邊形法則

件一力矩

的力矩、力偶與力的平移T力偶

靜一l力的平移定理

力L約束與約束力

約束、約束反力、力系

分力系

和受力圖的應用受力圖

析L

平面力系的平衡方程

平面力系的平衡方程

齒輪與軸的受力分析

及應用

知識點精近

第一節力的概念與基本性質

一、力的概念

力的產生條件：是物體間的相互機械作用，這種作用使物體的運動狀態或形狀發生改變。

力的作用效果：運動效果：平衡、不平衡（變速運動）；

變形效果：變形以至破壞。

力的三個要素：力的大小、方向和作用點。

力是矢量：力是一個既有大小，也有方向的矢量。力的單位：N（牛頓），KN、MN

力的基本性質，有四大公理（定律），是本章重要基礎，高考題時有概念題出現。

（1）作用與反作用

作用力與反作用力同時存在，兩力的大小相等方向相反，沿著同一直線分別作用在兩個

相互作用的物體上。兩個力性質相同，同時產生、改變、消失。特征：“等值、反向、共

線、異體”

（2）二力平衡公理

作用于同一剛體上的兩個力，使剛體處于平衡狀態的充要條件是：兩個力大小相等、方向

相反且作用在同一條直線上。也稱“二力桿”。

作用在物體上同點的兩個力，可以合成一個合力，合

力的作用點仍在該點，合力的大小和方向由這兩個力為邊

構成的平行四邊形的對角線來表示，即合力為原兩力的矢

量和。力可以合成，也可以分解。

力的合成力的分解

矢量表達式：FR=F,+F2

第二節力矩、力偶與力的平移

一、力矩

力對點的矩力F對某點。的矩等于力的大小與點。到力的作用線距離h的乘積。記作

Mo（F）=±Fd

式中，點。稱為矩心，d稱為力臂，Fd表示力使物體繞點。轉動效果的大小，正負號

是轉動方向。

力矩的方向：使物體逆時針方向轉動的力矩為正，反之為負。力矩的單位為牛頓?米

（N,m）或KN，m。

討論：力矩為0,有兩種情況：一是力為0,還有就是力臂為0.

二、力偶

力偶：大小相等、方向相反，但不作用在同一作用線上的一對平行力。注意，力偶不是

二力平衡，力偶只有轉動效應，而沒有移動效應。

力偶的三要素（1）力偶矩的大小（2）力偶的轉向，順時針（為負）、逆時針（為正）

（3）力偶作用面。

三、力的平移定理

作用在剛體.上A點處的力F,可以平移到剛體內任意點O,但必須同時附加一個力偶，

其力偶矩等于原來的力F對新作用點。的矩。這就是力的平移定理。

第三節約束、約束反力、力系和受力圖的應用

一、約束與約束反力

約束：限制物體運動的物體。例如，鋼軌是火車的約束。

約束反力：約束對被約束體的作用力，也叫約束力。

約束力的方向：總是與其所限制的物體的運動方向或趨勢相反。

約束類型：r

柔性約束

光滑面約束

約束T廠固定較鏈支座

較鏈約束￡可動較鏈支座

-固定端約束

一、約束與約束力

1.柔性約束

組成：由柔性構件對物體的約束。如繩、鏈條等對物體的約束。特點：只受拉力，不

收壓力。

2?光滑面約束

組成：由光滑接觸面構成的約束。且是理想光滑的約束（忽略摩擦）。約束反力方向:

通過接觸點，沿著接觸面公法線方向，指向被約束的物體，通常用FN表示。

3.較鏈約束

（1）固定較鏈支座約束如果連接較鏈中有一個構件與地基或機架相連，便構成固定較

鏈支座，其約束反力仍用兩個正交的分力Fx和Fy表示.，

（2）活動較鏈約束在橋梁、屋架等工程結構中經常采用這種約束。在較鏈叉座的底部

安裝一排滾輪，可使支座沿固定支承面移動，這種支座的約束性質與光滑面約束反力相同，

其約束反力必垂直于支承面，且通過錢鏈中心。

4.固定端約束

固定端約束能限制物體沿任何方向的移動，也能限制物體在約束處的轉動。所以，固定

端A處的約束反力可用兩個正交的分力FAX、FRY和力矩為MA的力偶表示。

二、力系「

平面匯交力系

平面平行力系

平面力系

平面力偶力系

_平面任意力系

三、受力圖的畫法可概括為以下幾個步驟。

1.根據問題的要求選取研究對象，畫出分離體簡圖；

2.畫出分離體所受的全部主動力；

3.在分離體上原來存在約束的地方，按照約束類型逐一畫出約束力。

注意事項：明確研究對象；注意“二力桿”，受力必沿兩力作用點的連線。

第三章直桿的基本變形

第一節直桿軸向拉伸與壓縮

一、拉伸與壓縮時的變形特點

軸向拉壓的受力特點：外力的合力作用線與桿的軸線重合。

軸向拉壓的變形特點：軸向拉伸：桿的變形沿軸向伸長，橫向縮短。

軸向壓縮：桿的變形沿軸向縮短，橫向變粗。

二、內力與應力

（1）內力

外力與內力：桿件所受其它物體的作用力。主動力和約束力都是外力。在外力作用下桿

件要發生變形，而材料內部阻止變形的抗力，就是內力。

內力的特點：內力是由外力引起的，內力隨外力增大而增大，消失而消失。

（2）求內力的方法：

截面法求拉壓桿件內力的方法。用截面法求桿件內力的步驟：

截一-用假象平而將其從所求內力處截開

取-一取一段為研究對象（先分析有無約束，如果有約束，則取不受約束的一段為研究對

象；如果沒有約束，則取任意一段。）

代一一用內力代替舍棄端對保留端的作用力。（取左端內力向右設，取右端內力向左設）

求一一列平衡方程求解（左負有正，上正下負）

（3）應力

應力：單位面積上的內力。桿件的拉、壓時，應力方向垂直于截面，稱為正應力，用

符號Q表示。（T=—

A

應力單位：Pa,1MPa=106Pa=1N/MM2規定：應力拉伸為正，壓縮為負。

三、低碳鋼拉伸與壓縮的力學性能

低碳鋼拉伸過程中的四個階段

(1)彈性階段op(2)屈服階段ps(3)強化階段sb(4)縮頸階段bz。

兩大強度指標：

屈服強度：J=J屈服強度指標主要用于鋼等塑性材料

抗拉強度：?=/抗拉強度指標主要用于鑄鐵等脆性材料。

鑄鐵等脆性材料在拉伸與壓縮時無明顯的屈服點，主要使用抗拉強度指標，且強度遠低

于鋼(約1/3)o

四、塑性與冷作硬化

1.塑性材料在外力作用下，能產生永久變形而不斷裂的能力。塑性指標也由拉伸試驗

同時測出。

指標：斷后伸長率和斷面收縮率。

§=?-4xwo%11/=4-4xwo%

44

通常，把5>5%材料稱為塑性材料，如鋼，把b<5%材料稱為脆性材料，如鑄鐵。

2.冷作硬化

冷作硬化現象：塑性材料在室溫下受拉伸變形至強化階段后，出現強度硬度增加而塑性

降低的現象。

好處與害處：強化鋼的方式。如拉伸建筑鋼筋、冷作彈簧、推土機履帶等。對工件進

行冷加工(如沖壓)后材料硬化，且內應力增大，導致難于進一步加工，且引起工件變形。

五、直桿軸向拉伸與壓縮時的強度計算(

1、許用應力與安全系數

極限應力：材料喪失正常工作能力時的應力。塑性材料的極限應力是其屈服強度6。

脆性材料的極限應力是其抗拉強度◎2

安全系數：零件材料不能剛好在其極限應力下工作，為保證安全，將極限應力除以一個

大于1的系數（用符號S表示），作為工作時允許的最大應力。安全系數反映了強度儲備情

況，不同重要程度的零件，安全系數不同。

許用應力：考慮了安全系數后的最大工作應力，用符號表示。

塑性材料：==脆性材料：［由==

SS

2、拉伸與壓縮時的強度條件

為了確保軸向拉、壓桿件具有足夠的強度，要求桿件最大工作應力小于材料在拉、壓時

的許用應力。o=^<M

maxA

材料拉伸與壓縮時的強度條件：

強度條件的用法：

強度校核強度設計確定許用載荷

3、應力集中與溫差應力

1.應力集中

應力集中現象：在機械零件結構中的尖角、鍵槽、小孔等發生結構突變的材料內部，應

力分布不均，且應力在突變處顯著增大，易產生裂紋的源頭。

應力集中的危害：誘使零件發生疲勞破壞。疲勞裂紋源一一裂紋擴展一一疲勞斷裂破壞。

2.溫差應力：零件結構因溫度變化，在熱脹冷縮受阻時引起的內應力，也稱為熱應力。

第二節連接桿的剪切與擠壓

一、剪切

1.剪切的概念機械中常用的連接件，如銷釘、鍵和鉀釘都是受剪切的零件,

受力特點：作用在構件兩側面上的外力合力大小相等、方向相反且作用線很近。

變形特點：位于兩力之間的截面發生相對錯動。

2.剪力和切應力

二、擠壓力

1.擠壓的概念零件發生剪切變形的同時，往往還有擠壓變形，即

兩構件在傳力的接觸面上，局部承受較大的擠壓力，出現塑性變形或壓

滑現象。擠壓面

2.擠壓應力

第三節圓軸的扭轉

一、圓軸扭轉的變形與應力分布

1.扭轉的概念

扭轉受力特點：受扭軸兩端截面上均受到平行力偶作用，兩外力大小相等轉向相反，作

用面相互平行。

扭轉變形特點：受扭構件各橫截面將繞軸線發生相對轉動，原來與軸線平行的各縱向線

均變成螺旋線。

二、圓軸扭轉的應力

1.圓軸扭轉切應力分布規律：

圓心處的切應力為零，圓周上的切應力為最大。

2.工程中提高抗扭能力采取的措施

1）選用合理的截面增大直徑、采用空心軸。2）合理改善受力情況，降低最大扭矩。

第六節直梁的彎曲

一、直梁的彎曲

1.彎曲的概念

受力特點：外力垂直于桿的軸線。變形特點：軸線由直線變成曲線。

2.梁的基本形式

簡支梁、懸臂梁、外伸梁三類

3.梁的應力分布

梁的外力：載荷和支座反力。梁截面的內力：為彎矩和剪力兩個分量。

純彎曲：剪力為零，而只有彎矩時的特殊情況。

純彎時的變形：在受拉區與受壓區之間，存在既不伸長也不縮短的一層即是中性層。中

性層與橫截面的交線叫中性軸。彎曲變形時，橫截面繞中性軸轉動。

二、提高梁抗彎能力的措施

（1）降低最大彎矩值：合理安排支座位置，合理分布加載點

（2）選擇合理的截面形狀。

（3）制成變截面梁。

（4）提高梁的抗彎剛度如：增加支承數量。

第四章工程材料

任本章知識鎮

物理化學性能

r一金屬材料的性能—力學性能

L工藝性能

黑色金屬材料r鋼的分類、鋼的編號

碳素鋼、合金鋼、鑄鐵

鋼的退火與正火、淬火、回火

★鋼的熱處理

工程鋼的鋼的鋼的表面熱處理

材料鋁及鋁合金、銅及銅合金

*有色金屬

軸承合金、鈦合金

「工程塑料、復合材料

非金屬材料一新型工程材料

一零件的失效形式及原因

材料選擇及運用一選材的原則、方法和步驟

_典型零件選材舉例

知識點精析

第一節金屬材料的性能

一、金屬的物理性能和化學性能

金屬材料性能金屬材料在給定外界條件下的抵抗能力。

一物理性能密度、熔點、導熱性、導電性、熱脹冷縮性和磁性等

金屬固有的屬性。

Y化學性能金屬在化學作用下表現出的性能。

耐腐蝕性、抗氧化性和化學穩定性。

L使用性能

金屬材料性能

力學性能強度、塑性、硬度、韌性、疲勞強度

工藝性能鑄、鍛、焊、切削加工

二、金屬的力學性能和工藝性能

（一）金屬的力學性能

力學性能是指金屬材料在外力作用下所表現出來的性能。

主要包括：強度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強度。

（二）金屬的工藝性能

工藝性能金屬材料在加工制造過程中所表現出來的性能。

包括鑄造性、沖壓（鍛造）性、焊接性、熱處理加工性、切削加工性等等。

一般，低中碳鋼的沖壓性、焊接性、切削加工性好，鑄鐵的鑄造性、切削加工性好。

第二節黑色金屬材料

鋼的分類

一黑色金屬鋼

_鑄鐵

金屬材料一

一除黑色金屬以處的其它金屬材料

有色金屬

―主要是銅、鋁、鈦等

鋼：鐵與碳的合金（碳的質量分數＜2.1設），還含有硫（S）、磷（P）、硅（Si）、?（Mn）

等雜質元素。

雜質元素對鋼的影響：硅、鎬是有益元素，能提高鋼的強度、硬度；而硫、磷是有害元

素，造成鋼的脆性，其含量決定鋼的質量。

鋼的分類：主要按鋼的化學成分、鋼的品質、鋼的用途來分類。

一碳素鋼如：Q235、45>65Mn、T10A、ZG200-400

按合金元素

_合金鋼如：16Mn、20CrMnTi>W18Cr4V

低碳鋼CV0.25%如，Q235,08F,20CrMnTi

按碳質量分數［中碳鋼C=0.25%?0.6%如：45、40Cr

高碳鋼C>0.6%如：T12、GCrl5^W18Cr4V>9SiCr

鋼普通鋼如：Q235、16Mn

的

按鋼的品質優質鋼如：45、T10、20CrMnTi

類S、P雜質

高級優質鋼如：T12A、38CrMoA>W18Cr4V.lCrl8Ni9

別

結構鋼主要用于制造工程結構、橋梁、建筑結構和機器零件

等，一般為低、中碳鋼。如：Q235、45、2OCr

工具鋼主要用于制造各種刃具、模具和量具。一般為高碳鋼。

如：T12A、W18Cr4V.9SiCr

特殊性能鋼具有特殊物理化學性能的鋼。

如：不銹鋼lCrl8Ni9、耐熱鋼、耐磨鋼ZGMnl5等

二、碳素鋼的牌號

1.普通碳素結構鋼

牌號：Q+屈服強度+質量等級+脫氧方法例如Q235AF,表示屈服強度為235MPa的

A級質量的碳素結構鋼，屬于沸騰鋼。常用牌號：Q235、Q195

用途：此類鋼通常不熱處理，用于受力不大的非重要場合。如：一般建筑鋼筋、鋼板、

要求不高的小軸、螺釘墊圈等標準件。

2.優質碳素結構鋼

牌號：用兩位數字表示平均碳的質量分數的萬分數。如：45號鋼表示平均碳的質量分

數為0.45%的優質碳素結構鋼。

08F、10、15、20I25、30、35、40、45、45Mn、50、55I60、65Mn、

70

低碳鋼中碳鋼高碳

鋼

用途：大量用作一般機器零件，一般要通過熱處理強化零件。如I：沖壓件、軸、齒輪、

受力的螺紋標準件等等。

3碳素工具鋼

牌號：以“『'+數字表示，數字表示鋼中平均碳的質量分數的千分數，碳素工具鋼的碳

的質量分數在0.7%?1.4機若是高級優質碳素工具鋼，則在數字后面加“A”，如T10A等。

用途：用作一般工具（刃具、量具），都要通過熱處理提高硬度及耐磨性。

如：榔頭、手鋸條、鏗刀、低檔游標卡尺等等。

T7、T7A...........T10、T10A.............T12、T12A.....

韌性較好性能適中耐磨性好

4.鑄造碳鋼

牌號：ZG+數字+數字，如“ZG200-400”,“ZG”是“鑄鋼”二字的拼音字頭。200表

示屈服強度2200MP,400表示抗拉強度2400MP。

用途：主要用作形狀復雜，適合鑄造成型，而強度要求較高，乂不能用鑄鐵的場合。

如：復雜大型機件。

三.合金鋼的牌號

1.低合金高強度鋼

牌號：如“Q390A”，與普通碳素結構鋼的牌號類似，只是因為加入了Mn、Si等合金

元素，抗拉強度數值更大。

2.合金結構鋼

牌號：兩位數字+元素符號+數字，兩位數字表示碳的質量分數為萬分之幾，合金元素符

號后的數字表面該元素的質量分數為幾％（含量小于1.5%省略不標）；后面的A表示高級優

質鋼，無A表示優質鋼。如：20Cr、45Mn2、38CrMoA等，是在優質碳素結構鋼基礎上

加上合金元素組成。

用途：合金滲碳鋼20Cr、20CrMnTi,活塞銷、汽車變速箱齒輪等。

合金調質鋼40Cr、45Mn2,機床主軸、重要齒輪、連桿、曲軸等。

合金彈簧鋼60Si2Mn,大尺寸彈簧、板簧等。

3.合金工具鋼

牌號：一位數字+元素符號+數字，首位數字是碳的質量分數為千分之幾（大于1%省

略不標）；后面是合金元素及其含量（幾%,含量W1.5%省略含量不標）；都是高級優質鋼

（省略）。

典型：9SiCr、CrWMn.W18Cr4Vo

用途：低合金刃具鋼9SiCnCrWMn,低速、復雜的切削刀具，如絲錐，量、模具等。

高速鋼W18O4V、W6Mo5Cr4V2,紅硬性600°C,各類中速切削刀具，如車刀、銃

刀、齒輪滾刀等。

4.滾動軸承鋼

牌號：典型：GCr15、GCr15SiMn,G是滾動軸承鋼的拼音字頭，都是高碳鋼（碳

的質量分數省略不標），Cr元素的質量分數為千分之1.5。都是高級優質鋼（省略）。

用途：制造各類滾動軸承的內、外圈和滾動體，也可以制造工、量具等。

5.特殊性能鋼：不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼

不銹鋼：如：1Cr18Ni9>0Cr18Ni9>2Cr13,主要用于耐腐蝕要求的零件及工具，

也用于裝飾材料。如醫療器械、化工機械、廚具等。

耐熱鋼：如：2Cr21Nil2N,主要用于高溫環境下工作的機件。如發動機排氣門、鍋爐

燃燒部件等。

耐磨鋼（高鎰鋼）：如：ZGMn13,因為耐磨鋼一般鑄造后就使用，所以用“ZG”表示。

主要用于強烈磨損的場合。如，履帶、鏟齒等。

四、鑄鐵

鑄鐵：碳的質量分數wc力2.11%（W5.0%）,并含有較多硅、鎰、硫、磷等元

素的鐵碳合金。

鑄鐵的分類：按鑄鐵中碳（石墨）的分布形式，可分為灰鑄鐵、球墨鑄件、可鍛鑄鐵和蠕墨

鑄鐵等。根據斷口顏色不同分為：白口鑄鐵、灰口鑄鐵、麻口鑄鐵。

1.灰鑄鐵

性能：碳主要以片狀的石墨存在，斷口呈暗灰色，灰鑄鐵雖然力學性能不好，抗拉強度

低、脆性大，但與鋼相比，還有其它優良性能：抗壓強度好、切削加工性好、耐磨性好、鑄

造性好、減震性好、小的缺口敏感性等。

牌號：HT+數字等，HT是“灰鐵”的拼音字頭，后面數字是抗拉強度（如HT200,表

示最小抗拉強度為200MPa）

用途：灰鑄鐵價格低廉、產量大，廣泛用于機床床身、機座、缸體、箱體、手輪等形狀

復雜，要求不高的零件。

2.可鍛鑄鐵

性能：碳主要以團絮狀的石墨存在，可鍛鑄鐵是傳統的高強度鑄鐵，力學性能比灰鑄鐵

好，但制造工藝復雜，成本較高，大多被球鐵取代。

牌號：KTH（KTZ）+數字十數字，后面數字是抗拉強度和伸長率。如KTH330-08.

3.球墨鑄鐵

性能：碳主要以球狀的石墨存在，球墨鑄鐵是近幾十年發展起來的高強度鑄鐵，力學

性能比其它鑄鐵好（接近于鋼），且保留了鑄件的全部優點。

牌號：QT+數字+數字，QT是“球鐵”的護音字頭，后面數字是抗拉強度和伸長

率。QT400-15等

用途：能實現“以鐵代鋼”。用于形狀復雜、受力復雜的機器零件、薄壁件等場

合。如：曲軸、連桿、凸輪、閥門、井蓋等等。

4.蠕墨鑄鐵

性能：碳主要以蠕蟲狀的石墨存在，強度接近于球墨鑄鐵，有一定的韌性和較高的耐磨

性，鑄造性和導熱性良好。

牌號：RuT+數字，后面數字是抗拉強度。如RuT300.

第三節鋼的熱處理

鋼的熱處理是把鋼加熱、保溫、冷卻，通過改變鋼的內部組織，來達到改變（強化）鋼

的性能的一種工藝方法。

鋼熱處理的目的

（1）強化作用：通過提高鋼的強度和硬度，提高承載能力和耐磨性，達到強化零件、節

省鋼材、

延長使用壽命的目的，如淬火等等。

（2）改善鋼的加工工藝性能：通過熱處理還可以降低材料硬度、提高塑性，達到改善工

藝性能（如切削加工性、沖壓性）的目的，如退火等等。

熱處理的類別：熱處理方法種類很多，主要有：

普通熱處理：“四把火”正火、退火、淬火、回火。

表面熱處理.：表面淬火、化學熱處理

一、鋼的退火與正火

退火與正火目的相近，主要是改善切削加工性。

1.退火

退火工藝：將鋼加熱到適當溫度，保溫一段時間后，緩慢冷卻的熱處理方法。

退火目的：降低硬度，改善切削加工性；提高塑性和韌性，以利于冷變形加工；改善鋼

的組織；

削除鋼中的殘余內應力。

退火用途：主要用于高碳鋼改善切削加工性；以及去應力退火。

2.正火

工藝：將鋼加熱到適當溫度，保溫一段時間后，出爐空冷的熱處理方法。

正火目的與用途：低中碳鋼調整硬度，改善切削加工性；高碳鋼消除網狀滲碳體；要求

不高的中

碳鋼零件可用正火代替調質；細化組織，為后續熱處理作準備。

正火與退火的比較：正火后組織較細，強度、硬度比退火高；操作簡便，生產周期短，

成本低。一般中低碳鋼常用E火改善切削加工性。一般型鋼均以正火狀態出廠。

二、鋼的淬火

工藝：將鋼加熱到適當溫度，保溫一段時間，然后快速冷卻(水冷或油冷)的熱處理方

法。(獲

得馬氏體組織)。

淬火的目的：通過改變鋼的內部組織結構，來達到提高鋼的強度、硬度和耐磨性的目的。

鋼淬火的意義：淬火熱處理是強化鋼的重要手段，鋼通過強化，提高強度與硬度，節省

了材料，

減輕重量，減緩零件磨損，延長零件壽命，總體降低成本。

淬硬性與淬透性

淬硬性：指零件淬火后的硬度，與鋼中碳的質量分數有關；低碳鋼淬火后硬度仍然不高,

效果差，中、高碳鋼淬火后硬度、強度高，強化效果好。

淬透性：指零件淬火后獲得淬硬層(馬氏體層)深度的能力；淬透性好的鋼，能獲得

較深的淬硬層以至完全淬透，整體強化效果就更好。鋼的淬透性與鋼中加入的合金元素有關,

碳鋼淬透性差，合金鋼淬透性大多很好，這也是合金鋼比碳鋼好的重要原因。

三、鋼的回火

回火方法：將淬火鋼重新加熱到低于727°C以下的某一溫度保溫一段時間，然后空

冷到室溫的

熱處理方法。

回火目的：

(1)消除內應力防止零件變形與開裂。鋼淬火后的馬氏體組織，殘余內應力很大，易發

生變形與開裂而報廢，所以鋼淬火后要及時回火。

(2)穩定組織穩定尺寸馬氏體的組織和尺寸都不穩定，今后容易發生尺寸變化影響精度;

回火

后促成穩定。

(3)調節不同的力學性能鋼淬火后的馬氏體組織硬度都較高，塑性、韌性差，性能單一,

通過

不同溫度的回火，可以調節為軟硬不同的力學性能組合，以適應不同類型零件的需要。

1.低溫回火(150-250°C)

目的及用途：降低淬火內應力，提高韌性，同時保持高硬度和耐磨性。高碳鋼制造的各

種工具、量具和模具，滾動軸承，及其它耐磨零件。

2.中溫回火(250?500°C)

目的及用途：具有高的彈性極限、屈服強度和一定的韌性。主要用于制造各類較大尺寸

的彈簧。

3.高溫回火(500~650°C)淬火+高溫回火=調質

目的與用途：中碳鋼調質后獲得了較合理的硬度、強度、塑性和韌性，具有良好的綜合

力學性能。調質廣泛用于受力復雜，需要較好綜合力學性能的螺栓、連桿、齒輪、主軸等重

要零件的熱處理。

四、鋼的表面熱處理

對于要求表面耐磨，而又承受沖擊載荷的某些零件，適合進行表面淬火、滲碳淬火等表

面熱處理。對鋼進行表面熱處理，可以達到“心韌表硬”的特殊效果，如活塞銷、齒輪齒面、

機床導軌等。

1.表面淬火

方法：僅對工件的表面進行淬火強化，而工件心部仍保持未淬火的狀態。有火焰加熱和

感應加熱表面淬火。

目的：表面淬火后工件表層硬度高、耐磨性好，而心部具有足夠的塑性和韌性。

2.鋼的化學熱處理

(1)滲碳：將低碳鋼零件置于活性碳介質中經長時間加熱、保溫，然后冷卻下來，使零

件表層獲得高碳成分。

滲碳后的熱處理：淬火、低溫回火。

(2)滲氮：在鋼表面滲一層氮元素，高硬高耐磨，且不需后續淬火，但氮化層較薄。也

可碳氮共滲。

第四節有色金屬

有色金屬：除鋼鐵材料以外的其它金屬材料。如：鋁合金、銅合金、鈦合金、硬質合

全箋箋

一、鋁及鋁合金

1.純鋁輕金屬（密度2.72g/cm3）,導電、導熱，抗氧化、塑性好，但強度、硬度低。

牌號；L1~L60

2.鋁合金鋁與硅、鎂、鋅等元素的合金。

r防銹鋁如：LF5耐蝕性好強度低，主用作鋁合金裝飾。

硬鋁如：LY16用于i般耐蝕機器零部件。

鋁一形變鋁合金一

超硬鋁如：LC10用于要求輕質的受力件：飛機大梁。

合T

鍛鋁如：LD9汨于高強度復雜零件。

金

」鑄造鋁合金適合鑄造，用于要求輕質的復:雜零件。如：發動機缸體。

二、銅及銅合金

1.純銅（紫銅）重金屬（密度8.9g/cm3）,導電、熱，抗氧化、塑性好，強度、硬度

低，價格貴。牌號，如T1~T4,主要用作導電、導熱材料。

2.銅合金銅與鋅、錫、鉛、硅、銀等元素的合金。

「普通黃銅；如：H70，彈殼、散熱器等

黃銅銅+鋅T

銅［特殊黃銅：再加入其它元素，如HPb59,改善性能。

4-

口青銅銅+（鋅、銀以外的其它金屬元素

金

_白銅銅謙

三、軸承合金

一錫基軸承合金（錫基巴氏合金）

軸承合金t鉛基軸承合金（鉛基巴氏合金）

一鋁基軸承合金

第六節非金屬材料（P.92）

一、工程塑料、「塑料：通用塑料、工程塑料

高分子材料-可以用作工程結構或機械零件的塑料。

一橡膠

非金屬材料y

復合材料

陶瓷材料

工程塑料：工程塑料一般有較好的、穩定的機械性能，耐熱耐蝕性較好，且尺寸穩定性

好。如ABS、尼龍、聚甲醛等。是目前大力發展的塑料品種。

第五章連接

可拆卸連接

常用靜連接T

J不可拆卸連接期接、焊接、過盈連接、粘接

本章知識結構

r鍵連接

鍵連接與銷連接T花鍵連接

L銷連接

一螺紋及主要參數

螺紋的類型、特點及應用

螺紋連接

螺紋連接的主要類型及應用

可拆連接

L螺紋連接的擰緊與防松

r彈簧的類型

彈性連接

_彈性連接的功用

一常用聯軸器

j-聯軸器與離合器r聯軸器的選用

知識點精析L常用離合器

第一節鍵連接與銷連接

一、鍵連接

軸上零件齒輪、帶輪等傳動零件，其輪轂與軸的連接（主要是周向固定），主要有鍵連

接、花鍵連接和銷連接。

鍵連接的作用：對軸上零件進行周向固定并傳遞扭矩，還有兼起導向作用（滑移齒輪）。

鍵連接的分類：按結構及工作原理，分為平鍵、半圓鍵、楔鍵，平鍵多用。

1.平鍵連接

平鍵工作面：平鍵是以兩側面作為工作面。

平鍵特點：對中性好，加工簡單，裝拆方便。用于傳動精度要求較高的周向連接。

平鍵連接的類型：

普通平鍵A、B、C三種型號，注意加工方法與安裝方法。

導向平鍵用于滑移齒輪在軸上滑移。

2.平鍵連接的選用

類型選擇：鍵的類型應根據鍵聯接的結構、使用特性及

工作條件來選擇。

尺寸選擇：鍵的剖面尺寸bXh按軸的直徑d由標準中選定。表5—1

鍵長選擇：根據輪轂寬選鍵長。

鍵連接公差：表5—1,采用基軸制配合。一般軸槽比輪轂槽緊。

二、花鍵連接

花鍵連接：由軸上加工HI的外花鍵與輪轂孔中加工出的內花鍵組成。

花鍵連接特點：齒數多，承載力大,定心性及導向性均好，對軸的削弱較小,適用于載荷較

大和對定心精度要求較高的聯接。

按其齒形不同，分為矩形花鍵，漸開線花鍵及三角形花鍵三種。

三、銷連接

銷連接：主要用于固定零件之間的相互位置，并可傳送不大的載荷。

主要形式：圓柱銷、圓錐銷（錐度1：50）o

用途：定位銷、連接銷、安全銷。

第二節螺紋連接

螺紋連接：由內螺紋和外螺紋組成的螺旋副。

螺紋連接的特點：結構簡單、緊湊，軸向力大，自鎖性好，裝拆方便，類型多樣。

粗牙螺紋

r普通螺紋r

連接螺紋T

細牙螺紋

1■-管螺紋

螺紋應用種類

梯形螺紋

傳動螺紋方牙螺紋

一鋸齒螺紋

一、螺紋及其主要參數

大徑d,D；小徑D1；中徑cl2,D2；螺距P；線數n；導程S；升角1；牙型角a。

螺紋的線數

單線螺紋：自鎖性好，多用于連接螺紋，S=Po

多線螺紋：效率較高，多用于傳動螺紋，S=nPo

螺紋的旋向

左旋螺紋和右旋螺紋，一對內、外螺紋副，旋向應相同。

一對內外螺紋（各類螺紋）能正確旋合的條件：

牙型、大徑、螺距（或導程）、線數、旋向這五大參數必須相同。

注意：螺紋公差、旋合長度則不是必備條件。在螺距、導程、線數三個參數中，只有兩

個是獨立的，這三個參數不能同時列入上述五個條件。

二、螺紋的類型、特點及應用

螺紋的類型一一牙型

1.普通螺紋

米制三角螺紋，是應用很廣的緊固連接螺紋。

尺寸規格：公稱直徑是大徑,牙型角60°.

普通螺的螺距：有粗牙與細牙之分。同一公稱直

徑中螺距最人（只有一個）的螺紋是粗牙螺紋，否則

就是細牙。

粗牙特點：耐磨性好，強度高，應用廣。

細牙特點：升角小、小徑大、自鎖性好，不耐磨、易滑扣。用于薄壁零件、受動載荷的

聯接和微調機構。

2.梯形螺紋米制螺紋，牙型角30°。主要用于機床上的螺旋傳動裝置。

3.管螺紋牙型角55。,注意公稱直徑為管道孔徑（英制）。主要用于水、油、氣管

開關、接頭。

此外還有：矩形螺紋、鋸齒形螺紋、米制錐螺紋等。

三、螺紋連接的主要類型及應用

螺紋連接的類型：螺栓連接、雙頭螺栓連接、螺釘連接和緊定螺釘連接。

1.螺栓聯接螺栓聯接的連接強度好。被聯接件不切割螺紋，因而不受被聯接件材料的

限制。

2.螺釘連接連接方法簡單，但螺紋孔磨損后，其螺紋孔將報廢，用于不太重要的場合。

3.雙頭螺柱連接這種連接接用于被聯接之一太厚不便穿孔，且需經常裝拆或結構上受到限

制不能采用螺栓聯接的場合。

4.緊定螺釘連接這種連接用于輕型傳動連接，在連接的同時，可傳遞不大的祖矩。如家

用電器、儀表等。

四、螺紋連接的擰緊與防松

1.螺紋連接的擰緊及控制

預緊目的——保持正常工作。如汽缸螺栓聯接，有緊密性要求，防漏氣，接觸面積要大,

靠摩擦力工作，增大剛性等。預緊過緊過松都會有不良影響.

預緊力的控制：測力矩板手、定力矩板手

2.螺紋連接的防松措施

螺紋連接，特別是單線螺紋，自鎖性好，一般不易松動，但是，在變載、振動等場合下,

可能出現松動，造成危害。常見的防松方法主要有摩擦防松和機械防松兩類。

（1）摩擦防松雙螺母、彈簧墊圈。

（2）機械防松一一鎖住防松止動墊片、開口銷與槽形螺母、串鋼絲。

（3）機械防松一一不可拆防松沖點，鉀、焊、粘接螺紋。

第四節聯軸器與離合器

聯軸器、離合器及制動器都是機器上的通用部件，種類多，而且多數已標準化。

聯軸器聯接兩軸只有在機器停車后，經拆卸才能使其分離（正常不分離）。

離合器聯接兩軸一般可在機器運轉中隨時使它們分離與結合。

制動器是用來減低機械速度或使機械停止運動的裝置，有時也用作限速裝置。

一、常用聯軸器

對聯軸器的要求：對要接合的兩軸線的偏移有一定適應性，有軸向、徑向和角向偏移。

1.剛性聯軸器

特點：結構簡單，制造容易，承載力強，成本低，但無補償偏移能力。

用途：適用于載荷平穩、轉速穩定，兩軸安裝對中良好的場合。

2.撓性聯軸器

特點與用途：有撓性，能適應對軸安裝偏移的補償。適用于載荷、轉速有變化，兩軸有

偏移的場合。

二、聯軸器的選用

選擇聯軸器的依據:

考慮兩軸工作載荷大小和性質、轉速，兩軸相對偏移量的大小，環境、裝拆維護、經濟

性等等因素。

三、常用離合器

離合器聯接兩軸一般可在機器運轉中隨時使它們分離與結合。以滿足空載啟動、變速、

變向、過載保護的要求。如汽車、機床等。

對離合器的要求：接合迅速、分離徹底、動作準確、調整方便。

1.嵌合式離合器利用特殊形狀的牙型相互嵌合來傳遞轉矩。適用停車及低速時的接合

與分離。

2.摩擦式離合器利用摩擦副的摩擦力來傳遞轉矩。適用于高速下接合與分離。如汽車

離合器等。

第六章常用機構

本章知識結構

低副：轉動副、移動副、螺旋副

F動副

高副：齒輪、凸輪.....

廠較鏈四桿機構的形式

錢鏈四桿機構類型的判定

常

平面四桿機構s含有一個移動副的四桿機構

用

_平面四桿機構的基本特性

機

構一凸輪機構的類型

凸輪機構凸輪機構的材料及結構

-凸輪機構的運動分析

一間歇運動機構棘輪機構、槽輪機構

知識點精析

第一節構件、運動副與平面機構

一、運動副

運動副：兩個構件之間的可動聯接稱為運動副，以實現兩構件的聯接并實現確定的相對

運動。運動副有低副和高副之分。

平面運動副：兩個構件之間的相對運動為平面運動時構成平面運動副，以區別空間運動

副。

1.低副：兩構件之間通過面與面接觸而組成的運動副稱為低副。有轉動副、移動副、

螺旋副。

低副特點：由于低副是面接觸，在承受載荷時壓強較低，便于潤滑，不易磨損，但傳動

效率較低。

2.高副：兩構件以點或線的形式相接觸而組成的運動副。如：滾動副、齒輪副、凸輪副

寸守。

高副特點：高副是以點或線接觸，易實現復雜的傳動