工业概论机械全稿Word格式文档下载.docx

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千瓦汽轮机转子

电机电器机械汽车工业

电器机械产品——冲击电钻汽车制造厂生产的高级轿车

通用零部件包装及食品机械

哈尔滨轴承厂的轴承装配车间国产大型罐头封装机

其它行业—包括铁路、船舶、农业、轻工等

其它行业

重庆嘉临江渡江索道

兵器工业产品——战机

二、机械工业

机械工业是制造业的基础。

机械工业是制造机械产品的工业部门，本身是制造业，同时又为其他制造业提供先进的手段和设备。

制造业是所有与制造有关的企业机构的总称，包括：

一般机械：

动力、农机、工程、矿山、金加、办公、油加工、食品、纺织、化工等；

电工电子机械：

发电、输配电子设备、电器、照明、电线电缆、电信、计算机、家电等；

运输机械：

汽车、铁路、船舶、飞机、航空航天、索道等；

精密机械：

科学仪器、计量、光学、钟表等；

金属制品：

金属结构、容器、冲压件、紧固件等

其他（如兵器工业）等类。

又分为17个小类，工业化国家中1/4人口从事机械工业，近半数人与其有关。

中国机械工业现状

差距：

名牌产品少，质量信得过的明星企业少，巨人企业少；

产品开发、技术更新能力差，社会化服务售后服务跟不上；

技术水平含量低。

第2章机械制图

•作用：

机械产品必须通过机械图纸来进行设计制造，技术交流与合作

•内容：

机械图纸是工程界的通用语言，用以表达机械零部件的形状尺寸、使用材料、以及机器中各个零部件的相互联结、安装与尺寸配合关系、产品技术要求与性能

•机械制图要规范化乃至标准化；

对机械制图，国家已制定了相应的国家标准（GB4457-84）

2.1几何体表达方法及投影图

1、轴测投影

这是一种用平行投影法绘

制的单面投影（立体图），其空间

概念与相互位置关系十分直观，

形象逼真。

广泛用于工业产品外观设

计及结构说明。

图示为内燃机的

轴测投影图

2、正投影图（三视图）

•物体的投影与三视图

三视图基本的原理：

直角投影法绘制，从几个不同的方向将物体投影到几个互相垂直的投影面上，然后将各投影面摊开成一个平面所得的图形。

•三个基准面（以圆柱为例）

3、机械零件的投影表达方法

（1）简单形体

（例：

带孔长方体的三向视图）

作为简单的物体，一般少于三个视图就可以将其表达清楚

（2）形体内部结构的表达与剖视图

增加剖视图的制图方法表示内部结构，物体还是完整无缺的

2.2典型的机械零件表达方法

零件图有零件形状、尺寸、公差（3个方面）、材质、热处理要求、标题栏等要素，主要用于零件制造、检验、装配等。

1、轴

轴类零件大量用于不同类型的机械传动中，用于支承和传动

2、螺纹联接与螺栓

标准联接件，紧固件。

图中普通螺纹用M10标识。

3、齿轮

•齿轮广泛用于传动和减速

•直齿圆柱渐开线齿轮，渐开线是指它的齿形曲线。

•齿的大小的主要参数是模数m与齿数z，模数越大则齿的尺寸越大，齿数越多的齿轮其直径越大。

•表示齿轮的可画出其齿顶圆、齿根圆及两者之间用点划线表示齿轮的分度圆。

4、支架与机体

组合体，由三部份组成：

1—矩形孔板，2—圆角三角形孔板，3—三角形板。

2.3机械装配图

·

作用：

设计、装配与安装

内容：

表达一台机器或一个部件的组成、构成机器的各个零部件的之间的相互配合关系、它们的工作原理及主要尺寸。

要素：

装配图中有零件及其相互位置和配合、外形尺寸和安装尺寸、使用要求（润滑等）、技术特征和参数、明细表、标题栏等要素。

一般而言，在构思、设计一台新的机器的时候，首先必须做出这部机器的装配图。

1）如何进行机械产品的设计？

2）试举出两种零件或机构，说明其结构、作用、工作原理和设计步骤或选用方法。

第3章机械产品设计

3.1概述

1、基本概念

Ø

设计——用图形、文字、数据、符号等表示

创新性的设计，又叫开发性设计

改进性设计或适应性设计

2、产品设计步骤

1）明确要求和目标（功能性、可靠性、工艺性、经济性、劳动保护、特殊要求）

2）调研、确定原理和方案（对构成机器的机构进行原理分析、运动学和动力学）

3）总体结构设计

4）零部件设计（强度及刚度和寿命、结构工艺性、可靠性、经济性等）

5）文件资料整理

6）试制、改进、定型

3.2机构及机器的组成

一、机器的基本组成

•四个基本部份组成：

执行机构、传动部份、驱动部份、操纵与控制部份（复杂的）

•执行部份完成机器的基本功能

•驱动部份又称机器的原动机部份，它是动力源，电力或热力机。

•传动部份传递运动与动力。

如将原动机的高速转变为低速，小转矩转变为大转矩。

实例——自行车

执行机构——车轮传动机构——链传动

驱动部份——人力操纵机构——龙头

二、机构的概念

任何机器不论其功能如何，都是由不同的机构与零件所组成。

•构件相对独立地完成某一项功能，是一种传递运动和力的可动的装置。

•机械设计中常用到的机构有

平面机构——连杆机构、凸轮机构；

传动机构——齿轮传动、带传动、链传动机构等；

螺旋传动机构以及离合机构等。

平面连杆机构

由曲柄AB、连杆BC、摇杆CD以及固定的机架AD组成。

曲柄作360度圆周转动。

铰链——铰接，

两个杆件之间

可以相互自由转动。

颚式破碎机的结构示意图与机构简图

曲柄轴1（又称为偏心轴）绕A点回转，动颚板2相对固定颚板4摆动

四杆机构的演化——曲柄滑块机构（往复直线运动与回转运动的转换）

3.3机械零件设计

•机器的设计——原理、方案、总体设计，包括运动学、动力学等

零件是组成机械的最基本单元。

1、齿轮传动

•齿轮机构传递两根轴之间的动力与运动，一对齿轮相互啮合，主动齿轮、从动齿轮

•齿轮传动的优点：

传动速比恒定、工作可靠、高效、可应用于大功率高转速的工况。

齿轮传动有许多形式直齿渐开线圆柱齿轮传动

各种不同类型的直齿齿轮传动简图

a）直齿轮外啮合b）直齿轮内啮合c）齿轮——齿条啮合

标准直齿轮传动主要参数

•齿数z1=20,z2=30

•速比（主、从动齿轮转速之比）：

i=z2/z1=1.5）

•模数m=7毫米

•压力角α=200

•分度圆直径d=m×

z

减速机，独立的部件，用来降低转速以及传递扭矩。

标准部件

2、轴

•轴是组成机器的主要零件之一，用来支持旋转的机械零件和传递运动及扭矩。

•轴必须具有足够的强度与刚度。

•一切作回转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能传递运动和动力。

•大多数轴都是直的；

也有部份轴设计为曲轴（可以通过连杆及活塞将活塞的往复运动变为曲柄的旋转运动。

）

例：

自行车固定前轮的前轴总装图

除前轴之外，还有后轮轴以及

中轴，两者之间采用链传动

减速机的输入轴（高速轴）示例

图示的传动轴由7段直径及长度相异的实心圆柱组成、其上装有多种零件。

传动轴的设计步骤：

•结构及尺寸设计。

•受力分析，作出轴的受力图。

•计算轴在实际工作时最危险的位置内部的应力。

•强度校核（根据所用材料：

优质炭素钢或合金钢，材料的许用应力一定要比实际所受的最大内应力要大，要留有充分的安全余量。

•对重要的传动轴，还要核算它的刚度条件（即变形量）

3、轴承

•轴承

可以将轴支持起来从而使轴可以绕其回转中心自由旋转。

构成：

滑动轴承与滚动轴承不同

分类：

滑动轴承与滚动轴承

（1）滑动轴承

滑动轴承由轴（轴颈）、轴瓦、轴承座组成，在轴与轴瓦之间的间隙内充以润滑油，这样轴可以在轴瓦内在摩擦阻力很小的情况下自由转动。

特点：

一般而言、大多数滑动轴承的结构比较简单、制造生产成本低，而且体积较小；

如果设计制造合理的话，其使用寿命也可以相当长。

应用：

滑动轴承大量地应用于各个工业部门的机器设计中，从最简单的电扇用轴套到用于汽轮机的全液体摩擦轴承，都可以见到它使用的踪迹。

对开式滑动轴承座

（2）滚动轴承

内圈（固定在轴上）、外圈（固定在机体上）、滚动体、保持架

工作原理：

滚动轴承内外圈之间形成滚道，当内外圈相对旋转时，滚动体将沿着滚道滚动，保持架的作用是把滚动体均匀地间隔开。

滚动体有不同的形状与配置，有球形的、圆柱形的、圆锥形的等；

有单列的及多列的；

其中以左图所示的单列球形配置为最简单也最常用。

1-内圈

2-外圈

3-滚动体

4-保持架

滚动轴承特性

•滚动轴承结构简单，安装及使用方

便，大量应用于各种不同机械传动中。

•滚动轴承中各运动零件之间是滚动摩擦，有较高的机械效率。

•滚动轴承内外圈与滚动体都采用高强度的含铬合金钢制造，具有高的硬度与耐磨性；

这样，在承受大的载荷的情况下，轴承也能正常工作而不会产生破坏。

•滚动轴承是一种标准化的机械零部件，有固定型号，由轴承厂大批生产。

4、螺纹联接件

•满足在制造、安装与维修方面的要求，零件间需联结

•两类：

不可拆联接与可拆联接。

前者包括如铆焊，而后者则包括键联接、螺纹联接等。

螺纹联接属于可拆联接。

螺纹联接的种类：

1）螺纹的牙型有三角形、锯齿形与梯形等多种，其中以三角形的螺纹最为常见。

2）螺纹旋向有左旋与右旋两种，

除特殊情况外，一般采用右旋

3）螺纹联接有多种类型，主要有螺栓联接与螺钉联接两大类，相对应的联接件有螺栓、螺钉、螺母等。

螺栓联接的各部结构及名称。

Ⅰ部局部放大图表示螺纹牙的

剖面形状，其牙型为60度的普

通三角形螺纹。

•联接用螺纹要求联接强度高、自锁性好

•螺纹是一种标准化的机械结构形式（如M10×

30）

•根据制图规则，轴类零件、螺钉、螺母是不剖切的，螺纹以细实线表达。

螺纹除了用于联接以外，还常常用于传动，常见的如机床上的进给传动丝杆以及起重用的螺旋千斤顶等。

螺纹机构在机械设计中用途十分广泛。

螺纹联结示例

a.螺栓联接b.双头螺栓c.螺钉联接d.紧固螺钉1e.紧固螺钉2

f.紧固螺钉（外形）

作业：

简述机械零件的制造过程。

如何保证机械零件的质量和产品的质量？

你了解几种机械加工方法、刀具及设备？

先进制造技术有哪些，为何要采用数控加工？

第4章机械制造基础

机械制造技术

以最少的消耗、最低的成本和最高的效率,制造一定质量的产品的综合性技术。

科学技术:

基础研究、应用研究、产品开发设计、和制造技术开发

1：

5：

20：

300。

机械制造技术发展主要方向:

精密与超精密加工

一方面，对产品质量要求的提高，促使加工精度由微米级向亚微米和纳米级发展。

另一方面，超精密加工技术是高利润加工技术。

精密与超精密加工技术已成为一个国家制造技术水平的重要标志之一。

柔性化和自动化是机械制造技术发展的又一个方向。

计算机数控（CNC）机床、加工中心、柔性制造系统（FMS）等的应用比例迅猛增加。

4.1机械制造过程

4.1.1机器制造基本过程

1、机器的生产过程

机器的生产过程是指将原材料转变为成品的全部过程。

主要包括：

a）各种生产服务过程。

b）生产技术准备过程。

c）毛坯制造过程。

d）零件的加工过程。

e）产品的装配过程。

2机器生产的工艺过程

在产品生产过程中按照一定顺序改变生产对象的形状、尺寸、相对位置或性质等使其成为成品或半成品的过程称工艺过程。

工艺过程是由一系列的工序组合而成。

工序是工艺过程最基本的组成单位。

将一个零件合理的加工过程（适当的加工方法、合理的加工顺序）进行加工编制成工艺文件，就是该零件的加工工艺规程。

作为组织生产，指导生产，编制生产计划的依据。

4.1.2机械制造工艺过程

1、毛坯生产

根据零件或产品所需要的形状、工艺尺寸而制成的，供进一步加工用的对象叫毛坯。

（1）铸造

铸造是将熔化的金属液体浇铸到具有和机械零件形状相同的铸型型腔中，经过凝固冷却之后，获得毛坯的加工方法。

用于铸造的金属统称为铸造合金。

铸铁、铸钢和铸造有色金属。

铸造最常用的方法是砂型铸造。

（2）压力加工

压力加工是利用外力使金属材料产生永久变形，以制成所需形状和尺寸的毛坯或零件的加工方法。

A、锻造

锻造可分为自由锻造和模型锻造（模锻）。

锻造时金属材料需加热，钢的始锻温度为1200°

C左右,终锻温度为800°

C左右。

B、冲压

（3）焊接

焊接是通过加热或加压（或两者并用），使两个分离的物体之间借助于内部原子之间的扩散与结合作用，连结成一个整体的加工方法。

三大类：

（1）熔焊，

（2）压焊，（3）钎焊。

2、金属切削加工

钳工一般是有工人手持工具对工件进行加工。

主要内容有划线、锯削、锉削、錾削、钻孔、铰孔、攻丝、套扣等。

机工是由工人操纵机床对工件进行加工，常见的加工方法有车削、钻削、刨削、铣削、镗削、磨削及齿轮的齿形加工等。

特种加工实质上是直接利用电能、光能、声能、化学能和电化学能或机械能组合等形式将坯料或工件上多余的材料去除的加工方法的总称。

如电火花加工、电化学加工、激光加工和超声波加工等。

3、装配

它包括安装、调整、检验、试验、油漆及包装等。

装配工作的好坏，对产品的质量起着决定性的作用。

a）组件装配。

b）部件装配。

c）总装配。

机器装配后要进行调整、精度检验和试车。

试车是机器装配后，按设计要求进行的运转试验，包括运转灵活性、工作时温升、密封性、转速、功率、振动和噪声等。

最后进行油漆、涂油和装箱。

4.2机械加工表面成形

4.2.1机械加工表面成形

根据具体的设计要求选用相应的切削加工方法。

机械加工过程是工件表面的形成过程。

1、工件表面的构成

机械零件的表面大都是由几种常见平面、圆柱面、圆锥面、球面、螺旋面、圆环面以及成形曲面等组成。

2、工件表面的成形

零件上的各种常见表面都可以由一条线（称为母线）沿另一条线（称为导线）运动而形成。

这些形成工件上各种表面的母线和导线统称为发生线。

3、发生线的形成方法

a轨迹法

轨迹法指的是刀具切削刃与工件表面之间为近似点接触。

b成形法

成形法是指刀具切削刃与工件表面之间为线接触，切削刃的形状与形成工件表面的一条发生线完全相同，另一条发生线由刀具与工件的相对运动来实现。

c展成法展成法是指对各种齿形表面进行加工时，刀具的切削刃与工件表面之间为线接触，刀具与工件之间作展成运动（或称啮合运动），齿形表面的母线是切削刃各瞬时位置的的包络线。

4.2.2机械加工所需运动

1、主运动和进给运动

（1）主运动

主运动是刀具与工件之间的相对运动。

一般，主运动速度最高，消耗功率最大，通常只有一个主运动。

例如，车削加工时，工件的回转运动是主运动。

（2）进给运动

进给运动是配合主运动实现依次连续不断地切除多余金属层的刀具与工件之间的附加相对运动。

进给运动可以是多个，也可以是一个；

可以是连续的，也可以是步进的。

2、辅助运动

辅助运动是除主运动和进给运动之外。

为完成工件的加工全过程所需的其它运动。

它包括以下几类：

空形程运动、切入运动、分度运动、操纵及控制运动。

4.3机械零部件互换性与零件加工质量

4.3.1互换性与公差的概念

1、互换性

互换性----按规定技术要求制造，能够彼此相互替换使用而效果相同。

要求零件几何量制造得绝对准确不可能，只要求零件几何量在某一规定范围内变动，保证同一规格零件彼此充分近似。

公差----零件几何量（尺寸、形状、位置等）允许变动范围。

互换性在机器制造中的作用：

在设计、制造、使用和维修方面，互换性在提高产品质量和可靠性、提高经济效益等方面均具有重大的意义。

4.3.2零件加工质量

一台机器的质量主要取决于组成机器各个零件的加工质量和产品的装配质量

零件的加工质量的主要指标包括加工精度和表面粗糙度两个方面。

1、加工精度

零件的加工精度包括如下三个方面：

（1）尺寸精度

尺寸精度是指零件表面本身的尺寸（如圆柱面的直径）和表面间相互的距离尺寸（如各孔之间的距离）的精度。

标准公差有20个等级，即：

IT01、IT0、IT1、……、IT18。

数字越大，精度越低，加工误差越大，加工越容易，制造成本越低。

（2）形状精度

形状公差等级共12级。

形状公差的项目共有6项，

表4-2形状公差项目

项目

直线度

平面度

圆度

圆柱度

线轮廓度

面轮廓度

符号

（3）位置精度

位置精度公差等级共分12级，位置公差项目共有8项，见表4-3。

零件表面的尺寸、形状、位置精度间是有联系的。

表4-3位置公差项目

平行度

垂直度

倾斜度

位置度

同轴度

对称度

圆跳动

全跳动

2、表面粗糙度

零件的表面上总会留下微细的凹凸不平的刀痕，出现脚错起伏的峰谷现象，这就是零件加工后的表面粗糙度。

表面粗糙度对机器零件的配合性质、耐磨性、工作精度、抗腐蚀性均有较大的影响。

评定表面粗糙度的标准有6种，零件表面的Ra数值越小则表面越光洁，零件质量越高。

4.4机械加工工艺系统及设备

机械加工工艺系统由机床、刀具、夹具和工件组成。

4.4.1刀具

在机械加工过程中，刀具直接参与切削过程，从工件上切除多余金属层。

1.刀具的类型

2.刀具的组成要素以车刀为例。

刀柄是车刀在车床上定位和夹持的部分。

切削部分的构成要素是三面两刃一刀尖。

3、工件工件是机械加工过程中被加工对象的总称，是机械加工工艺系统的核心。

4、夹具夹具是保证工件相对于机床和刀具正确的相对位置，并保证加工过程中不因外力的作用而改变已有正确位置的工艺装备的总称。

4.4.2金属切削机床

1.车削加工和车床

机床应具备的基本功能：

为加工过程提供相对运动和动力。

机床的基本构成：

（1）定位部分

（2）运动部分主运动传动系统和进给运动传动系统。

（3）动力部分动力部分包括为机床提供动力源的电动机、液压泵、气源等。

（4）控制部分控制部分包括机床的各种操纵机构、电气电路、调整机构、检测装置、数控系统等。

车床的种类繁多，主要可分为：

普通车床、立式车床、仪表车床、单轴自动车床、多轴自动和半自动车床、六角车床……。

一般车床的加工精度可达IT10~IT8，表面粗糙度Ra值可达1.6μm。

车床加工范围

2.铣削加工与铣床

铣刀旋转为主运动，工件或铣刀的移动为进给运动。

铣床的加工范围很广，可以加工水平面、垂直面、斜面、各种沟槽或成形面，如果再配备一些附件（如分度头）还可以加工螺旋槽、凸轮、成型面等。

铣床加工精度一般为IT9~IT7，表面粗糙度Ra为6.3~1.6m。

铣床加工范围

铣床的种类很多，主要类型有：

卧式铣床、立式铣床、龙门铣床及双柱铣床、工具铣床等。

3.刨削与刨床

刨床、插床和拉床的共同特点是主运动都是直线运动（刀具）。

在刨床上则主要加工非旋转体如板类、箱体类及机座等平面、斜面、沟槽等。

常用的刨床有：

牛头刨床、龙门刨床、单臂刨床。

（1）牛头刨床

牛头刨床应用较广，主要由床身、滑枕、刀架、工作台、滑板、底座等部分组成。

刨削精度一般为IT9~IT7，表面粗糙度Ra值为6.3~3.2m。

牛头刨床

4.磨削与磨床

磨床是精密加工机床的一种，用非金属的磨具或磨料加工工件各种表面。

通常磨具旋转为主运动，工件的旋转与移动或磨具的移动为进给运动。

常用的磨具有砂轮、砂带、油石、研磨料等。

磨料有氧化铝、碳化硅等磨粒。

通常把使用砂轮加工的机床称为磨床，如外圆磨床、平面磨床

把用油石、研磨料作为切削工具的机床称为“精磨机床”（超精加工机床、抛光机等）。

磨床的特点

由于磨床使用了砂轮（或砂带）作为切削工具，因此磨削具有如下特点：

a）切削工具砂轮是由无数细小、尖硬、锋利的非金属磨粒粘结而成的多刃工具，并且做高速旋转的主运动（一般砂轮线速度在35米/秒左右）。

b）万能性更强，适应性更广。

它能加工其它机床不能加工的材料和零件，如磨削特硬材料和淬火材料。

c）磨床钟类多，范围广，能适应磨削各种加工表面、工件形状及生产批量的要求。

d）磨削加工余量小，生产率高，易实现自动化和半自动化生产，可广泛用于流水线和自动线中。

e）磨削加工精度高，表面质量高。

万能外圆磨床

第5章先进制造技术

5.1数控（NC）加工

5.1.1数控加工的产生和特点

1、柔性生产自动化和数字控制

提高劳动生产率、保证产品质量、改善劳动条件和降低生产成本

“刚性”的自动化生产线

对产品生产批量不大，生产周期短，改型频繁，精度要求高，零件形状又很复杂，要求加工这些产品的设备具有较大的“柔性”。

数控加工：