工程机械概论课件.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流工程机械概论课件.精品文档.第一篇 机械的基本常识第一章 绪论1.1.1 土木工程机械的作用 土木工程机械是指用于基本建设领域中各类专用的施工机械，也称为工程机械，包括建筑工程，市政工程，道桥工程，港口工程等所使用的施工机械。机械的作用是：1) 用来减轻体力劳动和提高生产力的工具2) 提高劳动生产率，加速工程进度3) 提高工程质量4) 降低工程造价采用机械化施工，特别有利于广泛采用新技术，改善劳动条件。例如：a. 采用液压技术的液压凿岩机与风动凿岩机相比，能量利用率提高了三倍，工作速度提高了一倍，动力消耗却降低了一半。b. 推土机、平地机、摊

2、铺机以及隧道掘进机等，应用激光自动导向、栈平、找直、找准、放线可大大提高作业精度和工作质量。如用激光导向定坡度、其误差可小于o 01。c. 轮式建筑机械的转向和制动机构采用液压伺服系统，可使操纵省力并改善转向和制动性能。d. 尤其是电子计算机技术的应用，无人操纵或无线电遥控的工程机械相继问世，才使在低温、高原、水下、地下、空中以及公害污染等困难环境下施工成为现实。1.1.2 课程的性质和内容根据工程机械的作用，土木工程专业开设本课程是十分必要的，它是一门重要的技术基础课。其内容包括：机械基础知识和常用土木工程机械两大部分机械基础知识包含：a. 主要介绍机械制造中常用材料的性能及选用方法；b.

3、通用零、部件的设计、选用等基本知识；c. 还有挠性传动、齿轮转动、液压传动的基本理论。常用土木工程机械：主要介绍常用工程机械的主要机构、类型、性能、基本构造使用方法及选型设计等内容。它是前者的综合运用。 本课程涉及的理论知识面广；所讲述的零、部件类型不但很多，又由于在各种机械中，影响零、部件功能、寿命的因素十分复杂机械在作业中的工况又千变万化，在许多情况下，难以用纯理论进行设计计算，而必须借助于实验或经验公式。因而，在学习中要掌握各种系数、参数和公式的物理意义，并了解其应用的条件和范围，学会运用各种规范和设计手册等。本课程所提供的知识，不但与专业设计、施工和科研直接相关，而且在工作中，它也是和

4、工程机械人员语言沟通的桥梁。1.1.3 几个重要名词(1)机器 从力学和功能的角度考虑，它具有三大特征：它由许多构件组成，单一构件决不能称为机器；各构件之间必定能产生确定的相对运动；都能利用机械能来完成有效功或把机械能转换成其他形式的能量或作相反的转换。一部机器可能由一种机构或几种机构所组成。它是功能转换的单元。 机器按其作用可分为三类：一类是原动机，它是将某种能量转变为机械能的机器，如蒸汽机、内燃机、电动机等；一类是转换机，它是将机械能转换成其他形式能的机器，如发电机、空气压缩机；再一类是工作机，它是利用机械能来完成有用功的机器，如起重机，各式机床及各类土方机械。(2)机构 它是具有确定相对

5、运动的许多构件的组合体。它只具备机器的前两个特征，不考虑功能转换的问题，因此它的主要任务是传递或改变运动的方向、大小、形式，它是机械运动的单元。例如最常见的自行车，可称为运动的机构，而不能称为机器。(3)机械 是机器和机构的总称。(4)构件 组成机构的单元，它可以是一个零件，也可以是由许多零件组成的刚体。(5)机械零件 组成构件的元件，称为零件，而零件是制造的单元。零件分两大类，凡在各种机器中经常使用、并具有互换性的零件，称为通用零件(常用零件)，如三角胶带、螺栓、齿轮及轴承等；只在某种机器中使用的零件，称为专用零件，如钢丝绳、滑轮、吊钩等。 (6)部件 是为完成同一任务并协调工作的若干个机械

6、零件的组合体。器、离合器等。它是安装的单元。1.1.4 工程施工机械及其分类施工机械是公路施工机械化的物质基础。施工机械是指为交通、建筑、矿山、水利、海空港口等建筑施工服务的各种工程机械。各国对这些机械的称谓不尽相同，例如在美国称之为工程机械；俄罗斯和前苏联称筑路机械；日本则称建设机械。尽管如此，这些机械的结构、原理、性能、特征、作用对象及应用场合却非常相似或相同。施工机械包括铲土运输机械、工程起重机械、挖掘机械、压实机械、桩工机械、钢筋混凝土机械。路面机械。凿岩机械及风动工具、工程运输车辆等类型。下面简要介绍各类机械的典型机种、结构特点及类型区分方法。 铲土运输机械：推土机、装载机、铲运机、

7、平地机土方机械 挖掘机械：单斗、多斗挖掘机石方机械 破碎及筛分机械、凿岩机械、空气压缩机压实机械 静力式压路机、振动压路机、轮胎压路机、夯实机械。羊脚碾路面机械 沥青混凝土搅拌设备、沥青混凝土摊铺机、水泥泥凝土搅拌设备、水泥混凝土摊铺机、稳定土拌和机、稳定土厂拌设备、粉料撒布机、沥青洒布机、公路沥青厂(站)设备桥梁工程机械 冲击式打桩机械、振动沉桩锤、钻机、预应力张拉成套设备、架桥设备、隧道工程机械 盾构机构、全断面隧道掘进机、臂式隧道掘进机、凿岩台车、钻机公路养护机械 清扫机械、洒水车、除雪机械、除草机械、划线机械、路面铣削机械、沥青路面综合养护机械、水泥路面维修机械、沥青路面再生机械、乳化

8、沥青稀浆封层机、沥青乳化设备。铁路线路机械 捣固机械、道碴清筛机、起拨道机械起重运输机械 汽车吊、塔式起重机、龙门起重机、升降机一、铲土运输机械 铲土运输机械包括公路施工中常见的推土机、铲运机、平地机、装载机四种机械。这些机械的作用对象是土壤、砂砾和其他松散物料，作用方式是“铲削”。它们有结构外型不同的作业装置：推土机有推土铲刀；铲运机有铲斗；平地机有刮刀；装载机装载铲斗。虽然作业装置结构、外形各异，却也有共同之处，即都有对作用对象铲削较为合理的”工具”都安装有刀刃或斗、齿；再则，作业时都是借助机械自身的移动将土壤（及其他作用对象）从“母体”剥离下来并将其移运一定路程。这也就是铲土运输机械名称

9、的由来。二、挖掘机械挖掘机械包括单斗挖掘机和多斗（轮斗式）挖掘机。单斗挖掘机又可再细分成正铲挖掘机、反铲挖掘机、抓铲（抓斗）挖掘机和捞铲（拉斗）挖掘机四种。各种挖掘机械都安装有挖斗，挖斗上又安装着利于刺入土壤或其他作业对象的斗齿（又称斗刺）。挖掘机械特别是正铲挖掘机和反铲挖掘机，有强劲的开挖能力，像硬土、软石之类，通常推土机都难以铲削的作业面，挖掘机却可以自如地完成挖装工作。土壤从“母体”被挖下之后，还需移位方可完成“弃土”或“装车”工序，但这不是靠挖掘机本身整体的平面移动实现的，而是靠挖掘机自身的某些组成部分发生相互位置的变动（例如单斗正、反铲挖掘机大臂的提升、下降、回转台的回转等动作）来实

10、现，换言之，挖掘机虽然是自行式机械（本身有行走装置和行驶动力），但在实施挖掘作业时机械并不在作业现场移动，仅在需要调整挖掘点时才作短距离移动。这是挖掘机械与铲土运输机械作业的动作区分特征。三、石方机械凿岩机械及风动工具是通常所称的石方机械（也包括石料破碎及筛分设备），主要用于石方工程，其中有采石作业、石方路堑开凿，傍山半挖半填石方路基、隧道建造等公路、铁路工程。在国民经济其他部门，例如地下固体资源开采，城建改造工程中旧建筑物的拆除等爆破工程中也需配备这类机械，凿岩机械有凿岩机和钻孔机械；风动工具有空气压缩机。风动凿岩机（风镐、风钻、射钉枪）和风动搬手等。四、压实机械 公路施工机械化中，压实机械

11、是被广泛采用的一种机械类型，在其他工程建设中压实机械也广为应用。压实机械包括各种类型的压路机。夯具、水泥混凝土振捣棒，压实机械的作用是使土壤或其他物体在机械的重力、冲击力或振动作用下，改变整体的结构排布，使之变成更加密实的状态，从而提高其强度和耐久性。压实机械有的有行驶动力和行走装置，这便是自行式压实机械，压路机是典型代表；还有的压实机械没有行走装置或没有行驶动力，例如蛙式打夯机、拖式羊足碾、拖式凸块式振动压实滚。手持式简单的木夯。水泥振捣棒等。压实机械给作业对象的作用力来源于自身质量或作业时产生的冲击力，或作业时产生的振动作用（击振力）。五、路面机械路面机械是公路路面施工机械化的主导机械。所

12、谓主导机械，是指完成施工作业必备的、不可替代的机械。由于公路路面的结构层次不同，构筑材料不同，施工机械化的各个工序所用的主导机械也不同，简述如下： 1路面基层（稳定层）施工机械 稳定层施工机械有自行式稳定土拌和机（它是稳定层路拌法施工的主导机械）、稳定土厂拌设备、稳定土摊铺机（它们是稳定层厂拌法施工的主导机械）。稳定上摊铺机又有自行式螺旋分料原理的摊铺机和推移式“V形分料板犁形分料原理的摊铺机。除此之外，如果路面基层采用碎、砾石结构时，其施工机械化中所用的主导机械则为碎砾石摊铺机。2. 沥青路面施工机械路面面层如若采用沥青混凝土结构，其施工机械化中所用的主导机械有两类：第一主导机械是沥青混凝土

13、搅拌设备（通常为大型的固定安装的厂拌设备，也称沥青拌和站或沥青拌和楼）；第二主导机械是沥青混凝土摊铺机，它是将拌制好的沥青混合料，在路面基层上摊铺成型的机械。如上所述这两类机械是沥青混凝土路面施工机械化中不可或缺的两类主导机械。 3水泥混凝土路面施工机械在水泥路面施工机械化中，如前所述，混合料的拌制和运输及传力杆的制作、安装所需的机械已划归钢筋混凝土机械；而水泥混凝土摊铺作业，是由滑模式水泥混凝土摊铺机或由轨道式水泥混凝土摊铺机完成的，它们是水泥路面机械化施工的主导机械。六、工程起重机械顾名思义，它是在工程建设中，以起吊重物为作业内容的机械。工程起重机械有自行式、移动式和固定安装式三种。起重机

14、械起吊重物使之移动位置（平面位置和空间高度的变化）也仅仅依靠起重机机械自身的某些组成部分发生相互位置的变动来实现，与挖掘机械的挖掘作业颇有相似之处。七、桩工机械桩工机械是以打桩为目的专用机械。房屋建筑行业中，为了建造符合承载能力的基础，应用桩工机械将桩打入地下，借助沉桩与所接触土壤的摩擦力，承托地上建筑物，公路、铁路的桥涵工程，有时为了建造水泥混凝土基础也需用桩工机械。八、钢筋混凝土机械钢筋混凝土机械包括钢筋加工及安装机械，水泥混凝土拌制、运送和灌注机械。这类机械与设备，在房屋建筑行业应用较为普遍；在公路施工机械化中也会采用，例如修建水泥混凝土路面时，用于拌制和运输水泥混合料、架设传力打等。但

15、是，从机械分类的观点看，水泥混凝土路面施工机械化中所用的水泥混凝土摊铺机（滑模摊铺机和轨道式摊铺机）并未列入钢筋混凝土机械的范围、而划入到路面机械。 九、工程运输车辆工程运输车辆是以运送工程材料和工程设备为服务对象的运输车辆，这类车辆常为轮式车辆，有较强的道路通过能力（机动性、越野性和运动速度）。工程运输车辆有如下几种。 大型平板拖拉车 主要运送大型或大宗工程材料和工程机械设备 倾翻式运输车 主要运送工程建筑材料，这种车辆有自卸能力，靠车斗的倾翻（后倾或侧倾）可将车厢的物料自行卸出。 粉料运输车 粉料运输车以运送粉状物料（水泥粉或粉石灰）为服务对象。这种运输车辆本身配备粉料抽送泵，能将粉料抽入

16、料箱或从料箱将粉料泵迭出去。沥青和水泥混合料运输车沥青作为公路建筑材料，其运量是很大的，而沥青的流动性又是直接受温度影响的。因此沥青运输罐车通常有良好的保湿能力，且罐内设有加温装置。沥青运输罐车自身配备沥青泵。水泥混合料运输车又称水泥运输拌和车。这种车的装料罐呈纺锤状，安装在汽车底盘上。由于运送的是水泥混合料，为了防止混合料在运送过程中发生离析，运输途中料罐不停地低速转动，该种运输车也配有自动卸料机构。 洒水车和沥青洒布车这两种车辆是液体运输、洒布车辆，都有贮罐和喷洒装置。不同之处在于：沥青洒布车的罐内安装了加热装置，而洒水车则不需要；另外它们都安装有液体泵送装置。沥青洒布车安装的是沥青泵，而

17、洒水车安装的则是普通的水泵。1.1.5工程机械的基本组成 (1)动力装置 它是机械动力的来源。建筑机械常用的动力装置有电动机、内燃机等。建筑机械所用的电动机、内燃机等都是由专门工厂生产的标准化、系列化产品，不需自行设计。只要根据建筑机械的设计要求成牛产需要，从有关设计手册中选用标准型号，外购即可。它是任何机器不可少的核心部分。 (2)传动装置 是用来传递运动和动力的装置。它分为机械式、液压式、液力机械式及电动式等多种形式。它不但可传递运动和动力，还可以变换运动的形式(如将旋转运动变为直线运动或摆动等)和方向(正、反向转动和往复宣线运动等)。 (3)工作装置 这是建筑机械中直接完成生产任务的部件

18、。如卷扬机的卷筒、起重机的吊钩、装载机的铲斗等。对它的要求是高效、多功能、适合于多种工作条件。例如，挖掘机已发展到可换装数十种工作装置，除正、反铲外，尚可更换供起重、铲运、平地、推土、装载、钻孔、振捣、松土、高空作业架、集材叉、冲击机具等作业需要的工作装置。 (4)信号及操纵控制装置 是提供信号和操纵、控制机械运转的部分。(5)机架 将上述的各部分连成一体，并使之互相保持确定相对位置的基础部分。1.2工程机械的动力装置 除简易的手动机械如手动卷扬机、手动千斤顶、手动葫芦、手动弯盘机和手动喷洒机等没有动力装置外，一般建筑机械都设有动力装置来代替繁重的体力劳动。这种动力装置称为原动机，常用的有如下

19、几种： (1)电动机 在建筑机械中应用最广。它由电网取电，启动与停机方便，工作效率高，体积小、自重轻。当电源能稳定供应，建筑机械工作地点比较固定时，普遍选用电动机作动力。电动机是定型产品，查找有关的机电产品目录，可按需要选用。 (2)内燃机 工作效率高、体积小、重量轻、发动较快。常在大、中、小型机械上作动力装置。它只要有足够的燃油，就不受其他动力能源的限制。这一突出优点，使它广泛应用于需要经常作大范围、长距离行走的或无电源供应的建筑机械。 (3)空气压缩机 它结构简单可靠、工作迅速、操作管理方便，常为中小型建筑机械作动力装置，如风动磨光机、风动凿岩机等。 (4)蒸汽机 它是发展最早的动力装置，

20、虽设备庞大笨重、工作效率不高，又需特设锅炉，但其工作耐久、燃料低廉，并有可逆性可在超载下工作，所以在个别建筑机械中还在用作动力装置，如大功率的蒸汽打桩机。 建筑机械除单独采用以上动力装置外，还可采用混合的动力装置，使驱动方便灵活。例如柴油机、发电机和电动机的联合装置，由柴油机驱动发电机发电，再供给本机械上的各个电动机使用，大型挖掘机多采用这种混合动力装置。1.3建筑机械的传动装置1.3.1 传动装置的定义 图11所示为卷扬机的传动示意图。电动机通过输出轴驱动传动装置，经胶带传动及减速器减速输出动力，再通过联轴器使工作装置中的卷筒回转，从而使缠绕于滚筒上的钢丝绳作升降重物的动作而作功。 由上可见

21、，传动装置的任务主要是在动力装置与工作装置之间承扭着协调的作用，它是将动力装置的机械能传递给工作装置的中间装置，是建筑机械的重要组成部分。因此，对它的合理设计和选用是机械设计工作中的一项关键课题，也是本课程的主要内容之一。 132传动装置的作用 (1)减速与增速 由于工作装置所要求的速度与动力装置的速度不相符合，常需设置增速或减速的传动装置使之协调。如图ll所示卷扬机，电动机施出轴的转速为450rMn，而滚筒的转速为30rWn，故须设置减速传动装置以满足工作装置(滚筒)的需要。 (2)变速 许多工作装置的转速需要按工作要求进行调整。若以调节动力装置的速度来实现往往是复杂而不经济的有时是不可能的

22、，而采用传动装置来实现变速却较简便。 (3)改变运动形式 动力装置输出轴一般都是以等速回转运动形式输出机械能，而工作装置要求的运动形式却是多种多样的，如直线运动、回转运动、间歇运动等形式。两者的不同运动形式的转换是依靠传动装置来实现的。 (4)动力与运动的传递与分配 有的需要以一个或多个传动装置驱动若干个相同或不相同速度的工作机构。此时传动装置不仅起传递动力和运动的作用，还起分配或汇集动力和运动的作用。134初选传动类型的基本原则 (1)尽量简化和缩短传动系统。在满足机械使用要求的前提下，机械的传动系统腋尽量简短。传动零件和其他零件的数量越少越好，这样可降低能量耗损及制造和安装的累积误差，并有

23、利于提高机械的传动效率和运动精度。为此，常采用传动比大的传动形式(如蜗杆传动、行星轮系传动及螺旋传动等)。但是传动比大的传动形式往往效率较低。 (2)多级传动时要合理布置传动顺序。在机械传动中，一般带传动(或摩擦传动)承载能力较小，传递相同扭矩时，结构尺寸较其他传动形式大。但其运动较平衡，能缓冲减振，因此带传动应尽量布置在高速级。 链传动的瞬时传动比不准确高速下易产生冲击，振动和噪声等，故应布置于低速级，并可在较高温度下工作。 蜗杆传动可以有较大的传动比，传动乎稳但效率低；适用于中、小功率及间歇运动的场合。当其与齿轮传动同时应用时，最好布置于高速级。 (3)单件生产的低速、小功率机械，其传动应

24、尽可能采用标准零、部件，缩短加工周期，而且可更好地保证质量，降低成本。 (4)工作环境恶劣时，应视具体情况选用。如带传动因会摩擦起电，不宜在易燃易爆的工作场所采用。气压传动则可用于多尘、南湿、湿度较高的工作环境。 (5)寿命要求方面，各种传动在保证精度和润滑的情况下，以轮传动的寿命最高，而链传动和摩擦传动的寿命较短。液压和气压传动的密封件寿命较短，需定期更换。 (6)载荷、扔短大，有冲击、振动的建筑机械，或有变速、变换运动形式的工作装置，应考虑采用液压传动。如混凝土搅拌运输车的搅拌筒受力大旦有冲击振动负荷，又有变速和变换运动方向等特点，在传动类型选择时，优先选用了液压传动闭式系统，实践证明它使

25、传动系统大大简化，故障率降低，较好地满足了搅拌运输车工作特点的要求 (7)合理分配传动比，各级传动比宜在其常用范围内选取，以保证符合各种传动形式的工作特点和结构紧凑。(8)对生产批量较大的机械，选传动形式时，应对工艺性、经济性、可行性、可靠性等问题，借助电子计算机辅助设计、最优化设计方法等对各种传动方案作精确的比较以寻求最佳的传动方式。1.4 机械制造的常用材料 1.4.1常用的金属材料常用的金属材料是钢和铸铁，其次是某些有色金属及其合金。钢和铸铁是铁、碳合金。含碳量小于2者为钢；大于2者为铸铁。黑色金属以外的金属统称为有色金属。 1钢 钢具有良好的机械性能(即强度、硬度、塑性、韧性、抗疲劳性

26、等)，还可以经过热处理进一步改善其机械性能和工艺性能(即铸造、锻造、焊接、切削及热处理等性能)。工业用钢品种繁多，常按其品质、用途、化学成分等特点进行分类。 钢的品质优劣是按残存于钢中的有害元素硫、磷的含量高低来鉴别的。 钢的机械性能与其含碳量高低有关。一般来说，钢中含碳量愈高，钢的硬度、强度上升；韧性、塑性下降，按钢中含碳量高低又分为低碳钢(含碳量o25、中碳钢(含碳量在0250.6)、高碳钢(含碳量06)。 以下仅介绍建筑机械的零部件常用的钢： (1)普通碳素钢，分为甲(A)、乙(B)、特(C)三类。 甲类钢按机械性能供应。按其含碳量高低分为7级，1级含碳量最低，逐级升高。钢的强度也相应增

27、加而塑性降低。它用于制造不重要的机械零件和建筑、桥梁的结构件，其中Q215、Q235、Q275最为常用。 乙类钢是按化学成分供应，它也有7种钢号，用B1B7表示，钢号愈大含碳量愈高。 特种钢既能按机械性能又能按化学成分供应。 (2)优质碳素钢。它有害杂质硫、磷含量较小，机械性能优于普通碳素钢。广泛用于制造较重要的机械零件，使用时需要进行热处理。“45号”优质碳素钢(平均含碳量为045)常选作轴、键、活塞销等重要零件的材料。 按钢中含锰量不同，又可分为普通含锰量和较高含锰量两种优质碳素钢。 (3)普通低合金钢，即在普通碳素钢中加入少量合金元素(如A1、B，Cr、Mn等)，其合金元素的总量5，以改

28、善钢的综合性能，或使钢具有某种特殊性能。由于其强度比同等含碳量的普通碳素钢高得多常可代替普通碳素钢作大型厂房、公共建筑、桥梁、船舶、车辆等大型钢结构以及大型建筑机械的构件、零件的材料。 (4)优质合金钢。合金元素总含量5 10者称中合金钢：合金元素总含量10者称高合金钢。由于高含量合金元素的加入，使其更具有耐磨、不锈、耐酸、耐碱、耐油脂、耐热、耐腐蚀等特殊性能。经过热处理后，可用作制造弹簧、轴承、轴等重要零件。 (5)铸钢 它是将钢水浇注到铸模中，形成具有一定形状和尺寸的毛坯材料。主要用于制造一些形状复杂、体积较大，难以进行锻造和切削加工而又要求强度和韧性较高的零件。它的编号方法，采用相应的钢

29、号前冠以ZG符号如ZG45、ZG40Mn2等。2铸铁 与钢相比，铸铁的机械性能较差，性脆不能辗压或锻造。但铸造、切削性能好，可铸成形状复杂的零件。此外，其抗压强度较高，减振性、耐磨性好，成本低廉，因而在建筑机械制造中应用甚广。常用的铸铁有： (1)灰铸铁 断口呈灰色，应用极其广泛。 (2)球墨铸铁 以铸铁中的石墨球状化而得名。耐磨性、减振性也优于铸钢，且价廉。3有色金属及其合金铝、镁、铜、锡、铅、锌等及其合金统称为有色金属。有色金属由于具有某些特殊性质，因而成为现代工业技术中不可缺少的材料之一。在机械制造中多采用有色金属的合金材料，常用的有铜合金、铝合金、铸造轴承合金等。4. 高分子材料高分子

30、材料为有机合成材料，亦称聚合物。它具有较高的强度，良好的塑性，较强的耐腐蚀性，很好的绝缘性，以及重量轻等优良性能，在工程上是发展最快的一类新型材料。高分子材料种类很多，工程上根据机械性能和使用状况将其分为三大类：(1)塑料 主要是指强度、韧性和耐磨性较好的可制造某些机械零件或构件的工程塑料，它分热塑性塑料和热固性塑料两种。(2)橡胶 通常指经硫化处理，弹性特别优良的聚合物，有通用橡胶和特种橡胶两种。(3)合成纤维 指由单体聚合，强度很高的聚合物，通过机械处理所获得的纤维材料。5. 复合材料所谓复合材料，是由两种或更多种物理和化学性质不同的物质由人工制成的一种多相固体材料。实际上它存在于自然界中

31、，有的已被广泛应用。例如，木材就是纤维素和木质素的复合物；钢筋混凝土则是钢筋与砂、石、水泥和水经人工复合的材料等等。由于它能集中组成材料的优点，并能实行最佳结构设计，所以具有许多优越的持性：(1) 比强度和比刚度高 复合想料的这两项指标是各类材料中最高的。见表l2。(2)抗疲劳性能好 如复合材料的碳纤维增强树脂的疲劳强度为拉伸强度的70一80。(3)减振能力强 构件的自振频率与结构有关，并且同材料弹性模量与密度之比(即比模量)的平方根成正比。复合材料的比模量大，所以它的自振频率很高，在一般加大速度和频率的情况下，不容易发生共振而快速脆断。(4)高温性能好 增强纤维多有较高的弹性模量，因而常有较

32、高的熔点和较高的高温强度。铝在400一500以后完全丧失强度，但用连续硼纤维或氧化硅纤维增强的铝复合材料，在这样温度下仍有较高的强度。用钨纤维增强钻、镍或它们的合金时，可把这些金属的使用温度提高到1000以上。此外，复合材料的热稳定性也很好。(5)断裂安全性高 增强纤维每平方厘米截面上有成千上万根隔离的细纤维，当其受力时，将处于力学上的静不定状态，过载会使其中部分纤维断裂，但它能随即迅速进行应力的重新分配，而由未断纤维将载荷承担起来，不致造成构件在瞬间完全丧失承载能力而断裂，所以工作的安全性高。复合材料除有上述特性外，其减摩性，耐蚀性以及工艺性均较好。但因它是各向异性材料，横向拉伸强度和层间剪

33、切强度不高；同时伸长率较低，冲击韧性有时也不理想。复合材料的种类很多，具有代表性的纤维增强材料有，玻璃纤维(玻璃钢)、碳纤维、硼纤维、金属纤维等多种复合材料。但目前因其成本高，使用受到限制。142材料的选择原则选择材料是机械设计过程中一个重要环节。同一零件如采用不同材料制造，则零件尺寸、结构、加工方法、工艺要求等都会有所不同。因此，选择材料应该考虑三个主要问题。(1)使用要求 满足零件的使用要求是选材的基本原则。使用要求一般包括零件的工作环境和受载情况、对零件尺J和重量的限制、零件的重要程度等。(2)工艺要求 树料对工艺的要求包括毛坯制造、机械加工、热处理等。大型零件且大批量生产时，宣应用铸造

34、毛坯；大型零件只小批量生产时，可用焊接毛坯。在自动车床上进行大批量加工的零件，应考虑材料的切削性能。热处理是提高钢材性能的有效措施，对于需要进行热处理的零件，在选择材料时，还必须考虑热处理的工艺性。(3)经济要求 经济性首先表现为材料的相对价格。当用价格低廉的材料能满足使用要求时，就不应选用价格高的材料。材料选择还应考虑国家资源和供应情况，所选材料应尽量少而集中，以便采购和生产管理。 143 选择材料的基本方法(1) 以综合机械性能为主选材 一般轴类零件、连杆、低速齿轮等要求有较好的综合机械性能因此可选用中碳钢如45钢或中碳合金钢如Cr、40M6等。(2) 以疲劳强度为主选材 在各种变载荷和冲

35、击载荷作用下的零件如曲轴、弹簧、应选用疲劳强度较高的材料。(3) 以磨损为主选材 有些零件工作时常因表面磨损而失效，选材时应注意材料的耐磨性，如受力不大而磨损大的零件可选用高碳钢、锰钢等耐磨材料。15 钢的热处理热处理就是将金属在固态下通过加热、保温和不同的冷却方式，改变金属内部组织结构从而得到所需性能的操作工艺。经过热处理的零件，可以使各种性能得到改善和提高，充分发挥台金元素的作用和材料本身的潜力，延长机械的使用寿命和节约金属材料。所以热处理在机械制造中起着至关重要的作用。常用的热处理方法如下：(1)退火 是将钢加热到一定温度，保温一段时间随炉温缓慢冷却的热处理方法。其目的是降低硬度、提高塑

36、性、改善切削加工性能、消除前道工序所产生的内应力，为下道淬火工序作准备。(2)正火 是退火的一种特殊形式。不同的是保温后放在空气中冷却。由于冷却速度较快，因而正火钢比退火钢具有较高的强度和硬度，并缩短了生产周期。(3)淬火 就是将钢加热到一定的温度(临界点以上)，保温后放入水中(称为水淬)或油中(称为油淬)，以极快的速度冷却下来的热处理方法。由于快速冷却，淬火后能使钢获得较高的硬度、强度和耐磨性。(4)回火 淬火后的钢加热到比淬火加热的温度低的温度，保温后放在空气或油中冷却的处理方法：目的是消除钢的内应力，降低脆性，提高塑性、韧性，获得满意的综合机械性能。(5)调质 是在淬火后进行高温回火的热

37、处理方法。对于重要零件，例如轴、轮等常进行调质热处理。其目的是为了获得较高的韧性和足够的强度、硬度。(6)时效处理 是为了消除大型铸件加工时产生的内应力，以稳定其形状和尺寸的处理方法。它有自然时效和人工时效两种。前者是将进行粗加工后的半成品置于空气中存放半年到一年以上，使其内应力逐渐削弱，以便进行精加工。但周期长、效率低。后者则是在精加工前进行低温回火，然后缓慢冷却。其效率高，但增加了造价。(7)表面淬火热处理 是将零件的表面迅速加热到淬火温度，内部温度仍较低，立即用水急速冷却，以提高零件的表层硬度和耐磨性，而内部仍有较好的韧性的热处理方法。表面加热可用氧炔焰，高频、中频及低频电流等方法加热。

38、(8)表面化学热处理 是通过改变零件表层的化学成分，从而改变表层组织和性能的化学处理方法。如在低碳钢或低碳合金钢零件的表面渗入碳、或渗入氮元素，可以提高其表面的硬度和耐磨性。在零件的表面同时渗入碳和氮原子的过程，叫做氰化，氰化过程虽较前两者短，但有剧毒，要注意安全。1.6 公差与配合的基本概念1. 互换性从一批规格相同的零件中，任意取出一件，不经任何修配或辅助加工，就能立即装到机器上去，并能完全符合规定的使用性能和技术要求，这种性质叫做互换性。零件具有互换性，有利于进行专业化、大批量生产，提高生产效率，保证产品质量，降低生产成本，同时可给机器的维修带来极大方便。2公差配合的基本术语和定义零件在

39、制造过程小，由于机床精度、刀具磨损、测量误差和技术水平等诸因素的影响，加工的尺寸总是有些误差的。为了满足零件具有互换性，就必须把零件的制造误差，控制在一个适当的范围内，这个尺寸允许的最大误差的范围称为公差。对于相互配合的两个零件，有时要求装得松一些，有时要求装得紧一些。两个零件这种相互结合起来时所要求的松紧程度，称为配合。为了满足零件互换性，还要规定两个零件结合时的配合性质。公差与配合是相互有联系的。基本尺寸 设计给定的尺寸。它是设计人员根据实际使用要求，通过计算或类比方法决定的尺寸。如图l2所示的圆柱销中20和40就是圆柱销直径和长度的基本尺寸。 实际尺寸 零件加工后，通过测量所得的尺寸。

40、极限尺寸 允许尺寸变化的两个界限值。 两个界限值中较大的一个称为最大极限尺寸，较小一个称为最小极限尺寸零件加工后的实际尺寸，如果介于两者之间，就是合格的零件，否则就是不合格的。 尺寸偏差 某一尺寸减去其基本尺寸所得的代数差。 最大极限尺寸减去其基本尺寸所得的代数差称为上偏差最小极限尺寸减去其基本尺寸所得的代数差称为下偏差，上偏差和下偏差统称为极限偏差。实际尺寸减去其基本尺寸所得的代数差称为实际偏差。偏差可以为正值、负值或零值。 国际上对孔、轴极限偏差的符号规定如下：ES孔的上偏差，EI一孔的下偏差。es一轴的上偏差，ei一轴的下偏差。 尺寸公差 允许尺寸的变动量。公差等于最大极限尺寸与最小极限

41、尺寸之代数差的绝对值，也等于上偏差与下偏差之代数差的绝对值。故公差为正值。孔公差用TH，轴公差用TS表示。上述术语及其相互关系如图13所示。标准公差 为了满足各种机器所需的不同精度要求，并减少刀具和量具等的规格，国家标准对于基本尺寸小于500mm的公差，作了标准规定并称之为标准公差。标准公差又按照尺寸精度程度的要求分为20个等级，并称之为公差等级。标准公差的大小不仅和公差等级有关，而且和基本尺寸有关。其数值可查有关设计手册。例11 已知孔的基本尺寸D=轴的基本尺寸d30mm，孔的最大极限尺寸Dmax30023mm，孔的最小极限尺寸Dmin=30mm；轴的最大极限尺寸dmax29.980，轴的最

42、小极限尺寸dmin29960删，求孔与轴的极限偏差及公差。配合 基本尺寸相同的相互结合的孔和轴公差之间的关系，由于孔和轴的实际尺寸不同，装配后可出现松紧不同的配合。因此它分为间隙配合，过盈配合及过渡配合三类。孔尺寸减去相配合的轴尺寸所得的代数差为正是间隙，为负是过盈，如图l4所示。介于两者之间为过渡。 间隙配合 具有间隙(包括最小间隙等于零)的配合。 孔的最大极限尺寸减去轴的最小权限尺寸所得的代数差为最大间隙，孔的最小极限尺寸减去抽的最大极限尺寸所得的代数差为最小间隙。 过盈配合 具有过盈(包括最小过盈等于零)的配合。孔的最大极限尺寸减去轴的最小极限尺寸所得的代数差为最小过盈，孔的最小极限尺寸

43、减去轴的最大极限尺寸所得的代数差为最大过盈。 过渡配合 可能具有间隙或过盈的配合。 配合公差 是允许间隙或过盈的变动量其数值等于孔公差与轴公差之代数和。 163表面粗糙度 是指被加工零件表面上的较小间距和微小蜂谷所组成的微观几何形状的特征。主要由加工方法和其他因素造成。它对零件的使用性能和寿命影响很大。合理地规定表面租糙度，对零件的配合性质、耐磨性能、疲劳强度、工作精度和耐腐蚀性都有很大的意义。 表面粗糙度数值的大小，宜接影响到加工费用的高低，所以对它的选择，应在满足使用性能要求的前提下，尽可能选用较大的粗糙度值。 表面粗糙度一般用表面轮廓算术平均偏差Ra在加工件的表面上标注 表示，x x为粗

44、糙度的数值(500.012m)，数值愈大，表示粗糙度愈大。 164 形状位置公差 一个合格的机械零件，除了应控制尺寸误差和表面粗糙度外，还必须控制形状及位置误差。因为前者影响配合的联结强度和刚度，耐磨性和寿命等；后者影响机械运动的平稳性、使用寿命和噪声大小等。为了合理地限制这两种误差，国家标准规定了形状误差和位置误差的最大允许值形状位置公差简称形位公差。形状公差包括直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度和面轮廓度等6项。位置公差包括平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动及全跳动等8项。关于形位公差的符号及其标注方法可查阅有关机械设计手册。思考题1机器、机构、机械有何区别？2对建

45、筑机械有什么要求?为什么说实行“三化“是一项重大技术政策？3建筑机械由哪几部分组成?各部分作用是什么?4传动装置的作用是什么?常用传动装置有几种？5什么是钢?什么是铸铁?两者有何区别?6什么是复合材料?它有何特点?主要有哪几种?7什么是钢的热处理?钢的热处理有哪些方法?其目的何在？8一个所谓合格的零件为什么还要进行形位公差控制?第2章 常 用 机 构组成机构的所有构件都在同一平面内或在相互平行的平面内运动的机构称为平面机构。本章介绍常用的平面四杆机构、凸轮机构和间歇运动机构。2.1 运动副及机构运动简图机构是由许多构件组合而成的，为了使构件组成具有确定运动的机构，构件需按一定方式活动地联接在一

46、起，并按一定的规律相对运动，这种存在一定相对运动的可动联接称为运动副。按照两构件间接触方式的不同，运动副可分为低副和高副两种。1低副两构件间以面接触而组成的运动副称低副。它分为回转副和移动副两种。如图21所示，回转副只允许两构件之间在一个平面内绕定点转动或在平行平面内绕同一轴线转动，故又称为铰链。其中，两构件都末固定的铰链称活动铰链：只有一个构件固定称固定铰链。移动副所联接的两构件只能沿某一轴线相对移动。2高副两构件之间通过点或线接触所组成的运动副称为高副，如图22(d)所示的凸轮与从动件之间组成点接触的高副，而图22(6)所示的一对相啮合的齿轮组成线接触的高副。此外，常用的运动副有球面副(图236)和螺旋副(图236)所示，它们均属于空间运动机构。 机构部分的运动，仅取决于该机构中原动件的运动规律，而与构件的外形和运动副的具体结构无关，为了清楚地表示机构的运动特征，常用机构运动简图来表示机构。22 平面四杆机构 平面连秆机构是由一些构件用低副(回转副和移动副)连接组成的平面机构，由于其接触表面一般为圆柱面或平面，故制造简单，易获得较高的制造精度，耐磨损，寿命长，因此在各种机械和仪器中得