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2020 2 19 土木建筑工程系 1 机械基础及建筑机械 适用专业 建筑工程技术专业使用时间 2008年11月 黄冈职业技术学院土木建筑工程系 2020 2 19 土木建筑工程系 2 是否重要 如何学好本课程 即使天上掉馅饼 也只有早起的人才能得到 要付出劳动 2020 2 19 土木建筑工程系 3 学习目标 学习什么 为了什么 如何去做 学习真好 2020 2 19 土木建筑工程系 4 机械基础知识 金属材料的机械性能又称为力学性能 主要指标是 强度 塑性 韧性 硬度 疲劳强度等 1 1金属材料的机械性能 一 强度 是指材料在外力作用下抵抗破坏或变形的能力 材料的强度大 其抵抗外力的能力就越大 分 抗拉 抗压 抗弯曲 抗扭和抗剪切 2020 2 19 土木建筑工程系 5 二 塑性 塑性是指材料受力时变形而不破坏 当外力除去后 变形仍然保持的能力 其指标为伸长率和断截面收缩率 和值越大 材料的塑性越好 是指材料抵抗其他更硬的物体压入其表面的能力 它是衡量材料软硬程度的指标 一般来说 材料的硬度值越大 材料的强度就越大 且其耐磨性就越好 三 硬度 测定方法 布氏硬度和洛氏硬度试验 2020 2 19 土木建筑工程系 6 1 布氏硬度 HB 试验如图下所示 在规定的载荷下 把一定直径的淬火钢球 或硬质合金钢球 压入金属材料试样的表面 保留一定时间后卸荷 经测量与计算得到所测材料的布氏硬度值 硬度值越大 表示材料硬度越高 2 洛氏硬度 HR 试验如下图所示 在规定的载荷下 把120 金刚石锥体 或淬火钢球 压人金属材料试样的表面 保留一定时间后卸荷 在硬度计的刻度盘中直接读出硬度值 2020 2 19 土木建筑工程系 7 四 韧性 是指材料抵抗冲击破坏的能力 常用材料受冲击破坏时所吸收的功来表示 材料的韧性越好 则材料受冲击时越不容易断裂 五 疲劳强度 在规律性变化 应力长期作用下 材料抵抗破坏的能力 2020 2 19 土木建筑工程系 8 1 2常用金属材料 建筑机械中常用的金属材料有铸铁 钢 铜及铝等 其中钢应用最为重要 一 钢 是指含碳量少于 并含有少量其他元素的铁碳合金 一般钢中含碳量增多 钢的硬度 强度会增大 但塑性 韧性会降低 提问 工业上应用的碳钢的含碳量一般不超过 因为含碳量超过此值 钢表现很大的硬脆性 2020 2 19 土木建筑工程系 9 为了改善钢的某些性能 在钢的冶炼过程中掺入了合金元素 这种掺有合金元素的钢 称合金钢 没有掺入合金元素的钢称碳素钢 合金钢 特点 较好的渗透性和较高的综合力学性能 常用于制造受载荷较大的重要零件 合金钢按用途分为结构钢 合金工具钢和特殊性能钢 合金钢的表示方法 12CrNi3A 表示此钢的平均干碳量为0 12 含 r量不少于1 5 含Ni量为 的高级优质合金结构钢 2020 2 19 土木建筑工程系 10 合金结构钢按照用途分为普通低合金结构钢和机械结构钢 普通低合金结构钢是一种低碳结构用钢 合金元素含量较少 但强度却比同等含碳量的碳素结构钢要高得多 并有良好的焊接性和耐腐蚀性 用来做机械零件和结构 普通碳素结构钢 235 A F 表示方法是此钢屈服极限为 a 质量等级为 的沸腾钢 碳素结构钢按屈服极限值的大小分为五个牌号 Q195 Q215 Q235 Q255 Q275 随着牌号的增大 钢的含碳量由小到大 抗拉强度逐渐提高 塑性和韧性则随着牌号的增大而降低 碳素结构钢的牌号组成中 镇静钢符号 Z 和特殊镇静钢符号 TZ 可以省略 例如 质量等级分别为C级和D级的Q235钢 其牌号表示应为Q235CZ和Q235DTZ 但可以省略为Q235C和Q235D 低合金高强度结构钢有镇静钢和特殊镇静钢 但牌号尾部不加写表示脱氧方法的符号 2020 2 19 土木建筑工程系 11 1 硫它是钢中的一种有害元素 硫以硫化铁 FeS 的形态存在于钢中 FeS和Fe形成低熔点 985 化合物 而钢材的热加工温度一般在1150 1200 以上 所以当钢材热加工时 由于FeS化合物的过早熔化而导致工件开裂 这种现象称为 热脆 含硫量愈高 热脆现象愈严重 故必须对钢中含硫量进行控制 高级优质钢 S 0 02 0 03 优质钢 S 0 03 0 045 普通钢 S 0 055 0 7 以下 2 磷磷是由矿石带入钢中的 一般说磷也是有害元素 磷虽能使钢材的强度 硬度增高 但引起塑性 冲击韧性显著降低 特别是在低温时 它使钢材显著变脆 这种现象称 冷脆 冷脆使钢材的冷加工及焊接性变坏 含磷愈高 冷脆性愈大 故钢中对含磷量控制较严 高级优质钢 P 0 025 优质钢 P 0 04 普通钢 P 0 085 普通碳素结构钢有害元素 2020 2 19 土木建筑工程系 12 二 铸铁 指含碳量大于 的铁碳合金称为铁 灰口铸铁 具有良好的铸造性能和切削加工性能 在工业中广泛应用 代号为 后面的数字表示其最低抗拉强度极限 如 表示最低强度极限为 a 球墨铸铁 代号为 后面的数字表示其最低抗拉强度极限和最低延伸率 如 表示最低强度极限为 a 最低延伸率为 常用于制造曲轴 齿轮连杆 缸体等较重要的零件 2020 2 19 土木建筑工程系 13 纯铜良好的导电性 导热性和塑性 但强度低 黄铜一般制造耐腐蚀和耐磨零件 青铜是一种重要的减磨材料 主要制造减磨零件和耐蚀零件 如 蜗轮 轴瓦 阀门等 铝及铝合金纯铝强度和硬度低 铝合金强度和硬度有较大的提高 广泛应用航空工业上 三 有色金属 2020 2 19 土木建筑工程系 14 钢的热处理是在固态范围内对钢进行加热 保温和冷却 以改变刚的内部组织 从而获得所需机械性能和工艺性能的一种方法 1 3钢的热处理 定义 目的和作用 便于加工 提高零件的工作性能 延长零件的使用寿命 降低成本 节约钢材 分类 普通热处理和表面处理 2020 2 19 土木建筑工程系 15 普通热处理 退火 正火 淬火 回火 退火将钢加热 700 900 保温一定时间 然后缓慢冷却 一般是随炉冷却 的热处理过程 目的 降低钢的硬度 提高塑性 以利於切削加工及冷变形加工 細化晶粒 均勻钢的组成及成分 改善钢的性能或为以或的热处理作准备 消除钢中内应力 防止零件变形或开裂 并稳定其尺寸 正火将钢加热 700 900 保温一定时间 然后在空气中冷却的热处理工艺 是退火的一种特殊形式 冷却速度快 钢的组织更细 强度和硬度都有所提高 正火比退火生产周期短 成本低 操作方便 故在可能的条件下 应优先采用正火 一 普通热处理 2020 2 19 土木建筑工程系 16 淬火 将钢加热 700 900 保温一定时间 然后在水中或油中急速冷却的热处理工艺 目的 提高硬度和耐磨性 回火 把淬火后的工件重新加热 保温一定时间 然后在空气中或油中冷却的热处理工艺 目的 1 降低脆性 消除或减少内应力 钢件淬火后存在很大内应力和脆性 如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂 2 获得工件所要求的机械性能 工件经淬火后硬度高而脆性大 为了满足各种工件的不同性能的要求 可以通过适当回火的配合来调整硬度 减小脆性 得到所需要的韧性 塑性 3 稳定工件尺寸4 对于退火难以软化的某些合金钢 在淬火 或正火 后常采用高温回火 使钢中碳化物适当聚集 将硬度降低 以利切削加工 2020 2 19 土木建筑工程系 17 1 低温回火 150 250 C目的 保持淬火钢的高硬度和高耐磨性 降低淬火应力 减少钢的脆性 硬度为58 64HRC 主要用于 刃具 量具 模具 滚动轴承 渗碳淬火件和表面淬火件 2 中温回火 350 500 C目的 获得高的弹性极限 屈服点和较好的韧性 又称弹性处理 硬度为35 45HRC 主要用于 弹性零件及热锻模具等 3 高温回火 500 650 C目的 获得良好的综合力学性能 又称调质处理 硬度为25 35HRC 主要用于 各种重要结构零件如螺栓 齿轮及轴承 2020 2 19 土木建筑工程系 18 表面淬火是将钢件表面迅速加热至淬火温度 而心部温度仍然较低的情况下用水喷射在钢件表面 使之急冷的过程 作用 使零件表面具有较高硬度和耐磨性 心部保持有足够的强度和韧性 应用 动荷载和摩擦条件下工作的零件 如齿轮 曲轴 销轴等 钢的化学热处理是将钢件置于某化学介质中 通过加热和保温 使介质中的一种或多种元素渗入零件的表面 以致改变表层的化学成分和组织 从而使零件获得所需的性能 常用的化学热处理有渗碳 渗氮 碳氮共渗等 二 表面热处理 2020 2 19 土木建筑工程系 19 一 互换性 同一批零件 不经挑选和辅助加工 任取一个就可顺利地装到机器上去 并满足机器的性能要求 基本概念 保证零件具有互换性的措施 由设计者确定合理的配合要求和尺寸公差大小 1 4公差与配合及表面粗糙度 为了提高劳动生产率 保证产品的质量 降低产品成本 就需要进行高度专业协作性生产 并对产品采用互换性原则 互换性的作用 1 有利于组织专业化生产 2 产品设计标准化 缩短设计周期 3 维修时易更换配件 减少修理时间和费用 保证设备原有的性能 2020 2 19 土木建筑工程系 20 二 公差 基本尺寸 实际尺寸 极限尺寸 最大极限尺寸 零件合格的条件 最大极限尺寸 实际尺寸 最小极限尺寸 经测量获得的某一孔 轴的尺寸 一个孔或轴允许的尺寸的两个界限值 孔或轴允许尺寸的最大值 孔或轴允许尺寸的最小值 基本概念 最小极限尺寸 设计时确定的尺寸 2020 2 19 土木建筑工程系 21 例 一个孔的直径为 40 0 005 基本尺寸 最大极限尺寸 最小极限尺寸 40 零件合格的条件 40 005 实际尺寸 39 995 40 005 39 995 2020 2 19 土木建筑工程系 22 尺寸偏差和尺寸公差 上偏差 最大极限尺寸 基本尺寸 下偏差 最小极限尺寸 基本尺寸 代号 孔为轴为 代号 孔为轴为 尺寸公差 简称公差 允许实际尺寸的变动量 公差 最大极限尺寸 最小极限尺寸 上偏差 下偏差 例 45 0 004 上偏差 45 004 45 0 004 下偏差 44 996 45 0 004 公差 0 004 0 004 0 008 偏差可正可负 公差恒为正 孔公差 轴公差 2020 2 19 土木建筑工程系 23 公差带图 2020 2 19 土木建筑工程系 24 零线与公差带 在公差与配合图解 简称公差带图 中 确定偏差的一条基准直线 称为零线 通常用零线来表示基本尺寸 公差带 在公差带图中 由代表上 下偏差的两条直线所限定的一个区域 称为尺寸公差带 2020 2 19 土木建筑工程系 25 0 008 0 008 公差带图 作用 直观地表示出了公差的大小及公差带相对于零线的位置 2020 2 19 土木建筑工程系 26 例一 已知孔 轴基本尺寸为 25mm Dmax 25 021mm Dmin 25 000mm dmax 24 980mm dmin 24 967mm 求孔与轴的极限偏差和公差 并注明孔与轴的极限偏差在图样上如何标注 2020 2 19 土木建筑工程系 27 mm mm 解 孔的上偏差ES Dmax D 25 021 25 0 021mm孔的下偏差EI Dmin D 25 25 0轴的上偏差es dmax d 24 980 25 0 02mm轴的下偏差ei dmin d 24 967 25 0 033mm孔的公差 轴的公差 2020 2 19 土木建筑工程系 28 在图样上的标注 0 0210 轴为 25 0 020 0 033 孔为 25 2020 2 19 土木建筑工程系 29 小结 相同规格的零件 若要进行专业化生产 利于装配和维修 降低生产成本必须使零件具有互换性 尺寸公差是零件互换性的需要 故要加强对尺寸公差的了解 公差带由公差带的位置 基本偏差 和公差带大小 公差等级 两个因素决定 绘制公差带图时 应按比例绘制 2020 2 19 土木建筑工程系 30 配合 是指基本尺寸相同 相互结合的孔和轴公差带之间的关系 机器中 不同孔和轴的配合有不同的松紧要求 松紧程度用间隙和过盈的大小表示 所谓间隙或过盈 就是孔的尺寸与轴的尺寸代数差 此差值为正时是间隙 为负时是过盈 配合分类 间隙配合 过盈配合 过渡配合 三 配合 2020 2 19 土木建筑工程系 31 Xmax Dmax dminXmin Dmin dmax 具有间隙 包括最小间隙等于零 的配合 它的特点是孔的公差带在轴的公差带之上 1 间隙配合 2020 2 19 土木建筑工程系 32 Ymax Dmin dmaxYmin Dmax dmin 具有过盈 包括最小过盈等于零 的配合 其特点为孔的公差带在轴的公差带之下 2 过盈配合 2020 2 19 土木建筑工程系 33 过渡配合 可能具有间隙或过盈的配合 此时 孔的公差带与轴的公差带相互交叠 3 过渡配合 2020 2 19 土木建筑工程系 34 配合公差 间隙或过盈允许的变动量 用Tf表示 4 配合公差 2020 2 19 土木建筑工程系 35 1 标准公差标准公差是指国际的标准公差数值中所列的 用以确定公差带大小的任一公差值 表 四 标准公差与基本偏差 2020 2 19 土木建筑工程系 36 标准公差数值 2020 2 19 土木建筑工程系 37 1 公差等级 标准公差分为20个等级 IT01 IT0 IT1 IT18 IT表示标准公差 其中IT01公差等级最高 IT18公差等级最低 公差等级越低 公差数值越大 2 基本尺寸段 基本尺寸分为若干尺寸段 同一公差等级再同一尺寸段内 不论孔或轴 也不论何种配合 其标准公差数值只有一个 同一公差等级 对于不同的基本尺寸段 虽然标准公差数值不同 但被认为具有同等的精度 公差等级与基本尺寸段 2020 2 19 土木建筑工程系 38 1 基本偏差的概念 基本偏差用于确定公差带相对零线位置的上偏差或下偏差 一般为靠近零线的那个偏差 基本偏差 新国标规定 公差带图上的公差带 由公差带的大小和公差带的位置两个要素组成 公差带的大小由标准公差确定 公差带的位置由基本偏差确定 2020 2 19 土木建筑工程系 39 基本偏差的代号用21个字母和7个双写字母表示 共28个代号 2020 2 19 土木建筑工程系 40 公差带在零线上方 ES EI IT es ei IT公差带在零线下方 EI ES IT ei es IT 公差带中另一极限偏差的确定 2020 2 19 土木建筑工程系 41 基准制 是以两个相配零件中的一个零件为基准件 并选定标准公差带 然后按使用要求的最小间隙 或最小过盈 确定非基准件的公差带位置 从而形成各种配合的一个制度 国标规定了两种基准制 基孔制和基轴制 并规定应优先选用基孔制 五 基准制 2020 2 19 土木建筑工程系 42 基孔制 基准孔的公差带在零线以上 其下偏差为零 以H为基准孔的代号 基轴制 基准轴的公差带在零下以下 其上偏差为零 以h为基准轴的代号 2020 2 19 土木建筑工程系 43 基准制的选用实例 2020 2 19 土木建筑工程系 44 3 在下列情况下选用基轴制是有利的 a同一基本尺寸的某一段轴 必须与几个不同配合的孔结合 b用于某些等直径长轴的配合 这类轴可用冷轧棒料不经切削直接与孔配合 这时采用基孔制有明显的经济效益 C用于某些特殊零 部件的配合 如滚动轴承的外圈与基座孔的配合 2020 2 19 土木建筑工程系 45 六 公差与配合在图上的标注 2020 2 19 土木建筑工程系 46 七 公差与配合的选用 基准制的选择 公差等级的选用 配合的选用 2020 2 19 土木建筑工程系 47 思考题 例二 查表确定 30H8 f7和 30F8 h7配合中孔 轴的极限偏差 计算两对配合的极限间隙并绘制公差带图 2020 2 19 土木建筑工程系 48 0 0330 30f7 30 0 020 0 041 解 1 查表确定 30H8 f7配合中孔 轴的极限偏差基本尺寸 30查表IT7 21 m IT8 33 m对于基准孔H8的EI 0 其ES为ES EI IT8 33对于f7得es 20 m 其ei es IT7 20 21 41 m由此可得 30H8 30 2020 2 19 土木建筑工程系 49 2 查表确定 30F8 h7配合中孔 轴的极限偏差对于F8的EI 20 m 其ES为ES EI IT8 20 33 53 m对于基准轴h7得es 0 其ei es IT7 21 m由此可得 30F8 30 30h7 30 0 053 0 020 0 0 021 2020 2 19 土木建筑工程系 50 3 计算 30H8 f7和 30F8 h7配合极限间隙对于30H8 f7Xmax ES ei 33 41 74 mXmin EI es 20 0 20 m对于30F8 h7X max ES ei 53 21 74 mX min EI es 20 0 20 m 2020 2 19 土木建筑工程系 51 4 绘制公差带图 2020 2 19 土木建筑工程系 52 八 形状与位置公差 1 概述 1 形状与位置误差对零件和产品功能的影响 2020 2 19 土木建筑工程系 53 2 几何要素及分类 形状 位置公差 简称形位公差 的研究对象为几何要素 简称要素 也就是构成零件几何特征的点 线 面 它分为 1 理想要素 具有几何学意义的要素 2020 2 19 土木建筑工程系 54 2 实际要素 零件上实际存在要素 均由测量所得的要素代替 不考虑测量中误差 3 被测要素 图纸上给出了形状或位置公差的要素 4 基准要素 用来确定被测要素方向或位置的要素 基准要素通常由设计者在图纸上注明 5 单一要素 在图纸上仅对某一要素本身给出形状公差要求的要素 6 关联要素 对其他要素有功能关系的要素 2020 2 19 土木建筑工程系 55 形位公差及其公差带 1 形状公差 单一实际要素的形状所允许的变动量 2 位置公差 关联实际要素的位置对基准所允许的变动量 3 形状和位置的公差带 是限制实际要素变动的区域 2020 2 19 土木建筑工程系 56 2020 2 19 土木建筑工程系 57 九 表面粗糙度 1 表面粗糙度的概念零件表面加工后 由于切削过程中各种几何 物理因素的影响 其几何形状在微观上总呈现 峰 谷 相间的起伏不平 把这种微观几何形状偏差 称为表面粗糙度 表面越粗糙 表面粗糙度越大 2 表面粗糙度的评定 1 评定基准 2020 2 19 土木建筑工程系 58 a 取样长度 是指测量或评定表面粗糙度时所规定的一段基准线长度 它至少包含五个以上轮廓峰和谷 取样长度L的方向与轮廓走向一致 1 取样长度 2020 2 19 土木建筑工程系 59 b 轮廓算术平均偏差在取样长度内 划分实际轮廓为上 下两部分 且使上 下两部分面积相等的线 2 轮廓算术平均偏差 2020 2 19 土木建筑工程系 60 表面特征代号及其标注 1 表面粗糙度的基本特征代号为 用去除材料的方法 如车 铣 磨等 获得的表面 用不去除材料的方法 如铸 锻等 获得的表面 基本符号 若单独使用则无意义 2020 2 19 土木建筑工程系 61 2 在表面粗糙度基本符号的周围标注有关的参考值或代号其中各代号的内容为 a 粗糙度高度参数的允许值 b 加工方法 c 取样长度d 加工纹理方向的符号e 加工余量f 其他附加参数 2020 2 19 土木建筑工程系 62 表面粗糙度参数值的选用及标注举例