機械基礎及建筑機械.ppt

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2020 2 19 土木建筑工程系 1 機械基礎及建筑機械 適用專業(yè) 建筑工程技術(shù)專業(yè)使用時間 2008年11月 黃岡職業(yè)技術(shù)學院土木建筑工程系 2020 2 19 土木建筑工程系 2 是否重要 如何學好本課程 即使天上掉餡餅 也只有早起的人才能得到 要付出勞動 2020 2 19 土木建筑工程系 3 學習目標 學習什么 為了什么 如何去做 學習真好 2020 2 19 土木建筑工程系 4 機械基礎知識 金屬材料的機械性能又稱為力學性能 主要指標是 強度 塑性 韌性 硬度 疲勞強度等 1 1金屬材料的機械性能 一 強度 是指材料在外力作用下抵抗破壞或變形的能力 材料的強度大 其抵抗外力的能力就越大 分 抗拉 抗壓 抗彎曲 抗扭和抗剪切 2020 2 19 土木建筑工程系 5 二 塑性 塑性是指材料受力時變形而不破壞 當外力除去后 變形仍然保持的能力 其指標為伸長率和斷截面收縮率 和值越大 材料的塑性越好 是指材料抵抗其他更硬的物體壓入其表面的能力 它是衡量材料軟硬程度的指標 一般來說 材料的硬度值越大 材料的強度就越大 且其耐磨性就越好 三 硬度 測定方法 布氏硬度和洛氏硬度試驗 2020 2 19 土木建筑工程系 6 1 布氏硬度 HB 試驗如圖下所示 在規(guī)定的載荷下 把一定直徑的淬火鋼球 或硬質(zhì)合金鋼球 壓入金屬材料試樣的表面 保留一定時間后卸荷 經(jīng)測量與計算得到所測材料的布氏硬度值 硬度值越大 表示材料硬度越高 2 洛氏硬度 HR 試驗如下圖所示 在規(guī)定的載荷下 把120 金剛石錐體 或淬火鋼球 壓人金屬材料試樣的表面 保留一定時間后卸荷 在硬度計的刻度盤中直接讀出硬度值 2020 2 19 土木建筑工程系 7 四 韌性 是指材料抵抗沖擊破壞的能力 常用材料受沖擊破壞時所吸收的功來表示 材料的韌性越好 則材料受沖擊時越不容易斷裂 五 疲勞強度 在規(guī)律性變化 應力長期作用下 材料抵抗破壞的能力 2020 2 19 土木建筑工程系 8 1 2常用金屬材料 建筑機械中常用的金屬材料有鑄鐵 鋼 銅及鋁等 其中鋼應用最為重要 一 鋼 是指含碳量少于 并含有少量其他元素的鐵碳合金 一般鋼中含碳量增多 鋼的硬度 強度會增大 但塑性 韌性會降低 提問 工業(yè)上應用的碳鋼的含碳量一般不超過 因為含碳量超過此值 鋼表現(xiàn)很大的硬脆性 2020 2 19 土木建筑工程系 9 為了改善鋼的某些性能 在鋼的冶煉過程中摻入了合金元素 這種摻有合金元素的鋼 稱合金鋼 沒有摻入合金元素的鋼稱碳素鋼 合金鋼 特點 較好的滲透性和較高的綜合力學性能 常用于制造受載荷較大的重要零件 合金鋼按用途分為結(jié)構(gòu)鋼 合金工具鋼和特殊性能鋼 合金鋼的表示方法 12CrNi3A 表示此鋼的平均干碳量為0 12 含 r量不少于1 5 含Ni量為 的高級優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼 2020 2 19 土木建筑工程系 10 合金結(jié)構(gòu)鋼按照用途分為普通低合金結(jié)構(gòu)鋼和機械結(jié)構(gòu)鋼 普通低合金結(jié)構(gòu)鋼是一種低碳結(jié)構(gòu)用鋼 合金元素含量較少 但強度卻比同等含碳量的碳素結(jié)構(gòu)鋼要高得多 并有良好的焊接性和耐腐蝕性 用來做機械零件和結(jié)構(gòu) 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 235 A F 表示方法是此鋼屈服極限為 a 質(zhì)量等級為 的沸騰鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼按屈服極限值的大小分為五個牌號 Q195 Q215 Q235 Q255 Q275 隨著牌號的增大 鋼的含碳量由小到大 抗拉強度逐漸提高 塑性和韌性則隨著牌號的增大而降低 碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號組成中 鎮(zhèn)靜鋼符號 Z 和特殊鎮(zhèn)靜鋼符號 TZ 可以省略 例如 質(zhì)量等級分別為C級和D級的Q235鋼 其牌號表示應為Q235CZ和Q235DTZ 但可以省略為Q235C和Q235D 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼有鎮(zhèn)靜鋼和特殊鎮(zhèn)靜鋼 但牌號尾部不加寫表示脫氧方法的符號 2020 2 19 土木建筑工程系 11 1 硫它是鋼中的一種有害元素 硫以硫化鐵 FeS 的形態(tài)存在于鋼中 FeS和Fe形成低熔點 985 化合物 而鋼材的熱加工溫度一般在1150 1200 以上 所以當鋼材熱加工時 由于FeS化合物的過早熔化而導致工件開裂 這種現(xiàn)象稱為 熱脆 含硫量愈高 熱脆現(xiàn)象愈嚴重 故必須對鋼中含硫量進行控制 高級優(yōu)質(zhì)鋼 S 0 02 0 03 優(yōu)質(zhì)鋼 S 0 03 0 045 普通鋼 S 0 055 0 7 以下 2 磷磷是由礦石帶入鋼中的 一般說磷也是有害元素 磷雖能使鋼材的強度 硬度增高 但引起塑性 沖擊韌性顯著降低 特別是在低溫時 它使鋼材顯著變脆 這種現(xiàn)象稱 冷脆 冷脆使鋼材的冷加工及焊接性變壞 含磷愈高 冷脆性愈大 故鋼中對含磷量控制較嚴 高級優(yōu)質(zhì)鋼 P 0 025 優(yōu)質(zhì)鋼 P 0 04 普通鋼 P 0 085 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼有害元素 2020 2 19 土木建筑工程系 12 二 鑄鐵 指含碳量大于 的鐵碳合金稱為鐵 灰口鑄鐵 具有良好的鑄造性能和切削加工性能 在工業(yè)中廣泛應用 代號為 后面的數(shù)字表示其最低抗拉強度極限 如 表示最低強度極限為 a 球墨鑄鐵 代號為 后面的數(shù)字表示其最低抗拉強度極限和最低延伸率 如 表示最低強度極限為 a 最低延伸率為 常用于制造曲軸 齒輪連桿 缸體等較重要的零件 2020 2 19 土木建筑工程系 13 純銅良好的導電性 導熱性和塑性 但強度低 黃銅一般制造耐腐蝕和耐磨零件 青銅是一種重要的減磨材料 主要制造減磨零件和耐蝕零件 如 蝸輪 軸瓦 閥門等 鋁及鋁合金純鋁強度和硬度低 鋁合金強度和硬度有較大的提高 廣泛應用航空工業(yè)上 三 有色金屬 2020 2 19 土木建筑工程系 14 鋼的熱處理是在固態(tài)范圍內(nèi)對鋼進行加熱 保溫和冷卻 以改變剛的內(nèi)部組織 從而獲得所需機械性能和工藝性能的一種方法 1 3鋼的熱處理 定義 目的和作用 便于加工 提高零件的工作性能 延長零件的使用壽命 降低成本 節(jié)約鋼材 分類 普通熱處理和表面處理 2020 2 19 土木建筑工程系 15 普通熱處理 退火 正火 淬火 回火 退火將鋼加熱 700 900 保溫一定時間 然后緩慢冷卻 一般是隨爐冷卻 的熱處理過程 目的 降低鋼的硬度 提高塑性 以利於切削加工及冷變形加工 細化晶粒 均勻鋼的組成及成分 改善鋼的性能或為以或的熱處理作準備 消除鋼中內(nèi)應力 防止零件變形或開裂 并穩(wěn)定其尺寸 正火將鋼加熱 700 900 保溫一定時間 然后在空氣中冷卻的熱處理工藝 是退火的一種特殊形式 冷卻速度快 鋼的組織更細 強度和硬度都有所提高 正火比退火生產(chǎn)周期短 成本低 操作方便 故在可能的條件下 應優(yōu)先采用正火 一 普通熱處理 2020 2 19 土木建筑工程系 16 淬火 將鋼加熱 700 900 保溫一定時間 然后在水中或油中急速冷卻的熱處理工藝 目的 提高硬度和耐磨性 回火 把淬火后的工件重新加熱 保溫一定時間 然后在空氣中或油中冷卻的熱處理工藝 目的 1 降低脆性 消除或減少內(nèi)應力 鋼件淬火后存在很大內(nèi)應力和脆性 如不及時回火往往會使鋼件發(fā)生變形甚至開裂 2 獲得工件所要求的機械性能 工件經(jīng)淬火后硬度高而脆性大 為了滿足各種工件的不同性能的要求 可以通過適當回火的配合來調(diào)整硬度 減小脆性 得到所需要的韌性 塑性 3 穩(wěn)定工件尺寸4 對于退火難以軟化的某些合金鋼 在淬火 或正火 后常采用高溫回火 使鋼中碳化物適當聚集 將硬度降低 以利切削加工 2020 2 19 土木建筑工程系 17 1 低溫回火 150 250 C目的 保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性 降低淬火應力 減少鋼的脆性 硬度為58 64HRC 主要用于 刃具 量具 模具 滾動軸承 滲碳淬火件和表面淬火件 2 中溫回火 350 500 C目的 獲得高的彈性極限 屈服點和較好的韌性 又稱彈性處理 硬度為35 45HRC 主要用于 彈性零件及熱鍛模具等 3 高溫回火 500 650 C目的 獲得良好的綜合力學性能 又稱調(diào)質(zhì)處理 硬度為25 35HRC 主要用于 各種重要結(jié)構(gòu)零件如螺栓 齒輪及軸承 2020 2 19 土木建筑工程系 18 表面淬火是將鋼件表面迅速加熱至淬火溫度 而心部溫度仍然較低的情況下用水噴射在鋼件表面 使之急冷的過程 作用 使零件表面具有較高硬度和耐磨性 心部保持有足夠的強度和韌性 應用 動荷載和摩擦條件下工作的零件 如齒輪 曲軸 銷軸等 鋼的化學熱處理是將鋼件置于某化學介質(zhì)中 通過加熱和保溫 使介質(zhì)中的一種或多種元素滲入零件的表面 以致改變表層的化學成分和組織 從而使零件獲得所需的性能 常用的化學熱處理有滲碳 滲氮 碳氮共滲等 二 表面熱處理 2020 2 19 土木建筑工程系 19 一 互換性 同一批零件 不經(jīng)挑選和輔助加工 任取一個就可順利地裝到機器上去 并滿足機器的性能要求 基本概念 保證零件具有互換性的措施 由設計者確定合理的配合要求和尺寸公差大小 1 4公差與配合及表面粗糙度 為了提高勞動生產(chǎn)率 保證產(chǎn)品的質(zhì)量 降低產(chǎn)品成本 就需要進行高度專業(yè)協(xié)作性生產(chǎn) 并對產(chǎn)品采用互換性原則 互換性的作用 1 有利于組織專業(yè)化生產(chǎn) 2 產(chǎn)品設計標準化 縮短設計周期 3 維修時易更換配件 減少修理時間和費用 保證設備原有的性能 2020 2 19 土木建筑工程系 20 二 公差 基本尺寸 實際尺寸 極限尺寸 最大極限尺寸 零件合格的條件 最大極限尺寸 實際尺寸 最小極限尺寸 經(jīng)測量獲得的某一孔 軸的尺寸 一個孔或軸允許的尺寸的兩個界限值 孔或軸允許尺寸的最大值 孔或軸允許尺寸的最小值 基本概念 最小極限尺寸 設計時確定的尺寸 2020 2 19 土木建筑工程系 21 例 一個孔的直徑為 40 0 005 基本尺寸 最大極限尺寸 最小極限尺寸 40 零件合格的條件 40 005 實際尺寸 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 最大極限尺寸 基本尺寸 下偏差 最小極限尺寸 基本尺寸 代號 孔為軸為 代號 孔為軸為 尺寸公差 簡稱公差 允許實際尺寸的變動量 公差 最大極限尺寸 最小極限尺寸 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 偏差可正可負 公差恒為正 孔公差 軸公差 2020 2 19 土木建筑工程系 23 公差帶圖 2020 2 19 土木建筑工程系 24 零線與公差帶 在公差與配合圖解 簡稱公差帶圖 中 確定偏差的一條基準直線 稱為零線 通常用零線來表示基本尺寸 公差帶 在公差帶圖中 由代表上 下偏差的兩條直線所限定的一個區(qū)域 稱為尺寸公差帶 2020 2 19 土木建筑工程系 25 0 008 0 008 公差帶圖 作用 直觀地表示出了公差的大小及公差帶相對于零線的位置 2020 2 19 土木建筑工程系 26 例一 已知孔 軸基本尺寸為 25mm Dmax 25 021mm Dmin 25 000mm dmax 24 980mm dmin 24 967mm 求孔與軸的極限偏差和公差 并注明孔與軸的極限偏差在圖樣上如何標注 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軸的上偏差es dmax d 24 980 25 0 02mm軸的下偏差ei dmin d 24 967 25 0 033mm孔的公差 軸的公差 2020 2 19 土木建筑工程系 28 在圖樣上的標注 0 0210 軸為 25 0 020 0 033 孔為 25 2020 2 19 土木建筑工程系 29 小結(jié) 相同規(guī)格的零件 若要進行專業(yè)化生產(chǎn) 利于裝配和維修 降低生產(chǎn)成本必須使零件具有互換性 尺寸公差是零件互換性的需要 故要加強對尺寸公差的了解 公差帶由公差帶的位置 基本偏差 和公差帶大小 公差等級 兩個因素決定 繪制公差帶圖時 應按比例繪制 2020 2 19 土木建筑工程系 30 配合 是指基本尺寸相同 相互結(jié)合的孔和軸公差帶之間的關(guān)系 機器中 不同孔和軸的配合有不同的松緊要求 松緊程度用間隙和過盈的大小表示 所謂間隙或過盈 就是孔的尺寸與軸的尺寸代數(shù)差 此差值為正時是間隙 為負時是過盈 配合分類 間隙配合 過盈配合 過渡配合 三 配合 2020 2 19 土木建筑工程系 31 Xmax Dmax dminXmin Dmin dmax 具有間隙 包括最小間隙等于零 的配合 它的特點是孔的公差帶在軸的公差帶之上 1 間隙配合 2020 2 19 土木建筑工程系 32 Ymax Dmin dmaxYmin Dmax dmin 具有過盈 包括最小過盈等于零 的配合 其特點為孔的公差帶在軸的公差帶之下 2 過盈配合 2020 2 19 土木建筑工程系 33 過渡配合 可能具有間隙或過盈的配合 此時 孔的公差帶與軸的公差帶相互交疊 3 過渡配合 2020 2 19 土木建筑工程系 34 配合公差 間隙或過盈允許的變動量 用Tf表示 4 配合公差 2020 2 19 土木建筑工程系 35 1 標準公差標準公差是指國際的標準公差數(shù)值中所列的 用以確定公差帶大小的任一公差值 表 四 標準公差與基本偏差 2020 2 19 土木建筑工程系 36 標準公差數(shù)值 2020 2 19 土木建筑工程系 37 1 公差等級 標準公差分為20個等級 IT01 IT0 IT1 IT18 IT表示標準公差 其中IT01公差等級最高 IT18公差等級最低 公差等級越低 公差數(shù)值越大 2 基本尺寸段 基本尺寸分為若干尺寸段 同一公差等級再同一尺寸段內(nèi) 不論孔或軸 也不論何種配合 其標準公差數(shù)值只有一個 同一公差等級 對于不同的基本尺寸段 雖然標準公差數(shù)值不同 但被認為具有同等的精度 公差等級與基本尺寸段 2020 2 19 土木建筑工程系 38 1 基本偏差的概念 基本偏差用于確定公差帶相對零線位置的上偏差或下偏差 一般為靠近零線的那個偏差 基本偏差 新國標規(guī)定 公差帶圖上的公差帶 由公差帶的大小和公差帶的位置兩個要素組成 公差帶的大小由標準公差確定 公差帶的位置由基本偏差確定 2020 2 19 土木建筑工程系 39 基本偏差的代號用21個字母和7個雙寫字母表示 共28個代號 2020 2 19 土木建筑工程系 40 公差帶在零線上方 ES EI IT es ei IT公差帶在零線下方 EI ES IT ei es IT 公差帶中另一極限偏差的確定 2020 2 19 土木建筑工程系 41 基準制 是以兩個相配零件中的一個零件為基準件 并選定標準公差帶 然后按使用要求的最小間隙 或最小過盈 確定非基準件的公差帶位置 從而形成各種配合的一個制度 國標規(guī)定了兩種基準制 基孔制和基軸制 并規(guī)定應優(yōu)先選用基孔制 五 基準制 2020 2 19 土木建筑工程系 42 基孔制 基準孔的公差帶在零線以上 其下偏差為零 以H為基準孔的代號 基軸制 基準軸的公差帶在零下以下 其上偏差為零 以h為基準軸的代號 2020 2 19 土木建筑工程系 43 基準制的選用實例 2020 2 19 土木建筑工程系 44 3 在下列情況下選用基軸制是有利的 a同一基本尺寸的某一段軸 必須與幾個不同配合的孔結(jié)合 b用于某些等直徑長軸的配合 這類軸可用冷軋棒料不經(jīng)切削直接與孔配合 這時采用基孔制有明顯的經(jīng)濟效益 C用于某些特殊零 部件的配合 如滾動軸承的外圈與基座孔的配合 2020 2 19 土木建筑工程系 45 六 公差與配合在圖上的標注 2020 2 19 土木建筑工程系 46 七 公差與配合的選用 基準制的選擇 公差等級的選用 配合的選用 2020 2 19 土木建筑工程系 47 思考題 例二 查表確定 30H8 f7和 30F8 h7配合中孔 軸的極限偏差 計算兩對配合的極限間隙并繪制公差帶圖 2020 2 19 土木建筑工程系 48 0 0330 30f7 30 0 020 0 041 解 1 查表確定 30H8 f7配合中孔 軸的極限偏差基本尺寸 30查表IT7 21 m IT8 33 m對于基準孔H8的EI 0 其ES為ES EI IT8 33對于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 查表確定 30F8 h7配合中孔 軸的極限偏差對于F8的EI 20 m 其ES為ES EI IT8 20 33 53 m對于基準軸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 計算 30H8 f7和 30F8 h7配合極限間隙對于30H8 f7Xmax ES ei 33 41 74 mXmin EI es 20 0 20 m對于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 繪制公差帶圖 2020 2 19 土木建筑工程系 52 八 形狀與位置公差 1 概述 1 形狀與位置誤差對零件和產(chǎn)品功能的影響 2020 2 19 土木建筑工程系 53 2 幾何要素及分類 形狀 位置公差 簡稱形位公差 的研究對象為幾何要素 簡稱要素 也就是構(gòu)成零件幾何特征的點 線 面 它分為 1 理想要素 具有幾何學意義的要素 2020 2 19 土木建筑工程系 54 2 實際要素 零件上實際存在要素 均由測量所得的要素代替 不考慮測量中誤差 3 被測要素 圖紙上給出了形狀或位置公差的要素 4 基準要素 用來確定被測要素方向或位置的要素 基準要素通常由設計者在圖紙上注明 5 單一要素 在圖紙上僅對某一要素本身給出形狀公差要求的要素 6 關(guān)聯(lián)要素 對其他要素有功能關(guān)系的要素 2020 2 19 土木建筑工程系 55 形位公差及其公差帶 1 形狀公差 單一實際要素的形狀所允許的變動量 2 位置公差 關(guān)聯(lián)實際要素的位置對基準所允許的變動量 3 形狀和位置的公差帶 是限制實際要素變動的區(qū)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 由于切削過程中各種幾何 物理因素的影響 其幾何形狀在微觀上總呈現(xiàn) 峰 谷 相間的起伏不平 把這種微觀幾何形狀偏差 稱為表面粗糙度 表面越粗糙 表面粗糙度越大 2 表面粗糙度的評定 1 評定基準 2020 2 19 土木建筑工程系 58 a 取樣長度 是指測量或評定表面粗糙度時所規(guī)定的一段基準線長度 它至少包含五個以上輪廓峰和谷 取樣長度L的方向與輪廓走向一致 1 取樣長度 2020 2 19 土木建筑工程系 59 b 輪廓算術(shù)平均偏差在取樣長度內(nèi) 劃分實際輪廓為上 下兩部分 且使上 下兩部分面積相等的線 2 輪廓算術(shù)平均偏差 2020 2 19 土木建筑工程系 60 表面特征代號及其標注 1 表面粗糙度的基本特征代號為 用去除材料的方法 如車 銑 磨等 獲得的表面 用不去除材料的方法 如鑄 鍛等 獲得的表面 基本符號 若單獨使用則無意義 2020 2 19 土木建筑工程系 61 2 在表面粗糙度基本符號的周圍標注有關(guān)的參考值或代號其中各代號的內(nèi)容為 a 粗糙度高度參數(shù)的允許值 b 加工方法 c 取樣長度d 加工紋理方向的符號e 加工余量f 其他附加參數(shù) 2020 2 19 土木建筑工程系 62 表面粗糙度參數(shù)值的選用及標注舉例