全套課件：機械基礎(chǔ)

目錄

緒論一、模塊一機械概述

二、模塊二構(gòu)件的靜力分析三、模塊三材料力學四、模塊五機械零件六、模塊六平面連桿機構(gòu)

七、模塊七機械傳動八、模塊八液壓傳動九、模塊四機械工程材料五、模塊一機械概述

課題一機器1.1課題二機器零件材料及強度1.2課題三摩擦、磨損和潤滑1.3模塊二構(gòu)件的靜力分析

課題一力與力偶2.1課題二物體受力分析和受力簡圖2.2課題三平衡方程及其應用2.3模塊三材料力學

課題一拉伸與壓縮3.1課題二剪切和擠壓3.2課題三圓軸扭轉(zhuǎn)3.3課題四直梁的彎曲3.4模塊四機械工程材料

課題一鋼鐵材料及熱處理4.1課題二有色金屬與非金屬材料4.2模塊五機械零件

課題一軸與軸承5.1課題二鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接和螺紋聯(lián)接5.2課題三聯(lián)軸器、離合器和制動器5.3模塊六平面連桿機構(gòu)

課題一平面連桿機構(gòu)6.1課題二凸輪機構(gòu)6.2模塊七機械傳動模塊八液壓傳動

課題一液壓傳動基礎(chǔ)及元件8.1課題二液壓控制回路及典型的液壓系統(tǒng)8.2第0章緒論通過本課程和學習,應達到下列要求:1.掌握物體受力的分析方法，學會計算物體的受力掌握桿件變形的基本規(guī)律，學會校核構(gòu)件的強度掌握金屬材料的牌號、性能及應用范圍，明確熱處理方法、目的；掌握常用機械零件的結(jié)構(gòu)、性能及國家標準；掌握常用機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點、工作原理，應用場合。模塊一機械概述

課題一機器1.1課題二機器零件材料及強度1.2課題三摩擦、磨損和潤滑1.3模塊一機械概述１．機器機器的種類很多，如電動機、機床、機器人、汽車等。它們的結(jié)構(gòu)形式和用途雖然各不相同，但從其組成、運動方式和功能角度看，卻具有下列共同特征。（１）機器是人工的物體組合；（２）各總分（實體）之間具有確定的相對運動；（３）能夠轉(zhuǎn)換或傳遞能量和信息，代替或減輕人類的勞動。２．機構(gòu)機構(gòu)是人工的物體組合，各部分這間具有一定的相對運動。機器與機構(gòu)的區(qū)別主要是：機器能完成有用的機械功或轉(zhuǎn)換機械能，而機構(gòu)只是完成傳遞運動、力或改變運動形式的實體的組合。機器包含著機構(gòu)，機構(gòu)是機器的主要組成部分。任務一機器和機構(gòu)

課題一機器1.13．機械機械就是實現(xiàn)某些工作任務的裝備或器具，也是機器和機構(gòu)的總稱。４．構(gòu)件、零件

構(gòu)件是指相互之間能作相對運動的機件（實體）零件是構(gòu)件系統(tǒng)的制造單元，構(gòu)件可以由一個零件組成，也可以由一組零件組成。

總結(jié)：構(gòu)件是運動單元，零件是制造單元，零件組成構(gòu)件。構(gòu)件是組成機構(gòu)的各個相對運動的實體。機構(gòu)是機器的重要組成部分。機器和機構(gòu)統(tǒng)稱為機械。模塊一機械概述任務二機器組成的四部分

機器的功能需要多種機構(gòu)配合才能完成。按照各部分實體的不同功能，一臺完整的機器，通常有以下四個部分組成。１．原動機部分

原動機部分也稱動力裝置，其作用是把其他形式的能量轉(zhuǎn)變成機械能，以驅(qū)動機器各部分運動、工作。

２．執(zhí)行部分執(zhí)行部分也稱工作部分（裝置）。它是機器中直接完成具體工作任務的部分。３．傳動部分（裝置）這部分是原動機到工作機構(gòu)這間的聯(lián)系機構(gòu)，用以完成運動和動力的傳遞和轉(zhuǎn)換。４．操縱或控制部分這部分的作用是實現(xiàn)和反映機器的運行位置和狀態(tài)，控制機器正常運行和工作。模塊一機械概述任務一金屬材料的性能1金屬材料的物理性能金屬的物理性能是金屬固有的屬性，它包括密度、熔點、導熱性、導電性、熱膨脹性和磁性等。2金屬材料的化學性能

金屬的化學性能是指金屬在化學作用下所表現(xiàn)的性能。它包括耐腐蝕性、抗氧化性和化學穩(wěn)定性等。（１）耐腐蝕性金屬材料在常溫下抵抗氧化、水蒸氣及其他化學介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力。（2）抗氧化性金屬材料抵抗氧化作用的能力，稱為抗氧化性。（3）化學穩(wěn)定性化學穩(wěn)定性是金屬材料的耐腐蝕性和抗氧化性的總稱。模塊一機械概述課題二機器零件材料及強度1.23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外力作用下所表現(xiàn)出來的抵抗性能。機械零件在使用、制造過程中都要受外力的作用。其外界作用力叫載荷（或稱負載或負荷）從性質(zhì)上載荷分為靜載荷、沖擊載荷及疲勞載荷等三種。在這些載荷的作用下，金屬材料的力學性能主要有強度、塑性、硬度、韌性和疲勞強度等。（1）強度強度是金屬材料在靜載荷作用下，抵抗塑性變形或斷裂的能力稱為強度。常用的強度有：抗拉強度（σb）和屈服點（σs）?？估瓘姸群颓c可以通過拉伸試驗測定。（2）塑性金屬在材料在靜載荷作用下，產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力稱為塑性。常用的塑性指標：延伸率（δ）和斷面收縮率（ψ）。（3）硬度金屬材料抵抗局部變形（特別是塑性變形）、壓痕或劃痕的能力稱為硬度。模塊一機械概述硬度是衡量金屬材料軟硬的一個重要指標。常用測量硬度的試驗方法有壓入硬度試驗法。常用的硬度指標有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）和維氏硬度（HV）。④韌性金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為韌性。常用一次擺錘沖擊彎曲試驗測定金屬材料的韌性。沖斷試樣時，在試樣橫截面的單位面積所消耗的功稱為沖擊韌性。常用αk表示，單位為J/cm2。多次小能量沖擊的，其沖擊抗力主要取決于材料的強度和韌性。⑤疲勞強度金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應力稱為疲勞強度或疲勞極限。一般情況下，鋼鐵材料用107次，對非鐵金屬用108次所能承受的最大應力表示疲勞強度，對稱循環(huán)強度用σ-1表示。由于疲勞斷裂是突然發(fā)生的，具有很大的危險性。因此要改善零件的結(jié)構(gòu)形狀。模塊一機械概述4金屬材料的工藝性能金屬材料的工藝性能:是指它是否易于加工成優(yōu)良的機械零件或零件毛坯的性能。根據(jù)金屬材料加工工藝的不同，工藝性能可分為以下幾種：（1）鑄造性金屬及合金成型獲得優(yōu)良鑄件的能力稱為鑄造性能?；诣T鐵比鑄鋼的鑄造性好。（2）鍛壓性金屬材料利用鍛壓加工方法成形的難易程度稱為鍛壓性能。一般情況下，低碳鋼的鍛壓性最好，中碳鋼次之，高碳鋼較差。（3）切削加工性金屬材料切削加工的難易程度稱為切削加工性能。鑄鐵比鋼切削加工性能好，碳鋼比合金鋼切削性能好。（4）焊接性金屬材料在一定焊接條件下，是否易于獲得優(yōu)良焊接接頭的能力稱為焊接性能。一般情況下，低碳鋼具有良好的焊接性，高碳鋼、鑄鐵的焊接性較差。

模塊一機械概述

強度是零件應滿足的基本要求。零件強度是指零件受載抵抗斷裂、塑性變形和表面失效的能力。為了保證零件具有足夠的強度，必須使零件在受載后的工作應力不超過零件許用應力。零件的工作應力的類型不同，可能是靜應力（即應力不隨時間變化或變化緩慢），也可能是交變應力（即應力隨時間變化）；分布不同，其強度表現(xiàn)行為也不同。１．零件的體積強度零件受載時，如果應力在較大的體積內(nèi)產(chǎn)生，則稱這種應力狀態(tài)下的零件強度為體積強度。２．零件的表面強度零件受載時，如果應力是在較淺的表層內(nèi)產(chǎn)生，則稱這種應力狀態(tài)下的零件強度為表面強度模塊一機械概述任務二機械零件的強度任務一摩擦

1.基本概念(1)靜態(tài)摩擦兩個相對相互靜止物體間的摩擦。(2)臨界摩擦(起動摩擦)運動開始時的摩擦(3)動態(tài)摩擦兩個相對、相互運動物體間的摩擦(4)慣性摩擦運動結(jié)束時的摩擦，即速度大約為零的摩擦

摩擦和磨損是自然界和社會生活中普遍存在的現(xiàn)象。世界上1/3~1/2的能源消耗在摩擦上，各種機械零件因磨損失效的也占全部失效零件的一半以上。因此，零件的磨損是決定機器使用壽命的主要因素。模塊一機械概述課題三摩擦、磨損和潤滑1.3（1）干摩擦兩物體的滑動表面為無任何潤滑劑或保護膜的純金屬。（2）液體摩擦兩摩擦表面不直接接觸，被油膜隔開。2.分類按摩擦狀態(tài)，即表面接觸情況和油膜厚度，可以將滑動摩擦分為四大類，干摩擦、邊界摩擦（潤滑）、液體摩擦（潤滑）和混合摩擦（潤滑）。（3）邊界摩擦兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開。（4）混合摩擦處于摩擦、液體摩擦與邊界摩擦的混合狀態(tài)。模塊一機械概述摩擦狀態(tài)（1）固體摩擦（2）液體摩擦（3）氣體摩擦（4）混合摩擦摩擦系數(shù)影響摩擦系數(shù)的因素很多，有摩擦副配偶材料的性質(zhì)、表面膜、鍍層或涂層、環(huán)境溫度及表面粗糙度等。模塊一機械概述任務二磨損

運動副之間的摩擦將導致機件表面材料的逐漸喪失或轉(zhuǎn)移，即形成磨損。１．磨損過程一個機件磨損過程大致可分為以下三個階段：

1.跑合（磨合）磨損階段

2.穩(wěn)定磨損階段

3.劇烈磨損階段模塊一機械概述２．磨損的類型按照磨損的機理以及零件表面磨損狀態(tài)的不同把磨損分為：（1）粘著磨損粘著作用引起的磨損，稱為粘著磨損。（2）磨料磨損由于摩擦表面上的硬質(zhì)突出物或從外部進入摩擦表面的硬質(zhì)顆粒，對摩擦表面起到切削或刮擦作用，從而引起表層材料脫落的現(xiàn)象，稱為磨粒磨損。（3）疲勞磨損兩摩擦表面為點或線接觸時，由于局部的彈性變形形成了小的接觸區(qū)。這些小的接觸區(qū)形成的摩擦副如果受變化接觸應力的作用，則在其反復作用下，表層將產(chǎn)生裂紋。（4）沖蝕磨損當一束含有硬質(zhì)微粒的流體沖擊到固體表面上時就會造成沖蝕磨損（5）磨蝕磨損摩擦副受到空氣中的酸或潤滑油、燃油中殘存的少量無機酸（如硫酸）及水分的化學作用或電化作用，在相對運動造成材料的損失，叫磨蝕磨損模塊一機械概述任務三潤滑劑１．潤滑劑的分類及其特點在摩擦面間加入潤滑劑的主要作用是改善摩擦、減輕磨損，同時減振、防銹等作用，液體潤滑劑還能帶走摩擦熱、污物等。潤滑劑有液體潤滑劑、氣體潤滑劑、潤滑脂和固體潤滑劑。２．潤滑劑的性能指標粘度(2)油性(3)凝點(4)閃點(5)滴點(6)錐入度３．潤滑劑及潤滑油添加劑的選擇模塊一機械概述(1)潤滑劑的選用

潤滑劑選用的基本原則是：在低速、重載、高溫、間隙大的情況下，應選用粘度較大的潤滑油；而在高速、輕載、低溫、間隙小的情況下應選粘度較小的潤滑油。潤滑脂主要用于速度低、載荷大、不需經(jīng)常加油、使用要求不高或灰塵較多的場合。氣體、固體潤滑劑主要用于高溫、高壓、防止污染等一般潤滑劑不能適用的場合。(２)潤滑油添加劑的選擇潤滑材料是潤滑技術(shù)發(fā)展的核心內(nèi)容。潤滑油中加入添加劑可以大幅度提高其工作性能。常用的潤滑油添加劑有硫系、磷系、氯系和復合添加劑。模塊一機械概述模塊二構(gòu)件的靜力分析

課題一力與力偶2.1課題二物體受力分析和受力簡圖2.2課題三平衡方程及其應用2.3模塊二構(gòu)件的靜力分析1．力的概念力是物體間的相互作用，其效果是使物體的運動狀態(tài)發(fā)生變化，或使物體變形。力使物體運動狀態(tài)發(fā)生變化的效應稱為力的外效應，使物體產(chǎn)生變形的效應稱為力的內(nèi)效應。力是物體間的相互機械作用，力不能脫離物體而存在。力的三要素：對物體作用效果取決于力的大小、方向和作用點三個要素。力是矢量，具有大小和方向。力的單位以“牛頓”(N)或“千?！保╧N）表示。三要素中任何一個要素改變，都會使力的作用效果改變。

任務一力

課題一力與力偶2.1

力的圖示法用有向線段能表示力的三要素，如圖1.1所示，這種方法叫做力的圖示法。矢量的長度按一定的比例表示力的大小，箭頭的指向表示力的方向，線段的起點或終點表示力的作用點。通過作用點，沿著力的方向引出的直線，稱為力的作用線。例如：小車受到100N的推力，可用下圖的有向線段來表示。

力的3要素示意圖模塊二構(gòu)件的靜力分析

2．靜力學的基本公理公理1：二力平衡公理只受兩個力作用的剛體，使剛體保持平衡狀態(tài)的充要條件是：兩力等值、反向、共線，如圖所示。剛體處于平衡狀態(tài)時的受力示意圖

公理2：加減平衡力系公理在已知力系上加上或減去任一平衡力系，不會改變原力系對剛體的作用效應。模塊二構(gòu)件的靜力分析推論1：力的可傳遞原理作用于剛體上某一點的力可沿其作用線移至剛體上的任一點，而不會改變原力系對剛體的作用效應。如圖所示,力作用在剛體上A點和作用在剛體上B點效果是一樣的。

力的可傳遞性

公理3：力的平行四邊形公理作用于物體上某一點的兩個力的合力也作用于該點，合力的大小和方向由這兩個力為鄰邊所構(gòu)成平行四邊形的對角線來確定。模塊二構(gòu)件的靜力分析推論2：三力平衡匯交定理剛體上受同一平面內(nèi)互不平行的三力作用而且相互平衡時，則此三個力的作用線匯交于一點，并在同一平面內(nèi)。公理4：作用與反作用公理兩個物體間的作用力和反作用力總是同時存在，且大小相等、方向相反、沿著同一直線（簡稱等值、反向、共線），分別作用在這兩個物體上。

作用力與反作用力模塊二構(gòu)件的靜力分析

1．力矩的概念和合力矩的定理

人用扳手轉(zhuǎn)動螺母，會感到加在扳手上的力越大，或者力的作用線離中心越遠，就越容易轉(zhuǎn)動螺母，如圖所示。力使剛體繞某點O轉(zhuǎn)動的效應，不僅與力的大小成正比，而且與O至力作用線的垂直距離成正比。乘積加上適當?shù)恼撎?，稱為力對O點的矩，簡稱力矩，記作M(F)=±F.d力矩任務二力矩模塊二構(gòu)件的靜力分析

注意：力矩在下列兩種情況下為零：（1）力等于零；（2）力臂等于零，即力的作用線通過矩心。

合力矩定理定理：平面匯交力系的合力對平面任一點的矩，等于力系中所有各分力對于該點力矩的代數(shù)和，即：

模塊二構(gòu)件的靜力分析

在日常生活中，常遇到力矩平衡的情況。以桿秤為例，不計桿秤自重，重物對O點的力矩大小為，秤砣對O點力矩大小為。力P與對O點的矩必定大小相等，轉(zhuǎn)向相反，使桿秤處于平衡情況，即

各力對轉(zhuǎn)動中心O點的矩的代數(shù)和等于零，即合力矩等于零。用公式表示：

力矩的平衡模塊二構(gòu)件的靜力分析

2

．力偶和力偶矩

作用在一物體上大小相等、方向相反、作用線平行而不重合的兩個力稱為力偶。如圖所示，用雙手轉(zhuǎn)動方向盤、用兩手指旋轉(zhuǎn)水龍頭、鉗工用板牙攻螺紋等，都是施加力偶的例子。力偶用符號表示。力偶的兩力之間的垂直距離d稱為力偶臂。力偶中兩力所在平面稱力偶作用面。

實踐可得，力偶對物體作用效果的大小，與力F的大小成正比，又與力偶臂d的大小成正比，由此，可用Fd來度量力偶作用效果的大小。

模塊二構(gòu)件的靜力分析

力偶

力偶矩的大小等于力的大小與力偶臂的乘積，正、負號表示力偶的轉(zhuǎn)向，并規(guī)定逆時針轉(zhuǎn)向為正，順時針轉(zhuǎn)向為負。力偶的單位與力矩的單位相同。如果力偶對物體的作用，可以用另一力偶來代替，則這兩個力偶稱為等效力偶。若兩個在同平面內(nèi)的力偶，力偶矩相等，則這兩個力偶彼此等效。

模塊二構(gòu)件的靜力分析

3．力偶的基本性質(zhì)：

模塊二構(gòu)件的靜力分析（1）力偶無合力，力偶不能用一個力平衡，只能和力偶相平衡。（2）力偶對其作用面上任意點之矩，恒等于力偶矩，而與矩心的位置無關(guān)。（3）力偶的等效性：同一平面內(nèi)的兩個力偶，只要力偶矩相等，則兩個力偶彼此等效。

根據(jù)力偶的等效性，可以得出兩個推論：推論1：力偶可在其作用面內(nèi)任意移轉(zhuǎn)而不改變它對物體的轉(zhuǎn)動效應。即力偶對物體的轉(zhuǎn)動效應與它在作用面內(nèi)的位置無關(guān)。推論2：在保持力偶矩大小和力偶轉(zhuǎn)向不變的情況下，可任意改變力偶中力的大小和力偶臂的長短，而不改變它對物體的轉(zhuǎn)動效應。

4．力的平移：如圖所示，力作用于剛體上A點，根據(jù)加減平衡力系公理，可平行移到剛體上任一點O，可在O點加上一對大小相等，方向相反，與F等值的平行力F'、F"，作用于A點的力F'與力F"構(gòu)成了一力偶即作用在A點的力F平移到O點后，應同時在O點加上一力偶，這個力偶稱為附加力偶。附加力偶矩的大小及轉(zhuǎn)向與原力F對O點的力矩相同。即

力的平移

小結(jié)：作用于剛體的力的作用線可等效地平移到任一點O，但須加一附加力偶。此附加力偶矩等于原力對O點的矩。模塊二構(gòu)件的靜力分析

位移不受限制的物體稱為自由體，位移受限制的物體稱為非自由體。約束是指對非自由體的某些位移起限制作用的周圍物體。而約束限制物體運動的力稱為該物體的約束力。能夠使物體產(chǎn)生運動趨勢或運動的力稱為主動力，如重力、拉力、推力。而阻礙物體運動或運動趨勢的力，稱為被動力。約束力是阻礙物體運動的力，屬被動力。確定約束力有如下原則：(1)約束力的作用點就是約束與被約束物體的相互接觸點或相互連接點；(2)約束力的方向與該約束所阻礙的運動趨勢方向相反；(3)約束力的大小可采用平衡條件計算確定。模塊二構(gòu)件的靜力分析課題二物體受力分析和受力簡圖2.2任務一約束和約束反力1.常見約束類型(1)光滑面約束當兩物體直接接觸，且表面光滑，接觸處摩擦力很小，可略去摩擦不計，這種光滑面構(gòu)成的約束稱為光滑面約束。這類約束不能限制物體沿約束表面切線的位移，只能阻礙物體沿接觸面法線并向約束內(nèi)部的位移。因此，光滑接觸面的約束力必通過接觸點，方向沿著接觸面在該點的公法線并指向受力物體。這類約束力稱法向力，常用N表示，如圖所示。光滑面約束模塊二構(gòu)件的靜力分析(2)柔性體約束工程上常見的傳動帶、柔軟的繩索和鏈條等構(gòu)成的約束稱柔性體約束。繩本身只能承受拉力，不能承受壓力。繩索給物體的約束力也只能是拉力。由圖所示繩索對物體的約束力大小與重物相等，作用點為繩索和重物的接觸點，方向沿著繩索背離物體，通常用T表示這類約束力。柔性體約束模塊二構(gòu)件的靜力分析(3)光滑鉸鏈約束由鉸鏈構(gòu)成的約束稱鉸鏈約束。圓柱銷釘將兩個具有相同大小圓柱孔的構(gòu)件連接在一起，如圖a所示。物體B的運動受到圓柱銷釘C的限制，只能轉(zhuǎn)動，不能移動。圖b所示的連桿與曲柄用曲柄銷連接(A處)，連桿與活塞用活塞銷連接(B處)，它們都是鉸鏈連接。鉸鏈約束

常見的鉸鏈支座約束有固定鉸鏈支座(構(gòu)件中其中一個固定在地面或機架上)和活動鉸鏈支座(支座中有幾個圓柱滾子可沿某一方向作滾動)兩種.模塊二構(gòu)件的靜力分析

在工程實際中，為了求未知的約束力，需根據(jù)已知力，應用平衡條件求解。為此需對構(gòu)件的受力個數(shù)、受力方向和作用位置進行分析，這個分析過程稱物體的受力分析。為研究物體的受力情況，需把研究的物體(稱受力體)從周圍的物體(稱施力體)中分離出來，單獨畫出它的簡圖，這個步驟叫做取研究對象或取分離體。然后畫出分離體上所受的力(包括主動力和約束力)，這種表示物體受力的簡明圖形，稱為受力圖。小結(jié)：畫受力圖的步驟為

1.確定研究對象，畫出分離體；

2.分離體上畫出全部主動力；

3.分離體上畫出全部約束力。模塊二構(gòu)件的靜力分析任務二物體受力分析和受力圖

平面力偶系的合成作用在物體同一平面內(nèi)的多個力偶，稱為平面力偶系。平面力偶系可以合成一個合力偶，設(shè)為平面力偶系中各力偶的力偶矩，M為合力的合力偶矩，它等于各力偶矩的代數(shù)和，即

平面力偶系的平衡條件當合力偶矩等于零時，說明物體順時針方向轉(zhuǎn)動的力偶矩和物體逆時針方向轉(zhuǎn)動的力偶矩相等，物體保持平衡狀態(tài)。因此，平面力偶系平衡的條件是所有各力偶矩的代數(shù)和等于零，即：

模塊二構(gòu)件的靜力分析任務三物體受力偶作用的分析

用幾何法求解平面匯交力系平衡問題，作圖很難做到精確，若作圖后用幾何關(guān)系計算，則當力系中力較多時，運算比較繁瑣。因此在工程實踐中，應用較多的是解析法。平面匯交力系合成的解析法是以力在坐標軸上的投影為基礎(chǔ)建立起來的。

1．平面受力時的解析表示法力在坐標軸上的投影課題三平衡方程及其應用2.3模塊二構(gòu)件的靜力分析力在坐標軸上的分解

如圖a所示，剛體上有平面匯交力系F1、F2、F3，各力作用線匯交于A點，現(xiàn)用幾何法求力系的合力。為此，可連續(xù)應用力的三角形法則，將這些力依次相加，便可求出合力的大小和方向。

在圖b中，先將F1與F2合成一合力R12，再將R12與F3合成R，R的作用線通過A點。從圖c中可見，中間矢量不必作出，而只需將已知力矢沿環(huán)繞多邊形邊界的同一方向首尾相接。而合力則沿多邊形相反方向連接多邊形的缺口。力系的合成模塊二構(gòu)件的靜力分析2．平面受力時的平衡方程

因平面匯交力系可用其合力來代替，所以，平面匯交力系平衡的充分和必要條件是：該力系的合力等于零。用矢量式表示。即

平面匯交力系平衡的必要與充分幾何條件是：該力系的力多邊形是自行封閉的。提示：用幾何圖解法求解平面匯交力系的平衡問題，應在分析清楚物體上所受的力后，按比例畫出封閉的力多邊形，再用尺和量角器在圖上量出所要求的未知量。也可根據(jù)圖形的幾何關(guān)系，利用三角形公式計算出所需求的未知量。R=F1+F2+…+Fn=∑F模塊二構(gòu)件的靜力分析

在平面力系中各力的作用線互相平行，這種力系稱平面平行力系。平面平行力系是平面任意力系的特殊情況，它的平衡方程由平面任意力系平衡方程導出。如選坐標軸與各力垂直，各力在軸上的投影為零。即滿足，所以平面平行力系獨立的平衡方程數(shù)目只有兩個，即：

另一種形式為

上式的使用條件是：A、B兩點連線不能與力系中的各力平行。模塊二構(gòu)件的靜力分析3．平面平行力系的平衡方程模塊三材料力學

課題一拉伸與壓縮3.1課題二剪切和擠壓3.2課題三圓軸扭轉(zhuǎn)3.3課題四直梁的彎曲3.4模塊三材料力學1.桿件的基本變形形式工程中折大多數(shù)構(gòu)件，如軸、絲桿、螺栓等都是軸向尺寸遠大于橫向尺寸的構(gòu)件，材料力學中把這類構(gòu)件稱為桿，軸線是曲線的桿，稱為曲標。軸線是直線的桿，則稱為直桿，材料力學研究的主要對象是直桿。任務一 構(gòu)件的承載能力

課題一拉伸與壓縮3.1模塊三材料力學2.承載能力指標為了保證機械或結(jié)構(gòu)在載荷作用下能正常工作，必須要求每個構(gòu)件都具有足夠的承受載荷的能力，簡稱承載能力，其承載能力可主要從以下三個方面衡量。（1）足夠的強度：把構(gòu)件抵抗破壞的能力稱為強度。（2）足夠的剛度：把構(gòu)件抵抗變形的能力稱為剛度。（3）足夠的穩(wěn)定性：桿件受壓時能夠保持其原有直線平衡狀態(tài)的能力稱為壓桿穩(wěn)定性。綜上所述，為了保證構(gòu)件能安全、正常地工作，構(gòu)件必須具有足夠的承載能力，即具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。模塊三材料力學1.內(nèi)力和截面法（1）內(nèi)力的概念：內(nèi)力：桿件在外力作用下產(chǎn)生變形，其內(nèi)部的一部分對另一部分的作用稱為內(nèi)力。軸力：拉壓桿上的內(nèi)力又稱軸力。（2）截面法求內(nèi)力：截面法：將受外力作用的桿件假想地切開來用以顯示內(nèi)力，并以平衡條件來確定其合力的方法，稱為截面法。具體方法如右圖所示：①

截開

沿欲求內(nèi)力的截面，假想把桿件分成兩部分。②

代替

取其中一部分為研究對象，畫出其受力圖。③

代替在截面上用內(nèi)力代替移去部分對留下部分的作用。④平衡列出平衡方程，確定未知的內(nèi)力的大小和方向。FX=0，得N-F=0故N=F任務二 拉伸和壓縮2.拉伸和壓縮的概念拉伸

壓縮拉伸和壓縮受力特點是：作用在桿端的兩外力（或外力的合力）大小相等，方向相反，作用線與桿的軸線重合。變形特點：桿件沿軸線方向伸長或縮短。

模塊三材料力學模塊三材料力學

3.拉伸（壓縮）時材料的力學性質(zhì)圖1.

低碳鋼拉伸變形σ—ε曲線圖2.

灰鑄鐵拉伸變形σ—ε曲線(1)碳鋼拉伸時的力學性質(zhì)低碳鋼拉伸變形過程如圖1所示低碳鋼拉伸變形過程如圖1.所示可分為四個階段：①

彈性階段②

屈服階段③

強化階段④

頸縮階段(2)鑄鐵拉伸時的力學性質(zhì)如圖2所示

模塊三材料力學

(3)材料壓縮時的力學性質(zhì)

低碳鋼壓縮時的σ—ε曲線鑄鐵壓縮時的σ—ε曲線

從圖中可以看出，低碳鋼壓縮時的彈性模量與拉伸時相同，但由于塑性材料，所以試件愈壓愈扁，可以產(chǎn)生很大的塑性變形而不破壞，因而沒有抗壓強度極限。從圖中可以看出，鑄鐵在壓縮時其線性階段不明顯，強度極限σb比拉伸時高2~4倍，破壞突然發(fā)生，斷口與軸線大致成45°~55°的傾角。由于脆性材料抗壓強度高，宜用于制作承壓構(gòu)件。模塊三材料力學

4.許用應力和安全系數(shù)

許用應力：在強度計算中，把材料的極限應力除以一個大于1的系數(shù)n（稱為安全系數(shù)），作為構(gòu)件工作時所允許的最大應力，稱為材料的許用應力。用表示。

s=s/nb=b/n式中，n為安全系數(shù)。它反映了構(gòu)件必要的強度儲備。在工程實際中，靜載時塑性材料一般取n=1.2~2.5；對脆性材料一般取n=2~3.5。安全系數(shù)也反映了經(jīng)濟與安全之間的矛盾關(guān)系。取值過大，許用應力過低，造成材料浪費。反之，取值過小，安全得不到保證。塑性材料一般取屈服點σs作為極限應力；脆性材料取強度極限σb作為極限應力。模塊三材料力學5.拉伸和壓縮時的強度校核

N/A利用強度條件可解決工程中的三類強度計算問題：

1.強度校核N/A

2.選擇截面尺寸AN/3.確定許可載荷N/A【例2.3】如右圖所示為鑄造車間吊運鐵水包的雙套吊鉤。吊鉤桿部橫截面為矩形。b=25mm，h=50mm。桿部材料的許用應力=50MPa。鐵水包自重8kN，最多能容30kN重的鐵水。試校核吊桿的強度。模塊三材料力學1.剪切(1)剪切的概念:①剪切變形的受力特點是：作用于構(gòu)件兩側(cè)面上外力的合力大小相等，方向相反，且作用線相距很近。②剪切變形的特征是：構(gòu)件的兩個力作用線之間的部分相對錯動。

③剪切面：在承受剪切的構(gòu)件中，發(fā)生相對錯動的截面，稱為剪切面。課題二剪切和擠壓3.2任務一 剪切與擠壓基本概念(2)剪力和剪切應力:剪力：在剪切面m-n上,必存在一個大小相等而方向與F相反的內(nèi)力Q,稱為剪力。

=FQ/A式中：——剪切應力，單位MPa；FQ——剪切面上的剪力，單位N；

A——剪切面積，單位mm2。模塊三材料力學(3)剪切強度:為了保證受剪構(gòu)件在工作時安全可靠,必須使構(gòu)件的工作剪應力不超過許用剪應力,即

=FQ/A≤[}式中[}表示材料的許用剪應力，其大小可以從相關(guān)設(shè)計手冊中查得。模塊三材料力學2.擠壓（1）擠壓的概念：①擠壓:機械中受剪切作用的聯(lián)接件，在傳力的接觸面上，由于局部承受較大的壓力，而出現(xiàn)塑性變形，這種現(xiàn)象稱為擠壓。如圖下a所示②擠壓面:構(gòu)件上產(chǎn)生擠壓變形的表面稱為擠壓面。如圖下b所示（ａ）（ｂ）（2）擠壓應力:擠壓作用引起的應力稱為擠壓應力，用符號σｊｙ表示。擠壓應力在擠壓面上的分布也很復雜，工程中近似認為擠壓應力在擠壓面上均勻分布。則

σｊｙ＝Ｐ／Ａｊｙ

模塊三材料力學(3)擠壓強度:為了保證構(gòu)件不產(chǎn)生局部塑性變形,必須滿足最大擠壓應力不得超過許用擠壓應力,即

σBｍａｘ＝FB／ＡB≤[σB]式中：σBｍａｘ——最大擠壓應力；[σB]——擠壓許用應力；

FB——接觸面間擠壓力。FB——擠壓計算表面積。工程中，常用作聯(lián)接的螺栓、鍵、銷、鉚釘?shù)葮藴始?，常利用抗剪強度、擠壓強度計算公式進行強度校核、設(shè)計截面尺寸以及確定許用載荷?！纠?-3】如下圖所示，已知鋼板厚度t=10mm，其剪切極限應力為[τ]=300MPa，若用沖床在鋼板上沖出直徑d=25mm的孔，問需多大的沖剪力P？

任務二 剪切與擠壓在生產(chǎn)實踐中的應用模塊三材料力學【例3-4】如下圖表示齒輪用平鍵與軸聯(lián)接，已知軸的直徑d=70mm，鍵的尺寸為ｂ×ｈ×Ｌ２０mm×１２mm×１０mm，傳遞的轉(zhuǎn)距m=2kＮ·m，鍵的許用應力[τ]=60MPa，[σｊｙ]=100MPa，試校核鍵的強度。模塊三材料力學【例3-5】如下圖所示的起重機吊鉤，上端用銷釘聯(lián)接。已知最大起重量F=120kN，聯(lián)接處鋼板厚度t=15mm，銷釘?shù)脑S用剪應力[τ]=60MPa，許用擠壓應力[σjy]=180MPa，試計算銷釘?shù)闹睆絛。模塊三材料力學1.扭轉(zhuǎn)的概念一對大小相等，轉(zhuǎn)向相反，且作用平面垂直于桿件軸線的力偶作用下,桿件上的各個橫截面發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，這種變形稱為扭轉(zhuǎn)變形。工程上常把以扭轉(zhuǎn)變形為主要變形特征的桿件稱為軸。

2.外力偶矩的計算:凡輸入功率的主動外力偶矩，m的方向與軸的轉(zhuǎn)向一致；凡輸入功率的阻力偶矩，m的方向與軸向相反。若已知電動機傳遞的功率P和轉(zhuǎn)速n，則電動機給軸的外力偶矩為M=9550P/n（N·m）式中式中：M——軸的外力偶矩，N·m

；P——軸傳遞的功率，kW；

n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min

課題三圓軸扭轉(zhuǎn)3.3任務一 圓軸扭轉(zhuǎn)的應力模塊三材料力學3.扭矩的計算：（1）截面法求內(nèi)力:圓軸在外力偶矩作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，其橫截面上將產(chǎn)生內(nèi)力。軸上已知的外力偶矩為m，因為力偶只能用力偶來平衡，顯然截面上的分布內(nèi)力必構(gòu)成力偶，內(nèi)力偶矩以符號MT表示，即為扭矩。（2）扭矩符號規(guī)定：按右手螺旋法則，將扭矩表示為矢量，四指彎向表示扭矩的轉(zhuǎn)向，則大拇指指向為扭矩矢量的方向，如下圖所示，若矢量的指向離開截面時，扭矩為正；反之為負。模塊三材料力學（3）畫軸力圖:當軸上承受多個外力偶矩作用時，各橫截面上的扭矩是不同的。為了確定最大扭矩的所在位置，以便分析危險截面，常需畫出扭矩隨截面位置變化的圖形，這種圖形稱為扭矩圖。扭矩圖橫坐標表示橫截面的位置，縱坐標表示各橫截面上扭矩的大小。【例2.7】如圖2.21所示，求傳動軸截面1-1、2-2的扭矩，并畫出扭矩圖。

MA=1.8kN·mMB=3kN·mMC=1.2kN·m4.圓軸扭轉(zhuǎn)時的應力

:(1)圓軸扭轉(zhuǎn)時剪應力分布規(guī)律圓軸橫截面上任一點的剪應力與該點所在圓周的半徑成正比，方向與過該點的半徑垂直，剪應力最大處發(fā)生在半徑最大處。模塊三材料力學應力分布規(guī)律如下圖所示。

（a）心軸（b）空心軸（2）剪應力計算公式根據(jù)靜力學關(guān)系導出切應力計算公式為：τ=MTρ/IPMPa

當ρ=R時,切應力最大,即τmax=MTR/IP

令I(lǐng)P/R=Wn,,則上式可改寫為:τmax=MT/Wn（3）圓軸抗扭截面模量計算公式

機器中軸的橫截面通常采用實心圓和空心圓兩種形狀。它們的極慣性矩Ip和抗扭截面系數(shù)Wn

計算公式如下：模塊三材料力學①實心圓軸（設(shè)直徑為D）極慣性矩:IP=ΠD4/32≈0.2D4

抗扭截面系數(shù):Wn=ΠD3/16≈0.2D3②空心圓軸（設(shè)軸的外徑為D，內(nèi)徑為d）極慣性矩:IP=ΠD4/32-Πd4/32≈0.1D4(1-α4)

抗扭截面系數(shù):Wn=ΠD3(1-α3)/16≈0.2D3(1-α3)式中,α=d/D

模塊三材料力學

對于塑性材料[τ]=（0.6~0.8）[σ]；對于脆性材料[τ]=（0.8~1.0）[σ]

扭轉(zhuǎn)強度條件也可用來解決強度校核，選擇截面尺寸及確定許可載荷等三類強度計算問題。

2.運用強度條件解決實際問題的步驟為（1）計算軸上的外力偶矩；（2）計算內(nèi)力（扭矩），并畫出扭矩圖；（3）分析危險截面（即按各段的扭矩與抗扭截面系數(shù)，找出最大應力所在截面）；（4）計算危險截面的強度，必要時還可進行剛度計算。

任務二 圓軸扭轉(zhuǎn)的強變1.圓軸扭轉(zhuǎn)的強度條件：（1）圓軸扭轉(zhuǎn)的強度條件為：

τmax=MTmax/Wt≤[τ]模塊三材料力學【例2.8】如圖所示的傳動軸AB，由45號無縫鋼管制成，外徑D=90mm，壁厚t=2.5mm，傳遞的最大扭矩為m=1.5kN·m，材料的[τ]=60MPa。①試校核AB的強度。②如果軸AB設(shè)計成實心軸，直徑應為多少？③比較空心軸和實心軸的重量。結(jié)論：在條件相同的情況下，采用空心軸可節(jié)省大量材料，減輕重量提高承載能力。因此在汽車、船舶和飛機中的軸類零件大多采用空心。模塊三材料力學2.提高軸抗扭能力的方法(1)選用合理截面，提高軸的抗扭截面模量(2)合理安排受力情況，降低最大扭矩MTmax除了抗扭強度的影響外，對許多軸來說，還要考慮剛度對抗扭能力的影響，即在軸滿足強度條件下，還要使軸避免產(chǎn)生過大扭轉(zhuǎn)變形。我們把抗扭轉(zhuǎn)變形的能力稱為抗扭剛度。提高抗扭剛度的方法有：（1）合理安排受力，降低最大扭矩。（2）合理選擇截面，提高抗扭剛度。（3）在強度條件許可的條件下，選擇剛度大的材料。模塊三材料力學1.彎曲變形的概念：（1）梁:以彎曲變形為主要變形的桿件稱為梁。（2）彎曲變形的特點:桿件所受的力是垂直于梁軸線的橫向力，在其作用下梁的軸線由直線變成曲線。

（3）平面彎曲:若梁上的外力都作用在縱向?qū)ΨQ面上，而且各力都與梁的軸線垂直，則梁的軸線在縱向?qū)ΨQ面內(nèi)彎曲成一條平面曲線，這種彎曲稱為平面彎曲。如下圖所示

課題四直梁的彎曲3.4任務一 直梁彎曲應力模塊三材料力學（4）梁的類型根據(jù)約束特點對支座簡化，分為下列三種基本形式：

①簡支梁如下圖a所示橋式起重機的橫梁AB，可以簡化成一端為固定鉸鏈支座，另一端為活動鉸鏈支座的梁，這種梁圖稱為簡支梁。圖a圖b

②懸臂梁

如上圖b所示的車刀，可簡化成一端為固定端，一端為自由端的約束情況。用固定端可阻止梁移動和轉(zhuǎn)動，故有一約束力和一約束力偶，這種梁稱為懸臂梁。模塊三材料力學③外伸梁如下圖所示的車床主軸，它的支座可簡化成與簡支梁一樣的形式，但梁的一端(或兩端)向支座外伸出，并在外伸端有載荷作用。這種梁稱為外伸梁。模塊三材料力學2.直梁彎曲時的內(nèi)力（1）剪力和彎矩:梁的內(nèi)力包括剪力FQ和彎矩M，下面以簡支梁，如右下圖所示為例加以說明，梁在C點受集中力F。

求梁上所受約束力

FRA=F×b/L;FRB=F×a/L用截面法求得內(nèi)力①在截面m-m處假想地把梁切為兩段取左端為研究對象，由于左端作用著外力FRA則在截面上必有與FRA大小相等,

方向相反的力FQ,由于該內(nèi)力切于截面,因此稱為剪力。又由于FRA

與FQ形成一個力偶,因此在截面處必存在一個內(nèi)力偶M與之平衡,該內(nèi)力偶稱為彎矩。

②建立平衡方程：ΣF=0,得FRA-FQ=0,FQ=FRA;ΣM=0,得M=FRA·x;

由此可以看出：彎曲時，梁的橫截面上產(chǎn)生兩種內(nèi)力：一個是剪力，一個是彎矩。模塊三材料力學彎矩符號的規(guī)定：如下圖所示，梁彎曲成凹面向上時，橫截面上的彎矩為正；彎曲成凸面向下時，彎矩為負。

（2）剪力圖和彎矩圖一般情況下，在梁的不同截面向上，彎矩是不相同的，并隨著橫截面位置的不同而改變，若以橫坐標X表示橫截面在梁軸線上的位置，縱坐標Y表示橫截面上對應彎矩M，則彎矩可表示為M=M（X），此式稱為彎矩方程；同理，剪力可表示為FQ=FQ（X），此式稱為剪力方程；把M沿著X軸的變化情況用圖線在坐標內(nèi)表示出來，所得的圖稱為彎矩圖；FQ沿著X軸的變化情況用圖線在坐標內(nèi)表示出來所得的圖稱為剪力圖；【例2.9】齒輪軸作用于輪上的徑向力F通過輪轂傳給軸，可簡化為如右下圖所示的簡支梁AB，在C上受集中力F作用，試作出梁AB的彎矩圖。

1.梁的強度（1）純彎曲:只有彎曲作用而沒有剪力作用的梁，稱為純彎曲梁。（2）正應力:為橫截面上各點正應力的大小，與該點到中性軸的距離成正比。如右圖所示，在中性軸處正應力為零，離中性軸最遠的截面上，下邊正應力最大。正應力沿截面高度按直線規(guī)律分布。

模塊三材料力學

任務二 梁的強度

常見截面的I、W計算公式彎曲正應力最大正應力的計算公式:σmax=Mmax·ymax/Iz

常見截面的I、W

計算公式見右表。

模塊三材料力學模塊三材料力學（2）彎曲正應力強度條件:要使梁具有足夠的強度，必須要滿足以下條件公式:

σmax=Mmax/Wz≤[σ]根據(jù)梁的強度條件公式可以解決彎曲強度極核，選擇截面尺寸和確定許可載荷這三大類強度計算問題?！纠?.10】如下圖所示，已知壓板長3a=180mm,壓板材料的彎曲許用應力=140MPa，設(shè)對2件的壓緊力Q=4kN，試校核壓板的強度。模塊三材料力學2.提高抗彎能力的主要措施

根據(jù)梁的強度條件公式

:σmax=Mmax/Wz≤[σ]

可知，要提高梁的抗彎能力主要有下列措施：

1.選擇合理的截面形狀，提高抗彎截面系數(shù)Wz

樣大小的截面積，做成槽形和I字形比和矩形抗彎能力強。

2.合理布置載荷，降低最大彎矩Mmax

在條件許可的情況下，將集中載荷變?yōu)榫驾d荷，或集中載荷靠近支座及適當調(diào)整梁的支座位置都可以達到降低最大彎矩的目的。

3.采用變截面梁，以節(jié)省材料

按各截面的彎矩來設(shè)計梁的截面尺寸，而梁的截面尺寸沿梁長度是變化的。這種梁為變截面梁。如汽上的鋼板彈簧、階梯軸都是變截面梁的實例。模塊四機械工程材料

課題一鋼鐵材料及熱處理4.1課題二有色金屬與非金屬材料4.2模塊四機械工程材料1.非金屬材料(碳素鋼)碳素鋼：含碳質(zhì)量分數(shù)小于2.11%而不含有特意加入合金元素的鋼，稱為碳素鋼。(1).碳素鋼的分類①按鋼的含碳質(zhì)量分數(shù)分類低碳鋼含碳質(zhì)量分數(shù)Wc≤0.25%

中碳鋼含碳質(zhì)量分數(shù)Wc=0.25~0.60%

高碳鋼含碳質(zhì)量分數(shù)Wc≥0.6%②按鋼的質(zhì)量分類根據(jù)鋼中含有害元素磷、硫質(zhì)量分數(shù)劃分。普通碳素鋼Ws≤0.035%，Wp≤0.035%

優(yōu)質(zhì)鋼Ws≤0.030%，Wp≤0.030%

高級優(yōu)質(zhì)鋼Ws≤0.020%，Wp≤0.025%

課題一鋼鐵材料及熱處理4.1任務一鋼鐵材料模塊四機械工程材料③按用途分類碳素結(jié)構(gòu)鋼：用于制造各種機械零件和工程結(jié)構(gòu)件。這類鋼一般屬于低碳、中碳鋼。碳素工具鋼：用于制造各種刀具、量具和模具。這類鋼一般屬于高碳鋼。④按脫氧方法分類沸騰鋼：不完全脫氧。鎮(zhèn)靜鋼：完全脫氧。半鎮(zhèn)靜鋼：介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間。在實際使用中，鋼廠在給鋼的產(chǎn)品命名時，往往將成分、質(zhì)量和用途三種分類方法結(jié)合起來，如將鋼稱為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼等。

模塊四機械工程材料（2）碳素結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)質(zhì)量可分為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。

①普通碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由“Q”（表示屈服點的漢語拼音字首）、一組數(shù)據(jù)（表示屈服強度，單位MPa）、質(zhì)量等級符號（質(zhì)量分A、B、C、D四個等級）和脫氧方法符號（F—沸騰鋼、b—半鎮(zhèn)靜鋼、Z—鎮(zhèn)靜鋼、TZ—特殊鎮(zhèn)靜鋼，通常Z、TZ可省略）四個部分按順序組成。例如Q235—A?F表示脫氧方法為沸騰鋼、質(zhì)量等級為A級、屈服強度為235MPa的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。用途：碳素結(jié)構(gòu)鋼Q195、Q215、Q235塑性好、焊接性好、強度較低，主要用于工程結(jié)構(gòu)和制造受力不大的機器零件；Q255、Q275的強度較高，可用于制作受力中等的普通零件。模塊四機械工程材料②優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用兩位數(shù)字表示，這兩位數(shù)字代表鋼的平均含碳質(zhì)量分數(shù)的萬之一。例如45表示平均含碳質(zhì)量分數(shù)為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。按照鋼中錳的含量不同，可分為普通含錳量鋼（WMn≤0.80%）和較高含錳量鋼（WMn=0.7%～1.2%）兩種，如果是后一種鋼，則在兩位數(shù)字后面加上Mn，如45Mn表示平均含碳量分數(shù)為0.45%的較高錳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。用途：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼既保證力學性能又保證化學成分，而且鋼中的有害雜質(zhì)硫、磷質(zhì)量分數(shù)較低，質(zhì)量較高，故廣泛用于制造較重要的零件。

模塊四機械工程材料(3)碳素工具鋼由于碳素結(jié)構(gòu)鋼要求高硬度和高耐磨性，故工具鋼含碳質(zhì)量分數(shù)都在0.7%以上，都是優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼。牌號：以漢語拼音字母“T”后面加阿拉伯數(shù)字表示，其數(shù)字表示鋼中平均含碳質(zhì)量分數(shù)的千分之幾。例如T8表示含碳質(zhì)量分數(shù)為0.80%的碳素工具鋼。若為高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在牌號后面標以字母A，如T12A表示平均含碳質(zhì)量分數(shù)為1.20%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。用途：主要用于制造刃具、模具、量具以及其他工具(4)鑄鋼鑄鋼良好的塑性，韌性和焊接性，焊補不需要預熱。用于受力不大，要求韌性好的各種機械零件，如機座、變速器等。模塊四機械工程材料2合金鋼合金鋼：為了改善鋼的性能，特意加入其他合金元素的鋼。常用的合金元素有硅、錳、鉻、鎳、鎢、釩、鈷、鉛、鈦和稀土金屬等。

1.合金鋼的分類（1）按用途分

合金結(jié)構(gòu)鋼：主要用于制造重要的機器零件和工程結(jié)構(gòu)件。合金工具鋼：只要用于制造重要的刃具、量具和模具。特殊性能鋼：具有某種特殊物理、化學性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等。（2）按所含合金元素總含量分低合金鋼合金元素總含量＜5%

中合金鋼合金元素總含量5～10%

高合金鋼合金元素總含量＞10%

模塊四機械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼2.合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼按用途可分為：低合金結(jié)構(gòu)鋼和機械制造用鋼兩大類。

（1）合金結(jié)構(gòu)鋼牌號表示方法：合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號采用兩位數(shù)字（表示平均含碳質(zhì)量分數(shù)萬分之幾）+元素符號（表示鋼中含有主要合金元素）+數(shù)字（表示合金元素含量，凡合金元素含量＜1.5%時不標出；如果平均含量為1.5～2.5%時，則標為2；如果平均含量為2.5～3.5%時標為3；以此類推）。（2）低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼雖然是一種低碳、低合金的鋼，但具有高的屈服強度和良好的塑性和韌性，具有良好的焊接性和一定的耐蝕性，因此廣泛用于橋梁、船舶、車輛等領(lǐng)域。

模塊四機械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼（3）機械制造用鋼

①合金滲碳鋼：指用于制造滲碳零件的鋼。合金滲碳鋼的含碳質(zhì)量分數(shù)WC=0.10～0.25%，加入合金元素主要有鉻（WCr＜2%）、鎳（WNi＜4%）、錳（WMn＜2%）等，經(jīng)過滲碳后，再進行淬火+低溫回火，從而達到表面高硬度、高耐磨性和心部高強度并有足夠韌性。20CrMnTi是應用最廣泛的合金滲碳鋼。②合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼：一般指經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火）后使用的合金結(jié)構(gòu)鋼，合金調(diào)質(zhì)鋼的基本性能是具有良好的綜合力學性能。合金調(diào)質(zhì)鋼的含碳質(zhì)量分數(shù)一般在0.25~0.50%之間，主加合金元素有鉻、鎳、錳、硅等，以增加淬透性，同時還能起固溶強化作用。用途：用于制造重載作用下同時承受沖擊載荷作用的一些重要零件。一般的熱處理方法是淬火后高溫回火，如果除要求材料具有良好的綜合力學性能外還要求表面層有良好的耐磨性，對調(diào)質(zhì)處理零件還要進行表面淬火及低溫回火處理。

模塊四機械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼（3）機械制造用鋼③合金彈簧鋼定義：合金彈簧鋼是用于制造各種彈簧的專用合金結(jié)構(gòu)鋼?；拘阅埽菏蔷哂懈叩膹椈蓸O限、高疲勞強度，足夠的塑性和韌性，良好的表面質(zhì)量。合金彈簧鋼的含碳質(zhì)量分數(shù)一般在0.5%~0.7%之間。用途：合金彈簧鋼主要適用于各種機構(gòu)和儀表、彈性元件。

熱處理方法：淬火后進行中溫回火處理。④滾動軸承鋼定義：滾動軸承鋼是制造各種滾動軸承的滾動體和內(nèi)外套圈的專用鋼?；拘阅埽菏蔷哂懈叩慕佑|疲勞強度、高硬度和高耐磨性，高的彈性極限和一定的沖擊韌性，并有一定的抗蝕性。

模塊四機械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼（3）機械制造用鋼④滾動軸承鋼用途：常用于制造刃具、冷沖模具、量具以及性能要求與滾動軸承相似的零件。熱處理方法：球化退火、淬火和低溫回火。牌號：為表示鋼的用途在鋼號前冠以漢語拼音，而不標出含碳質(zhì)量分數(shù)，鉻的含量用千分之幾表示，其余元素含量仍與其他合金結(jié)構(gòu)鋼表示方法相同。如GCr15表示為含鉻質(zhì)量分數(shù)為1.5%的滾動軸承鋼。GCr15SiMn表示含鉻質(zhì)量分數(shù)為1.5%，含硅、錳質(zhì)量分數(shù)均小于1.5%的滾動軸承鋼。

模塊四機械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼

3.合金工具鋼定義：合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上，為改善性能，再加入適量的合金元素的鋼。

基本性能：比碳素工具鋼具有更高硬度、耐磨性、更好的淬透性、紅硬性和回火穩(wěn)定性等。

用途：可以制造截面大、形狀復雜、性能要求高的工具。分類：合金工具鋼按用途可分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼。（1）合金工具鋼的牌號一位數(shù)字（表示平均含碳質(zhì)量分數(shù)的千分數(shù)）+元素符號（表示鋼中含有主要合金元素）+數(shù)字（表示合金元素含量，表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同）。如9SiCr表示其中平均含碳質(zhì)量分數(shù)為0.9%，Si、Cr的質(zhì)量分數(shù)都小于1.5%的合金工具鋼模塊四機械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼3.合金工具鋼

(2)刃具鋼

①低合金刃具鋼定義：低合金刃具鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素（一般為3%～5%）形成的鋼?；拘阅埽河捕取⒛湍バ?、強度和淬透性都比碳素工具鋼好。用途：主要適宜于制造形狀復雜、尺寸較大、切削用量較大的刀具，如車刀、刨刀、鉆頭、鉸刀等。常用熱處理的方法：球化退火、淬火加低溫回火。

②高速鋼

定義：高速鋼是一種紅硬性、耐磨性較高的高合金工具鋼。基本性能：紅硬性高達6000C，有高的強度、硬度、耐磨性和淬透性。模塊四機械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼3.合金工具鋼(2)刃具鋼②高速鋼用途：主要適宜于制造切削速度較高的刃具（如車刀、鉆頭等）和形狀復雜、負載較重的成形刀具（如銑刀、拉刀等）。此外高速鋼還可用于制造冷沖模、冷擠壓模以及某些耐磨零件。常用的高速鋼有鎢系高速鋼，如W18Cr4V；鉬系高速鋼，如W6Mo5Cr4V2等。(3)模具鋼定義：主要用來制造各種模具的鋼稱為模具鋼。①冷變形模具鋼用于制造冷態(tài)金屬成形的鋼稱為冷變形模具鋼。如冷沖模、冷壓模等。冷變形模具鋼的性能特點是高的硬度和高耐磨性，具有足夠的強度、韌性和疲勞強度。常用的冷變形模具鋼有9SiCr、Cr12和Cr12MoV等。模塊四機械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼3.合金工具鋼②熱變形模具鋼用于制造使金屬在高溫下成形的模具。如熱鍛模、壓鑄模等。性能特點是在高溫下能保持足夠的強度、韌性和耐磨性，以及較高的抗熱疲勞性和導熱性。其最終熱處理一般為淬火后中溫或高溫回火。目前常采用5CrMnMo和5CrNiMo制作熱鍛模，采用了3Cr2W8制作熱擠壓模等。（4）合金量具鋼定義：合金量具鋼是用于制造測量工具（如游標卡尺、千分尺、塞規(guī)、量規(guī)等）的鋼。主要性能：高硬度、高耐磨性、高的尺寸穩(wěn)定性和足夠的韌性。一般采用微變形鋼制造精度要求較高的量具，如CrWMn、CrMn、GCr15等。一般的量具可以用碳素工具鋼、合金工具鋼和滾珠軸承鋼來制造。模塊四機械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼

4.特殊性能鋼定義：特殊性能鋼是指具有特殊物理、化學性能的鋼。（1）不銹耐酸鋼不銹耐酸鋼是指在腐蝕介質(zhì)中具有高的抗腐蝕能力的鋼，又稱為不銹鋼。常用的不銹鋼主要有鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼。①鉻不銹鋼用途：鉻不銹鋼主要用于制造在海水、蒸氣、酸性環(huán)境下工作的零件。常見牌號：1Cr13、2Cr13、3Cr13和4Cr13，常稱為Cr13型不銹鋼。常用的熱處理方法：淬火+低溫回火。用途：1Cr13、2Cr13適于制造汽輪機葉片、水壓機閥等。3Cr13、4Cr13適于制造彈簧、醫(yī)療器械及在弱腐蝕條件下工作而要求高強度的耐蝕零件。模塊四機械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼4.特殊性能鋼

②鉻鎳不銹鋼定義：鉻鎳不銹鋼主要用于制造在強腐蝕介質(zhì)（硝酸、磷酸、有機酸及堿水溶液等）中工作的設(shè)備。常見的牌：0Cr18Ni9、1Cr18Ni9。用途：適于制造吸收塔、貯槽、管道及容器等。（2）耐熱鋼鋼的耐熱性是高溫抗氧化性和高溫強度的總稱。耐熱鋼通常分為抗氧化鋼和熱強鋼?？寡趸撝饕糜谌缂訜釥t底板、滲碳箱等的零件，常用牌號有4Cr9Si2、1Cr13SiAl。熱強鋼主要適用于高溫強度的汽油機、柴油機的排氣閥、汽輪機葉片、轉(zhuǎn)子等。常見牌號有15CrMo、4Cr14Ni4WMo。模塊四機械工程材料3.1常用金屬材料3.1.2合金鋼4.特殊性能鋼

（3）耐磨鋼定義：耐磨鋼是指在強烈沖擊載荷下發(fā)生沖擊硬化，從而獲得很高的耐磨性的高錳鋼。牌號：這種鋼基本上都是鑄造成型的。因而鋼號寫成ZGMn13即鑄造高錳鋼。用途：主要用于制造鐵路道岔、坦克覆帶、挖土機鏟齒等。

3.1.3鑄鐵定義：鑄鐵是含碳質(zhì)量分數(shù)大于2.11%的鐵碳合金。分類：根據(jù)碳在鑄鐵中的存在形式和形態(tài)不同，鑄鐵可分為：白口鑄鐵、灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、蠕墨鑄鐵和球墨鑄鐵。

1.灰鑄鐵定義：灰鑄鐵中的碳主要以片狀石墨的形式存在，斷口呈暗灰色，故稱灰鑄鐵。模塊四機械工程材料3.1常用金屬材料3.1.3鑄鐵1.灰鑄鐵牌號：以“HT加數(shù)字組成”表示，其中“HT”是“灰”與“鐵”的漢語拼音字首表示灰口鑄鐵，數(shù)字表示其最低的抗拉強度。如HT100表示最低抗拉強度為100MPa的灰鑄鐵。熱處理可以改變灰鑄鐵的基體組織，但不能改變其石墨形態(tài)和分布，因而對提高灰鑄鐵的力學性能作用不大。2.可鍛鑄鐵鑄鐵中石墨呈緊密的團絮狀，它是用白口鑄鐵經(jīng)長期退火后獲得的。由于石墨呈團絮狀，大大減輕了對基體的割裂作用。因此這種鑄鐵強度較高，韌性好。并由此得名“可鍛”，但實際上并不可鍛。分類：可鍛鑄鐵有黑心可鍛鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵。牌號：由“KTH”、“KTZ”及后面的兩組數(shù)字組成。其中“KT”是“可鐵”二字的漢語拼音字首，“H”表示黑心，“Z”表示以珠光體為基體。其后兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強度σb和最低延伸率δ。

模塊四機械工程材料3.1常用金屬材料3.1.3鑄鐵3.球墨鑄鐵球墨鑄鐵在澆注之前，往鐵水中加入一定量的球化劑（稀土鎂合金等）和孕育劑（硅鐵或硅鈣合金），使鑄鐵中的石墨呈球狀析出的鑄鐵。性能：球墨鑄鐵的力學性能比灰鑄鐵和可鍛鑄鐵都高，其抗拉強度、塑性、韌性與相應基體組織的鑄鋼相近，而成本接近于灰鑄鐵，并保留了灰鑄鐵的優(yōu)良性能。用途：球墨鑄鐵一出現(xiàn)就得到了廣泛的使用。如柴油機曲軸、減速箱齒輪以及軋鋼機軋輥等。牌號：由“QT”及后面的兩組數(shù)字組成?！癚T”表示“球鐵”兩字的漢語拼音字首，后面的兩組數(shù)字分別表示最低抗拉強度σb和最低延伸率δ。熱處理：球墨鑄鐵可以采用不同的熱處理工藝，改變其基體組織，從而改變球墨鑄鐵的力學性能。經(jīng)退火處理，提高球墨鑄鐵的塑性和韌性，改善切削加工性能，消除內(nèi)應力；經(jīng)正火處理，提高球墨鑄鐵的強度和耐磨性；經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，獲得較好的綜合力學性能；經(jīng)高溫淬火，球墨鑄鐵獲得高強度、高硬度，又有高韌性的較高綜合性能。模塊四機械工程材料任務二鋼的熱處理鋼的熱處理定義：熱處理是采用適當?shù)姆绞綄饘俨牧匣蚬ぜM行加熱、保溫和冷卻以獲得預期的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。熱處理工藝的分類：根據(jù)加熱和冷卻方法不同，工業(yè)生產(chǎn)中常用的熱處理工藝大致可分為：普通熱處理（退火、正火、淬火、回火）、表面熱處理（表面淬火、化學熱處理）。1.鋼的退火定義：退火是將工件加熱到適當溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。目的：（1）降低硬度，提高塑性，改善切削加工和壓力加工性能；（2）細化晶粒，改善內(nèi)部組織和性能；（3）為以后的熱處理作準備。分類：成分和退火目的的不同，退火可分為完全退火、等溫退火、球化退火、均勻化退火、去應力退火等。模塊四機械工程材料2.鋼的正火定義：正火是將工件加熱奧氏體化后在空氣中冷卻的熱處理工藝。目的：正火目的與退火目的基本相同。正火的應用與退火一樣，一般作為預備熱處理。對合金調(diào)質(zhì)鋼，正火獲得均勻而細密的組織，為調(diào)質(zhì)處理做好了組織準備；對共析鋼，正火可消除網(wǎng)狀滲碳體，為球化退火做好組織準備；對低碳鋼或低碳合金鋼，正火可細化晶粒，提高硬度，改善切削加工性；對性能要求不高的零件，以及一些大型或形狀復雜的零件，淬火容易開裂，也用正火作為最終熱處理。

3.鋼的淬火定義：淬火是將工件加熱奧氏體化后以適當方式冷卻獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。目的：得到馬氏體或貝氏體組織，提高鋼的強度、硬度和耐磨性。淬火常見的冷卻介質(zhì)有：水、鹽水和礦物油。常用的淬火方法有：單介質(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火、分級淬火、等溫淬火。淬火與回火配合，能大大提高鋼的力學性能，所以淬火是強化鋼材的重要熱處理工藝。模塊四機械工程材料淬硬性：是指鋼經(jīng)淬火后能達到的最高硬度。主要取決于鋼中的碳含量，碳含量越高，獲得的硬度越高。淬透性：是指鋼經(jīng)淬火獲得淬硬層深度的能力，淬透性越好，淬硬層越厚。淬透性主要取決于鋼的化學成分和淬火冷卻方式。注意：一般合金鋼淬透性高于碳素鋼，而含碳質(zhì)量分數(shù)相同的碳素鋼與合金鋼淬硬性基本相同。4鋼的回火定義：回火是將淬火鋼重新加熱到低于7270C的某一溫度，保溫一定時間，然后空冷到室溫的熱處理工藝?；鼗鸬哪康氖牵海?）消除殘余應力，防止變形和開裂。（2）調(diào)整工件硬度、強度、塑性和韌性，達到使用性能要求。（3）穩(wěn)定組織與尺寸，保證精度。（4）改善和提高加工性能。模塊四機械工程材料鋼的回火分類：按回火溫度范圍，回火可分為：低溫回火、中溫回火和高溫回火。

常用回火方法特點及應用見下表：

種類

低溫回火

中溫回火

高溫回火

方法工件在2500