機(jī)械基礎(chǔ)（高職機(jī)電專業(yè)）全套教學(xué)課件

機(jī)械基礎(chǔ)MechanicalGeneralEducation全套可編輯PPT課件機(jī)械基礎(chǔ)目錄ContentsPart1Part2Part3Part4Part5機(jī)械基礎(chǔ)概論金屬材料的性能及熱處理工程構(gòu)件的受力與變形機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)連接與軸系零部件Part6液壓傳動與氣壓傳動認(rèn)識機(jī)械第一單元認(rèn)識機(jī)械機(jī)械零件的設(shè)計(jì)與制造案例導(dǎo)入

數(shù)千年前，我們的祖先就知道利用石斧、石鋸、石鐮、弓箭等作為生產(chǎn)和狩獵的工具，利用獨(dú)木舟作為水上交通工具。這些工具的使用就含有簡單機(jī)械的原理。1.1機(jī)械概述古代在動力的利用和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上有著不少精妙之處，如世界上第一臺地震儀——候風(fēng)地動儀、利用齒輪和輪系傳動原理制造的指南車和能連續(xù)發(fā)射的諸葛連弩等。18世紀(jì)19世紀(jì)末20世紀(jì)初20世紀(jì)中期蒸汽機(jī)的發(fā)明促進(jìn)了歐洲機(jī)械工業(yè)的快速發(fā)展，從而產(chǎn)生了第一次工業(yè)技術(shù)革命。其后，各種以蒸汽機(jī)作為原動機(jī)的機(jī)械開始出現(xiàn)，如紡織機(jī)、蒸汽火車和蒸汽輪船等。第二次工業(yè)技術(shù)革命的浪潮中，內(nèi)燃機(jī)的出現(xiàn)促進(jìn)了交通工具的發(fā)展與革新。世界上第一輛汽車和第一架飛機(jī)相繼問世。以電子計(jì)算機(jī)為代表的第三次工業(yè)技術(shù)革命逐步興起，機(jī)電一體化技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中得到應(yīng)用。我國自主研制的“長征”系列運(yùn)載火箭（見圖1-9），截至2017年7月2日已成功發(fā)射250余次。1.2機(jī)器屬于人為的實(shí)體組合體各運(yùn)動實(shí)體之間具有確定的相對運(yùn)動能代替或減輕人類的勞動，利用機(jī)械能做功或進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換機(jī)器是人們根據(jù)使用要求而設(shè)計(jì)制造的一種執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動的裝置，它可以用來變換或傳遞能量、物料與信息，從而代替或減輕人類的體力和腦力勞動。隨著社會的不斷進(jìn)步，各種機(jī)器在人們的日常生活和生產(chǎn)活動中扮演著重要的角色，如洗衣機(jī)、汽車、起重機(jī)、數(shù)控車床等。雖然這些機(jī)器的形狀、結(jié)構(gòu)和用途各不相同，但它們一般具有以下的共同特征：1.2.1.1機(jī)器的組成

根據(jù)組成部分功能不同，一部完整的機(jī)器一般包含五個(gè)部分。下面以轎車為例，介紹機(jī)器各組成部分的含義。

轎車的五個(gè)組成部分如圖1-11所示，可以看出，一臺完整的機(jī)器一般由動力部分、執(zhí)行部分、傳動部分、控制部分、支撐及輔助部分組成。1.2.1.2機(jī)器的類型根據(jù)用途不同，機(jī)器可分為動力機(jī)器、加工機(jī)器、運(yùn)輸機(jī)器和信息機(jī)器，它們各自的用途及應(yīng)用。類型用途應(yīng)用舉例動力機(jī)器實(shí)現(xiàn)其他能量與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換

電動機(jī)

內(nèi)燃機(jī)1.2.1.2機(jī)器的類型根據(jù)用途不同，機(jī)器可分為動力機(jī)器、加工機(jī)器、運(yùn)輸機(jī)器和信息機(jī)器，它們各自的用途及應(yīng)用。類型用途應(yīng)用舉例加工機(jī)器用來改變加工對象的尺寸、形狀、性質(zhì)和狀態(tài)

車床

鉆床運(yùn)輸機(jī)器用來運(yùn)輸人員或物品

客車

叉車信息機(jī)器用來獲取或變換信息

傳真機(jī)

手機(jī)1.2.2機(jī)構(gòu)

機(jī)構(gòu)是具有確定相對運(yùn)動的構(gòu)件的組合，它是用來傳遞運(yùn)動和動力的構(gòu)件系統(tǒng)。機(jī)器可以看做是一個(gè)或若干個(gè)機(jī)構(gòu)的組合。如果從結(jié)構(gòu)和運(yùn)動的觀點(diǎn)來看，機(jī)器和機(jī)構(gòu)二者之間沒有明顯區(qū)別，故通常將機(jī)器和機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為機(jī)械。1.3構(gòu)件與零件構(gòu)件是指組成機(jī)構(gòu)的各個(gè)具有相對運(yùn)動關(guān)系的實(shí)物，它是機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動單元零件是組成機(jī)器的基本單元，按照適用范圍不同，零件可分為通用零件和專用零件兩類通用零件在各種機(jī)器中都能用到，如螺栓、螺母、銷釘、軸承、齒輪等；專用零件僅用于實(shí)現(xiàn)特定功能的機(jī)器，如內(nèi)燃機(jī)的曲軸、起重機(jī)的吊鉤、液壓馬達(dá)的葉片等機(jī)器中這種不可拆卸的制造單元稱為機(jī)械零件，簡稱零件1.4課程內(nèi)容、性質(zhì)及任務(wù)了解常用機(jī)械傳動方式，掌握常用機(jī)構(gòu)的運(yùn)動原理，培養(yǎng)使用、維護(hù)一般機(jī)械的能力

本課程將“工程材料”“工程力學(xué)”“機(jī)械原理”等傳統(tǒng)機(jī)械專業(yè)課程的內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)整合，安排了機(jī)械基礎(chǔ)概論、金屬材料的性能與熱處理、工程構(gòu)件的受力與變形、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)、連接與軸系零部件、液壓傳動與氣壓傳動等六個(gè)模塊的內(nèi)容，突出了教學(xué)內(nèi)容的實(shí)用性和綜合性，并注重對學(xué)生動手能力和解決工程實(shí)際問題能力的培養(yǎng)。了解并初步掌握工程實(shí)際中簡單力學(xué)問題的分析方法，并能對工程構(gòu)件的強(qiáng)度進(jìn)行分析和計(jì)算掌握一般機(jī)械中常用工程材料的類別、性能、用途及選材原則，并掌握常用金屬材料熱處理的作用及方法熟悉常用機(jī)械零部件的結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)，掌握機(jī)械零部件的選用和基本設(shè)計(jì)方法了解液壓與氣體傳動的基礎(chǔ)知識，會進(jìn)行簡單液壓與氣動系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)1.5學(xué)習(xí)方法綜合應(yīng)用所學(xué)知識本課程具有很強(qiáng)的綜合性，在學(xué)習(xí)之前應(yīng)綜合了解工程制圖、金工實(shí)習(xí)、互換性與測量技術(shù)等課程的基本知識，并注意各知識點(diǎn)之間的聯(lián)系01理論聯(lián)系實(shí)際，做到學(xué)以致用本課程所學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)際聯(lián)系十分緊密，在學(xué)習(xí)過程中，應(yīng)注重將所學(xué)基本原理與生活中的實(shí)物聯(lián)系起來，以加深對基本理論和知識的理解02學(xué)會總結(jié)和歸納，提高分析和解決問題的能力本課程的研究對象較多，在學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)及時(shí)對研究對象所涉及的基本理論和原理進(jìn)行歸納總結(jié)，以提高獨(dú)立分析和解決工程實(shí)際問題的能力03在動手實(shí)踐中領(lǐng)悟知識本課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，學(xué)生應(yīng)積極參加課程實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)等實(shí)踐內(nèi)容，在動手中強(qiáng)化知識，提高能力04本章小結(jié)零件是機(jī)器的最小制造單元；構(gòu)件是機(jī)器的運(yùn)動單元體，也就是相互之間能做相對運(yùn)動的物體機(jī)構(gòu)是具有確定相對運(yùn)動的構(gòu)件的組合。機(jī)器是人為實(shí)體的組合，它的各部分之間具有確定的相對運(yùn)動，并能減輕甚至代替人類的體力勞動，其作用是完成有用的機(jī)械功或?qū)崿F(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換從功能劃分的角度看，機(jī)器主要由動力部分、傳動部分、執(zhí)行部分、控制部分和支撐及輔助部分組成本課程是一門介紹機(jī)械基礎(chǔ)知識、基本理論和分析方法，在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)注意理論和實(shí)踐相結(jié)合機(jī)械零件的設(shè)計(jì)與制造第二單元機(jī)械零件對材料的要求機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性要求摩擦、磨損和潤滑機(jī)械零件的承載能力2.1機(jī)械零件對材料的要求金屬材料陶瓷材料高分子材料機(jī)械工程材料符合材料金屬材料的性能包含使用性能和工藝性能兩方面2.2機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性要求

機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性能具體是指其結(jié)構(gòu)制造的可行性和經(jīng)濟(jì)性。

零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單合理，盡量便于切削加工，減少切削量，提高切削效率；盡量避免或減少裝配時(shí)的切削加工和手工裝配，使拆裝方便；盡量組成獨(dú)立部件或裝配單元，以便平行裝配2.3.1摩擦的類型

摩擦分為滾動摩擦和滑動摩擦，其中滑動摩擦的類型主要有干摩擦、流體摩擦、邊界摩擦和混合摩擦。干摩擦干摩擦是表面間無任何潤滑劑或保護(hù)膜，兩摩擦表面直接接觸的摩擦邊界摩擦邊界摩擦是摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，摩擦性質(zhì)取決于邊界膜和表面的吸附性能的摩擦流體摩擦流體摩擦是摩擦表面被流體膜隔開，摩擦性質(zhì)取決于流體內(nèi)部分子間黏性阻力的摩擦混合摩擦混合摩擦是摩擦表面間有潤滑油，但不足以保證流體摩擦的摩擦形式2.3.2磨損

機(jī)械運(yùn)動構(gòu)件之間的摩擦將導(dǎo)致零件表面材料逐漸損耗或遷移，形成磨損。磨損會影響機(jī)械的效率，降低工作的可靠性，甚至使機(jī)械提前報(bào)廢。磨合階段穩(wěn)定磨損階段劇烈磨損階段磨合階段包括摩擦表面輪廓峰的形成變化和表面材料被加工硬化的兩個(gè)過程。由于機(jī)件加工后的表面總具有一定的表面粗糙度，在磨合初期，只有很少的輪廓峰接觸，因此接觸面上真實(shí)應(yīng)力很大，使接觸輪廓峰壓碎和塑性變形，同時(shí)薄的表層被冷作硬化，原有的輪廓峰逐漸消失，變成形狀和尺寸均不同于原樣的新輪廓峰。穩(wěn)定磨損階段的長短代表零件使用壽命的長短。在這個(gè)階段內(nèi)，零件在平穩(wěn)而緩慢的速度下磨損，它標(biāo)志著摩擦條件保持相對穩(wěn)定烈磨損階段中摩擦副的溫度急劇增大，磨損速度也急劇增大，這時(shí)必須停機(jī)并更換零件。經(jīng)過穩(wěn)定磨損階段后，零件的表面遭到破壞，運(yùn)動副中的間隙增大，引起額外的運(yùn)動載荷，出現(xiàn)噪聲和振動。2.3.3潤滑

對機(jī)械進(jìn)行潤滑是減少摩擦和磨損、提高機(jī)械效率、減少能量損失、降低材料消耗、保證機(jī)器工作可靠性的有效手段。在摩擦面間加入潤滑劑不僅可以降低摩擦、減輕磨損、保證零件不遭銹蝕，而且在采用循環(huán)潤滑時(shí)還能起到散熱降溫的作用。由于液體的不可壓縮性，潤滑油膜還具有緩沖、吸振的能力。使用膏狀的潤滑脂，既可防止內(nèi)部的潤滑劑外泄，又可阻止外部雜質(zhì)侵入，避免加劇零件的磨損，起到密封的作用。2.4機(jī)械零件的承載能力

機(jī)械零件由于某種原因不能正常工作的情況，稱為失效。在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度，稱為工作能力。通常此限度是對承受載荷而言的，所以習(xí)慣上又稱為承載能力。

機(jī)械零件常見的失效形式有整體斷裂、過大的殘余變形、零件表面的破壞以及破壞正常工作條件引起的失效。2.4.1整體斷裂

零件在受到外載荷作用時(shí)，由于某一危險(xiǎn)截面上受力超過零件的承載能力而發(fā)生斷裂，或者零件在受交變外力的作用時(shí)，危險(xiǎn)截面上發(fā)生的疲勞斷裂均屬此類，如螺栓的斷裂、齒輪輪齒根部的折斷、泰坦尼克號的斷裂。2.4過大的殘余變形零件表面的破壞破壞正常工作條件引起的失效零件在工作時(shí)，有時(shí)會產(chǎn)生過大的殘余變形。例如，軸由于過大的彈性形變（即剛度不足），致使軸頸在軸承中傾斜，若軸上裝有齒輪則齒輪受載不均勻，以致影響正常工作。零件的表面破壞主要是腐蝕、磨損和接觸疲勞。腐蝕是發(fā)生在金屬表面的一種電化學(xué)侵蝕現(xiàn)象，使金屬表面產(chǎn)生銹蝕，從而使零件表面遭到破壞，處于潮濕空氣中或與水、蒸汽及其他腐蝕性介質(zhì)相接觸的金屬零件均有可能發(fā)生腐蝕現(xiàn)象；所有做相對運(yùn)動的零件接觸表面都有可能發(fā)生磨損；而在交變應(yīng)力條件下工作的零件表面則有可能發(fā)生接觸疲勞。有些零件只有在一定的工作條件下才能正常工作。本章小結(jié)選擇機(jī)械零件的材料時(shí)，要滿足零件的使用性能和工藝性能的要求，同時(shí)兼顧合理的經(jīng)濟(jì)性機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性是指其結(jié)構(gòu)制造的可行性和經(jīng)濟(jì)性滑動摩擦有干摩擦、流體摩擦、邊界摩擦和混合摩擦四種類型機(jī)械運(yùn)動構(gòu)件之間的摩擦將導(dǎo)致零件表面材料逐漸損耗或遷移，即形成磨損。一個(gè)零件的磨損過程大致可分為磨合階段、穩(wěn)定磨損階段和劇烈磨損階段對機(jī)械進(jìn)行潤滑是減少摩擦和磨損、提高機(jī)器效率、減少能量損失、降低材料消耗、保證機(jī)器工作可靠性的有效手段機(jī)械零件由于某種原因不能正常工作的情況，稱為失效。在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度，稱為工作能力。本章小結(jié)選擇機(jī)械零件的材料時(shí)，要滿足零件的使用性能和工藝性能的要求，同時(shí)兼顧合理的經(jīng)濟(jì)性機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)工藝性是指其結(jié)構(gòu)制造的可行性和經(jīng)濟(jì)性滑動摩擦有干摩擦、流體摩擦、邊界摩擦和混合摩擦四種類型機(jī)械運(yùn)動構(gòu)件之間的摩擦將導(dǎo)致零件表面材料逐漸損耗或遷移，即形成磨損。一個(gè)零件的磨損過程大致可分為磨合階段、穩(wěn)定磨損階段和劇烈磨損階段對機(jī)械進(jìn)行潤滑是減少摩擦和磨損、提高機(jī)器效率、減少能量損失、降低材料消耗、保證機(jī)器工作可靠性的有效手段機(jī)械零件由于某種原因不能正常工作的情況，稱為失效。在不發(fā)生失效的條件下，零件所能安全工作的限度，稱為工作能力。金屬材料的性能第三章金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的工藝性能案例導(dǎo)入

金屬材料的性能包括使用性能和工藝性能兩個(gè)方面使用性能金屬材料在使用過程中表現(xiàn)出來的性質(zhì)和特點(diǎn)，主要包括力學(xué)性能、物理性能（如密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等）和化學(xué)性能（如耐酸性、抗氧化性、耐熱性等）工藝性能金屬材料被加工成所需零件的難易程度，主要包括鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能、切削加工性能等金屬性能3.1金屬材料的力學(xué)性能

金屬材料的力學(xué)性能又稱機(jī)械性能

它是指金屬在力的作用下所表現(xiàn)出來的與彈性和非彈性反應(yīng)相關(guān)或涉及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的性能，如彈性、強(qiáng)度、硬度、塑性、沖擊韌性等。

金屬力學(xué)性能是評定金屬材料質(zhì)量的主要判據(jù)，也是金屬構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)選材和強(qiáng)度計(jì)算的主要依據(jù)3.1.1強(qiáng)度

金屬在力的作用下，抵抗永久變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度

變形是指在外力作用下，材料由于內(nèi)部原子之間的位置發(fā)生改變而導(dǎo)致的宏觀形狀和尺寸的變化。

根據(jù)撤去外力后能否恢復(fù)，變形可分為彈性變形和塑性變形3.1.1強(qiáng)度

金屬材料的強(qiáng)度通常由專門的試驗(yàn)來測定，其中應(yīng)用最普遍的是拉伸試驗(yàn).拉伸試驗(yàn)是指用靜拉伸力對試樣進(jìn)行軸向拉伸，通過測量拉伸力和相應(yīng)的伸長量，測量其力學(xué)性能的試驗(yàn)

進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，將試樣兩端分別緊固在拉伸試驗(yàn)機(jī)上，逐漸增加軸向拉力（又稱拉伸力），連續(xù)記錄拉伸力和試樣的伸長量，直至試樣被拉斷。根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)可以繪制拉伸力與伸長量之間的關(guān)系曲線，稱為力—伸長曲線或拉伸曲線3.1.1強(qiáng)度

低碳鋼的拉伸曲線階段曲線特征力學(xué)性能OE段：彈性變形階段直線試樣長度隨著拉伸力的增大而增大，撤去外力后，試樣變形消失，恢復(fù)原長ES段：屈服階段上下波動在該階段，拉力一旦超過

，試樣將發(fā)生塑性變形。當(dāng)拉力增加到

時(shí)，在拉力不增加甚至略有減小的情況下，試樣還將繼續(xù)伸長，這種現(xiàn)象稱為屈服SB段：強(qiáng)化階段非線性增大需要不斷地增加拉力，試樣才能繼續(xù)伸長。隨著塑性變形的增大，試樣抵抗變形的內(nèi)力也逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為形變強(qiáng)化。

為整個(gè)拉伸過程中的最大拉力BZ段：縮頸階段下降拉力達(dá)到最大值后，試樣中間某處的直徑會發(fā)生局部收縮，稱為“縮頸”。由于橫截面積減小，拉力不斷減小力學(xué)特性3.1.2塑性

塑性是指金屬斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力

塑性好的金屬材料容易發(fā)生塑性變形，從而容易進(jìn)行壓力加工成形圖3-6壓力加工成型的轎車車門圖3-7碰撞后的轎車車門3.1.3硬度

硬度是衡量金屬材料軟硬的一種性能指標(biāo)

常用的硬度試驗(yàn)方法有布氏測試法、洛氏測試法和維氏測試法等，所測定的硬度值分別稱為布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度類別試驗(yàn)原理簡圖測試方法應(yīng)用范圍布氏硬度/

HBW采用直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金鋼球作為壓頭，以規(guī)定壓力P擠壓材料表面并保持規(guī)定的時(shí)間，測量圓形壓痕的直徑d，利用公式求出硬度值，或從專門編制的硬度表中查出對應(yīng)的硬度值適用于測定各種退火及調(diào)質(zhì)的鋼材、非鐵合金及鑄鐵等不太硬的工件，不適合測定太薄的工件洛氏硬度/

HR采用120°頂角的金剛石或直徑為1.5875mm的鋼球作為壓頭，以一定的壓力擠壓材料表面，根據(jù)壓痕的深度計(jì)算材料的硬度。根據(jù)試驗(yàn)壓力的不同，可分為三種標(biāo)度：HRA，HRB和HRC適用于測定布氏硬度值大于450或尺寸較小的工件維氏硬度/

HV以相對面夾角為136°的正四棱錐形金剛石作為壓頭，以49.03～980.7N的載荷擠壓材料表面并保持規(guī)定時(shí)間，測量壓痕對角線的長度d，然后按公式計(jì)算硬度值由于壓痕較小，適用于測定較薄工件、工具表面或帶鍍層工件表3-2三種硬度的比較3.1.4沖擊韌性

沖擊韌性是指金屬材料斷裂前吸收變形能量的能力

金屬材料的沖擊韌性通常由沖擊吸收功來衡量。沖擊吸收功可以通過一次擺錘沖擊試驗(yàn)來測定圖3-8沖擊試驗(yàn)原理簡圖

試驗(yàn)中測定的沖擊吸收功不能直接用于工程計(jì)算，只能作為判斷材料沖擊韌性的定性指標(biāo)。3.1.5疲勞強(qiáng)度

零件在承受外部載荷作用時(shí)內(nèi)部會產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)外部載荷呈周期性變化時(shí)，應(yīng)力也會作周期性變化，稱為交變應(yīng)力或循環(huán)應(yīng)力

機(jī)械零件工作時(shí)需要承受交變應(yīng)力的作用，雖然應(yīng)力水平低于材料的屈服強(qiáng)度，但經(jīng)過長時(shí)間的反復(fù)作用后，零件會產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生斷裂破壞，這種現(xiàn)象稱為金屬的疲勞破壞，簡稱疲勞

金屬材料的疲勞性能由疲勞強(qiáng)度來衡量

疲勞強(qiáng)度是指金屬材料承受無限多次交變載荷的作用而不發(fā)生破壞的最大應(yīng)力，它表示材料抵抗交變載荷作用而不發(fā)生疲勞破壞的能力3.2.1金屬材料的工藝性能

金屬材料通過鑄造的方法獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的能力稱為金屬材料的鑄造性能，它反映了金屬材料熔化澆注成為鑄件的難易程度。

工業(yè)生產(chǎn)中，灰鑄鐵具有良好的鑄造性能，因而被廣泛用于鑄造各種結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、大型的機(jī)械零件，如暖氣片、鋼管、管接頭、車床底座等。3.2.2壓力加工性能

利用金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，以獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的毛坯或零件的加工方法稱為金屬壓力加工，又稱為金屬塑性加工。（a）軋制

（b）擠壓

（c）冷拔

（d）鍛造

（e）冷沖壓

金屬材料在壓力加工過程中成形的難易程度稱為金屬材料的壓力加工性能3.2.3焊接性能

通過加熱或加壓，或者兩者并用，使兩工件產(chǎn)生原子間結(jié)合的加工方法稱為焊接。

金屬材料在焊接過程中得到優(yōu)質(zhì)焊接接頭的能力稱為焊接性能，又稱可焊性。（a）手工電弧焊

（b）氣焊

（c）機(jī)器人自動焊3.2.4切削加工性能

切削加工性能是指對金屬材料進(jìn)行切削加工的難易程度。衡量切削加工性能的因素有刀具的使用壽命、零件的表面質(zhì)量、切削工時(shí)等。

（a）車削

（b）銑削

（c）磨削

（d）鉆削4.0金屬材料及應(yīng)用

鋼鐵材料在人們的日常生活和生產(chǎn)活動中具有非常廣泛的應(yīng)用，從廚房的鍋碗瓢盆，到出行所乘的汽車、高鐵，再到各種機(jī)械加工設(shè)備，都離不開鋼鐵材料。

（a）餐具

（b）剪刀

（c）鋼橋

（d）推土機(jī)4.1金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)

固態(tài)物質(zhì)按原子排列的特點(diǎn)可分為晶體與非晶體兩類。凡原子按一定規(guī)律排列的固態(tài)物質(zhì)，稱為晶體；原子在空間無規(guī)則排列的固態(tài)物質(zhì)，稱為非晶體。

晶體內(nèi)部的原子是按一定的幾何規(guī)律排列的。

這種抽象的、用于描述原子在晶體中排列方式的空間幾何圖形稱為結(jié)晶格子，簡稱晶格。

晶格是由許多形狀、大小相同的幾何單元重復(fù)堆積而成的。其中能夠完整地反映晶體特征的最小幾何單元稱為晶胞。（a）

（b）

（c）4.1金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)

不同的金屬具有不同的晶格類型，其中最常見的晶體結(jié)構(gòu)有三種類型，即體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。晶格類型晶胞（質(zhì)點(diǎn)模型、鋼球模型）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)常見金屬體心立方晶格立方體的八個(gè)頂角上各排列著一個(gè)原子，立方體的中心有一個(gè)原子α-Fe，δ-Fe，Cr，V，Mo，W，Nb晶格類型晶胞（質(zhì)點(diǎn)模型、鋼球模型）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)常見金屬面心立方晶格立方體的八個(gè)頂角和六個(gè)面的中心各排列一個(gè)原子γ-Fe，Al，Cu，Ni，Au，Ag密排立方晶格正六方柱體的十二個(gè)頂角和上，下面中心各排列一個(gè)原子，上下底面之間還均勻分布著三個(gè)原子Mg，Zn，Be，Cd，α-Ti4.2.1鐵碳合金

鋼鐵主要由鐵和碳兩種基本元素構(gòu)成，故鋼鐵又稱為鐵碳合金

通常情況下，將碳含量

在0.0218%到2.11%之間的鐵碳合金稱為鋼；碳含量小于0.0218%的鐵碳合金稱為純鐵；碳含量大于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵。圖4-3鋼鐵中碳含量的范圍4.2.1鐵碳合金

鋼鐵材料的性能與其內(nèi)部的組織有重要的關(guān)系。鐵碳合金在液態(tài)時(shí)，內(nèi)部的鐵和碳可以無限互溶；在固態(tài)時(shí)，根據(jù)碳含量的不同，碳可以與鐵形成固溶體或化合物，或形成固溶體和化合物組成的混合物。這三種碳的存在形式形成了不同的碳鋼組織，主要有鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體和萊氏體等。

（a）鐵素體

（b）奧氏體

（c）滲碳體

（d）珠光體

（e）萊氏體4.2.2鐵碳合金相圖分析

鐵碳合金相圖是表示在緩慢冷卻（或緩慢加熱）的條件下，不同成分的鐵碳合金的狀態(tài)或組織隨溫度變化的圖形。圖4-5相圖4.2.3工業(yè)用鋼根據(jù)化學(xué)成分分類根據(jù)是否含有合金元素，鋼可分為碳素鋼（又稱碳鋼）和合金鋼根據(jù)冶金質(zhì)量分類根據(jù)冶金質(zhì)量（即雜質(zhì)元素含量）的不同，鋼可分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼根據(jù)用途分類根據(jù)用途不同，鋼可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼和專業(yè)用鋼等。鋼的分類4.2.3工業(yè)用鋼鋼的分類

工業(yè)用鋼一般由專門的冶金廠生產(chǎn)，市場上供應(yīng)的鋼材種類有板材（薄鋼板、中等厚度鋼板、鋼帶等）、管材（焊接鋼管和無縫鋼管）、型材（圓鋼、方鋼、工字鋼和槽鋼等）、線材及其他異形鋼材等。（a）鋼板

（b）鋼管

（c）工字鋼

（d）線材4.2.3工業(yè)用鋼

金屬的牌號是指按照規(guī)定對金屬材料進(jìn)行的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化編號。通常鋼的牌號由大寫的漢語拼音、化學(xué)元素符號、阿拉伯?dāng)?shù)字等組成。類別牌號示例含義說明碳素鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235AF“Q”是“屈”字拼音的首字母，后面的數(shù)字表示屈服強(qiáng)度，單位為MPa；字母A表示鋼的質(zhì)量，從A到D質(zhì)量依次提高；F，b，Z，TZ分別表示沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼。例如，Q235AF表示屈服強(qiáng)度為235MPa，A級質(zhì)量的沸騰碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼4565Mn兩位數(shù)字表示鋼的平均碳含量，以萬分之幾計(jì)；后面的元素符號表示該元素的含量比較高。例如，45鋼表示碳含量為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼T8T11A“T”是“碳”字拼音的首字母，后面的數(shù)字表示鋼中碳的平均含量，以千分之幾計(jì)；若為高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼，在鋼號后面加A。例如，T11A表示平均碳含量為1.1%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼30CrMnSiA60Si2Mn前面兩位數(shù)字表示鋼的平均碳含量，以萬分之幾計(jì)；元素符號表示所含的合金元素，其平均含量小于1.5%時(shí)一般不標(biāo)出，當(dāng)平均含量依次為1.5%～2.5%，2.5%～3.5%，3.5%～4.5%……時(shí)，在元素符號的后面相應(yīng)地加上數(shù)字2，3，4……；若為高級優(yōu)質(zhì)鋼、特級優(yōu)質(zhì)鋼，在鋼號后面相應(yīng)地加上A，E。例如，30CrMnSiA表示平均碳含量為0.30%，鉻、錳、硅的平均含量均小于1.5%的高級優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼8MnSi前面的數(shù)字表示鋼的平均碳含量，以千分之幾計(jì)，若平均碳含量大于1.0%，則一般不標(biāo)出；合金元素平均含量的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同。例如，8MnSi表示平均碳含量為0.8%，錳、硅含量均小于1.5%的合金工具鋼特殊性能鋼2Cr13平均含碳量以千分之幾表示，但當(dāng)平均含碳量不大于0.03%及0.08%時(shí)，鋼號前分別加00及0表示。合金元素含量的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同表4-4部分鋼的牌號及含義4.2.3工業(yè)用鋼

工業(yè)用鋼中，碳素鋼的用量非常大。常用的碳素鋼有碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼以及鑄造碳鋼等。表4-5常用碳素鋼的牌號、性能及應(yīng)用范圍類別牌號舉例性能特點(diǎn)應(yīng)用范圍碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235塑性好，強(qiáng)度較低，能保證一定的力學(xué)性能，容易冶煉，工藝性能良好用于制造建筑、橋梁、船舶等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)件，或者加工螺釘、螺母等力學(xué)性能要求不是很高的機(jī)械零部件優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼45熱加工及切削性能良好，焊接性能較差，強(qiáng)度、塑性等綜合力學(xué)性能良好用于制造受力較大的零件，如齒輪和普通軸等碳素工具鋼T8工藝性能好，在熱處理后可以獲得很高的硬度，溫度不高時(shí)耐磨性良好；但熱硬性較差，淬透性較低用于制造形狀簡單、尺寸小、切削速度低、工作溫度不高的工具，如模具沖頭、剪刀等鑄造碳鋼ZG200-400具有較高的強(qiáng)度、塑性和韌性用于制造需要受力大并承受沖擊載荷的零部件，如軋鋼機(jī)底座、水壓機(jī)底座、火車車輪及車鉤等4.2.3工業(yè)用鋼

為改善碳鋼的機(jī)械性能，通常在煉鋼時(shí)加入某些微量元素，如Mn，Si，Cr，Ni，Mo，W，V等，由此獲得的鋼材稱為合金鋼。類別牌號舉例性能特點(diǎn)應(yīng)用范圍合合金結(jié)構(gòu)鋼低合金鋼30CrMnSiA碳含量為0.12%～0.20%，磷、硫含量不大于0.45%，合金元素總量不大于3%，主要添加元素為硅、錳及少量的鈦、釩、鈮、銅及稀土元素等；具有較好的塑性、韌性和焊接性能，且冶煉較簡單廣泛用于制作各種機(jī)器零件和工程構(gòu)件，如車輛大梁、房屋鋼架、輸油管道等合金

滲碳鋼20CrMnTi含碳量一般為0.10%～0.25%，加入的合金元素主要有錳、鉻、鎳、鉬、釩、鈦、硼等；經(jīng)淬火和低溫回火后，具有較高的表面硬度和耐磨性，同時(shí)心部具有良好的強(qiáng)度和韌性，抗沖擊載荷能力強(qiáng)適用于制造各類受沖擊載荷作用的零部件，如變速齒輪、活塞銷、軸類零件等合金

調(diào)質(zhì)鋼38CrMoAl含碳量一般為0.25%～0.50%，具有較高的強(qiáng)度和韌性；若調(diào)質(zhì)后再進(jìn)行淬火，可進(jìn)一步提高鋼件表面的耐磨性適用于制造汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床等機(jī)器上的重要零件，如齒輪、連桿、軸類零件等類別牌號舉例性能特點(diǎn)應(yīng)用范圍合合金工具鋼刃具鋼9SiCr具有高硬度、高耐磨性、高紅硬性（紅硬性是指鋼在高溫下保持高硬度的能力）及一定的韌性和塑性適用于制造各類低速切削的薄刃刀具，如板牙、絲錐、鉸刀等模具鋼Cr12MoV5CrNiMo分為冷作模具、熱作模具和塑料模具三類，其性能特點(diǎn)與用途有關(guān)適用于制造各種鍛造、沖壓、壓鑄等模具量具鋼9Cr2含碳量通常高達(dá)0.90%～1.50%，并含有鉻、鎢、錳等碳化物組成元素適用于制造各類高精度量具，如塊規(guī)、量規(guī)、卡尺、千分尺等特殊性能鋼高速鋼W6Mo5Cr4V2W12Cr4v5Co5含有鎢、鉬、鉻、釩等合金元素，在高速切削產(chǎn)生的高溫下（約500℃時(shí)）仍能保持較高的硬度（不低于60HRC）通用型高速鋼適用于制造普通刀具，如鉆頭、鋸條、滾刀、拉刀等；特殊用途高速鋼適用于制造難加工金屬（如鈦合金、高溫合金等）的切削刀具合金

彈簧鋼60Si2Mn具有很高的抗拉強(qiáng)度、彈性極限及疲勞強(qiáng)度，一定的淬透性和良好的表面質(zhì)量適用于制造各類彈簧及彈性零件合金

軸承鋼GCr15具有高而均勻的硬度和耐磨性，以及較高的彈性極限和良好的尺寸穩(wěn)定性適用于制造各類軸承的滾珠、滾柱及軸承內(nèi)外圈等不銹鋼06Cr18Ni9Cu3主要的合金元素為Cr，其含量一般不低于10.5%；具有良好的耐蝕性、拋光性和耐熱性適用于制造耐腐蝕零部件，如化工設(shè)備、容器、餐具等表4-6常用合金鋼的牌號、性能及應(yīng)用范圍4.2.4鑄鐵

平均含碳量大于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵

鑄鐵種類很多，根據(jù)碳存在形式的不同，鑄鐵可分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵和麻口鑄鐵三類白口鑄鐵灰口鑄鐵麻口鑄鐵

碳主要以滲碳體形式存在，斷口呈銀白色，由于具有很高的脆性和硬度，難以進(jìn)行切削加工，故工業(yè)中很少直接用白口鑄鐵來制造機(jī)械零件

碳主要以片狀石墨形式存在，斷口呈暗灰色，具有一定的力學(xué)性能和切削加工性能，故在工業(yè)中灰口鑄鐵應(yīng)用最為普遍

一部分碳以石墨形式存在，另一部分以滲碳體形式存在，斷口呈灰白相間的麻點(diǎn)狀，在工業(yè)中應(yīng)用很少5.1金屬材料的熱處理

采用適當(dāng)?shù)姆绞綄虘B(tài)金屬材料進(jìn)行加熱、保溫及冷卻，以獲得預(yù)期所需的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝過程稱為熱處理。

熱處理的工藝過程，但基本上所有的熱處理都需要經(jīng)過加熱、保溫、冷卻三個(gè)過程。

圖5-1熱處理工藝曲線5.1金屬材料的熱處理

鋼的內(nèi)部組織發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)的溫度稱為臨界溫度。通常情況下，鋼在加熱和冷卻階段都會發(fā)生組織轉(zhuǎn)變

圖5-2鋼在加熱和冷卻時(shí)組織轉(zhuǎn)變的臨界溫度5.1金屬材料的熱處理

熱處理的種類很多，根據(jù)熱處理的目的和工藝方法的不同，熱處理可分為整體熱處理和表面熱處理兩大類。熱處理整體熱處理主要觀點(diǎn)二主要觀點(diǎn)三主要觀點(diǎn)四表面熱處理——退火、正火、淬火、回火、調(diào)質(zhì)處理、時(shí)效處理等表面淬火——火焰加熱、感應(yīng)加熱等化學(xué)熱處理——滲碳、滲氮、碳氮共滲等5.2.1鋼的整體熱處理

鋼的整體熱處理是指對鋼件整體進(jìn)行加熱，經(jīng)保溫后以一定方法冷卻，以改變鋼件的內(nèi)部組織和整體力學(xué)性能的熱處理工藝方法。

退火是將鋼件加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，?jīng)過一定時(shí)間的保溫后，緩慢冷卻（一般為隨爐冷卻）以使內(nèi)部組織均勻化，從而獲得預(yù)期力學(xué)性能的熱處理工藝。對鋼件進(jìn)行退火的目的主要有以下幾個(gè)方面。（1）降低材料的強(qiáng)度和硬度，提高塑性，為后續(xù)機(jī)械加工做準(zhǔn)備。（2）減小材料內(nèi)部組織的不均勻性，細(xì)化晶粒，消除內(nèi)部應(yīng)力。（3）為后續(xù)的熱處理做好組織準(zhǔn)備。5.2.1鋼的整體熱處理

不同成分的鋼件在退火時(shí)所需的加熱溫度和冷卻方式各不相同，通?？蓪⑼嘶鸱譃橥耆嘶?、等溫退火、球化退火、均勻退火和去應(yīng)力退火。（a）加熱溫度

（b）工藝曲線示意圖5.2.1鋼的整體熱處理

不同成分的鋼件在退火時(shí)所需的加熱溫度和冷卻方式各不相同，通常可將退火分為完全退火、等溫退火、球化退火、均勻退火和去應(yīng)力退火。（a）加熱溫度

（b）工藝曲線示意圖類別處理方法特點(diǎn)應(yīng)用范圍完全退火將鋼件加熱到

以上30～50℃，保溫一段時(shí)間后，隨爐冷卻或?qū)摷袢肷?、石灰中，待冷卻至500℃時(shí)取出空冷降低鋼件硬度，使組織均勻化，充分消除內(nèi)應(yīng)力，為后續(xù)機(jī)械加工做好組織準(zhǔn)備適用于亞共析鋼和合金鋼的鑄件、鍛件和焊件等等溫退火與完全退火的加熱溫度相同，先快速冷卻到

以下的某一溫度保溫，待奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w后出爐空冷細(xì)化組織和降低硬度，獲得的組織比完全退火更均勻適用于中碳合金鋼和低合金鋼球化退火將鋼件加熱到

以上10～30℃、保溫一段時(shí)間后，隨爐冷卻至600℃后取出空冷使鋼件中碳化物球狀化，以改善切削加工性能，減小后續(xù)淬火時(shí)工件的變形和開裂適用于碳素工具鋼、合金工具鋼及軸承鋼等，為后續(xù)淬火準(zhǔn)備合適的組織均勻退火將鋼件加熱到

以上150～200℃，保溫10～15h后緩慢冷卻消除鋼件內(nèi)部化學(xué)成分的偏析和組織的不均勻性適用于合金鋼的大型鑄件或鍛件去應(yīng)力退火將鋼件加熱到

以下100～200℃左右，保溫一段時(shí)間后，隨爐冷卻至250℃左右后取出空冷用于消除上一步加工工序產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，以減小變形，發(fā)生組織改變但不發(fā)生相變主要用于鍛造、鑄造等毛坯的去應(yīng)力處理，為后續(xù)冷熱加工做準(zhǔn)備表5-1幾種退火方式的處理方法、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍5.2.1鋼的整體熱處理

正火是將鋼件加熱到

或

以上30～50℃，經(jīng)過一段時(shí)間保溫后，在空氣中冷卻以得到珠光體組織的熱處理工藝對鋼件進(jìn)行正火主要有以下幾個(gè)方面的目的和應(yīng)用。（1）提高低碳鋼、低碳合金鋼的硬度，改善切削加工性能。（2）細(xì)化晶粒，消除網(wǎng)狀碳化物，為后續(xù)熱處理工藝做好組織準(zhǔn)備。（3）提高強(qiáng)度、硬度和韌性，可作為對力學(xué)性能要求不高的機(jī)械零部件的最終熱處理5.2.1鋼的整體熱處理

淬火是將鋼件加熱到

或以上30～50℃，經(jīng)過一定時(shí)間的保溫后，在某種介質(zhì)中快速冷卻，以大幅提高材料硬度的熱處理工藝。

鋼件進(jìn)行淬火時(shí)所使用的冷卻介質(zhì)稱為淬火介質(zhì)。

淬火時(shí)，所選擇的冷卻方式和冷卻速度直接影響淬火的效果。冷卻速度過快，鋼件容易發(fā)生開裂和變形；冷卻速度過慢，鋼件無法達(dá)到所要求的性能。根據(jù)冷卻方式的不同，淬火可分為單介質(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火、分級淬火和等溫淬火等。1—單介質(zhì)淬火法；2—雙介質(zhì)淬火法；3—分級淬火法；4—等溫淬火法圖5-4各種淬火方法的冷卻曲線示意圖5.2.1鋼的整體熱處理類別處理方法工藝特點(diǎn)應(yīng)用范圍單介質(zhì)淬火將加熱保溫后的鋼件直接放入一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻。一般非合金鋼采用水作為淬火介質(zhì)，碳鋼采用油作為淬火介質(zhì)操作簡單、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化；但在水中冷卻時(shí)，容易造成鋼件變形和開裂；在油中冷卻時(shí)，難以達(dá)到所要求的硬度或硬度分布不均勻適用于形狀簡單、尺寸較小的鋼件類別處理方法工藝特點(diǎn)應(yīng)用范圍雙介質(zhì)淬火先將加熱保溫后的鋼件放入冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻，在鋼件內(nèi)部組織未向馬氏體轉(zhuǎn)變前將其取出，放入冷卻能力弱的介質(zhì)中冷卻，如水+油、油+空氣等能綜合兩種淬火介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，高溫時(shí)快速冷卻可以獲得較高的組織硬度，低溫時(shí)緩慢冷卻可以減少鋼件的變形和開裂；但鋼件在第一種介質(zhì)中的冷卻時(shí)間難以掌握，操作技術(shù)要求較高適用于形狀復(fù)雜的高碳鋼件或大型合金鋼件分級淬火將加熱保溫后的鋼件先放入接近馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的介質(zhì)中冷卻，如硝鹽浴、堿浴，短時(shí)間停留后取出空冷能夠減小鋼件內(nèi)部應(yīng)力，顯著減少變形和開裂適用于形狀復(fù)雜、截面尺寸小、精度要求高的非合金鋼件及碳素鋼件等溫淬火將加熱保溫后的鋼件快速冷卻至貝氏體轉(zhuǎn)變所需溫度區(qū)間（260～400℃），然后等溫保持，以獲得貝氏體組織能夠有效提高其強(qiáng)度和硬度，并具有良好的韌性和耐磨性；但生產(chǎn)周期長，效率低適用于各種形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高、并要求具有良好綜合力學(xué)性能的重要零件表5-2各種淬火方法的工藝特點(diǎn)及應(yīng)用范圍5.2.1鋼的整體熱處理

先對鋼件進(jìn)行淬火，再進(jìn)行高溫回火，這種復(fù)合熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)處理，簡稱為調(diào)質(zhì)。

調(diào)質(zhì)處理可使鋼件獲得良好的綜合力學(xué)性能，在具有較高強(qiáng)度和硬度的同時(shí)保持一定的韌性和塑性，通常用于絲杠、連桿、主軸、軸承等受力復(fù)雜的重要機(jī)械零部件。（a）絲杠

（b）連桿

（c）機(jī)床主軸

（d）軸承5.2.1鋼的整體熱處理

經(jīng)塑性變形、鑄造、鍛造加工后的鋼件，在粗加工之后、精加工之前，被放置在較高的溫度或室溫環(huán)境中，存放一段時(shí)間，以使鋼件的性能、形狀、尺寸等發(fā)生緩慢變化直至穩(wěn)定狀態(tài)，這種熱處理工藝稱為時(shí)效處理，簡稱為時(shí)效。

人工時(shí)效是指將鋼件重新加熱到100～150℃，在較短時(shí)間內(nèi)（5～20h）進(jìn)行的時(shí)效處理；自然時(shí)效是指不經(jīng)過加熱，將鋼件直接存放在室溫條件下，長時(shí)間（半年或幾年）放置而進(jìn)行的時(shí)效處理；振動時(shí)效是指通過機(jī)械振動（如超聲波）的方式來消除、降低或均勻工件內(nèi)殘留應(yīng)力的工藝。5.3鋼的表面熱處理

表面熱處理是指僅對鋼件的表面進(jìn)行加熱，以改變表層組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的熱處理工藝。

根據(jù)工藝方法和原理的不同，表面熱處理可分為表面淬火和化學(xué)熱處理兩大類。（a）曲軸

（b）凸輪軸

（c）傳動齒輪5.3鋼的表面熱處理

僅對鋼件表面進(jìn)行淬火而不改變其組成成分的熱處理工藝稱為表面淬火。

根據(jù)加熱方式的不同，表面淬火可分為感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火、電接觸加熱表面淬火和激光熱處理等。

將鋼件置于加熱線圈中，當(dāng)加熱線圈內(nèi)通入交流電時(shí)，所產(chǎn)生的交變磁場會在鋼件內(nèi)部產(chǎn)生巨大的感應(yīng)電流。感應(yīng)電流的這種分布現(xiàn)象稱為“集膚效應(yīng)”,由于鋼件具有電阻，因此鋼件表面迅速加熱升溫，在幾秒鐘內(nèi)即可達(dá)到800～1000℃，而心部溫度變化較小。加熱后迅速向鋼件表面噴水冷卻即可完成表面淬火。圖5-7感應(yīng)加熱表面淬火原理示意圖5.3鋼的表面熱處理

將鋼件置于一定的介質(zhì)中，通過加熱、保溫和冷卻使介質(zhì)中的一種或幾種元素滲入鋼件表面，以改變表層的化學(xué)成分和組織，從而使鋼件表層和心部具有不同的性能，這種熱處理工藝稱為化學(xué)熱處理。

化學(xué)熱處理的過程包括介質(zhì)分解成活性原子、工件表面吸收活性原子和活性原子在內(nèi)部擴(kuò)散三個(gè)基本階段。

鋼的滲碳是指向低碳鋼或低合金鋼工件表面滲入碳原子，以提高表層含碳量，使鋼件表面具有高硬度和耐磨性，而心部仍保持良好韌性的表面熱處理工藝圖5-9氣體滲碳原理示意圖5.3鋼的表面熱處理

滲氮又稱氮化，是將氮原子滲入鋼件表面，以提高其硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和抗蝕性的一種化學(xué)熱處理方法。

為提高工件滲氮后的表層硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，必須選用滲氮鋼，如38CrMoAlA，38CrNi3MoA等

碳氮共滲俗稱氰化，是在一定溫度條件下將碳和氮同時(shí)滲入鋼件表面的化學(xué)熱處理方法。碳氮共滲既具有滲碳的淬硬深度，又能獲得滲氮的高硬度，因此能有效提高零件的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度。工程構(gòu)件的靜力分析第六章靜力學(xué)基本概念及其公理力矩和力偶受力分析平面任意力系案例導(dǎo)入

我國現(xiàn)代的高速動車組牽引運(yùn)行、機(jī)床加工機(jī)械零件時(shí)，都會受到復(fù)雜的外力作用。因此，對機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造及使用大部分都是以力學(xué)理論為基礎(chǔ)的。圖6-1（a）所示為動車組列車，它的最大運(yùn)行速度如何確定？圖6-1（b）所示為車削軸類零件，車刀的受力情況如何？（a）動車組列車（b）軸類零件加工6.1.1靜力學(xué)的基本概念

工程中各種構(gòu)件的受力問題以靜力學(xué)為基礎(chǔ)。靜力學(xué)主要研究物體在力的作用下保持平衡時(shí)的各種規(guī)律。在學(xué)習(xí)靜力學(xué)知識之前，需要了解一些基本的概念。

1.力的概念

力是物體與物體之間的相互機(jī)械作用。

力使物體的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化，稱為力的外效應(yīng)；力使物體的形狀發(fā)生變化，稱為力的內(nèi)效應(yīng)。2.平衡的概念

物體相對于慣性參考系（如地球）保持靜止或做勻速直線運(yùn)動的狀態(tài)稱為平衡。

實(shí)際上，任何物體都處于不斷運(yùn)動之中，故運(yùn)動是絕對的，平衡是相對的。6.1.1靜力學(xué)的基本概念3．剛體的概念在力的作用下形狀和尺寸都不發(fā)生改變的物體稱為剛體。4．力的三要素及表示方法力對物體的作用效果取決于力的三要素，即力的大小、力的作用方向和力的作用點(diǎn)

力是有大小和方向的物理量，所以力是矢量。矢量一般由黑體字母表示，如F表示力。圖6-2人推汽車的推力6.1.1靜力學(xué)的基本概念5．力系

作用于物體上的一組力稱為力系。若物體在力系的作用下處于平衡狀態(tài)，則這個(gè)力系稱為平衡力系，力系平衡所滿足的條件稱為平衡條件。6.1.2靜力學(xué)公理公理1二力平衡公理

剛體在兩個(gè)力的作用下處于平衡狀態(tài)的充分必要條件是：這兩個(gè)力大小相等、方向相反、作用在同一條直線上，簡稱等值、反向、共線。

圖6-3二力平衡

圖6-4繩子受二力作用時(shí)的情形（a）受一對拉力作用（b）受一對壓力作用6.1.2靜力學(xué)公理公理2加減平衡力系公理

受已知力系作用的剛體上，加上或減去任意一個(gè)平衡力系，不會改變原力系對剛體的作用效應(yīng)。推論：力的可傳性原理

作用于剛體上的力可沿其作用線移到同一剛體內(nèi)的任一點(diǎn)，而不改變該力對剛體的作用效應(yīng)圖6-5力的可傳性6.1.2靜力學(xué)公理公理3力的平行四邊形法則

作用于剛體上某點(diǎn)的兩個(gè)力可以合成一個(gè)合力，合力的作用點(diǎn)仍在該點(diǎn)，合力的大小和方向可用這兩個(gè)力所構(gòu)成的平行四邊形的對角線來表示。圖6-6力的平行四邊形法則推論：三力匯交定理

若剛體受到同平面內(nèi)三個(gè)互不平行力的作用而平衡，則三個(gè)力的作用線必匯交于一點(diǎn)。6.1.2靜力學(xué)公理公理4作用力與反作用力定律

兩剛體間的作用力和反作用力總是同時(shí)存在，且大小相等，方向相反，沿同一直線分別作用在這兩個(gè)剛體上。公理5剛化公理

變形體在某一力系的作用下處于平衡，如果將此變形體換成剛體，則平衡狀態(tài)保持不變。6.2.1力矩和力偶力矩的定義

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，用扳手?jǐn)Q螺母時(shí)，影響螺母轉(zhuǎn)動效果的因素有：施力的大小、施力點(diǎn)與螺母圓心間的距離、力的轉(zhuǎn)動方向。在力學(xué)中，用力對點(diǎn)的矩來度量上述三個(gè)因素對轉(zhuǎn)動效果的影響，力對點(diǎn)的矩簡稱力矩，通常用

表示。

是一個(gè)代數(shù)量，用來表示力F使物體繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動效果的大小，前面的正負(fù)號用來表示力矩的轉(zhuǎn)動方向。通常規(guī)定，逆時(shí)針轉(zhuǎn)向的力矩為正，順時(shí)針轉(zhuǎn)向的力矩為負(fù)。圖6-8力對點(diǎn)的矩6.2.2合力矩定理合力矩定理

平面力系中，合力對平面內(nèi)任一點(diǎn)O的力矩等于各分力對O點(diǎn)力矩的代數(shù)和，用公式表示為

由合力矩定理可知，在計(jì)算某力的力矩時(shí)，若力臂不易求出，可將該力分解為兩個(gè)容易確定力臂的分力（通常是正交分解），然后可應(yīng)用合力矩定理計(jì)算力矩。6.2.3力偶的概念和基本性質(zhì)

由兩個(gè)大小相等、方向相反，但不作用在同一條直線上的力組成的力系稱為力偶力F與作用線之間的垂直距離d稱為力偶臂

兩個(gè)力的作用線所在的平面稱為力偶作用面（a）雙手轉(zhuǎn)方向盤（b）用絲錐攻絲圖6-10力偶的實(shí)例6.2.3力偶的概念和基本性質(zhì)性質(zhì)1力偶在任意坐標(biāo)軸上的投影之和恒等于零性質(zhì)2力偶沒有合力，既不能與一個(gè)力等效，也不能簡化為一個(gè)力性質(zhì)3力偶對其作用面內(nèi)任意一點(diǎn)的力矩恒等于力偶矩，與該點(diǎn)（即矩心）的位置無關(guān)性質(zhì)4作用在同一個(gè)平面內(nèi)的兩個(gè)力偶，只要二者的力偶矩大小相等、轉(zhuǎn)動方向相同，則這兩個(gè)力偶矩等效。力偶的這種性質(zhì)稱為平面力偶的等效定理。（a）

（b）

（c）圖6-11力偶的性質(zhì)6.2.3力偶的概念和基本性質(zhì)

平面內(nèi)由兩個(gè)或兩個(gè)以上的力偶組成的系統(tǒng)稱為平面力偶系。平面力偶系中各個(gè)力偶的作用可以等效為一個(gè)合力偶，合力偶矩等于各個(gè)力偶矩的代數(shù)和6.2.3力的平移定理力的平移定理

作用在剛體上的力可以等效地平移到剛體上任意指定點(diǎn)，但必須在該力與指定點(diǎn)所決定的平面內(nèi)附加一力偶，其力偶矩等于原力對新作用點(diǎn)之矩。（a）

（b）

（c）圖6-12力的平移定理6.3.1受力分析

運(yùn)動的物體可以分為兩類，一類是可以沿空間任意方向運(yùn)動的物體，稱為自由體

另一類物體由于受周圍物體的限制而只能沿特定方向運(yùn)動，稱為非自由體

一個(gè)物體受到周圍物體的限制時(shí)，這種限制稱為該物體的約束

約束對物體運(yùn)動的限制是通過力來實(shí)現(xiàn)的，這些約束中限制物體運(yùn)動的力稱為約束反力，簡稱約束力

（a）滑動導(dǎo)軌

（b）方向盤

（c）火車

圖6-13非自由體6.3.2工程中常見的約束類型

約束力的大小通常是未知的，在靜力學(xué)中，約束力和主動力組成平衡力系，可通過平衡條件來計(jì)算約束力。約束類型定義約束力的特點(diǎn)圖示柔性約束由柔軟的繩索、鏈條、傳動帶等物體所形成的約束稱為柔性約束約束力通常用符號

表示，其作用點(diǎn)在接觸處，方向沿柔索中心線背離物體，只能承受拉力而不能承受壓力光滑接觸面約束若兩個(gè)物體直接接觸，且接觸面的摩擦力很小，可忽略不計(jì)，則這種光滑約束面所形成的約束稱為光滑接觸面約束約束力通常用符號

表示，其方向必沿接觸面的公法線，且指向被約束的物體6.3.2工程中常見的約束類型約束類型定義約束力的特點(diǎn)圖示鉸鏈

約束固定鉸鏈支座約束限制被約束物體間的相對移動，但不限制物體繞銷軸轉(zhuǎn)動的約束稱為固定鉸鏈約束約束力的符號用

，

表示，其大小和方向與零部件受力情況有關(guān)中間鉸鏈約束與固定鉸鏈約束相類似，區(qū)別在于中間鉸鏈約束中銷軸的空間位置不固定約束力的方向不定，一般用一對正交的約束反力

，

表示，其作用線通過鉸鏈的中心活動鉸鏈支座約束能限制構(gòu)件沿支承面法向運(yùn)動，而不限制切線方向運(yùn)動的約束稱為活動鉸鏈約束約束力的符號用

表示，其方向通過鉸鏈中心，與支承面相垂直固定端約束能限制物體在約束處沿任何方向移動和轉(zhuǎn)動的約束稱為固定端約束約束力為兩個(gè)相互垂直的分力

，

和一個(gè)阻止轉(zhuǎn)動的力矩M6.3.3受力圖

在工程實(shí)際中，為了求出未知的作用力，需要利用已知力和平衡條件列平衡方程求解，為此必須先分析構(gòu)件受哪些力的作用，并確定各個(gè)力的作用點(diǎn)和作用方向，這個(gè)分析過程稱為物體的受力分析，所要求解的構(gòu)件稱為研究對象。

為了明確物體的受力情況，可以將研究對象從周圍物體對它的約束中分離出來，單獨(dú)畫出它的簡圖，這個(gè)過程稱為取研究對象或取分離體。解除約束后的物體稱為分離體。表示出分離體上所有的已知力和未知力的圖稱為物體的受力圖。6.4.1平面任意力系若力系中各力的作用線都在同一平面內(nèi)，則該力系稱為平面力系。類別定義圖示平面匯交力系所有力的作用線都匯交于一點(diǎn)的平面力系稱為平面匯交力系，如桁架的受力平面平行力系所有力的作用線均相互平行的平面力系稱為平面平行力系，如火車車輪的受力平面力偶系由若干個(gè)力偶組成的平面力系稱為平面力偶系，如聯(lián)軸器的受力平面任意力系若平面力系中各力的作用線既不一定完全平行，又不一定完全匯交于一點(diǎn)，則這類力系稱為平面任意力系，如活塞連桿的受力表6-2平面力系的分類6.4.2平面任意力系的平衡方程

平面任意力系是工程實(shí)際中最常見的一種力系，許多工程計(jì)算問題都可簡化為平面任意力系的問題來處理圖6-17平面任意力系的簡化過程6.4.2平面任意力系的平衡方程

平面任意力系平衡的充分必要條件為：力系的主矢和對任意點(diǎn)的主矩都等于零，用公式表示為基本式二矩式三矩式表6-3平衡方程的三種形式構(gòu)件的基本變形第七章拉伸與壓縮剪切與擠壓圓的扭轉(zhuǎn)平面彎曲案例導(dǎo)入

生活和工程實(shí)踐中的各種機(jī)械，不管結(jié)構(gòu)和功能多么復(fù)雜，它們都是由許多構(gòu)件組成的。任何構(gòu)件在外力作用下，其形狀和尺寸都會發(fā)生改變。圖7-1工程實(shí)際中的構(gòu)件變形案例導(dǎo)入

為了避免構(gòu)件在使用中發(fā)生破壞，保證各種機(jī)械的正常工作，必須要求各個(gè)構(gòu)件具有承受足夠載荷的能力，簡稱承載能力。構(gòu)件的承載能力包括強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性三個(gè)方面

強(qiáng)度：構(gòu)件在載荷作用下抵抗破壞的能力。

剛度：構(gòu)件在載荷作用下抵抗變形的能力。

穩(wěn)定性：細(xì)長桿件或薄壁構(gòu)件在受壓時(shí)維持原有直線平衡狀態(tài)的能力。桿件變形形式工程案例桿件受力簡圖變形圖示軸向

拉伸或壓縮剪切與擠壓圓軸

扭轉(zhuǎn)平面

彎曲7.1.1拉伸與壓縮

受力方式都是受到沿軸線方向作用的兩個(gè)大小相等、方向相反的拉力或壓力，變形特點(diǎn)都是沿軸線伸長或縮短。桿件如在外力作用下，沿其軸向伸長，稱為軸向拉伸；如在外力作用下，沿其軸向發(fā)生縮短，則稱為軸向壓縮。構(gòu)件的這種變形稱為拉伸變形或壓縮變形.（a）軸向拉伸

（b）軸向壓縮圖7-2軸向拉伸與壓縮簡圖7.1.2桿件拉壓時(shí)的軸力和軸力圖

作用于桿件上的載荷和約束反力統(tǒng)稱為外力；桿件受外力作用時(shí)，材料內(nèi)部顆粒間產(chǎn)生的保持其形狀和大小不變的反作用力稱為內(nèi)力。

工程中通常采用截面法求桿件的內(nèi)力，一般包括4個(gè)步驟，可歸納為切、取、代、求。切：假想用某一截面從要求內(nèi)力處將桿件切開分成兩段。?。喝∑渲腥我庖欢螢檠芯繉ο?，棄去另一段。代：將拋掉部分對留下部分的作用用內(nèi)力代替。求：利用靜力學(xué)中的平衡條件，列平衡方程并求解未知的內(nèi)力。7.1.2桿件拉壓時(shí)的軸力和軸力圖

對于發(fā)生軸向拉伸或壓縮變形的桿件，由于外力的作用線與桿件的軸線重合，由共線力系平衡條件可知，其任一截面內(nèi)力的作用線必然也通過軸線，因此這種內(nèi)力稱為軸力，通常用符號

表示。

為了區(qū)分桿件拉伸或壓縮時(shí)的不同軸力，對軸力的正負(fù)號作如下規(guī)定：若軸力的方向背離所取截面，則桿件發(fā)生拉伸變形，軸力取正號，稱為拉力；若軸力的方向指向所取截面，則桿件發(fā)生壓縮變形，軸力取負(fù)號，稱為壓力。（a）

（b）圖7-4截面法求內(nèi)力7.1.3軸向拉壓時(shí)橫截面上的應(yīng)力

內(nèi)力在截面上的集度稱為應(yīng)力。作用線垂直于截面的應(yīng)力稱為正應(yīng)力，用

表示。

作用線平行于截面內(nèi)的應(yīng)力稱為剪應(yīng)力或切應(yīng)力，用

表示。

桿件拉伸或壓縮時(shí)，橫截面上的切應(yīng)力為零，而正應(yīng)力沿橫截面均勻分布，其大小可由下式計(jì)算7.1.4桿件的變形與胡克定律

桿件在受拉力作用時(shí)，會發(fā)生拉伸變形，具體表現(xiàn)為軸向尺寸變大，橫向尺寸縮小。

絕對變形量的大小不能準(zhǔn)確地反映桿件的變形程度.因此，需要用單位長度內(nèi)的變形量來度量桿件的變形程度。對于Δl和Δb,有圖7-6桿件的拉伸變形7.1.5桿件拉壓時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算

桿件由于變形超過允許的范圍而喪失正常工作能力的現(xiàn)象稱為失效。材料失效時(shí)的應(yīng)力稱為極限應(yīng)力，可用

表示。

為了保證桿件能安全可靠地工作，必須在材料極限應(yīng)力的基礎(chǔ)上保留一定的強(qiáng)度余量，即把工作應(yīng)力限制在比極限應(yīng)力低的范圍內(nèi)。因此，可將極限應(yīng)力除以一個(gè)大于1的系數(shù)n，使桿件的工作應(yīng)力低于這個(gè)應(yīng)力值。其中，系數(shù)n稱為安全系數(shù)，所得的應(yīng)力值稱為材料的許用應(yīng)力，用符號

表示。7.2剪切與擠壓

工程中常用鉚釘連接、銷釘連接、焊接、鍵連接等方式來連接不同的構(gòu)件，這些零件雖小，卻起著傳遞運(yùn)動和載荷的作用，它們在工作時(shí)都會發(fā)生剪切或擠壓變形。（a）鉚釘連接

（b）銷釘連接（c）焊接

（d）鍵連接7.2.1剪切與擠壓

桿件發(fā)生剪切變形的受力特點(diǎn)是桿件兩側(cè)面上外力的合力大小相等，方向相反，作用線距離很近。

變形特點(diǎn)是兩合力作用線之間的截面發(fā)生相對錯(cuò)動，這種變形稱為剪切變形。發(fā)生相對錯(cuò)動的截面稱為剪切面。

桿件發(fā)生剪切變形時(shí)，在剪切面內(nèi)會產(chǎn)生沿截面分布的抵抗剪切變形的內(nèi)力，稱為剪力，一般用表示

（a）

（b）

（c）7.2.1剪切與擠壓

單位面積上的剪力稱為切應(yīng)力或剪應(yīng)力，通常用

表示，單位為Pa或MPa。

通常情況下，各種連接構(gòu)件在發(fā)生剪切變形的同時(shí)，由于局部壓力較大，兩構(gòu)件在傳遞力的接觸面上會出現(xiàn)壓陷、起皺等塑性變形的現(xiàn)象，如圖7-12所示。這種現(xiàn)象稱為擠壓變形。圖7-12鉚釘連接中的擠壓變形7.2.1剪切與擠壓

擠壓力在擠壓面上引起的應(yīng)力稱為擠壓應(yīng)力，常用

表示，單位為Pa或MPa。

（a）

（b）圖7-13擠壓面積的計(jì)算7.3.1圓軸扭轉(zhuǎn)

受扭轉(zhuǎn)作用的桿件工作時(shí)具有相同的受力特點(diǎn)。

在這對外力偶的作用下，桿件的橫截面形狀保持不變，但將繞其軸線產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動。這樣的變形稱為扭轉(zhuǎn)變形。通常把以發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形為主的桿件稱為軸，在工程實(shí)際中，軸的橫截面積大多為圓形，故又稱圓軸。

圓軸在力偶M的作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，任意兩個(gè)截面之間相對轉(zhuǎn)過的角度稱為扭轉(zhuǎn)角，用符號

表示圖7-16圓軸的扭轉(zhuǎn)變形7.3.2扭矩和扭矩圖

為保證用截面法求出的左、右兩段軸上的扭矩具有相同的符號，通常采用右手螺旋法則來判定扭矩的正負(fù)號。圖7-18右手螺旋法則判斷扭矩符號7.3.3扭矩時(shí)橫截面上的應(yīng)力

研究表明，圓軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，橫截面上只存在切應(yīng)力，沒有正應(yīng)力。

工程中常見的圓軸有實(shí)心軸和空心軸兩類，其抗扭截面模量的計(jì)算公式有所區(qū)別:1）實(shí)心圓軸2）空心圓軸圖7-20扭轉(zhuǎn)時(shí)截面上切應(yīng)力的分布7.3.4扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算

為了保證圓軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形時(shí)具有足夠的強(qiáng)度，必須使圓軸橫截面上的最大切應(yīng)力

不超過材料的許用切應(yīng)力

。圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件7.3.5扭轉(zhuǎn)變形的剛度條件

理論分析表明，圓軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，任意相對截面間的扭轉(zhuǎn)角

可由下式計(jì)算：

剪切彈性模量G與截面極慣性矩的

的乘積

稱為圓軸的抗扭剛度。7.4.1平面彎曲

汽車大梁、火車輪輪軸、橋式起重機(jī)鋼梁等桿件具有相同的受力特點(diǎn)：外力垂直于軸線或在軸線所在平面內(nèi)受到力偶的作用；

具有相同的變形特點(diǎn)：構(gòu)件軸線由直線變?yōu)榍€。這種變形稱為彎曲變形圖7-24梁截面的對稱軸圖7-25火車輪軸及直梁的縱向?qū)ΨQ平面7.4.1平面彎曲

梁的結(jié)構(gòu)形式很多，根據(jù)梁支座的不同，梁可簡化為簡支梁、外伸梁和懸臂梁等三種基本形式。簡支梁一端是固定鉸鏈支座，另一端是活動鉸鏈支座的梁稱為簡支梁外伸梁支座與簡支梁相同，一端或兩端伸出在支座之外的梁稱為外伸梁懸臂梁一端自由而另一端固定的梁稱為懸臂梁（a）簡支梁

（b）外伸梁

（c）懸臂梁圖7-26梁的示意圖7.4.1平面彎曲梁上的載荷可簡化為集中力、集中力偶和分布載荷三種情況集中力集中力作用在梁上一段很小的范圍內(nèi)，可近似簡化為作用于一點(diǎn)，如圖7-27所示的力F.集中力偶作用在微小梁段上的外力偶，可近似簡化為作用于一點(diǎn)，如圖7-27所示的力偶M分布荷載分布載荷是指沿梁軸線方向、在一定長度上連續(xù)分布的力系，如圖7-27所示的均布載荷q，其大小用載荷密集度表示。梁上荷載圖7-27梁上的載荷7.4.2平面彎曲的內(nèi)力——剪力和彎矩

梁在平面彎曲時(shí)所產(chǎn)生的內(nèi)力可以采用截面法求解。

是作用線平行于橫截面的內(nèi)力合力，稱為剪力；M是力偶面垂直于橫截面的內(nèi)力系的合力偶矩，稱為彎矩。圖7-28簡支梁的彎曲內(nèi)力7.4.2平面彎曲的內(nèi)力——剪力和彎矩

為了保證梁彎曲時(shí)同一截面兩側(cè)的剪力和彎矩的符號分別相同，需要對梁任意截面內(nèi)剪力與彎矩的正負(fù)號進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定。1）剪力的正負(fù)號剪力的正負(fù)號規(guī)定為：截面上的剪力對梁上任意一點(diǎn)的矩為順時(shí)針轉(zhuǎn)向時(shí)，則該力所產(chǎn)生的剪力為正；反之則為負(fù)，如圖7-29（a）所示。2）彎矩的正負(fù)號彎矩的正負(fù)號規(guī)定為：截面上的彎矩使得梁呈凹形，則該力所產(chǎn)生的彎矩為正；反之則為負(fù)，如圖7-29（b）所示。（a）

（b）圖7-29剪力和彎矩的正負(fù)號7.4.3繪制剪力圖和彎矩圖

為了描述梁彎曲時(shí)各橫截面剪力或彎矩的分布情況，可用x表示橫截面的位置，則剪力

和彎矩M是x的函數(shù)，即

兩式分別稱為剪力方程和彎矩方程。

同時(shí)，還可以用圖線來描述剪力或彎矩隨著截面位置變化而變化的情況，這種圖線稱為剪力圖或彎矩圖。7.4.4平面彎曲時(shí)的強(qiáng)度條件

通常情況下，梁在發(fā)生彎曲時(shí)，內(nèi)力中剪力和彎矩同時(shí)存在，這種彎曲稱為橫力彎曲。在梁的縱向?qū)ΨQ面內(nèi)，兩端同時(shí)施加大小相等、方向相反的一對力偶，則梁的橫截面上只有彎矩，剪力為零，這種變形稱為純彎曲。圖7-31純彎曲變形

梁在發(fā)生純彎曲時(shí)，橫截面上只存在正應(yīng)力而無切應(yīng)力。由于纖維層從縮短區(qū)到伸長區(qū)是線性過渡的，故橫截面上的正應(yīng)力也是呈線性分布的，中性軸上的正應(yīng)力為零，梁的邊緣處正應(yīng)力最大。圖7-32純彎曲時(shí)正應(yīng)力的分布7.4.5平面彎曲的變形平面彎曲的變形通常由撓度和轉(zhuǎn)角來描述。（a）橋式吊車

（b）車刀圖7-35平面彎曲的變形

懸臂梁AB在外力F的作用下發(fā)生彎曲變形，軸線由直線AB變?yōu)楣饣那€

該曲線稱為彈性曲線或撓曲線。圖7-36梁的撓度和轉(zhuǎn)角7.4.5平面彎曲的變形梁受載簡圖端截面轉(zhuǎn)角最大撓度7.4.5平面彎曲的變形梁受載簡圖端截面轉(zhuǎn)角最大撓度平面連桿機(jī)構(gòu)第八章概述鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的分