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第一节走进机械基础第二节认识机械
第一章绪论Contents第一章绪论生产劳动工具生产力发展的重要标志人类文明的产物机
械工业生产的发展高效多功能轻量化科学技术的进步智能化精密高速一、机械的发展二、课程的性质、内容和任务
第一节走进机械基础Contents第一节走进机械基础本节描述机械的发展是人类文明发展的标志。结合所学专业，了解机械的发展历程，总结机械基础的学习性质和任务，探索学习本课程的方法。学习目标完成本节的学习以后，你应能：1．简述机械的发展历程；2．知道本课程的性质、内容和任务。一、机械的发展机械是人类祖先在长期的生活和生产劳动中逐渐创造出来的。人类用机械代替简单工具，使手和足的“延长”在更大程度上得到了发展。机械的发展与人类文明发展紧密相连，概括起来可分为三个阶段。机械起源和古代机械发展阶段近代机械发展阶段现代机械发展阶段一、机械的发展据世界考古学家发现，公元前7000年，在巴勒斯坦地区犹太人建立的杰里科城，城市文明首次出现在地球上，最早的机械———车轮（图1-1）或许是此时诞生的。
图1-1车轮的诞生图1．机械起源和古代机械发展阶段（公元前7000年城市文明的出现到公元17世纪末）车轮的诞生一、机械的发展当人类进入青铜器时代，机械得到了很大的发展。公元前3000年，美索不达米亚人和埃及人开始普及青铜器，此后一系列的青铜工具（图1-2），如凿子、铜刀、两轮战车等得到了广泛的应用。到公元前600年，学者希罗著书阐明了关于五种简单机械（杠杆、尖劈、滑轮、轮与轴、螺纹）推动重物的理论。这是已知的最早的机械理论。图1-2青铜工具青铜工具图1-3弓形钻图1-4脚踏车床公元前513年，希腊罗马地区对木工工具作了很大改进。一、机械的发展其他工具一、机械的发展
随着人类对不同材料的成功开采与使用以及阿基米德原理、静止液体中压力传递的基本定律等理论的产生，机械开始由简单走向复杂化。1698年，英国的萨弗里制成了第一台实用的用于矿井抽水的蒸汽机———“矿工之友”，开创了机械的原动力创新的先河。矿工之友一、机械的发展1769年，英国的瓦特（图1-5）取得带有独立的实用凝汽器专利，从而完成蒸汽机（图1-6）的发明。人类从此进入了“蒸汽时代”。图1-5詹姆斯·瓦特图1-6瓦特发明的高效率蒸汽机2．近代机械发展阶段（公元18世纪到公元20世纪初）蒸汽时代一、机械的发展2．近代机械发展阶段（公元18世纪到公元20世纪初）米尺１８８９年，第一届国际计量大会首次正式定义“米”为“在零摄氏度，保存在国际计量局的铂铱米尺(图１—８)的两中间刻线间的距离”，世界从此有了更加统一的尺寸单位。图1-8国际计量局的铂铱米尺一、机械的发展2．近代机械发展阶段（公元18世纪到公元20世纪初）两次工业革命
短暂的两个世纪之间，世界机械的发展主要集中于欧洲，人类经历了蒸汽时代(１７７０—１８７０)和电气时代(１８７０—１９１４)两次工业革命，让世界机械发生了脱胎换骨的改变。一、机械的发展3．现代机械发展阶段（20世纪初到现在）美国费拉德尔菲尔机械工厂的工人———泰勒，发明了高速钢刀具（图1-9），极大地提高了金属的切削速度。提高生产效率、开展大批量生产图1-9高速钢刀具一、机械的发展美国费拉德尔菲尔机械工厂的工人———泰勒，还发明了一种计算尺（图1-10），使一个技术熟练的一流机械技师计算速度提高了一倍。提高生产效率、开展大批量生产图1-10计算尺一、机械的发展
随着对管理模式研究的逐步深入，机械的制造开始走向自动化，自动化生产线应运而生。英国莫林斯公司根据威廉森提出的柔性制造系统的基本概念研制出“系统24”。1976年，日本发那科公司首次展出由4台加工中心和1个工业机器人组成的柔性制造单元。随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展，现代的机械已经远远不再是传统的“原动机＋传动机＋工作机”，而是已经逐渐会“自行思考”。未来的机械，将更加普及计算机控制，就像一个个机器人，发挥更加智能、高效的作用。一、机械的发展柔性制造单元是由一台或数台数控机床或加工中心构成的加工单元。该单元根据需要可以自动更换刀具和夹具，加工不同的工件。柔性制造单元适合加工形状复杂、加工工序简单、加工工时较长、批量小的零件。
我国研制的全球最大26兆瓦级海上风力发电机组
图1-14中国一重承制的世界最大锻焊加氢反应器（3000吨级）
二、中国现代机械工业的崛起做一做
查阅资料，搜集我国在由“制造大国”迈向“制造强国”的过程中，两名杰出机械工程技术人员的先进事迹。
三、课程的性质、内容和任务《机械基础》课程是中等职业学校机械类及工程技术类相关专业、汽车运用与维修专业的一门基础课程，在各专业学习中起到承上启下的作用。任务课程任务是：使学生掌握必备的机械基础知识和基本技能，懂得机械工作原理，了解机械工程材料性能，准确表达机械技术要求，正确操作和维护机械设备；培养学生分析问题和解决问题的能力，使其形成良好的学习习惯，具备继续学习专业知识的能力；对学生进行职业意识培养和职业道德教育，使其形成严谨、敬业的工匠精神，为今后解决生产实际问题和职业生涯的发展莫定基础。三、课程的性质、内容和任务通过本课程的学习，使学生掌握对构件进行受力分析的基本知识，会判断直杆的基本变形；了解机械工程常用材料的种类、牌号、性能，会正确选用材料；熟悉常用机构的结构和特性，掌握主要机械零部件的工作原理、结构和特点，初步掌握其选用的方法；了解气压传动和液压传动的原理、特点及应用，会正确使用常用气压和液压元件，并会搭建简单常用回路；能够分析和处理一般机械运行中发生的问题，具备维护一般机械的能力。目标三、课程的性质、内容和任务①要着重搞清楚基本概念，理解基本原理，贯彻理论联系实际的原则对机构、机械传动等进行分析；②注意把一般原理、方法与具体运用密切联系起来，并用所学知识观察日常生活、实验实训和生产实践中遇到的各种机械，分析问题，积累经验，不断提高分析问题、解决问题的能力；③在实训环节应加强团队合作和沟通协作意识，认真执行相关技术标准和7S管理规范。方法
第二节认识机械Contents三、摩擦、磨损与润滑第二节认识机械本节描述机械是机器和机构的统称。现代化生产离不开机器，了解机器的组成是学好机械类专业课的基础；掌握摩擦、磨损，防止机器零件过早损坏，延长机器的使用寿命，是学习机械的重要任务。学习目标完成本节的学习以后，你应能：1．认识机器的组成；2．描述摩擦、磨损的基本要求。一、机器和机构1.机器做一做观察以下机器设备（图1-12）的工作过程，回答下面的问题。问题1：这些机器是怎样产生的，用来做什么?问题2：这些机器如何实现上述功能?问题3：这些机器哪些部位有相对运动?运动轨迹是否确定?问题4：根据以上特点，你觉得什么是机器?图1-12常见机器设备一、机器和机构以上观察结论可列表（表1-1）汇总如下：
1.机器一、机器和机构都是人为的实物组合，由个多构件组成；各构件间有确定的相对运动；123机器的特征能实现能量的转换、代替或减轻人类的劳动。一、机器和机构是人们根据使用要求而设计制造的一种执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料与信息，从而代替或减轻人的劳动。机器的概念机器用于执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料与信息。机器的作用一、机器和机构想一想你知道生活中还有哪些机器吗?它们有什么特征?一、机器和机构2．机器组成部件（1）零件：机器中最小的制造单元，如螺钉、螺母（图1-17）。零件具有不可拆分性。（2）部件：一套协同工作且完成共同任务的零件组合，如滚动轴承（图1-18）。（3）构件：机器中作为一个整体运动的最小单位，如发动机连杆、汽车轮胎（图1-19）等。图1-17螺母图1-18滚动轴承图1-19汽车轮胎一、机器和机构（4）机构：由多构件组成且各构件间有确定的相对运动，如脚踏自行车的踏板机构、发动机中的曲柄连杆机构（图1-20）。图1-16发动机中的曲柄连杆机构一、机器和机构3．机械机构是机器的一部分，主要用来传递和变换运动，而机器主要用来传递和变换能量、物料和信息。机械是机器和机构的统称。机构只具有机器的前两个特征，而没有机器的第三个特征，这是根本的区别。机构是机器的一部分，主要用来传递和变换运动，而机器主要用来传递和变换能量、物料和信息。例：发动机、机床为机器；汽车减速箱、机床的分度装置为机构。机器与机构的区别二、一般机器的组成想一想观察图1-21的汽车，看看它主要由哪些部分组成?图1-21汽车的组成二、一般机器的组成
通过对汽车这个典型机器的观察可知，机器通常由四大部分组成，如图1-22所示。二、一般机器的组成（1）原动机部分：机器工作的动力来源，可将其他形式的能量转为机械能，如发动机、电动机等。（2）传动部分：将动力部分的运动和动力传递给执行部分，如离合器、变速器、传动轴、差速器等。（1）执行部分：直接完成机器预定工作任务的部分，如车轮等。（4）操作或控制部分：监控机器的运行位置和状态，控制机器正常运行和工作，如转向盘、换挡杆、制动踏板、节气门等。随着科技的发展，控制部分在机器中所占比重越来越大，地位也越来越重要。二、一般机器的组成做一做观察家中的洗衣机，请指出它的四大组成部分。三、摩擦、磨损与润滑想一想观察下面已损坏的齿轮表面（图1-23），分析其失效的原因。图1-19失效的齿轮三、摩擦、磨损与润滑观察可以发现，齿轮失效的主要原因是严重磨损，不能继续工作。实际上，两构件间相互接触又相互运动的过程必然产生物质和能量的消耗。据统计，目前世界上约50％的能量消耗是在各种形式的摩擦中，约有80％的机器失效是因零件的磨损造成的。磨损是决定机器寿命的主要因素。三、摩擦、磨损与润滑摩擦就是相对运动（或者相对运动趋势）的两个物体，在接触面上产生阻碍相对运动的现象。两个相互摩擦的物体的物体构成了一个摩擦副。
1．摩擦三、摩擦、磨损与润滑
1．摩擦摩擦类型滑动摩擦是物体接触面间相对滑动时产生的摩擦，如地面滑行，这种摩擦形式在机械装置中常见。滑动摩擦滚动摩擦是物体接触面间相对滚动时产生的摩擦，如车轮滚动，相对而言更加顺畅。滚动摩擦滑动摩擦滚动摩擦三、摩擦、磨损与润滑
1．摩擦摩擦状态干摩擦是指摩擦表面间无任何润滑剂或保护膜的摩擦，阻力大。但在特定场合发挥关键作用，如皮带传动油泵和汽车盘式制动装置。干摩擦皮带带轮汽车制动装置干摩擦状态三、摩擦、磨损与润滑摩擦状态边界摩擦边界摩擦是表面间被极薄的润滑膜隔开的摩擦状态，相较于干摩擦有所改善，其摩擦和磨损程度主要取决于边界膜的性质、材料表面机械性能和表面形貌。边界摩擦状态薄油膜<1um
1．摩擦图1-26减速器齿轮三、摩擦、磨损与润滑
1．摩擦摩擦状态流体摩擦流体摩擦是理想摩擦状态，润滑膜完全隔开摩擦副，摩擦力小。液体动力轴承和磁悬浮列车是利用流体摩擦原理的优秀例子。流体摩擦状态流体磁悬浮列车三、摩擦、磨损与润滑
1．摩擦摩擦状态混合摩擦混合摩擦状态干摩擦混合摩擦是指摩擦副处于干摩擦、边界摩擦和流体摩擦混合状态时的摩擦。由于条件复杂多变，混合摩擦状态常见。边界摩擦流体摩擦三、摩擦、磨损与润滑
2．磨损磨损的定义磨损是由于摩擦导致机件表面材料的逐渐丧失或转移，它像一个隐藏在机械内部的“小恶魔”，给机械设备带来了诸多危害。磨损的危害磨损会降低机器工作的可靠性，影响机器的精度，最终甚至会导致机器报废，因此必须重视和解决磨损问题。三、摩擦、磨损与润滑
2．磨损剧烈磨损阶段机器运行时间长，摩擦副间隙增大，配合不再紧密，磨损加剧，性能急剧下降；如大型风机，轴承间隙过大产生剧烈振动，可能导致故障。初期磨损阶段机件运转初期，摩擦副接触面积小，单位面积实际载荷大，磨损速度快；随着摩擦进行，有效接触面积增大，磨损速度放缓，进入稳定磨损阶段。稳定磨损阶段机器正常运行的理想状态；经历初期磨损后，摩擦副有效接触面积增大，单位面积实际载荷变小，磨损平稳缓慢；然而，这种稳定状态不会持续。磨损过程的三个阶段三、摩擦、磨损与润滑
2．磨损粘着磨损的定义粘着磨损是由于摩擦表面的微凸体在相互作用的各点发生粘着作用，使材料由一表面转移到另一表面的磨损。粘着磨损的例子重载滑动轴承中，润滑不良可能导致轴颈与轴瓦间发生粘着现象，轴瓦材料被撕下转移，形成划痕和凹坑。由于摩擦温度升高，摩擦副粘结（胶合），形成粘结点摩擦副产生相对运动，粘结点破坏，材料转移到另一个表面上轴瓦粘着磨损失效形貌（1）粘着磨损三、摩擦、磨损与润滑
2．磨损（2）磨料磨损磨料磨损的定义磨料磨损是摩擦表面间的游离硬颗粒或硬的微凸体峰间在较软的材料表面上犁刨出很多沟纹的微切削过程。磨料磨损的例子矿山、建筑等恶劣环境下，设备易遭磨料磨损，如挖掘机铲斗在挖掘时受硬质颗粒磨损，需用耐磨材料或优化结构应对。磨料磨损示意图三、摩擦、磨损与润滑
2．磨损（3）疲劳磨损疲劳磨损的例子滚动轴承是疲劳磨损的典型例子，长期运行中滚动体与滚道受交变接触应力，易产生疲劳磨损。疲劳磨损的定义疲劳磨损是摩擦表面受循环接触应力作用产生的，零件工作表面形成疲劳裂纹，随裂纹扩展微粒脱落形成浅坑。滚蛋轴承内圈疲劳磨损三、摩擦、磨损与润滑
2．磨损（4）腐蚀磨损腐蚀磨损的定义腐蚀磨损是摩擦过程中金属与周围介质发生化学反应引起的磨损，在化工、海洋等腐蚀性环境中尤为突出。腐蚀磨损的例子海洋船舶螺旋桨长期接触海水，受腐蚀性影响产生腐蚀磨损，降低推进效率，需采取措施减轻腐蚀。水泵叶轮腐蚀磨损腐蚀磨损的解决方法工程上常采用耐腐蚀材料、表面涂层或电化学保护等方法减轻腐蚀磨损，确保机械正常运行。三、摩擦、磨损与润滑
2．磨损磨损的复合形式实际情况中，大多数磨损以基本形式的复合形式出现，增加了解决难度，要求具备综合分析和解决问题的能力。摩擦是磨损的前提，磨损是摩擦的结果，二者相辅相成，共同影响着机械设备的性能和寿命。摩擦与磨损的相互关联自我检测一、填空题1．世界机械的发展可分为
三个阶段。2．机械是
的统称。
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