第一章常用机械基础知识

第一章常用机械基础知识第一节金属材料概述第二节常用机械传动第三节常用机械的润滑第四节常用机械的保养第五节常用机械的维护第一节金属材料概述金属材料是指金属经过冶炼和各种加工以后形成的材料，包括纯金属和合金。在工业上，金属材料主要分成黑色金属和有色金属两大类。黑色金属材料是以铁为基础形成的合金，包括钢（碳素钢、合金钢）、生铁（铸造生铁、炼钢生铁）及铁合金（硅铁、锰铁）。黑色金属材料之外的金属材料统称为有色金属，包括纯金属（铜、铝、锌等）、合金（黄铜、青铜等）。第一节金属材料概述一、金属材料的性能二、金属材料的热加工知识三、金属材料的冷加工知识四、金属材料的防腐蚀介绍一、金属材料的性能金属材料的性能，主要有物理性能、化学性能、机械性能和工艺性能。物理性能是指密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等；化学性能是指金属在化学作用下表现的性能，如耐腐蚀性和热安定性等；机械性能是指机械零件抵抗外力的能力，如拉伸力、压缩力、剪切力等。工艺性能是指金属材料对各种加工过程（冷加工、热加工、电加工等）的接受能力和加工的难易程度。（一）金属材料的机械性能食品机械零件在使用过程中，受到不同形式外力的作用，这种外力称为载荷（或称负荷、负载）。受外力后发生变形，将会影响设备的使用。机械零件承受的载荷，主要有静载荷、冲击载荷和交变载荷等。静载荷——零件承受大小和方向不变或变动很慢的载荷。冲击载荷——突然增加的载荷。交变载荷——大小或方向作周期性变换的载荷。金属材料受载荷作用后的变形，可分为拉伸、压缩、剪切、扭转和弯曲等形式，如图所示。机械性能的基本指标，有强度、硬度、塑性、冲击韧性和疲劳强度等。1.强度强度是指材料受外力作用下，抵抗变形和破坏的能力。为了便于比较各种材料的强度，用单位面积上材料的抗力来表示，称为应力，可按下式计算：σ=ρ/F（Pa）式中σ——强度（Pa）ρ——外力（N）F——横截面面积（m2）金属材料的强度，主要通过拉伸试验方法测量。2.硬度硬度是指材料克服磨损和抵抗更硬的物体压入的能力，表示金属材料的坚硬程度，是机械性能的重要指标之一。硬度测定的方法很多，最常用的有布氏硬度法（代号为HB）、洛氏硬度法（常用代号为HR）和维氏硬度法（代号为HV）等。在生产实践中，布氏硬度法（又称压痕法）是测量压痕的面积，主要适用于测量灰铸铁、有色金属等硬度不高的金属(HB＜450)。洛氏硬度不是测量压痕的面积，而是测量压痕的深度，压痕越深，其硬度越低，主要用于测量从极软到极硬的金属或合金。维氏硬度法是测量压痕的平均值，主要用于测试较薄的材料。3.弹性弹性是指金属材料受到外力作用下产生变形，当外力消除后，金属材料又恢复到原来形状的性能。在机械设计中主要通过金属材料的弹性模数（E）来计量其弹性。此外，金属材料的弹性也是比例极限（σρ）、弹性极限（σe）的综合反映。4.塑性当金属材料在外力作用时产生变形（未引起破坏），外力消除后，仍能保留变形的性能，称为金属材料的塑性。塑性主要用金属的延伸率（δ）、断面收缩率（ψ）来表示。金属材料在进行压力加工或冷弯工艺时，塑性是一个重要因素。5.韧性韧性是指金属材料本身抵抗冲击负荷的能力。它通常用冲击值（αk）来度量。金属材料的韧性也是反映金属强度的一个方面。6.疲劳机械零件在承受工作载荷期间，虽未发生屈服现象，工作载荷在设计的安全系数以内，但经过相当时间的使用也会发生断裂现象，即在交变载荷的长期作用下，材料发生破裂的现象，称为疲劳。（二）金属材料的工艺性能工艺性能是指金属材料对各种加工过程（冷加工、热加工、电加工等）的接受能力和加工的难易程度。它包括金属材料的可铸性、可锻性、可焊性、切削加工和热处理等性能。正因为金属材料具备这些工艺性能，人们才可以通过不同的加工方法把金属材料制造成所需要的零件、设备、工具以及各种用品。1.可铸性将固体金属材料加热熔化成液体注入机件模型（如砂型等），冷却后形成铸件的难易性能，称为金属材料的可铸性。金属材料的可铸性主要取决于金属材料的流动性和收缩性。2.可锻性可锻性是指金属材料（或加温后的金属材料）经锻造、轧制、冲压、辊压等压力加工改变其原来形状而不产生破裂的性能。金属材料的可锻性主要取决于金属材料的塑性，但有些金属材料可以通过加温来提高其可锻性。3.可焊性金属材料的可焊性主要体现金属材料能否焊接的性能。可焊性的好坏一般要由金属材料的导热性与收缩性来确定，导热性高、收缩性小的金属材料可焊性较好。4.切削加工性切削加工性也称为可加工性，是指在一定条件下金属材料经过切削加工（车、磨、刨、铣、钻等）制成合格零件的难易程度。金属材料的切削加工难易程度与一定的切削条件有关，但就金属材料本身来说，要看其材料的硬度、导热性、塑性、韧性及化学成分等诸方面的因素来考虑。5.热处理性金属材料的热处理性能是指金属材料通过热处理（退火、正火、淬火、回火等）方法改善自身性能的程度。通过热处理可以使金属材料的性能得以改善，提高制件的使用效能和寿命，同时也能使一些廉价的金属材料代替昂贵的金属材料。二、金属材料的热加工知识在机械制造中，对金属材料采用加热使其发生塑性变形，或改变金属内部的结构出现再结晶的加工方法来完成制造零件的某一工序，这种方法就是金属材料的热加工。热加工的方法主要有热锻、热轧、热压、热挤压、铸造、锻造和热处理（有时也包括焊接）。热锻、热轧、热压、热挤压是将金属材料加热到再结晶温度以上进行的压力加工。锻造主要是利用金属材料的塑性，在加压设备（包括工模具）加压的作用下，使金属材料产生局部或全部塑性变形，获得一定形状和尺寸的锻件的加工方法。铸造是将熔融的金属材料浇入制好的铸型中，冷却凝固后获得一定形状、尺寸的铸件的成形方法。铸造方法包括砂型铸造、泥型铸造、金属型铸造、离心铸造、壳型铸造、精密铸造等。三、金属材料的冷加工知识对金属材料不经加热使其产生塑性变形或进行切削加工的加工方法称为冷加工。冷加工主要有冷轧、冷压、冷拉、冷挤压以及切削加工的车削、刨削、磨削及钻削、铣削等加工方法。四、金属材料的防腐蚀介绍（一）金属腐蚀的成因过程（二）金属材料的防腐蚀方法（三）食品机械常用的防腐措施（一）金属腐蚀的成因过程金属腐蚀主要是金属表面与腐蚀性介质发生化学反应或电化学反应而受到破坏的现象。金属的化学腐蚀是金属与周围腐蚀介质发生化学作用，腐蚀介质中氧化剂的还原和金属的氧化是同时进行，从而形成了腐蚀产物使金属本身发生了腐蚀。在食品工业中用于贮存和运输酸、碱、化学试剂的器具与设备以及烘炉等出现的腐蚀现象大都属于化学腐蚀。食品加工机械与设备，由于经常与酸、碱、盐溶液以及潮湿的空气相接触，金属的腐蚀大部分属于电化学腐蚀。它是一种电化学反应，其实质是多相氧化——还原反应，与原电池反应原理极为相似。由于金属与腐蚀介质（尤其是液体）的接触形成了金属溶解的阴极和介质原子还原的阳极过程，出现在金属表面不同部位产生了电位差，致使金属在反应中不断地受到腐蚀。（二）金属材料的防腐蚀方法金属材料的防腐蚀主要是通过在金属表面覆盖涂料以隔绝金属与腐蚀介质的接触，避免发生化学或电化学反应。但对某些零部件也可以采取电镀或进行发蓝、发黑处理等手段。如对一些贮罐、器皿进行镀铬，对螺母、螺栓外露的紧固件进行发蓝、发黑处理后，再涂上防锈油。金属材料采用覆盖涂料后，与介质接触的是涂料，这时要考虑到涂料的稳定性。涂料的化学稳定性，一方面取决于其本身的结构和化学性能，另一方面与周围介质有极大的关系。（三）食品机械常用的防腐措施1.在设计制造食品机械设备时，选用的金属材料要尽量考虑耐蚀性，如选用不锈钢（1Cr18NiloTi）、铜、铝或钛合金，同时又要考虑选用金属的经济性。另外对食品机械设备中某些零部件采用非金属材料来替代，既降低设备成本，又减轻了设备维护的工作量，并延长了设备的使用寿命。2.目前常用的对机械设备某些零部件采用覆盖保护性涂层，从而抑制腐蚀介质对金属的腐蚀作用。保护性涂层分金属涂层和非金属涂层两种。覆盖金属涂层的方法主要有电镀、金属喷涂、热镀、色镀等几种，将耐蚀金属覆盖于金属零部件表面。对非金属涂层的覆盖根据涂料的化学成分分别可采用电化学、化学膜、搪瓷烧结、直接涂覆等方法进行。第二节常用机械传动一、概述二、摩擦轮传动三、皮带传动四、链传动五、齿轮传动六、平面连杆机构七、间歇运动机构八、凸轮机构九、液压传动十、气压传动十一、联轴器．离合器和制动器一、概述机器是机构各部分具有确定的相对运动并能做有用的机械功或转换机械能的人为组合体。机器一般分为三类：将其他种类的能变为机械能的机器叫原动机，如蒸汽机（热能变为机械能）、电动机（电能变为机械能）等；将机械能变换成其他种类的能的机器称为变换机，如发电机（机械能变为电能）、空压机（机械能变为气体的位能）等；利用机械能完成有用功的机器称为工作机，如各种机床、食品加工机器等。在机械设备中各组分间具有一定的相对运动，并能传速或变换运动的装置称为机构。如带传动机构、齿轮传动机构等。我们通常所说的机械则是机器和机构的总称。如食品机械、纺织机械等。在机构中各相对运动的单元体称为构件。如在齿轮传动机构中，齿轮和轴通过键联接成为一个单元体，当齿轮转动时，轴、键都随之一起转动，它们构成了一个运动的单元体。组成这些构件的每个单独加工的单元体（如齿轮、轴、键等）称为零件。零件分通用零件（如一般机械中的螺钉、螺母等）和专用零件（如内燃机的活塞、蒸汽机的曲轴等）。机器的工作是通过各构件的运动（或传动）来完成的，那么把两构件通过接触保持相对运动的活动连接，称为运动副（如齿轮之间通过轮齿间的啮合接触保持相对传动、两摩擦轮接触后的相对传动）。一般的机械设备是由动力部分、传动部分、控制部分和作功部分组成。其中有些机构主要是用来传递运动和动力的，这个机构称为传动装置。它的主要形式有机械传动、液压传动、电力传动、气力传动。而在这些传动形式中机械传动的使用最为普遍。机械传动主要分成摩擦传动和啮合传动两大类。二、摩擦轮传动摩擦轮传动主要是利用两轮（摩擦轮）的直接接触相互压紧。依靠所产生的摩擦力，使两轮作相对运动。摩擦轮传动分两轴平行和两轴相交叉两种类型。按摩擦轮结构分圆柱平摩擦轮、圆柱槽摩擦轮及圆锥摩擦轮三种。两轴平行的摩擦轮传动分内摩擦传动和外摩擦传动的两种形式。两轴平行的摩擦轮传动分内摩擦传动和外摩擦传动的两种形式。如图a所示为外摩擦传动，两轴旋转方向相反。如图b为内摩擦传动，两轴旋转方向相同。两轴交叉的摩擦轮传动分外圆锥摩擦传动和内圆锥摩擦传动两种形式。如图a是外圆锥摩擦传动。图b是内圆锥摩擦传动。对两轴交叉的摩擦轮传动装置在安装时要注意两轴的锥顶要重合，否则锥面的各点线速度就不相等了。摩擦轮传动的传动比计算：摩擦轮传动在食品机械中常用于压榨机、制动器、离合器、过滤机上。摩擦轮传动的主要优缺点是：（1）构造简单、传动平稳、噪声小。（2）能在一定范围内无级调速。（3）过载时，轮与轮间发生打滑，能防止主零件损坏。（4）效率较低。（5）传递同样功率时，其重量和体积比其他传动要大一些。（6）不能保持准确的传动比。（7）干摩擦时磨损快、寿命较短。三、皮带传动皮带传动是由主动轮、从动轮和紧套在两轮上的传动带组成的，如图所示。当传动带张紧在带轮上，主动轮旋转时，依靠传动带和带轮之间产生摩擦力，从而带动传动带运动，传动带同时也带动从动轮转动。皮带传动主要有平皮带传动、三角皮带传动、圆皮带传动和同步齿形带传动。平皮带传动主要用于两带轮轴相距较远的情况。三角皮带传动一般用于两带轮轴平行，轴心线相距不大的情况下，它的主要特点是传动能力强。圆皮带只用于功率很小的场合，如缝纫机。同步齿形带传动，由于它综合了带传动和链传动的优点，所以传动效率高，但制造较困难，安装精度要求高，主要用于机床、轧钢机、电子计算机等机械中。（一）皮带传动的包角传动带与皮