绪论 练习题

机构只研究运动传递，不需要考虑做功；机器必须能代替人完成有用功或转换能量，这是判断“机构还是机器”的关键。只满足“构件组合 + 确定相对运动”两条的属于机构。

机器的三个特征是“构件组合”“确定的相对运动”“完成有用功或转换能量”，与制造材料无关。现代机器中也大量使用塑料、陶瓷、复合材料等非金属材料。

“动—传—执—控”是分析任何机器的通用框架。例如普通车床：电动机（动力）→ 带传动与主轴箱（传动）→ 主轴与刀架（执行）→ 按钮与电气系统（控制）。

零件是单独加工制造的最小单元（制造单元）；构件是作为一个整体参与运动的单元（运动单元）。一个构件可以是单个零件（如光轴），也可由几个零件刚性连接而成（如齿轮—键—轴组成的齿轮轴）。

这是传动部分的作用；执行部分是直接完成机器预定工作任务的部分（如机床刀架、汽车车轮）。

动力部分——电动机；传动部分——减速器（齿轮传动）；执行部分——卷筒与吊钩（起升重物）；控制部分——按钮开关、限位器与制动器。
（若以手电钻为例：单相电动机；齿轮减速；钻头；开关与调速电路。）

应力 σ = F_N/A，是强度计算的起点。工程上常用单位为 MPa（1 MPa = 1 N/mm²）。

塑性材料在屈服时就产生明显塑性变形而失效，故取屈服点 σ_s 为极限应力；脆性材料（如铸铁）无屈服现象，取强度极限 σ_b。

安全系数 S＞1，用来补偿载荷估计误差、材料性能波动、加工质量差异等不确定因素，一般取 1.2～2.5。

A = πd²/4 = 3.14×20²/4 = 314 mm²；
σ = F/A = 40000 N ÷ 314 mm² ≈ 127.4 MPa。
因为 127.4 MPa＞[σ]=120 MPa，故强度不满足要求，应加大截面直径或改用强度更高的材料。

变形过大说明刚度不足。强度指抵抗破坏的能力，刚度指抵抗弹性变形的能力，两者是不同的概念：一个零件可能强度足够却因刚度不足而不能正常工作（如机床主轴变形导致加工精度超差）。

过大：零件尺寸大、质量重、耗材多、成本高，机器笨重；过小：零件接近极限状态工作，遇到过载、冲击或材料缺陷时容易失效甚至发生事故。应综合考虑载荷性质（是否有冲击）、材料性质（塑性/脆性）、零件重要程度与计算准确性合理选取。

干摩擦 μ≈0.1～1；边界摩擦 μ≈0.05～0.15；流体摩擦 μ≈0.001～0.01（两表面被油膜完全隔开，磨损几乎为零，是理想润滑状态）。

稳定磨损阶段的长短就是零件的使用寿命；一旦进入剧烈磨损阶段，间隙增大、温度急升，应立即停机检修或更换。

流体摩擦的摩擦阻力来自油层内部的内摩擦，摩擦因数极小，磨损几乎为零。滑动轴承、齿轮、导轨的润滑设计都是追求形成并保持这层油膜。

在交变接触应力长期作用下，表层产生微裂纹并扩展，导致金属小块剥落形成麻点，即疲劳磨损（点蚀）。它是齿轮和滚动轴承最主要的失效形式之一。

① 合理润滑（选对润滑剂与润滑方式，保证形成油膜）；② 合理选材与配对（如钢轴配青铜轴瓦）；③ 提高表面质量与表面硬度（降低粗糙度、表面淬火、渗碳）；④ 改善结构并保证密封，防止灰尘杂质进入；⑤ 正确使用维护（按规定磨合、定期换油、避免过载）。

磨合阶段表面微凸峰被逐渐磨平，实际接触面积增大，磨损速度由快变慢，随后进入稳定磨损阶段。磨合质量直接影响零件的使用寿命，因此新设备应按规范低速轻载跑合。

本课程整合工程力学、工程材料、机械原理与零件、液压气动等内容，为后续专业课与岗位技能训练打基础，属于专业基础课程。

模块1～8依次为：构件的静力分析、直杆的基本变形、机械工程材料、连接、常用机构、机械传动、支承零部件、液压传动与气压传动。

按“受力分析 → 强度与刚度校核 → 材料与热处理选择 → 结构形式确定”的主线进行：先明确它受什么力、属于哪种变形；再校核强度、刚度是否足够；然后选择材料与热处理；最后确定结构与标准件。

标准件由专业厂按国家标准批量生产，选用时要会查标准、会写标记（如滚动轴承 6208、键 8×7 GB/T 1096），这是岗位实际操作的基本技能。

① 抓住“受力—材料—结构”主线；② 理论联系实际，用身边的机械（自行车、机床、汽车）对照理解；③ 重视标准与规范，学会查表；④ 学一节练一节，用练习册的自测题和综合测试查漏补缺；⑤ 多动手观察与拆装，加深结构印象。

A、B、D 只传递和转换运动，是机构；内燃机能把燃料的化学能转化为机械能对外做功，是机器（动力机）。

“确定的相对运动”是机器与机构的共同特征之一。

A = 20×30 = 600 mm²；σ = 36000 ÷ 600 = 60 MPa（压应力）。

表面越粗糙，微凸峰越高，越易发生磨料与粘着磨损，应降低表面粗糙度。

动力、传动、执行、控制四部分。传动部分的作用是把动力部分的运动和动力传递给执行部分，并改变运动速度、转矩大小和运动形式（如把电动机的高速小转矩变成低速大转矩）。

因为重要零件失效后果严重；冲击载荷下实际应力难以精确计算、瞬时应力可能远高于计算值；再加上材料性能波动、加工缺陷等不确定因素，取较大安全系数才能保证可靠性。