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[摘要]将机械基础课中一些易混淆慨念、问题整理出几条线索进行比较。
[关键词]机构 公差 热处理 力学性能 联接
有比较，才有鉴别。在教学中引导学生从比较、分析中找出相同、相似之出与差异之点。有助于帮助学生准确、深刻、牢固地掌握所学内容。以下是常用于引导学生分析比较的一些线索。
一、常用机构的特点比较
本课程中，各机构的特点为一重点，而且贯穿多数章节，从以下各方面比较，可帮助学生加深理解。
1.比较结构
称得上“结构简单”的机构有：平面连杆机构、凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构、螺旋机构和（摩擦式）带传动机构。其中凸轮机构因凸轮形状复杂，需要根据从动杆运动规律来设计制造；槽轮机构因槽轮上的槽和拨盘不易制造。故凸轮机构和槽轮机构没有“制造方便”这一特点，而上述其它机构均有“制造方便”这一特点。
“结构复杂”的机构有：齿轮机构（包括轮系）、不完全齿轮机构、（啮合式）带传动机构、链传动机构。原因是这些机构上都带有齿，并通过齿与齿的啮合来实现传动，而齿的制造较复杂。同理这些机构都没有“制造方便”这一特点。
平面连杆机构 凸轮机构 齿轮机构
轮系 螺旋机构 棘轮机构
不完全齿轮机构 槽轮机构 链传动机构
2.比较工作条件
平面连杆机构因为低副（面）接触，压强低、磨损量小，且其运动副的表面为圆柱面或平面，故能承受较大的力，应用广泛。比如可用来制造起重机、吊车、挖掘机等。而应用最广泛的要数齿轮机构（包括轮系）。凸轮机构、螺旋机构因为高副（点、线）接触，压强高、磨损量大，因而不能承受较大的力。
（摩擦式）带传动机构由于其中的带由非金属材料制造，故不宜用于高温、易燃、有腐蚀介质的场合。而链传动机构由于其传动链及链轮均由金属材料制造，故可在高温、低温、多尘、油污、潮湿、泥沙等恶劣条件下工作，广泛用于农业、采矿、冶金、石油化工及运输等机械中。
3.比较运动规律复杂性
平面连杆机构因为低副接触，低副存在间隙，机构不可避免会产生运动误差，故不易精确地实现复杂的运动规律；凸轮机构中，凸轮的形状是根据从动杆运动规律来设计制造，而且凸轮与从动杆始终保持接触（锁合），故容易精确地实现复杂的运动规律。
4.比较传动比、传动效率和传递功率、传递速度
齿轮机构（包括轮系）的瞬时传动比和平均传动比都恒定；传动效率高（可达99%）；传动比i从很小到很大（大的传动比靠轮系来实现）；传递功率范围大P（从百分之几瓦到十多万千瓦）；传递圆周速度v可从很小到300m/s)。加上其它优点，如结构紧凑、工作可靠、寿命长（可达10—20年），故齿轮机构（包括轮系）在机械行业中运用非常广泛，如机动车变速器、差速器，各种仪器、仪表中。但齿轮机构制造（需用专用设备）精度高，安装精度高，因而成本高。
（摩擦式）带传动机构的瞬时传动比和平均传动比两者都不恒定，因为上面的带有弹性滑动；传动比i小（i=3—5）；传动效率低；传递功率小（≦五十千瓦）；传递速度v小（v=5--25m/s）。但（摩擦式）带传动机构传动平稳无噪声，过载时，带会在轮缘上打滑，具有过载保护作用，保护其它零件不会损坏。
链传动机构的平均传动比都恒定，而瞬时传动比不恒定；传动比i可达15，但一般i≦6；传动效率高（94%---97%）；传递功率大（可达三千多千瓦，但通常≦100千瓦）；传递速度v小（v=30--40 m/s）。但链传动机构平稳性较差，有冲击和噪声，不宜用于高速和急速反转场合。
5.比较是否连续运动
能实现间歇运动的机构：凸轮机构、不完全齿轮机构、棘轮机构和槽轮机构；
能实现连续运动的机构：凸轮机构、平面连杆机构、齿轮机构、带传动机构、螺旋机构和链传动机构。（凸轮机构即能实现连续运动，又能实现间歇运动）。
二、比较一些基本慨念
1.零件与构件
零件是机器的最小制造单元；
构件是机器的最小运动单元；
一个构件可以是单一的零件组成，
也可能由若干个零件联接而成。如齿轮构件由齿轮、轴和键三个零件组成，见右上图。
2.公差慨念
公差慨念可理解为“允许的某实际量与对应理想量的差别”，具体化则为：
尺寸公差：指允许的实际尺寸与理想尺寸（即基本尺寸）的差别；
形状公差：指允许的实际形状与理想形状（即几何意义上的形状）的差别；
位置公差：指允许的实际位置与理想位置（即几何意义上的位置）的差别。
其中的“允许”指国家标准（GB）的具体规定。
3.（铁碳合金组织中）莱氏体与低温莱氏体
莱氏体是奥氏体（A）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物，由于存在于高温下，又称为高温莱氏体，用符号Ld表示；
低温莱氏体是珠光体（P）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物，它存在于常温下，用符号Ld′表示。
4.析出、共析、结晶、共晶
析出：指一种固态转变为另一种固态。如铁碳合金相图（见下图）中温度降低到GS线时，奥氏体（用A或γ表示）转变为铁素体（F或α），反应式为：A—>F；
共析：指一种固态同时转变为两种固态。如图中温度降低到PSK线时，奥氏体（A或γ）同时转变为铁素体（F或α）和渗碳体（Fe3C），反应式：A—>F+Fe3C；
结晶：指一种液态转变为另一种固态（物理学中称为“凝固”），如图中温度降低到BC线时，液态的铁碳合金（L）转变为奥氏体，反应式：L—>A；
共晶：指一种液态同时转变为两种固态，如图中温度降低到ECF线时，液态的铁碳合金（L）同时转变为奥氏体和渗碳体，反应式：L—>A + Fe3C。
以上各种转变都是在一定的温度条件进行,具体温度见上图所示。根据上述反应可分析不同成分的铁碳合金（图中五条竖线表示）冷却过程中组织的转变。
5、淬透性与淬硬性
淬透性： 指钢淬火后获得马氏体（M）组织的能力。（用规定条件下淬硬层深度表示，淬硬层深度：指钢淬火后表面到半马氏体（M）组织的距离，淬硬层越深，淬透性越好）。
淬硬性：指钢淬火后形成马氏体组织所能达到的最高硬度。
概念区别：淬透性用表示距离的数值(如××mm)表示，
淬硬性用表示硬度的数值（如HRC××）表示。
6.力学性能
力学性能（机械性能）是指材料在外力作用下表现出来的（抵抗）性能，它包括：强度、硬度、塑性、韧性、抗疲劳性。
强度：材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力（即不抵抗弹性变形）。
塑性：材料在（外力作用下）断裂前发生塑性变形的能力（即不抵抗弹性变形和塑性变形）。
硬度：材料在外力作用下抵抗弹性变形、塑性变形和破坏的能力。
韧性：材料在冲击载荷作用下抵抗断裂的能力。（注意：所受外力为冲击力，与前三种所受外力决然不同）。
疲劳现象：材料在交变载荷长期作用下，无明显塑性变形就断裂的现象。（注意：所受外力为交变应力，与前四种所受外力又决然不同，而且多一个条件---长期受力）。
疲劳曲线：见右上图。
疲劳极限 —— 材料经无限多次应力循环而不会断裂的最大应力（如图疲劳极限用σr表示）。它表示材料抵抗疲劳断裂的能力。
7.比较（齿轮机构中）分度圆与节圆，压力角与啮合角
分度圆和压力角是单个齿轮所具有的参数，而节圆和啮合角是一对齿轮啮合时，才出现的几何参数。
当一对标准齿轮标准安装时，其上分度圆与节圆重合。如果不同时满足“标准齿轮”和“标准安装”两个条件，分度圆与节圆就不重合。
三、比较普通热处理方法
1.比较目的
退火目的：降低硬度、提高塑性、细化晶粒、消除组织缺陷、消除内应力等；
正火目的：细化晶粒；
淬火目的：得到马氏体（M）或贝氏体（B）组织；
回火目的：减小内应力，稳定组织，消除脆性（降低硬度，提高韧性），获得工件需性能。
a) 比较冷却方式
退火：一般随炉冷却到600℃---550℃以下再出炉空冷（冷却速度最慢）；
正火：在空气中冷却（冷却速度稍快）；
淬火：在液体在冷却（冷却速度最快）；
回火：随炉冷却或在空气中冷却。
3.比较加热温度范围
见下表和下图：
注意：通常不在250℃---300℃回火，因为在此温度范围回火容易产生回火脆性（即材料的韧性不升高反而降低）。
四、不同铸铁比较
从组织结构分析，铸铁可看作在钢基体上分布着机械性能极低的石墨（小空洞）。铸铁都具备以下特点：铸造性能比钢好，耐磨性能比钢好，减震性能比钢好，切削加工性能比钢好，切口敏感性比纲低（注意：此条为优点），成本比钢低，力学性能比钢低。但不同铸铁之间因石墨形状不同也存在性能差别，可比较如下：
1.灰口铸铁：碳以片状石墨存在，对基体的割裂作用最大，故其在铸铁中机械性能能最低，但铸造性能最好。
不同基体的灰口铸铁金相显微照片：
铁素体（F）基体 珠光体(P)基体 F+P 基体
2.球墨铸铁：碳以球状石墨存在，对基体的割裂作用最小，故其在铸铁中机械性能最高，但因其是通过球化处理和孕育处理而得，故成本也最高。
不同基体的球墨铸铁金相显微照片：
F基体 F+P基体 P基体
3.可锻铸铁：碳以团絮状石墨存在，对基体的割裂作用居中，故性能介于球墨铸铁和灰口铸铁之间。但因其是由白口铸造长时间石墨化退火得到，生产周期长，故生产中使用较少。
不同基体的可锻铸铁金相显微照片：
F基体P基体
4.蠕墨铸铁：碳以蠕虫状石墨存在，对基体的割裂作用居中，故其性能介于墨铸铁和灰口铸铁之间。用途较可锻铸铁广泛。
五、螺纹联接主要类型比较：
1.螺栓联接（图a）
普通螺栓联接——适于联接两个不太厚、需经常拆卸的零件（两零件均需加工出通孔）。螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装折方便，可多个装拆，应用较广泛。
精密螺栓联接——装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接（H7/m6,H7/n6）
2.双头螺栓联接（b）
适于联接一薄一厚、需经常拆卸的两个零件。（薄零件加工出通孔、厚零件加工出带螺纹的盲孔）。螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。
3.螺钉联接（c）
适于联接一薄一厚、不需经常拆卸零件（薄零件加工出通孔、厚零件加工出带螺纹的盲孔）。一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况。
4.紧定螺钉联接（d ）
穿过一个零件拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。
a)螺栓联接 b)双头螺栓联接
c)螺钉联接d)紧定螺钉联接
在课堂教学中经常进行比较，可以起到“学而时习之，温故而知新”的作用，比较也可在期末复习时进行。重要的是即要比结果，更要比原因。通过比较，对相同点、相似点和不同点不仅要知其然，更要知其所以然，从而帮助学生提高学习效率。
[参考文献]
[1]陈长生,霍震生主编《机械基础》,机械工业出版社,2003年.
[2]曾宗福主编《机械基础》,化学工业出版社,2003年.
[3]刘世荣主编《金属学与热处理》,机械工业出版社,1991年
（作者单位：云南交通职业技术学院）
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”
[关键词]机构 公差 热处理 力学性能 联接
有比较，才有鉴别。在教学中引导学生从比较、分析中找出相同、相似之出与差异之点。有助于帮助学生准确、深刻、牢固地掌握所学内容。以下是常用于引导学生分析比较的一些线索。
一、常用机构的特点比较
本课程中，各机构的特点为一重点，而且贯穿多数章节，从以下各方面比较，可帮助学生加深理解。
1.比较结构
称得上“结构简单”的机构有：平面连杆机构、凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构、螺旋机构和（摩擦式）带传动机构。其中凸轮机构因凸轮形状复杂，需要根据从动杆运动规律来设计制造；槽轮机构因槽轮上的槽和拨盘不易制造。故凸轮机构和槽轮机构没有“制造方便”这一特点，而上述其它机构均有“制造方便”这一特点。
“结构复杂”的机构有：齿轮机构（包括轮系）、不完全齿轮机构、（啮合式）带传动机构、链传动机构。原因是这些机构上都带有齿，并通过齿与齿的啮合来实现传动，而齿的制造较复杂。同理这些机构都没有“制造方便”这一特点。
平面连杆机构 凸轮机构 齿轮机构
轮系 螺旋机构 棘轮机构
不完全齿轮机构 槽轮机构 链传动机构
2.比较工作条件
平面连杆机构因为低副（面）接触，压强低、磨损量小，且其运动副的表面为圆柱面或平面，故能承受较大的力，应用广泛。比如可用来制造起重机、吊车、挖掘机等。而应用最广泛的要数齿轮机构（包括轮系）。凸轮机构、螺旋机构因为高副（点、线）接触，压强高、磨损量大，因而不能承受较大的力。
（摩擦式）带传动机构由于其中的带由非金属材料制造，故不宜用于高温、易燃、有腐蚀介质的场合。而链传动机构由于其传动链及链轮均由金属材料制造，故可在高温、低温、多尘、油污、潮湿、泥沙等恶劣条件下工作，广泛用于农业、采矿、冶金、石油化工及运输等机械中。
3.比较运动规律复杂性
平面连杆机构因为低副接触，低副存在间隙，机构不可避免会产生运动误差，故不易精确地实现复杂的运动规律；凸轮机构中，凸轮的形状是根据从动杆运动规律来设计制造，而且凸轮与从动杆始终保持接触（锁合），故容易精确地实现复杂的运动规律。
4.比较传动比、传动效率和传递功率、传递速度
齿轮机构（包括轮系）的瞬时传动比和平均传动比都恒定；传动效率高（可达99%）；传动比i从很小到很大（大的传动比靠轮系来实现）；传递功率范围大P（从百分之几瓦到十多万千瓦）；传递圆周速度v可从很小到300m/s)。加上其它优点，如结构紧凑、工作可靠、寿命长（可达10—20年），故齿轮机构（包括轮系）在机械行业中运用非常广泛，如机动车变速器、差速器，各种仪器、仪表中。但齿轮机构制造（需用专用设备）精度高，安装精度高，因而成本高。
（摩擦式）带传动机构的瞬时传动比和平均传动比两者都不恒定，因为上面的带有弹性滑动；传动比i小（i=3—5）；传动效率低；传递功率小（≦五十千瓦）；传递速度v小（v=5--25m/s）。但（摩擦式）带传动机构传动平稳无噪声，过载时，带会在轮缘上打滑，具有过载保护作用，保护其它零件不会损坏。
链传动机构的平均传动比都恒定，而瞬时传动比不恒定；传动比i可达15，但一般i≦6；传动效率高（94%---97%）；传递功率大（可达三千多千瓦，但通常≦100千瓦）；传递速度v小（v=30--40 m/s）。但链传动机构平稳性较差，有冲击和噪声，不宜用于高速和急速反转场合。
5.比较是否连续运动
能实现间歇运动的机构：凸轮机构、不完全齿轮机构、棘轮机构和槽轮机构；
能实现连续运动的机构：凸轮机构、平面连杆机构、齿轮机构、带传动机构、螺旋机构和链传动机构。（凸轮机构即能实现连续运动，又能实现间歇运动）。
二、比较一些基本慨念
1.零件与构件
零件是机器的最小制造单元；
构件是机器的最小运动单元；
一个构件可以是单一的零件组成，
也可能由若干个零件联接而成。如齿轮构件由齿轮、轴和键三个零件组成，见右上图。
2.公差慨念
公差慨念可理解为“允许的某实际量与对应理想量的差别”，具体化则为：
尺寸公差：指允许的实际尺寸与理想尺寸（即基本尺寸）的差别；
形状公差：指允许的实际形状与理想形状（即几何意义上的形状）的差别；
位置公差：指允许的实际位置与理想位置（即几何意义上的位置）的差别。
其中的“允许”指国家标准（GB）的具体规定。
3.（铁碳合金组织中）莱氏体与低温莱氏体
莱氏体是奥氏体（A）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物，由于存在于高温下，又称为高温莱氏体，用符号Ld表示；
低温莱氏体是珠光体（P）和渗碳体（Fe3C）组成的机械混合物，它存在于常温下，用符号Ld′表示。
4.析出、共析、结晶、共晶
析出：指一种固态转变为另一种固态。如铁碳合金相图（见下图）中温度降低到GS线时，奥氏体（用A或γ表示）转变为铁素体（F或α），反应式为：A—>F；
共析：指一种固态同时转变为两种固态。如图中温度降低到PSK线时，奥氏体（A或γ）同时转变为铁素体（F或α）和渗碳体（Fe3C），反应式：A—>F+Fe3C；
结晶：指一种液态转变为另一种固态（物理学中称为“凝固”），如图中温度降低到BC线时，液态的铁碳合金（L）转变为奥氏体，反应式：L—>A；
共晶：指一种液态同时转变为两种固态，如图中温度降低到ECF线时，液态的铁碳合金（L）同时转变为奥氏体和渗碳体，反应式：L—>A + Fe3C。
以上各种转变都是在一定的温度条件进行,具体温度见上图所示。根据上述反应可分析不同成分的铁碳合金（图中五条竖线表示）冷却过程中组织的转变。
5、淬透性与淬硬性
淬透性： 指钢淬火后获得马氏体（M）组织的能力。（用规定条件下淬硬层深度表示，淬硬层深度：指钢淬火后表面到半马氏体（M）组织的距离，淬硬层越深，淬透性越好）。
淬硬性：指钢淬火后形成马氏体组织所能达到的最高硬度。
概念区别：淬透性用表示距离的数值(如××mm)表示，
淬硬性用表示硬度的数值（如HRC××）表示。
6.力学性能
力学性能（机械性能）是指材料在外力作用下表现出来的（抵抗）性能，它包括：强度、硬度、塑性、韧性、抗疲劳性。
强度：材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力（即不抵抗弹性变形）。
塑性：材料在（外力作用下）断裂前发生塑性变形的能力（即不抵抗弹性变形和塑性变形）。
硬度：材料在外力作用下抵抗弹性变形、塑性变形和破坏的能力。
韧性：材料在冲击载荷作用下抵抗断裂的能力。（注意：所受外力为冲击力，与前三种所受外力决然不同）。
疲劳现象：材料在交变载荷长期作用下，无明显塑性变形就断裂的现象。（注意：所受外力为交变应力，与前四种所受外力又决然不同，而且多一个条件---长期受力）。
疲劳曲线：见右上图。
疲劳极限 —— 材料经无限多次应力循环而不会断裂的最大应力（如图疲劳极限用σr表示）。它表示材料抵抗疲劳断裂的能力。
7.比较（齿轮机构中）分度圆与节圆，压力角与啮合角
分度圆和压力角是单个齿轮所具有的参数，而节圆和啮合角是一对齿轮啮合时，才出现的几何参数。
当一对标准齿轮标准安装时，其上分度圆与节圆重合。如果不同时满足“标准齿轮”和“标准安装”两个条件，分度圆与节圆就不重合。
三、比较普通热处理方法
1.比较目的
退火目的：降低硬度、提高塑性、细化晶粒、消除组织缺陷、消除内应力等；
正火目的：细化晶粒；
淬火目的：得到马氏体（M）或贝氏体（B）组织；
回火目的：减小内应力，稳定组织，消除脆性（降低硬度，提高韧性），获得工件需性能。
a) 比较冷却方式
退火：一般随炉冷却到600℃---550℃以下再出炉空冷（冷却速度最慢）；
正火：在空气中冷却（冷却速度稍快）；
淬火：在液体在冷却（冷却速度最快）；
回火：随炉冷却或在空气中冷却。
3.比较加热温度范围
见下表和下图：
注意：通常不在250℃---300℃回火，因为在此温度范围回火容易产生回火脆性（即材料的韧性不升高反而降低）。
四、不同铸铁比较
从组织结构分析，铸铁可看作在钢基体上分布着机械性能极低的石墨（小空洞）。铸铁都具备以下特点：铸造性能比钢好，耐磨性能比钢好，减震性能比钢好，切削加工性能比钢好，切口敏感性比纲低（注意：此条为优点），成本比钢低，力学性能比钢低。但不同铸铁之间因石墨形状不同也存在性能差别，可比较如下：
1.灰口铸铁：碳以片状石墨存在，对基体的割裂作用最大，故其在铸铁中机械性能能最低，但铸造性能最好。
不同基体的灰口铸铁金相显微照片：
铁素体（F）基体 珠光体(P)基体 F+P 基体
2.球墨铸铁：碳以球状石墨存在，对基体的割裂作用最小，故其在铸铁中机械性能最高，但因其是通过球化处理和孕育处理而得，故成本也最高。
不同基体的球墨铸铁金相显微照片：
F基体 F+P基体 P基体
3.可锻铸铁：碳以团絮状石墨存在，对基体的割裂作用居中，故性能介于球墨铸铁和灰口铸铁之间。但因其是由白口铸造长时间石墨化退火得到，生产周期长，故生产中使用较少。
不同基体的可锻铸铁金相显微照片：
F基体P基体
4.蠕墨铸铁：碳以蠕虫状石墨存在，对基体的割裂作用居中，故其性能介于墨铸铁和灰口铸铁之间。用途较可锻铸铁广泛。
五、螺纹联接主要类型比较：
1.螺栓联接（图a）
普通螺栓联接——适于联接两个不太厚、需经常拆卸的零件（两零件均需加工出通孔）。螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装折方便，可多个装拆，应用较广泛。
精密螺栓联接——装配后无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制孔螺栓联接（H7/m6,H7/n6）
2.双头螺栓联接（b）
适于联接一薄一厚、需经常拆卸的两个零件。（薄零件加工出通孔、厚零件加工出带螺纹的盲孔）。螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被联接件，另一端配以螺母。折装时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被联接件中拧出。
3.螺钉联接（c）
适于联接一薄一厚、不需经常拆卸零件（薄零件加工出通孔、厚零件加工出带螺纹的盲孔）。一端有螺钉头，不需螺母，适于受载较小情况。
4.紧定螺钉联接（d ）
穿过一个零件拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。可传递不大的轴向力或扭矩。
a)螺栓联接 b)双头螺栓联接
c)螺钉联接d)紧定螺钉联接
在课堂教学中经常进行比较，可以起到“学而时习之，温故而知新”的作用，比较也可在期末复习时进行。重要的是即要比结果，更要比原因。通过比较，对相同点、相似点和不同点不仅要知其然，更要知其所以然，从而帮助学生提高学习效率。
[参考文献]
[1]陈长生,霍震生主编《机械基础》,机械工业出版社,2003年.
[2]曾宗福主编《机械基础》,化学工业出版社,2003年.
[3]刘世荣主编《金属学与热处理》,机械工业出版社,1991年
（作者单位：云南交通职业技术学院）
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”