第十章汽車機(jī)械基礎(chǔ)

汽車機(jī)械根底機(jī)電工程系<汽車機(jī)械根底課程組>1.定義:除黑色金屬(鋼、鐵)以外的一切金屬。2.性能特點(diǎn):具有獨(dú)特的性能。3.分類重金屬(密度＞3.5);Cu、Ni等。輕金屬(密度＜3.5);Al、Mg等。貴重金屬;Au、Ag、Pt等。稀有金屬;W、Ti、Ra、Nb等。半金屬;Si、Te、B等。第10章有色金屬與非金屬資料力學(xué)性能：高的比強(qiáng)度〔強(qiáng)度/密度〕；物理性能：導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、無磁性、外形記憶特性化學(xué)性能：耐腐蝕

有色金屬性能及特點(diǎn)第一節(jié)有色金屬及其合金一、鋁性能特點(diǎn):密度小;導(dǎo)電及導(dǎo)熱性能好;抗大氣腐蝕性好;塑性高;強(qiáng)度低；硬度低;無磁性;無打擊火花;加工工藝性好等。純鋁的分類高純鋁L01～04工業(yè)高純鋁L0、L00工業(yè)純鋁L1～5一)形變鋁合金1.防銹鋁合金(LF):Al–Mn經(jīng)過固溶強(qiáng)化提高鋁合金的強(qiáng)度和抗蝕性(比純鋁好)。例如:LF21。Al–Mg經(jīng)過固溶強(qiáng)化提高鋁合金的強(qiáng)度和抗蝕性(比純鋁輕)。例如:LF2、LF6等。性能：抗蝕性高，塑性好，不能熱處置強(qiáng)化，可冷變形強(qiáng)化。運(yùn)用：油箱、油管〔罐〕、鉚釘〔3A21〕等。飛機(jī)翼梁(腹板為硬鋁合金)2.硬鋁合金(LY):Al–Cu–Mg經(jīng)過時(shí)效強(qiáng)化提鋁合金強(qiáng)度,但耐蝕性不高。LY1、LY11、LY12。一)形變鋁合金一)形變鋁合金飛機(jī)主起落架3.超硬鋁合金(LC):Al–Zn–Mg–Cu經(jīng)過時(shí)效強(qiáng)化和構(gòu)成的強(qiáng)化相,使鋁合金到達(dá)最高的硬度和強(qiáng)度。但耐蝕性較差。LC4、LC9。4.鍛鋁合金(LD):Al–Mg–Si–Cu具有良好的熱塑性,經(jīng)過固溶處置和人工時(shí)效來提高鋁合金的力學(xué)性能。LD5、LD6、LD10。壓氣機(jī)葉片一)形變鋁合金1.鑄造鋁–硅合金(ZL101-ZL111):活塞(裙部為鋁硅合金)性能：鑄造性能好，強(qiáng)度低。用途：外形復(fù)雜、受力不大的零件，如儀表外殼等。二)鑄造鋁合金2.鑄造鋁–銅合金(ZL201～ZL203):有較高的強(qiáng)度、塑性及耐熱性,但鑄造性能和耐蝕性較差。汽缸頭二)鑄造鋁合金3.鑄造鋁–鎂合金(ZL301、ZL302):有較高的強(qiáng)度、韌性及耐蝕性,但鑄造性能和耐熱性較差。鼓風(fēng)機(jī)用密封件(ZL102)及抗空架件(ZL301)二)鑄造鋁合金4.鑄造鋁–鋅合金(ZL401、ZL402):具有良好的鑄造性,經(jīng)蛻變處置和時(shí)效處置后,強(qiáng)度高,但耐蝕性差。大型空壓機(jī)活塞(ZL401)二)鑄造鋁合金二、銅及銅合金一.銅的性能特點(diǎn):密度大;導(dǎo)電及導(dǎo)熱性能好;抗大氣腐蝕性好;塑性高;強(qiáng)度低;無磁性;無打擊火花;加工工藝性好等。二.純銅的分類工業(yè)純銅T1-T4無氧銅TU22.常用的黃銅法蘭閥閘閥冷凝器管二)特殊黃銅1.定義:在黃銅中參與Al、Fe、Si、Cr、Ni、Sn、Mn等元素所構(gòu)成的合金。海軍黃銅---HSn62-1易切削黃銅---HPb59-1二.青銅(bronze)普通青銅(錫青銅)(tinbronze)特殊青銅(無錫青銅)(tin–freebronze)二)特殊青銅(無錫青銅〕1.硅青銅:QSi3–12.鋁青銅:QAl73.鈹青銅:QBe2;具有非常好的力學(xué)性能。用于制造重要、精細(xì)、高溫、高速下任務(wù)的零件。二.青銅(bronze)滑動(dòng)軸承合金一.定義:工件體軸軸瓦二.性能要求:1.在任務(wù)溫度下,應(yīng)具有足夠的抗壓強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和高的耐磨性。2.具有足夠的塑性與韌性。3.具有較小的摩擦系數(shù)。4.具有良好的磨合性。5.具有良好的抗蝕性。6.具有良好的導(dǎo)熱性。7.具有較小的膨脹系數(shù)。8.具有良好的抗咬合性。各類型軸瓦滑動(dòng)軸承合金三.組織要求:1.在高速中、低載荷情況下,用軟基體上分布硬質(zhì)點(diǎn)組織的資料。光滑油空間軸硬質(zhì)點(diǎn)軟基體軸瓦2.在高速重載荷情況下,用硬基體上分布軟質(zhì)點(diǎn)組織的資料。光滑油空間軸軟質(zhì)點(diǎn)硬基體軸瓦三.組織要求:巴氏合金軸瓦內(nèi)燃機(jī)軸瓦常用非金屬資料非金屬資料指工程資料中除金屬資料以外的其他一切資料。非金屬資料的原料來源廣泛，自然資源豐富，成形工藝簡(jiǎn)單，具有一些特殊性能，運(yùn)用日益廣泛，已成為機(jī)械工程資料中不可短少的重要組成部分。在機(jī)械工程中常用的非金屬資料主要包括高分子資料、陶瓷資料和復(fù)合資料高分子資料高分子資料是以高分子化合物為主要組分的資料。高分子化合物是指相對(duì)分子質(zhì)量(分子量)很大的化合物，其分子量普通在5000以上。高分子化合物包括有機(jī)高分子化合物和無機(jī)高分子化合物兩類。有機(jī)高分子化合物又分為天然的和合成的。機(jī)械工程中運(yùn)用的高分子資料主要是人工合成的有機(jī)高分子聚合物〔簡(jiǎn)稱高聚物〕，例如塑料、合成橡膠、合成纖維、涂料和膠接劑等。高聚物是經(jīng)過聚合反響以低分子化合物結(jié)合構(gòu)成的高分子資料聚合反響1.加聚反響由一種或多種單體相互加成而銜接成聚合物的反響.例如乙烯加聚成聚乙烯；單體為兩種或兩種以上的那么為共加聚，例如ABS工程塑料就是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種單體共聚合成的。2.縮聚反響是由一種或多種單體相互作用而銜接成高聚物的反響,這種反響同時(shí)析出新的低分子副產(chǎn)物。酚醛樹脂(電木)、聚酰胺(尼龍)、環(huán)氧樹脂等都是縮聚反響產(chǎn)物。塑料1．塑料的組成塑料是以合成樹脂為主要成分，參與一些用來改善運(yùn)用性能和工藝性能的添加劑而制成的高分子資料。樹脂的種類、性能、數(shù)量決議了塑料的性能，因此，塑料根本上都是以樹脂的稱號(hào)命名的，例如聚氯乙烯塑料的樹脂就是聚氯乙烯。工業(yè)中用的樹脂主要是合成樹脂，如聚乙烯、聚氯乙烯等。2.塑料的特性(1)質(zhì)輕、比強(qiáng)度高塑料的密度為0.9-2.2g／cm3，只需鋼鐵的1／8-1／4。泡沫塑料的密度約0．01g／cm3。塑料的強(qiáng)度比金屬低，但比強(qiáng)度高。這對(duì)減輕機(jī)械產(chǎn)品的分量具有重要意義。(2)化學(xué)穩(wěn)定性好塑料能耐大氣、水、堿、有機(jī)溶劑等的腐蝕。例如，聚四氟乙烯在沸騰的“王水〞中仍很穩(wěn)定。(3)優(yōu)良的電絕緣性塑料有良好的電絕緣性，介質(zhì)損耗小，其電絕緣性可與陶瓷、橡膠等絕緣資料相媲美。(4)減摩、耐磨性好塑料的硬度低于金屬，但多數(shù)塑料的摩擦系數(shù)小，有些塑料(如聚四氟乙烯、尼龍等)具有自光滑性。因此，塑料可用于制造在無光滑條件下任務(wù)的某些零件。

(5)消聲和吸振性好塑料軸承和齒輪任務(wù)時(shí)平穩(wěn)無聲，大大減小了噪音污染。泡沫塑料常被用作隔音資料。(6)成形加工性好塑料有注射、擠壓、模壓、澆塑等多種成形方法，且工藝簡(jiǎn)單，消費(fèi)率高。(7)耐熱性差多數(shù)塑料只能在100℃左右運(yùn)用，少數(shù)種類可在200℃左右運(yùn)用；易老化(因光、熱、載荷、水、堿、酸、氧等的長期作用，使塑料變硬、變脆、開裂等景象，稱老化)；導(dǎo)熱性差，約為金屬的1／500；熱膨脹系數(shù)大，約為金屬的3至10倍。2.塑料的特性3．常用塑料(1)熱塑性塑料①聚乙烯(PE)按消費(fèi)工藝不同，分為高壓聚乙烯、中壓聚乙烯和低壓聚乙烯。高壓聚乙烯化學(xué)穩(wěn)定性高，柔軟性、絕緣性、透明性、耐沖擊性好，宜吹塑成薄膜、軟管、瓶等。低壓聚乙烯質(zhì)地鞏固，耐磨性、耐蝕性、絕緣性好，適宜制造化工用管道、槽，電線、電纜包皮，承載小的齒輪、軸承等；又因其無毒，可制造茶杯、奶瓶、食品袋等。

(1)熱塑性塑料②聚氯乙烯(PVC)分為硬質(zhì)和軟質(zhì)兩種。硬質(zhì)聚氯乙烯強(qiáng)度較高，絕緣性和耐蝕性好，耐熱性差，在－15～60℃溫度范圍運(yùn)用，用于化工耐蝕的構(gòu)造資料，如輸油管、容器、離心泵、閥門管件等，用途很廣。軟質(zhì)聚氯乙烯強(qiáng)度低于硬質(zhì)聚氯乙烯，伸長率大，絕緣性較好，在－15～60℃的溫度范圍運(yùn)用。用于電線、電纜的絕緣包皮，農(nóng)用薄膜，工業(yè)包裝等。因其有毒，不能包裝食品。3．常用塑料③聚丙烯(PP)密度小，是常用塑料中最輕的一種。強(qiáng)度、硬度、剛性、耐熱性均高于低壓聚乙烯，可在120℃以下長期任務(wù)。絕緣性好，且不受濕度影響，無毒無味，但低溫脆性大，不耐磨，易老化，用于普通機(jī)械零件，如齒輪、耐蝕件〔如泵葉輪、化工管道、容器〕；絕緣件；電視機(jī)、收音機(jī)、電扇、電機(jī)罩等殼體；生活器具，醫(yī)療器械，食品和藥品包裝等。④聚酰胺(PA)俗稱尼龍或錦綸。強(qiáng)度、韌性、耐磨性、耐蝕性、吸振性、自光滑性、成形性好，摩擦系數(shù)小，無毒無味，可在100℃以下運(yùn)用。蠕變值大，導(dǎo)熱性差，吸水性高，成形收縮率大。常用的有尼龍6、尼龍66、尼龍610、尼龍1010等。用于制造耐磨、耐蝕的某些承載和傳動(dòng)零件，如軸承、機(jī)床導(dǎo)軌、齒輪、螺母及一些小型零件。也可用于制造高壓耐油密封圈，或噴涂在金屬外表作防腐、耐磨涂層，運(yùn)用較廣。3．常用塑料3．常用塑料⑤聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)俗稱有機(jī)玻璃透光性、著色性、絕緣性、耐蝕性好，在自然條件下老化開展緩慢，可在－60～100℃運(yùn)用。不耐磨，脆性大，易溶于有機(jī)溶劑中，硬度不高，外表易擦傷。用于航空、儀器、儀表、汽車中的透明件和裝飾件，如飛機(jī)窗、燈罩、電視和雷達(dá)屏幕，油標(biāo)、油杯、設(shè)備標(biāo)牌等。⑥ABS塑料是丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)的三元共聚物。綜合力學(xué)性能好，尺寸穩(wěn)定性、絕緣性、耐水和耐油性、耐磨性好，長期運(yùn)用易起層。用于制造齒輪，葉輪，軸承，把手，管道，貯槽內(nèi)襯，儀表盤，轎車車身，汽車擋泥板，機(jī)、電視機(jī)、電機(jī)、儀表的殼體，運(yùn)用較廣。⑦聚甲醛(POM)耐磨性、尺寸穩(wěn)定性、著色性、減摩性，絕緣性好，可在零下40℃～100℃長期運(yùn)用。加熱易分解，成形收縮率大。用于制造減摩、耐磨件及傳動(dòng)件，如軸承、滾輪、齒輪、絕緣件，化工容器，儀表外殼，表盤等，可替代尼龍和有色金屬。3．常用塑料3．常用塑料⑧聚四氟乙烯(F-4)也稱塑料王有極強(qiáng)的耐蝕性，可抗王水腐蝕，絕緣性、自光滑性好，不吸水，摩擦系數(shù)小，可在－195～250℃運(yùn)用，但價(jià)錢較高。用于耐蝕、減摩、耐磨件，密封件，絕緣件，如高頻電纜、電容線圈架，化工用反響器、管道等。⑨聚碳酸脂(PC)強(qiáng)度高，韌性、尺寸穩(wěn)定性、透明性好，可在－60～120℃長期運(yùn)用。耐疲勞性不如尼龍和聚甲醛。用于制造齒輪、蝸輪、凸輪，電氣儀表零件，大型燈罩，防護(hù)玻璃，飛機(jī)擋風(fēng)罩，高級(jí)絕緣資料，用途很廣。

⑩聚砜(PSF)強(qiáng)度、硬度、成形溫度高，抗蠕變、尺寸穩(wěn)定性、絕緣性好，可在－100～150℃長期運(yùn)用。不耐有機(jī)溶劑和紫外線。用于制造耐熱件，絕緣件，減摩、耐磨件，高強(qiáng)度件，如凸輪，精細(xì)齒輪、真空泵葉片、儀表殼體和罩，汽車護(hù)板，電子器件等。3．常用塑料3．常用塑料(2)熱固性塑料①酚醛塑料(PF)俗稱電木強(qiáng)度、硬度、絕緣性、耐蝕性、尺寸穩(wěn)定性好，任務(wù)溫度＞100℃，脆性大，耐光性差，只能模壓成形，價(jià)錢低。用于制造儀表外殼，燈頭、燈座、插座，電器絕緣板，耐酸泵，剎車片，電器開關(guān)，水光滑軸承等。②氨基塑料俗稱電玉顏色艷麗，半透明如玉，絕緣性好，長期運(yùn)用溫度＜80℃，耐水性差。用于制造裝飾件、絕緣件，如開關(guān)、插頭、旋鈕、把手、燈座、鐘表外殼等。③環(huán)氧塑料(EP)俗稱萬能膠強(qiáng)度、韌性、絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性好，能防水、防潮、防霉，可在—80～155℃長期運(yùn)用，成形工藝簡(jiǎn)便，成形后收縮率小，粘結(jié)力強(qiáng)。用于制造塑料模具、儀表和電器零件、電子元件及線圈及用于涂覆、包封和修復(fù)機(jī)件。3．常用塑料橡膠是一種有機(jī)高分子資料。橡膠種類有：天然橡膠〔NR〕和合成橡膠兩大類，其中汽車上常運(yùn)用的合成橡膠種類有：苯乙烯丁二烯橡膠〔SBR)、丁腈橡膠〔NBR)、氯丁橡膠〔CR〕、聚氨脂橡膠〔CR〕、乙丙橡膠等。橡膠耐熱性：即在高溫下長期運(yùn)用，其性能堅(jiān)持根本不變的特性稱耐熱性。耐候性：能在各種氣候條件下〔日曬、雨淋、霜、霧等〕其性能堅(jiān)持不變的特性稱耐候性，氯丁橡膠、硅橡膠等具有良好的耐候性。耐油性：橡膠在各種油漬中任務(wù)時(shí)不會(huì)引起橡膠性能的惡化或破壞稱耐油性。氯丁橡膠等具有良好的耐油性。橡膠的主要特性緩沖、吸振性能：橡膠具有一定的彈性，所以能起緩沖的作用。橡膠經(jīng)過本身吸收能量，所以可以起吸能減振的作用。電氣絕緣性：橡膠均具有隔氣、絕緣的作用。耐磨和耐彎折性：橡膠均具有一定的耐磨性和較強(qiáng)的耐彎折性。橡膠的主要特性橡膠的運(yùn)用橡膠在汽車上的運(yùn)用廣泛。車身橡膠制品多用于減振和密封，如制造油封、形密封圈、隔膜、密封條、防塵套、橡膠墊片、彈簧等。陶瓷資料1．陶瓷的分類按原料不同，陶瓷分為普通陶瓷和特種陶瓷；按用途不同分為日用陶瓷和工業(yè)陶瓷。普通陶瓷又稱傳統(tǒng)陶瓷，其原料是天然的硅酸鹽產(chǎn)物，如粘土、長石、石英等。這類陶瓷又稱硅酸鹽陶瓷，例如日用陶瓷、建筑陶瓷、絕緣陶瓷、化工陶瓷等。特種陶瓷又稱近代陶瓷，其原料是人工合成的金屬氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等。特種陶瓷具有一些獨(dú)特的性能，可滿足工程構(gòu)造的特殊需求。常用工業(yè)陶瓷1．普通陶瓷質(zhì)地鞏固、不氧化、不導(dǎo)電、耐腐蝕、本錢低，加工成形性好。強(qiáng)度低，運(yùn)用溫度為1200℃。廣泛用于電氣、化工、建筑和紡織行業(yè)。例如：受力不大，在酸、堿中任務(wù)的容器、反響塔、管道；絕緣件；要求光潔、耐磨、低速、受力小的導(dǎo)紗零件。

2．氧化鋁陶瓷主要成分是A12O3。強(qiáng)度比普通陶瓷高2-6倍，硬度高(僅低于金剛石)；耐高溫〔陶瓷可在1600℃時(shí)長期運(yùn)用，空氣中運(yùn)用溫度最高為1980℃〕，高溫蠕變?。荒退?、堿和化學(xué)藥品腐蝕，絕緣性好。脆性大，不能接受沖擊。用于制造高溫容器(如坩堝)，內(nèi)燃機(jī)火花塞；切削高硬度、大工件、精細(xì)件的刀具；耐磨件(如拉絲模)；化工、石油用泵的密封環(huán)；高溫軸承；紡織機(jī)用高速導(dǎo)紗零件等。常用工業(yè)陶瓷常用工業(yè)陶瓷3．氮化硅陶瓷這類陶瓷化學(xué)穩(wěn)定性好，除氫氟酸外，可耐無機(jī)酸(鹽酸、硝酸、硫酸、磷酸、王水)和堿液腐蝕；抗熔融非鐵金屬侵蝕，硬度高，摩擦系數(shù)小，耐磨性好；絕緣性；熱膨脹系數(shù)小，抗高溫蠕變性高于其他陶瓷；最高運(yùn)用溫度低于氧化鋁陶瓷。用于制造高溫軸承，熱電偶套管，泵和閥的密封件，切削高硬度資料的刀具。例如，農(nóng)用泵因泥砂多，要求密封件耐磨，原來用鑄造錫青銅作密封件與9Crl8對(duì)磨，壽命低，現(xiàn)用氮化硅陶瓷與9Crl8對(duì)磨，運(yùn)用8400h，磨損仍很小。常用工業(yè)陶瓷4．碳化硅陶瓷這類陶瓷高溫強(qiáng)度大，抗彎強(qiáng)度在1400℃仍堅(jiān)持500～600MPa，熱傳導(dǎo)才干強(qiáng)，有良好的熱穩(wěn)定性、耐磨性、耐蝕性和抗蠕變性。用于制造任務(wù)溫度高于1500℃的構(gòu)造件，如火箭尾噴管的噴嘴，澆注金屬的澆口杯，熱電偶套管、爐管，汽輪機(jī)葉片，高溫軸承，泵的密封圈。5．氮化硼陶瓷這類陶瓷有良好的高溫絕緣性(2000℃時(shí)仍絕緣)、耐熱性、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、光滑性，能抗多數(shù)熔融金屬侵蝕，硬度低，可進(jìn)展切削加工。用于制造熱電偶套管，坩堝，導(dǎo)體散熱絕緣件，高溫容器、管道、軸承，玻璃制品的成形模具。復(fù)合資料復(fù)合資料由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的物質(zhì)，經(jīng)人工組合而成的多相固體資料，稱為復(fù)合資料。復(fù)合資料的分類按基體不同，分為兩類：非金屬基復(fù)合資料和金屬基復(fù)合資料。按加強(qiáng)相的種類和外形不同，分為三類：顆粒復(fù)合資料、層疊復(fù)合資料和纖維加強(qiáng)復(fù)合資料。按性能，分為構(gòu)造復(fù)合資料、功能復(fù)合資料等。復(fù)合資料的性能1．比強(qiáng)度和比模量高例如碳纖維和環(huán)氧樹脂組成的復(fù)合資料，其比強(qiáng)度是鋼的8倍，比模量(彈性模量與密度之比)比鋼大3倍。2．抗疲勞性能好例如碳纖維-聚酯樹脂復(fù)合資料的疲勞強(qiáng)度是其抗拉強(qiáng)度的70％-80％，而大多數(shù)金屬的疲勞強(qiáng)度是其抗拉強(qiáng)度的30％～50％。3．減振性能好纖維與基體界面有吸振才干，可減小振動(dòng)。例如，尺寸外形一樣的梁，金屬梁9s停頓振動(dòng)，碳纖維復(fù)合資料制成的梁2.5s就可停頓振動(dòng)。4．高溫性能好普通鋁合金在400～500℃時(shí)彈性模量急劇下降，強(qiáng)度也下降。碳或硼纖維加強(qiáng)的鋁復(fù)合資料，在上述溫度時(shí)，其彈性模量和強(qiáng)度根本不變。此外，復(fù)合資料還有較好的減摩性、耐蝕性、斷裂平安性和工藝性等。復(fù)合資料的性能常用復(fù)合資料1．纖維加強(qiáng)復(fù)合資料(1)玻璃纖維加強(qiáng)復(fù)合資料(俗稱玻璃鋼)按粘結(jié)劑不同，分為熱塑性玻璃鋼和熱固性玻璃鋼。①