汽車機械基礎（中職汽車專業(yè)）全套教學課件

了解汽車機械的組成部分了解機器與機構的特征及區(qū)別了解構件與零件的特征及區(qū)別

能識別汽車各系統(tǒng)的總成和零部件認識一下我哦項目一汽車機械概述知識目標能力目標全套可編輯PPT課件汽車機械概述汽車工程材料汽車機械零件的力學分析汽車常用軸系零部件汽車常用連接汽車常用機構汽車常用機械傳動汽車液壓傳動你了解汽車的結構嗎？知道汽車上有哪些重要的零部件及其安裝位置嗎？任務認識汽車機械點了名的喊到?。?！認識各種汽車（a）轎車 （b）跑車 （c）救護車

（d）警車 （e）貨車 （f）消防車常見的幾種車任務描述

任務目標了解機器的組成部分及其功用。熟悉機器的特征，了解機器和機構的區(qū)別。仔細觀察汽車的各組成部分，認識汽車各系統(tǒng)的組成和零部件，并熟悉它們的作用。傳動部分支撐及輔助部分控制部分執(zhí)行部分動力部分汽車機械的組成

連接動力部分和執(zhí)行部分，用于傳遞運動和動力，如汽車中的離合器、變速箱、傳動軸、差速器等。用來安裝和支撐其余組成部分，通常包括基礎件、支撐構件、潤滑及照明部分，如汽車中的車身、車燈、雨刮器等。通過人力操控或自動控制來改變動力部分或傳動部分，以使執(zhí)行部分完成預定動作或?qū)崿F(xiàn)預定功能，如汽車中的方向盤、油門、剎車等。又稱工作部分，直接完成機器預定的工作任務，如汽車中的車輪。用于將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為機械能，是汽車機械工作的動力源，如發(fā)動機、電動機等是一種人為實體（零件或構件）的組合。各實體之間具有確定的相對運動。能代替或減輕人類勞動，完成有用的機械功。機器的特征機器的組成通用零件專用零件從制造的角度來看，機器是由若干零件組成的，如各種螺母、軸、齒輪等。零件是機器中不可再拆的最小單元，故零件是機器的制造單元。按照使用范圍的不同，零件可分為通用零件和專用零件兩類，如下圖所示。其中，通用零件在各種機器中都能看到，如螺栓、螺母、軸承、齒輪等；專用零件僅用于實現(xiàn)特定功能的機器，如汽車發(fā)動機中的曲軸、活塞、凸輪軸等。構件

從運動的角度來看，機器又是由若干構件組成的，且各構件之間具有確定的相對運動。構件是機器中作為一個整體運動的最小單元，故構件是機器組成中最基本的運動單元。連桿構件汽車發(fā)動機

主要機構示意圖構件通常由若干個零件剛性地連接在一起。例如，汽車發(fā)動機連桿是由連桿體、軸套、軸瓦、連桿蓋、螺母、螺栓等裝配而成的。機構機器可以看作一個或若干個機構的組合。例如，汽車發(fā)動機主要包括帶傳動機構、活塞連桿機構和凸輪機構。機構是具有確定相對運動的構件的組合，用來傳遞運動和動力。單從結構和運動的觀點來看，機器和機構之間沒有明顯的區(qū)別，故通常將機器和機構統(tǒng)稱為機械。機器由一個或多個機構連接而成，機構由多個構件連接而成；構件由一個或多個零件連接而成。Notice機器和機構都是人為的實體組合，各運動實體間都有確定的相對運動關系，但機構無法完成有用的機械功或?qū)崿F(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，這是二者的本質(zhì)區(qū)別。知識拓展從制造角度看，汽車是由各種不同的裝置和部件裝配而成的。汽車的類型有很多，但無論簡單還是復雜的汽車，其基本組成都是一致的，即通常由發(fā)動機、底盤、車身和電氣設備等部分組成。發(fā)動機本文只介紹兩大機構?。?！汽車發(fā)動機主要包括兩大機構和五大系統(tǒng)。兩大機構是指活塞連桿機構和配氣機構；五大系統(tǒng)是指供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、點火系統(tǒng)和起動系統(tǒng)。發(fā)動機是汽車的動力裝置，它將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為動力輸出，通過底盤的傳動系統(tǒng)驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)代汽車中的發(fā)動機仍然以汽油或柴油內(nèi)燃機為主，但隨著汽車技術的不斷進步，以電動機為動力系統(tǒng)的電動汽車已逐漸得到消費者的認可。

配氣機構：用于將足量的新鮮氣體充入氣缸并適時將廢氣排出。它主要由凸輪軸、氣門、正時同步帶（齒形鏈）和帶輪（鏈輪）等組成?；钊B桿機構：用于將活塞的直線往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，從而輸出動力。它主要由氣缸體、活塞、連桿、飛輪和曲軸等組成。底盤汽車底盤的作用一方面是安裝和支撐汽車各部件和總成，形成汽車的整車造型；另一方面是接受發(fā)動機的動力，使汽車產(chǎn)生運動，并按駕駛員的操控行駛。汽車底盤一般由傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)等四大部分組成。傳動系統(tǒng)：將發(fā)動機輸出的動力傳遞給驅(qū)動輪，使汽車具有良好的動力性和燃油性。傳動系統(tǒng)主要包括離合器、變速器、萬向傳動裝置、主減速器、差速器、半軸等部分。隨著汽車技術的進步，現(xiàn)代汽車越來越多地使用液力機械式變速器（自動變速器）取代傳統(tǒng)的離合器和機械式變速器。行駛系統(tǒng)：接受傳動系統(tǒng)傳遞的轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生牽引力，并緩和沖擊和振動，保證汽車正常、平順、穩(wěn)定的行駛。行駛系統(tǒng)主要包括車架、車橋、懸架和車輪等部分。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)：保持或改變汽車的行駛方向，使駕駛員有效地控制汽車。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般包括轉(zhuǎn)向操縱機構、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機構等部分。制動系統(tǒng)：使汽車減速、停止或駐車。制動系統(tǒng)主要包括制動器和制動傳動裝置。汽車一般至少包括行車制動和駐車制動兩套制動裝置?，F(xiàn)代許多汽車中還裝設了制動防抱死裝置。電氣設備車身電氣設備是汽車的重要組成部分，主要包括電源組、點火系統(tǒng)（汽油機）、照明和信號裝置、儀表、空調(diào)及各種輔助電器等?，F(xiàn)代汽車中越來越多地使用各種電子設備，如微處理器、中央計算機系統(tǒng)及各種人工智能裝置等，使汽車的操縱性、安全性、娛樂性等得到了顯著提高。車身用來供駕駛員和乘客乘坐，還可用來存放行李或裝載貨物。車身不僅要為駕駛員提供方便的操縱條件，還要為乘客提供舒適安全的乘坐環(huán)境；不僅要保護乘車人的安全，還要保證貨物完好無損。謝謝觀賞!項目二汽車工程材料知識目標能力目標熟悉金屬材料的力學性能和工藝性能。熟悉金屬材料的分類、牌號和性能特點。熟悉非金屬材料的組成、分類及特性。了解金屬材料和非金屬材料在汽車中的應用。能識別汽車中常見零部件的組成材料。能初步掌握汽車常見零部件的選材要求。任務一認識汽車常用金屬材料汽車作為一個復雜的機械系統(tǒng)，通常由成千上萬個零部件組裝而成這些零部件又是由各種各樣的材料加工制造而成的。那么汽車中還有哪些零部件是用金屬材料制造的？你了解汽車常用金屬材料有哪些類型和特性嗎？在工程實際中，制造汽車零部件的材料主要分為金屬材料和非金屬材料。其中，金屬材料是最重要的汽車工程材料，有著非常廣泛的應用，用量約占汽車總材料的80%。汽車中的重要零部件如曲軸、齒輪、軸承、活塞等，都是由金屬材料制造而成的。???任務描述任務目標能識別汽車常用金屬零部件的組成材料。了解金屬材料的分類、牌號及性能特點。了解金屬材料的性能及其評判指標。觀察和識別發(fā)動機的主要組成零件，辨別它們各自的組成材料，以了解金屬材料在汽車中的應用，并學習區(qū)分金屬材料。一、金屬材料的性能強度1．金屬材料的力學性能

金屬材料的力學性能又稱機械性能，它是指金屬材料在各種載荷（如拉力、壓力、沖擊力等）作用下表現(xiàn)出來的一系列特性和抵抗破壞的能力。金屬材料的力學性能主要包括強度、塑性、硬度、沖擊韌度和疲勞強度等。金屬材料在外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力稱為強度。根據(jù)外力的作用形式不同，強度可分為抗拉強度、抗壓強度、抗剪強度和抗彎強度等。本書主要介紹抗拉強度。物體受外力作用發(fā)生變形，同時在材料內(nèi)部會產(chǎn)生一個抵抗變形的力，稱為內(nèi)力。單位面積上的內(nèi)力稱為應力，用R表示，單位為帕（Pa或N/mm2），工程上的常用單位為兆帕（MPa或N/mm2）。由于力的作用而產(chǎn)生的材料尺寸的變化與原始尺寸之比稱為應變，用表示。抗拉強度是最基本的強度指標，常通過拉伸試驗進行測定。將預先制作好的材料試樣裝在拉伸試驗機上，緩慢施加拉力，使試樣產(chǎn)生拉伸變形，長度不斷增加，直至試樣被拉斷。該過程中，試驗機能自動繪制出試樣內(nèi)應力和應變的關系曲線，稱為應力—應變曲線。低碳鋼的應力—應變曲線。材料拉伸試樣材料拉伸試樣低碳鋼試樣拉伸過程明顯經(jīng)歷了四個變形階段，如表2-1-1所示。表2-1-1低碳鋼應力—應變曲線分析材料拉伸試樣屈服強度使材料發(fā)生屈服現(xiàn)象的應力，分為上屈服強度和下屈服強度。其中，上屈服強度是試樣發(fā)生屈服而應力首次下降前的最大應力；下屈服強度是指在屈服期間，不計初始瞬時效應時的最小應力。它們的計算公式如下：

ReH

，ReL

—上、下屈服強度，單位為MPa；FeH

—試樣發(fā)生屈服而應力首次下降前承受的最大載荷，單位為N；

FeL—試樣發(fā)生屈服時承受的最小載荷，單位為N；

S0

—試樣原始截面積，單位為mm2。對于無明顯屈服現(xiàn)象的金屬材料，如大多數(shù)合金鋼、鑄鐵、有色金屬等，測量屈服點很困難。因此，對于這類材料，通常規(guī)定試樣產(chǎn)生0.2%微量塑性變形時的應力Rp0.2作為屈服強度指標，稱為規(guī)定殘余伸長應力。抗拉強度Rm指金屬材料在斷裂前所承受的最大應力，其計算公式為：

Rm—試樣材料的抗拉強度，單位為MPa；

Fm—試樣斷裂前所承受的最大載荷，單位為N；

S0—試樣原始橫截面積，單位為mm2。抗拉強度表示材料抵抗均勻塑性變形的最大能力，是設計機械零件和選材的主要依據(jù)之一。塑性金屬材料在外力作用下，產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力稱為塑性。塑性的好壞可通過材料在斷裂前的最大變形量來評價。通過拉伸試驗測得的常用塑性指標有：斷后伸長率和斷面收縮率。斷后伸長率A指試樣被拉斷后，試樣標距的伸長量和原始標距的百分比。A—

斷后伸長率，沒有單位；Lu—試樣拉斷后的標距，單位為mm；L0—試樣原始標距，單位為mm。斷面收縮率Z指試樣被拉斷后，其橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比。Z—

斷后伸長率，沒有單位；S0—試樣拉斷后的標距，單位為mm；Su—試樣原始標距，單位為mm。金屬材料的斷后伸長率A和斷面收縮率Z越大，表示該材料的塑性越好，即在不發(fā)生破壞時所能承受的塑性變形越大。塑性好的材料適宜用軋制、鍛造等塑性變形的加工方法進行加工。工程應用中，在常溫、靜載條件下測定的斷后伸長率A>5%的材料稱為塑性材料，如低碳鋼、銅、鋁合金等；斷后伸長率A<5%的材料稱為脆性材料，如灰鑄鐵、陶瓷、玻璃等。硬度材料表面抵抗局部塑性變形、壓痕或劃痕的能力稱為硬度。常用的硬度試驗方法有布氏測試法、洛氏測試法和維氏測試法等，所測定的硬度值分別稱為布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。三種硬度試驗的原理、測定方法和應用范圍如表2-1-2所示。布氏硬度的表示方法為：硬度值+HBW+球體直徑+試驗壓力+保持時間洛氏硬度的表示方法為：硬度值+符號10~15s時不標注表2-1-2三種硬度的比較沖擊韌度金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為沖擊韌度。它可以用來衡量材料韌性的好壞。對于承受沖擊載荷的零件，如汽車發(fā)動機中的活塞，不僅要求具有高的強度和一定的塑性，還要求具備足夠的沖擊韌度。金屬材料的沖擊韌度可以通過擺錘式一次沖擊試驗來測量。

沖擊試驗原理圖試樣擺錘沖擊示意圖擺錘沖斷試樣所消耗的能量稱為沖擊功，其大小等于擺錘的勢能差，可從試驗機的表盤上直接讀出。擊功，單位為Jcm2試樣缺口處單位截面積上所消耗的沖擊功稱為沖擊韌度值，單位為J/cm2，即：

Ak—試樣吸收的沖擊功，單位為J；

S—試樣缺口底部橫截面積，單位為cm2。沖擊韌度值越大，表示材料的韌性越好，受沖擊時越不容易斷裂。為了使試驗結果不受其他因素影響，沖擊試樣要根據(jù)有關國家標準制作。疲勞強度金屬材料承受無限多次交變載荷的作用而不發(fā)生破壞的最大應力稱為疲勞強度，其大小可以通過疲勞試驗進行測量。但實際操作中，金屬材料不可能作無限多次交變載荷試驗。因此，試驗時通常規(guī)定一個循環(huán)次數(shù)，鋼材為107次，有色金屬材料為108次。提高疲勞強度的主要措施有：提高零件的表面質(zhì)量，采用強化處理方法，盡量避免表面缺陷的形成。Notice疲勞破壞是機械零件失效的主要形式之一，由于前期不易察覺，具有較強的突發(fā)性，因此疲勞破壞往往造成很嚴重的后果。2．金屬材料的工藝性能金屬材料的工藝性能反映了金屬材料被加工成零件的難易程度。材料工藝性能的好壞影響零件的加工質(zhì)量和加工成本，因此工藝性能是選擇材料時必須考慮的因素之一。工藝性能主要包括鑄造性能、壓力加工性能、焊接性能和切削加工性能等，如表2-1-3所示。表2-1-3金屬材料的工藝性能二、金屬材料概述黑色金屬由鐵或以鐵為主形成的金屬材料，即鋼鐵材料，包括鋼、生鐵和鑄鐵。金屬材料是指由金屬元素或以金屬元素為主要成分構成的具有金屬特性的工程材料。金屬材料種類繁多，應用廣泛，按化學成分可分為黑色金屬和有色金屬兩大類。有色金屬除鋼鐵以外的其他金屬及其合金材料，如銅、鋁、鎂、鈦等。汽車上應用最多的黑色金屬材料為鋼和鑄鐵，應用最多的有色金屬為鋁及鋁合金、銅及銅合金、軸承合金等。汽車常用金屬材料三、碳素鋼的分類、牌號、性能及用途按化學成分不同，鋼可分為非合金鋼和合金鋼，其中，非合金鋼又稱為碳素鋼，簡稱碳鋼。1．碳素鋼的分類2．碳素鋼的牌號、性能及用途金屬的牌號是指按照有關規(guī)定對金屬材料進行的統(tǒng)一標準化編號。國家標準規(guī)定：鋼的牌號由大寫的漢語拼音、化學元素符號、阿拉伯數(shù)字等組成。常用碳素鋼牌號的示例及含義如表2-1-4所示。表2-1-4常用碳素鋼的牌號示例及含義碳素鋼在工業(yè)生產(chǎn)中的應用非常廣泛，常用碳素鋼的性能和用途如表2-1-5所示。表2-1-5常用碳素鋼的性能及用途四、合金鋼的分類、牌號、性能及用途為改善碳素鋼的機械性能，通常在煉鋼時加入微量金屬元素，如Mn，Si，Cr，Ni，Mo，W，V等，由此獲得的鋼材稱為合金鋼。與碳素鋼相比，合金鋼往往具有某些方面的特殊性能或具有良好的綜合力學性能。1．合金鋼的分類主要用于制造重要的機械零件和工程結構件，又可細分為合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼和滾動軸承鋼等。主要用于制造重要的刃具、模具和量具，又可細分為合金刃具鋼、合金模具鋼和合金量具鋼。具體特殊的物理和化學性能，一般分為不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼等。合金結構鋼合金工具鋼特殊性能鋼2．合金鋼的牌號、性能及用途表2-1-6常用合金鋼的牌號示例及含義表2-1-7常用合金鋼的性能及用途表2-1-7（續(xù)）五、鑄鐵的分類、牌號、性能及用途平均碳含量大于2.11%的鐵碳合金稱為鑄鐵。一般而言，工業(yè)用鑄鐵中碳含量為2%～4%。除了含有鐵、碳元素之外，合金鑄鐵中還含有鎳、鉻、鉬、鋁等合金元素。雖然塑性及韌性不及鋼，但鑄鐵的生產(chǎn)成本低廉，具有優(yōu)良的鑄造性能、切削加工性能和良好的耐磨性及吸振性，因此在工業(yè)生產(chǎn)中應用十分廣泛。1．鑄鐵的分類碳主要以滲碳體形式存在，斷口呈銀白色，由于具有很高的脆性和硬度，難以進行切削加工，故工業(yè)中很少直接用白口鑄鐵來制造機械零件。碳主要以片狀石墨形式存在，斷口呈暗灰色，具有一定的力學性能和切削加工性能，故在工業(yè)中灰口鑄鐵應用最為廣泛。一部分碳以石墨形式存在，另一部分以滲碳體形式存在，斷口呈灰白相間的麻點狀，在工業(yè)中應用很少。白口鑄鐵灰口鑄鐵麻口鑄鐵2．鑄鐵的牌號、性能及用途表2-1-8鑄鐵的牌號組成、性能特點及用途表2-1-8（續(xù)）六、有色金屬材料為滿足汽車輕量化等特殊需求，汽車中不少零部件使用了有色金屬材料，其中應用較廣的有鋁及鋁合金、銅及銅合金、軸承合金等。1．鋁及鋁合金工業(yè)中使用的純鋁呈銀白色，密度較小，僅為鋼的1/3，熔點為660℃，在常溫及潮濕環(huán)境中，其表面容易形成一層致密的氧化膜，故純鋁具有較好的抗腐蝕性。純鋁的導熱性和導電性良好，是僅次于金、銀、銅的優(yōu)良導體；純鋁塑性很高，能通過壓力加工方法制成各種型材、板材。工業(yè)純鋁廣泛用于制造各種導線、電容器和包裝材料等，汽車中主要用工業(yè)純鋁制造空氣壓縮機墊圈、排氣閥墊片、汽車銘牌等。

工業(yè)純鋁的純度不低于99%，其牌號用1×××表示，如1A50，1B30等。其中，第二位字母為A則表示原始純鋁，其他字母則表示改型合金；最后兩位數(shù)字表示鋁的最低百分含量中小數(shù)點后面兩位。例如，1A50表示鋁的含量為99.50%的原始純鋁。具有較高的強度和良好的塑性，可通過沖壓、彎曲、擠壓等加工方法獲得所需零件，如發(fā)動機機架、飛機大梁等。根據(jù)性能特點和用途的不同，變形鋁合金又可分為防銹鋁合金、硬鋁合金、超硬鋁合金和鍛造鋁合金四類。具有良好的鑄造性能，能鑄成各種形狀復雜的零件，如發(fā)動機殼體、轎車輪轂等。根據(jù)所含合金元素的不同，鑄造鋁合金又可分為鋁硅系、鋁銅系、鋁鎂系和鋁鋅系等四類。變形鋁合金鑄造鋁合金純鋁的強度太低，不宜直接用來制造承受載荷的結構件，因此，通常往純鋁中添加各類合金元素來強化鋁的性能，從而得到各種系列的鋁合金。添加的合金元素主要有銅、錳、硅、鎂、鋅等。根據(jù)合金元素和工藝特點的不同，鋁合金可分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類。

變形鋁合金牌號用2×××～8×××表示，如3A21，2A12等。其中，牌號的第一位數(shù)字是按照主要合金元素：銅、錳、硅、鎂、鎂＋硅、鋅及其他元素的順序來表示變形鋁合金的組別；第二組數(shù)字或字母表示原始合金（A）或改型合金（B～Y）；牌號中最后兩位數(shù)字用來區(qū)分同一組中不同的鋁合金。例如，3A21表示以錳為主要合金元素的變形鋁合金。鑄造鋁合金牌號由“ZL”＋三位數(shù)字組成，如ZL103，ZL202等。其中，“ZL”是“鑄鋁”的拼音首字母，第一位數(shù)字表示合金類別：1代表Al－Si系合金；2代表Al－Cu系合金；3代表Al－Mg系合金；4代表Al－Zn系合金。第二、三位數(shù)字是合金的順序號。例如，ZL202表示2號Al－Cu系鑄造鋁合金。2．銅及銅合金純銅為紫紅色，密度為8.96g/cm3，比鋼略大，導電性和導熱性良好，塑性、耐腐蝕性及焊接性能良好，但強度和硬度均不高，且價格昂貴，屬于貴金屬，故一般不用來加工各種構件。工業(yè)生產(chǎn)中通常用純銅來制造電線、電纜、散熱片等。通過向純銅中加入鋅、鉛、錫、鋁、鈹?shù)仍丶纯傻玫礁鞣N性能優(yōu)越的銅合金。根據(jù)所加入合金元素的不同，銅合金可分為黃銅、青銅和白銅等三大類，如表2-1-9所示。表2-1-9銅合金的分類、性能特點及用途表2-1-9續(xù)3．軸承合金軸承合金主要用于制造滑動軸承。為保證機器正常、平穩(wěn)地運行，軸承合金材料應具有足夠的強度、硬度和疲勞強度，足夠的塑性和韌性，良好的磨合能力、減摩性和耐磨性，以及方便加工、價格低廉等特點。表2-1-10常見軸承合金的性能特點及用途知識拓展各種金屬材料直接加工成零件時，往往難以滿足機器對零件的性能需求，因此，工業(yè)生產(chǎn)中常采用熱處理的方法來提高零件的性能。由于鋼是工業(yè)中應用最廣的金屬材料，下面主要介紹鋼的熱處理的有關知識。一、鋼的熱處理的概念、目的及分類1．熱處理的概念熱處理是采用適當方式將金屬工件進行加熱、保溫和冷卻，以獲得預期的組織結構和性能的工藝。由于鋼在工業(yè)生產(chǎn)中應用最為廣泛，故熱處理常指鋼的熱處理。2．熱處理的目的熱處理的目的是為了充分發(fā)揮鋼材的潛力，提高鋼件的使用性能和使用壽命，改善工件的加工工藝性能。在汽車制造業(yè)中需熱處理的零件達70%～80%。3．熱處理的分類熱處理的種類很多，根據(jù)熱處理的目的和工藝方法不同，熱處理可分為整體熱處理和表面熱處理兩大類。根據(jù)工序位置的不同，熱處理可分為預備熱處理和最終熱處理。二、鋼的普通熱處理鋼的普通熱處理又稱整體熱處理，主要方法包括退火、正火、淬火、回火、調(diào)質(zhì)和時效處理等。不同方法的處理過程、目的等都不相同，如表2-1-13所示。表2-1-13鋼的普通熱處理表2-1-13續(xù)表2-1-14回火的分類在回火處理中，回火的溫度越高，鋼件獲得的硬度、強度越低，塑性和韌性越高。根據(jù)回火時溫度范圍不同，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火，如表2-1-14所示。先淬火再高溫回火的熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理可以使鋼件獲得良好的綜合力學性能，通常用于連桿、主軸、齒輪及專用螺栓等受力復雜的重要機械零部件。三、鋼的表面熱處理汽車中的許多零件（如曲軸、活塞銷、傳動齒輪等）工作時承受各種交變、沖擊載荷及摩擦力的作用，這就要求零件表面保持高硬度和耐磨性，而心部具有足夠的韌性。這類需求很難用一般的熱處理來滿足。生產(chǎn)中常選用中碳鋼或中碳合金鋼，并對其進行表面處理來實現(xiàn)上述要求。表面熱處理是指僅對鋼件的表面進行加熱，以改變表層組織結構和力學性能的熱處理工藝。根據(jù)工藝方法和原理的不同，表面熱處理可分為表面淬火和化學熱處理兩大類，如表2-1-15所示。表面淬火示意圖感應加熱淬火示意圖表2-1-15表面熱處理謝謝觀賞任務一認識汽車常用非金屬材料雖然汽車中大部分零件采用的是金屬材料制造，但為了滿足汽車輕量化、耐腐蝕等要求，塑料、橡膠等非金屬材料也被大量應用，如車燈、車玻璃、輪胎、內(nèi)飾件等。那么你知道汽車中都應用了哪些種類的非金屬材料嗎？各類非金屬材料的性能有何特點？讓我們一起來認識汽車常用非金屬材料吧！任務描述任務目標觀察和認識汽車內(nèi)、外飾件，辨別它們各自的組成材料，以了解非金屬材料在汽車中的應用，并學習區(qū)分非金屬材料。了解各種非金屬材料的性能、特點及應用。初步識別汽車中各種非金屬零部件的組成材料。一、塑料1．塑料的組成作用是在一定的溫度和壓力條件下軟化并塑造成形，它決定塑料的基本屬性，并起黏結劑的作用。樹脂分為天然樹脂和合成樹脂。作用是彌補或改進塑料的某些特性，主要包括填料和增強材料、填充劑、增塑劑、固化劑、著色劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、抗靜電劑、發(fā)泡劑和阻燃劑等。可視塑料的性能要求而改變添加劑的種類和數(shù)量。樹脂添加劑汽車中使用的非金屬材料主要分為有機高分子材料、無機材料和復合材料等。其中，有機高分子材料主要包括塑料、橡膠和黏結劑等；無機材料主要包括陶瓷材料、玻璃材料等。2．塑料的分類塑料的種類很多，按熱性能的不同可分為熱塑性塑料和熱固性塑料；按用途的不同可分為通用塑料和工程塑料。3．塑料的特性重量輕。塑料的密度一般為0.83～2.2g/cm3，僅為鋼鐵材料的1/8～1/4?；瘜W性質(zhì)穩(wěn)定。塑料能耐大氣、水及多數(shù)酸、堿、有機溶劑等的腐蝕。絕緣性能好。一般塑料對電都有良好的絕緣性和耐電弧特性。減摩、耐磨性好。多數(shù)塑料的摩擦系數(shù)小，耐磨性好，可作為減摩材料。消聲吸振性良好，成形性、著色性好，且加工簡單。大多數(shù)塑料制品具有很高的生產(chǎn)效率，生產(chǎn)成本低。耐熱性差，熱膨脹率大，尺寸穩(wěn)定性差，使用過程中容易變形和老化。4．塑料在汽車中的應用表2-2-1塑料在汽車中的應用表2-2-1（續(xù)）二、橡膠橡膠是一種以生膠為基礎，加入適量配合劑制成的高分子材料。橡膠制品廣泛應用于汽車發(fā)動機及其附件、傳動、轉(zhuǎn)向、懸掛、制動、電器儀表及車身等系統(tǒng)內(nèi)。1．橡膠的組成一種具有高彈性的聚合物材料，按來源可分為天然生膠和合成生膠兩類。天然生膠是指從橡膠樹、橡膠草等植物中提取的膠乳，經(jīng)凝固、干燥、穩(wěn)壓后制成的片狀固體；合成生膠是指由化學合成方法制得的與天然橡膠相似的高分子材料。為改善和提高橡膠制品性能而加入的物質(zhì)，主要有硫化劑、活性劑、軟化劑、填充劑、防老劑、著色劑等。生膠配合劑2．橡膠的分類從橡膠樹、橡膠草等植物中提取液狀乳汁經(jīng)適當加工制成。以某些低分子化合物為原料，經(jīng)復雜的聚合反應制成。天然橡膠合成橡膠3．橡膠的特性橡膠的彈性極好，最大伸長率可達800%～1000%，且去除外力后能迅速恢復原狀；同時具有吸振能力強，耐磨性、隔聲性、絕緣性好，可積儲能量，有一定的耐蝕性和強度等優(yōu)點。橡膠的主要缺點是易于老化，老化后會喪失彈性、變硬、變脆、發(fā)黏甚至龜裂。使用或存放周期過長、光照、高溫等因素均會加快橡膠老化。4．橡膠在汽車中的應用汽車中使用量最大的是合成橡膠。合成橡膠主要有七大品種：丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠、異戊橡膠、丁基橡膠、三元乙丙橡膠和丁腈橡膠。各種橡膠在汽車中的應用情況如表2-2-2所示。表2-2-2橡膠在汽車中的應用三、陶瓷陶瓷屬于無機非金屬固體材料，它以天然礦物或人工合成的各種化合物為基本原料，經(jīng)粉碎、成形和高溫燒結等工序制造而成。1．陶瓷的分類主要以天然的硅酸鹽礦物質(zhì)（如黏土、長石、石英等）為原料，經(jīng)粉碎、成形、燒制而成。按用途不同，傳統(tǒng)陶瓷可分為日用陶瓷、建筑陶瓷、絕緣陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、電器陶瓷、化工陶瓷和多孔陶瓷等。主要以高強度、超細粉末材料（如硅化物、碳化物、氮化物等）為原料，經(jīng)粉碎、成形、燒制而成。精細陶瓷具有某些特殊的力學、物理或化學性能，故又稱特種陶瓷。傳統(tǒng)陶瓷精細陶瓷2．陶瓷的性能陶瓷具有很高的硬度和抗壓強度，優(yōu)良的耐磨性、抗氧化性、耐腐蝕性、耐高溫性和絕緣性，但沖擊韌度低，脆性大，急冷急熱時性能較差。3．陶瓷在汽車中的應用隨著材料技術的發(fā)展，各種精細陶瓷在汽車中逐漸得到廣泛應用。按用途不同，陶瓷主要分為功能陶瓷和工程陶瓷兩類。在汽車中，前者用作功能材料，如制造氧傳感器、溫度傳感器等；后者用于制造各種結構件，如火花塞陶瓷體、活塞、軸承、剎車片等。氧傳感器火花塞陶瓷活塞

陶瓷軸承陶瓷剎車片四、玻璃材料玻璃是將各種原材料（如石灰石、石英石等）熔融、冷卻、固化而成的一種無機非金屬材料。1．玻璃的組成玻璃主要由各種氧化物原料和輔助原料組成。其中，氧化物有石英石、石灰石、長石、硼酸、鉛化物、鋇化物等；輔助原料包括澄清劑、著色劑、脫色劑、氧化劑、助熔劑等。2．玻璃的性能玻璃具有良好的透光性，較高的硬度和抗壓強度，同時具有較好的抗水、空氣以及酸堿鹽溶液腐蝕的性能。3．玻璃在汽車中的應用主早期汽車中使用的是普通板型玻璃。由普通玻璃經(jīng)加熱、吹冷風等工藝制成。普通玻璃鋼化玻璃由多層玻璃膠合而成，且在層與層之間附著一層膜。夾層玻璃為保證駕駛員及乘客的人身安全，目前汽車前擋風玻璃普遍采用安全性較好的夾層玻璃。由于價格原因，后擋風玻璃及車窗玻璃大多仍采用鋼化玻璃。普通玻璃破裂

鋼化玻璃破裂

夾層玻璃破裂五、復合材料復合材料是由兩種或兩種以上物理或化學性質(zhì)不同的材料，通過一定方法合成的新材料。復合材料能兼具各種組成材料的優(yōu)點，并彌補彼此的性能缺陷，從而具備優(yōu)異的綜合性能。復合材料由于具有特殊的振動阻尼特性，可減振和降低噪聲，而且抗疲勞性能好，損傷后易修理，便于整體成形，故可用于制造汽車車身、受力構件、傳動軸、發(fā)動機架及其內(nèi)部構件等。目前，玻璃纖維增強樹脂復合材料（又稱玻璃鋼）和碳纖維增強樹脂復合材料在汽車上已有諸多應用，如各種車身覆蓋件、內(nèi)飾門板、門把手等。復合材料在汽車中的應用六、黏結劑黏結劑又稱膠黏劑或黏合劑，它以黏性物質(zhì)為基礎加入各種添加劑而制成。黏結劑能將兩種相同或不同的材料牢固地黏合在一起。與螺栓連接、鉚接、焊接等連接方式相比，黏結具有以下優(yōu)點：接頭應力分布均勻，抗疲勞強度高；接頭密封性、絕緣性、耐腐蝕性良好。但黏結接頭也存在易剝離、不耐沖擊、易老化和耐熱性差等不足。知識拓展各種金屬和非金屬材料制造的零部件是汽車的構成基礎，同時汽車的正常行駛還離不開燃料、潤滑劑、制動液、防凍液等運行材料的支持。下面簡要介紹汽車運行材料的相關知識。一、汽車用燃料1．汽油汽油是目前汽車中應用最廣泛的燃料，汽車也因此而得名。汽油使用性能的好壞直接關系到發(fā)動機工作的可靠性、經(jīng)濟性和使用壽命。汽油的主要性能指標有蒸發(fā)性、抗爆燃性、安定性、抗腐性、無害性和清潔性等。抗爆燃性是指汽油在氣缸內(nèi)燃燒時抵抗爆燃的能力，主要由辛烷值來評定。國家標準根據(jù)辛烷值的大小來劃分汽油的牌號，常見的有90號，93號和97號。牌號越高，辛烷值越高，抗爆燃性就越好。Notice2011年12月，北京質(zhì)監(jiān)局發(fā)布《車用汽油》地方標準的征求意見稿，擬將汽油牌號由“90號，93號，97號”修改為“89號，92號，95號”。2．柴油柴油分為輕柴油和重柴油等品種，汽車用柴油機屬于高速柴油機，使用的是輕柴油。柴油的性能指標有低溫流動性、發(fā)火性、蒸發(fā)性、安定性、黏度、抗腐性和清潔性等。低溫流動性是指在低溫條件下柴油具有一定流動狀態(tài)的能力，它用凝點來衡量。凝點是指油料在一定的實驗條件下，遇冷開始凝固而失去流動性的最高溫度。車用柴油按凝點來劃分牌號，分為5號、0號、-10號、-20號、-35號、-50號共6種牌號。發(fā)火性又稱燃燒性，是指柴油的自燃能力。柴油的發(fā)火性用十六烷值來評定，其值越高，燃燒性越好，燃燒越平穩(wěn)，柴油機工作越柔和。但十六烷值過高時，將影響柴油的低溫流動性、噴霧及蒸發(fā)性，導致燃燒不完全，從而會降低柴油機功率，使油耗上升。選用車用柴油時，主要參考汽車使用地的氣溫。一般而言，應保證柴油的凝點高于當?shù)刈畹蜌鉁?～6℃。二、汽車潤滑材料1．發(fā)動機潤滑油發(fā)動機潤滑油俗稱機油，主要用于發(fā)動機各運動零部件之間的潤滑。機油具有潤滑減摩、冷卻降溫、清洗清潔、密封防漏、防銹防蝕、減振緩沖等作用。機油的主要性能指標有黏度、黏溫性、低溫黏度、氧化安定性、抗腐性、潔凈分散性、抗泡性等。機油的黏度決定其潤滑性能的好壞，其大小與溫度成反比關系。溫度升高時，黏度下降，機油變稀；反之，機油變稠。當溫度低于凝固溫度后，機油將凝固，失去流動性。機油的種類很多，國標GB/T7631.3—1995《內(nèi)燃機油分類》中規(guī)定內(nèi)燃機油分為汽油機油（S系列）和柴油機油（C系列）兩個系列，其中，汽油機油按質(zhì)量又分為SA～SH共八個等級；柴油機油按質(zhì)量又分為CA，CB，CC，CD，CD-Ⅱ，CE，CF-4共七個等級。等級越靠后，機油的性能越好。其中，SD/CC，SE/CC，SF/CD三個質(zhì)量等級的機油為汽油機和柴油機通用機油。國產(chǎn)機油的品種與牌號如表2-2-5所示。表2-2-5國產(chǎn)機油的品種與牌號A級和B級內(nèi)燃機油已經(jīng)被廢除。W（如10W）代表冬季用，無W（如30）則為夏用，××W/××（如5W/30）則為冬夏通用油。內(nèi)燃機油的牌號由品種代號+質(zhì)量等級代號+黏度級別組成。例如，CC30表示100℃時運動黏度等級為30的C級柴油機油；SF5W/30表示低溫黏度等級為5，100℃時運動黏度等級為30的F級汽油機油。2．齒輪油汽車齒輪油用于機械式變速器、驅(qū)動橋及轉(zhuǎn)向器的齒輪、軸承和軸等零件的潤滑。齒輪油的主要作用有減摩、冷卻、清洗、密封、防銹和降噪等。由于工作條件與內(nèi)燃機油不同，故汽車對齒輪油的性能要求也不相同。齒輪油的性能指標主要有：潤滑性、極壓抗磨性、熱氧化安定性、防腐性等。我國車輛齒輪油按車輛的使用性能分為普通車輛齒輪油（GL-3）、中等負荷車輛齒輪油（GL-4）和重負荷車輛齒輪油（GL-5）。我國車輛齒輪油按黏度分為70W，75W，80W，85W，90，140和250七個共黏度牌號。選擇與使用車輛齒輪油時，應按車輛使用說明書的規(guī)定選擇與該車型相適應的齒輪油品種和牌號，還可以參照以下原則：根據(jù)齒輪類型和工作條件來選擇齒輪油的品種。根據(jù)使用環(huán)境最低溫度和傳動裝置最高油溫來選擇齒輪油的黏度等級。三、汽車其他工作液1．制動液制動液用于汽車液壓制動系統(tǒng)中傳遞制動力，故又稱剎車液或剎車油?？紤]到汽車制動的重要性和安全性，要求制動液：黏溫性好，凝固點低，低溫流動性好；沸點高、高溫時不產(chǎn)生氣阻；質(zhì)量穩(wěn)定，對金屬件和橡膠件無有害影響。制動液按原料組成和特性不同，通常分為合成型、礦油型和醇型三大類。在選用時盡量選用合成型，不要選用已被淘汰的醇型。我國制動液按其平衡回流沸點分為JG0～JG5共六個質(zhì)量等級，數(shù)字越大，表示平衡流回沸點越高，高溫抗氣阻性越好，制動效果越好。2．冷卻液汽車冷卻液即發(fā)動機冷卻液，現(xiàn)代汽車發(fā)動機正常工作時，冷卻系統(tǒng)運行溫度高達85～115℃。用普通水冷卻時，100℃就會沸騰，無法有效降溫；低于0℃時便會結冰，造成冷卻系統(tǒng)難以工作。因此，需要采用一種特殊的冷卻介質(zhì)——防凍液，才能滿足發(fā)動機對冷卻液的各種性能需求。冷卻液應具有以下特點：良好的流動性，較低的冰點，較高的沸點，對金屬件和橡膠件無影響，不易產(chǎn)生水垢，蒸發(fā)損失小?，F(xiàn)代汽車中常用冷卻液的主要成分是乙二醇。用水和乙二醇按不同比例混合即可得到不同冰點的冷卻液。乙二醇型冷卻液按冰點不同，分為共五個牌號。Notice不同廠家、不同牌號的冷卻液不能混用。由于乙二醇有毒，在使用乙二醇冷卻液時切勿入口。乙二醇冷卻液可四季使用，由于價格較貴，有些地區(qū)夏季不用，可換下后密封保持，冬季仍可重復使用。謝謝觀賞項目三汽車機械零件的力學分析知識目標能力目標掌握靜力學基礎知識和受力分析的方法。了解力矩、力偶的概念及其應用。了解桿件的基本變形及受力特點。了解滑動摩擦和滾動摩擦的相關知識。了解剛體定軸轉(zhuǎn)動的相關知識。能對發(fā)動機活塞連桿組、汽車方向盤進行受力分析。能對連接螺栓、汽車底盤橫梁及傳動軸進行受力和變形分析。能拆裝汽車摩擦式離合器，熟悉其工作過程。能測定汽車發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速。任務一發(fā)動機活塞連桿組受力分析汽車夠高速行駛，主要依賴于發(fā)動機提供的動力。根據(jù)初中物理所學知識可知，活塞連桿機構是往復式內(nèi)燃機中最重要的機構之一，它通過四個沖程的循環(huán)將燃料燃燒的熱能轉(zhuǎn)換為機械能輸出。那么往復式內(nèi)燃機工作時活塞連桿組受到哪些力的作用呢？讓我們一起來學習靜力學的基礎知識吧！進氣沖程壓縮沖程做功沖程

排氣沖程往復式內(nèi)燃機的工作過程示意圖任務描述任務目標內(nèi)燃機工作時，曲軸旋轉(zhuǎn)時通過連桿帶動活塞作往復直線運動。觀察曲柄連桿機構的運動，對工作狀態(tài)下（即做功沖程）的活塞連桿組進行受力分析，并繪制其受力圖，以了解靜力學的相關知識。了解靜力學的基本概念。掌握靜力學的基本公理及其推論。掌握約束的類型與約束反力。掌握受力分析的一般方法，能繪制機構的受力圖。一、靜力學的基本概念人們在日常生活中進行推、拉動作時，由于肌肉緊張收縮而感受到對物體施加了推力和拉力，而物體的運動狀態(tài)也發(fā)生了改變。通過大量實踐和總結，人們逐步形成了許多力學的基本概念。1．力的概念生活中關于力的例子隨處可見，如人用手推車，吊鉤吊起重物，手拉彈簧等。這些實例表明力是物體與物體之間的相互機械作用。力的作用使物體的運動狀態(tài)發(fā)生變化（推車時車由靜止變?yōu)檫\動）或使物體的形狀發(fā)生變化（汽車鋼板彈簧受壓變形）。其中，力使物體的運動狀態(tài)發(fā)生變化，稱為力的外效應；力使物體的形狀發(fā)生變化，稱為力的內(nèi)效應。人手推汽車汽車鋼板彈簧受壓變形2．力的三要素及表示實踐表明，力對物體的作用效應取決于力的三要素：力的大小、方向（包括指向和方位）和作用點。例如，人在推車時，如圖（a）所示，推力的大小為200N，作用點在車廂尾部，方向水平向左。改變?nèi)刂械娜魏我粋€，力的作用效應都將隨之改變。力既有大小又有方向，故力是一個矢量。矢量一般由帶有箭頭的有向線段來表示，如圖（b）中的線段AB。其中，線段AB的長度表示力的大小，線段的箭頭表示力的方向，線段的起點或終點表示力的作用點（圖中B點）。常用黑斜體字母F表示力矢量。人推汽車時的推力為了表示力的大小，國際單位制（SI）中規(guī)定力的基本單位為牛頓，簡稱牛，用符號N表示。力也可用千牛作為單位，符號為kN。3．平衡的概念物體相對于參照物保持靜止或勻速直線運動的狀態(tài)稱為平衡狀態(tài)。例如，汽車停放在車庫，或在公路上作勻速直線運動時，都是處于平衡狀態(tài)。4．力系的概念作用于物體上的多個力稱為力系。按照力系中各力的作用線是否在同一個平面內(nèi)，可將力系分為平面力系和空間力系。作用在物體上的力系中，若各力的作用線均處于同一平面內(nèi)，則該力系稱為平面力系。力系平面力系若物體在力系的作用下處于平衡狀態(tài)，則這個力系稱為平衡力系。力系平衡所滿足的條件稱為平衡條件。平衡力系若兩個力系對同一物體的作用效應完全相同，則這兩個力系互為等效力系。等效力系Notice兩個力系等效只表示對物體作用的外效應不變，而內(nèi)效應則必然會隨著力的作用點的不同而不同。5．剛體的概念受外力作用而不發(fā)生變形的物體稱為剛體。由力的內(nèi)效應可知，實際上并不存在剛體。但是在工程實際中，許多機械工程零件和結構件正常工作時，產(chǎn)生的變形量非常小，為了簡化問題，可忽略其變形，而將其視為剛體。例如，人在推車時，車身發(fā)生的變形量很微小，忽略它不會影響對汽車運動的研究，故可把汽車視為剛體。6．合力與分力若一個力與一個力系的作用效應完全相同，則這個力稱為該力系的合力；而該力系中的各個力稱為該合力的分力。已知力系中各個力來求合力的過程，稱為力的合成；反之，已知一個力求等效力系的過程，稱為力的分解。二、靜力學公理及其推論1．二力平衡公理剛體在兩個力的作用下處于平衡狀態(tài)的充分必要條件是：這兩個力大小相等、方向相反，且作用在同一直線上。若剛體在兩個力F1和F2的作用下處于平衡狀態(tài)，則與大小必定相等，方向必定相反，作用線必定重合，即等值、反向、共線，用矢量式表示為F1=-F2。需要注意的是：二力平衡公理僅適用于剛體，對于變形體則不適用。二力平衡繩子受二力作用通常將只受二力作用而處于平衡的構件稱為二力構件。由于工程實際中大部分二力構件都是桿件，故又稱二力桿。二力桿的受力特點是：所受的兩個力必定在二力作用點的連線上，且等值、反向。汽車梯形轉(zhuǎn)向系統(tǒng)示意圖二力桿不一定是直桿，形狀彎曲的構件，只要符合二力桿的受力特點，都可稱為二力桿。2．加減平衡力系公理在受已知力系作用的剛體上，加上或減去任意一個平衡力系，不會改變原力系對剛體的作用效應。加減平衡力系公理顯而易見是正確的，因為平衡力系是不會改變物體原有運動狀態(tài)的。這一公理常用來簡化某已知力系，根據(jù)該公理，可得出一個重要推論——力的可傳性:作用于剛體上的力可沿其作用線移動到剛體內(nèi)的任意一點，而不會改變該力對剛體的作用效應。水平推汽車和拉汽車3．力的平行四邊形法則作用于剛體上某點的兩個力可以合成為一個合力，合力的作用點仍在該點，合力的大小和方向可用這兩個力所構成的平行四邊形的對角線來表示如圖（a）。矢量表達式為:在實際作圖時，可直接將F1平移到F2的末端，通過△ABD可求得合力FR，如圖（b）所示。這種求二力匯交時合力的方法稱為三角形法則。力的平行四邊形法則和三角形法則二力平衡公理不僅適用于兩個力的合成，還可推廣到多個共點力的合成。三力平衡匯交定理:若剛體受到同平面內(nèi)三個互不平行力的作用而處于平衡狀態(tài)，則這三個力的作用線必然匯交于一點。三力平衡匯交4．作用力和反作用力定律一個物體對另一個物體有一作用力時，另一物體對此物體必有一反作用力，這兩個力大小相等，方向相反，沿同一直線分別作用在兩個物體上。作用力與反作用力定律概括了物體之間相互作用的關系，表明作用力和反作用力總是成對出現(xiàn)。通常用加“撇”的方法來表示一對作用力和反作用力。Notice作用力與反作用是作用在兩個不同物體上的，因此，不能認為這兩個力是一對平衡力。這是一對作用力和反作用力與一對平衡力之間的本質(zhì)區(qū)別。三、約束與約束反力1．約束及約束反力的概念在生活和工程實踐中，運動的物體可分為兩類：一類是可以沿空間任意方向運動的物體，稱為自由體，如空中的飛機、水中的魚等；另一類由于受周圍物體的限制而只能沿特定方向運動的物體，稱為非自由體，如圖所示，活塞受缸體限制只能沿缸體移動，方向盤受轉(zhuǎn)軸限制只能繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，列車受導軌限制只能沿導軌運動，它們都是非自由體?；钊?/p>

方向盤

列車

非自由體約束對物體的限制是通過力來實現(xiàn)的。約束中限制物體運動的力稱為約束反力，簡稱反力。約束總是阻礙物體的運動，因此約束反力屬于被動力。一般約束反力的作用點在被約束物體與約束的接觸點處，其方向與該約束所能限制的運動或運動趨勢的方向相反。促進物體運動或產(chǎn)生運動趨勢的力稱為主動力，如重力、推力、拉力等。通常，主動力的大小和方向是已知的，而約束反力的大小未知，二者共同組成平衡力系，可根據(jù)平衡條件來計算約束反力。2．工程中常見的約束表3-1-1常見約束的類型及約束反力的特點表3-1-1（續(xù)）(a）鉸鏈的組成

（b）鉸鏈約束實例

鉸鏈約束鉸鏈又稱合頁，它用來連接兩個構件并允許二者相互轉(zhuǎn)動。例如，在圖（a）中，圓銷插入構件1和構件2的圓孔中構成一個鉸鏈。鉸鏈對兩個構件產(chǎn)生鉸鏈約束，使兩者間只能作相對轉(zhuǎn)動，而不能作相對移動。鉸鏈約束具有廣泛的應用，內(nèi)燃機中曲柄與連桿、連桿與活塞運動時都存在鉸鏈約束，如圖（b）所示。四、受力分析與受力圖受力分析就是弄清構件受到哪些力的作用，以及這些力的作用位置和方向。因此，要先將受力物體從周圍與它有聯(lián)系的物體中分離出來，單獨畫出它的簡圖，然后再畫出全部主動力和約束反力。由此得到的表示物體受力情況的簡明圖形稱為受力圖。要求解的構件稱為研究對象。畫受力圖是解決力學問題的第一步，其一般步驟如下：①明確研究對象，解除約束，畫出分離體簡圖。②根據(jù)已知條件分析主動力，在分離體簡圖上畫出全部主動力。③根據(jù)研究對象的約束類型，在分離體簡圖上畫出全部約束反力。例1

如圖所示，桿AB和桿BC通過鉸鏈連接，二者在F的作用下處于平衡狀態(tài)，各桿件自重忽略不計。試畫出桿AB和桿BC的受力圖。解：（1）畫桿BC的受力圖①選取研究對象：選桿BC為研究對象。②解除約束：桿BC僅在B，C兩處受鉸鏈約束而處于平衡狀態(tài)，故桿BC為二力桿。桿BC在C端受到固定鉸鏈約束反力FC

的作用，其方向由C指向B，根據(jù)二力桿的受力特點可知，桿BC在B端受到的約束反力為FB，方向由B指向C。③畫受力圖：桿BC的受力圖如圖所示。（2）畫桿AB的受力圖①選取研究對象：選桿AB為研究對象。②解除約束：桿AB受到外力F作用，且在B端受到桿BC對它的約束反力FB'，在A端受到固定鉸鏈的約束反力FA的作用（方向未知）。由于FB'與FB為一對作用力與反作用力，根據(jù)作用力與反作用力定律可知，F(xiàn)B'與FB等值、反向。③畫受力圖：作外力F與反作用力FB'的延長線，它們相交于O點，根據(jù)三力匯交定理即可確定桿AB在A端受到的固定鉸鏈約束反力FA的方向。桿AB的受力圖如圖所示。Notice在畫受力圖時，應注意以下問題：必須明確受力對象；不要多畫力，也不要少畫力；約束在受力圖上不能畫出，而是用約束反力代替；注意作用力與反作用力的關系，不要畫錯力的方向。知識拓展在平面力系中，若各力的作用線全部匯交于一點，則該力系稱為平面匯交力系。平面匯交力系是最簡單的平面力系之一。下面介紹平面匯交力系的合成與簡化。一、平面匯交力系合成的幾何法前面已經(jīng)介紹過力的平行四邊形法則，它可以用來合成兩個匯交力。對于由多個力組成的平面匯交力系，可以連續(xù)應用力的三角形法則進行力系的合成。設剛體受平面匯交力系F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)n作用，各力匯交于O點。根據(jù)力的可傳性，可將各力沿其作用線移動到O點，從而得到一個平面共點力系，如圖（b）所示。因此，平面匯交力系可簡化為平面共點力系。對平面共點力系連續(xù)地應用力的平行四邊形法則，則可將其合成為一個力。例如，在圖（b）中，先將F1與F2合成為FR1（圖中未畫出），即FR1=F1+F2；然后將FR1與F3合成為FR2，即FR1=F1+F2；依次類推，最后得到FR=F1+F2+…+Fn=∑Fi。(a）平面匯交力系

（b）平面共點力系平面匯交力系的轉(zhuǎn)化平面匯交力系的合成結果是一個合力，合力的作用線通過匯交點，其大小和方向由力系中各力的矢量和確定。二、平面匯交力系合成的解析法1．力在坐標軸上的投影如圖所示，坐標系xOy中有力F，過F分別向x軸和y軸作垂線，垂足分別為a，b，c，d，則線段ab和cd分別為力F在x軸和y軸上投影的大小，其正負號規(guī)定為：從a到b（或從c到d）的指向與坐標軸正向相同時為正，反之則為負。F在x軸和y軸上的投影分別記為Fx，F(xiàn)y，則由F的大小及其與x軸所夾銳角a可得:顯然，當將F沿坐標軸方向分解時，所得分力Fx，F(xiàn)y的大小與在同軸上的投影Fx，F(xiàn)y相等。當然，若已知Fx和Fy的值，則可求出F的大小和方向，即:Notice力在坐標軸上的投影是代數(shù)量，而力沿坐標軸方向的分力為矢量，在理解時不能混淆。2．合矢量的投影定理設剛體受平面匯交力，系F1

，F(xiàn)2，…，F(xiàn)n的作用，則有:將上式兩邊分別向x軸和y軸投影，則有:上式稱為合矢量投影定理：力系的合力在某軸上的投影，等于力系中各力在同一軸上投影的代數(shù)和。若通過進一步運算，即可求得合力的大小及方向：謝謝觀賞任務二汽車方向盤受力分析人在推汽車時，推力使車沿地面作直線運動，但有時候希望受力物體轉(zhuǎn)動。例如，在拆裝汽車輪胎時，需要用力旋動螺母；在調(diào)整汽車行駛方向時，需要用力轉(zhuǎn)動方向盤。那么該如何描述力使螺母和方向盤發(fā)生轉(zhuǎn)動的效應呢？讓我們一起來學習力矩和力偶的相關知識吧！

拆裝輪胎螺母

轉(zhuǎn)方向盤任務描述任務目標觀察或轉(zhuǎn)動汽車方向盤，對其受力情況進行分析，以了解力矩與力偶的相關知識。了解力矩的概念，理解合力矩定理。了解力偶的概念，掌握力偶大小的計算及方向判斷。掌握力偶及力偶系的合成。能分析方向盤的受力情況。一、力矩及其性質(zhì)實踐表明，力的外效應包括兩種作用：使物體移動和轉(zhuǎn)動。用扳手擰螺母時，經(jīng)驗告訴我們，螺母的轉(zhuǎn)動效應除受到施力的大小和方向影響外，還與點O到力作用線的距離d有關。距離d越大，轉(zhuǎn)動效應越明顯，且越省力。顯然，當d為零，即力的作用線通過螺母的轉(zhuǎn)動中心O時，螺母無法轉(zhuǎn)動。

力對點的矩在力學中，用力對點的矩來度量力使物體轉(zhuǎn)動的效應。力對點的矩簡稱力矩，其定義為：力F對某點O的矩等于力的大小與點O到力的作用線距離d的乘積，記作：Mo(F)—力F對力矩中心O（簡稱矩心）的矩，單位為N·m;

F—施加力的大小，單位為N；

d—矩心O到力的作用線的距離，稱為力臂，單位為m。正負號表明Mo(F)是一個代數(shù)量，F(xiàn)d表示力F使物體繞O點轉(zhuǎn)動效應的大小，正負號可以表示物體的轉(zhuǎn)動方向。通常規(guī)定，逆時針轉(zhuǎn)向的力矩為正，順時針轉(zhuǎn)向的力矩為負。Notice由定義可知，力對點的矩與矩心的位置有關。因此，同一個力對物體上不同點的矩通常是不一樣的，在求解和表示力矩時，必須指明矩心，否則是沒有意義的。在計算力系的合力對某點的矩時，除了根據(jù)力矩的定義外，還可用到合力矩定理，即平面力系中，合力對平面內(nèi)任意一點O的矩等于各分力對O點之矩的代數(shù)和，用公式表示為:由合力矩定理可知，在計算某力的力矩時，若力臂不易求出，可將該力分解為兩個容易確定力臂的分力（通常是正交分解），然后再應用合力矩定理計算力矩。例1

如圖所示，直齒圓柱齒輪某齒面受嚙合力Fn的作用，嚙合角（嚙合力與節(jié)圓切線的夾角）a=20*，F(xiàn)n

=1500N，齒輪節(jié)圓直徑D=10cm。試求嚙合力對齒輪軸心O的矩。解:方法1根據(jù)力矩的定義進行計算。嚙合力Fn對O的力矩為方法2用合力矩定理進行計算。首先將嚙合力Fn沿半徑方向和垂直半徑方向分解為Fr和Ft，如圖所示。其中Fr=Fnsina，F(xiàn)t=Fncosa。則根據(jù)合力矩定理可得二、力偶及其性質(zhì)1．力偶的概念

在日常生活和生產(chǎn)實踐中，經(jīng)常看到物體受一對大小相等、方向相反但不在同一條直線上的平行力的作用。這種由一對大小相等、方向相反但不作用在同一條直線上的平行力組成的力系稱為力偶，記作(F，

F')其中，F(xiàn)=

-F'；兩力作用線之間的距離d稱為力偶臂；兩力作用線所在的平面稱為力偶作用面。

用雙手轉(zhuǎn)動方向盤

用絲錐攻絲

力偶的實例2．力偶的三要素

與力的三要素類似，力偶對物體的轉(zhuǎn)動效應主要取決于力偶的三要素：力偶矩的大小、力偶的轉(zhuǎn)向、力偶作用面的方位。其中，力偶矩用來度量力偶在其作用面內(nèi)對物體的轉(zhuǎn)動效應，其大小等于力偶中力F與力偶臂d

的乘積，常記作

M(F

，

F')或M，即:

M(F，F(xiàn)‘)

,M—力F對力矩中心O（簡稱矩心）的矩，單位為N·m；

F—力偶中作用力的大小，單位為N；

d—力偶臂，單位為m。力偶矩的正負號代表物體的轉(zhuǎn)動方向，通常規(guī)定：力偶逆時針轉(zhuǎn)動時取正號，順時針轉(zhuǎn)動時取負號。3．力偶的性質(zhì)力偶在任意坐標軸上的投影之和恒等于零，故力偶沒有合力，既不能與一個力等效，也不能用一個力平衡。它與力一樣，是一個基本的力學量。力偶對其作用面內(nèi)任意一點之矩恒等于力偶矩，與該點（即矩心）的位置無關。性質(zhì)1性質(zhì)2

力偶的性質(zhì)4．平面力偶系的合成

作用在物體上同一平面內(nèi)的若干力偶稱為平面力偶系。平面力偶系中各個力偶的作用可以等效為一個合力偶，合力偶矩等于各個力偶矩的代數(shù)和，即:二、力偶及其性質(zhì)

作用在剛體上的力可以等效地平移到剛體上任意指定點，但必須在該力與指定點所決定的平面內(nèi)附加一力偶，其力偶矩等于原力對新作用點之矩。該定理稱為力的平移定理。下面進行簡單證明。

如圖（a）所示，剛體上A點作用有力F，為了將F等效平移到其他任意一點（假設為B點），先在B點附加一對平衡力系F和F'，這對平衡力的作用線與F平行，如圖（b）所示。與作用在A點的F組成一個力偶M

(F

，

F'

)

，稱為附加力偶，且力偶矩大小M=MB(F

)=Fd。根據(jù)加減平衡力系公理，增加的平衡力系不會改變力F對剛體的作用效應，于是作用在A點的力F與作用在B點的F及附加力偶M等效。力的平移定理由力的平移定理，可將一個力替換成同平面內(nèi)的一個力和一個力偶；反之，同一平面內(nèi)的一個力和一個力偶可以用一個力來等效替換。知識拓展前文已經(jīng)介紹過平面匯交力系、平面力偶系等幾種簡單的平面力系，但汽車構件中更為常見的受力情況是：平面力系中各力的作用線既不一定完全平行，又不一定完全匯交于一點。這類力系稱為平面任意力系，如活塞連桿的受力。下面介紹平面任意力系的簡化與平衡條件。一、平面任意力系的簡化如圖（a）所示，剛體受平面任意力系F1，

F2

，…，F(xiàn)n

的作用。取任意一點O作為簡化中心，根據(jù)力的平移定理，將各力向O點平移，得到一個匯交于O點的平面匯交力系F1'，

F2'

，…，F(xiàn)n'，以及一組附加力偶系M1

，

M2

，…

，

Mn

,如圖（b）所示。其中，有：平面任意力系的簡化附加平面力偶系

M1，

M2

，…，Mn

可以合成為一個力偶Mo，稱為原力系對簡化中心O點的主矩，它等于附加平面力偶系中各力偶的代數(shù)和，即:Notice平面任意力系向某一點O簡化時，一般可以得到一個主矢和作用在相同平面內(nèi)的主矩，其中，主矢的大小和方向與簡化中心的選擇無關，而主矩的大小與簡化中心的位置有關。二、平面任意力系的平衡方程及應用平面任意力系平衡的充分必要條件為：力系的主矢和對任意點的主矩都等于零，用公式表示為表3-2-2平面任意力系的平衡方程

物體在平面任意力系的作用下處于平衡狀態(tài)時，可利用平衡方程求解未知力，一般步驟如下：

①根據(jù)題意選取研究對象，畫出受力圖。

②建立適當?shù)闹苯亲鴺讼担ㄊ贡M可能多的力與坐標軸處于特殊位置，力矩中心盡量選在未知力交點上）。

③根據(jù)平衡條件列平衡方程并求解。

若解出結果為正，則表明該力的作用方向與假定的作用方向相同；若解出的結果為負，則表明該力的作用方向與假定的作用方向相反。例2

工件外圓車削示意圖，車刀桿固定在刀架上，形成固定端約束。車刀伸出長度為L=55mm，車削時車刀所受的切削力F=6000N，切削力與工件軸線夾角為65°，試求車刀在刀架固定處所受的約束反力。解:取車刀為研究對象，畫出其受力圖，如圖所示。車刀所受的力包括主動力F，固定端的約束反力FAx和FAy，以及約束反力偶MA（假定為逆時針方向）。建立如圖所示的坐標軸，根據(jù)平衡條件，列出平衡方程如下：將F=6000N，L=0.055m代入方程，求得FAx=2535.7N，F(xiàn)Ay=5437.8N，MA

=299.1N·m。故車刀在刀架固定處受到橫向約束反力2535.7N、縱向約束反力5437.8N以及力偶299.1N·m的作用，它們的方向如圖所示。謝謝觀賞任務三汽車常用構件變形分析（a）螺栓斷裂

（b）連桿斷裂

（c）曲軸斷裂

構件的破壞力對受力物體的內(nèi)效應告訴我們，構件在受力后會發(fā)生一定程度的變形。當外力超過汽車構件的承受范圍時，構件的變形將超出允許范圍，甚至發(fā)生破壞。重要構件發(fā)生破壞將導致汽車發(fā)生故障，嚴重影響行車安全。因此，了解構件的基本變形形式及受力特點，熟悉構件常用的強度計算方法，對汽車的使用及維護具有重要的意義。任務描述任務目標分析汽車連接螺栓、傳動軸及底盤橫梁在工作過程中的受力情況，并判斷它們可能發(fā)生什么形式的變形。初步建立強度、剛度和穩(wěn)定性的概念。掌握桿件四種基本變形的形式和受力特點。會分析連接螺栓、傳動軸、汽車底盤橫梁的受力情況及變形形式。足夠的強度為避免構件在工作時發(fā)生破壞，保證機械的正常使用，必須要求各構件具有承受足夠大載荷的能力，簡稱承載能力。構件的承載能力包括強度、剛度和穩(wěn)定性三個方面。足夠的剛度足夠的穩(wěn)定性構件應具有足夠的抵抗破壞的能力。有些構件應具有足夠的抵抗變形的能力。細長桿件或薄壁構件在受壓時應具有足夠的保持原有平衡狀態(tài)的能力。在分析構件的承載能力之前，應先了解構件的基本變形形式。機械結構中，構件的形狀多種多樣，桿件是其中最常見也是最基本的一種構件。所謂桿件是指長度尺寸遠大于其他兩個方向尺寸的構件。一、軸向拉伸與壓縮1．拉伸與壓縮的概念當桿件受到沿軸線方向的兩個大小相等而方向相反的拉力或壓力時，桿件就會沿軸向伸長或縮短。這種變形稱為軸向拉伸或壓縮變形，相應的桿件稱為拉壓桿。例如，內(nèi)燃機連桿、千斤頂、緊固螺栓等在工作時都會產(chǎn)生軸向拉伸或壓縮變形。下圖為簡易吊車的結構示意圖，在載荷G的作用下，經(jīng)受力分析可知，斜桿BC承受拉力，發(fā)生拉伸變形，水平桿AB承受壓力，發(fā)生壓縮變形。對發(fā)生拉伸或壓縮變形的桿件進行簡化，即可得到計算簡圖。簡易吊車中桿件的受力情況軸向拉伸與壓縮計算簡圖拉壓桿的受力特點：外力沿桿軸線作用；變形特點：桿件沿軸向伸長或縮短。2．拉伸與壓縮內(nèi)力作用于桿件上的載荷和約束反力統(tǒng)稱為外力。桿件在受到外力作用而變形時，由于材料內(nèi)部顆粒之間的相對位置改變而產(chǎn)生相互作用的抵抗力稱為內(nèi)力。內(nèi)力在桿件的橫截面上均勻分布，大小隨外力的增加而增大。桿件的內(nèi)力通常是指某截面上的合內(nèi)力。內(nèi)力超過材料的承受極限時，桿件就會發(fā)生破壞。因此，內(nèi)力與桿件的承載能力密切相關。工程計算中通常采用截面法來求解桿件的內(nèi)力。截面法可以歸納為切、取、代、求四個步驟。切：在要求解內(nèi)力處用假想的截面將桿件切開分為兩段。?。喝稳U件的一部分為研究對象，棄去另一段。代：用內(nèi)力代替棄去部分對留下部分的作用力。求：利用靜力學中的平衡條件，列平衡方程求解內(nèi)力。如圖（a）所示為一受拉桿件，它在外力F的作用下處于平衡狀態(tài)。為了求截面1—1處的內(nèi)力，用假想截面1—1將桿件切開，取左段為研究對象。由于內(nèi)力均勻分布在整個截面上，可以用FN表示左段截面上的合內(nèi)力，則左段桿件的受力情況如圖（b）所示。根據(jù)平衡條件列出平衡方程：截面法求內(nèi)力特別地，對于發(fā)生軸向拉伸或壓縮變形的桿件，由于外力的作用線與桿件的軸線重合，內(nèi)力的合力必然也與軸線重合。因此，軸向拉伸或壓縮時桿橫截面上的內(nèi)力稱為軸力，通常用符號FN表示。為了區(qū)分桿件拉伸或壓縮的不同軸力，特對軸力的正負號作如下規(guī)定：若軸力方向離開所取截面，則桿件發(fā)生拉伸變形，軸力為正，稱為拉力；若軸力方向指向所取截面，則桿件發(fā)生壓縮變形，軸力為負，稱為壓力。二、剪切和擠壓

汽車機械或其他工程應用中常用鉚釘連接、銷釘連接、焊接及鍵連接等方式來連接不同的構件，如圖所示。這些零件雖然小，卻在傳遞運動和載荷時起著重要作用。它們在工作時都會發(fā)生剪切或擠壓變形。剪切與擠壓實例1．剪切變形與剪切力當桿件受到一對大小相等、方向相反而且作用線相距很近的外力作用時，截面處發(fā)生相對錯動的變形，這種變形稱為剪切變形。在圖（a）所示的鉚釘連接中，鉚釘?shù)挠疑蟼让婧妥笙聜让媸艿綁毫ψ饔?，如圖（b）所示，鉚釘?shù)纳?、下兩部分將會在壓力作用下沿兩力之間的截面n—n發(fā)生相對錯動，如圖（c）所示。當外力足夠大時，鉚釘將被剪斷，剪斷的截面稱為剪切面。鉚釘?shù)募羟凶冃螚U件發(fā)生剪切變形的受力特點：桿件兩側面上外力的合力大小相等，方向相反，作用線距離很近；變形特點：兩合力作用線之間的截面發(fā)生相對錯動。桿件發(fā)生剪切變形時，在剪切面內(nèi)會產(chǎn)生沿截面分布的抵抗剪切變形的內(nèi)力，稱為剪力，一般用FQ表示。在如圖所示的銷軸連接中，銷軸發(fā)生剪切變形，截面m—m和n—n為剪切面，如圖（b）所示。下面用截面法分析銷軸中的內(nèi)力。假想沿m—m和n—n面將銷軸切開，取中間部分為研究對象，如圖（c）所示。根據(jù)平衡條件可知，剪切面m—m和n—n上的剪力與外力F平衡，可計算出：銷軸的剪切變形2．擠壓變形與擠壓力

通常情況下，構件在發(fā)生剪切變形的同時，往往還伴隨著擠壓變形。由于局部壓力較大，兩構件在傳遞力的接觸面上會出現(xiàn)壓陷、起皺等塑性變形的現(xiàn)象，稱為擠壓變形，如圖所示。發(fā)生擠壓變形的接觸面稱為擠壓面，如圖中鋼板內(nèi)孔與鉚釘?shù)慕佑|面，作用于接觸面間的壓力稱為擠壓力，常用Fbs表示。當擠壓力過大時，孔壁邊緣將受壓起皺，鉚釘局部壓“扁”，圓孔變?yōu)殚L圓孔。鉚釘連接中的擠壓變形三、圓軸扭轉(zhuǎn)

在汽車機械中，有許多軸類零件用來傳遞旋轉(zhuǎn)運動，它們需要承受扭矩的作用，并發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。例如，汽車傳動軸將發(fā)動機的動力傳遞給驅(qū)動系統(tǒng)，汽車方向軸將方向盤的轉(zhuǎn)動傳遞給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，變速箱中的齒輪軸將扭矩傳遞給下級傳動系統(tǒng)。

（a）傳動軸

（b）方向軸

（c）齒輪軸