汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第3版 課件全套 韓慶國 第1-12章 汽車機(jī)械系統(tǒng)簡(jiǎn)介- 汽車中的氣壓傳動(dòng)

《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》

第一章汽車機(jī)械系統(tǒng)簡(jiǎn)介【本章內(nèi)容】1.1燃油車的總體構(gòu)造1.2純電動(dòng)汽車的機(jī)械系統(tǒng)1.熟悉燃油車及純電動(dòng)汽車的總體構(gòu)造；2.熟悉燃油車的發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤的機(jī)械系統(tǒng)組成、作用；3.了解純電動(dòng)汽車的傳動(dòng)裝置、行駛裝置、轉(zhuǎn)向裝置及制動(dòng)裝置的組成及作用；4.理解汽車動(dòng)力的傳動(dòng)路線。1.能識(shí)別汽車主要總成：發(fā)動(dòng)機(jī)總成、轉(zhuǎn)向器總成、變速器總成、前后橋、車架等；2.能正確描述燃油車各組成部分的作用；3.能正確描述純電動(dòng)車的組成及各機(jī)械裝置的作用。培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣，提高學(xué)生的終身學(xué)習(xí)意識(shí)。知識(shí)目標(biāo)能力目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)一、典型轎車的組成燃油車一般由發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤、車身及電氣設(shè)備組成。

1.1燃油車的總體構(gòu)造二、典型轎車的總體結(jié)構(gòu)1-發(fā)動(dòng)機(jī)罩2-發(fā)動(dòng)機(jī)3-發(fā)電機(jī)4-前大燈5-前輪6-變速箱7-座椅8-傳動(dòng)軸9-后輪10-制動(dòng)器

11-后轉(zhuǎn)向燈

12-驅(qū)動(dòng)橋

13-行李廂

14-車頂縱梁

15-車窗

16-車門

17-轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

18-前懸架

三、發(fā)動(dòng)機(jī)典型轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車中所處的位置發(fā)動(dòng)機(jī)能夠把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，也稱為引擎。目前，大多數(shù)燃油車的發(fā)動(dòng)機(jī)都采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)，其主要由兩大機(jī)構(gòu)和五大系統(tǒng)組成：曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃油供給系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和啟動(dòng)系統(tǒng)。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的區(qū)別是沒有點(diǎn)火系統(tǒng)。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)1-機(jī)油加注口2-氣門搖臂3-凸輪軸4-排氣門5-張緊輪6-正時(shí)帶7-機(jī)油濾清器8-曲軸帶輪9-油底殼10-汽車發(fā)電機(jī)11-連桿12-活塞13-進(jìn)氣門14-飛輪15-進(jìn)氣歧管16-進(jìn)氣歧管

曲柄連桿機(jī)構(gòu)曲柄連桿機(jī)構(gòu)一般由機(jī)體組、活塞連桿組和曲軸飛輪組等組成。曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)完成能量轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)可燃混合氣在氣缸中燃燒時(shí)，活塞承受燃?xì)鈮毫υ谄變?nèi)作直線運(yùn)動(dòng)，通過連桿轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過曲軸向外輸出動(dòng)力。1-活塞2-活塞環(huán)3-活塞銷4-連桿5-連桿螺栓6-連桿蓋7-連桿軸瓦8-連桿螺母9-飛輪10-曲軸

配氣機(jī)構(gòu)配氣機(jī)構(gòu)的功用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序和工作過程，定時(shí)開啟和關(guān)閉進(jìn)氣門和排氣門，使可燃混合氣或空氣進(jìn)入汽缸，并使廢氣從汽缸內(nèi)排出，實(shí)現(xiàn)換氣過程。曲軸通過正時(shí)帶輪和正時(shí)皮帶驅(qū)動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由凸輪的旋轉(zhuǎn)控制氣門定時(shí)開啟和關(guān)閉。1-凸輪軸正時(shí)皮帶2-凸輪軸正時(shí)帶輪3-張緊輪4-曲軸正時(shí)帶輪5-凸輪軸6-氣門7-氣門彈簧8-氣門彈簧座燃油供給系統(tǒng)汽油機(jī)燃油供給系統(tǒng)的功用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，配制出一定數(shù)量和濃度的混合氣，供入汽缸，并將燃燒后的廢氣從汽缸內(nèi)排出到大氣中；柴油機(jī)燃油供給系的功用是把柴油和空氣分別供入汽缸，在燃燒室內(nèi)形成混合氣并燃燒，最后將燃燒后的廢氣排出。

1-燃油箱2-燃油泵3-燃油濾清器4-燃油壓力調(diào)節(jié)器5-噴油器6-進(jìn)氣管7-節(jié)氣門8-進(jìn)氣門9-排氣門10-活塞11-排氣管點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)的功用是按照發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序定時(shí)產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的電火花把混合氣點(diǎn)燃。1-電源2-點(diǎn)火開關(guān)3-點(diǎn)火線圈4-點(diǎn)火控制器5-點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器6-分電器7-火花塞潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)的功用就是向作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件表面輸送定量的清潔潤滑油，以實(shí)現(xiàn)液體摩擦，減小摩擦阻力，減輕機(jī)件的磨損，同時(shí)還能對(duì)零件表面進(jìn)行清洗和冷卻。1-機(jī)油泵2-油底殼3-機(jī)油濾清器4-安全閥5-潤滑油道討論：汽車為什么需要潤滑系統(tǒng)？冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的功用是將發(fā)動(dòng)機(jī)受熱零部件吸收的多余熱量及時(shí)散發(fā)出去，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。發(fā)動(dòng)機(jī)采用兩種冷卻方式，即風(fēng)冷與水冷。1-風(fēng)扇2-散熱器3-冷卻水管4-膨脹水箱5-發(fā)動(dòng)機(jī)水套排氣管6-節(jié)溫器7-水泵8-氣缸體水套討論：汽車為什么需要冷卻系統(tǒng)？啟動(dòng)系統(tǒng)曲軸在外力作用下從開始轉(zhuǎn)動(dòng)到發(fā)動(dòng)機(jī)開始自行運(yùn)轉(zhuǎn)的全過程，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。啟動(dòng)系統(tǒng)主要由蓄電池、點(diǎn)火開關(guān)、起動(dòng)機(jī)等組成，在點(diǎn)火開關(guān)和啟動(dòng)繼電器的控制下，蓄電池提供電能，起動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪齒圈和曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入自行運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。1-蓄電池2-點(diǎn)火開關(guān)3-起動(dòng)機(jī)4-飛輪5-啟動(dòng)繼電器

四、汽車底盤1-轉(zhuǎn)向系2-制動(dòng)系3-傳動(dòng)系4-行駛系底盤是用來支撐和安裝汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及其零部件的總成，形成汽車的整體造型，接受發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，使汽車能夠正常運(yùn)動(dòng)和行駛。底盤由四部分組成：傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動(dòng)系。傳動(dòng)系傳動(dòng)系統(tǒng)主要由離合器、變速器、萬向節(jié)、傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)橋組成。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的汽車，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過離合器傳給變速器2，再通過傳動(dòng)軸3、萬向節(jié)4、主減速器和差速器5傳給驅(qū)動(dòng)半軸6，驅(qū)動(dòng)半軸將動(dòng)力傳給驅(qū)動(dòng)車輪，進(jìn)而使車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)具有減速、變速、倒車、中斷發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞及左右車輪差速等功能。傳動(dòng)系與發(fā)動(dòng)機(jī)配合工作時(shí)，能保證汽車在各種工況下正常行駛。1-發(fā)動(dòng)機(jī)2-變速器3-傳動(dòng)軸4-萬向節(jié)5-主減速器和差速器6-半軸行駛系行駛系接受發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)傳來的轉(zhuǎn)矩，通過驅(qū)動(dòng)車輪與路面間的附著作用，產(chǎn)生汽車牽引力，保證汽車正常行駛，此外行駛系還能緩和不平路面對(duì)車身造成的沖擊和振動(dòng)，保證汽車行駛的平順性。行駛系主要由車架、車橋（也稱車軸）、懸架和車輪組成，圖示為載貨汽車的行駛系組成，現(xiàn)在的普通轎車一般已沒有車架，僅由懸架和車輪等部分組成。1-車架2-車橋3-懸架4-車輪轉(zhuǎn)向系轉(zhuǎn)向系的功用是改變或恢復(fù)汽車行駛方向。主要由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)作用是將駕駛員作用在轉(zhuǎn)向盤上的力傳遞到轉(zhuǎn)向器。轉(zhuǎn)向器一般固定在汽車車架或車身上，轉(zhuǎn)向力一般通過轉(zhuǎn)向器后會(huì)改變傳遞方向。轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將轉(zhuǎn)向器輸出的力和運(yùn)動(dòng)傳遞給車輪，使左右車輪按一定關(guān)系偏轉(zhuǎn)。1-方向盤2-轉(zhuǎn)向軸3-轉(zhuǎn)向器4-轉(zhuǎn)向橫拉桿5-轉(zhuǎn)向泵6-轉(zhuǎn)向臂制動(dòng)系汽車制動(dòng)系的作用是使行駛中的汽車減速甚至停止。制動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)作用不同可分為行車制動(dòng)系統(tǒng)、駐車制動(dòng)系統(tǒng)、應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)及輔助制動(dòng)系統(tǒng)。行車制動(dòng)系統(tǒng)和駐車制動(dòng)系統(tǒng)是每一輛汽車都必須具備的。使行駛中的汽車降低速度甚至停車的制動(dòng)系統(tǒng)稱為行車制動(dòng)系統(tǒng)；使已停駛的汽車駐留原地不動(dòng)的制動(dòng)系統(tǒng)稱為駐車制動(dòng)系統(tǒng)。1-制動(dòng)踏板2-真空助力器3-制動(dòng)器4-手剎5-制動(dòng)管路

五、汽車車身轎車車身結(jié)構(gòu)圖車身安裝在底盤車架上，供駕乘人員乘坐或裝載貨物。轎車和客車的車身一般為整體結(jié)構(gòu)，卡車的車身一般由駕駛室和貨箱兩部分組成。汽車車身結(jié)構(gòu)主要包括：車身外殼、車門、車窗、前面板、內(nèi)外飾件和車身附件、座椅、通風(fēng)、加熱、冷卻和空調(diào)裝置等。

六、電氣設(shè)備電氣系統(tǒng)是汽車的重要組成部分之一，主要包括電子系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。電氣設(shè)備由電源系、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)系和點(diǎn)火系、汽車照明和信號(hào)裝置等組成。此外，在現(xiàn)代汽車上愈來愈多地裝用各種電子設(shè)備：微處理機(jī)、中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及各種人工智能裝置等，顯著地提高了汽車的性能。1.2純電動(dòng)汽車的機(jī)械系統(tǒng)新能源汽車是指使用新型能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃油的汽車，主要包括電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料電池汽車。純電動(dòng)汽車以電力作為動(dòng)力源，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛。沿用傳統(tǒng)的汽車構(gòu)造結(jié)構(gòu)劃分，新能源電動(dòng)汽車可分為電動(dòng)機(jī)、底盤、車身和電氣設(shè)備四部分，或者劃分為電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)三部分。1-電動(dòng)機(jī)2-底盤3-電氣設(shè)備4-車身純電動(dòng)汽車底盤新能源電動(dòng)汽車的機(jī)械系統(tǒng)主要包括傳動(dòng)裝置、行駛裝置、轉(zhuǎn)向裝置及制動(dòng)裝置，工業(yè)用的電動(dòng)汽車還設(shè)有為完成作業(yè)要求而設(shè)置的工作裝置。

一、傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置指的是驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸和車輪之間的機(jī)械連接部分，由于電動(dòng)機(jī)具有良好的牽引特性，因此純電動(dòng)汽車不需要離合器和變速箱。純電動(dòng)汽車的傳動(dòng)裝置主要包括減速器、傳動(dòng)軸、差速器等。（a）固定速比減速器（b）兩檔減速器

二、行駛裝置行駛裝置的作用是將電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩通過車輪變成對(duì)地面的作用力，驅(qū)動(dòng)車輪行走。其結(jié)構(gòu)與燃油車類似，主要由車架、車橋、車輪和懸架等部件組成。

三、轉(zhuǎn)向裝置

四、制動(dòng)裝置電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)向裝置的作用是保持或改變行駛方向，其組成與燃油車類似，主要包括轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等部件。新能源電動(dòng)汽車的制動(dòng)裝置也是為汽車減速或停車而設(shè)置的，包括行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)兩套裝置。制動(dòng)裝置組成與燃油車類似，通常由制動(dòng)器和制動(dòng)傳動(dòng)裝置組成。在電動(dòng)汽車上，一般還有電磁制動(dòng)裝置，它可以利用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制電路實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)電運(yùn)行，使減速制動(dòng)時(shí)的能量轉(zhuǎn)換成對(duì)蓄電池充電的電流，從而得到再生利用。小結(jié)1.傳統(tǒng)汽車的組成2.純電動(dòng)汽車機(jī)械系統(tǒng)組成《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》

第2章運(yùn)動(dòng)構(gòu)件受力分析【本章內(nèi)容】2.1靜力學(xué)基礎(chǔ)2.2平面匯交力系2.3力矩與力偶2.4摩擦2.5剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)2.1靜力學(xué)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.理解平衡和剛體的概念；

2.了解力的定義、力的三要素和力

的表示方法；

3.熟悉靜力學(xué)的公理及其應(yīng)用。一、靜力學(xué)的基本概念和基本公理

靜力學(xué)是從公元前三世紀(jì)開始發(fā)展的，奠基者是阿基米德。靜力學(xué)主要研究物體在力的作用下處于平衡的規(guī)律。1.靜力學(xué)基本概念

平衡：物體相對(duì)于地面保持靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。

力的概念：①力的定義：力是物體之間的相互作用，這種作用能使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，或使物體變形。運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)存在的形式，平衡是相對(duì)的、暫時(shí)的。②力的三要素：大小、方向、作用點(diǎn)。

③力的表示方法：剛體的概念：剛體就是在任何力的作用下，其大小和形狀都保持不變它只是一個(gè)理想化的力學(xué)模型。在靜力學(xué)中，常把受力物體看作是剛體。是一個(gè)理想化的力學(xué)模型2.靜力學(xué)的基本公理力的平行四邊形公理：二力平衡公理：加減平衡力系公理：推論1：力的可傳性原理：作用于剛體上某點(diǎn)的力，可以沿著它的作用線移到剛體內(nèi)任意一點(diǎn)，并不改變?cè)摿?duì)剛體的作用。推論2：三力平衡匯交定理：作用與反作用公理：二、約束與約束力相關(guān)概念：自由體：位移不受限制的物體稱為自由體，例如飛行的飛機(jī)。非自由體：位移受到限制的物體成為非自由體，例如汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)、車輪。約束：限制非自由體運(yùn)動(dòng)的周圍物體稱為約束。如汽車受地面的限制，地面對(duì)汽車來說就是約束。約束力：約束作用于非自由體上的限制其運(yùn)動(dòng)的力稱為約束力。常見約束類型及其約束力

柔索約束：由柔軟的繩索、皮帶、鏈條等所形成的約束稱為柔索約束。光滑接觸面約束：兩個(gè)互相接觸的物體，當(dāng)忽略接觸面上的摩擦力時(shí)，這種光滑接觸面構(gòu)成的約束稱為光滑接觸面約束。鉸鏈約束：由鉸鏈構(gòu)成的約束稱為鉸鏈約束。常見的鉸鏈支座有固定鉸鏈支座和活動(dòng)鉸鏈支座兩種。固定鉸鏈支座活動(dòng)鉸鏈支座固定端約束：是指一端固定，另一端自由的支座，也稱為固定端支座。

徑向軸承（向心軸承）：軸承約束是工程中常用的支撐形式。

練習(xí)：根據(jù)所學(xué)約束及約束力相關(guān)知識(shí)填表。三、受力分析與受力圖畫物體的受力圖一般步驟如下：（1）畫出分析對(duì)象的簡(jiǎn)圖；（2）在簡(jiǎn)圖上畫出已知力；（3）在簡(jiǎn)圖上畫出所受到的約束力。例1如圖所示為發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖，曲柄AB的重力為G，活塞C受力為F，系統(tǒng)保持平衡狀態(tài)。試畫出各零件及機(jī)構(gòu)整體的受力圖。解：分析——曲柄AB受到3個(gè)力的作用，連桿BC受2個(gè)力的作用，活塞C受3個(gè)力作用，因BC兩端均為鉸鏈約束，且不計(jì)自重，為二力桿。（1）連桿BC的受力圖：因BC為二力桿，其約束力沿兩鉸鏈B、C中心連線，且FB=FC，并設(shè)定其方向，如圖b。（2）曲柄AB的受力：因其自重G所以AB不是二力桿。先畫出其自重G，A處為固定鉸鏈約束，其約束力為FAx、FAy，B處受連桿約束，根據(jù)作用與反作用公理FB‘=-FB，如圖c。（3）活塞C的受力：已知力F，氣缸對(duì)活塞的約束，屬光滑接觸面約束，且為雙面約束，其約束力方向不確定，可假設(shè)其向上（或向下），活塞還受到連桿對(duì)活塞的約束力，根據(jù)作用與反作用公理可知FC＇=-FC，如圖d。（4）機(jī)構(gòu)整體的受力圖如圖a所示。例2：如圖所示為三鉸鋼架，忽略鋼架自重，試畫出AC、BC的受力圖。解：鋼架AC受三個(gè)力作用；BC只在B、C兩點(diǎn)受力，因不計(jì)剛架自重，所以BC為二力桿。（1）鋼架BC的受力圖：因BC為二力桿，其約束力沿兩鉸鏈B、C中心連線，且FB=-FC，并設(shè)定其方向（如設(shè)為壓力）。（2）鋼架AC的受力圖：AC受三個(gè)力作用，即：已知力F、A和C兩處的鉸鏈約束力。2.2平面匯交力系學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解平面匯交力系合成的幾何法及平

衡的幾何條件；

2.熟悉力的分解方法及力在坐標(biāo)軸上投

影的計(jì)算方法；

3.掌握平面匯交力系合成的解析法。一、概念1.力系：作用在一個(gè)物體上的多個(gè)力。2.平面匯交力系：力系中各力的作用線均在物體的同一平面內(nèi)且匯交于一點(diǎn)。二、平面匯交力系合成的幾何法1.力的三角形法則如圖所示，作用在物體上的同一點(diǎn)A的兩個(gè)力F1和F2，從任選點(diǎn)A作AB表示力矢F1，在其末端B作BC表示力矢F2，則AC即表示合力矢F。三角形ABC稱為力三角形，這種求合力矢的作圖規(guī)則稱為力的三角形法則。2.力的多邊形法則當(dāng)匯交于一點(diǎn)的的力不只兩個(gè)時(shí)，可連續(xù)應(yīng)用三角形法則，在求合力F時(shí)，只要將各已知力首尾相接，連成折線，可獲得合力F。圖中四個(gè)已知力與合力恰好構(gòu)成一個(gè)多邊形，稱這種求合力的作圖法稱為力多邊形法則。3.平面匯交力系平衡的幾何條件

平面匯交力系可以合成為一個(gè)合力，即平面匯交力系可用其合力代替，因此，平面匯交力系平衡的必要和充分條件是：該力系的合力為零。用矢量式表示為：∑F=0當(dāng)合力為零時(shí)，力多邊形的封閉邊的長(zhǎng)度為零，即由各分力畫出的力多邊形首尾相接，形成一個(gè)閉合多邊形。因此，平面匯交力系平衡的幾何條件為：力系中各力組成的力多邊形自行閉合。三、平面匯交力系的解析法1.力在坐標(biāo)軸上的投影2.合力投影定理3.平面匯交力系的解析法平面匯交力系的平衡條件是力系的合力為零。合力的大小為:平面匯交力系平衡的解析條件是：力系中所有各力在兩個(gè)相互垂直的坐標(biāo)軸上的投影的代數(shù)和都等于零，即2.3力矩和力偶學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.熟悉力矩、力偶及力偶矩的概念；

2.理解合力矩定理；

3.掌握力偶的等效條件、平面力偶系

的合成與平衡條件及力的平移定理。一、力矩與力偶的概念1.力矩：力F與轉(zhuǎn)動(dòng)中心O到力F的作用線的垂直距離d的乘積。Mo(F)=±F?d2.合力矩定理Mo(F)=Mo(F1)+Mo(F2)+……+Mo(Fn)=∑Mo(Fi)3.力偶和力偶矩作用在一個(gè)物體上的大小相等、方向相反作用線平行但不在同一直線上的兩個(gè)力稱為力偶。力偶中力的大小與力偶臂的乘積來度量，稱為力偶矩。力偶用正負(fù)號(hào)表示力偶的轉(zhuǎn)向。正負(fù)號(hào)的規(guī)定與力矩相同，即順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)為正，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)為負(fù)。4.力偶的性質(zhì)力偶對(duì)物體的作用效果由三個(gè)要素決定：（1）力偶矩的大??；（2）力偶的轉(zhuǎn)向；（3）力偶的作用面。

三要素完全相同的力偶稱為等效力偶。二、平面力偶系的合成與平衡條件1.平面力偶系的合成作用在物體上同一平面內(nèi)的多個(gè)力偶，稱為平面力偶系。平面力偶系合成的結(jié)果仍是一力偶。2.平面力偶系的平衡條件平面力偶系平衡的必要且充分條件是：力偶系中所有力偶矩的代數(shù)和等于零。三、力的平移定理根據(jù)力的可傳性，力沿其作用線移動(dòng)時(shí)，不改變力的作用效果。但是，在力平行移動(dòng)后，力對(duì)剛體的作用效果將發(fā)生改變。原來作用在O點(diǎn)的力F就與作用在A點(diǎn)的平移力F2和一個(gè)力偶（稱為附加力偶）的作用等效。力的平移定理：作用在剛體上的力F，可以平移至剛體的任一點(diǎn)上，而不改變?cè)Φ淖饔眯Ч仨毟郊右粋€(gè)力偶，其力偶矩等于原力對(duì)新作用點(diǎn)的矩。2.4摩擦學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解滑動(dòng)摩擦、滑動(dòng)摩擦力、靜滑動(dòng)

摩擦力及最大靜滑動(dòng)摩擦力的概念；

2.理解滑動(dòng)摩擦定理；

3.理解摩擦角及自鎖現(xiàn)象。一、滑動(dòng)摩擦與滾動(dòng)摩擦1.滑動(dòng)摩擦兩個(gè)相互接觸的物體，當(dāng)有相對(duì)滑動(dòng)或相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，其接觸表面之間產(chǎn)生的彼此阻礙滑動(dòng)的力稱為滑動(dòng)摩擦力，簡(jiǎn)稱摩擦力。物塊僅有相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)而不滑動(dòng)時(shí)，存在的摩擦力稱為靜滑動(dòng)摩擦力，簡(jiǎn)稱靜摩擦力。靜摩擦力的大小不是固定的數(shù)值。靜摩擦力也不能無限制地增大2.滑動(dòng)摩擦定律實(shí)驗(yàn)證明：最大靜摩擦力的大小與兩物體間的正壓力（即法向反力）成正比，稱為靜滑動(dòng)摩擦定律，簡(jiǎn)稱靜摩擦定律。

Fmax=fsFN（1）物體處于靜止?fàn)顟B(tài)靜摩擦力Ff的大小在0到Fmax之間變化；（2）物體處于臨界狀態(tài)最大靜摩擦力Ffm=fsFN；（3）物體處于滑動(dòng)狀態(tài)動(dòng)摩擦力F′=fd?FN3.滾動(dòng)摩擦當(dāng)一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面上滾動(dòng)（或有滾動(dòng)趨勢(shì)）時(shí)，受到的接觸面的阻礙作用稱為滾動(dòng)摩擦。滾動(dòng)摩擦的大小用力偶矩來量度，且與正壓力成正比。一般來說，在其他條件相同的情況下，克服滾動(dòng)摩擦力矩使物體運(yùn)動(dòng)需要的力比克服滑動(dòng)摩擦力所需要的力小得多。所以，汽車輪胎充氣不足時(shí)，行駛起來比較費(fèi)力。滾動(dòng)摩擦的形成二、摩擦角與自鎖摩擦角圖示中法向反力FN與摩擦力Ff的合力FR來代替它們的作用，稱為全反力。可以看出，全反力與接觸表面的法線間的夾角將隨著摩擦力的增大而增大，當(dāng)摩擦力達(dá)到最大值即最大靜摩擦力時(shí)，這個(gè)夾角將達(dá)到最大值，此時(shí)的夾角稱為摩擦角，用φm表示。

tanφm=Ffm/FN=fs·FN/FN=fs摩擦角的正切值等于靜摩擦因數(shù)。因此，摩擦角也是表示材料表面性質(zhì)的一個(gè)物理量。2.自鎖

圖示為螺旋千斤頂，在其舉起重物后，要求絲桿及重物不會(huì)自行下降，而可以在任意位置都能保持平衡，即具有自鎖功能。分析：使絲桿及重物下滑的力為Gsinα，阻止其下滑的最大阻力為最大靜摩擦力Fmax＝fs?Gcosα，當(dāng)Gsinα≤fs?Gcosα?xí)r，即α≤φf沿運(yùn)動(dòng)方向的分力小于或等于最大靜摩擦力時(shí)，絲桿（及重物）將不發(fā)生下滑。工程上將這種依靠摩擦維持平衡的物體，在滿足一定幾何條件下，無論其主動(dòng)力怎樣大，總能保持平衡而不滑動(dòng)的現(xiàn)象稱為自鎖。自鎖條件為：主動(dòng)力與法線之間的夾角不大于最大摩擦角，即α≤φf。2.5剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速、角速度和角加速度的概念；

2.理解慣性力的概念、轉(zhuǎn)動(dòng)零件慣性力的平衡及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的概念；

3.熟悉功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。問題探究：為什么汽車在上坡或者超車時(shí)要換低速擋？一、剛體繞定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)1.剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)在運(yùn)動(dòng)時(shí)，剛體內(nèi)各點(diǎn)都繞一固定的直線作圓周運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱為剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。2.轉(zhuǎn)速與角速度、線速度工程上常用轉(zhuǎn)速表示轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢。剛體的轉(zhuǎn)速是指單位時(shí)間內(nèi)剛體轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，用n表示，單位為r/min（轉(zhuǎn)/分）。角速度ω與轉(zhuǎn)速n之間有如下關(guān)系：ω=2πn/60=πn/30線速度與角速度的關(guān)系：v=rω3.角加速度剛體角速度變化的快慢和方向用角加速度表示，用符號(hào)ε表示，單位為rad/s2（弧度/秒2）。ε=⊿ω/⊿t4.勻速定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的慣性力及轉(zhuǎn)動(dòng)零件慣性力的平衡慣性力是由于外力的作用使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)，因其慣性引起的運(yùn)動(dòng)物體對(duì)外界抵抗的反作用力，其大小等于運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量與加速度的乘積，方向與加速度相反，作用在施力物體上。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上的慣性力5.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)物體具有保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的特性，稱為轉(zhuǎn)動(dòng)慣性。物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大小是由轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來度量的。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小不僅與剛體質(zhì)量m的大小有關(guān)，而且與剛體質(zhì)量的分布有關(guān)。剛體的質(zhì)量越大，質(zhì)量的分布離轉(zhuǎn)軸越遠(yuǎn)，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也越大。二、功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系1.功率功率是指力在單位時(shí)間內(nèi)``作的功，用P表示。P=Fτv2.功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系T=9550×P/n當(dāng)功率一定時(shí)，轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n成反比。因此，汽車上坡時(shí)，需要較大的驅(qū)動(dòng)力矩T，駕駛員就換用低速擋，使汽車的速度減小，來獲得較大的牽引力。本章小結(jié)：1、力的概念及三要素力是物體對(duì)物體的作用力是物體對(duì)物體的作用。力的三要素是：大小、方向、作用點(diǎn)．2、靜力學(xué)的基本公理力的平行四邊形公理二力平衡公理加減平衡力系公理作用與反作用公理3、平面匯交力系的平衡條件：∑F=0

4、力矩和力偶力矩是力F與轉(zhuǎn)動(dòng)中心O到力F的作用線的垂直距離d的乘積力，即：M=F·d。力矩是描述物體轉(zhuǎn)動(dòng)效果的物理量，物體轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化。轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又稱為轉(zhuǎn)矩或扭矩。力偶是一對(duì)方向相反、大小相同、不重合的力。力偶是力系，能使物體產(chǎn)生純轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)。力偶形成的轉(zhuǎn)矩叫力偶矩。

5、摩擦滑動(dòng)摩擦力：一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面上存在相對(duì)滑動(dòng)的時(shí)候，受到另一個(gè)物體阻礙它們相對(duì)滑動(dòng)的力。靜摩擦力：當(dāng)一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面上有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，所受到的另一個(gè)物體對(duì)它的力。①摩擦力的方向總是與物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反。不一定與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反；②摩擦力總是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的。而不一定是阻礙物體的運(yùn)動(dòng)的；③摩擦力不一定是阻力，也可以是動(dòng)力。摩擦力不一定使物體減速，也可能使物體加速；④受靜摩擦力的物體不一定靜止，但一定保持相對(duì)靜止；⑤滑動(dòng)摩擦力的方向不一定與運(yùn)動(dòng)方向相反。

6、功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系T=9550×P/n《汽車機(jī)械基礎(chǔ)》

第3章構(gòu)件的承載能力分析【本章內(nèi)容】3.1材料力學(xué)的基本概念3.2基本變形3.3汽車常用零件的變形

與疲勞破壞3.1材料力學(xué)的基本概念學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解材料力學(xué)的有關(guān)概念；

2.熟悉材料的力學(xué)性能指標(biāo)；

3.理解內(nèi)力和應(yīng)力的概念。一、變形固體及基本假設(shè)材料力學(xué)研究的內(nèi)容：變形材料力學(xué)研究的對(duì)象：變形固體。1、變形：任何物體受載荷（外力）作用后都會(huì)產(chǎn)生形狀和尺寸的變化，稱為變形。2、變形固體：可變形的固體。3、變形的類型：彈性變形：載荷去除后能恢復(fù)原狀的變形塑性變形：載荷去除后不能恢復(fù)原狀的變形研究中對(duì)變形固體的假設(shè)：連續(xù)性假設(shè)。假設(shè)物質(zhì)毫無空隙地充滿了整個(gè)固體。均勻性假設(shè)。假設(shè)固體內(nèi)各處的力學(xué)性能完全相同。各向同性假設(shè)。假設(shè)固體在各個(gè)方向的力學(xué)性能完全相同。小變形假設(shè)。若固體的變形較其尺寸小得多，這種變形稱為小變形。在小變形情況下，研究物體的靜力平衡等問題時(shí)，均可略去這種小變形，而按原始尺寸計(jì)算，從而使計(jì)算簡(jiǎn)化。分析物體的變形規(guī)律時(shí)，這種微小的變形不能忽略二、機(jī)械構(gòu)件正常工作應(yīng)滿足的要求1. 足夠的強(qiáng)度構(gòu)件抵抗破壞的能力，稱為強(qiáng)度。這里的破壞是指構(gòu)件發(fā)生斷裂或因產(chǎn)生過度的塑性變形而不能夠繼續(xù)承載。例如傳動(dòng)軸、連桿等不能斷裂。2. 足夠的剛度構(gòu)件抵抗變形的能力，稱為剛度。在某些情況下，構(gòu)件雖有足夠的強(qiáng)度，但若受力后變形過大，即剛度不夠，也會(huì)影響正常工作。3. 足夠的穩(wěn)定性構(gòu)件受載后保持原有平衡形態(tài)的能力稱為穩(wěn)定性。對(duì)于一些受壓力作用的細(xì)長(zhǎng)直桿，如發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿，當(dāng)壓力較小時(shí)，能保持直線形態(tài)的平衡，但當(dāng)壓力增大時(shí)，直桿會(huì)變彎，即喪失穩(wěn)定。材料力學(xué)就是研究構(gòu)件在外力作用下的變形和破壞的規(guī)律，提供有關(guān)強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的分析計(jì)算的基本方法的學(xué)科，其任務(wù)是在滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的前提下，為構(gòu)件選擇適宜的材料，確定合理的形狀和尺寸。三、外力、內(nèi)力、應(yīng)力及應(yīng)變1、外力：作用于構(gòu)件上的載荷和約束力稱為外力。外力的分類按外力的作用方式體積力：連續(xù)分布在構(gòu)件內(nèi)部并作用在構(gòu)件的每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)上，如重力、磁力以及由于運(yùn)動(dòng)加速度在質(zhì)點(diǎn)上產(chǎn)生的慣性力都是體積力。分布力：連續(xù)作用于構(gòu)件表面或某一范圍的表面力（接觸力），如發(fā)動(dòng)機(jī)活塞在運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)汽缸壁的側(cè)壓力。集中力：當(dāng)表面力（接觸力）作用面積遠(yuǎn)小于構(gòu)件表面積或沿構(gòu)件軸線的分布范圍遠(yuǎn)小于構(gòu)件長(zhǎng)度，則可將分布力簡(jiǎn)化為作用于一點(diǎn)的力，稱為集中力。如汽車變速箱中齒輪軸受到齒輪的壓力可簡(jiǎn)化為集中力。集中力偶：當(dāng)力偶作用的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于梁的長(zhǎng)度時(shí)，可簡(jiǎn)化為作用于某一截面，稱為集中力偶。按隨時(shí)間變化情況靜載荷：緩慢地由零增加到某一定值后，不再隨時(shí)間變化，保持不變或變化很不顯著的載荷；動(dòng)載荷：隨時(shí)間顯著變化或使構(gòu)件各質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生明顯的加速度的載荷。交變載荷：隨時(shí)間作周期性變化的載荷；沖擊載荷：構(gòu)件運(yùn)動(dòng)在瞬時(shí)內(nèi)發(fā)生突然變化所引起的載荷。2、內(nèi)力及截面法

（1）內(nèi)力

構(gòu)件因外力作用發(fā)生變形時(shí)，其內(nèi)部各部分之間的相對(duì)位置發(fā)生變化，從而引起相鄰部分的相互作用力稱為內(nèi)力。它是連續(xù)作用于截面上的分布力，并隨外力的改變而變化。

（2）截面法為了求出內(nèi)力的大小，假想將構(gòu)件切開，由分離體的平衡條件，應(yīng)用靜力學(xué)平衡方程，根據(jù)外力確定內(nèi)力，這種方法稱為截面法。截面法的步驟：截開：在求內(nèi)力的截面處，假想用一平面將截面分成兩部分，保留任意一部分，舍去另一部分。代替：用作用于截面上的內(nèi)力代替舍去部分對(duì)留下部分的作用。平衡：對(duì)留下的部分建立靜力學(xué)平衡方程，確定內(nèi)力值。應(yīng)用截面法時(shí)需注意兩點(diǎn)：①外載荷不能沿作用線移動(dòng)。因?yàn)椴牧狭W(xué)中研究的對(duì)象是變形體，不是剛體，力的可傳性不成立；②截面不能切在外力作用點(diǎn)處，要離開或稍微離開作用點(diǎn)。

例1：如圖所示，A、B、C點(diǎn)分別作用10kN、40kN、30kN的力，求：1-1截面和2-2截面受到的內(nèi)力。解：1）截開：在求內(nèi)力的截面處，假想用一個(gè)平面將截面分成兩部分，保留任意一部分，舍去另一部分，圖（a）。2）代替：用作用于截面上的內(nèi)力代替舍去部分對(duì)留下部分的作用，見圖（b）。3）平衡：對(duì)于一個(gè)處于平衡狀態(tài)的物體，其各部分都應(yīng)當(dāng)保持平衡。由此，對(duì)留下的部分可建立靜力學(xué)平衡方程，求解出截面處的內(nèi)力值。3、截面上的應(yīng)力截面上單位面積所受的內(nèi)力，用來表示截面上某點(diǎn)受力強(qiáng)弱程度的物理量稱為應(yīng)力，應(yīng)力的單位為，也稱為帕（Pa）。其中：垂直于截面的分量和切于截面的分量，稱為正應(yīng)力，稱為切應(yīng)力。4、應(yīng)變截面的變形既有長(zhǎng)度方面的改變也有角度方面的改變。變形的程度用應(yīng)變來表示。長(zhǎng)度方面的變形程度用線應(yīng)變表示，簡(jiǎn)稱應(yīng)變。角度上的變形程度用切應(yīng)變表示。如圖所示，線段AB原長(zhǎng)為，變形后AB的長(zhǎng)度為。則按下式得到的稱為A點(diǎn)沿AB方向的線應(yīng)變簡(jiǎn)稱應(yīng)變。四、桿件變形的基本形式1、桿件：長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于橫向尺寸的構(gòu)件。2、桿件變形的基本形式有四種：

拉伸和壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲。3、組合變形：兩種或兩種以上基本變形的組合，稱為組合變形。3.2基本變形形式學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解拉伸和壓縮、剪切和擠壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲的概念；2.熟悉拉伸和壓縮、剪切和擠壓變形、扭轉(zhuǎn)變形、彎曲變形的特點(diǎn)；3.理解拉伸和壓縮、剪切和擠壓、扭轉(zhuǎn)、彎曲變形其橫截面上應(yīng)力的分布規(guī)律；4.理解拉伸和壓縮、剪切和擠壓、扭轉(zhuǎn)和彎曲變形強(qiáng)度計(jì)算的基本方法。一、拉伸和壓縮變形1、受力特點(diǎn)作用在桿兩端的兩個(gè)力大小相等、方向相反、作用線與桿的軸線重合。2、變形特點(diǎn)桿件沿軸向發(fā)生伸長(zhǎng)或縮短。3、內(nèi)力和應(yīng)力（1）內(nèi)力：拉伸和壓縮的內(nèi)力為軸力，一般用表示。軸力的正負(fù)號(hào)規(guī)定為：桿件的變形為縱向伸長(zhǎng)時(shí)，軸力為正，稱為拉力；桿件的變形為縱向壓縮時(shí)，軸力為負(fù)，稱為壓力。（2）應(yīng)力拉伸和壓縮時(shí)的內(nèi)力垂直于橫截面，所以應(yīng)力也垂直于橫截面，根據(jù)應(yīng)力的定義可知，橫截面上的應(yīng)力為正應(yīng)力，用σ表示。拉伸變形時(shí)的內(nèi)力拉應(yīng)力σ為正；壓應(yīng)力σ為負(fù)（3）胡克定律英國科學(xué)家胡克通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了力與變形的關(guān)系：當(dāng)桿內(nèi)的應(yīng)力不超過某一限度時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，稱為胡克定律。式中常數(shù)E稱為彈性模量，其值隨材料不同而不同。由上式可以看出，當(dāng)其它條件不變的情況下，E越大，則材料的變形越小。因此彈性模量E表示材料抵抗拉、壓彈性變形的能力，是材料的剛度指標(biāo)。長(zhǎng)度與受力情況相同的桿，EA值愈大，桿的變形就愈小，說明EA表示桿件抵抗拉壓變形能力的大小，稱為桿的抗拉（壓）剛度。4、拉伸壓縮時(shí)材料的力學(xué)性能（1）塑性材料的力學(xué)性能彈性階段（ob段）：只產(chǎn)生彈性變形。A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值稱為比例極限，記為P；b點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力是材料只出現(xiàn)彈性變形的極限值，稱為彈性極限。

屈服階段（bc段）：當(dāng)應(yīng)力超過彈性極限后繼續(xù)加載，應(yīng)變?cè)黾雍芸欤鴳?yīng)力先下降，然后作微小的波動(dòng)，在曲線上出現(xiàn)接近水平線的小鋸齒形線段。這種應(yīng)力基本保持不變，而應(yīng)變顯著增加的現(xiàn)象，稱為屈服或流動(dòng)，所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力稱為屈服極限或稱屈服強(qiáng)度，用表示，是衡量材料強(qiáng)度的重要指標(biāo)。強(qiáng)化階段（ce段）：過了屈服階段后，材料又恢復(fù)了抵抗變形的能力，要使它繼續(xù)變形必須增加拉力。這種現(xiàn)象稱為材料的強(qiáng)化。強(qiáng)化階段的最高點(diǎn)e點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力是材料所能承受的最大應(yīng)力，稱為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度。它表示材料所能承受的最大應(yīng)力。是衡量材料強(qiáng)度的重要指標(biāo)。頸縮階段：過e點(diǎn)后，應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限后，在試樣的某一局部范圍橫向尺寸急劇縮小，形成頸縮現(xiàn)象。試樣承載能力急劇下降，在頸縮處被拉斷。（2）脆性材料的力學(xué)性能脆性材料拉伸時(shí)的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線沒有明顯的直線部分。在較小的拉應(yīng)力下就被拉斷，沒有屈服和頸縮現(xiàn)象，拉斷前的應(yīng)變很小。鑄鐵是典型的脆性材料拉斷時(shí)的最大應(yīng)力即為其強(qiáng)度極限。因?yàn)闆]有屈服現(xiàn)象，強(qiáng)度極限是衡量強(qiáng)度的唯一指標(biāo)。

如灰鑄鐵無屈服極限，強(qiáng)度極限大大超過拉伸時(shí)強(qiáng)度極限4~5倍，故抗壓性能強(qiáng)，適用受壓零件。（3）工作應(yīng)力、極限應(yīng)力、許用應(yīng)力、安全系數(shù)與強(qiáng)度條件工作應(yīng)力：構(gòu)件工作時(shí)，由載荷引起的應(yīng)力。極限應(yīng)力：使材料喪失正常工作能力的應(yīng)力。許用應(yīng)力：材料允許承受的最大應(yīng)力[

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。軸向拉伸或壓縮的強(qiáng)度條件：極限應(yīng)力用表示，塑性材料的極限應(yīng)力是其屈服極限；對(duì)于脆性材料的極限應(yīng)力是其強(qiáng)度極限。n大于1,稱為安全系數(shù)二、剪切變形1、剪切變形桿件受到大小相等、方向相反、作用線不重合且相距較近的兩個(gè)垂直于桿軸線方向的力的作用時(shí)，桿件位于兩個(gè)力中間部分各截面將產(chǎn)生相互錯(cuò)動(dòng)，這種變形稱為剪切變形。2、受力特點(diǎn)大小相等、方向相反、作用線相距很近。3、變形特點(diǎn)剪切面沿外力的方向發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。常見受剪的聯(lián)接件：4、剪切應(yīng)力構(gòu)件受到剪切力的作用時(shí)，在它的剪切面上就要產(chǎn)生與截面平行的抵抗剪切變形的內(nèi)力，稱為剪力，用表示。單位面積上剪力的大小稱為剪應(yīng)力，其方向與剪力相同，平行于橫截面，為切應(yīng)力，用表示。5、剪切的強(qiáng)度條件5、剪切的強(qiáng)度條件6、擠壓變形一般情況下，桿件發(fā)生剪切變形的同時(shí)，還伴隨著擠壓變形。擠壓變形是兩桿件在相互傳遞壓力的接觸面上，因局部受較大的壓力，而出現(xiàn)塑性變形的現(xiàn)象（壓陷、起皺）。作用于接觸面間的壓力，稱為擠壓力，用符號(hào)Fjy表示。擠壓力引起的應(yīng)力為擠壓應(yīng)力，用表示。擠壓變形的受力情況：擠壓應(yīng)力與壓縮應(yīng)力并不相同。擠壓應(yīng)力是分布在兩桿件接觸表面上的壓強(qiáng)；而壓縮應(yīng)力是分布在整個(gè)桿件內(nèi)部單位截面積上的內(nèi)力。三、扭轉(zhuǎn)變形扭轉(zhuǎn)變形的實(shí)例：1、受力特點(diǎn)作用在桿件兩端的一對(duì)力偶，大小相等、轉(zhuǎn)向相反、力偶作用面垂直桿的軸線。2、變形特點(diǎn)扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，各橫截面繞桿軸線發(fā)生了相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。3、圓軸扭轉(zhuǎn)變形的外力、內(nèi)力及應(yīng)力（1）外力

扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，作用在軸上的外力是一對(duì)力偶，其力偶矩通常不直接給出。當(dāng)已知軸的轉(zhuǎn)速和傳遞的功率時(shí)，外力偶矩要利用公式計(jì)算。——外力偶矩，N?m；——軸傳遞的功率，kW；

——軸的轉(zhuǎn)速，r/min。（2）扭轉(zhuǎn)時(shí)的內(nèi)力—扭矩

圓軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，橫截面上將產(chǎn)生內(nèi)力，此內(nèi)力為一力偶，此力偶矩稱為扭矩，用符號(hào)T表示。T（Tˊ）=截面一側(cè)（左或右）所有外力偶矩的代數(shù)和

扭矩的正負(fù)規(guī)定：按右手螺旋法則，四指彎向表示力偶的方向，大拇指的指向表示扭矩矢量的方向，若矢量的指向離開截面，扭矩為正；反之為負(fù)。依此規(guī)定，同一截面左右兩側(cè)的扭矩，數(shù)值和符號(hào)均相同。（3）圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力圓軸扭轉(zhuǎn)的平面假設(shè)：圓軸扭轉(zhuǎn)變形時(shí)，各橫截面仍保持為平面，其大小、形狀均不變，相鄰兩橫截面間的距離不變，只是繞軸線作了一定角度的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。由此，得到扭轉(zhuǎn)變形截面應(yīng)力分布圖：應(yīng)力分布規(guī)律：截面上某點(diǎn)的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的大小與該點(diǎn)至圓心的距離成正比，圓心處扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為零。圓周上扭轉(zhuǎn)時(shí)最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為——橫截面上最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，Pa；——橫截面上的扭矩，N?m；——橫截面的抗扭截面模量m3，表示橫截面抵抗扭轉(zhuǎn)變形的能力。①實(shí)心圓軸②空心圓軸4、扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件四、彎曲變形1、受力特點(diǎn)外力垂直于軸線或在軸線的平面內(nèi)受到力偶的作用。2、變形特點(diǎn)軸線由直線變成曲線。彎曲變形實(shí)例：3、梁工程上把以彎曲變形為主要變形的構(gòu)件稱為梁。梁按支座形式不同，可分為簡(jiǎn)支梁、外伸梁、懸臂梁。

簡(jiǎn)支梁外伸梁懸臂梁4、梁的內(nèi)力—剪力和彎矩梁在外力作用下，橫截面上將產(chǎn)生內(nèi)力。（1）沿截面作用的力Fj(Fjˊ)，作用線通過截面形心并與外力平行，該力為剪力。（2）垂直于橫截面作用的力偶矩M（Mˊ），稱為彎矩。彎矩的正負(fù)規(guī)定，由該截面附近的變形情況確定。若梁在該截面附近彎成上凹下凸，則彎矩力正；反之為負(fù)。一般梁的跨度比較大，剪力產(chǎn)生的剪應(yīng)力對(duì)梁的強(qiáng)度影響很小，可忽略不計(jì)。5、純彎曲時(shí)的正應(yīng)力（1）純彎曲一般的平面彎曲中，梁的橫截面上既有剪力又有彎矩，在梁的橫截面上同時(shí)存在彎曲剪應(yīng)力和彎曲正應(yīng)力。由于剪力產(chǎn)生的剪應(yīng)力對(duì)梁的影響較小，可忽略不計(jì)。當(dāng)梁的橫截面上只受變矩時(shí)，該梁無剪切變形，只有彎曲變形，這種平面彎曲稱為純彎曲。

（2）橫截面上應(yīng)力分布規(guī)律純彎曲變形時(shí)所有橫截面仍保持平面，只是繞中性軸相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，截面上各點(diǎn)伸長(zhǎng)處受拉，縮短處受壓，其大小為該點(diǎn)到中性軸的距離成正比分布。橫截面上正應(yīng)力的分布規(guī)律是：正應(yīng)力的分布規(guī)律是橫截面上各點(diǎn)正應(yīng)力的大小與該點(diǎn)到中性軸的距離成正比。中性軸上的正應(yīng)力等于零，離中性軸最遠(yuǎn)點(diǎn)上、下邊緣正應(yīng)力最大。3.3汽車常用零件的變形與疲勞破壞一、汽車常用零件的變形零件在使用過程中，由于承載和內(nèi)部應(yīng)力的作用，使零件的尺寸和形狀改變的現(xiàn)象稱為變形。變形的曲軸變形斷裂的連桿變形的齒輪零件變形失效的分類：彈性變形失效、塑性變形失效、蠕變。2、汽車零部件變形的影響（1）發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體變形會(huì)造成氣缸磨損量增加、軸頸和軸瓦磨損加劇、加速曲軸疲勞失效等后果。（2）曲軸彎曲變形會(huì)破壞動(dòng)平衡，引起發(fā)動(dòng)機(jī)工作震動(dòng)，噪音增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無法正常運(yùn)行。（3）變速器殼體變形會(huì)使傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生動(dòng)載荷，從而使變速器的技術(shù)狀況惡化，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)引起變速器跳檔。（4）驅(qū)動(dòng)橋殼體變形會(huì)使汽車兩半軸軸線不重合，后輪運(yùn)動(dòng)不正常，加劇輪胎的磨損，使汽車傳動(dòng)效率降低，行駛阻力增大，滑行性能變差。嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)影響汽車的制動(dòng)性能，使半軸發(fā)生斷裂。（5）車架彎曲變形會(huì)破壞汽車各總成的相對(duì)位置，引起總成早期損壞，導(dǎo)致輪胎異常磨損；此外，還會(huì)產(chǎn)生異響。3、零件變形的原因（1）內(nèi)應(yīng)力的影響。內(nèi)應(yīng)力的影響包括兩方面，一是因零件各部分的冷卻速度不同引起的熱應(yīng)力，二是由于零件制造加工過程產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力。鑄鐵的殘余內(nèi)應(yīng)力長(zhǎng)期作用會(huì)使彈性極限降低，產(chǎn)生減小內(nèi)應(yīng)力的塑性變形，稱為內(nèi)應(yīng)力松弛，零件則因內(nèi)應(yīng)力松弛而產(chǎn)生變形。（2）外載荷的影響。汽車零件在工作過程中，由于傳遞力或轉(zhuǎn)矩而承受外載荷，尤其在汽車滿載或超載工作時(shí)，外載荷將在零件內(nèi)部產(chǎn)生各種應(yīng)力，如果應(yīng)力超過了材料的屈服極限，則會(huì)導(dǎo)致零件產(chǎn)生塑性變形。（3）溫度的影響。由于金屬的彈性極限隨溫度的升高而降低，同時(shí)在高溫作用下內(nèi)應(yīng)力松弛進(jìn)行的更徹底，所以在溫度較高的條件下工作的零件更容易變形。二、汽車零部件的疲勞破壞零件在交變應(yīng)力作用下，經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間工作而發(fā)生的斷裂現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。疲勞破壞是汽車零件常見及危害性最大的一種失效形式。汽車上大約有90%以上的斷裂可歸結(jié)為零件的疲勞失效，如曲軸、連桿、連桿螺栓、氣門、氣缸套、轉(zhuǎn)向節(jié)、橫拉桿、半軸、車架、鋼板彈簧等零件的斷裂，絕大多數(shù)屬于疲勞斷裂。1.疲勞斷裂的分類根據(jù)零件的特點(diǎn)及破壞時(shí)總的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，可分為無裂紋零件和裂紋零件的疲勞斷裂失效。發(fā)生高周疲勞時(shí)，應(yīng)力一般在屈服強(qiáng)度以下；發(fā)生低周疲勞時(shí)，應(yīng)力可高于屈服極限。汽車零件一般多為低應(yīng)力高周疲勞斷裂。2.零件疲勞斷裂的原因（1）設(shè)計(jì)制造因素零件設(shè)計(jì)不合理造成結(jié)構(gòu)上存在缺陷。如曲軸、變速箱軸等零件截面突變處、臺(tái)階、鍵槽、油孔、接頭等部位的局部應(yīng)力過于集中。（2）使用維修因素汽車在使用過程中操作不規(guī)范，或經(jīng)常超負(fù)荷運(yùn)行，使零部件長(zhǎng)時(shí)間受到過大的載荷作用，引起零部件的早期疲勞，從而加快了零件的疲勞斷裂。3.提高汽車零件抗疲勞斷裂的措施（1）在設(shè)計(jì)制造過程中盡可能避免零件出現(xiàn)各種缺陷，減小應(yīng)力集中，提高零件的疲勞強(qiáng)度，防止零件早期疲勞斷裂。（2）對(duì)汽車在使用過程中發(fā)生疲勞斷裂的零件，尤其是發(fā)生早期疲勞斷裂的零件，設(shè)計(jì)制造部門及使用維修人員應(yīng)認(rèn)真做好調(diào)查研究工作，分析查明零件疲勞斷裂的原因，進(jìn)行改進(jìn)。（3）按規(guī)范操作規(guī)程開車，避免零件承受額外載荷。零件受到的外力越大，發(fā)生斷裂的可能性越大。因此，在汽車使用過程中應(yīng)盡量避免超載運(yùn)行，嚴(yán)禁猛起步和告訴急轉(zhuǎn)彎，慎用緊急制動(dòng)，在不良路面上行駛時(shí)應(yīng)控制車速。（4）做好技術(shù)維護(hù)工作，注意易疲勞斷裂零件的工作情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工作異常跡象，避免發(fā)生突發(fā)性損壞。保持發(fā)動(dòng)機(jī)良好的工作狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于良好潤滑性能和正常溫度下工作，可以減少酸、堿、鹽等腐蝕介質(zhì)的生成，防止零件受到腐蝕與疲勞的聯(lián)合作用。（5）按規(guī)定的技術(shù)要求進(jìn)行正確拆裝，防止零件局部受力過大或受到損傷。小結(jié)：1、材料力學(xué)的基本概念變形固體、外力、內(nèi)力、應(yīng)力、應(yīng)變2、構(gòu)件正常工作應(yīng)滿足的要求：足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。3、外力、內(nèi)力、應(yīng)力、應(yīng)變的含義4、基本變形形式及特點(diǎn)拉伸和壓縮變形剪切變形扭轉(zhuǎn)變形彎曲變形5、汽車零部件常見變形形式磨損、腐蝕、斷裂、變形6、汽車零部件變形的影響基礎(chǔ)件如發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器殼體、驅(qū)動(dòng)橋殼體等的變形會(huì)破壞總成中各零件的相對(duì)位置。7、汽車零部件變形的原因內(nèi)應(yīng)力、外載荷、溫度。8、提高汽車零部件抗疲勞斷裂的措施設(shè)計(jì)時(shí)減少應(yīng)力集中，提高零件疲勞強(qiáng)度；按操作規(guī)程開車，避免零件承受額外載荷；做好維護(hù)工作，正確拆裝?！镀嚈C(jī)械基礎(chǔ)》

第4章汽車常用金屬材料【本章內(nèi)容】4.1金屬材料的分類及性能4.2有色金屬及其在汽車中的應(yīng)用4.3黑色金屬及其在汽車中的應(yīng)用4.1金屬材料的分類及性能學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.掌握金屬材料的分類；

2.掌握金屬材料的性能；

汽車的材料構(gòu)成一般的汽車都由一萬個(gè)以上的零部件組成，這些零部件使用了超過60種不同材料。制造汽車各種零部件用的材料統(tǒng)稱為汽車工程材料，汽車工程材料主要包括金屬材料、高分子材料、陶瓷材料、復(fù)合材料等。其中鋼﹑鐵﹑塑料﹑鋁﹑橡膠﹑玻璃等材料占轎車質(zhì)量的90%，其余10%為其他多種材料，包括有色金屬（銅、鉛、鋅、錫等）以及車中裝備的液體（燃油、潤滑劑、其他油品和水基液等）。汽車零部件選擇材料遵循原則：（1）使用性能原則。采用所選材料制造的零件在使用過程中具有良好的工作性能；（2）工藝性能原則。所選用材料能夠確保零件便于加工；（3）經(jīng)濟(jì)性原則。所選用的材料能使產(chǎn)品具有較低的總成本。鋼鐵材料是最常見的金屬材料，屬于黑色金屬，是以鐵和碳為主要元素的鐵碳合金。含碳量在2.11%以下的鐵碳合金稱為鋼，含碳量在2.11%～6.69%的鐵碳合金稱為鑄鐵。鋼鐵材料在汽車工業(yè)中占主流地位。一輛中型載貨汽車上鋼鐵材料約占汽車總重量的3/4，轎車上約占2/3。一、金屬材料的分類黑色金屬：有三種，即鐵、錳、鉻有色金屬：黑色金屬以外的其他金屬二、金屬材料的性能1、力學(xué)性能力學(xué)性能是指金屬材料在載荷作用下抵抗破壞的性能。力學(xué)性能也稱為機(jī)械性能。常用的力學(xué)性能包括：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度等。金屬材料的力學(xué)性能是零件設(shè)計(jì)和選材時(shí)的主要依據(jù)。（1）強(qiáng)度。強(qiáng)度是指金屬材料在靜載荷作用下抵抗破壞（過量塑性變形或斷裂）的能力。強(qiáng)度指標(biāo)一般用單位面積所承受的載荷即應(yīng)力表示，符號(hào)為σ，單位為MPa。強(qiáng)度分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等。其中抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度是常用的強(qiáng)度指標(biāo)。（2）塑性。塑性是指金屬材料在載荷作用下，產(chǎn)生塑性變形（永久變形）而不破壞的能力。常用的塑性指標(biāo)有伸長(zhǎng)率δ和斷面收縮率φ。伸長(zhǎng)率和斷面收縮率越大，其塑性越好；反之塑性越差。（3）硬度。硬度是指材料表面抵抗比它更硬的物體壓入的能力。硬度能夠衡量金屬材料軟硬程度，是材料的重要力學(xué)性能指標(biāo)。一般材料的硬度越高，其耐磨性越好。材料的強(qiáng)度越高，塑性變形抗力越大，硬度值也越高。常用的硬度表示方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和維氏硬度（HV）。（4）沖擊韌性。金屬材料抵抗沖擊載荷的能力稱為沖擊韌性,用ak表示，單位為J/cm2。ak值越大，則材料的韌性就越好；ak值低的材料稱為脆性材料，ak值高的材料稱為韌性材料。（5）疲勞強(qiáng)度。很多零件在工作過程中所受到的應(yīng)力都隨時(shí)間作周期性的變化，這種隨時(shí)間作周期性變化的應(yīng)力稱為交變應(yīng)力（也稱為循環(huán)應(yīng)力）。在交變應(yīng)力的作用下，雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)，但經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的工作后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象稱為金屬的疲勞。

金屬材料在指定壽命（循環(huán)基數(shù)）N0（如合金鋼為107，低碳鋼5×106）時(shí)，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到N0次仍不發(fā)生疲勞破壞，此時(shí)的最大應(yīng)力稱為疲勞強(qiáng)度或疲勞極限。材料的疲勞強(qiáng)度是材料力學(xué)性能中的一個(gè)重要性能。凡承受交變負(fù)荷的零件在設(shè)計(jì)時(shí)都需用疲勞極限進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。

2、工藝性能（1）切削加工性。金屬材料的切削加工性是指其被切削加工的難易程度。切削加工性好的材料，切削時(shí)消耗的能量少，刀具壽命長(zhǎng)，易于保證加工表面的質(zhì)量，切屑易于折斷和脫落。（2）鑄造性能。屬材料的鑄造性能主要是指流動(dòng)性、收縮性和產(chǎn)生偏析的傾向。流動(dòng)性是流體金屬充滿鑄型的能力。流動(dòng)性好能鑄出細(xì)薄精致的復(fù)雜鑄件，能減少缺陷。收縮性是指金屬材料在冷卻凝固中，體積和尺寸縮小的性能。收縮是使鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松、內(nèi)應(yīng)力、變形、開裂的基本原因。偏析是指金屬材料在凝固時(shí)造成零件內(nèi)部化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。常用的金屬材料中，鑄鐵和青銅的鑄造性能較好。（3）鍛造性能。金屬材料用鍛壓加工方法成形的能力稱為鍛造性。塑性越好，變形抗力越小，金屬的鍛造性越好。（4）焊接性能。金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性稱為焊接性。在機(jī)械行業(yè)中，焊接的主要對(duì)象是鋼材。碳含量是焊接性能好壞的主要影響因素。碳與合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，焊接性能越差。（5）熱處理性能。熱處理性能是指金屬材料通過熱處理后改變或者改善性能的能力。熱處理性能包括可淬性、氧化脫碳、變形開裂等幾個(gè)方面。鋼是采用熱處理最為廣泛的材料。中碳鋼的熱處理性能較好。3.2有色金屬及其在汽車中的應(yīng)用有色金屬包括純金屬及有色合金。有色純金屬分為重金屬、輕金屬、貴金屬、半金屬和稀有金屬五類。類型特

點(diǎn)重有色金屬密度大于4.5g/cm3，其中Pt最重其密度為21.45g/cm3。輕有色金屬密度小于4.5g/cm3,如：Ag、Mg、Na、Ca、K等。其中Mg最輕，密度僅為1.74g/cm3。貴有色金屬如：Au、Ag、Pt、Nb、Ir、er等。稀有金屬稀有輕金屬：Ti、Li、銣、銫、鈹?shù)?，其中比重最小的是Li，其密度僅為0.53g/cm3。稀有高熔點(diǎn)金屬：W、Mo、Sb、Nb、Zr、Hf、V、La等，其熔點(diǎn)一般大于1700℃，其中W熔點(diǎn)最高為3390℃。稀有分散金屬：鎵、In、鉈、鍺等，在地殼中分散分布，沒有獨(dú)立

礦床。稀土金屬：鈧、釔、鑭系合金（鑭、鈰、鐠、釹等15個(gè)相似元素）

雖然以共生形式存在，但儲(chǔ)量很大。放射性元素鐳、錒系元素，如：釷、鏷、鈾等。半金屬Si、Se、Te、B共五個(gè)元素，能傳熱導(dǎo)電，具有一定的金屬特性。一、銅及銅合金銅是人類最早發(fā)現(xiàn)和使用的金屬材料，銅的熔點(diǎn)低，易合金化。銅及銅合金具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐蝕性能，易于加工，且外表美觀。

在汽車制造業(yè)中，銅及銅合金主要用于散熱器、制動(dòng)系統(tǒng)、液壓裝置、軸承、剎車摩擦片、墊圈以及各種接頭、配件等。每輛汽車用銅可達(dá)10-21公斤。銅及銅合金分類：1、黃銅黃銅是以鋅為主要合金元素的銅合金，銅鋅二元合金稱為普通黃銅或簡(jiǎn)單黃銅。為改善普通黃銅的性能，常添加鋁、鎳、錳、錫、硅、鉛等元素。三元以上的黃銅稱為特殊黃銅或復(fù)雜黃銅。黃銅具有良好的塑性。黃銅用“H”表示，后面的數(shù)字表示銅的百分含量，如H90、H80等，表示含銅量為90%、80%，含鋅量為10%、20%的黃銅。汽車水箱中的黃銅放水閥2.青銅青銅是銅與除了鋅、鎳以外的其他元素形成的合金。通常在青銅名字前冠以第一主要添加元素的名，如錫青銅、鉛青銅、鋁青銅等。錫青銅的鑄造性能、減摩性能和機(jī)械性能好，適合于制造軸承、蝸輪、齒輪等。鉛青銅是常用的軸承材料。鋁青銅強(qiáng)度高，耐磨性和耐蝕性好，用于鑄造高載荷的齒輪、軸套。青銅軸承及襯套青銅齒輪青銅的顏色：純銅為紫紅色，加入錫或鉛顏色為黃色偏紅，因埋在土里后顏色因氧化而青灰，稱為青銅。青銅中錫占的分量增多，其光澤就會(huì)從青銅色轉(zhuǎn)為赤黃色、橙黃色、淡黃色。錫占到30-40%，青銅就會(huì)變?yōu)榛野咨?。青銅劍——越王勾踐劍二、鋁及鋁合金1、純鋁①純鋁的密度小，大約是鐵的1/3，熔點(diǎn)低660℃。②鋁的塑性很高，強(qiáng)度低，易加工。③具有良好的延展性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐熱性和耐核輻射性，無磁性，無毒，耐低溫。④純鋁在空氣中易氧化，在表面形成一層致密牢固的氧化膜，因而抗大氣腐蝕性能好。⑤純鋁還具有良好的低溫塑性，直到-253℃時(shí)其塑性和韌性也不降低，且其硬度低，不適于制作受力的機(jī)械件。2、鋁合金在純鋁中加入合金元素就得到了鋁合金。鋁合金是汽車上應(yīng)用得最快最廣的輕金屬。鋁合金有兩大類：鑄造鋁合金和變形鋁合金。汽車中應(yīng)用的主要是鑄造鋁合金。鑄造鋁合金分為Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系。汽車中的鋁合金零部件3.鋁及其合金在汽車中的應(yīng)用①底盤行走系統(tǒng)：橫梁、上下壁、轉(zhuǎn)向機(jī)殼、制動(dòng)分泵殼、制動(dòng)鉗、車輪、操縱機(jī)構(gòu)等。②傳動(dòng)系統(tǒng)：變速箱殼、離合器殼、連接過濾板、換擋拔叉、傳動(dòng)箱換擋端蓋。③發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)：發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、活塞、進(jìn)氣管、水泵殼、發(fā)動(dòng)機(jī)殼、起動(dòng)機(jī)殼、搖壁、搖壁蓋、濾清器底座、發(fā)動(dòng)機(jī)拖架、正時(shí)鏈輪蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)支架、分電器座、汽化器等。④其它系統(tǒng)部件：離合器踏板、剎車踏板、方向盤、轉(zhuǎn)向節(jié)、發(fā)動(dòng)機(jī)框架、ABS系統(tǒng)部件。三、鎂及鎂合金鎂是一種輕質(zhì)的銀白色金屬，在鎂中添加一些其它的金屬元素，如鋁、鋅或鋁、錳等，它就會(huì)變成一種具有較高強(qiáng)度和剛度、良好的鑄造性能和減振性能的輕質(zhì)合金材料。1.鎂合金的特點(diǎn)（1）鎂合金的使用使汽車進(jìn)一步輕量化。（2）鎂合金的比強(qiáng)度高于鋁合金和鋼，比剛度接近鋁合金和鋼，能夠承受一定的負(fù)荷。（3）鎂合金還具有良好的鑄造性和尺寸穩(wěn)定性，易加工，廢品率低，從而降低生產(chǎn)成本。（4）鎂合金具有良好的阻尼系數(shù)，減振量大于鋁合金和鑄鐵，用于殼體可以降低噪聲，用于座椅、輪圈可以減少振動(dòng)，提高汽車的安全性和舒適性。汽車鎂合金零部件2.鎂合金在汽車中的應(yīng)用（1）車內(nèi)構(gòu)件：儀表盤、座椅架、坐位升降器、操縱臺(tái)架、氣囊外罩、轉(zhuǎn)向盤、鎖合裝置罩、轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向柱支架、收音機(jī)殼、小工具箱門、車窗馬達(dá)罩、剎車與離合器踏板托架等。（2）車體構(gòu)件：門框、尾板、車頂框、車頂板等。（3）發(fā)動(dòng)機(jī)：活塞、閥蓋、凸輪蓋、進(jìn)氣管、機(jī)油盤、交流電機(jī)支架、油過濾器接頭、馬達(dá)罩蓋、氣缸蓋、分配盤支架、油泵殼、油箱、濾油器支架、左側(cè)半曲軸箱、右側(cè)半曲軸箱。（4）底盤：四輪驅(qū)動(dòng)變速箱體、手動(dòng)換擋變速器、變速器殼體、齒輪箱殼體、離合器外殼、輪轂、引擎托架、前后吊桿、尾盤支架。四、鈦及鈦合金鈦及鈦合金密度小、比強(qiáng)度大，具有耐蝕性強(qiáng)、不受路面鹽類及廢氣的影響，可綠色回收，易加工與鋼材同樣的設(shè)備工藝，其記憶功能方便車身復(fù)原，高、低溫力學(xué)性能好。目前的賽車幾乎都使用了鈦材。汽車用鈦部件主要包括閥、連桿、螺栓等。鈦合金零件五、鉛、錫及其合金1、鉛及鉛合金鉛主要應(yīng)用于汽車的蓄電池，鉛蓄電池的優(yōu)點(diǎn)是放電時(shí)電動(dòng)勢(shì)較穩(wěn)定，缺點(diǎn)是比能量（單位重量所蓄電能）小，十分笨重，對(duì)環(huán)境腐蝕性強(qiáng)。鉛合金也用于制作軸承，鉛基軸承合金以鉛為基本成分，加入適量的錫和銻，鉛基軸承合金磨合性和減振性好，自潤性好，噪聲低。2.錫及錫合金錫基合金是最早應(yīng)用的發(fā)動(dòng)機(jī)滑動(dòng)軸承的材料之一。錫基軸承合金具有優(yōu)良的抗咬合性、順應(yīng)性、嵌入性、耐腐蝕性及工藝性能好等優(yōu)點(diǎn)，但由于其疲勞強(qiáng)度低，因此只能應(yīng)用于小型、輕載的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦或者作為襯套材料使用。4.3黑色金屬及其在汽車中的應(yīng)用一、碳素鋼及其在汽車中的應(yīng)用碳素鋼也稱為碳鋼，是含碳量小于2.11%的鐵碳合金。碳素鋼中除了含碳外，還含有少量硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)。碳素鋼在工業(yè)上占有很重要的地位，約占鋼總產(chǎn)量的90%以上。汽車的外殼、車架、車橋等很多零部件材料采用的都是碳素鋼。1、碳素鋼的分類（1）按含碳量分類低碳鋼（WC≤0.25%）中碳鋼（WC0.25%—0.6%）高碳鋼（WC>0.6%）（2）按鋼的質(zhì)量分類普通碳素鋼（S≤0.050％、P≤0.045％）優(yōu)質(zhì)碳素鋼（S≤0.040％、P≤0.040％）高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼（S≤0.030％、P≤0.035％）（3）按用途分類碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用于制作各種工程結(jié)構(gòu)件和機(jī)器零件，一般為低碳鋼；碳素工具鋼：主要用于制作各種刀具、量具、模具等，一般為高碳鋼。2.碳素鋼的牌號(hào)與用途（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼按照鋼材屈服強(qiáng)度分為5個(gè)牌號(hào)：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275。每個(gè)牌號(hào)由于質(zhì)量不同分為A、B、C、D、E等級(jí)，可軋制成鋼板、鋼筋、鋼管等其中A的質(zhì)量等級(jí)最低，E的質(zhì)量等級(jí)最高?？绍堉瞥射摪濉摻?、鋼管、型鋼等。（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼的牌號(hào)以碳的平均質(zhì)量萬分?jǐn)?shù)表示。如20、45等。20表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20%，45表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.45%。用于制作汽車曲軸、連桿等重要零件。（3）碳素工具鋼鋼號(hào)以碳的平均質(zhì)量千分?jǐn)?shù)表示，并在前加T。如T8、T12等。T8表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%。碳素工具鋼一般為優(yōu)質(zhì)鋼，若S、P含量更少，質(zhì)量等級(jí)更高，則為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，在牌號(hào)后加“A”，如T12A。（4）鑄鋼鑄鋼牌號(hào)是在數(shù)字前冠以ZG，數(shù)字代表鋼中平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以萬分?jǐn)?shù)表示）。如ZG25，表示含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%。用作齒輪、聯(lián)軸器等。二、合金鋼及其在汽車中的應(yīng)用1.合金結(jié)構(gòu)鋼按國標(biāo)規(guī)定，合金鋼的牌號(hào)采用“數(shù)字+合金符號(hào)+數(shù)字”的方法來表示。首部的數(shù)字表示含碳量的萬分?jǐn)?shù)，化學(xué)元素符號(hào)表示主加元素，后面的數(shù)字表示所加元素的百分?jǐn)?shù)。若合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5%，一般不標(biāo)出，質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.5%～2.49%、2.5%～3.49%、…時(shí)，相應(yīng)的標(biāo)以2、3…。如16Mn、55Si2Mn。例：40Cr表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.40%，合金元素Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.5%以下。專用鋼用其用途的漢語拼音字首來標(biāo)明，G表示滾動(dòng)軸承鋼，其后數(shù)字表示含碳量的千分?jǐn)?shù)；Y表示易切鋼，其后數(shù)字表示含碳量的萬分?jǐn)?shù)；高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼在牌號(hào)尾部加符號(hào)“A”表示。如GCr15、Y40Mn、30CrMnSiA等。GCr15表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%（特例）的滾珠軸承鋼；Y40Mn表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%，錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5%的易切削鋼；30CrMnSiA表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%、鉻、錳、硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)都小于1.5%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼。2.合金工具鋼和高速工具鋼除首部數(shù)字表示含碳量的千分?jǐn)?shù)，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1%時(shí)不標(biāo)出外，其余規(guī)則與合金結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)規(guī)則相同。如5CrMnMo、W18Cr4V、Cr12等。5CrMnMo表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，鉻、錳和鉬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都少于1.5%。W18Cr4V是一種高速工具鋼，高速工具鋼一般不標(biāo)出碳含量，該牌號(hào)表示材料為碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7%～0.8%，鎢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.5～19%，鉻的量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.80～4.4%，釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0～1.4%的高速工具鋼。3.特殊性能鋼特殊性能鋼包括不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等。其牌號(hào)首位數(shù)字一般表示含碳量的千分?jǐn)?shù)，當(dāng)平均含碳量≥1.00%時(shí)，用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字表示；當(dāng)含碳量上限＜0.10%時(shí)，以“0”表示含碳量化學(xué)元素符號(hào)表示主加元素，后面的數(shù)字表示所加元素的百分?jǐn)?shù)。如1Cr18Ni9Ti、1Cr11MoV等。1Cr18Ni9Ti表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%，鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%，鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于1.5%的不銹鋼。4.汽車用高強(qiáng)度鋼汽車高強(qiáng)度鋼是指其抗拉強(qiáng)度大于600MPa的鋼材。與傳統(tǒng)的普通鋼相比，汽車高強(qiáng)度鋼具有更高的強(qiáng)度和更好的塑性，能夠承受更大的沖擊力和扭轉(zhuǎn)力，提高汽車的安全性能。國家已公布的汽車用高強(qiáng)度鋼大致可分2類：傳統(tǒng)高強(qiáng)度鋼(CHSS)和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼(AHSS)。常用的先進(jìn)高強(qiáng)度鋼主要有復(fù)相（CP）鋼、雙相（DP）鋼、相變誘發(fā)塑性（TRIP）鋼和孿生誘發(fā)塑性（TWIP）鋼等幾種。汽車高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用1）車身結(jié)構(gòu)。主要有發(fā)動(dòng)機(jī)蓋板、門外板、行李箱外板、頂蓋板、車門護(hù)梁、前后保險(xiǎn)杠、A/B/C柱、車門檻、橫梁、縱梁等。汽車高強(qiáng)度鋼在車身結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用不僅可以減少車身的重量，提高車輛的整體強(qiáng)度和剛度，從而提高車輛的安全性能。2）安全氣囊支架。使用高強(qiáng)度鋼制造的安全氣囊支架能夠更好地吸收碰撞能量，保護(hù)乘員的安全。3）底盤和懸掛系統(tǒng)。采用高強(qiáng)度鋼制造底盤和懸掛系統(tǒng)能夠提高車輛的剛度和強(qiáng)度，增加車輛的穩(wěn)定性和操控性能。目前，汽車懸架零部件、轉(zhuǎn)向柱、車輪、輪轂以及新能源汽車中的電池組防護(hù)底板等都采用了高強(qiáng)度鋼制造。4）發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)。如軸承、齒輪、離合器等零部件用高強(qiáng)度鋼制造，能夠承受高溫和高壓的工作環(huán)境。三、鑄鐵及其在汽車中的應(yīng)用鐵碳合金中碳的含量大于2.11％時(shí)，稱之為鑄鐵。把含碳量為2.8％～4.0％的鑄鐵稱為灰鑄鐵。鑄鐵具有優(yōu)良的鑄造性，良好的加工性、減振性和耐磨性。按碳在鑄鐵中存在的狀態(tài)及形式的不同，鑄鐵分為：白口鑄鐵、灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵。白口鑄鐵中碳絕大部分以在滲碳體狀態(tài)存在，斷口亮白色，滲碳體硬而脆，較少應(yīng)用。灰鑄鐵中石墨片狀存在?？慑戣T鐵中碳以團(tuán)絮狀存在。球墨鑄鐵中碳以圓球狀存在。蠕墨鑄鐵中碳以蠕蟲狀存在。1.灰鑄鐵灰鑄鐵的碳含量在2.8％～4.0％，碳以片狀石墨形態(tài)存在于鑄鐵中，斷口呈灰色。牌號(hào)用“HT+數(shù)字”表示，如HT150，表示最低抗拉強(qiáng)度為150MPa的灰鑄鐵。2.可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵是由一定成分的白口鑄鐵經(jīng)石墨化，退火而成，比灰鑄鐵具有較高的韌性，也稱韌性鑄鐵。常用來制造承受沖擊載荷的鑄件。如管接頭，閥門外殼等。牌號(hào)用“KTH/KTZ+兩組數(shù)字”來表示，如KTZ450-06，表示可鍛鑄鐵的最低抗拉強(qiáng)度為450MPa，最低延伸率為6％。3.球墨鑄鐵鐵碳合金中的碳經(jīng)過球化處理而成球狀的鑄鐵稱為球墨鑄鐵。其力學(xué)性能接近碳素結(jié)構(gòu)鋼，又具有鑄鐵的特性，所以應(yīng)用于凸輪軸、曲軸中，可以有效地降低機(jī)器的振動(dòng)，具有較強(qiáng)的耐磨性。球墨鑄鐵的牌號(hào)用“QT+兩組數(shù)字”來表示，如QT450-10表示球墨鑄鐵的最低抗拉強(qiáng)度為450MPa，最低延伸率為10％。四、鋼的常用熱處理工藝金屬熱處理碳鋼及合金鋼常用加工方法，是將液、固態(tài)金屬或合金放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定時(shí)間后，以不同速度冷卻的一種工藝方法。熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)過程。熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。金屬熱處理工藝可分為整體熱處理、表面熱處理、局部熱處理和化學(xué)熱處理等。1.鋼的整體熱處理根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同，鋼鐵整體熱處理有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。鋼的整體熱處理工藝熱處理工藝特

點(diǎn)應(yīng)

用退火將零件加熱到臨界溫度，保溫一段時(shí)間后，緩慢冷卻(一般采用爐冷)用來消除零件內(nèi)應(yīng)力，降低硬度便于加工，細(xì)化晶粒，改善組織，增加韌性正火將零件加熱到臨界點(diǎn)溫度以上，保溫一段時(shí)間后用空氣冷卻，速度比退火快常用于低碳鋼及中碳鋼零件，使其組織細(xì)化，增加強(qiáng)度與韌性，減少內(nèi)應(yīng)力，改善切削性能淬火將零件加熱到臨界點(diǎn)溫度以上，保溫一段時(shí)間后用鹽水/水或油急速冷卻下來用來提高零件的硬度和強(qiáng)度極限，但淬火時(shí)會(huì)引起內(nèi)應(yīng)力使鋼變脆，所以淬火后必須回火回火將零件加熱到臨界點(diǎn)以下溫度，然后在空氣或油中緩慢冷卻下來，根據(jù)回火溫度不同，分為低溫回火（回火溫度低于250℃）、中溫回火（回火溫度低于250℃～500℃）、高溫回火（回火溫度高于500℃）用來消除淬火后脆性和內(nèi)應(yīng)力，提高鋼的塑性和沖擊韌性，穩(wěn)定組織和尺寸，改善和提高材料的加工性能。高溫回火可使鋼材獲得強(qiáng)度、塑性和韌性都較好的綜合力學(xué)性能調(diào)質(zhì)淬火后高溫回火用來使零件獲得高的韌性和足夠的強(qiáng)度，大多是比較重要零件經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理2.鋼的表面熱處理（1）表面淬火：將鋼件表面通過快速