汽車機械基礎(chǔ)01汽車常用材料02汽車機械設(shè)計基礎(chǔ)03汽車常用機構(gòu)04汽車常用傳動機構(gòu)目錄05識汽車支撐類零件06汽車聯(lián)接類零件1汽車常用材料

任務(wù)描述：

由于汽車零件在汽車上的作用和功能各不相同，因而對其材料的性能要求也不盡相同。汽車零件對材料的性能要求主要包括哪些方面呢？通過本單元的學(xué)習(xí)，掌握金屬材料的力學(xué)性能和工藝性能，了解材料的物理性能和化學(xué)性能，能利用金屬材料的性能指標(biāo)，合理評估和選用零件。單元1金屬材料的性能

知識目標(biāo)：

（1）掌握金屬材料的力學(xué)性能和工藝性能；

（2）了解金屬材料的物理性能和化學(xué)性能；

（3）了解金屬材料彈性變形和塑性變形的特點；

（4）了解金屬材料疲勞極限、沖擊韌度的意義及材料疲勞破壞的機理。

技能目標(biāo)：

（1）能利用金屬材料的性能指標(biāo)，合理評估和選用零件；

（2）能夠完成低碳鋼拉伸試驗，并繪制低碳鋼拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

素質(zhì)目標(biāo)：

（1）明確材料經(jīng)過復(fù)雜的加工工藝，都能變成理想的應(yīng)用材料，學(xué)習(xí)上培養(yǎng)鍥而不舍的精神；

（2）明確汽車零部件對材料的特殊要求，深刻意識到行業(yè)前輩們精益求精的工匠精神。單元1金屬材料的性能

【知識準(zhǔn)備】

汽車工程材料是指用于制造汽車零部件的材料。參照工程材料的分類，汽車工程材料可分為金屬材料、非金屬材料兩大類，金屬材料在汽車上的應(yīng)用見圖所示。據(jù)統(tǒng)計，汽車上的零部件采用了4000余種不同的材料加工制造。以現(xiàn)代轎車材料為例，汽車上選用材料占汽車總質(zhì)量的比例如圖1-1-2所示。按照重量來換算，鋼材占汽車自重的55%~60%，鑄鐵占5%~12%，有色金屬占6%~10%，塑料占8%~12%，橡膠占4%，玻璃占3%，其他材料（油漆、各種液體等）占6%~12%，所以汽車上所用的材料主要以鋼、鑄鐵等金屬材料為主，其次是非金屬材料。金屬材料是最重要的工程材料，包括純金屬和以金屬為基礎(chǔ)的合金。金屬材料在汽車制造中應(yīng)用最為廣泛，為了正確、合理地使用金屬材料，必須了解金屬材料的性能，見表1-1-1所示。金屬材料的性能包括使用性能和工藝性能。金屬材料的使用性能指在使用條件下所表現(xiàn)出來的性能，包括物理性能、化學(xué)性能和力學(xué)性能。金屬材料的工藝性能是指材料加工成型獲得合格產(chǎn)品的難易程度。表1-1-1金屬材料的性能常見汽車金屬材料零部件如下。

仔細(xì)觀察各種金屬零件的外形和結(jié)構(gòu)。零件名稱圖片零件名稱圖片氣缸體

活塞和活塞銷

離合器殼體

連桿螺栓

變速器殼

氣門彈簧

后橋殼

曲軸主軸瓦

曲軸

排氣門

零件名稱圖片零件名稱圖片凸輪軸

排氣歧管

活塞環(huán)

散熱器

液壓挺柱

進(jìn)、排氣歧管墊

油底殼

連桿小頭襯套

襯墊

汽車是一個復(fù)雜的機械系統(tǒng)，它通常由上萬個零部件組裝而成，如圖1-1-3所示，這些零部件是由種類繁多的材料加工而成的。

一、金屬材料的物理性能

金屬材料的物理性能是指金屬固有的屬性，包括密度、熔點、沸點、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性等。由于機器零件的用途不同，對金屬材料的物理性能要求也有所不同。例如，飛機零件是用密度小、強度高的鋁合金制造，這樣可以增加有效載荷；制造汽車發(fā)動機活塞，要求材料具有較小的熱膨脹系數(shù)；制造變壓器用的硅鋼片，要求具有良好的磁性。

二、金屬材料的化學(xué)性能

金屬材料的化學(xué)性能是指金屬在化學(xué)作用下所表現(xiàn)出的性能，如耐腐蝕性、抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性等。

1.耐腐蝕性

金屬材料在常溫下抵抗氧、水蒸氣及其他化學(xué)介質(zhì)腐蝕破壞作用的能力稱為耐腐蝕性。腐蝕對金屬材料的危害很大，它不僅能使金屬材料本身受到損傷，嚴(yán)重時還會使金屬構(gòu)件遭到破壞，引起重大的傷亡事故。因此，提高金屬材料的耐腐蝕性能，對于節(jié)約金屬，延長金屬材料的使用壽命，具有現(xiàn)實的經(jīng)濟意義。

2.抗氧化性

金屬材料在加熱時抵抗氧化作用的能力稱為抗氧化性。金屬材料的氧化隨溫度的升高而加速。例如，鋼材在鑄造、鍛造、熱處理、焊接等熱加工過程中，氧化比較嚴(yán)重，這不僅造成材料過量的損耗，也可形成各種缺陷。因此，常在工件的周圍造成一種保護氣氛，避免金屬材料的氧化。

3.化學(xué)穩(wěn)定性

化學(xué)穩(wěn)定性是金屬材料的耐腐蝕性和抗氧化性的總稱。金屬材料在高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性稱為熱穩(wěn)定性。在高溫條件下工作的零部件，需要選擇熱穩(wěn)定性好的材料來制造。

一般金屬材料的耐腐蝕性和抗氧化性都是很差的，為了滿足化學(xué)性能的要求，必須使用特殊的合金鋼及某些非鐵金屬，或者使之與介質(zhì)隔離。例如，化工設(shè)備、醫(yī)療器械、食品機械選用不銹鋼，工業(yè)用的鍋爐、噴氣發(fā)動機、汽輪機葉片選用耐熱鋼等。

三、金屬材料的力學(xué)性能

金屬材料的力學(xué)性能又稱為機械性能，它是指金屬在力的作用下所表現(xiàn)出的性能，包括強度、硬度、塑性、沖擊韌性和疲勞強度等。金屬材料的力學(xué)性能是評定金屬材料質(zhì)量的主要依據(jù)，也是金屬構(gòu)件設(shè)計時選材和強度計算的主要依據(jù)。

1.強度（1）強度的概念金屬在力的作用下，抵抗永久變形和斷裂的能力，稱為強度。強度與變形有著直接的關(guān)系。變形是指在外力作用下，材料由于內(nèi)部原子之間的位置發(fā)生改變而導(dǎo)致的宏觀形狀和尺寸的變化。強度是材料的一項重要力學(xué)性能指標(biāo)，當(dāng)材料承受的載荷超出其強度范圍時，其結(jié)構(gòu)將發(fā)生破壞，導(dǎo)致機器無法運轉(zhuǎn)，甚至造成嚴(yán)重的事故，如汽車大梁、連桿由于強度不足而斷裂的現(xiàn)象。（2）拉伸試驗金屬材料的強度由專門的試驗來測定，其中應(yīng)用最普遍的是拉伸試驗。拉伸試驗是指用靜拉伸力對標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣進(jìn)行緩慢的軸向拉伸，直至試樣被拉斷，通過測量拉伸力和相應(yīng)的伸長量測量其力學(xué)性能的試驗方法。（3）強度指標(biāo)常用的強度指標(biāo)主要有彈性極限、屈服極限和抗拉強度等。1）彈性極限（單位：N/mm2或MPa）彈性極限是指金屬材料保持彈性變形的最大應(yīng)力，用表示。彈性極限是彈性零件的設(shè)計依據(jù)。其計算公式為式中，是試樣在彈性變形階段所能承受的最大載荷，單位為N；是試樣原始橫截面面積，單位為mm2。2）屈服極限（單位：N/mm2或MPa）屈服極限是指金屬材料產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時的最小應(yīng)力，即材料開始發(fā)生明顯塑性變形的最小應(yīng)力，用表示。其計算公式為式中，是試樣在塑性變形階段的最小載荷，單位為N。（3）強度指標(biāo)3）抗拉強度（單位：N/mm2或MPa）抗拉強度是指金屬材料斷裂前能夠承受的最大應(yīng)力，用表示。其計算公式為式中，是試樣在強化變形階段所能承受的最大載荷，單位為N?？估瓘姸鹊奈锢硪饬x是表征材料對最大均勻變形的抗力，表征材料在拉伸條件下所能承受最大力的應(yīng)力值，它是設(shè)計和選材的主要依據(jù)之一，是工程技術(shù)上的主要強度指標(biāo)。強度是所有力學(xué)性能指標(biāo)中唯一可用于設(shè)計或校核計算的指標(biāo)。2.塑性（1）塑性的概念金屬材料在外力作用下，產(chǎn)生不可逆永久變形而不斷裂的能力稱為塑性，其大小用材料在斷裂前的最大變形量來衡量。（2）塑性指標(biāo)常用的塑性指標(biāo)是指材料斷裂時最大相對塑性變形，如拉伸時的斷后伸長率和斷面收縮率，它們可通過拉伸試驗來測量。1）斷后伸長率斷后伸長率是指試樣被拉斷后，試樣標(biāo)距的伸長量與原始標(biāo)距的百分比，即式中，是試樣拉斷后的標(biāo)距長度，單位為mm；是試樣原始標(biāo)距長度，單位為mm。2）斷面收縮率斷面收縮率是指試樣被拉斷后，其斷面（縮頸處）橫截面積的最大縮減量與試樣原始橫截面面積的百分比，即式中，是試樣原始的橫截面面積，單位為mm2；是試樣斷裂后斷面（縮頸處）的最小橫截面面積，單位為mm2。3.硬度硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)，是指金屬材料抵抗外部硬物壓入其表面的能力，也就是金屬表面一個小的或很小的體積內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或抵抗破裂的一種抗力。因此，硬度越高，材料表面越不容易產(chǎn)生壓痕或劃痕。硬度能夠反映出金屬材料在化學(xué)成分、金相組織和熱處理狀態(tài)上的差異，是檢驗產(chǎn)品質(zhì)量、研制新材料和確定合理的加工工藝所不可缺少的檢測性能指標(biāo)之一。同時硬度試驗是金屬力學(xué)性能試驗中最簡便、最迅速的一種方法。硬度不是一個單純確定的物理量，不是基本的力學(xué)性能指標(biāo)，而是一個由材料的彈性、強度、塑性、韌性等一系列不同力學(xué)性能組成的綜合性能指標(biāo)。一般來說，硬度越高，耐磨性越好，強度也越高。硬度所表示的量不僅決定于材料本身，而且還取決于試驗方法和試驗條件。3.硬度硬度試驗方法很多，一般可分為三類，即壓入法（如布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、顯微硬度等）、劃痕法（如莫氏硬度）和回跳法（如肖氏硬度）。目前，機械制造生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的方法是布氏硬度試驗法、洛氏硬度試驗法和維氏硬度試驗法。（1）布氏硬度布氏硬度用符號HBW表示。用直徑為D的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球在規(guī)定負(fù)荷F的作用下壓入被測材料表面，保持一段時間后卸去載荷，在材料表面將會留下一個平均直徑為d的壓坑（壓痕），以被測材料的單位表面積上能承受負(fù)荷的大小表示該被測材料的硬度，如圖1-1-8所示?？梢园垂角蟪霾际嫌捕戎?，在實際應(yīng)用中，通常直接測量壓坑的直徑d，并根據(jù)負(fù)荷F和鋼球直徑D，從布氏硬度數(shù)值表中查出布氏硬度值。4.沖擊韌度

沖擊韌度是指金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力。沖擊韌性越好，材料的抗沖擊能力越強，發(fā)生斷裂的可能性越小。沖擊韌度是金屬材料的一項重要力學(xué)性能。如圖1-1-12所示的汽車發(fā)動機的連桿，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。5.疲勞強度

疲勞強度是表示材料經(jīng)受無限次周期性交變載荷作用而不致引起斷裂的最大應(yīng)力。汽車中的許多零件，如圖1-1-14所示中的變速器的齒輪、曲軸飛輪組的曲軸等，在工作時通常會受到一種大小、方向隨時間發(fā)生周期性變化的載荷作用，這種載荷稱為交變載荷。

四、金屬材料的工藝性能

金屬材料的工藝性能是指機械零件在加工制造過程中，金屬材料在設(shè)定的冷、熱加工條件下表現(xiàn)出來的性能，也就是材料加工成型獲得合格產(chǎn)品的難易程度。工藝性能往往是由物理性能、化學(xué)性能和力學(xué)性能綜合作用所決定的，不能簡單用一個物理參數(shù)來表示。按照加工工藝的不同，工藝性能可分為如鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理性能。

1.鑄造性能

鑄造是將熔融金屬澆注、壓射或吸人鑄型型腔中，待其冷卻凝固后而得到一定形狀和性能的零件的方法。由鑄造得到的毛坯或零件稱為鑄件。

四、金屬材料的工藝性能

2.壓力加工性能

壓力加工是利用金屬在外力作用下所產(chǎn)生的塑性變形，來獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的原材料、毛坯或零件的生產(chǎn)方法，稱為金屬壓力加工，又稱金屬塑性加工。

四、金屬材料的工藝性能

3.焊接性能

焊接是指通過加熱或加壓，或者兩者并用，使兩工件產(chǎn)生原子間結(jié)合的加工方法。焊接是一種永久性連接金屬材料的工藝方法。常用的焊接方法有焊條電弧焊、氣焊和自動焊等。

四、金屬材料的工藝性能

4.切削加工性能

切削加工性能是指對金屬材料進(jìn)行切削加工的難易程度，常見的切削加工方法有車削、銑削、磨削和鉆削等，如圖1-1-21所示。

四、金屬材料的工藝性能

5.熱處理性能

熱處理是將金屬材料加熱到固態(tài)下的不同溫度保溫一段時間，以不同速度冷卻獲得所需晶體結(jié)構(gòu)及相應(yīng)性能的一種工藝方法。熱處理性能是指金屬材料經(jīng)熱處理后所能獲得不同性能的可能性。熱處理的方法有普通熱處理（淬火、回火、退火、正火）、表面熱處理（只改變金屬表層的性能）、表面化學(xué)熱處理（既改變表層化學(xué)成分，也改變表層性能）等。

汽車零件中大部分屬于鋼鐵材料，鋼材的熱處理是提升鋼鐵材料性能的主要途徑。例如，汽車后橋的主動齒輪未經(jīng)熱處理的使用壽命僅為1500h，而經(jīng)過熱處理后能達(dá)到6000h。汽車上的很多零件常采用鍛造或鑄造的毛坯，如圖1-1-22所示的齒輪毛坯、凸輪軸毛坯和連桿毛坯。為了調(diào)整毛坯切削加工性能，消除毛坯內(nèi)應(yīng)力，通常采用正火或退火作為預(yù)先熱處理。

任務(wù)描述：

汽車是一個復(fù)雜的機械系統(tǒng)，通常一輛汽車約由3萬個零部件組裝而成，汽車上每個零件的生產(chǎn)制造都涉及材料問題。從汽車的設(shè)計、選材、加工制造，到汽車的使用、維修和養(yǎng)護無一不涉及材料。據(jù)統(tǒng)計，汽車上的零部件采用了四千余種不同的材料加工制造。通過本項目的學(xué)習(xí)，掌握汽車常用的金屬材料，了解其類型及特點，為繼續(xù)學(xué)習(xí)汽車發(fā)動機、汽車底盤以及汽車制造、維修等知識打下堅實的基礎(chǔ)。單元2汽車常用金屬材料

知識目標(biāo)：

（1）了解汽車上常用黑色金屬材料的類型及特點；

（2）熟悉常用汽車用鋼的種類、牌號、性能和應(yīng)用；

（3）了解汽車上常用有色金屬材料的類型及特點。

技能目標(biāo)：

（1）能識別典型金屬材料在汽車上的應(yīng)用；

（2）能根據(jù)金屬材料的類型特點分析汽車輕量化的方向和趨勢。

素質(zhì)目標(biāo)：

（1）了解汽車輕量化的發(fā)展趨勢，樹立科技創(chuàng)新的意識；

（2）了解有色金屬的稀有，堅持合理使用、注意節(jié)約資源。單元2汽車常用金屬材料

【知識準(zhǔn)備】

汽車由種類繁多、性能各異的工程材料經(jīng)加工制成零件后組裝而成，這些零件以金屬材料為主，其中鋼鐵材料占55%~60%，甚至更多?，F(xiàn)代汽車正向著安全、節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展，而汽車輕量化是節(jié)能、防污染最有效的途徑之一，汽車零部件中有色金屬材料和非金屬材料所占比重越來越大。如圖1-2-1（a）所示，車身框架大多采用了鋼材制造，如圖1-2-1（b）所示，輪轂采用了鋁合金制造。

一、黑色金屬材料

黑色金屬材料由于綜合性能良好、品種多且價格低廉，廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)。例如，汽車的車覆蓋件、底盤、輪轂以及各類箱體框架等基本上都采用的是黑色金屬材料。碳素鋼簡稱為碳鋼，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)所使用的鋼鐵材料中占據(jù)著十分重要的地位。碳素鋼冶煉、加工容易，價格低廉，工藝性能良好，是工業(yè)生產(chǎn)中用量最大的金屬材料。碳素鋼的牌號及含義

常用碳素鋼的牌號及含義見表類別牌號舉例含義說明碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235AF“Q”是拼音“屈”的首字母，后面的數(shù)字表示屈服強度，單位為MPa，字A表示鋼的質(zhì)量，從A到D質(zhì)量等級依次提高，F(xiàn)、B、Z、TZ分別表示沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼。例如Q235AF表示屈股強度為235MPa、A級質(zhì)量的沸騰碳素結(jié)構(gòu)鋼。優(yōu)質(zhì)碳素鋼45兩位數(shù)字表示鋼的平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以萬分之幾計；后面的元素符號表示該元素的含量比較高。比如，45鋼表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。碳素工具鋼T11A"T”是“碳”字拼音的首字母，后面的數(shù)字表示鋼中碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以千分之幾計；若為高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼，在鋼號后面加A。例如，T11A表示平均的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.1%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。鑄鋼（鑄造碳鋼）

鑄鋼的含碳量在0.2%~0.6%之間，屬于碳素鋼中的中碳鋼。鑄鋼是將熔化的鋼液直接澆注到鑄型中，冷卻后即獲得零件毛坯（或零件）的一種鋼材。其鑄造性比鑄鐵稍差，但力學(xué)性能和焊接性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鑄鐵。

汽車及其他機械設(shè)備中許多形狀復(fù)雜或尺寸比很大的批量生產(chǎn)零件都可以用鑄鋼來制造，如汽車機架、缸體、齒輪和連桿等。如圖1-2-6所示為汽車鑄鋼零件。2.合金鋼

為了改善鋼的力學(xué)性能，通常在煉鋼時加入硅（Si）、錳（Mn）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、鉬（Mo）、鎢（W）、釩（V）、鈦（Ti）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(xué)性能，如合金鋼具有更高的硬度、強度、耐磨性、淬透性。汽車上應(yīng)用最多的是低碳合金鋼。

二、有色金屬材料

黑色金屬以外的金屬稱為有色金屬。有色金屬具有許多特殊的性能，如較高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性、較低的密度和熔化溫度、良好的力學(xué)性能和工藝性能，是現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的重要金屬材料，是黑色金屬所不能替代的。常用的有色金屬主要有鋁、銅及其合金。1.鋁及鋁合金

在有色金屬及其合金中，鋁及鋁合金是廣泛應(yīng)用的金屬材料，用量僅次于鋼鐵。鋁具有密度小、耐蝕性好等特點，且鋁合金的塑性優(yōu)良，鑄、鍛、沖壓工藝均適用，尤其適用于汽車零部件生產(chǎn)的壓鑄工藝。從生產(chǎn)成本、零件質(zhì)量、材料利用等幾個方面比較，鋁合金已成為汽車生產(chǎn)中不可缺少的重要材料。2.銅及銅合金

（1）純銅

銅是人類最早認(rèn)識并使用的金屬材料之一，我國早在約六千年前就開始使用銅制品。純銅為紫紅色，由于在空氣中表面容易形成一層紫色的氧化膜，故純銅又稱為紫銅。純銅具有很好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，塑性極好，易于熱壓和冷壓力加工，大量用于制造導(dǎo)線、電纜、電刷、電火花專用蝕電蝕銅等要求導(dǎo)電性良好的產(chǎn)品。純銅的牌號用漢語拼音首字母“T”加順序號表示，分為T1、T2、T3。其中，編號越大，表示純度越低，雜質(zhì)含量越高。

（2）銅合金

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3類。三、金屬材料在汽車上的應(yīng)用

1.鋼鐵材料在汽車上的應(yīng)用，見表

材料使用實例鋼冷軋鋼板擋泥板、發(fā)動機蓋、車頂板、行李箱蓋、車門外板、風(fēng)扇、油盤、空氣濾清器殼、消聲器、變矩器、保險杠，車輪罩、發(fā)電機、啟動機熱軋鋼板車架、擋泥板、前后圍板、儀表板、地板、車門內(nèi)板、懸掛臂、橋殼、貨臺、保險杠、盤式車輪、制動器、襯墊鋼板、制動蹄、儲氣罐表面熱處理鋼板燃油箱、消聲器、客車車身、車頂、貨車貨臺、駕駛室結(jié)構(gòu)鋼材曲輸、連桿、活塞銷、凸輪軸、氣門挺桿、搖臂、離合器、交速器齒輪及軸、傳動軸支架、減速齒輪、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向主銷、球窩關(guān)節(jié)、轉(zhuǎn)向器齒輪、轉(zhuǎn)向桿系、后橋軸、半軸、螺栓、螺母、螺打、觸承、鏈條三、金屬材料在汽車上的應(yīng)用

1.鋼鐵材料在汽車上的應(yīng)用，見表

材料使用實例鋼機械制造用碳素鋼管氣門挺桿、傳動軸、轉(zhuǎn)向管柱、橋殼、車架、排氣管、減振器、軸套、擋圈、燃油配管、排氣管多層卷焊管制動配管、潤滑油配管、柴油噴射管、汽油配管不銹鋼車身嵌飾條、車輪罩、排氣歧管、預(yù)燃室、排氣凈化裝置、刮水器、彈簧、手動桿、手柄耐熱鋼發(fā)動機氣門、排氣門、氣門鑲座、螺栓、燃燒室三、金屬材料在汽車上的應(yīng)用

1.鋼鐵材料在汽車上的應(yīng)用，見表

材料使用實例鋼滾動軸承鋼各種軸承、離合器、柴油噴射泵彈簧鋼工具鋼螺旋彈簧、鋼板彈簧、扭力彈簧、穩(wěn)定桿、驅(qū)動軸、半軸、氣門彈簧、拉力彈簧、壓縮彈簧、扭力彈簧灰鑄鐵氣缸體、氣缸套、氣缸蓋、氣門鑲座、氣門導(dǎo)管、飛輪、離合器壓盤、離合器殼、變速器殼、差速器支架、制動鼓、盤式制動器圓盤、主缸、氣泵、排氣歧管、水泵殼球墨鑄鐵曲輸、氣缸套、活塞環(huán)、飛輪、主減速器殼體、差速器殼、減速器螺旋錐齒輪、橋殼、車門鉸鏈、轉(zhuǎn)向器齒輪箱、制動盤、轉(zhuǎn)向臂、搖臂、機油泵齒輪三、金屬材料在汽車上的應(yīng)用

1.鋼鐵材料在汽車上的應(yīng)用，見表

材料使用實例鋼蠕墨鑄鐵氣缸體、氣缸蓋、排氣管合金鑄鐵汽缸套、凸輪軸、氣門挺桿、氣門鑲座、活塞環(huán)、飛輪、歧管、氣門導(dǎo)管三、金屬材料在汽車上的應(yīng)用

目前金屬材料在汽車上的應(yīng)用占主導(dǎo)地位，汽車發(fā)動機主要零件的材料應(yīng)用情況見表

主要零件材料種類及牌號使用性能要求主要失效方式熱處理及其他方式缸體、缸蓋、飛輪，正時齒輪灰鑄鐵：HT200剛度、強度、穩(wěn)定性產(chǎn)生裂紋、孔壁磨損、翹曲變形不處理或去應(yīng)力退火。也可用ZL104鑄造鋁合金作為缸體、缸蓋，固溶處理后時效缸套、排氣門座等合金鑄鐵：B濤鐵、VTi鑄鐵、N鑄鐵耐磨性、耐熱性過量磨損鑄造狀態(tài)曲軸等球墨鑄鐵：QT600-3剛度、強度、耐磨性過量磨損、斷裂表面淬火、圓角滾壓、滲氮，也可以用鍛鋼件三、金屬材料在汽車上的應(yīng)用

目前金屬材料在汽車上的應(yīng)用占主導(dǎo)地位，汽車發(fā)動機主要零件的材料應(yīng)用情況見表

主要零件材料種類及牌號使用性能要求主要失效方式熱處理及其他方式活塞銷等滲碳鋼：20、20Cr、20CrMnTi、12Gr2Ni4強度、沖擊韌度、耐磨性磨損、變形、斷裂滲碳、淬火、回火連桿、連桿螺栓，曲軸等調(diào)質(zhì)鋼：45、40Cr、40MnB強度、疲勞強度、沖擊韌度過量變形、斷裂調(diào)質(zhì)、探傷各種軸承、軸瓦軸承鋼：GGr15軸合金：ZCuSN10P1、ZCuPb30耐磨性、疲勞強度磨損、剝落、燒蝕破裂不熱處理（外購）三、金屬材料在汽車上的應(yīng)用

目前金屬材料在汽車上的應(yīng)用占主導(dǎo)地位，汽車發(fā)動機主要零件的材料應(yīng)用情況見表

主要零件材料種類及牌號使用性能要求主要失效方式熱處理及其他方式排氣門高鉻耐熱鋼：40Cr10Si2Mo、45Cr14Ni14W2Mo耐熱性、耐磨性起槽、變寬氧化燒蝕淬火、回火氣門彈簧彈管鋼：65Mn、50CrVA耐熱性、耐磨性變形、斷裂淬火、中溫回火活塞高硅鋁合金：ZL108、ZL110耐熱性燒蝕、變形斷裂固溶處理及時效支架、蓋、罩、擋板、油底殼等鋼板：Q235、08、20、Q345剛度、強度變形不熱處理三、金屬材料在汽車上的應(yīng)用

有色金屬材料及其合金在汽車上的應(yīng)用見表

材料使用實例銅及銅合金噴油嘴紫銅墊圈、散熱器、發(fā)電機、啟動機、各種電動機、儀表、點火線圈、繼電器、電線、制動管、燃油管、加熱器、冷卻器、止推墊圈、同步器撥叉環(huán)、轉(zhuǎn)向器齒輪、輪胎氣門、管接頭、點火開關(guān)鑰匙鋁及鋁合金汽車銘牌、車身嵌飾條、散熱器、電線、汽缸體、汽缸蓋、汽缸蓋罩、活塞、軸承合金、離合器殼、變速器殼、轉(zhuǎn)向器齒輪箱、差速器支座、變扭器、主油缸、制動分泵、車輪鎂及鎂合金油盤、座椅架、進(jìn)氣歧管、凸輪軸外殼、曲軸箱、變速箱殼體、汽缸蓋、汽缸體、離合器踏板、制動踏板、噴油裝置外殼粉末冶金材料軸承、襯套、止推墊圈、油泵齒輪、氣門鑲座、制動器、離合器鋅及鋅合金車身嵌飾條、銘牌、儀表、車門手柄、搖窗器把手鉛及鉛合金蓄電池、車輪平衡塊、熔斷絲合金鈦及鈦合金連桿、氣門、彈簧

任務(wù)描述：

金屬材料雖具有力學(xué)性能高、熱穩(wěn)定好、導(dǎo)電與導(dǎo)熱性好等優(yōu)點，但也存在著密度大、耐腐蝕性差、電絕緣性差等缺點，因而無法滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。非金屬材料有許多金屬材料不具備的特點，因此，已成為現(xiàn)代工業(yè)中必不可少的材料，在汽車工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。那么汽車上應(yīng)用的非金屬材料有哪些呢？單元3汽車常用非金屬材料

知識目標(biāo)：

（1）了解常用非金屬材料的種類和特點；

（2）熟悉塑料和橡膠的組成、分類、性能特點及在汽車上的應(yīng)用；

（3）了解陶瓷、玻璃材料的分類、性能特點和在汽車上的應(yīng)用；

（4）了解復(fù)合材料的復(fù)合原理、分類性能特點與在汽車上的應(yīng)用。

技能目標(biāo)：

（1）能識別非金屬材料在汽車上的應(yīng)用；

（2）能根據(jù)非金屬材料的類型特點分析汽車節(jié)能環(huán)保、輕量化的方向和趨勢。

素質(zhì)目標(biāo)：

（1）培養(yǎng)實事求是的態(tài)度、團結(jié)合作的精神；

（2）提高環(huán)境保護意識。單元3汽車常用非金屬材料汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢是朝著節(jié)能環(huán)保的大方向發(fā)展，而實現(xiàn)這個目標(biāo)的途徑主要就是新能源的應(yīng)用和減輕車身重量這兩個方向。據(jù)粗略研究，轎車重量每減輕10%，燃油消耗可減少6%，既實現(xiàn)了節(jié)能，又減少了排放，最終達(dá)到環(huán)保的目標(biāo)。因此，越來越多的非金屬材料在汽車上得到了應(yīng)用，如高分子材料、玻璃、陶瓷材料和復(fù)合材料等，見表1-3-1所示。塑料按照應(yīng)用范圍可分為：通用塑料、工程塑料和特種塑料三種；按照塑料受熱行為可分為：熱塑性塑料、熱固性塑料。其中，工程塑料力學(xué)性能好，耐熱性和耐腐蝕性也比較好，是當(dāng)前大力發(fā)展的塑料品種。汽車上應(yīng)用工程塑料的地方非常廣泛。塑料在汽車上的應(yīng)用名稱符號應(yīng)用聚乙烯PE車廂內(nèi)飾件、油箱、擋泥板、轉(zhuǎn)向盤、發(fā)動機罩、空氣導(dǎo)管等聚氟乙烯PVC轉(zhuǎn)向盤、坐墊套、車門內(nèi)板、儀表板、操縱桿蓋板等，占車用塑料的20%-30%聚丙烯PP接線板、轉(zhuǎn)向盤、保險杠、風(fēng)扇罩、散熱器柵格、燈望、電線覆皮等聚氨酯樹脂PU儀表板、轉(zhuǎn)向盤、車門扶手、遮陽板、密封條、頭枕等ABS樹脂ABS儀表盤、控制箱、燈殼、擋泥板、變速桿、散熱器護柵等有機玻璃PMMA燈罩、油杯、鏡片、遮陽板、標(biāo)牌、油標(biāo)等聚酰胺（尼龍）PA冷卻風(fēng)扇、濾網(wǎng)、把手、鋼板彈簧銷襯套、散熱器副油箱等聚甲醛POM各種閥門、轉(zhuǎn)向器襯套、萬向節(jié)軸承、各種手柄及門銷等酚醛塑料PF制動襯片、離合器摩擦片、分電器蓋等聚碳酸酯PC保險杠、刻度板、殼體、水泵葉輪等塑料在汽車上的應(yīng)用塑料在汽車上的應(yīng)用名稱符號應(yīng)用通用橡膠

天然（NR）輪胎、膠帶、膠管等丁苯（SBR）輪胎、通用制品、膠板、膠帶等順丁（BR）電線包皮、減振器、內(nèi)胎、橡膠彈簧等氯?。–R）膠管、膠帶、汽車門窗嵌條、密封件等異成（IR）膠管、膠帶等丁基（JIR）內(nèi)胎、防振件、防水胎等特種橡膠

聚氨酯（UR）耐油膠管、墊圈、實心輪胎、耐磨制品等硅橡膠（Q）耐高、低溫件及絕緣件等氟橡膠（FPM）耐腐蝕件、高真空件、高密封件等丙烯酸酯（ACM）油封、橡膠碗、火花塞護套等橡膠在汽車上的應(yīng)用

2.玻璃

玻璃是一種透明的半固態(tài)、半液態(tài)物質(zhì)，在熔融時形成連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，冷卻過程中黏度逐漸增大并硬化成不結(jié)晶的硅酸鹽類非金屬材料。

汽車玻璃是汽車車身中必不可少的附件，主要起到隔聲、保溫和防護的作用。汽車玻璃按所在的位置可分為前風(fēng)窗玻璃、側(cè)窗玻璃、后風(fēng)窗玻璃和天窗玻璃等，如圖1-3-3所示。汽車玻璃主要分為鋼化玻璃、區(qū)域鋼化玻璃和夾層玻璃等。

3.陶瓷材料

陶瓷是以天然或人工合成的各種化合物為基本原料，通過對原料進(jìn)行處理、成形、干燥、高溫?zé)Y(jié)而成的一種無機非金屬固體材料，是現(xiàn)代工業(yè)中很有發(fā)展前途的一類材料。

4.復(fù)合材料

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同化學(xué)性質(zhì)或不同組織結(jié)構(gòu)的材料，通過不同的工藝方法經(jīng)人工合成的材料。它不僅具有各組成材料的優(yōu)點，而且還可獲得單一材料不具備的優(yōu)越的綜合性能。

目前，玻璃纖維增強樹脂復(fù)合材料和碳纖維增強樹脂復(fù)合材料在汽車上已有很多應(yīng)用。例如采用玻璃纖維增強樹脂復(fù)合材料來制造轎車車身覆蓋件、客車前后圍覆蓋件和貨車駕駛室等零部件，碳纖維材料制作后視鏡殼、內(nèi)飾門板、門把手、變速桿、賽車座椅、空氣套件等，如圖1-3-7所示為汽車安全帶上的碳纖維卡扣和碳纖維變速桿頭。謝謝觀看汽車機械基礎(chǔ)01汽車常用材料02汽車機械設(shè)計基礎(chǔ)03汽車常用機構(gòu)04汽車常用傳動機構(gòu)目錄05識汽車支撐類零件06汽車聯(lián)接類零件2汽車機械設(shè)計基礎(chǔ)

任務(wù)描述：

由各種零部件組成的汽車在工作時，都將受到復(fù)雜的外力作用。因此，對于汽車機械的研究、制造、使用和維護都與力學(xué)密切相關(guān)。靜力學(xué)分析是研究構(gòu)件在力系作用下處于平衡的規(guī)律，為汽車機械受力分析提供基礎(chǔ)。通過本項目的學(xué)習(xí)，了解汽車構(gòu)件的機械運動，為繼續(xù)學(xué)習(xí)汽車承載能力分析、汽車構(gòu)件失效分析等知識打下堅實的基礎(chǔ)。單元1靜力學(xué)分析

知識目標(biāo)：

（1）理解力的基本概念和基本公理；

（2）掌握部件的典型約束及受力分析；

（3）掌握平面力系的簡化與平衡。

技能目標(biāo)：

（1）能根據(jù)部件進(jìn)行受力分析及受力圖的繪制；

（2）能熟練應(yīng)用平面力系的平衡方程求解平面力系的平衡問題。

素質(zhì)目標(biāo)：

（1）了解在汽車結(jié)構(gòu)件設(shè)計、維修中對構(gòu)件的力學(xué)性能進(jìn)行分析，確保構(gòu)件的安全、可靠的重要性，樹立責(zé)任意識；

（2）培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)、實事求是的工作作風(fēng)，促使學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)的養(yǎng)成。單元1靜力學(xué)分析

【知識準(zhǔn)備】

1.力的概念

人們對于力的認(rèn)識，最初是與推、拉、舉、擲時肌肉的緊張與疲勞的主觀感覺相聯(lián)系的。后來在長期的生產(chǎn)和生活中，通過反復(fù)觀察、實驗和分析，人們通過科學(xué)的抽象，得出了力的定義：力是物體間相互的機械作用。

力對物體的效應(yīng)取決于力的大小、方向和作用點，稱為力的三要素?！局R準(zhǔn)備】

二、靜力學(xué)基本公理

靜力學(xué)基本公理是人類在長期生活和生產(chǎn)實踐中積累經(jīng)驗的總結(jié)，又經(jīng)過實踐的反復(fù)檢驗，它的正確性已被大量的實踐所證明，是靜力學(xué)全部理論的基礎(chǔ)。

1.二力平衡公理

作用在同一剛體上的兩個力，使剛體保持平衡的必要和充分條件是：兩個力大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。

2.加減平衡力系公理

在作用于剛體上的任一力系中，加上或去掉任何平衡力系，并不改變原力系對剛體的作用效果。

3.作用力與反作用力公理

4.力的平行四邊形公理

【知識準(zhǔn)備】

三、構(gòu)件的受力分析與受力圖

1.約束與約束反力

汽車由許多零部件組成，這些零部件相互聯(lián)系又相互制約，如果從中選取一個物體作為研究對象，則它的運動會受到與它連接或接觸的周圍其他物體的限制，也就是說，它是一個運動受到限制或約束的物體，稱為被約束體。

常見的約束類型有以下幾種。

（1）柔性約束

（2）光滑接觸面約束

（3）光滑圓柱鉸鏈約束【例2-1】圖2-1-11所示為汽車發(fā)動機中的活塞連桿機構(gòu)，各構(gòu)件質(zhì)量忽略不計，試畫出圖示位置時的活塞的受力圖。【知識準(zhǔn)備】

四、平面力系的簡化與平衡

如各力的作用線均在同一平面上或近似地分布在同一平面內(nèi)的力系叫平面力系。根據(jù)力系中各力作用線分布的特點不同，平面力系可分為平面匯交力系、平面力偶系、平面任意力系三種。

1.平面匯交力系

在平面力系中，各力的作用線均匯交于一點的力系，稱為平面匯交力系。分析和研究平面匯交力系的合成與平衡問題，一般有如下兩種方法。

（1）幾何法【知識準(zhǔn)備】

（2）解析法

解析法是通過力矢在坐標(biāo)軸上的投影來研究力系的合成及其平衡條件。2.平面力偶系（1）平面力偶的概念僅由作用在物體上同一平面內(nèi)的若干力偶組成的平面力系稱平面力偶系。在日常生活或生產(chǎn)實踐中，常見到物體受一對大小相等、方向相反，作用線相互平行的力的作用，而使物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的事例。如圖所示司機轉(zhuǎn)動方向盤、鉗工對絲錐的操作等。3.平面任意力系若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，則這類力系稱為平面任意力系，如汽車發(fā)動機活塞連桿的受力。

任務(wù)描述：

汽車上使用的各種組成結(jié)構(gòu)，如活塞連桿組、曲軸飛輪組等，都是由各種構(gòu)件組成的。在靜力分析中，根據(jù)力的平衡關(guān)系來解決構(gòu)件上外力的計算問題。但是，在外力作用下，如何保證構(gòu)件正常地工作而不致在使用壽命期限內(nèi)失效，則是構(gòu)件承載能力分析所要研究的問題。通過本項目的學(xué)習(xí)，掌握汽車構(gòu)件在外力作用下進(jìn)行承載能力計算的基本知識和方法。單元2承載能力分析

知識目標(biāo)：

（1）了解汽車上常用黑色金屬材料的類型及特點；

（2）熟悉常用汽車用鋼的種類、牌號、性能和應(yīng)用；

（3）了解汽車上常用有色金屬材料的類型及特點。

技能目標(biāo)：

（1）能識別典型金屬材料在汽車上的應(yīng)用；

（2）能根據(jù)金屬材料的類型特點分析汽車輕量化的方向和趨勢。

素質(zhì)目標(biāo)：

（1）了解汽車輕量化的發(fā)展趨勢，樹立科技創(chuàng)新的意識；

（2）了解有色金屬的稀有，堅持合理使用、注意節(jié)約資源。單元2承載能力分析【知識準(zhǔn)備】

二、截面法求內(nèi)力

1.軸向拉伸與壓縮時的內(nèi)力

當(dāng)桿件所受外力的作用線與桿件軸線重合時，桿件將沿軸線產(chǎn)生伸長或縮短變形，這稱為軸向拉伸或壓縮。在工程實際中，很多桿件受軸向力作用后產(chǎn)生軸向拉伸或壓縮變形。如內(nèi)燃機中的連桿、機械維修時使用的千斤頂，螺紋連接時使用的緊固螺栓等。【知識準(zhǔn)備】

一、桿件的基本變形和內(nèi)力

1.桿件的基本變形

各種機械、設(shè)備和結(jié)構(gòu)物在使用時，組成它們的每個構(gòu)件，都要受到從相鄰構(gòu)件或從其他構(gòu)件傳遞來的外力（即載荷）的作用。在外力作用下，構(gòu)件具有反抗外力的能力，但在載荷過大時，構(gòu)件就會斷裂。而且，在外力作用下，固體的尺寸和形狀會發(fā)生改變，稱為變形。變形分為彈性變形和塑性變形。彈性變形是指載荷撤除后變形完全消失；載荷去除后不能恢復(fù)原狀的變形稱為塑性變形。

在機械和工程結(jié)構(gòu)中，構(gòu)件的基本形狀有三種：桿件、板件、塊件，但桿件是最常見、最基本的一種構(gòu)件。桿件，長度尺寸遠(yuǎn)大于其他兩個方向尺寸的構(gòu)件，例如絲桿、軸和連桿等均可簡化為桿件。以桿件為例，其在外力作用下發(fā)生的基本變形主要有拉伸與壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲四種?！局R準(zhǔn)備】

一、桿件的基本變形和內(nèi)力

（1）軸向拉伸和壓縮

若直桿受到沿軸線方向作用的一對大小相等、方向相反的外力作用，則直桿的主要變形是軸向拉伸或軸向壓縮，如圖2-2-1（a）所示。桿件就會發(fā)生沿軸線方向的伸長或縮短。如千斤頂?shù)穆輻U，連桿機構(gòu)中的連桿等。

（2）剪切

若直桿受到一對大小相等、方向相反且相距很近的橫向外力作用，則直桿的主要變形是兩外力之間的橫截面產(chǎn)生相對錯動，如圖2-2-1（b）所示。如螺栓、鉚釘?shù)取?/p>

【知識準(zhǔn)備】

一、桿件的基本變形和內(nèi)力

（3）扭轉(zhuǎn)

若直桿受到垂直軸線方向的一對大小相等、轉(zhuǎn)向相反的力偶作用，則直桿的相鄰橫截面將繞軸線發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，桿件表面縱向線將成螺旋線，而軸線仍為直線，如圖2-2-1（c）所示。如傳動軸、扭桿、駕駛盤軸、鉆頭等。

（4）彎曲

若直桿受到垂直于桿件軸線的橫向力或力偶作用，則直桿的軸線由直線彎成曲線，如圖2-2-1（d）所示。桿在自重的作用下就會發(fā)生彎曲變形。在機械和建筑物中用得最多，一般稱為梁?！局R準(zhǔn)備】

2.內(nèi)力

研究構(gòu)件承載能力時，把作用在整構(gòu)件上的載荷和約束反力統(tǒng)稱為外力。物體的一部分與另一部分之間存在相互的作用力，它維持構(gòu)件各部分之間的聯(lián)系及桿件的形狀。構(gòu)件在外力作用下將產(chǎn)生變形，其各部分之間的相對位置將發(fā)生變化，從而相應(yīng)地引起相互作用力的改變。這種由外力引起的構(gòu)件內(nèi)部的相互作用力，稱為內(nèi)力。內(nèi)力在截面上的分布是連續(xù)的，通常所說的內(nèi)力是指該力系的合力或合力偶。

內(nèi)力隨著外力的加大而相應(yīng)地增加，但是它的增加對于各種材料來說各有著一定的限度，超過了這個限度物體即將破壞，所以，內(nèi)力與構(gòu)件的強度等密切相關(guān)，內(nèi)力分析是解決構(gòu)件強度等的基礎(chǔ)。【知識準(zhǔn)備】

3.截面法

由于內(nèi)力是物體內(nèi)相鄰部分之間的相互作用力，截面法是顯示和計算內(nèi)力的基本方法。設(shè)一桿件在兩端受到拉力的作用，如圖2-2-2（a）所示。桿件整體是平衡的，它的任一分段也應(yīng)該是平衡的。用一個假想的橫截面1-1把桿件截成兩部分。先取左部分為研究對象，并將右段桿對左段桿的作用以內(nèi)力代替，如圖2-2-2（b）所示?！局R準(zhǔn)備】

這種假想地用一截面將桿件截開，從而顯示和確定內(nèi)力的方法，稱為截面法。截面法是求截面上內(nèi)力的一般方法。它的過程可歸納為以下三個步驟：

（1）在需要求內(nèi)力的截面處，假想用一垂直于軸線的截面把構(gòu)件分成兩個部分，保留其中任一部分作為研究對象；

（2）將棄去的另一部分對保留部分的作用力用截面上的內(nèi)力代替；

（3）對保留部分（分離體）建立平衡方程式，由已知外力求出截面上內(nèi)力的大小和方向。這三個步驟可以簡單歸納為“截”、“取”、“畫”、“求”四個要點。

為了研究方便，故給軸力的正負(fù)號規(guī)定如下：當(dāng)軸力的方向與截面的外法線方向一致時，桿件受拉，規(guī)定軸力為正，稱為拉力；反之，桿件受壓，軸力為負(fù)，稱為壓力?！局R準(zhǔn)備】

二、截面法求內(nèi)力

如圖2-2-4所示為緊固曲軸用螺栓，螺栓受到拉伸，發(fā)生軸向拉伸變形?？梢钥闯觯@類桿件的受力特點是：作用于桿端的兩力大小相等、方向相反，且作用線與桿的軸線重合；其變形特點是桿沿軸線方向伸長或縮短。3.梁彎曲時的內(nèi)力

（1）平面彎曲的概念

工程結(jié)構(gòu)及機械中所使用的梁，除了要求具有足夠的強度外，還要求具有一定的剛度，即彎曲時的變形不能超過許可范圍，否則梁的正常工作將受到影響。3.梁彎曲時的內(nèi)力

（2）梁的基本分類

工程中，梁的結(jié)構(gòu)形式很多，但按其支座情況可分為以下三種形式。三、桿件的應(yīng)力及強度計算

強度計算的主要內(nèi)容包括構(gòu)件的強度校核、截面設(shè)計和許用載荷計算。

2.剪切與擠壓強度計算

（1）剪切強度

汽車上常用作連接構(gòu)件的螺栓、銷、鉚釘和鍵等連接件工作時，兩側(cè)面會有大小相等、方向相反、作用線平行且相距很近的一對外力作用。3.圓軸扭轉(zhuǎn)強度計算3.圓軸扭轉(zhuǎn)強度計算3.圓軸扭轉(zhuǎn)強度計算4.梁彎曲強度計算4.梁彎曲強度計算4.梁彎曲強度計算4.梁彎曲強度計算4.梁彎曲強度計算謝謝觀看汽車機械基礎(chǔ)01汽車常用材料02汽車機械設(shè)計基礎(chǔ)03汽車常用機構(gòu)04汽車常用傳動機構(gòu)目錄05識汽車支撐類零件06汽車聯(lián)接類零件3汽車常用機構(gòu)

任務(wù)描述：

汽車是由各種機構(gòu)來實現(xiàn)特定形式運動的機器，如汽車發(fā)動機上的配氣機構(gòu)、汽車雨刮器、汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)、汽車的曲柄連桿機構(gòu)、汽車門窗升降機構(gòu)等，因此了解并研究各機構(gòu)的組成及運動規(guī)律，對于汽車專業(yè)課程的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。單元1常用機構(gòu)基本概念

知識目標(biāo)：

（1）理解機器、機構(gòu)、構(gòu)件、零件的概念,并能結(jié)合汽車實際結(jié)構(gòu)進(jìn)行判斷；

（2）理解運動副、運動簡圖的概念。

技能目標(biāo)：

（1）能繪制汽車常用平面機構(gòu)的運動簡圖；

（2）能計算平面機構(gòu)的自由度。

素質(zhì)目標(biāo)：

（1）了解明確常用機構(gòu)在汽車上的運用，樹立科技創(chuàng)新的意識；

（2）明確汽車上常用機構(gòu)的設(shè)計，深刻意識到行業(yè)前輩們精益求精的工匠精神。單元1常用機構(gòu)基本概念

【知識準(zhǔn)備】

一、機器與機構(gòu)的特征

機械是機器和機構(gòu)的統(tǒng)稱。

人類在長期的生活和生產(chǎn)實踐中創(chuàng)造和發(fā)展了機器。我們?nèi)粘Ｉ钪幸姷降钠嚒w機、火車、輪船等都是機器。機器的種類很多，其結(jié)構(gòu)、功能各異，但從機器的組成原理、運動的確定性及其與功能關(guān)系來看，各種機器之間卻存在一些共同的特征。

從制造角度來分析機器，可以把機器看成由若干零件組成的。零件是指組成機器當(dāng)中不能再拆分的最小制造單元?！局R準(zhǔn)備】

內(nèi)燃機的組成如圖3-1-4（a）所示。它的功用是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為曲軸轉(zhuǎn)動的機械能。其中當(dāng)燃?xì)馔苿踊钊鶑?fù)移動時，通過連桿機構(gòu)見圖3-1-4（b）帶動曲軸作連續(xù)轉(zhuǎn)動，從而使燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)換為曲軸的機械能。另外，通過凸輪機構(gòu)見圖3-1-4（c）控制圖3-1-3-3專用零件

適時打開進(jìn)氣門和排氣門，保證燃?xì)舛〞r進(jìn)出汽缸；齒輪機構(gòu)見圖3-1-4（d）保證進(jìn)、排氣門和活塞之間形成協(xié)調(diào)動作。由此可見，機構(gòu)是機器的主要組成單位，從運動觀點上看兩者并無區(qū)別?！局R準(zhǔn)備】

從上述例子可以看出，機器具有以下三個特征：

（1）機器一般是由多個構(gòu)件組成的，是人為組合的；

（2）各構(gòu)件間具有確定的相對運動，能實現(xiàn)預(yù)期的機械運動；

（3）機器實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換并完成有用功。

所有構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動的機構(gòu)稱為平面機構(gòu)，否則稱為空間機構(gòu)。工程中常用的是平面機構(gòu)，因此本章只討論平面機構(gòu)?！局R準(zhǔn)備】

二、運動副及其分類

機構(gòu)是具有確定相對運動、實現(xiàn)運動的傳遞或運動形式的轉(zhuǎn)換的多構(gòu)件組合，那么由構(gòu)件組成機構(gòu)時各構(gòu)件就不應(yīng)該再有各自獨立的自由運動，當(dāng)然也不能連成剛體。為此必須以適當(dāng)?shù)姆绞较嗷ミB接，既對構(gòu)件的運動加以限制，又使彼此連接的兩構(gòu)件之間仍能產(chǎn)生一定的相對運動。這種兩個構(gòu)件間的可動連接稱為運動副。機構(gòu)中各個構(gòu)件之間的運動和力的傳遞，都是通過運動副來實現(xiàn)的。

兩構(gòu)件通過面與面接觸而構(gòu)成的運動副稱為低副，低副又可分為轉(zhuǎn)動副和移動副：兩構(gòu)件只能在平面內(nèi)作相對轉(zhuǎn)動的稱為轉(zhuǎn)動副見圖3-1-5（a）；兩構(gòu)件只能在平面內(nèi)作相對移動的稱為移動副見圖3-1-5（b）?！局R準(zhǔn)備】

三、機構(gòu)運動簡圖

由于機構(gòu)的特性只與構(gòu)件的數(shù)目、運動副的類型和數(shù)目以及它們之間相對位置的尺寸有關(guān)，而與構(gòu)件的形狀、截面尺寸及運動副具體結(jié)構(gòu)無關(guān)。所以，為了便于對機構(gòu)進(jìn)行分析，通常不考慮構(gòu)件的外形、截面尺寸和運動副的實際構(gòu)造，而是按照一定的比例確定運動副的相對位置，用規(guī)定的符號和簡單線條來表示運動副和構(gòu)件，繪制出各構(gòu)件之間相對運動關(guān)系的圖形，稱為機構(gòu)運動簡圖?！局R準(zhǔn)備】

四、機構(gòu)具有確定運動的條件

1.自由度和約束

自由度是衡量構(gòu)件具有獨立運動的物理量。每個作平面運動的構(gòu)件，在自由狀態(tài)時都具有3個自由度。它們之間每組成一個低副時，就引入了2個約束條件，失去了2個自由度；每組成一個高副時，就引入了1個約束條件，失去了1個自由度?！局R準(zhǔn)備】

四、機構(gòu)具有確定運動的條件

2.平面機構(gòu)自由度的計算

（1）機構(gòu)自由度的計算公式

機構(gòu)的自由度是指機構(gòu)相對于機架所具有的獨立運動參數(shù)的數(shù)量，它取決于組成機構(gòu)的活動構(gòu)件的數(shù)目、運動副的類型和數(shù)目。

假設(shè)某平面機構(gòu)由n個活動構(gòu)件、PL個低副和PH個高副所組成。由于一個不受約束構(gòu)件的平面運動有3個自由度，而一個低副有兩個約束條件，一個高副有一個約束條件，因此，平面機構(gòu)自由度的計算公式為

F=3n-2PL-PH【知識準(zhǔn)備】

四、機構(gòu)具有確定運動的條件

2.平面機構(gòu)自由度的計算

（1）機構(gòu)自由度的計算公式

機構(gòu)的自由度是指機構(gòu)相對于機架所具有的獨立運動參數(shù)的數(shù)量，它取決于組成機構(gòu)的活動構(gòu)件的數(shù)目、運動副的類型和數(shù)目。

假設(shè)某平面機構(gòu)由n個活動構(gòu)件、PL個低副和PH個高副所組成。由于一個不受約束構(gòu)件的平面運動有3個自由度，而一個低副有兩個約束條件，一個高副有一個約束條件，因此，平面機構(gòu)自由度的計算公式為

F=3n-2PL-PH

【例3-2】計算如圖3-1-7所示內(nèi)燃機機構(gòu)的自由度。

解：圖中曲軸6與齒輪4、齒輪5與凸輪3皆固連一起，故可分別視為一個構(gòu)件，

故可得：n=5，PL=6(其中有2個移動副、4個轉(zhuǎn)動副)，PH=2

因此，該機構(gòu)自由度為F=3×5-2×6-2=1

（2）計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的問題

利用式（3-1）計算機構(gòu)自由度時，還必須注意以下幾種特殊情況。

1）復(fù)合鉸鏈由三個或三個以上構(gòu)件在一處組成的軸線重合的多個轉(zhuǎn)動副稱為復(fù)合鉸鏈。由k個構(gòu)件構(gòu)成的復(fù)合鉸鏈，轉(zhuǎn)動副數(shù)目應(yīng)為（k-1）個。圖3-1-8中，有三個構(gòu)件在A處匯交組成轉(zhuǎn)動副，它是由構(gòu)件1分別與構(gòu)件2和構(gòu)件3組成的兩個轉(zhuǎn)動副。

任務(wù)描述：

生活中我們經(jīng)常可以看到，汽車車窗玻璃的雨刮器開啟后，能夠左右擺動刮走玻璃上的雨水；載重汽車的車廂能自動升起完成卸貨；公交車門在開啟按鈕后能自動開啟和關(guān)閉，這些機構(gòu)裝置采用的是平面四桿機構(gòu)，平面四桿機構(gòu)是平面連桿機構(gòu)的基本形式，它可以不斷地傳遞運動、轉(zhuǎn)換運動形式，保證了汽車各系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。因此了解并研究平面四桿機構(gòu)運動規(guī)律，對于汽車專業(yè)課程的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。單元2平面連桿機構(gòu)

知識目標(biāo)：

（1）掌握平面四桿機構(gòu)基本特征；

（2）掌握平面四桿機構(gòu)的類型及特點。

技能目標(biāo)：

（1）能繪制汽車常用平面四桿機構(gòu)；

（2）能分析平面四桿機構(gòu)工作過程。

素質(zhì)目標(biāo)：

（1）明確平面四桿機構(gòu)在汽車上的運用，樹立科技創(chuàng)新的意識；

（2）明確汽車上平面連桿機構(gòu)的設(shè)計，深刻意識到行業(yè)前輩們精益求精的工匠精神。單元2平面連桿機構(gòu)【知識準(zhǔn)備】

四桿機構(gòu)是平面連桿機構(gòu)的一種形式。平面連桿機構(gòu)又稱平面低副機構(gòu)，是由若干個在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運行的剛性構(gòu)件通過平面低副連接而成。平面連桿機構(gòu)常以桿數(shù)來命名，如四桿機構(gòu)、五桿機構(gòu)等。最常見的是四桿機構(gòu)，當(dāng)四桿機構(gòu)中的運動副都是回轉(zhuǎn)副時，稱為鉸鏈四桿機構(gòu)，它是平面四桿機構(gòu)中最基本形式。

平面四桿機構(gòu)根據(jù)其是否含有移動副，可分為鉸鏈四桿機構(gòu)和滑塊四桿機構(gòu)兩大類。

一、鉸鏈四桿機構(gòu)

在鉸鏈四桿機構(gòu)中，固定不動的構(gòu)件稱為機架，如圖3-2-1中的AD；與機架相連的兩個構(gòu)件和稱為連架桿；其中不能繞機架作整周回轉(zhuǎn)的連架桿稱為搖桿，能繞機架作整周回轉(zhuǎn)的連架桿稱為曲柄；不與機架相連的構(gòu)件稱為連桿。

鉸鏈四桿機構(gòu)判別

鉸鏈四桿機構(gòu)的類型與機構(gòu)中是否存在曲柄有關(guān)?？梢哉撟C，鉸鏈四桿機構(gòu)存在曲柄的條件是：

（1）最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和；

（2）連架桿與機架必有一個是最短桿。

由此可得如下結(jié)論：鉸鏈四桿機構(gòu)中，如果最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和，則

（1）取與最短桿相鄰的桿做機架時，該機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)，見圖3-2-13（a）；

（2）取最短桿為機架時，該機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)見圖3-2-13（b）；

（3）取與最短桿相對的桿為機架時，該機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)見圖3-2-13（c）。

鉸鏈四桿機構(gòu)中，如果最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和，則該機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)見圖3-2-13（d）。鉸鏈四桿機構(gòu)判別

二、鉸鏈四桿機構(gòu)的演化機構(gòu)

在實際機械中，平面連桿機構(gòu)的類型是多種多樣的，但是絕大多數(shù)是在鉸接四桿機構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展和演變而來的。通過用移動副取代轉(zhuǎn)動副、改變構(gòu)件的長度、選擇不同的構(gòu)件作為機架和擴大轉(zhuǎn)動副等途徑，可以得到鉸接四桿機構(gòu)的其他的演化形式。

1.曲柄連桿機構(gòu)

用曲柄和滑塊來實現(xiàn)轉(zhuǎn)動和移動相互轉(zhuǎn)換的平面連桿機構(gòu)稱曲柄滑塊機構(gòu)。如圖3-2-14所示，機構(gòu)中與機架4構(gòu)成移動副的構(gòu)件3稱為滑塊，通過轉(zhuǎn)動和C連接曲柄1和滑塊的構(gòu)件2為連桿。

二、鉸鏈四桿機構(gòu)的演化機構(gòu)

2.導(dǎo)桿機構(gòu)

如圖3-2-17所示，導(dǎo)桿均能繞機架作整周轉(zhuǎn)動，稱為轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)。如圖3-2-18所示，導(dǎo)桿4只能在某一角度內(nèi)擺動，稱為擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。導(dǎo)桿機構(gòu)具有很好的傳力性能，常用于插床、牛頭刨床和送料裝置等機器中。

二、鉸鏈四桿機構(gòu)的演化機構(gòu)

3.曲柄搖塊機構(gòu)

若將圖3-2-15所示曲柄滑塊機構(gòu)的構(gòu)件作為機架，則曲柄滑塊機構(gòu)就演化為如圖3-2-19所示的搖塊機構(gòu)。構(gòu)件l作整周轉(zhuǎn)動，滑塊3只能繞機架往復(fù)擺動。這種機構(gòu)常用于擺缸式原動機和氣、液壓驅(qū)動裝置中，如圖3-2-20所示的自動貨車翻斗機構(gòu)。3.梁彎曲時的內(nèi)力

（2）梁的基本分類

工程中，梁的結(jié)構(gòu)形式很多，但按其支座情況可分為以下三種形式。4.定塊機構(gòu)

若將圖3-2-15所示曲柄滑塊機構(gòu)的滑塊作為機架，則曲柄滑塊機構(gòu)就演化為如圖3-2-21所示的定塊機構(gòu)。這種機構(gòu)常用于抽油泵和手搖抽水唧筒圖3-2-22所示。

三、四桿機構(gòu)傳動特性

平面機構(gòu)的某些工作特性，不僅影響機構(gòu)的運動性質(zhì)和傳力情況，而且還是一些機構(gòu)的主要設(shè)計依據(jù)。

1.急回特性

曲柄搖桿機構(gòu)中主動件曲柄做勻速回轉(zhuǎn)時，搖桿做變速的往復(fù)擺動。在往復(fù)運動中，一般只用一個行程完成工作，稱為工作行程；另外一個行程不承受工作載荷，稱為空回行程。

三、四桿機構(gòu)傳動特性

2.壓力角與傳動角

平面連桿機構(gòu)不僅應(yīng)能實現(xiàn)預(yù)定的運動規(guī)律，還應(yīng)具有運轉(zhuǎn)輕便、效率高等良好的傳力性能。

三、四桿機構(gòu)傳動特性

3.死點位置

如圖3-2-25所示的曲柄搖桿機構(gòu)中，若搖桿CD為原動件，曲柄AB為從動件，則當(dāng)搖桿CD處于兩極限位置時，從動曲柄AB與連桿BC共線，主動搖桿CD通過連桿BC傳給從動曲柄AB的作用力通過曲柄的轉(zhuǎn)動中心A。此時，曲柄的壓力角α=90°（曲軸通過連桿作用于搖桿上C點的力F沿BC方向，它與受力點C的絕對速度vC之間所夾的銳角稱為壓力角，傳動角γ=0°（壓力角的余角），連桿作用于曲柄上的力對轉(zhuǎn)動中心A點不產(chǎn)生力矩，無法推動曲柄傳動，所以曲柄不能轉(zhuǎn)動。曲柄搖桿機構(gòu)所處的這個位置，稱為死點位置。

三、四桿機構(gòu)傳動特性

3.死點位置

當(dāng)機構(gòu)處于死點位置時，從動件將出現(xiàn)不能轉(zhuǎn)動或運動方向不確定的現(xiàn)象。為使機構(gòu)能通過死點位置繼續(xù)運動，需對從動曲軸施加外力或采用安裝飛輪以增大從動件的慣性力，使機構(gòu)順利通過死點位置。汽車發(fā)動機的曲柄連桿組中在曲軸上安裝飛輪，以保證機構(gòu)順利通過死點位置。

機構(gòu)處于死點位置時，從動件會出現(xiàn)卡死或正反轉(zhuǎn)運動不確定的現(xiàn)象。如縫紉機有時會出現(xiàn)踏不動或倒車現(xiàn)象，就是踏板機構(gòu)處于死點位置而引起的。

對于傳動機構(gòu)來說，機構(gòu)有死點位置是不利的，為了使機構(gòu)能順利通過死點位置，可利用慣性作用或?qū)膭忧┘油饬Γ箼C構(gòu)能順利通過死點位置。例如家用縫紉機的大帶輪就起到飛輪的作用。

工程上，也常利用死點位置來實現(xiàn)一定的工作要求。如飛機機起落架機構(gòu)，當(dāng)飛機著陸時，機構(gòu)處于死點位置，從而可承受較大的沖擊。

任務(wù)描述：

發(fā)動機的配氣機構(gòu)是發(fā)動機中的重要機構(gòu)，工作時要求在一個工作循環(huán)內(nèi)，氣門迅速打開，隨即迅速關(guān)閉，然后保持不動。這種要求用平面機構(gòu)是不能實現(xiàn)的，凸輪是完成這一功能的重要零件。通過本單元的學(xué)習(xí)，掌握凸輪機構(gòu)的分類和特點，了解凸輪機構(gòu)的運行規(guī)律，能合理設(shè)計凸輪輪廓。單元3凸輪機構(gòu)

知識目標(biāo)：

（1）掌握凸輪機構(gòu)的分類及應(yīng)用；

（2）掌握凸輪機構(gòu)的特點。

技能目標(biāo)：

（1）能分析凸輪機構(gòu)的從動件運動規(guī)律；

（2）能理解凸輪機構(gòu)的工作過程。

素質(zhì)目標(biāo)：

（1）了解明確凸輪機構(gòu)在汽車上的運用，樹立科技創(chuàng)新的意識；

（2）明確汽車上凸輪機構(gòu)的設(shè)計，深刻意識到行業(yè)前輩們精益求精的工匠精神。單元3凸輪機構(gòu)

【知識準(zhǔn)備】

凸輪機構(gòu)在機械工業(yè)中是一種常用機構(gòu)，例如，汽車發(fā)動機的配氣機構(gòu)是通過凸輪機構(gòu)來控制氣門的開閉；柴油機的噴油泵供油、汽油泵的供油、分電器的配電等都要通過凸輪機構(gòu)來控制；尤其在自動化機械生產(chǎn)中用得更為廣泛。

一、凸輪機構(gòu)的類型

凸輪機構(gòu)主要由凸輪、從動件（也稱推桿）和機架組成，它是一種高副機構(gòu)。一般情況下，凸輪為主動件，且作連續(xù)的等速運動，從動件則按照預(yù)定的運動規(guī)律運動。

如圖3-3-1所示為盤形凸輪機構(gòu)。

如圖3-3-2所示為內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu)。

【知識準(zhǔn)備】

二、從動件常用運動規(guī)律

設(shè)計凸輪機構(gòu)時，首先應(yīng)根據(jù)工作要求確定從動件的運動規(guī)律，然后按照這一運動規(guī)律設(shè)計凸輪輪廓線。下面以尖頂直動從動件盤形凸輪機構(gòu)為例，說明從動件的運動規(guī)律與凸輪輪廓線之間的相互關(guān)系。如圖3-3-11所示，以凸輪輪廓的最小向徑ro為半徑所繪的圓稱為基圓。

【知識準(zhǔn)備】

從動件的位移線圖取決于凸輪輪廓曲線的形狀。也就是說，從動件的運動規(guī)律與凸輪的輪廓曲線一一對應(yīng)，從動件的不同運動規(guī)律要求凸輪具有不同的輪廓曲線。

下面介紹幾種常用從動件運動規(guī)律。

1.等速運動規(guī)律

如圖3-3-12所示，從動件推程作等速運動時，其位移線圖為一斜直線，速度線圖為一水平直線。運動開始時，從動件速度由零突變?yōu)関o，理論上該處加速度a趨近+；同理，運動終止時，速度由vo突變?yōu)榱悖琣趨近(材料有彈性變形，實際上不可能達(dá)到無窮大)。由此產(chǎn)生的巨大慣性力導(dǎo)致強烈沖擊。這種強烈沖擊稱為剛性沖擊，會造成嚴(yán)重危害。因此，等速運動規(guī)律不宜單獨使用，運動開始和終止段必須加以修正。

2.等加速運動規(guī)律

從動件在一個升程h中，前半段做等加速運動，后半段做等減速運動，其加速度的絕對值相等且為一常數(shù)。特點：加速度曲線有突變，加速度的變化率在這些位置為無窮大——柔性沖擊。適應(yīng)于中速輕載場合。如圖3-3-13所示

3.簡諧運動規(guī)律(余弦加速度運動規(guī)律)

點在圓周上勻速運動時，它在這個圓的直徑上的投影所構(gòu)成的運動稱為簡諧運動。簡諧運動規(guī)律位移線圖的做法如圖3-3-14所示。把從動件的行程h作為直徑畫半圓，將此半圓分為若干個等份(圖中為6等分)。再把凸輪推程運動角φ也分成相同的等份1，2，3，4，5，6，并作垂直直線，然后將圓周上的等分點投影到相應(yīng)的垂直線上。用光滑曲線連接這些點，便得到簡諧運動的位移線圖。

由圖3-3-14中的加速度線圖可見，簡諧運動規(guī)律在運動開始和運動終止時，加速度數(shù)值有突變，導(dǎo)致慣性力突然變化而產(chǎn)生沖擊。但是此處加速度的變化量和沖擊都是有限的。這種加速度有限的沖擊稱為柔性沖擊，在高速狀態(tài)下也會產(chǎn)生不良的影響。因此，簡諧運動規(guī)律只宜用于中、低速凸輪機構(gòu)。只有當(dāng)從動件進(jìn)行無停留的升—降—升連續(xù)往復(fù)運動時，才可以獲得連續(xù)的加速度曲線，如圖3-3-14中的虛線所示，這種運動規(guī)律可用于高速傳動。

任務(wù)描述：

汽車駐車制動系統(tǒng)的內(nèi)部裝有棘輪和棘爪的棘輪機構(gòu)，俗稱手剎系統(tǒng)。手剎手柄也有一個拉動的行程。通常規(guī)定，當(dāng)手柄提拉到整個行程的70％時，手剎系統(tǒng)就應(yīng)該處于正常的剎車位置了，這個工作位置可以通過數(shù)棘輪的響聲來確定。棘輪機構(gòu)保證了汽車駐車系統(tǒng)的的正常運轉(zhuǎn)。因此了解并研究棘輪機構(gòu)的運動規(guī)律，對于汽車專業(yè)課程的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。單元4間歇運動機構(gòu)

知識目標(biāo)：

（1）掌握凸輪機構(gòu)的分類及應(yīng)用；

（2）掌握凸輪機構(gòu)的特點。

技能目標(biāo)：

（1）能分析凸輪機構(gòu)的從動件運動規(guī)律；

（2）能理解凸輪機構(gòu)的工作過程。

素質(zhì)目標(biāo)：

（1）了解明確凸輪機構(gòu)在汽車上的運用，樹立科技創(chuàng)新的意識；

（2）明確汽車上凸輪機構(gòu)的設(shè)計，深刻意識到行業(yè)前輩們精益求精的工匠精神。單元4間歇運動機構(gòu)

【知識準(zhǔn)備】

一、棘輪機構(gòu)

1.棘輪機構(gòu)的工作原理和類型

如圖3-4-1（a）所示為外嚙合棘輪機構(gòu)，主要由棘輪、驅(qū)動棘爪、制動爪及機架組成。擺桿空套在與棘輪固連的從動軸上，并與驅(qū)動棘爪用轉(zhuǎn)動副相連，在曲柄的驅(qū)動下作往復(fù)擺動。彈簧用來使制動爪和棘輪保持接觸。當(dāng)擺桿作逆時針方向擺動時，驅(qū)動棘爪便插入棘輪的齒槽中，使棘輪跟著轉(zhuǎn)過一定的角度，此時，制動爪在棘輪的齒背上滑動。當(dāng)擺桿順時針方向轉(zhuǎn)動時，制動爪阻止棘輪向順時針方向轉(zhuǎn)動，驅(qū)動棘爪在棘輪齒背上滑動，這時棘輪便靜止不動。這樣，當(dāng)擺桿作連續(xù)的往復(fù)擺動時，棘輪便作單向的間歇運動。如圖3-4-1（b）所示為內(nèi)嚙合棘輪機構(gòu)。（b）

內(nèi)嚙合棘輪機構(gòu)

【知識準(zhǔn)備】

一、棘輪機構(gòu)

2.棘輪機構(gòu)應(yīng)用

棘輪機構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)角大小調(diào)節(jié)方便，缺點是傳動力不大，且傳動平穩(wěn)性差，只適用于轉(zhuǎn)速不高的場合，如各種機床中的進(jìn)給機構(gòu)。棘輪機構(gòu)的另一個典型應(yīng)用是實現(xiàn)超越運動。圖3-4-5所示為自行車后軸的內(nèi)齒式雙棘爪結(jié)構(gòu)，其中棘輪與鏈輪固連，棘爪與車輪固連。腳踏的轉(zhuǎn)動通過鏈條傳遞給后軸鏈輪，鏈輪帶動棘輪同步旋轉(zhuǎn)，棘輪通過棘爪驅(qū)動后輪，從而使自行車前進(jìn)。如果保持腳踏不動，后車輪便會超越鏈輪而轉(zhuǎn)動，此時棘爪在棘齒背上滑過，發(fā)出“嗒嗒”聲，驅(qū)動力無法由車輪傳遞到腳踏。

【知識準(zhǔn)備】

二、槽輪機構(gòu)

槽輪機構(gòu)也是一種間歇運動機構(gòu)。它由槽輪3、撥盤1和機架組成，如圖3-4-6所示。具有圓銷2的撥盤1是主動件，具有徑向槽的槽輪3是從動件。當(dāng)撥盤1作連續(xù)回轉(zhuǎn)時，圓銷2進(jìn)入從動槽輪3的徑向槽時，即撥動槽輪3轉(zhuǎn)動；當(dāng)圓銷2由徑向槽滑出時，槽輪3即停止運動。為了使槽輪3具有精確的間歇運動，當(dāng)圓銷2脫離徑向槽時，撥盤1上的鎖止弧應(yīng)恰好卡在槽輪3的凹圓弧上，迫使槽輪3停止運動，直到圓銷2再次進(jìn)入下一個徑向槽時，鎖止弧脫開，槽輪才能繼續(xù)回轉(zhuǎn)。

對于外嚙合的槽輪機構(gòu)，槽輪轉(zhuǎn)向與撥盤的轉(zhuǎn)向相反。由圖3-4-7可見，內(nèi)嚙合的槽輪機構(gòu)，槽輪與撥盤的轉(zhuǎn)向相同。

【知識準(zhǔn)備】

三、不完全齒輪機構(gòu)

不完全齒輪機構(gòu)是在普通漸開線齒輪的基礎(chǔ)上演化而來的，不同之處在于輪齒沒有布滿整個圓周。它分為外嚙合和內(nèi)嚙合兩種類型，分別如圖3-4-10（a）和3-4-10（b）所示，外嚙合機構(gòu)中，主動件和從動件轉(zhuǎn)向相反；內(nèi)嚙合機構(gòu)中，則轉(zhuǎn)向相同。圖3-4-10（c）是不完全齒輪齒條機構(gòu)。

【知識準(zhǔn)備】

三、不完全齒輪機構(gòu)

不完全齒輪機構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，不完全齒輪機構(gòu)常用于計數(shù)器、多工位自動化機械中。在不完全齒輪機構(gòu)中，主動輪1只有一個或幾個齒，從動輪2上具有多個與主動輪嚙合的輪齒和鎖止弧，從而把主動輪的連續(xù)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為從動輪的間歇運動。不完全齒輪機構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，可以方便地設(shè)計從動輪的靜止時間和運動時間。缺點是從動輪時而勻速轉(zhuǎn)動、時而靜止，在運動與靜止之間轉(zhuǎn)化時有嚴(yán)重的沖擊和振動，所以只能用于低速輕載的場合。不完全齒輪機構(gòu)常用于計數(shù)器、多工位自動化機械中。謝謝觀看汽車機械基礎(chǔ)01汽車常用材料02汽車機械設(shè)計基礎(chǔ)03汽車常用機構(gòu)04汽車常用傳動機構(gòu)目錄05識汽車支撐類零件06汽車聯(lián)接類零件4汽車常用傳動機構(gòu)

任務(wù)描述：

在發(fā)動機上，可以通過帶傳動驅(qū)動各種輔助設(shè)備運轉(zhuǎn)，例如空調(diào)器的壓縮機、動力轉(zhuǎn)向油泵、交流發(fā)電機等。如果皮帶斷裂了，或者出現(xiàn)了打滑，都將使相關(guān)的輔助設(shè)備喪失功能，或使其性能下降，從而影響到汽車的正常使用。通過本項目的學(xué)習(xí)，掌握帶傳動的類型和特點，掌握帶傳動的調(diào)試和維護方法。為繼續(xù)學(xué)習(xí)汽車發(fā)動機原理與構(gòu)造、汽車制造、汽車保養(yǎng)與維修等知識打下堅實的基礎(chǔ)。單元1帶傳動

知識目標(biāo)：

（1）掌握帶傳動的類型和特點；

（2）能正確分析帶傳動的常見失效形式。

技能目標(biāo)：

（1）能判斷發(fā)動機中傳動帶是否需要更換；

（2）能正確識別發(fā)動機中的傳動帶。

素質(zhì)目標(biāo)：

（1）掌握帶傳動的張緊、安裝和維護方法，提升職業(yè)技能、職業(yè)素養(yǎng)；

（2）分析傳動帶常見失效形式，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決生產(chǎn)實際問題的能力。單元1帶傳動

【知識準(zhǔn)備】

一、帶傳動概述

帶傳動是一種應(yīng)用廣泛的機械傳動，通過中間撓性件（帶）傳遞運動和動力，適用于要求傳動平穩(wěn)、傳動比要求不嚴(yán)格的中、小功率的兩軸中心距較大的場合，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。帶的工作速度一般為5~30m/s，傳動比小于等于7，機械效率為0.94~0.96。

一般帶傳動是由主動帶輪1、從動帶輪2和緊套在帶輪上的傳動帶3組成。當(dāng)主動輪旋轉(zhuǎn)時，通過傳動帶3將運動和動力傳遞給從動輪，如圖4-1-1所示?！局R準(zhǔn)備】

二、帶傳動的分類與應(yīng)用

1.按照傳動原理來分，可分為摩擦傳動與嚙合傳動：

（1）摩擦式帶傳動

摩擦傳動依靠傳動帶與帶輪接觸表面之間的摩擦力來實現(xiàn)運動和動力的傳遞。這類傳動過載時打滑，能防止機件損壞，但傳動精度不夠準(zhǔn)確，傳動效率較低，軸和軸承受力較大，如圖4-1-2（a）所示?！局R準(zhǔn)備】

二、帶傳動的分類與應(yīng)用

（2）嚙合式帶傳動

嚙合傳動依靠帶內(nèi)側(cè)凸齒或孔與帶輪外緣上的齒槽相嚙合來實現(xiàn)傳遞運動和動力的目的。能避免打滑，平均傳動比準(zhǔn)確，但對制造安裝精度要求較高。如圖4-1-2（b）所示?！局R準(zhǔn)備】

二、帶傳動的分類與應(yīng)用

2.按照帶的橫截面形狀不同，摩擦傳動可以分為平帶傳動、V帶傳動、多楔帶、圓形帶傳動等?！局R準(zhǔn)備】

二、帶傳動的分類與應(yīng)用

（1）平帶傳動

平帶的截面形狀為矩形，以如圖4-1-3（a）所示。帶輪輪面相接觸的內(nèi)表面為工作面，主要用于兩軸平行、轉(zhuǎn)向相同的較遠(yuǎn)距離的傳動。

平帶相較于V帶較薄，撓曲性和扭轉(zhuǎn)性好，因而適用于高速傳動、平行軸間的交叉?zhèn)鲃踊蚪诲e軸間的半交叉?zhèn)鲃印＠鲜狡嚢l(fā)動機制冷設(shè)備的風(fēng)扇常和發(fā)動機一起由曲軸帶輪通過平帶驅(qū)動，如圖4-1-1所示。常用的平帶有橡膠布帶、縫合棉布帶、棉織帶和毛織帶等。近年來，平帶傳動的應(yīng)用已大為減少，但在多軸傳動或高速情況下仍然具有很好的效果?！局R準(zhǔn)備】

二、帶傳動的分類與應(yīng)用

（2）V帶傳動

V帶的截面形狀為梯形，如圖4-1-3（b）所示。V帶傳動以與輪槽相接觸的兩側(cè)面為工作面，接觸面上的摩擦力大于平面摩擦的摩擦力。

在初拉力相同的條件下，V帶傳動產(chǎn)生的摩擦力較平帶傳動大。所以，V帶傳動能力強，結(jié)構(gòu)更緊湊，在機械傳動中應(yīng)用更為廣泛。汽車發(fā)動機附件（發(fā)電機、空調(diào)壓縮機和水泵）常采用兩根V帶驅(qū)動，如圖4-1-5所示的發(fā)動機的曲軸通過V帶驅(qū)動水泵、空調(diào)壓縮機和發(fā)電機?！局R準(zhǔn)備】

二、帶傳動的分類與應(yīng)用

（3）圓形帶傳動

圓形帶傳動傳動帶截面形狀為圓形，如圖4-1-3（c）所示。其傳遞能力較小，即傳動功率不大，僅用于如縫紉機、儀器等低速、小功率的傳動，如圖4-1-6所示。圓帶一般用皮革制成。

（4）多楔帶傳動

多楔帶傳動其特點是在平帶的基體下做出很多縱向楔，帶輪也做出相應(yīng)的環(huán)形輪槽，如圖4-1-3（d）所示。多楔帶輕而薄，工作時彎曲應(yīng)力和離心應(yīng)力都小，可使用較小的帶輪，減小了傳動的尺寸。

3.按照帶的嚙合方式不同，嚙合傳動可以分為齒孔帶傳動和同步帶傳動。

（1）齒孔帶傳動

齒孔帶上的孔與輪上的齒相嚙合，可避免帶與帶輪之間的相對滑動，主要用于精密無限轉(zhuǎn)角的傳動，如圖4-1-8所示。（2）同步帶傳動

同步帶傳動是靠傳動帶與帶輪上的齒相互嚙合來傳遞運動和動力的，如圖4-1-9所示。同步帶除保持了摩擦帶傳動的優(yōu)點外，還具有傳遞功率大、傳動比準(zhǔn)確等優(yōu)點，多用于要求傳動平穩(wěn)、傳動精度較高的場合，如汽車、錄音機、電子計算機、數(shù)控機床、紡織機械等。例如，在比亞迪、奇瑞、長城等汽車發(fā)動機曲軸與凸輪軸間的傳動(正時傳動)均采用同步帶傳動，圖4-1-10為比亞迪F3發(fā)動機同步帶傳動圖。三、帶傳動的失效形式

帶傳動工作時，其主要失效形式有以下兩種。

（1）打滑

帶傳動是靠摩擦力工作的。當(dāng)初拉力F0一定時，帶與帶輪接觸面間摩擦力的總和有一極限值。當(dāng)傳遞的有效圓周力F的值超過了帶與帶輪間的極限摩擦力時，帶將在帶輪輪面上發(fā)生顯著的滑動，則發(fā)生打滑。打滑將使帶傳動失效，并會加劇帶的磨損，應(yīng)予以避免。但打滑也可以起到保護其他零件的作用。

（2）帶的疲勞破壞

帶傳動工作時，傳動帶所受到的應(yīng)力是交變應(yīng)力。帶在交變應(yīng)力狀態(tài)下工作，當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)到一定值時，帶將發(fā)生疲勞破壞，如脫皮、撕裂和拉斷，從而使傳動失效。四、V帶傳動的張緊、安裝和維護

1.帶傳動的張緊裝置

帶傳動工作一段時間后，由于帶受長期拉力的作用，則會產(chǎn)生塑性變形而松弛，故張緊力隨之減小，使其傳動能力減低。為保證帶傳動正常工作能力，應(yīng)定期檢查傳動帶的張緊力，若張緊力小于允許范圍時，就必須采用張緊裝置重新調(diào)整帶的張緊度。

帶傳動常用的張緊方式有調(diào)整中心距方式和采用張緊輪方式兩類，如圖4-1-12所示。

四、V帶傳動的張緊、安裝和維護

（1）調(diào)整中心距方式

調(diào)節(jié)中心距方式就是通過調(diào)整兩帶輪的中心距來提高張緊力，使傳動帶張緊的方式。它有定期張緊和自動張緊兩種方法。

（2）采用張緊輪方式

當(dāng)帶傳動的中心距不可調(diào)節(jié)時，可采用張緊輪張緊的方式，如圖4-1-12（d）所示。張緊輪一般安裝在松邊內(nèi)側(cè)靠近大帶輪處，以免減小帶輪的包角α1。四、V帶傳動的張緊、安裝和維護

2.帶傳動的安裝與維護

正確的安裝和維護是保證帶傳動正常工作、延長膠帶使用壽命的有效措施，帶傳動的安裝及維護應(yīng)注意以下幾點。

（1）安裝平行軸帶傳動時，兩帶輪的軸線必須保持平行。各輪寬的中心線，V帶輪、多楔帶輪的對應(yīng)輪槽中心線均應(yīng)共面且與軸線垂直，否則帶會被扭曲和加速磨損，降低帶的壽命，如圖4-1-13所示。

（2）要保證V帶在輪槽中的正確位置，過高（會使的帶接觸面得不到保證）和過低（會變成平帶傳動）都不利于帶的正確工作。

（3）兩個帶輪的輪槽必須對準(zhǔn)，否則會加速帶的磨損，甚至使帶從帶輪槽中脫落。

（4）同組使用的V帶應(yīng)型號相同、長度相等、不同廠家生產(chǎn)的V帶、新舊V帶不能混用。四、V帶傳動的張緊、安裝和維護

（5）V帶的張緊度要合適，一般中等中心距的帶傳動，帶的張緊度以大拇指能將帶按下15mm左右為宜，如圖4-1-14所示。

（6）帶傳動應(yīng)設(shè)置防護罩，以保證工作人員的安全，并防止與酸、堿或油接觸而受腐蝕。

（7）如果帶傳動裝置需閑置一段時間不用時，應(yīng)將傳動帶放松。

（8）要定期對帶傳動進(jìn)行檢查，如有一根松弛或損壞，則需更換所有的帶，不能新、舊帶并用，避免因帶的長短不一而受力不均。乳膠再生膠在橡膠V帶中的應(yīng)用

V帶具有傳動效率高、噪音小等優(yōu)點，傳統(tǒng)的橡膠V帶一般使用天然橡膠、丁苯橡膠或氯丁橡膠。乳膠再生膠在橡膠制品行業(yè)最大的作用就是替代天然橡膠生產(chǎn)各類橡膠制品，降低原料成本。在實際生產(chǎn)中，乳膠再生膠可以用于橡膠V帶生產(chǎn)中，達(dá)到降低成本、改善V帶質(zhì)量的雙重作用。

任務(wù)描述：

在發(fā)動機上各種輔助設(shè)備（空調(diào)器的壓縮機、動力轉(zhuǎn)向油泵、交流發(fā)電機等）的運轉(zhuǎn)，也可以通過鏈傳動驅(qū)動。鏈傳動雖然有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高等眾多優(yōu)點，但也需要定期的檢查與維護以確保其正常運行。通過本項目的學(xué)習(xí)，了解鏈傳動的主要類型和特點，掌握鏈傳動的工作原理，能夠正確分析傳動失效形式且進(jìn)行調(diào)試和維護。為繼續(xù)學(xué)習(xí)汽車發(fā)動機原理與構(gòu)造、汽車制造、汽車保養(yǎng)與維修等知識打下堅實的基礎(chǔ)。單元2鏈傳動

知識目標(biāo)：

（1）了解鏈傳動的主要類型、特點、標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用；

（2）掌握鏈傳動的工作原理、傳動能力及失效形式等基本知識。

技能目標(biāo)：

（1）能判斷發(fā)動機中鏈傳動的類型；

（2）能對發(fā)動機中鏈傳動進(jìn)行拆卸、安裝和調(diào)試。

素質(zhì)目標(biāo)：

（1）了解鏈傳動維修標(biāo)準(zhǔn)與流程，提升職業(yè)技能、職業(yè)素養(yǎng)；

（2）分析鏈傳動常見失效形式，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決生產(chǎn)實際問題的能力。單元2鏈傳動【知識準(zhǔn)備】

一、鏈傳動概述

鏈傳動和帶傳動一樣也是撓性傳動，通過中間撓性件（鏈）來傳遞運動和動力。鏈傳動兼有嚙合傳動和撓性傳動的特點，傳動功率大、工作可靠，主要用于距離較大的兩軸相距較遠(yuǎn)，工作條件惡劣，不宜采用帶傳動和齒輪傳動的場合。

鏈傳動由主動鏈輪1、從動鏈輪2和跨越在兩鏈輪上的閉合鏈條3組成。當(dāng)主動鏈輪1旋轉(zhuǎn)時，鏈條上鏈節(jié)與鏈輪輪齒的相互嚙合傳遞運動和動力，如圖4-2-1所示?！局R準(zhǔn)備】

一、鏈傳動概述

【知識準(zhǔn)備】

一、鏈傳動概述

與帶傳動相比，鏈傳動的優(yōu)點是：（1）沒有滑動，能保持準(zhǔn)確的平均傳動比，可做兩軸中心距較大的傳動，結(jié)構(gòu)輕便；（