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,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,汽车机械基础,教学课件,项目一,力学基础,项目四,汽车常用机构,项目三,汽车金属制造工艺,项目二,汽车常用工程材料,项目五,汽车常用联接,汽车机械基础,课件首页,项目六,汽车常用传动,项目七,汽车常用零部件,项目八,公差与配合,项目九,液压与液力传动,知识目标：,1 掌握平面汇交力系（多个力）合成的几何法,2 对合力投影定理有清晰的理解，掌握汇交力系合成的解析法和平衡方程,3 理解力对点之矩的概念，并能熟练地计算,4 深入理解力偶和力偶矩的概念，掌握平面力偶的性质和平面力偶的合成,5 了解约束与约束反力的常见类型,6 理解和掌握平面一般力系的等效与简化、力系的主矢与主矩、最简力系、刚体等 基本概念,7 理解平衡方程各种形式，掌握各种力系的独立平衡方程数目、物体或物系的平衡 问题的解题步骤和技巧,8.了解摩擦概念以及考虑摩擦时的平衡问题,项目一 静力学基础,平面汇交力系与力偶系,活动一 ：平面汇交力系及其合成,活动二 ：平面力偶系,项目一 静力学基础,平面汇交力系与力偶系,力：是物体间的相互机械作用，这种作用使物体的运动状态或形状发生改变。,物体间的相互机械作用可分为两类：一类是物体间的直接接触的相互作用，另外一类是物和物体间的相互作用。,力的两种作用效应为：1）外效应，也称为运动效应,使物体的运动状态发生改变；,2）内效应，也称为变形效应,使物体的形状发生变化。静力学研究物体的外效应。,力的三个要素：力的大小、方向和作用点。力的作用线：力的方向是指静止物体在该力作用下可能产生的运动（或运动趋势）的方向。沿该方向画出的直线。力的方向包含力的作用线在空间的方位和指向。,活动一 平面汇交力系及其合成,项目一 静力学基础,1,基本概念,等效力系：两个力系对物体的作用效应相同，则称这两个力系互为等效力系。当一个力 与一个力系等效时，则称该力为力系的合力；而该力系中的每一个力称为其合力的分力。把力系中的各个分力代换成合力的过程，称为力系的合成；反过来，把合力代换成若干分力的过程，称为力的分解。,平衡力系：若刚体在某力系作用下保持平衡。在平衡力系中，各力相互平衡，或者说，诸力对刚体产生的运动效应相互抵消。可见，平衡力系是对刚体作用效应等于零的力系。,活动,一,平面汇交力系及其合成,项目一 静力学基础,2,平面汇交力系的合成方法,1,）几何法,首先回顾用几何法合成两个汇交力。如图,1-1-1a,，设在物体上作用有汇交于点的两个力,F1,和,F2,，根据力的平行四边形法则，可知合力,R,的大小和方向是以两力,F1,和,F2,为邻边的平行四边形的对角线来表示，合力,R,的作用点就是这两个力的汇交点。也可以取平行四边形的一半即利用力的三角形法则求合力如图,1-1-1b,所示。,活动一,平面汇交力系的合成方法,项目一 静力学基础,刚体：在受力作用后而不产生变形的物体，刚体是对实际物体经过科学的抽象和简化而得到的一种理想模型。而当变形在所研究的问题中成为主要因素时（如在材料力学中研究变形杆件），一般就不能再把物体看作是刚体了。,平衡：指物体相对于地球保持静止或作匀速直线运动的状态。显然，平衡是机械运动的特殊形态，因为静止是暂时的、相对的，而运动才是永衡的、绝对的。,力系：作用在物体上的一组力。按照力系中各力作用线分布的不同形式，,力系可分为：,1）汇交力系,2）力偶系,3）平行力系,4）一般力系,活动一 平面汇交力系及其合成,项目一 静力学基础,对于由多个力组成的平面汇交力系，可以连续应用力的三角形法则进行力的合成。设刚体上作用有一个平面汇交力系,F1,、,F2,、,、,Fn,，各力汇交于,A,点（图,1-1-2a,）。根据力的可传性，可将这些力沿其作用线移到,A,点，从而得到一个平面共点力系（图,1-1-2b,）。故平面汇交力系可简化为平面共点力系。连续应用力的平行四边形法则，可将平面共点力系合成为一个力。在图,1-1-2b,中，先合成力,F1,与,F2,（图中未画出力平行四边形），可得力,FR1,，即,FR1,F1+F2,；再将,FR1,与,F3,合成为力,FR2,，即,FR2,FR1+F3,；依此类推，最后可得：,FR,F1+F2+,+Fn,Fi,项目一 静力学基础,图1-1-2,活动一 平面汇交力系及其合成,活动一,平面汇交力系的合成方法,项目一 静力学基础,因此，,平面汇交力系的合成结果是一个合力，合力的作用线通过汇交点，其大小和方向由力系中各力的矢量和确定。,需要指出的是，利用几何法对力系进行合成，对于平面汇交力系，并不要求力系中各分力的作用点位于同一点，因为根据力的可传性原理，只要它们的作用线汇交于同一点即可,。,解析,法,求解平面汇交力系合成的另一种常用方法是解析法。,这种方法是以力在坐标轴上的投影为基础建立方程的。,活动一,平面汇交力系的合成方法,项目一 静力学基础,图,1-1-3,力在坐标轴上的投影,设刚体上作用有一个平面汇交力系,F1,、,F2,、,、,Fn,，据式（,2-1,）有,FR=F1+F2+Fn=F,将上式两边分别向,x,轴和,y,轴投影，即有,上式即为合力投影定理：力系的合力在某轴上的投影，等于力系中各力在同一轴上投影的代数和。若进一步运算，即可求得合力的大小及方向为,：,项目一 静力学基础,活动一,平面汇交力系的合成方法,项目一 静力学基础,活动二,平面汇交力系的合成方法,平面汇交力系平衡的条件是,1.力对点之矩,用扳手拧螺母时（图1-1-4），螺母的转动效应除与力F的大小和方向有关外，还与点O到力作用线的距离h有关。距离h越大，转动的效果就越好，且越省力，反之则越差。显然，当力的作用线通过螺母的转动中心时，则无法使螺母转动。,项目一 静力学基础,活动二 平面力偶系,图1-1-4 图1-1-5,可以用力对点的矩这样一个物理量来描述力使物体转动的效果。,其定义为：力,F,对某点,O,的矩等于力的大小与点,O,到力的作用线距离,h,的乘积。记作,Mo,（,F,）,Fh,（,2-7,）,式中，点,O,称为矩心，,h,称为力臂，,Fh,表示力使物体绕点,O,转动效果的大小，而正负号则表明：,Mo,（,F,）是一个代数量，可以用它来描述物体的转动方向。通常规定：使物体逆时针方向转动的力矩为正，反之为负。力矩的单位为牛顿,米（,N,m,）。,根据定义，图,2-6,中所示的力,F1,对点,O,的矩为,Mo,（,F1,）,-F1h1,-F1hsin,由定义知：力对点的矩与矩心的位置有关，同一个力对不同点的矩是不同的。因此，对力矩要指明矩心。,从几何上看。力,F,对点,O,的矩在数值上等于三角形,OAB,面积的两倍。如图,1-1-5,所示。,活动三 平面力偶系,项目一 静力学基础,2.,合力矩定理,项目一 静力学基础,活动三 平面力偶系,平面汇交力系的合力对平面上任一点之矩，等于所有各分力对同一点力矩的代数和。,3.力偶的概念,图,1-1-6,力偶的应用,4.,力偶的三要素,活动二 平面力偶系,项目一 静力学基础,（1）力偶矩的大小。,（2）力偶的转向。,（3）力偶作用面的方位,5.力偶的性质,性质1 力偶对其作用面内任意点的力矩恒等于此力偶的力偶矩，而与矩心的位置无关。,性质,2,由图,1-1-8,可见，力偶在任意坐标轴上的投影之和为零，故力偶无合力，力偶不能与一个力等效，也不能用一个力来平衡,力与力偶是力系的两个基本元素,项目二 静力学基础,活动二 平面力偶系,图,1-1-8,图,1-1-9,项目二 静力学基础,由于上述性质，所以对力偶可作如下处理：,（,1,）力偶在它的作用面内，可以任意转移位置。其作用效应和原力偶相同，即力偶对于刚体上任意点的力偶矩值不因移位而改变。,（,2,）力偶在不改变力偶矩大小和转向的条件下，可以同时改变力偶中两反向平行力的大小、方向以及力偶臂的大小。而力偶的作用效应保持不变。,图,1-1-9,各图中力偶的作用效应都相同。力偶的力偶臂、力及其方向既然都可改变，就可简明地以一个带箭头的弧线并标出值来表示力偶，如图,1-1-9d,所示。,6.,平面力偶系的合成,作用在物体上同一平面内的若干力偶，总称为平面力偶系。,设在刚体某平面上有力偶,M1,、,M2,的作用，如图,1-1-10a,所示，现求其合成的结果,活动二 平面力偶系,活动二 平面力偶系,项目一 静力学基础,图1-1-10 平面力偶系,在平面上任取一线段ABd作为公共力偶臂，并把每个力偶化为一组作用在A,B两点的反向平行力，如图1-1-10b所示，根据力系等效条件，有,于是在,A,、,B,两点各得一组共线力系，其合力为,F,R,与,F,R,，如图,1-1-10,c,所示，且有,F,R,F,R,F,1,-,F,2,FR,与,FR,为一对等值、反向、不共线的平行力，它们组成的力偶即为合力偶，所以有,M,FR d,(F1-F2)d,M 1,M 2,若在刚体上有若干个力偶作用,采用上述方法叠加,可得合力偶矩为,M,M1+M2+,+Mn,M,项目一 静力学基础,活动二 平面力偶系,平面力偶系合成的结果为一合力偶，合力偶矩为各分力偶矩的代数和,力偶系中各力偶矩的代数和等于零，,M0,项目一 静力学基础,活动二 平面力偶系,任务实施,例,1,如图所示，一平面汇交力系作用于,O,点。,已知,F1=200N,，,F2=300N,各力方向如图。,若此力系的合力,R,与,F2,沿同一直线，求,F3,与合力,R,的大小。,方法（1）几何法 方法（2）解析法,项目一 静力学基础,活动二 平面力偶系,例2,（,1,）用力对点之矩定义,如图,F,、,Q,、,l,求,.,（,2,）应用合力矩 定理,例,3,.,平面连杆机构在图所示位置平衡，已知,OA=60 cm,，,O1 B=40 cm,，作用在摇杆,OA,上的力偶矩,M1=1 Nm,，不计杆自重，求力偶矩,M2,的大小。,活动二 平面力偶系,项目一 静力学基础,1）受力分析 2）列平衡方程 3）对受力图c列平衡方程,例3在一钻床上水平放置工件,工件上同时钻四个等直径的孔,每个钻头的力偶矩为,求工件的总切削力偶矩和A、B端水平反力,解:各力偶的合力偶距为,由力偶只能与力偶平衡的性质，力NA与力NB组成一力偶。,项目一 静力学基础,活动二 平面力偶系,活动二 平面力偶系,项目一 静力学基础,拓展知识 约束与约束反力,自由体：在空间中可以自由运动而获得任意位移动的物体 飞 行中的飞机、火箭等。,非自由体：位移受到某些限制的物体，如行驶中的火车受到铁轨的限制。,约束：就是加在非自由体上使其位移受到一定限制的条件。约束一般是由非自由体与其周围物体相接触而构成的，因此也将这些周围物体称为约束。例如，钢轨是火车的约束。,约束反力：约束能阻挡非自由体某些方向的运动，因此必然会施加力在非自由体上，这些力称为约束力或约束反力，简称反力。约束力的方向与其所限制的非自由体的运动方向或趋势相反。约束力可以是集中力，也可以是分布力系，后者通常以该力系的主矢和主矩来表达。,在实际中存在着各种各样的约束，工程中一般将一些常见的约束理想化，归纳为几种基本类型，并根据各种约束的特性定性地给出其约束力的情况。,活动二 平面力偶系,项目一 静力学基础,光滑接触面约束,柔索约束,固定端约束,1常见的约束类型,轴承约束,光滑球铰链约束,光滑圆柱铰链约束,活动二 平面力偶系,项目一 静力学基础,图,1-1-11,柔索约束 图,1-1-12,光滑接触面约束,活动二 平面力偶系,项目一 静力学基础,图,1-1-14,固定铰链支座 图,1-1-15,活动铰链支座,活动二 平面力偶系,项目一 静力学基础,图,1-1-16,轴承约束 图,1-1-17,光滑球铰链约束,活动二 平面力偶系,项目一 静力学基础,。,。,图,1-1-18,固定端约束 图,1-1-19,固定端约束反力,活动二 平面力偶系,项目一 静力学基础,物体的受力分析,物体的受力分析，就是要确定研究对象受了那些力以及每个力的作用位置和方向。这是解决静,(,动,),力学问题重要的一步。,对实际物体进行受力分析时，需要把它简化力学模型，特别是要把实际的约束简化成某些基本类型。而合理的简化往往有赖于实际工作经验，需要在长期实践中总结提高。教材中所提供的物体，都是已简化的力学模型。,在进行受力分析时，常把要研究对象从周围物体中分离出来，单独画出简图，这样取出的物体称为分离体。在分离体上画出研究对象所受的全部主动力和约束力，既得到物体的受力图。通常，受力图的画法可概括为以下几个步骤。,1.,根据问题的要求选取研究对象，画出分离体简图；,2.,画出分离体所受的全部主动力；,3.,在分离体上原来存在约束的地方，按照约束类型逐一画出约束力,项目一 静力学基础,任务二 平面一般力系的简化与平衡方程,一、,平面一般力系的简化与平衡方程,1,力的平移定理,作用在刚体上,A,点处的力,F,，可以平移到刚体内任意点,O,，但必须同时附加一个力偶，其力偶矩等于原来的力,F,对新作用点,O,的矩。这就是力的平移定理。,项目一 静力学基础,任务二 平面一般力系的简化与平衡方程,2,平面一般力系的简化,图,1-,2-,3,平面一般力系的简化,1),平面汇交力系,F,1,、,F,2,、,、,F,n,，可以合成为一个作用于,O,点的合矢量,F,R,，如图,1-,2-,3,c,所示。,F,R,F,F,它等于力系中各力的矢量和。显然，单独的,F,R,不能和原力系等效，它被称为原力系的主矢。将式（,1-,2-1,）写成直角坐标系下的投影形式：,项目一 静力学基础,任务二 平面一般力系的简化与平衡方程,因此主矢,F,R,的大小及其与,x,轴正向的夹角分别为：,(,1-,2-2),项目一 静力学基础,任务二 平面一般力系的简化与平衡方程,2,）附加平面力偶系,M,1,、,M,2,、,、,M,n,可以合成为一个合力偶矩,M,o,，即,：,M,o,M,1,+,M,2,+,+,M,n,M,o,（,F,）,平面一般力系的简化方法，在工程实际中可用来解决许多力学问题，如固定端约束问题。,图,1-2-4,固定端约束,项目一 静力学基础,任务二 平面一般力系的简化与平衡方程,图,1-2-5,固定端约束的约束反力,3,平面一般力系的合成结果,由前述可知，平面一般力系向一点,O,简化后，一般来说得到主矢,F,R,和主矩,M,o,，但这并不是简化的最终结果，进一步分析可能出现以下四种情况：,项目一 静力学基础,任务二 平面一般力系的简化与平衡方程,1,）,F,R,0,，,M,o,0,；,说明该力系无主矢，而最终简化为一个力偶，其力偶矩就等于力系的主矩，此时主矩与简化中心无关。,2,）,F,R,0,，,M,o,0,；,说明原力系的简化结果是一个力，而且这个力的作用线恰好通过简化中心，此时,F,R,就是原力系的合力,F,R,。,3,）,F,R,0,，,M,o,0,；,这种情况还可以进一步简化，根据力的平移定理逆过程，可以把,F,R,和,M,o,合成一个合力,F,R,。合成过程如图,1-2-6,所示，合力,F,R,的作用线到简化中心,O,的距离为,项目一 静力学基础,任务二 平面一般力系的简化与平衡方程,图,1-,2-,6,4,）,F,R,0,，,M,o,0,；,4,平面一般力系的平衡方程,1,）基本形式,（,1-2-5,）,项目一 静力学基础,任务二 平面一般力系的简化与平衡方程,2,）,二矩式,（,1-2-6,）,（,3,）三矩式,（,1-2-7,）,项目一 静力学基础,任务二 平面一般力系的简化与平衡方程,5.,物体系统的平衡问题,外力：系统外任何物体作用于该系统的力称为这个系统的外力。,内力：所研究的系统内部各物体间相互作用的力称为内力，内力总是成对地作用于同一系统上。因此，当取系统为研究对象时，不必考虑这些内力。,2）静定与静不定概念,静定系统：系统中所有未知量的总数小于或等于系统独立的平衡方程的总数时，称为静定系统。这类系统仅仅只需应用刚体的静力平衡条件，就可以求得全部未知量的解。,静不定系统：系统中所有未知量的总数大于系统独立的平衡方程的总数时，称为静不定系统或超静定系统。这类问题仅应用刚体的静力平衡条件，不能求得全部未知量的解。,3）物体系统的平衡问题,常见的物体系统的平衡问题有三类，即构架、多跨静定梁、三铰拱。这三类问题都有其相应的求解特点，在求解过程中能总结归纳。在求解这三类问题时通常要注意以下情况，如固定端约束、铰上受力、分布荷载计算、二力构件等。,1,）外力、内力的概念,项目一 静力学基础,任务二 平面一般力系的简化与平衡方程,【,任务实施,】,(a),例,1,项目一 静力学基础,任务二 平面一般力系的简化与平衡方程,【,任务实施,】,例2,项目一 静力学基础,任务二 平面一般力系的简化与平衡方程,【,任务实施,】,例3,平面一般力系平衡问题的解题步骤,1 选取研究对象，作出研究对象的受力图。,2 对所选取的研究对象，列出平衡方程。,3 由平衡方程解出未知量。,4 将计算结果代入不独立的平衡方程，以校核解题过程有无错误。,【,任务描述,】,汽车上应用最多的是金属材料，金属材料的选用主要依据就是其使用性能和工艺性能，力学性能是最重要的使用性能，不仅是一般机械零部件在设计、制造时选择材料的主要依据，而且也是验收、鉴定材料性能的重要参数之一。,项目二 汽车常用工程材料,任务一 金属材料的主要性能,一、金属材料的力学性能,项目二 汽车常用工程材料,任务一 金属材料的主要性能,金属材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、介质、湿度）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击等）时所表现出的力学特征。力学性能主要包括强度、塑性、硬度和韧性和抗疲劳性等，用来表征材料力学性能的各种临界值或规定值均称为力学性能指标。金属材料的力学性能的优劣就是用这些指标的具体数值衡量的,1,强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形或断 裂的能力,载荷,静载荷,冲击载荷,交变载荷,任务一 金属材料的主要性能,项目二 汽车常用工程才料,金属材料受到载荷作用时，发生几何尺寸和形状的变化称为变形。变形一般分为弹性变形和塑性变形。所谓弹性变形，是指材料受到载荷作用时产生变形，载荷卸除后恢复原状的变形。而塑性变形则是指材料在载荷作用下发生变形，且当载荷卸除后不能恢复的变形，故也叫永久变形。,当,L,0,=10d,0,时，称为长试样；,L,0,=5d,0,时，称为短试样,。,图2-1-1 圆形拉伸试样图,任务一 金属材料的主要性能,项目二 汽车常用工程材料,2-1-2低碳钢的拉伸曲线图,载荷,F,和伸长量,之间的关系曲线，称为拉伸曲线，如图2-1-2所示。,曲线明显地分为以下几个变形阶段,弹性变形阶段,屈服阶段,强化阶段,明显塑性变形阶段,缩颈阶段,试样发生断裂,任务一 金属材料的主要性能,项目二 汽车常用工程材料,1）弹性极限 材料不产生永久变形时所承受的最大应力，以e表示，即:,F,e,试样产生完全弹性变形的最大载荷,(N),；,2,）屈服极限 表示在外力作用下，材料刚开始产生塑性变形时的最小应力值，以,表示，即:,A,0,试样原始横截面积（,mm,2,式中,e,弹性极限（,MPa,）,F,s,试样产生完全弹性变形的最大载荷,(N),；,式中,s,屈服极限（,MPa,）；,任务一 金属材料的主要性能,3）抗拉强度 材料在断裂前所承受的最大拉应力，以,b,表示，即,式中,F,b,试样断裂前所承受的最大拉伸力,(N),。,2.,塑性,塑性是金属在外力作用下，断裂前产生永久变形而不被破坏的能力，其大小用材料在断裂前的最大变形量来衡量。金属材料的塑性指标为伸长率与断面收缩率，它们同样可通过拉伸试验测定,。,1,）断后伸长率 试样拉断后标距长度的伸长量与其原始标距之比值的百分率，用符号,表示。,项目二 汽车常用工程材料,任务一 金属材料的主要性能,即 :,式中,L,1,试样拉断后的标距长度（,mm,）,L0,试样的原始长度（,mm,）。,2）断面收缩率 试件拉断后断口处（缩紧处）横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比，用符号,表示。,即 :,式中,A,0,试样的原始截面积（mm,2,）,；,A1试样拉断后的截面积（mm2）。,项目二 汽车常用工程材料,任务一 金属材料的主要性能,项目二 汽车常用工程材料,3.硬度,硬度是衡量软硬程度的指标，表示抵抗局部变形和破坏的能力，是重要的力学性能指标之一。汽车制造和维修常用压入法测定硬度。硬度指标分三种，洛氏硬度、布氏硬度和维氏硬度，其中应用最广泛的是洛氏硬度和布氏硬度,。,。,4 韧度,强度、塑性、硬度等都是在静载荷作用下的力学性能。汽车上许多零件在工作时要受冲击载荷。所谓冲击载荷就是以很大的速度作用于零件上的负荷，如汽车的悬挂机构，在汽车起步、制动或改变速度是，钢板弹簧、钢板吊耳均要受到冲击，刹车愈急，起步愈猛冲击力愈大。,任务一 金属材料的主要性能,项目二 汽车常用工程材料,韧性实际上是材料强度和塑性的综合反映。韧性与脆性是对立的，且能互相转化，因为冲击韧度值与试验时的温度有关，随试验温度下降而降低。,a),试样安放,b),装置示意图,图,2-1-5,冲击实验装置示意图,5 疲劳强度,项目二 汽车常用工程材料,任务一 金属材料的主要性能,疲劳是指零件在交变应力作用下，过早发生破坏的现象。所谓交变应力，是指应力的大小、方向或大小和方向都呈周期性变化的应力。疲劳破坏事先没有明显的征兆，具有很大的突发性和危险性，往往会造成严重事故，如汽车的轴颈、缸盖、齿轮、弹簧等零件的损坏失效，大部分属于疲劳破坏。,疲劳强度是指材料经受无数次应力循环而不被破坏的最大应力值。钢铁材料应力循环次数为,10,7,次，有色金属应力循环次数为,10,8,次。任何材料发生脆断，都是材料中微小裂纹突然失稳扩展的结果。,为提高材料的疲劳强度，一般可从以下几个方面考虑：,1),设计方面，尽量使零件避免尖角、缺口和截面突变，以避免应力集中及其所引起的疲劳裂纹。,2),材料方面，减少材料内部存在的夹杂物和由于热加工不当而引起的缺陷，如疏松、气孔和表面氧化等。,3),机械加工方面，要降低零件表面的表面粗糙度值，表面刀痕、碰伤和划痕都是疲劳裂纹源。,二 金属材料的工艺性能,项目二 汽车常用工程材料,任务一 金属材料的主要性能,1.,冲压性能,2.,焊接性能,3.,铸造性能,4.,切削加工性能,5.,热处理性能,4),零件表面强度方面，可采用化学热处理、表面淬火、喷丸处理和表面涂层等，在零件表面造成压应力，以抵消或降低表面拉应力引起疲劳裂纹的可能性。,项目二 汽车常用工程材料,任务二 汽车常用金属材料,一、碳钢,1.杂质元素对钢性能的影响,碳钢是工业上用量最多的金属材料，碳钢中除了含有铁元素和碳元素之外，还含有少量的杂质元素，如Si、Mn、S、P等元素，他们对钢的性能都有一定的影响。,钢铁材料是现代汽车工业中应用最为广泛的材料，占汽车用材总量的,65%,70%,，同时为了减重节能，实现汽车轻量化，铝、镁等有色金属合金也得到了广泛的应用。,纯铁的强度、硬度都很低，生产上很少用纯铁制造零件，通常都是用铁碳合金。以铁和碳为主要组成元素的合金，统称为铁碳合金。,含碳量在,0.0218%,2.11%,范围内的铁碳合金叫碳素钢，简称碳钢；含碳量大于,2.11%,的铁碳合金称为铸铁；含碳量低于,0.0218%,的铁碳合金称为工业纯铁,任务二 汽车常用金属材料,项目二 汽车常用工程材料,硫 磷,锰 硅,项目二 汽车常用工程材料,任务二 汽车常用金属材料,2.碳钢的分类,1）按碳含量分类：,低碳钢 含碳量,w,c,0.25,中碳钢 含碳量,w,c,0.250.6,高碳钢 含碳量,w,c,0.6,2）按质量分类（主要根据有害杂质硫、磷的含量分类）：,普通碳素钢 含硫量,w,S,0.05，含磷量,w,P,0.045。,优质碳素钢 含硫量,w,S,、含磷量,w,P,均0.035。,高级优质碳素钢 含硫量,w,S,0.02，含磷量,w,P,0.03。,3）按冶炼时的脱氧程度,沸腾钢(F)脱氧不完全的钢。,镇静钢(Z)脱氧较完全的钢。,半镇静钢(B)脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间。,4）按用途或使用特性,结构钢 主要用于制造工程结构、桥梁、建筑结构和机器零件等，一般为低、中碳钢。,工具钢 主要用于制造各种刃具、模具和量具。一般为高碳钢。,活动二 汽车常用金属材料,项目二 汽车常用工程材料,3.常用碳钢的牌号、性能及主要用途,1）碳素结构钢。这类钢的牌号由代表屈服点的字母“Q”、屈服点值（单位MPa）、质量等级（分为A、B、C、D四级，A级质量最低，D级质量最高）、脱氧方法符号（F为沸腾钢，Z为镇静钢，B为半镇静钢）按顺序排列组成。例如Q235AF，表示屈服强度为235MPa的A级质量的碳素结构钢，属于沸腾钢。,项目二 汽车常用工程材料,任务二 汽车常用金属材料,项目二 汽车常用工程材料,任务二 汽车常用金属材料,3,）碳素工具钢 碳素工具钢的含碳量在,0.7%,1.4%,。其牌号以,“,T,”,后面加数字表示钢中平均含碳量的千分数，若是高级优质碳素工具钢，则在数字后面加,“,A,”,，如,T10A,等,任务二 汽车常用金属材料,项目二 汽车常用工程材料,1.,合金钢的分类,合金钢的种类繁多、分类方法有多种，常见的分类方法有以下两种：,1,）按其合金元素总含量的多少分类：,低合金钢：合金元素总含量,5.0,；,中合金钢：合金元素总含量,5.0,10.0,；,高合金钢：合金元素总含量,10.0%,。,2),按用途分类：,合金结构钢：用于制造各种机械零件合工程结构件；,合金工具钢：用于制造各种工具；,特殊性能钢：特殊性能钢是指具有特殊物理化学性能井可在特殊环境下工作的钢，如不锈钢，耐热钢，耐磨钢等。,2.,合金结构钢,合金结构钢用于制造重要工程构件和机器零件，是合金钢中用途最广、用量最大的一种钢。按用途的不同，合金结构钢可以分为以下四种,项目二 汽车常用工程材料,任务二 汽车常用金属材料,1）合金渗碳钢 合金渗碳钢属于低碳钢（含碳量0.25%），渗碳层有高的硬度、优良的耐磨性和抗疲劳性，心部具有良好的塑性和韧性。如,万向节十字轴,半轴齿轮,2）合金调质钢 合金调质钢属于中碳钢（含碳量0.25%0.50%），具有良好的综合力学性能。主要用于制造承受较大循环载荷与冲击载荷或在各种复合应力下工作，具有高强度、高韧性和高塑性的零件 如,项目二 汽车常用工程材料,任务二 汽车常用金属材料,任务实施,连杆 万向节叉,3,）合金弹簧钢 合金弹簧钢属于高碳钢（含碳量,0.5%,0.7%,），具有高的抗拉强度、高疲劳强度、足够的塑性和韧性、易成形。,气门弹簧,项目二 汽车常用工程材料,任务二 汽车常用金属材料,4,）滚动轴承钢 滚动轴承钢用于制造各种滚动轴承的滚动体和内外圈，由于滚动轴承钢的化学成分和主要性能特点与低合金工具钢相近，,喷油泵柱塞,任务二 汽车常用金属材料,项目二 汽车常用工程材料,3.,合金工具钢,1,）合金刃具钢,合金刃具钢主要是制造切削金属用的刀具材料，具有高硬度、高耐磨性、足够的强度和韧性、高的热硬性。,合金刃具钢一般可分为低合金刃具钢和高速钢两类,（a）丝锥 (b)板牙 车刀 钻头,2）合金模具钢,合金模具钢主要用于制造各种金属成型用的工、模具，一般分为冷变形模具钢和热变形模具钢。,冷变形模具钢具有高的强度、硬度和耐磨性并有足够的韧性，以及热处理时变形小，主要用于使金属在冷态下变形的模具，如冷冲模、冷挤压模等。常用的低合金模具钢有9SiCr、Mn2V、CrWMn等。,热变形模具钢不仅具有高的强度和硬度，而且还具有一定的韧性和耐热疲劳性。主要用于使金属在高温下成型的模具，如热锻模、压铸模等。常采用5CrNiMo、5CrMnMo制作热锻模，用3Cr2W8V制作热挤压模和热铸模。,项目二 汽车常用工程材料,任务二 汽车常用金属材料,合金量具钢,合金量具钢应具有高硬度、高耐磨性和高的尺寸稳定性及足够的韧性，还要有良好的磨削加工性，主要用于制造各种量具，如游标卡尺、千分尺、塞规、样板等，如图,2-2-6,所示。常用的量具钢有,CrMn,和,CrWMn,等。,（,a,）游标卡尺,(b),千分尺,任务二 汽车常用金属材料,项目二 汽车常用工程材料,三、铸铁,1.,白口铸铁,白口铸铁性能特点是硬而脆，切削加工非常困难，一般不用于制造零件，一些具有高硬度和耐磨性要求的零件，如轧辊、球磨机的磨球等，以及可锻铸铁的毛坯件。,1.,2 灰铸铁,灰铸铁断口呈暗灰色，是使用最广泛的一种铸铁，因为其铸造性能、切削加工性、耐磨性能和减振性等都优于其他铸铁，且生产方便，成品率高，成本低,图,2-2-7,发动机汽缸体,任务二 汽车常用金属材料,项目二 汽车常用工程材料,3,球墨铸铁,球墨铸铁是力学性能最好的一种铸铁，与钢接近，如疲劳强度与中碳钢接近，屈服强度比钢还高。此外，球墨铸铁还可以通过热处理，使机械性能进一步提高。因此，通常用来代替碳钢、合金钢制造一些形状复杂、性能要求较高的零件，如柴油机曲轴、凸轮轴、齿轮、连杆（见图2-2-8）。,球墨铸铁的牌号由球铁,“,QT,”,加两组数字表示，两组数字分别表示最低抗拉强度(MPa)和最小伸长率，如QT400,18表示最低抗位强度为400MPa和最小伸长率18的球墨铸铁。,球墨铸铁的牌号、性能、用途如表2-2-6所示,表,2-2-6,球墨铸铁的牌号、性能及用途,任务二 汽车常用金属材料,项目二 汽车常用工程材料,4.可锻铸铁,由于可锻铸铁具有一定的塑性变形的能力，故得名可锻铸铁，实际上可锻铸铁并不能锻造。由于可锻铸铁生产周期长，成本较高，其应用已逐渐为球墨铸铁所替代。,可锻铸铁分为黑心可锻铸铁和白口可锻铸铁两种。其牌号分别用KTH、KTB加两组数字表示，其两组数字分别表示抗拉强度和伸长率的最小值。例如，KTH350,10表示：抗拉强度不低于350 MPa，延伸率不低于10%的黑心可锻铸铁。,常用可锻铸铁中，KTH350,10和KTH370,12强度较高，能承受一定冲击力，适用于造汽车、拖拉机的前后轮壳、轴壳、差速器壳、弹簧钢板支座、支架等（见图2-2-9）。,任务二 汽车常用金属材料,项目二 汽车常用工程材料,5蠕墨铸铁,蠕墨铸铁的性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，强度接近于球墨铸铁，具有一定的韧性、较高的耐磨性，同时又具有灰铸铁所具有的良好性能，是一种新型铸铁。,蠕墨铸铁的牌号用蠕铁两汉字拼音字首,”,RuT,”,与一组数字表示，数字代表最低抗拉强度，如RuT380表示最低抗拉强度为380 MPa的蠕墨铸铁。,蠕墨铸铁广泛应用于生产中，如RuT380，RuT420主要用于制造汽车刹车鼓、活塞环、汽缸套、制动盘等；RuT340可用于制造汽车刹车鼓、飞轮、汽缸盖等；RuT260可制造汽车、,拖拉机的某些底盘零件等（见图,2-2-10,）。,任务二 汽车常用金属材料,项目二 汽车常用工程材料,四、铝及铝合金,当前，全球汽车工业的发展趋势是减重节能。因此，为了实现汽车轻量化，各汽车制造厂家都扩大了铝、镁合金和塑料的应用。铝及铝合金的密度小，属轻金属。有关试验测定，若采用铝合金制造汽车的缸体和车身，整个汽车的自重可减轻,40%,，这样，汽车的速度和载重增大了，而蚝油量却能相应的减小。,任务三 汽车材料的热处理,项目二 汽车常用工程材料,。,。,一、普通热处理,低温回火,回火,高温回火,中温回火,普通热处理,退火,正火,淬火,回火,任务三 汽车材料的热处理,项目二 汽车常用工程材料,二、表面热处理,有些零件如齿轮、销轴等，使用时希望它的心部保持一定的韧性，又要求表面层具有耐磨性、抗蚀性、抗疲劳性。这些性能可通过表面热处理来得到。表面热处理按处理工艺特点可分为表面淬火和表面化学热处理两大类。,1表面淬火,钢的表面淬火是通过快速加热，将钢件表面层迅速加热到淬火温度，不等热量传到工件内层就予以快速冷却下来的热处理工艺。,1),火焰加热表面淬火,其工艺方法是利用可燃气体,(,如乙炔,),的火焰将工件表面快速加热到淬火温度，然后立即用水喷射冷却，通过控制火焰喷嘴的移动速度可获得不同厚度的淬硬层。此法适用于单件或小批量零件的表面淬火。,2)感应加热表面淬火,是利用在交变电磁场中工件表面产生的感生电流将工件表面快速加热，并淬火冷却的一种热处理工艺。,项目二 汽车常用工程材料,图,2-3-2,感应加热表面淬火,原理示意图,任务三 汽车材料的热处理,项目二 汽车常用工程材料,任务四 汽车非金属材料,汽车常见非金属材料,一、塑料,表,2-4-1,汽车常用塑料的种类、特性及用途,塑料在汽车上的应用发展很快，从最初的内饰件和小机件，发展到可代替金属制造各种配件，近年来，全塑料车身汽车也已问世。仅用塑料代替金属，既可获得汽车轻量化的效果，还可改善汽车某些性能，如耐磨、防腐、避振、减少噪声等。因此，随着汽车工业的不断发展，塑料越来越受到人们的重视,任务四 汽车非金属材料,项目二 汽车常用工程才料,二、橡胶,1.天然橡胶 2 合成橡胶,任务四 汽车非金属材料,项目二 汽车常用工程材料,三、汽车玻璃,1.钢化玻璃 2.区域钢化玻璃 3.夹层玻璃,四、陶瓷材料,陶瓷是各种无机非金,属材料的通称，是现代工业中很有发展前途的一类材料,。,传统陶瓷,(,亦称普通陶瓷,),是以天然的硅酸盐矿物质,(,高岭土、长石和石英等,),为原料配制成的。传统陶瓷质地坚硬，有良好的抗氧化性、耐蚀性和绝缘件，能耐一定高温。它成本低、生产工艺简单，广泛应用于日用、电气、化工、建筑等部门，如装饰瓷、餐具、绝缘子、耐蚀容器、管道、设备等。,新型陶瓷,(,亦称特种陶瓷,),是以化工原料,(,氧化物、氮化物、碳化物等,),经配料、成形、烧结而成，它可分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷。这类陶瓷在汽车上的应用包括两个方面：一方面用于功能材料，如氧传感器、水温传感器等，如图,2-4-3,所示；另一方面用于结构性的部件，如火花塞、隔热板、活塞等。,陶瓷具有很高的抗压强度和硬度，优良的耐高温、耐磨损、抗氧化性、隔热性和耐腐蚀性等一系列有点，但质脆，受力后不易产生塑性变形，韧性低，成型加工时间长，急冷急热时性能较差等缺点。,任务四 汽车非金属材料,项目二 汽车常用工程材料,五、复合材料,1.,复合材料的特性,1,）,比强度和比刚度较高,2,）,抗疲劳性能良好,3,）,能耐高温。,4,）,安全性好,5,）,成型工艺简单,六、粘结剂,粘结剂(亦称粘合剂)，它用于材料的粘结或填补零件的裂纹、孔洞及其他缺陷。粘结剂具有较高的粘结强度和良好的耐水、耐油、密封性、耐蚀性和绝缘性等性能。由于利用粘结剂进行汽车零件的修复具有工艺简单、效果可靠、成本低，不会使零件变形及组织发生变化等优点，故在汽车维修中得到广泛的应用。,七、石棉制品,八、纸板制品,任务四 汽车非金属材料,项目二 汽车常用工程材料,【任务描述】,汽车上很多零部件都是通过铸造、焊接、锻压等工艺成型的，这三种也是金属材料成型的主要方法。进一步了解和学习铸造、焊接、锻压的特点和工艺过程，对我们提高汽车的技术性能和使用寿命有着重要的作用。,【知识准备】,一、铸造,1.铸造基础,铸造是熔炼金属，制造铸型，并将液态金属浇注到铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状和性能的毛坯或零件的成形方法。铸件表面比较粗糙，尺寸精度不高，一般作为毛坯，需经切削加工方能制成零件。少数精密铸件也可直接使用，例如用特种铸造的方法生产的某些零件。,项目三,汽车金属制造工艺,任务一 金属材料的铸造与焊接,铸造生产具有以下特点：,1）铸造可以制成形状复杂，特别是内腔形状复杂的零件毛坯。如汽车发动机的缸体、缸盖、变速箱壳体、进排气支管、驱动桥壳体、机床车身等（见图3-1-1）。,任务一 金属材料的铸造与焊接,项目三 汽车金属制造工艺,（a）发动机缸体、缸盖 (b),变速箱壳体 (c)进排气支管,图3-1-1 常见汽车铸件,2,）铸件的质量大小范围很宽 铸件的质量轻则几克，重则数百吨；壁厚可以从,0.5mm,