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项目一 力学基础力学基础项目四 汽车常用机构汽车常用机构项目三 汽车金属制造工艺汽车金属制造工艺项目二 汽车常用工程材料汽车常用工程材料项目五 汽车常用联接汽车常用联接课件首页项目六 汽车常用传动汽车常用传动项目七 汽车常用零部件汽车常用零部件项目八 公差与配合公差与配合项目九 液压与液力传动液压与液力传动知识目标：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平面汇交力系与力偶系活动活动一一 ：平面汇交力系及其合成平面汇交力系及其合成活动活动二二 ：平面力偶系平面力偶系项目一 静力学基础平面汇交力系与力偶系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。活动活动一一 平面汇交力系及其合成平面汇交力系及其合成项目一 静力学基础 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。活动活动一一 平面汇交力系及其合成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。活动活动一一 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）一般力系活动一活动一 平面汇交力系及其合成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 FR1F1+F2；再将FR1与F3合成为力FR2，即FR2FR1+F3；依此类推，最后可得：FRF1+F2+FnFi项目一 静力学基础图1-1-2活动一活动一 平面汇交力系及其合成平面汇交力系及其合成活动一活动一 平面汇交力系的合成方法项目一 静力学基础 因此，因此，平面汇交力系的合成结果是一个合力，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。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，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要它们的作用线汇交于同一点即可。解析解析法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设刚体上作用有一个平面汇交力系交力系F1、F2、Fn，据式，据式（2-1）有）有FR=F1+F2+Fn=F将上式两边分别向将上式两边分别向x轴和轴和y轴轴投影，即有投影，即有 上式即为合力投影定理：力系的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。中各力在同一轴上投影的代数和。若进一步运算，即可求得合力的若进一步运算，即可求得合力的大小及方向为大小及方向为：项目一 静力学基础活动一活动一 平面汇交力系的合成方法 项目一 静力学基础活动二活动二 平面汇交力系的合成方法 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 静力学基础活动二活动二 平面力偶系平面力偶系 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（Nm）。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。活动三活动三 平面力偶系平面力偶系项目一 静力学基础 2.合力矩定理项目一 静力学基础活动三活动三 平面力偶系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 图图1-1-6 1-1-6 力偶的应用力偶的应用 4.力偶的三要素 活动活动二二 平面力偶系平面力偶系项目一 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。性性质质2 由由图图1-1-81-1-8可可见见，力偶在任意坐，力偶在任意坐标轴标轴上的上的投影之和投影之和为为零，故力偶无合力，力偶不能与一个零，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 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系图图1-1-81-1-8 图图1-1-91-1-9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活动二 平面力偶系平面力偶系 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系项目一 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AB两点的反向平行力，如图1-1-10b所示，根据力系等效条件，有于是在于是在A、B两点各得一两点各得一组组共共线线力系，其合力力系，其合力为为FR与与FR ，如，如图图1-1-101-1-10c所示，且有所示，且有FRFR F1-F2 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MFR d (F1-F2)d M 1M 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MM1+M2+MnM项目一 静力学基础活动二活动二 平面力偶系平面力偶系 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 静力学基础活动二活动二 平面力偶系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 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系例2（1）用力对点之矩定义如图 F、Q、l,求.（2）应用合力矩）应用合力矩 定理定理 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。活动二活动二 平面力偶系平面力偶系项目一 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 静力学基础活动二活动二 平面力偶系平面力偶系活动二活动二 平面力偶系平面力偶系项目一 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。活动二活动二 平面力偶系平面力偶系项目一 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 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系项目一 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活动二 平面力偶系平面力偶系项目一 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活动二 平面力偶系平面力偶系项目一 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活动二 平面力偶系平面力偶系项目一 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 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系项目一 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。这是解决静个力的作用位置和方向。这是解决静(动动)力学问题重要的一力学问题重要的一步。步。对实际物体进行受力分析时，需要把它简化力学模型，特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。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。受力图。通常，受力图的画法可概括为以下几个步骤。1.1.根据问题的要求选取研究对象，画出分离体简图；根据问题的要求选取研究对象，画出分离体简图；2.2.画出分离体所受的全部主动力；画出分离体所受的全部主动力；3.3.在分离体上原来存在约束的地方，按照约束类型逐一画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出约束力项目一 静力学基础任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与平衡方程平衡方程一、一、平面一般力系的平面一般力系的简简化与平衡方程化与平衡方程1力的平移定理力的平移定理 作用在作用在刚刚体上体上A点点处处的力的力F，可以平移到，可以平移到刚刚体内任意点体内任意点O，但必，但必须须同同时时附加一个力偶，附加一个力偶，其力偶矩等于原来的力其力偶矩等于原来的力F对对新作用点新作用点O的矩。的矩。这这就是力的平移定理。就是力的平移定理。项目一 静力学基础任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与平衡方程平衡方程 2平面一般力系的平面一般力系的简简化化 图图1-1-2-3 3 平面一般力系的简化平面一般力系的简化 1)平面汇交力系平面汇交力系F1 、F2 、Fn ，可以合成，可以合成为为一个作用于一个作用于O点的合矢量点的合矢量FR ，如，如图图1-1-2-3 3c所示。所示。FR FF 它等于力系中各力的矢量和。它等于力系中各力的矢量和。显显然，然，单单独的独的FR 不能和原力系等效，它被称不能和原力系等效，它被称为为原力系的主矢。将式（原力系的主矢。将式（1-1-2-1）写成直角坐标系下的投影形式：）写成直角坐标系下的投影形式：项目一 静力学基础任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与平衡方程平衡方程 因此主矢因此主矢FR 的大小及其与的大小及其与x轴轴正向的正向的夹夹角分角分别为别为：(1-1-2-2)项目一 静力学基础任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与平衡方程平衡方程 2）附加平面力偶系）附加平面力偶系M1、M2、Mn可以合成可以合成为为一个合力偶矩一个合力偶矩Mo，即，即：MoM1+M2+MnMo（F）平面一般力系的平面一般力系的简简化方法，在工程化方法，在工程实际实际中可用来解决中可用来解决许许多力学多力学问问题题，如固定端，如固定端约约束束问题问题。图图1-2-4 1-2-4 固定端固定端约约束束项目一 静力学基础任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与平衡方程平衡方程 图图1-2-5 1-2-5 固定端固定端约约束的束的约约束反力束反力3 3平面一般力系的合成平面一般力系的合成结结果果 由前述可知，平面一般力系向一点由前述可知，平面一般力系向一点O简简化后，一般来化后，一般来说说得到主矢得到主矢FR 和主矩和主矩Mo，但，但这这并不是并不是简简化的最化的最终结终结果，果，进进一步分析可能出一步分析可能出现现以下以下四种情况：四种情况：项目一 静力学基础任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与平衡方程平衡方程 1）FR 0，Mo0；说说明明该该力系无主矢，而最力系无主矢，而最终简终简化化为为一个力偶，其力偶矩就等于力系一个力偶，其力偶矩就等于力系的主矩，此的主矩，此时时主矩与主矩与简简化中心无关。化中心无关。2）FR 0，Mo0；说说明原力系的明原力系的简简化化结结果是一个力，而且果是一个力，而且这这个力的作用个力的作用线线恰好通恰好通过简过简化中化中心，此心，此时时FR 就是原力系的合力就是原力系的合力F R 。3）FR 0，Mo0；这这种情况种情况还还可以可以进进一步一步简简化，根据力的平移定理逆化，根据力的平移定理逆过过程，可以把程，可以把FR 和和Mo合成一个合力合成一个合力F R 。合成。合成过过程如程如图图1-2-61-2-6所示，合力所示，合力F R 的作用的作用线线到到简简化中心化中心O的距离的距离为为项目一 静力学基础任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与平衡方程平衡方程 图图1-1-2-6 64）FR 0，Mo0；4 4平面一般力系的平衡方程平面一般力系的平衡方程1 1）基本形式）基本形式（1-2-5）项目一 静力学基础任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与平衡方程平衡方程 2 2）二矩式二矩式 （1-2-61-2-6）（3）三矩式）三矩式 （1-2-71-2-7）项目一 静力学基础任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与平衡方程平衡方程 5.5.物体系统的平衡问题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。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。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 2）静定与静不定概念）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，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。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。的解。3 3）物体系统的平衡问题）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。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 1）外力、内力的概念）外力、内力的概念项目一 静力学基础任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与平衡方程平衡方程 【任务实施】【任务实施】(a)例例1项目一 静力学基础任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与平衡方程平衡方程 【任务实施】【任务实施】例例2 2项目一 静力学基础任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与平衡方程平衡方程 【任务实施】【任务实施】例例3 3平面一般力系平衡问题的解题步骤平面一般力系平衡问题的解题步骤 1 1 选取研究对象，作出研究对象的受力图。选取研究对象，作出研究对象的受力图。2 2 对所选取的研究对象，列出平衡方程。对所选取的研究对象，列出平衡方程。3 3 由平衡方程解出未知量。由平衡方程解出未知量。4 4 将计算结果代入不独立的平衡方程，以校核解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。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指标的具体数值衡量的1 强度强度 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。生变形，且当载荷卸除后不能恢复的变形，故也叫永久变形。当当L0=10d=10d0 0时，称为长试样；时，称为长试样；L0=5d=5d0 0时，称为短试样时，称为短试样。图图2-1-1 2-1-1 圆形拉伸试样图圆形拉伸试样图 任务一 金属材料的主要性能项目二 汽车常用工程材料2-1-22-1-2低碳钢的低碳钢的拉伸拉伸曲线图曲线图载荷载荷F F和伸长量和伸长量之间的关系曲线，称为拉伸曲线，如图之间的关系曲线，称为拉伸曲线，如图2-1-2-1-2 2所所示。示。曲线明显地分为以下几个变形阶段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）弹性极限 材料不产生永久变形时所承受的最大应力，以材料不产生永久变形时所承受的最大应力，以e表示，即表示，即:Fe试样产生完全弹性变形的最大载荷试样产生完全弹性变形的最大载荷(N)(N)；2 2）屈服极限）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，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，以以表示，即表示，即:A0试样原始横截面积（试样原始横截面积（mmmm2 2式中式中 e弹性极限（弹性极限（MPa）Fs试样产生完全弹性变形的最大载荷试样产生完全弹性变形的最大载荷(N)(N)；式中式中 s屈服极限（屈服极限（MPa）；）；任务一任务一 金属材料的主要性能金属材料的主要性能 3 3）抗拉强度）抗拉强度 材料在断裂前所承受的最大拉应力，以材料在断裂前所承受的最大拉应力，以b b表示，即表示，即式中式中 Fb试样断裂前所承受的最大拉伸力试样断裂前所承受的最大拉伸力(N)(N)。2 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与断面收缩率，它们同样可通过拉伸试验测定。1 1）断后伸长率）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，用符号百分率，用符号表示。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 即即 :式中式中 L1试样拉断后的标距长度（试样拉断后的标距长度（mmmm）L0试样的原始长度（试样的原始长度（mm）。）。2 2）断面收缩率断面收缩率 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，用符号始横截面积的百分比，用符号 表示。表示。即即 :式中式中 A0试样的原始截面积（试样的原始截面积（mmmm2 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。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)a)试样安放试样安放 b)b)装置示意图装置示意图图图2-1-5 2-1-5 冲击实验装置示意图冲击实验装置示意图5 疲劳强度疲劳强度项目二 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。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铁材料应力循环次数为10107 7次，有色金属应力循环次数为次，有色金属应力循环次数为10108 8次。任何材料次。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。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：为提高材料的疲劳强度，一般可从以下几个方面考虑：1)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。集中及其所引起的疲劳裂纹。2)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。缺陷，如疏松、气孔和表面氧化等。3)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。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1.1.冲压性能冲压性能2.2.焊接性能焊接性能3.3.铸造性能铸造性能4.4.切削加工性能切削加工性能5.5.热处理性能热处理性能4)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。的可能性。项目二 汽车常用工程材料任务任务二二 汽车常用金属材料汽车常用金属材料 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%65%70%70%，同时为了减重节能，实现汽车轻量化，铝、镁等有色金属合，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。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。碳合金。以铁和碳为主要组成元素的合金，统称为铁碳合金。含碳量在含碳量在0.0218%0.0218%2.11%2.11%范围内的铁碳合金叫碳素钢，简称碳钢；含碳范围内的铁碳合金叫碳素钢，简称碳钢；含碳量大于量大于2.11%2.11%的铁碳合金称为铸铁；含碳量低于的铁碳合金称为铸铁；含碳量低于0.0218%0.0218%的铁碳合金称为工的铁碳合金称为工业纯铁业纯铁任务二任务二 汽车常用金属材料汽车常用金属材料项目二 汽车常用工程材料硫硫 磷磷锰锰 硅硅 项目二 汽车常用工程材料任务二任务二 汽车常用金属材料汽车常用金属材料2.2.碳钢的分类碳钢的分类1 1）按碳含量分类：）按碳含量分类：低碳钢低碳钢 含碳量含碳量wc0.250.25 中碳钢中碳钢 含碳量含碳量wc0.250.250.60.6 高碳钢高碳钢 含碳量含碳量wc0.60.62 2）按质量分类（主要根据有害杂质硫、磷的含量分类）：）按质量分类（主要根据有害杂质硫、磷的含量分类）：普通碳素钢普通碳素钢 含硫量含硫量wS0.050.05，含磷量，含磷量wP0.0450.045。优质碳素钢优质碳素钢 含硫量含硫量wS、含磷量、含磷量wP均均0.0350.035。高级优质碳素钢高级优质碳素钢 含硫量含硫量wS0.020.02，含磷量，含磷量wP0.030.03。3 3）按冶炼时的脱氧程度）按冶炼时的脱氧程度 沸腾钢沸腾钢(F)(F)脱氧不完全的钢。脱氧不完全的钢。镇静钢镇静钢(Z)(Z)脱氧较完全的钢。脱氧较完全的钢。半镇静钢半镇静钢(B)(B)脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间。4 4）按用途或使用特性）按用途或使用特性 结构钢结构钢 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、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。中碳钢。工具钢工具钢 主要用于制造各种刃具、模具和量具。一般为高碳钢。主要用于制造各种刃具、模具和量具。一般为高碳钢。活动活动二二 汽车常用金属材料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 任务二任务二 汽车常用金属材料汽车常用金属材料 项目二 汽车常用工程材料任务二任务二 汽车常用金属材料汽车常用金属材料3 3）碳素工具钢）碳素工具钢 碳素工具钢的含碳量在碳素工具钢的含碳量在0.7%0.7%1.4%1.4%。其牌号以。其牌号以“T”“T”后面加数字表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”“A”，如如T10AT10A等等 任务二任务二 汽车常用金属材料汽车常用金属材料项目二 汽车常用工程材料1.1.合金钢的分类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：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 1）按其合金元素总含量的多少分类：）按其合金元素总含量的多少分类：低合金钢：合金元素总含量低合金钢：合金元素总含量5.05.0；中合金钢：合金元素总含量中合金钢：合金元素总含量5.05.010.010.0；高合金钢：合金元素总含量高合金钢：合金元素总含量10.0%10.0%。2)2)按用途分类：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；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。钢，如不锈钢，耐热钢，耐磨钢等。2.2.合金结构钢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任务二 汽车常用金属材料汽车常用金属材料1 1）合金渗碳钢）合金渗碳钢 合金渗碳钢属于低碳钢（含碳量合金渗碳钢属于低碳钢（含碳量0.25%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。良好的塑性和韧性。如如 万向节十字轴万向节十字轴 半轴齿轮半轴齿轮2 2）合金调质钢）合金调质钢 合金调质钢属于中碳钢（含碳量合金调质钢属于中碳钢（含碳量0.25%0.25%0.50%0.50%），具有良好），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应力下工作，具有高强度、高韧性和高塑性的零件 如如 项目二 汽车常用工程材料任务二任务二 汽车常用金属材料汽车常用金属材料任务实施 连杆连杆