汽車機(jī)械基礎(chǔ)(教案)

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工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 冶金與工業(yè)設(shè)計(jì)系 任教班級(jí)2016秋汽車制造與檢修（中職）1-2班 任教科目 汽車機(jī)械基礎(chǔ) 教師姓名____杲金玉_ 2016——2017學(xué)年第一學(xué)期 教學(xué)設(shè)計(jì)方案（首頁(yè)） 課程名稱 汽車機(jī)械基礎(chǔ) 章、節(jié)名稱 教學(xué)項(xiàng)目一、靜力學(xué)基礎(chǔ) 教學(xué)任務(wù)一、靜力學(xué)的基本概念 授課教師 杲金玉 班級(jí) 授課日期 2016.8.23-26 課時(shí) 4 2課次 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)目標(biāo) 明確力、平衡、剛體和約束等重要概念；掌握靜力學(xué)四個(gè)公理及其推論所概括的力的基本性質(zhì) 能力目標(biāo)（專業(yè)能力） 了解各種常見典型約束的性質(zhì)，會(huì)正 確表示典型約束的約束反力 方法目標(biāo)（社會(huì)能力） 深入淺出的分析，講解新課 素質(zhì)目標(biāo) 學(xué)生能在老師的引導(dǎo)下，總結(jié)本節(jié)要點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn) 1、力、剛體、平衡的概念 2、四個(gè)基本公理 教學(xué)難點(diǎn) 約束類型及約束反力分析 教學(xué)準(zhǔn)備 本課教案及相關(guān)的實(shí)用教具 教學(xué)反思 教學(xué)設(shè)計(jì)方案（副頁(yè)）教學(xué)過(guò)程 時(shí)間分配 教學(xué)過(guò)程及內(nèi)容 教學(xué)方法 80 引入： 同學(xué)們今天我們將要介紹力的性質(zhì)、靜力學(xué)基本公理、力系的簡(jiǎn)化和平衡條件等靜力、具備對(duì)構(gòu)件進(jìn)行受力分析、畫受力圖及平衡計(jì)算等基本技能 一、力的基本性質(zhì)與概念 1、力的定義 力是物體間相互的機(jī)械作用。力作用的結(jié)果有兩個(gè): ①一是使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，即力的外效應(yīng)，也稱為運(yùn)動(dòng)效應(yīng)： ②二是使物體的形狀發(fā)生改變，即力的內(nèi)效應(yīng)，也稱為變形效應(yīng)。力是人類在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)、觀察中逐步建立起來(lái)的概念。 ③力作用的例子普遍存在于日常生活和生產(chǎn)勞動(dòng)當(dāng)中。當(dāng)人用手推、拉、投擲、舉起物體時(shí)，會(huì)使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變； 2、力有三要素 力的三要素是指：力的大小、方向和作用點(diǎn)。力對(duì)物體的效應(yīng)取決于力的三要素。只要力的三要素之一發(fā)生改變，則力對(duì)物體的效應(yīng)也就隨著改變。 3、剛體的概念 ①在實(shí)際工程中，如鋼、鑄鐵、混凝土、木材、陶瓷等常用的構(gòu)件材料均有足夠的抵抗變形的能力，這些構(gòu)件在受力后產(chǎn)生的變形是極其微小的。 ②構(gòu)件的這些微小變形對(duì)研究物體的平衡問(wèn)題來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)。如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的齒輪軸軸承，在其運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中齒輪軸的微小彎曲對(duì)兩端軸承受力的影響極小。 ③在研究齒輪軸的受力時(shí)忽略軸的變形因索，使問(wèn)題得以簡(jiǎn)化，從而將齒輪軸視做不變形的“剛體”。 4、平衡的概念 平衡是指物體在力系作用下相對(duì)于慣性參考系處于靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。力系是指作用于剛體上的一群力。作用于平衡物休土的力系，稱為平衡力系。 二、力的基本性質(zhì)（靜力學(xué)基本公理） 1、力的平衡公理 剛體受兩個(gè)力作用而平衡的必要和充分的條件是：這兩個(gè)力 的大小相等，方向相反，且作用于同一直線上，簡(jiǎn)稱“等值、反向、共線”。工程中將受兩個(gè)力作用而平衡的剛體稱為“二力構(gòu)件”或“二力體”。 2、加減平衡力系公理 在作用于剛體的任意力系中，加上或減去任何一個(gè)平衡力系，不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用效應(yīng)。 推論：力的可傳性原理。 3、作用力與反作用力公理 有作用力就必然有反作用力，何一方都不能獨(dú)立存在。作用力與 4、力的平行四邊形公理 作用于物體同一點(diǎn)的兩個(gè)力可以合成為一個(gè)合力，合力也作用于該點(diǎn)，其大小和方向由以這兩個(gè)力為鄰邊所構(gòu)成的平行四邊形的對(duì)角線所確定，即合力矢等于這兩個(gè)分力矢的矢量和。 5、三力平衡匯交定理 剛體受同一平而內(nèi)三個(gè)互不平行的力作用而平衡時(shí)，此三個(gè)力的作用線必匯交于一點(diǎn)。此推論可用力的可傳性原理、平行四邊形法則來(lái)證明。 三、約束與約束力 1、約束與約束力的定義 約束是指用以限制物體某一方向運(yùn)動(dòng)的裝置。工程中的機(jī)器或者結(jié)構(gòu)，總是由許多零部件組成的。這些零部件按照一定的形式相互連接，它們之間的運(yùn)動(dòng)必然互相限制。 2、約束力 約束力是指當(dāng)非自由體有沿約束所限制方向運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，約束與被約束體之間產(chǎn)生相互的作用力。在路上行駛的汽車受到地面的支持力就是約束力。 3、約束類型與約束力的確定 1）柔性約束：在實(shí)際工程中，常見的鋼絲繩、繩索、皮帶、鏈條等均屬柔體約束。 2）約束特點(diǎn)：柔體只能承受拉力，不能承受壓力。柔休對(duì)物體的約束只能限制物體沿著柔體的中心線離開柔體的運(yùn)動(dòng)，而不能限制其他方向的運(yùn)動(dòng)。 3）約束力的確定：柔體對(duì)物體的約束反力作用在接觸點(diǎn)上、方向沿著柔體中心線背離被約束物體的拉力。 4、光滑接觸約束 ① 光滑接觸約束的特點(diǎn)是光滑接觸面約束只能限制物體沿著接觸面的公法線指向支承面的運(yùn)動(dòng)。 ② 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中典型的光滑面約束有齒輪嚙合、光滑欽鏈約束等。用圓柱形銷釘將兩個(gè)開有銷釘孔的零件連接起來(lái)形成的一種可動(dòng)的連接。 5、工程上常見的光滑鉸鏈有如下幾種形式 （1）中間鉸鏈 中間鉸鏈的結(jié)構(gòu)是用銷釘穿過(guò)兩個(gè)可動(dòng)零件的圓柱孔，將它們連接起來(lái)，使兩個(gè)零件可繞銷釘軸線相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 （2）固定鉸鏈 固定鉸鏈支座是用銷釘把某構(gòu)件與固定機(jī)架或固定支承面連接，構(gòu)件只能繞銷釘軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，不能用做其他移動(dòng)，銷釘與構(gòu)件的接觸為光滑圓柱面。 6、受力分析與受力圖 在研究靜力平衡問(wèn)題時(shí)，首先要解決的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是：（1）研究對(duì)象的確定；（2）研究對(duì)象的受力分析。 講授 演示 教學(xué)設(shè)計(jì)方案（首頁(yè)） 課程名稱 汽車機(jī)械基礎(chǔ) 章、節(jié)名稱 教學(xué)任務(wù)二、平面匯交力系 授課教師 杲金玉 班級(jí) 授課日期 課時(shí) 1課次 2 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)目標(biāo) 理解力在直角坐標(biāo)軸上的投影和合力投影定理， 能力目標(biāo)（專業(yè)能力） 掌握平面匯交力系平衡方程 方法目標(biāo)（社會(huì)能力） 主要研究平面力系的簡(jiǎn)化和合成方法，平衡條件和平衡方程，應(yīng)用平衡方程求解物體 平衡問(wèn)題的方法步驟 素質(zhì)目標(biāo) 在學(xué)習(xí)過(guò)程中了解，平面匯交力系平衡方程 教學(xué)重點(diǎn) 平面匯交力系平衡方程 教學(xué)難點(diǎn) 合力投影定理 教學(xué)準(zhǔn)備 本課教案及相關(guān)教具 教學(xué)反思 教學(xué)設(shè)計(jì)方案（副頁(yè)）教學(xué)過(guò)程 時(shí)間分配 教學(xué)過(guò)程及內(nèi)容 教學(xué)方法 引言： 平面力系——各力作用線都在同一平面內(nèi)的力系。 空間力系——各力作用線不在同一平面內(nèi)的力系。 匯交力系——作用線交于一點(diǎn)的力系。 一、 力的分解 按照平行四邊形法則，兩個(gè)共作用點(diǎn)的力，可以合成為一個(gè)合力，解是唯一的；但反過(guò)來(lái)，要將一個(gè)已知力分解為兩個(gè)力，如無(wú)足夠的條件限制，其解將是不定的。 1、 力在坐標(biāo)軸上的投影 力的投影是代數(shù)量，取正值；反之，取負(fù)值。若已知力的大小和方向?yàn)榱υ谥苯亲鴺?biāo)軸上的投影，可以同時(shí)表明力沿直角坐標(biāo)軸分解時(shí)分力的大小和方向。 2、合力投影定理 若剛體在平面上的一點(diǎn)作用著兩個(gè)力合成的平行四邊形法則（三角形）依次類推，從而得出力系的合力等于各分力的矢量和。 合力投影定理——合力在某一軸上的投影等于各分力在同一軸上投影的代數(shù)和。 3、平面匯交力系的平衡條件 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來(lái)代替。 二、解靜力學(xué)平衡問(wèn)題的一般方法和步驟： 1.選擇研究對(duì)象 所選研究對(duì)象應(yīng)與已知力（或已求出的力）、未知力有直接關(guān)系，這樣才能應(yīng)用平衡條件由已知條件求未知力； 2.畫受力圖 根據(jù)研究對(duì)象所受外部載荷、約束及其性質(zhì)，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析并得出它的受力圖。 3.建立坐標(biāo)系 在建立坐標(biāo)系時(shí)，最好選取有一軸與一個(gè)未知力垂直。 4.列平衡方程解出未知量 根據(jù)平衡條件列平衡方程時(shí)，要注意各力投影的正負(fù)號(hào)。如果計(jì)算結(jié)果中出現(xiàn)負(fù)號(hào)時(shí)，說(shuō)明原假設(shè)方向與實(shí)際受力方向相反。 教學(xué)設(shè)計(jì)方案（首頁(yè)） 課程名稱 汽車機(jī)械基礎(chǔ) 章、節(jié)名稱 力矩和力偶 授課教師 杲金玉 班級(jí) 授課日期 2016.8.30 課時(shí) 1課次 2 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)目標(biāo) 1、了解力矩和力偶的概念；理解力的平移原理； 2、掌握力偶性質(zhì)。 能力目標(biāo)（專業(yè)能力） 掌握力偶性質(zhì)，培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。 方法目標(biāo)（社會(huì)能力） 1、了解力矩和力偶的概念。 2、掌握力偶性質(zhì)及力的平移原理、應(yīng)用。 素質(zhì)目標(biāo) 1、了解力矩和力偶的概念，掌握力偶性質(zhì)。 2、了解力的平移原理；并能解釋生活和工程實(shí)際問(wèn)題。 教學(xué)重點(diǎn) 1、力矩和力偶的概念，力偶性質(zhì)； 2、力的平移原理、應(yīng)用。 教學(xué)難點(diǎn) 力偶性質(zhì)、力的平移原理及應(yīng)用 教學(xué)準(zhǔn)備 本課教案及相關(guān)教具 教學(xué)反思 教學(xué)設(shè)計(jì)方案（副頁(yè)）教學(xué)過(guò)程 時(shí)間分配 教學(xué)過(guò)程及內(nèi)容 教學(xué)方法 80 力矩和力偶 一、力矩 1、力矩的概念 力的大小F與力臂d的乘積稱為力矩。 規(guī)定：力使物體繞矩心逆轉(zhuǎn)為正；順轉(zhuǎn)負(fù)。 要點(diǎn): 1）力過(guò)矩心，力矩為零。 2）力為零，力矩為零。 3）力沿力線在剛體內(nèi)移動(dòng)，力矩不變。 2、合力矩定理 平面匯交力系的合力對(duì)于平面內(nèi)任一點(diǎn)之矩等于所有各力對(duì)該點(diǎn)之矩的代數(shù)和。 討論： 根據(jù)合力矩定理推出：“力偶對(duì)任一點(diǎn)的矩等于零’,錯(cuò)在哪里？ 合力矩定理指出：“合力對(duì)點(diǎn)之矩等于各分力對(duì)同一點(diǎn)之矩的代數(shù)和”，因?yàn)椤傲ε紵o(wú)合力”，所以力偶對(duì)一點(diǎn)之矩必等于零。 二、力偶 1、力偶的概念 等值、反向的兩個(gè)平行力構(gòu)成力偶。 2、力偶三要素 力偶矩的大小、轉(zhuǎn)向、力偶作用面稱為力偶三要素。 說(shuō)明：力、力偶為靜力學(xué)兩個(gè)基本物理量。 3、力偶矩 規(guī)定：逆時(shí)針轉(zhuǎn)向的力偶矩為正，順轉(zhuǎn)為負(fù)。 4、力偶性質(zhì) ☉力偶無(wú)矩心 ☉力偶無(wú)合力 ☉等效力偶可以互換 三、力的平移 要點(diǎn)： 1）力的平移原理只適用于剛體。 2）力的平移是指力在同一剛體上平移，不能移到另一剛體上。 3）力的平移原理的逆定理亦成立。 講授 演示 教學(xué)設(shè)計(jì)方案（首頁(yè)） 課程名稱 汽車機(jī)械基礎(chǔ) 章、節(jié)名稱 摩擦力 授課教師 杲金玉 班級(jí) 汽車制造與檢修1601班 授課日期 2016.9.2 課時(shí) 1課次 2 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)目標(biāo) 1、知道滑動(dòng)摩擦、滑動(dòng)摩擦力的概念，認(rèn)識(shí)滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生的條件 2、明確滑動(dòng)摩擦力的方向，知道滑動(dòng)摩擦力大小與相互接觸的物體的材料、正壓力和接觸面的粗糙程度的關(guān)系。 能力目標(biāo)（專業(yè)能力） 能運(yùn)用動(dòng)摩擦因數(shù)計(jì)算摩擦力大小。 認(rèn)識(shí)靜摩擦的規(guī)律，能夠用二力的平衡知識(shí)得出靜摩擦力的大小。 方法目標(biāo)（社會(huì)能力） 聯(lián)系生產(chǎn)、生活和實(shí)際討論和認(rèn)識(shí)各種摩擦力的利弊，加深對(duì)靜摩擦力的認(rèn)識(shí)；通過(guò)對(duì)生活中摩擦力的了解用自身的語(yǔ)言表達(dá)深化對(duì)摩擦力的認(rèn)識(shí)，達(dá)到鞏固提高的目的。 素質(zhì)目標(biāo) 在理解摩擦力的利與弊的過(guò)程中，領(lǐng)略自然界的和諧與奇妙，使學(xué)生的價(jià)值觀得到提升； 教學(xué)重點(diǎn) 1、滑動(dòng)摩擦力的大小、方向和作用點(diǎn)； 2、滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生的條件及規(guī)律，并會(huì)用f ＝μFN解決具體問(wèn)題； 3、靜摩擦力產(chǎn)生的條件及規(guī)律，正確理解最大靜摩擦力的概念。 教學(xué)難點(diǎn) 1、滑動(dòng)摩擦力方向的判定 2、靜摩擦力有無(wú)、大小和方向的判定。 教學(xué)準(zhǔn)備 本課教案及相關(guān)教具 教學(xué)反思 教學(xué)任務(wù)一、機(jī)構(gòu)常識(shí) 一、機(jī)器的組成 機(jī)器是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)、用來(lái)變換或傳遞能量、物料、信息的裝置。 1、人是不是機(jī)器 機(jī)器的定義是:“機(jī)器是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)、用來(lái)變換或傳遞能量、物料、信息的裝置。”而人也可執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)變換或傳遞能量、物料和信息。 2、一般機(jī)器包含四個(gè)基本組成部分 動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分、控制部分、執(zhí)行部分。 1）工業(yè)機(jī)器人鉸接臂機(jī)械手,2.計(jì)算機(jī)控制器, 3.液壓裝置,4.電力裝置。 二、機(jī)器與機(jī)構(gòu)以及零件、構(gòu)件及部件 1．機(jī)構(gòu) 用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和力的、有一個(gè)構(gòu)件為機(jī)架的、用構(gòu)件間能夠相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接方式組成的構(gòu)件系統(tǒng)稱為機(jī)構(gòu)。 1）機(jī)構(gòu)分類 （1）平面機(jī)構(gòu)： （2）)空間機(jī)構(gòu)：不滿足平面機(jī)構(gòu)條件的機(jī)構(gòu)。 2）機(jī)構(gòu)實(shí)例 削鉛筆器、照相機(jī)快門、折疊椅、可調(diào)臺(tái)燈、電風(fēng)扇、雨傘骨架、食物攪拌器、汽車變速器等。 2、機(jī)器 具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)、可進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換或做機(jī)械功的一種實(shí)體組合，如汽車、起重機(jī)、機(jī)床等。 3、機(jī)構(gòu)和機(jī)器的區(qū)別 （1）機(jī)器是由各種機(jī)構(gòu)組成：只含有一個(gè)最簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)。如電動(dòng)機(jī)，只含有一個(gè)定子和轉(zhuǎn)子組成的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。 （2）機(jī)構(gòu)只是一個(gè)構(gòu)件系統(tǒng)：而機(jī)器除構(gòu)件系統(tǒng)之外還包含電氣、液壓等其他裝置,具有變換或傳遞能量、物料、信息的功能。 4、機(jī)械 機(jī)器與機(jī)構(gòu)的總稱 5．零件 組成機(jī)械的各個(gè)制造單元，如螺釘、螺母、軸等。 6．構(gòu)件 組成機(jī)械的各個(gè)運(yùn)動(dòng)單元（可以是單獨(dú)加工的單元體，如車床的主軸；也可是多個(gè)零件的組合體，如連桿）。 7．運(yùn)動(dòng)副 兩個(gè)零件或構(gòu)件間既相接觸又有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一種聯(lián)接形式，如車輪與鋼軌、一對(duì)輪齒以及軸與軸承之間的聯(lián)接。 （1）平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副 1）低副：兩構(gòu)件間呈面接觸的運(yùn)動(dòng)副，可分為回轉(zhuǎn)副和移動(dòng)副。 ① 回轉(zhuǎn)副：組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件只能在一個(gè)平面內(nèi)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 ② 移動(dòng)副：組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件只能沿某一軸線相對(duì)移動(dòng)。 2）高副：兩構(gòu)件間呈點(diǎn)、線接觸的運(yùn)動(dòng)副。 教學(xué)任務(wù)二、汽車常見四桿機(jī)構(gòu) 一、曲柄連桿機(jī)構(gòu) 1）連桿機(jī)構(gòu)——用低副聯(lián)接構(gòu)件組成的機(jī)構(gòu)，又稱低副機(jī)構(gòu)。 2）連桿機(jī)構(gòu)用于：轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)、移動(dòng)等運(yùn)動(dòng)形式之間的轉(zhuǎn)換。 3）連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用廣泛,而且是組成多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。 1、曲柄機(jī)構(gòu) 1）平面連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：是由若干個(gè)構(gòu)件用低副聯(lián)接并作平面運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。 2）平面連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)副為低副，壓強(qiáng)小、磨損輕、壽命較長(zhǎng)。 2、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副都是轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。 ① 曲柄:能做整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿。 ② 搖桿：僅能在某一角度擺動(dòng)的連架桿。 按照連架桿是曲柄還是搖桿，將鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)分為三種基本型式：① 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)； ②雙曲柄機(jī)構(gòu)；③ 雙搖桿機(jī)構(gòu)。 1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu):鉸鏈四桿機(jī)構(gòu):兩個(gè)連架桿，一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿。 ① 功能：將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為擺動(dòng)，或?qū)[動(dòng)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動(dòng)。 ② 調(diào)整雷達(dá)天線俯仰角的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。 ③ 縫紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)。曲柄為從動(dòng)件，帶動(dòng)主皮帶輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 2）雙曲柄機(jī)構(gòu)：兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。 3）雙搖桿機(jī)構(gòu)）兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。 功能:將一種擺動(dòng)轉(zhuǎn)換成另一種擺動(dòng)。 起重機(jī)機(jī)構(gòu) 4）轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：兩搖桿長(zhǎng)度相等的雙搖桿機(jī)構(gòu)，稱為等腰梯形機(jī)構(gòu)。 3、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的必要條件 1）最短桿和最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和。 2）滿足這個(gè)條件的機(jī)構(gòu)究竟有一個(gè)曲柄、兩個(gè)曲柄或沒(méi)有曲柄，還需根據(jù)取何桿為機(jī)架來(lái)判斷。 3）當(dāng)最短桿和最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和大于其余兩桿長(zhǎng)度之和時(shí)，則不論取哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，都無(wú)曲柄存在，為雙搖桿機(jī)構(gòu)。偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，滑塊運(yùn)動(dòng)線與曲柄回轉(zhuǎn)中心不共線； ① 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，滑塊運(yùn)動(dòng)線與曲柄回轉(zhuǎn)中心共線； ② 曲柄等速回轉(zhuǎn)，滑塊具有急 回特性。 ③ 活塞式內(nèi)燃機(jī)，空氣壓縮機(jī)，沖床等。 4）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用：自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)。① 若取曲柄為機(jī)架，則為演變?yōu)閷?dǎo)桿機(jī)構(gòu)；② 若取其他機(jī)架支點(diǎn)，則為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)；③ 如：牛頭刨床的擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。 5）搖塊機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于擺動(dòng)式內(nèi)燃機(jī)和液壓驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)。自卸卡車翻斗機(jī)構(gòu)。在該機(jī)構(gòu)中，因?yàn)橐簤河透着c主軸繞鉸鏈擺動(dòng)，故稱為搖塊。 4、四桿機(jī)構(gòu)的特性 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的主要特性有：① 急回特性；② 壓力與傳動(dòng)角；③ 死點(diǎn)。 1） 牛頭刨床、往復(fù)式運(yùn)輸機(jī)等機(jī)械就利用這種急回特性作用：來(lái)縮短非生產(chǎn)時(shí)間。 2） 曲柄與機(jī)架共線的兩位置出現(xiàn)最小傳動(dòng)角。 3）死點(diǎn)的缺陷：死點(diǎn)會(huì)使機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件出現(xiàn)卡死或運(yùn)動(dòng)不確定的現(xiàn)象。可以利用回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的慣性或添加輔助機(jī)構(gòu)來(lái)克服。如家用縫紉機(jī)中的腳踏機(jī)構(gòu)。 教學(xué)任務(wù)三、 凸輪機(jī)構(gòu) 1、作用 按照發(fā)動(dòng)機(jī)做功的順序，定時(shí)開啟進(jìn)排氣門。 2、組成 氣門組：氣門、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、氣門彈簧座、氣門鎖片、氣門油封。 氣門傳動(dòng)組：凸輪軸、凸輪軸正時(shí)齒輪、液力挺柱、搖臂、搖臂軸等。 3、凸輪機(jī)構(gòu)的分類 1）凸輪軸位置分類：① 凸輪軸上置；② 凸輪軸中置；③ 凸輪軸下置。 2）傳動(dòng)方式分類：① 齒輪傳動(dòng)；② 鏈傳動(dòng)；③ 皮帶傳動(dòng)。 3）按氣門數(shù)分類：①兩氣門（1進(jìn)1排）；②四氣門（2進(jìn)2排）；③五氣門（3進(jìn)2排）。 4、配氣相位 配氣相位：用曲軸來(lái)表示進(jìn)排氣門早開、遲閉的持續(xù)時(shí)間。 1）進(jìn)氣門的配氣相位： 2）排氣門的配氣相位： 3)氣門重疊角:由于進(jìn)氣門的早開、排氣門的遲閉使進(jìn)排氣門有同時(shí)開啟的情況，進(jìn)排氣門同時(shí)開啟所對(duì)應(yīng)的角稱氣門重疊角。 4)氣門組：氣門、氣門彈簧、氣門導(dǎo)管、氣門座圈、鎖片、氣門油封、氣門彈簧座。 5）氣門傳動(dòng)組：凸輪軸、凸輪軸正時(shí)帶輪、搖臂、液力挺柱、搖臂軸。 6）液力挺柱：為什么要裝液力挺柱？ ① 為了補(bǔ)償氣門間隙。 ② 為了補(bǔ)償氣門受熱膨脹的量而留有氣門間隙。裝有液力挺柱就不用預(yù)留氣門間隙。 7）氣門間隙過(guò)大或過(guò)小的危害？ ① 氣門間隙過(guò)大，使氣門有效升程減少，氣門進(jìn)氣量少。 ② 氣門間隙過(guò)小，容易使氣門關(guān)閉不嚴(yán)。 5、凸輪軸驅(qū)動(dòng)氣門的方式 1）凸輪軸驅(qū)動(dòng)搖臂，搖臂驅(qū)動(dòng)氣門。 2）凸輪軸通過(guò)液力挺柱驅(qū)動(dòng)氣門。 3）凸輪軸推動(dòng)挺柱，挺柱推動(dòng)推稈，推稈推動(dòng)搖臂，搖臂推動(dòng)氣門。 6、氣門正時(shí) 為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，氣門凸輪軸必須與曲軸之間有相應(yīng)關(guān)系，即配氣有正時(shí)。 教學(xué)任務(wù)四、 汽車輪系概述 1）汽車變速器的功用是什么,如何實(shí)現(xiàn)變速的？ 2）輪系在傳動(dòng)中起何作用？ 1、輪系定義 輪系——由一系列相互嚙合的齒輪（蝸桿、蝸輪）組成的傳動(dòng)系統(tǒng)。 2、輪系類型 1）根據(jù)輪系中各齒輪的軸線位置關(guān)系分為：① 平面輪系；② 空間輪系。 2）根據(jù)輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)齒輪的軸線位置相對(duì)于機(jī)架是否固定，又將輪系分：①定軸輪系；② 周轉(zhuǎn)輪系；③ 混合輪系。 A、定軸輪系——所有齒輪幾何軸線的位置都是固定的輪系，稱為定軸輪系。如：減速器中的輪系。 B、周轉(zhuǎn)輪系——至少有一個(gè)齒輪除繞自身軸線自轉(zhuǎn)外，其軸線又繞另一個(gè)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的輪系稱為行星齒輪系。 ① 周轉(zhuǎn)輪系的組成 ：① 太陽(yáng)輪；② 行星輪；③ 行星架或系桿。 ② 一個(gè)基本周轉(zhuǎn)輪系中，行星輪可有多個(gè)，太陽(yáng)輪的數(shù)量不多于兩個(gè)，行星架只能有一個(gè)。 ③ 行星架與兩中心輪的幾何軸線必須重合，否則無(wú)法運(yùn)動(dòng)。 C、差動(dòng)輪系：齒輪均繞固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)有二個(gè)自由度，工作時(shí)需要二個(gè)原動(dòng)件。 D、混合輪系：既含有定軸輪系又含有周轉(zhuǎn)輪系，或包含有幾個(gè)基本周轉(zhuǎn)輪系的復(fù)雜輪系。 3、輪系的功用 1）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳動(dòng) 2）實(shí)現(xiàn)換向傳動(dòng)：在主動(dòng)軸轉(zhuǎn)向不變的情況下，利用惰輪可以改變從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向。例：車床走刀絲杠的三星輪換向機(jī)構(gòu)： 3）實(shí)現(xiàn)變速傳動(dòng) 5）實(shí)現(xiàn)分路傳動(dòng)：滾齒機(jī)輪系。 6）實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)合成與分解：例：汽車后橋差速器。 二、齒輪的基本常識(shí) 1、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分類 2、齒廓嚙合基本定律 1）齒kuo廓嚙合基本定律：要使一對(duì)齒輪的傳動(dòng)比為常數(shù)，那么其齒廓的形狀必須是：不論兩齒廓在哪一點(diǎn)嚙合，過(guò)嚙合點(diǎn)所作的齒廓公法線都與連心線交與一定點(diǎn)P——齒廓嚙合基本定律（輪齒齒廓正確嚙合的條件 ） 2）共軛e齒廓，共軛曲線：凡滿足齒廓嚙合基本定律的一對(duì)齒輪的齒廓稱共軛齒廓，共軛齒廓的齒廓曲線稱為共軛曲線 3）齒廓曲線的選擇：① 滿足定傳動(dòng)比的要求；②考慮設(shè)計(jì)、制造等方面。 通常采用漸開線、擺線、變態(tài)擺線 三 、齒輪傳動(dòng)的受力分析 1、嚙合過(guò)程 2、復(fù)合輪系傳動(dòng)比的計(jì)算 在計(jì)算混合輪系傳動(dòng)比時(shí)，既不能將整個(gè)輪系作為定軸輪系來(lái)處理，也不能對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)采用轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的辦法。 計(jì)算混合輪系傳動(dòng)比的正確方法是： ① 首先將各個(gè)基本輪系正確地區(qū)分開來(lái)。 ② 分別列出計(jì)算各基本輪系傳動(dòng)比的方程式。 ③ 找出各基本輪系之間的聯(lián)系。 ④ 將各基本輪系傳動(dòng)比方程式聯(lián)立求解，即可求得混合輪系的傳動(dòng)比。 3、輪系的應(yīng)用 ① 實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比傳動(dòng)。 ②實(shí)現(xiàn)變速、換向傳動(dòng)。 ③實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的大功率傳動(dòng)。 在周轉(zhuǎn)輪系中，多采用多個(gè)行星輪的結(jié)構(gòu)形式，各行星輪均勻地分布在中心輪四周。 教學(xué)任務(wù)五、 回轉(zhuǎn)體的平衡 1、機(jī)械的平衡問(wèn)題 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件將產(chǎn)生大小及方向均發(fā)生周期性變化的慣性力，這將在運(yùn)動(dòng)副中引起附加動(dòng)壓力，增加摩擦力而影響構(gòu)件的強(qiáng)度。 2、機(jī)械的調(diào)速問(wèn)題 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于機(jī)械動(dòng)能的變化會(huì)引起機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的波動(dòng)，這也將在運(yùn)動(dòng)副中產(chǎn)生附加動(dòng)壓力，使機(jī)械的工作效率降低，嚴(yán)重影響機(jī)械的壽命和精度。 一、回轉(zhuǎn)件的靜平衡 1、回轉(zhuǎn)件的靜平衡計(jì)算 對(duì)于軸向?qū)挾刃?，軸向長(zhǎng)度與外徑的回轉(zhuǎn)件，例如砂輪、飛輪、盤形凸輪等，可以將偏心質(zhì)量看作分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，當(dāng)回轉(zhuǎn)件以角速度回轉(zhuǎn)時(shí)，各質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力構(gòu)成一個(gè)平面匯交力系，如該力系的合力不等于零，則該回轉(zhuǎn)件不平衡。 2、回轉(zhuǎn)件的靜平衡試驗(yàn) 1）靜平衡試驗(yàn)的目的 經(jīng)過(guò)平衡計(jì)算后加上平衡質(zhì)量的回轉(zhuǎn)件理論上已完全平衡，但由于制造和裝配的誤差及材質(zhì)不均等原因，實(shí)際上達(dá)不到預(yù)期的平衡。 2）靜平衡試驗(yàn)的原理 將需要平衡的回轉(zhuǎn)件放置在兩相互平行的刀口形導(dǎo)軌上，若回轉(zhuǎn)件的質(zhì)心不在回轉(zhuǎn)軸線上，則回轉(zhuǎn)件將在重力矩的作用下發(fā)生滾動(dòng)，當(dāng)停止?jié)L動(dòng)時(shí)質(zhì)心必在正下方。 二、回轉(zhuǎn)件的動(dòng)平衡 1、回轉(zhuǎn)件的動(dòng)平衡計(jì)算 1）進(jìn)行動(dòng)平衡計(jì)算的原因?qū)τ谳S向?qū)挾却蟮幕剞D(zhuǎn)件，如機(jī)床主軸、電機(jī)轉(zhuǎn)子等，其質(zhì)量不是分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，但可以看作分布在垂直于軸線的許多相互平行的回轉(zhuǎn)面內(nèi)，這類回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力構(gòu)成空間力系。 2）任何一個(gè)回轉(zhuǎn)體不管它得不平衡質(zhì)量實(shí)際分布情況如何，都可以向兩個(gè)任意選定的平衡平面內(nèi)分解，在這兩個(gè)平面內(nèi)各加上一個(gè)平衡質(zhì)量就可以使該回轉(zhuǎn)體達(dá)到平衡。 2、回轉(zhuǎn)件的動(dòng)平衡試驗(yàn) 對(duì)于回轉(zhuǎn)件應(yīng)作動(dòng)平衡試驗(yàn)。 ① 利用專門的動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)可以確定不平衡質(zhì)量、向徑確切的大小和位置，從而在兩個(gè)確定的平面上加上（或減去）平衡質(zhì)量，這就是動(dòng)平衡試驗(yàn)。 ② 動(dòng)平衡機(jī)種類很多，除了機(jī)械式、電子式的動(dòng)平衡機(jī)外，還有激光動(dòng)平衡機(jī)、帶真空筒的大型高速動(dòng)平衡機(jī)和整機(jī)平衡用的測(cè)振動(dòng)平衡儀等。 ③ 關(guān)于這些動(dòng)平衡機(jī)的詳細(xì)情況，可參考有關(guān)產(chǎn)品的樣本和試驗(yàn)指導(dǎo)書。 1）機(jī)器速度波動(dòng)的原因：機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其驅(qū)動(dòng)功與總消耗功并不是在每一瞬時(shí)都相等的。 2）運(yùn)動(dòng)周期：大多數(shù)機(jī)器在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段的速度并不是恒定的。機(jī)器主軸的速度從某一值開始又回復(fù)到這一值的變化過(guò)程，稱為一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)，其所對(duì)應(yīng)的時(shí)間稱為運(yùn)動(dòng)周期。 車輪與輪胎 1、車 輪 車輪是外部裝輪胎,中心裝車軸,并承受負(fù)荷的旋轉(zhuǎn)部件，它是由輪轂、輪輞和輪輻組成。按照輪輻的構(gòu)造，車輪可分為輻板式和輻條式。 ① 輻板式車輪；② 輻條式車輪。 2、輪輞 1）國(guó)產(chǎn)輪輞的規(guī)格：按國(guó)標(biāo)（GB2933-2009）用輪輞名義寬度（英寸），輪緣高度代號(hào)（表10-1），輪輞結(jié)構(gòu)形式代號(hào)（“”，一件式，深式或“－”多件式，平式），輪輞名義直徑（英寸）和輪輞輪廓類型）來(lái)表示。 2）常用輪輞的形式：最常見的是深槽輪輞和平底輪輞。 ① 深槽輪輞 [無(wú)內(nèi)胎輪胎（真空胎）用]。 ② 平底輪輞 [普通有內(nèi)胎輪胎用]。 3、輪 胎 （一）分類 按是否有內(nèi)胎可分為：① 有內(nèi)胎輪胎；② 無(wú)內(nèi)胎輪胎；③ 按胎體簾布層的結(jié)構(gòu)不同，還可分為；④ 普通斜交胎（輪胎中心線與簾線排列呈35）；⑤ 子午線輪胎（輪胎中心線與簾線排列呈90）；⑥ 按輪胎內(nèi)部充氣壓力大小分，可分為；⑦ 高壓胎（0.5~0.7 MPa）；⑧ 低壓胎（0.15~0.45 Mpa）；⑨ 超低壓胎（0.15 Mpa以下）；⑩ 汽車上幾乎全部使用低壓胎或超低壓胎。（彈性好、斷面寬、接地面積大、壁薄散熱好、平順性、穩(wěn)定性好） （二）輪胎的功用與組成 1）功用： ① 支撐汽車車身及貨物的總質(zhì)量； ② 保證車輪和路面的附著性； ③ 與汽車懸架一同減少汽車行駛中所受到的沖擊，并能衰減由此而產(chǎn)生的振動(dòng)； ④ 以保證汽車有良好的乘坐舒適性和平穩(wěn)性。 2）組成：普通輪胎由外胎，內(nèi)胎與墊帶組成。 深式輪輞上使用的內(nèi)胎輪胎沒(méi)有墊帶，而無(wú)內(nèi)胎輪胎即無(wú)內(nèi)胎，又無(wú)墊帶。 3）外胎結(jié)構(gòu)：胎面：橡膠。組成：緩沖層：橡膠+簾線，使胎面與簾布層結(jié)合牢固。簾布層：簾布。結(jié)構(gòu)不同（普、子）。材料不同，則層數(shù)也不同。胎圈：鋼絲圈。 4）花紋：普通花紋。縱向花紋：多用于轎車。橫向花紋：多用于貨車。越野花紋：多用于越野車?；旌匣y： （三）輪胎的種類 1）斜交胎：胎體簾布層中簾線與胎面中心線約成小于90度角排列。 2）子午線輪胎：輪胎的簾線與胎面中心夾角接近90度角,并從一側(cè)胎邊穿過(guò)胎面到另一側(cè)胎邊,簾線分布像地球子午線,故得名。 3）無(wú)內(nèi)胎輪胎。 4）應(yīng)急輪胎：又稱備胎，目前轎車裝備的T型備胎尺寸比正規(guī)輪胎小，最好不要裝在驅(qū)動(dòng)輪。 5）平衡 1）保持輪胎氣壓正常。 2）防止輪胎超載：裝載、轉(zhuǎn)彎、制動(dòng)、行駛注意事項(xiàng)。 ①按規(guī)定裝載；②貨物要安放均勻，并扎牢；③汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)要減速；④選擇好輪面行駛，遇有凹凸不平的道路不要硬沖，應(yīng)避障行駛；⑤盡量不要使用緊急制動(dòng)。 6）合理搭配輪胎：胎輞要相配，雙胎并裝（氣門嘴相隔180，制動(dòng)間隙檢視孔與氣門相隔90 ，窗口對(duì)齊，直徑大的在外）。 ① 新胎使用原則：整車換胎，成雙換胎，季節(jié)換胎，先前后驅(qū)，先主后掛。 ② 季節(jié)換胎--------是指進(jìn)入冬季時(shí)可將翻新胎用于后驅(qū)動(dòng)輪上。同一車軸要求輪胎的尺寸、結(jié)構(gòu)、層級(jí)、花紋要相同。 ③ 精心駕駛車輛：起步、車速、路面、制動(dòng)、轉(zhuǎn)彎、特殊條件 ④ 保持良好的底盤技術(shù)狀況：行駛系、轉(zhuǎn)向系、制動(dòng)系。 7）輪胎的維護(hù)與換位：① 輪胎的日常維護(hù)：由駕駛員負(fù)責(zé)，氣壓，雜物，螺栓；② 輪胎的一級(jí)維護(hù)：由維修工負(fù)責(zé)，氣壓，雜物，螺栓，花紋；③ 輪胎的二級(jí)維護(hù)：由維修工負(fù)責(zé)，解體檢查，氣壓，雜物，螺栓，花紋，換位；④ 輪胎維護(hù)操作要點(diǎn)： 輪胎換位：目的：是全車輪胎合理負(fù)荷和均勻磨損，避免偏重與偏磨現(xiàn)象。 主要有循環(huán)換位法與交叉換位法。 8） 輪胎的檢修：① 檢查胎面花紋深度，載重汽車剩余花紋2~3mm時(shí)，應(yīng)進(jìn)行翻新；② 車輪與輪胎的平衡。 A、靜平衡：靜不平衡的車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)造成跳動(dòng)。 B、動(dòng)平衡動(dòng)不平衡的車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)引起擺動(dòng)和磨損。 C、常用設(shè)備：輪胎平衡機(jī)。 9）輪胎花紋的異常磨損：前輪輪胎偏磨。① 故障現(xiàn)象：輪胎的胎間磨損、胎冠磨損、輪胎一側(cè)磨損和羽片狀磨損；② 排除方法：正確調(diào)整車輪定位角，恰當(dāng)選擇前束。用子午線輪胎的汽車，前束應(yīng)比斜交胎的小。 10）輪胎胎冠磨損。① 故障現(xiàn)象：常出現(xiàn)在長(zhǎng)距離高速行駛的驅(qū)動(dòng)軸上；②排除方法：使驅(qū)動(dòng)車輪適時(shí)地與非驅(qū)動(dòng)車輪進(jìn)行換位。 11）輪胎吃角磨損。① 故障現(xiàn)象：通常與輪胎周向成45度角也稱為對(duì)角線磨損，大多數(shù)情況下僅有一處對(duì)角線磨損，但也可能沿圓周形成多處對(duì)角線磨損。② 排除方法：適當(dāng)降低輪胎氣壓，可減小此種磨損，兩后輪的車輪定位角應(yīng)保持一致，如發(fā)生此種磨損，應(yīng)將輪胎換位至驅(qū)動(dòng)輪上。 12）輪胎鋸齒形磨損。① 故障現(xiàn)象：花紋塊形成階梯型磨損。② 排除方法：對(duì)于單一運(yùn)轉(zhuǎn)方向輪胎，改變輪胎旋轉(zhuǎn)方向。嚴(yán)重的必須兩輪交叉換位。 汽車材料 一、汽車材料概述 汽車是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。通常，一輛汽車由約3萬(wàn)個(gè)零部件組裝而成。 1）汽車零件按用途來(lái)分類: ① 通用零件：在各種機(jī)器中經(jīng)常使用的零件。如：螺栓、螺母；② 專用零件：僅在特定類型機(jī)器中使用的零件，如：活塞，曲軸。 2）材料是汽車工業(yè)的基礎(chǔ)：汽車上每個(gè)零部件的生產(chǎn)制造都涉及到材料問(wèn)題。 3）據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車上的零部件采用了4千余種不同的材料加工制造。從汽車的設(shè)計(jì)、選材、加工制造，到汽車的使用、維修和養(yǎng)護(hù)無(wú)一不涉及到材料。 4）現(xiàn)代汽車要滿足: 安全、舒適、自重輕、污染排放低、能耗小、價(jià)格低等要求.材料是首要考慮方面。 二、汽車應(yīng)用材料的組成 1）汽車工程材料: (包括分類,性能,牌號(hào),熱處理工藝及應(yīng)用) 2）汽車運(yùn)行材料： 例1 典型零部件材料應(yīng)用：如發(fā)動(dòng)機(jī)連桿、連桿瓦、小軸銅套、連桿螺栓等。 例2 金屬材料在汽車零部件中的應(yīng)用：車架、車身骨架、整體車身等。 例3 非金屬材料在汽車零部件中的應(yīng)用：塑料、泡沫材料、膠木、玻璃、橡膠、皮革、高分子材料等。 1、汽車材料的應(yīng)用 以現(xiàn)代轎車用材為例，按照重量來(lái)?yè)Q算：① 鋼材占汽車自重的55%-60%；② 鑄鐵占5%-12%；③ 有色金屬占6% ~10%；④ 塑料占8% ~12%，橡膠占4%，玻璃占3%；⑤ 其他材料（油漆、各種液體等）占6% ~ 12%。 三、汽車材料的展望 1）汽車工業(yè)發(fā)展的方向:汽車輕量化和減少污染 2）汽車材料總的發(fā)展趨勢(shì)是：結(jié)構(gòu)材料中鋼鐵材料所占比例將逐步下降，有色金屬、陶瓷材料、復(fù)合材料、高分子材料等新型材料的用量有所上升。 3）幾種新興材料簡(jiǎn)介：① 鎂合金：密度低、比強(qiáng)度和比剛度較高。鎂、鋁合金和復(fù)合材料 —— 汽車輕量化的材料 —— 減少油耗；② 形狀記憶合金：應(yīng)用:豐田汽車的散熱器護(hù)攔活門，日產(chǎn)汽車?yán)鋮s風(fēng)扇離合器。 4）復(fù)合材料：玻璃纖維增強(qiáng)塑料（玻璃鋼）—— 強(qiáng)度高、耐腐蝕。 5）納米材料：顆粒直徑 0.l～100 納米（原子、分子尺度），具有卓越的性能和特殊功能，如：① 納米級(jí)銅不導(dǎo)電；② 納米冰柜可抑制細(xì)菌生長(zhǎng)。 6）其他材料：① 超導(dǎo)材料；② 貯氫材料；③ 分離膜材料。④ 性能與應(yīng)用： a 超微外觀； b大體結(jié)構(gòu)； c納米人工骨；⑤ 例如：一張納米光盤將可記錄1000部電影。 材料的性能 材料的性能包括使用性能和工藝性能。 1）使用性能：是指零部件在正常使用條件下材料所表現(xiàn)出來(lái)的性能。主要包括力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能。 2）工藝性能：是指材料在被制成各種零部件的過(guò)程中適應(yīng)加工的性能。 3）對(duì)于金屬材料來(lái)講，工藝性能主要包括了鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理工藝性能。 1、材料的力學(xué)性能 1）材料的力學(xué)性能：是指材料在外加荷載作用下所表現(xiàn)出來(lái)的性能。包括強(qiáng)度、塑性、硬度、韌度、疲勞強(qiáng)度及斷裂韌度等。 2）力學(xué)性能指標(biāo)：用來(lái)表征材料力學(xué)性能的各種臨界值或規(guī)定值.可通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定. 3）根據(jù)外加荷載的性質(zhì)，荷載分為：① 靜荷載；② 沖擊荷載；③ 交變荷載。 4）金屬材料 （受載）-變形,分：① 彈性變形：荷載卸除后恢復(fù)原狀；② 塑性變形：荷載卸除后不能恢復(fù),也叫永久變形。 2、材料的拉壓試驗(yàn) 拉壓實(shí)驗(yàn)—拉壓圖—應(yīng)力應(yīng)變圖—力學(xué)性能（指標(biāo)）。 1）彈性：材料保持彈性變形的能力.（彈性模量，彈性極限）。 2）強(qiáng)度：指材料抵抗破壞（塑性變形或斷裂）的能力。 3）塑性：指材料在斷裂前產(chǎn)生永久變形而不被破壞的能力。 4）塑性材料：斷裂前有明顯的塑性變形，稱為塑性斷裂,塑性斷裂的斷口呈“杯錐”狀。如低碳鋼。 5）脆性材料：在斷裂前未發(fā)生明顯的塑性變形，為脆性斷裂，斷口是平整的。如鑄鐵、玻璃等。 6）拉伸試驗(yàn):根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《金屬材料拉伸試驗(yàn)》（GB228-2008）規(guī)定，將材料制成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，在試驗(yàn)機(jī)上加載拉伸至斷裂。不同類型的材料，反映出其所具有不同的抗拉性能特點(diǎn)。 3、材料的性能指標(biāo) 1）彈性模量：表征了材料抵抗彈性變形的能力，也稱之為剛度。彈性變形階段的應(yīng)力，為相應(yīng)的應(yīng)變，為拉伸曲線的斜率。 2)彈性極限：指材料在彈性變形階段所能承受的最大應(yīng)力。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中試樣不產(chǎn)生塑性變形時(shí)的最大荷載，是試樣的原始橫截面積，表示材料保持彈性變形的最大應(yīng)力。 4、材料的強(qiáng)度指標(biāo) 1）屈服點(diǎn)：表示材料產(chǎn)生屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。屈服點(diǎn)也稱為屈服強(qiáng)度。 試樣發(fā)生屈服變形時(shí)的荷載，為試樣原始橫截面積（mm2）。 2）抗拉強(qiáng)度：指試樣在拉伸過(guò)程中所能承受的最大應(yīng)力值。 試樣斷裂前所承受的最大荷載，是試樣的原始橫截面積(㎜2)。 3）抗拉強(qiáng)度：它是設(shè)計(jì)和選材的主要依據(jù)之一，是工程技術(shù)上的主要強(qiáng)度指標(biāo)。 4）屈強(qiáng)比：是一個(gè)有意義的指標(biāo)。其比值越大，越能發(fā)揮材料的潛力。但是為了使用安全，該比值亦不宜過(guò)大，適當(dāng)?shù)谋戎狄话阍?.65～0.75之間。 5）比強(qiáng)度：它表征了材料強(qiáng)度與密度之間的關(guān)系。在考慮汽車輕量化的問(wèn)題時(shí)，常常用到這個(gè)指標(biāo)。 5、材料的塑性指標(biāo) 1）伸長(zhǎng)率：是指試樣拉斷后，標(biāo)距伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距的百分比。試樣斷裂后的標(biāo)距（㎜），試樣的原始標(biāo)距（㎜），即：同一材料的伸長(zhǎng)率與試樣尺寸有關(guān)。 2）斷面收縮率： 是指試樣拉斷后橫截面積的縮減量與原始橫截面積之比。 試樣斷裂處的最小橫斷面積（㎜2），即：試樣的原始橫截面積(㎜2)。 6、硬度 材料抵抗其他硬物壓入其表面的能力。衡量材料軟硬程度 1）最常用的硬度試驗(yàn)為：① 布氏硬度（HB）；② 洛氏硬度(HR)。 A、布氏硬度 測(cè)試原理：用一定大小的荷載P，把直徑為D的硬質(zhì)合金球壓入被測(cè)試樣表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸除荷載，移去壓頭，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)出壓痕平均直徑d。用荷載F除以壓痕的表面積所得的商，即為被測(cè)材料的布氏硬度值。 1）用硬質(zhì)合金球作為壓頭所測(cè)得的布氏硬度用符號(hào) HBW表示，適用于測(cè)量硬度不超過(guò)650＃的鋼質(zhì)材料。 2）布氏硬度的表示方法規(guī)定為：符號(hào)HBS和HBW前面的數(shù)值為硬度值，符號(hào)后面按以下順序表示試驗(yàn)條件：壓頭球體直徑（㎜）、試驗(yàn)荷載（mpa）“公斤壓力”、試驗(yàn)荷載保持時(shí)間（S）（10～15S不標(biāo)注）。 B、洛氏硬度 1）洛氏硬度采用直接測(cè)量壓痕深度來(lái)確定度值的。我國(guó)常用的是HRA、HRB、HRC三種，試驗(yàn)條件及應(yīng)用范圍查“金工手冊(cè)”。 2）洛氏硬度值的表示方法規(guī)定為：硬度符號(hào)前面注明硬度值，例如52HRC、70HRA。在硬度和強(qiáng)度之間，存在著一定的換算關(guān)系。 7、沖擊韌度 材料抵抗沖擊荷載的能力，是指材料在受到?jīng)_擊荷載而斷裂之前吸收能量并進(jìn)行塑性變形的能力。 1）對(duì)于兩種不同的沖擊荷載，分別采用了沖擊韌度和多沖抗力兩個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量材料的沖擊性能。 2）沖擊韌度通常是采用一次擺錘沖擊試驗(yàn)來(lái)測(cè)定的。在忽略機(jī)械摩擦和空氣阻力等條件下，擺錘沖斷或沖擊試樣所消耗的沖擊功可以從試驗(yàn)機(jī)刻度盤上直接讀出。 五、疲勞強(qiáng)度 承受交變應(yīng)力的零件，在工作應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度的情況下較長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生裂紋或突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞失效或疲勞破壞。 1）疲勞曲線：測(cè)定材料的疲勞強(qiáng)度。 2）疲勞極限：使試樣不發(fā)生疲勞斷裂的最大循環(huán)應(yīng)力。 3）斷裂韌度:材料抵抗裂紋擴(kuò)展斷裂的能力。 零件內(nèi)往往存在著微裂紋以及夾雜、氣孔等類裂紋的缺陷。當(dāng)材料受外力作用時(shí)，這些裂紋的尖端附近便出現(xiàn)應(yīng)力集中，形成一個(gè)裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)，可能產(chǎn)生失穩(wěn)而擴(kuò)展，導(dǎo)致機(jī)件斷裂。 材料的理化性能 指材料的固有屬性，如密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性、磁性和色澤等。 1、材料的物理性能 ① 化學(xué)性能:是指材料抵抗周圍介質(zhì)侵蝕的能力。① 對(duì)于金屬材料來(lái)說(shuō)，指耐蝕性和抗氧化性；② 對(duì)于非金屬材料，還存在著化學(xué)穩(wěn)定性、抗老化能力和耐熱性差等問(wèn)題。 1）耐蝕性：材料在常溫下抵抗周圍介質(zhì)（如大氣、燃?xì)?、水、酸、堿、鹽等）腐蝕的能力。① 化學(xué)腐蝕② 電化學(xué)腐蝕。腐蝕防護(hù)途徑： A、采用耐蝕性好的不銹鋼、鋁合金等，B、采用適當(dāng)?shù)耐苛线M(jìn)行涂覆； C、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（防行成閉合回路），D、陰極保護(hù)。 2） 抗氧化性：指材料在高溫下抵抗氧化的能力，又稱為熱穩(wěn)定性。 七. 材料的工藝性能 是指材料在被制成各種零部件的過(guò)程中適應(yīng)加工的性能。包括: ① 鑄造性能：流動(dòng)性、收縮性、偏析；② 鍛造性能：塑性、變形抗力；③ 焊接性能：焊接性、碳當(dāng)量；④ 切削性能：表面粗糙度、刀具壽命；⑤ 熱處理性能：淬透性。 八、零件材料的選用 1、零件的失效形式 1）失效的概念: 零件由于某種原因而喪失原設(shè)計(jì)所規(guī)定的功能。包括：① 完全破壞；② 嚴(yán)重?fù)p壞；③ 未達(dá)功能要求（安全工作）。 2、零件常見的失效形式 ① 過(guò)量變形失效——彈變、塑變、蠕變； ② 斷裂失效——過(guò)載斷裂，疲勞斷裂； ③ 表面損傷失效——磨損，點(diǎn)蝕、膠合。 3、齒輪常見的失效形式 1）輪齒折斷 ：輪齒象一個(gè)懸臂梁，受載后齒根部 產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力最大。當(dāng)該應(yīng)力值超過(guò)材料的彎曲疲勞極限時(shí)，齒根處產(chǎn)生疲勞裂紋，并不斷擴(kuò)展使輪齒斷裂。 2）齒面磨損：灰塵、砂粒、金屬微粒等落入輪齒間，會(huì)使齒面間產(chǎn)生摩擦磨損。嚴(yán)重時(shí)會(huì)因齒面減薄過(guò)多而折斷。磨損是開式傳動(dòng)的主要失效形式。 主要措施：① 采用閉式傳動(dòng)；② 提高齒面硬度；③ 降低齒面粗糙度；④ 采用清潔的潤(rùn)滑油。 3）齒面點(diǎn)蝕：輪齒工作面某一固定點(diǎn)受到近似脈動(dòng)的變應(yīng)力作用，由于疲勞而產(chǎn)生的麻點(diǎn)狀剝蝕損傷的現(xiàn)象。 4）齒面膠合：高速重載傳動(dòng)中，齒面間壓力大，瞬時(shí)溫度高，潤(rùn)滑油模被破壞，齒面間會(huì)發(fā)生黏接在一起的現(xiàn)象，在輪齒表面沿滑動(dòng)方向出現(xiàn)條狀傷痕，稱為膠合。 防止膠合的措施：① 提高齒面硬度；② 降低齒面粗糙度；③ 增大潤(rùn)滑油黏度；④ 限制油溫。 5）塑性變形：重載且摩擦力很大時(shí)，齒面較軟的輪齒表面就會(huì)沿摩擦力方向產(chǎn)生塑性變形。 材料的使用性能 一、首要原則 1）零件的工作條件和失效形式：零件失效的原因 —— 設(shè)計(jì)、材料、加工、安裝和使用。 2）工作環(huán)境：溫度，介質(zhì)（如腐蝕，摩擦）。 3）特殊功能要求 —— 導(dǎo)電性、磁性、熱膨脹性、比重、外觀等。 4）性能要求的指標(biāo)化 —— 如強(qiáng)硬度、塑韌性等的具體數(shù)值。手冊(cè)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)公式的局限性 —— 力學(xué)性能與零件尺寸有關(guān) 二、工藝性能 —— 鑄、鍛、焊、機(jī)加工、熱處理 零件的加工工藝路線：一般零件 —— 毛坯 → 正火或退火 → 切削加工 軸、齒輪等——毛坯 → 預(yù)先熱處理（正火、退火）→ 粗加工→ 最終熱處理（淬火＋回火，時(shí)效，滲碳等）→精加工 三、經(jīng)濟(jì)性 —— 根本原則 1、產(chǎn)品成本分析 四、環(huán)境與資源原則 貫穿材料生產(chǎn)、使用、廢棄的全過(guò)程。 1）減少材料使用量、延長(zhǎng)零件壽命、材料再利用。 2）環(huán)境污染小、廢氣排放少、材料回收高、降解能力強(qiáng)等。 1、汽車零件的選材 A、選材方法與步驟： 1）周密分析零件的工作特性和使用條件。找出主要損壞形式，提出主要抗力指標(biāo)。 2）根據(jù)零件的工作條件，提出必要的設(shè)計(jì)制造技術(shù)條件。 3）根據(jù)所提出的技術(shù)條件、要求，結(jié)合考慮工藝性、經(jīng)濟(jì)性，對(duì)材料進(jìn)行預(yù)選擇.(可以通過(guò)與相類似機(jī)器零件的比較和已有的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的判斷，或者通過(guò)各種材料選用手冊(cè)來(lái)進(jìn)行選擇)。 4）預(yù)選方案材料進(jìn)行計(jì)算，以確定是否能滿足上述工作條件要求。 5）二次（或最終）選擇。選擇方案可以是若干種方案。 6）通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、臺(tái)架試驗(yàn)和工藝性能試驗(yàn)，最終確定合理選材方案。 7）最后，在中試生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，接受生產(chǎn)考驗(yàn)，以檢驗(yàn)選材的合理與否。 五、金屬材料在汽車上的應(yīng)用 1、典型汽車零件齒輪的選材 1）汽車齒輪的選材：① 汽車齒輪的工作條件；② 汽車齒輪的主要失效形式。 2）對(duì)汽車齒輪的性能要求：① 高的彎曲疲勞強(qiáng)度；② 高的接觸疲勞強(qiáng)度、耐磨性；③ 較高的強(qiáng)度和沖擊韌性；④ 較好的熱處理性能，熱處理變形小。 3）典型汽車齒輪選材：汽車齒輪用材是合金滲碳鋼20Cr或20CrMnTi，并經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火。滲碳、淬火、回火后，還可采用噴丸處理，增大表面應(yīng)力，有利于提高疲勞強(qiáng)度，并清除氧化皮。 4）合金滲碳齒輪的工藝路線：下料→鍛造→正火→切削加工→滲碳、淬火及低溫回火→噴丸→磨削加工。 2、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸 （1）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的工作條件 曲軸在工作中受到彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切、拉壓、沖擊等交變應(yīng)力。而且，應(yīng)力分布極不均勻；曲軸頸與軸承還發(fā)生滑動(dòng)摩擦。 （2）曲軸的主要失效形式 疲勞斷裂和軸頸嚴(yán)重磨損兩種。 （3）對(duì)曲軸的性能要求：① 高的強(qiáng)度；② 一定的沖擊韌度；③ 足夠的彎曲、扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度；④ 足夠的剛度；軸徑表面有高的硬度和耐磨性。 （4）典型曲軸的選材 鍛鋼曲軸一般采用優(yōu)質(zhì)中碳鋼和中碳合金鋼制造（模鍛工藝），如30、45、35Mn2、40Cr、35 Cr Mo等。鑄造曲軸主要由鑄鋼、球墨鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵及合金鑄鐵等制造。 （5）曲軸典型的工藝路線 可根據(jù)材質(zhì)不同分為兩類：① 鑄造曲軸的典型工藝路線：鑄造→高溫正火→高溫回火→切削加工→軸頸氣體滲碳；② 鍛鋼曲軸的典型工藝路線：下料→模鍛→調(diào)質(zhì)→切削加工→軸頸表面淬火。 3、汽車板簧 （1）汽車板簧失效形式及性能要求 汽車板簧用于緩沖和吸振，承受很大的交變應(yīng)力和沖擊荷載。汽車板簧的主要失效形式為剛度不足引起的過(guò)度變形或疲勞斷裂。因此，對(duì)汽車板簧的性能要求是材料要有較高的屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。 （2）典型板簧選材 汽車板簧一般選用彈性高的合金彈簧鋼來(lái)制造，如65Mn、65Si2Mn鋼等。對(duì)于中型或重型汽車，板簧還采用50 CrMn、55 SiMnVB鋼；對(duì)于中型載貨汽車用的大截面積板簧，則采用55SiMnMoV、55SiMnMoVNb鋼制造。 （3）工藝路線 熱軋鋼板沖裁下料→壓力成型→淬火→中溫回火→噴丸強(qiáng)化 這種強(qiáng)化也是表面強(qiáng)化的手段，目的是提高零件的疲勞強(qiáng)度。 金屬材料在汽車上的應(yīng)用 一、汽車結(jié)構(gòu)零件用材 1、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和缸套材料 缸體常用的材料有灰鑄鐵和鋁合金兩種。鋁合金的密度小，但剛度差、強(qiáng)度低、價(jià)格貴。 1）所以，除了某些發(fā)動(dòng)機(jī)為減輕重量而采用鋁合金外，一般缸體材料均采用灰鑄鐵。 2）汽缸的缸體一般采用普通鑄鐵或鋁合金，而汽缸工作面則用耐磨材料，制成缸套鑲?cè)肫住? 3）常用缸套材料為耐磨合金鑄鐵，主要有高磷鑄鐵、硼鑄鐵、合金鑄鐵等。 4）為了提高缸套的耐磨性，可以用鍍鉻、表面淬火、噴鍍金屬鉬或其他耐磨合金等辦法對(duì)缸套進(jìn)行表面處理。 2、發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋 缸蓋主要用來(lái)封閉汽缸構(gòu)成燃燒室。目前使用的缸蓋材料有兩種：一種是灰鑄鐵或合金鑄鐵；另一種是鋁合金。鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋具有高溫強(qiáng)度、鑄造性能好、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，但其導(dǎo)熱性差、重量輕，但其高溫強(qiáng)度低，使用中容易變形、成本較高。 3、活塞組 活塞、活塞銷和活塞環(huán)等零件組成活塞組。常用的活塞材料是鋁硅合金，其性能特點(diǎn)是導(dǎo)熱性好、密度小、膨脹系數(shù)減小，耐磨性、耐蝕性、硬度、剛度和強(qiáng)度提高。鋁硅合金活塞需進(jìn)行固溶處理及人工時(shí)效處理，以提高表面硬度。 1）活塞銷材料一般用20、20Cr、20CrMnTi等低碳、低碳合金鋼，表面進(jìn)行滲碳或碳氮共滲處理，以滿足材料外表面硬而耐磨、內(nèi)部韌而耐沖擊的要求。 2）活塞環(huán)材料目前一般多用珠光體基體的灰鑄鐵或在灰鑄鐵基礎(chǔ)上添加一定量的銅、鉻、鉬及鎢等合金元素的合金鑄鐵，也有的采用球墨鑄鐵或可鍛鑄鐵。為了改善活塞環(huán)的工作性能，活塞環(huán)宜進(jìn)行表面處理。目前應(yīng)用最廣泛的是鍍鉻，可使活塞環(huán)的壽命提高2～3倍。其他表面處理的方法還有噴鉬、磷化、氧化、涂敷合成樹脂等。 3）連桿材料一般采用45鋼、40Cr或40MnB等調(diào)質(zhì)鋼。合金鋼雖具有很高強(qiáng)度，但對(duì)應(yīng)力集中很敏感。 4、氣門 進(jìn)氣門一般可用40Cr、35CrSi、38CrSi、42Mn2V等合金鋼制造；而排氣門則要求用高鉻耐熱鋼制造，采用4Cr10Si2Mo作為氣門材料時(shí)工作溫度可達(dá)550~650℃ 。 5、半軸 汽車半軸通常選用調(diào)質(zhì)鋼制造。中、小型汽車的半軸一般用45鋼、40Cr，而重型汽車則用40MnB、40CrNi或40CrMnMo等淬透性較高的合金鋼制造。半軸加工中常采用噴丸處理及滾壓凸緣根部圓角等強(qiáng)化方法。 6、螺栓、鉚釘?shù)壤溏吜慵? 常用的螺栓材料有10、15（木螺栓，鉚釘）、35(普通螺栓)、40Cr和15MnVB(重要螺栓)等。 二、汽車?yán)錄_壓零件用材 在汽車零件中，冷沖壓零件種類繁多，約占總零件數(shù)的50%