汽车机械基础01汽车机械基础第一部分课件

1、汽车机械基础目 录二机械制图与识读七机械传动四极限、配合与技术测量五轴与轴承六常见机构三机械识图与识读一汽车材料八八液压传动第一部分汽车材料情境一：金属材料了解金属力学性能、建立强度、硬度和韧性及疲劳度的概念。了解金属材料的分类。掌握金属材料的牌号及用途。掌握各种牌号的金属材料在汽车上的应用。本节导向（1）常用强度判据1 强度与塑性在拉伸过程中力不增加，试样仍能继续伸长时的应力称为屈服点，单位为MPa。当试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。抗拉强度拉伸过程中最大力所对应的应力称为抗拉强度。抗拉强度的它的物理意义是表征材料对最大均匀变形的抗力，表征材料在拉伸条

2、件下所能承受的最大力的应力值。屈服点和规定残余伸长应力一、金属力学性能（2）塑性判据试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为断后伸长率，以表示。断面收缩率试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率。断后伸长率强度与塑性是矛盾的两个力学指标，一般强度高的材料塑性较差。2 硬度硬度是指材料抵抗局部变形，尤其是塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度是衡量金属软硬程度的判据。布氏硬度的测定是在布氏硬度试验机上进行的，其试验原理如右图所示。用直径为的淬火钢球或硬质合金球做压头，以相应的试验力将压头压入试件表面，经规定的时间后，去除试验力，在试件表面得到一直径为的压痕。用试验

3、力F除以压痕表面积压， 所得值即为布氏硬度值， 用符号HB表示。用淬火钢球为压头时，符号为HBS；用硬质合金球为压头时，符号为HBW。（1）布氏硬度布氏硬度试验原理示意图洛氏硬度的测定是在洛氏硬度试验机上进行的，洛氏硬度用符号HR表示。为使同一硬度计能测试不同硬度范围的材料，可采用不同的压头和试验力。按压头和试验力不同分，洛氏硬度的标尺有九种，但常用的是HRA、HRB、HRC三种，其中HRC应用最广范。（2）洛氏硬度洛氏硬度与布氏硬度试验原理不同，两者不能相互比较。小提示洛氏硬度试验原理示意图3韧性及疲劳韧性是指金属在断裂前吸收变形能量的能力，它表示了金属材料抗冲击的能力。韧性的判据是通过冲击

4、试验确定的。常用的方法是摆锤式一次冲击试验法，它是在专门的摆锤试验机上进行的。试验时首先将材料按规定将被测材料制作成标准冲击试样，后将试样缺口背向摆锤冲击方向放在试验机支座上，摆锤举至h1高度，然后使摆锤自由落下；摆锤冲断试样后，摆锤升至h2摆锤冲断试样所消耗的能量，即试样在冲击力一次作用下折断时所吸收的功，称为冲击吸收功，用符号AK表示。（1）韧性摆锤式冲击试验原理示意图（2）疲劳强度许多零件如轴、齿轮、弹簧等是在交变应力作用下工作的。在循环应力作用下，零件在一处或几处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹，然后在循环不应力作用下疲劳裂纹不断扩展，最后突然断裂的过程，称为疲劳或疲劳

5、断裂。试验证明，金属材料能承受的交变应力与断裂前应力循环基数N有关。疲劳曲线示意图疲劳示意图二、常见的金属材料普通碳素结构钢对生产过程中控制质量无特殊规定的一般用途的碳钢。碳素结构钢牌号由Q、屈服点数值级和脱氧方法四部分按顺序组成。铸钢铸钢碳的质量分数为0.150.6，碳的质量分数过高则塑性差，易产生裂纹等缺陷，主要用来制作形状复杂、难以进行锻造或切削加工成形，且要求较高强度和韧性的零件。优质碳素结构钢这类钢有害杂质元素磷、硫受到严格限制，非金属夹杂物含量较少，塑性和韧性较好。优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，其两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万分之几。易切削结构钢在碳钢的基础上加入一种或

6、几种合金元素，使其具有易切削性能，以适应切削加工自动化、高速化和精密化的需要。1铁基金属材料（1）非合金钢低合金结构钢低合金结构钢是在低碳钢的基础上加入少量合金元素而得到的钢。牌号表示方法与普通碳素结构钢相同。合金渗碳钢适用于渗碳、淬火和低温回火的热处理方式的合金结构钢为合金渗碳钢。合金弹簧钢适合于做弹簧的合金结构钢称为合金弹簧钢。弹簧钢应具有高弹性极限和疲劳强度，以及足够的韧性。合金结构钢在碳素结构钢的基础上加入合金元素而得到的钢为合金结构钢。牌号表示依次为两位数字、元素符号和数字。合金调质钢合金调质钢是在中碳钢的基础上加入一些合金元素，经调质处理后使用的钢。滚动轴承钢轴承钢碳的质量分数为0

7、.951.15，加入0.41.65的Cr。此类钢的预备热处理为球化退火。（2）合金钢合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入合金元素制成的。合金工具钢常用来制造各种量具、模具和切削刀具，也可对应地分为量具钢、模具钢和刃具钢，其化学成分、性能和组织结构也不同。（3）合金工具钢特殊性能钢是指具有某些特殊的物理、化学、力学性能，因而能在特殊的环境、工作条件下使用的钢。在腐蚀介质中具有耐腐蚀性能的钢称为不锈钢。耐热钢是指在高温下不发生氧化并具有较高强度的钢。（4）特殊性能钢白口铸铁碳在铁中以渗碳体形式存在，断口呈亮白色，称白口铸铁。主要用作炼钢原料。碳在铸铁组织中以片状石墨形式存在，断口呈灰色。它的性能是

8、软而脆但具有良好的铸造性、耐磨性、减振性和切削加工性。碳在铸铁组织中以团絮状石墨形式存在，它是由一定成分的白口铸铁经过较长的高温退火而得的铸铁。可锻铸铁并不可锻造。碳在铸铁组织中以球状石墨形式存在。球墨铸铁是将铁液经过球化处理和孕育处理而得到的，球化处理是在浇注前向一定成分的铁水中加一定数量的球化剂和孕育剂，使石墨呈球状。（5）铸铁灰铸铁可锻铸铁球墨铸铁在灰铸铁或球墨铸铁中加入一定量的合金元素，可使铸铁具有某些特殊性能，这种铸铁称为合金铸铁。合金铸铁纯铝显著的特点是密度小，导电、导热性优良，强度、硬度低，塑性好，有良好的耐蚀性。故纯铝主要用作导电、导热材料或耐蚀零件。变形铝合金具有较高的强度和

9、良好的塑性，可通过压力加工制成各种半成品，也可以焊接。铸造铝合金可分为Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系和Al-Zn系四类。黄铜以铜和锌为主组成的合金称为黄铜。黄铜的强度、硬度和塑性先随锌的质量分数增加而升高，锌的质量分数为3032时，塑性达到最大值，锌的质量分数为45时强度最高。青铜含锡元素的称为锡青铜，不含锡元素的称为无锡青铜；按加工方法，分为压力加工青铜和铸造青铜。2非铁基金属材料（1）铝及其合金（2）铜及其合金（3）轴承合金在滑动轴承中用于制造轴瓦或内衬的合金称为轴承合金。滑动轴承具有承压面积大、工作平稳、无噪声以及修理、更换方便等优点。分类方法依据合金中含量多的元素分类，主要有

10、锡基、铅基和铝基轴承合金等。情境二：钢的热处理了解各种热处理法。掌握常用热处理方法在生产中的应用。本节导向（1）珠光体转变（550727）共析钢在此温度范围内等温转变成珠光体，用符号“P”表示。强度较高，硬度适中，有一定的塑性。（2）贝氏体转变 （230550）在此温度范围内，转变温度较低，形成的组织统称为贝氏体。（3）马氏体转变（230以下）当钢从奥氏体区急冷到230以下时，奥氏体转变为马氏体，符号用“M”表示。钢加热的目的是获得奥氏体。奥氏体的转变过程要经过奥氏体的形成、长大渗碳体的溶解和奥氏体的均匀化三个阶段。2.钢冷却时的组织转变一、钢热处理的组织转变原理1.钢加热时的组织转变（1）完

11、全退火将钢加热到Ac3以上3050保温一段时间，然后随炉冷却到500以下出炉空冷的方法。其主要用于亚共析钢铸锻件的热处理。（2）球化退火将钢加热到Ac1以上2030保温足够时间，随炉缓冷或用等温冷却方式冷却，将渗碳体球化的退火方式。其主要用于共析钢和过共析钢。（3）去应力退火将钢加热到500650保温后随炉缓冷至200300出炉空冷的退火方法。主要用于消除铸件、焊件及切削加工件的应力。1.退火二、常用的热处理方法正火是将钢加热到组织转变为奥氏体的临界温度以上3050保温后，从炉中取出在空气中冷却的热处理方法。正火和退火的明显区别是正火冷却速度较快。正火工艺较退火生产周期短，因此生产率高。对于力

12、学性能要求不高的中碳钢零件常采用正火作为最终热处理。2.正火淬火是将钢加热到某一温度，保温一定时间，以大于临界冷却速度的冷速在水、盐水或油中冷却，获得马氏体或贝氏体的热处理工艺。淬火是钢最经济、最有效的强化手段之一。淬火的目的一般是获得马氏体，以提高钢的力学性能。3.淬火（1）低温回火（150250）（3）高温回火（500650）（2）中温回火（350550）其目的是获得高硬度、高的耐磨性和一定韧性，回火后的硬度为5 564HRC。回火后的性能为具有较高的弹性，具有一定的韧性和硬度。主要应用于各种弹簧和某些模具。回火后硬度为3550HRC。关键词语回火后的性能为具有强度、硬度、塑性和韧性都较好

13、的综合力学性能。通常将淬火与高温回火相结合的热处理称为调质处理。回火后的硬度为200350HRC。关键词语4.回火（1）分解由化学介质分解出能够渗入工件表面的活性原子。（2）吸收活性原子有钢的表面进入铁的晶格中形成固溶体，甚至可能形成化合物。（3）扩散渗入的活性原子有表面向内部扩散，形成一定厚度的扩散层。表面淬火是将钢的表层快速加热至淬火温度后，快速冷却的一种局部淬火工艺。常用的为火焰加热和感应加热。6.表面化学热处理5.表面淬火情境三：其他常见的汽车材料了解高分子材料的分类及特点。掌握塑料、橡胶的特点及分类。了解陶瓷与复合材料的特点。掌握陶瓷材料及复合材料在汽车中的应用。本节导向（1）相对分

14、子质量巨大各种有机化合物都有其确定的相对分子质量，一般有机化合物的相对分子质量都低于1 000，而高分子化合物其相对分子质量通常都高于5 000。高分子化合物由许多相同的简单的基本结构单元重复连接而成，其基本结构单元称为单体。一般所谓高分子化合物的相对分子质量只是一个平均数，即平均相对分子质量。一个高分子化合物分子可以用外力把它拉断或者切开，变成两个分子，而它的一般性质不变。（2）化学组成简单（3）分子不完全一样大（4）具有长链一、高分子材料1高分子化合物的特点对天然高分子化合物常按其来源和性质称其俗名，对于合成高聚物常按其制备用的原料单体命名。（1）高聚物的命名系统命名法（2）高聚物的分类按

15、用途分类VS这是国际理论化学和应用协会（IUPAC）提出的，以高聚物的组成和结构来命名的方法。由于高聚物的发展很快，应用极广，为了选用和命名上的方便，不少高聚物常用商品名称、简称或缩写代号表示。可分为热塑性高聚物和热固性高聚物。分为塑料、橡胶、胶黏剂等。2高聚物的命名和分类商品名称、简称及缩写代号习惯命名法接受热行为分类随着高聚物的不断开发和应用，高聚物的种类迅速增加，高聚物的分类方法已有不少，但工业应用较多的有以下几种：填充剂增塑剂固化剂防老化剂二、塑料1塑料的概念与组成（1）合成树脂（2）添加剂合成树脂即人工合成线型高聚物，是塑料的主要组分（占40%100%）,对塑料的性能起着决定性作用，

16、故绝大多数塑料以树脂的名称命名。合成树脂受热时呈软化或熔融状态，因而塑料具有良好的成形能力。一密度小，比强度高。三优异的电绝缘性。多数塑料有很好的电绝缘性，可与陶瓷、橡胶等绝缘材料相媲美。五消声吸振性好。七耐热性低。多数塑料只能在100左右使用，少数塑料可在200左右使用。二化学稳定性好。四减摩、耐磨性好。塑料的硬度比金属低，但多数塑料的摩擦系数小。六成形加工性好。大多数塑料都可直接采用注射或挤出工艺成形，方法简单，生产效率高。2塑料的性能特点3常用工程塑料（1）常用的热塑性塑料名称（代号） 主要性能 用途举例丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）韧性和尺寸稳定性高，强度、耐磨性、耐油性、耐水

17、性、绝缘性好；缺点是可燃，热变形温度较低，长期使用易起层制作电话机、扩音机、电视机、仪表外壳，齿轮，泵叶轮聚酰胺（尼龙）（PA）强度、韧性、耐磨性、耐蚀性、减振性、自润滑性良好，成形性好，摩擦系数小，无毒无味。但蠕变值较大，导热性较差，吸水性高。成形收缩率大，可在100使用常用的有尼龙6、尼龙66、尼龙610等聚甲醛（POM）耐磨性、尺寸稳定性、减摩性、绝缘性、抗老化性、疲劳强度好， 摩擦系数小。但热稳定性较差， 成形收缩率较大，可在-40100长期使用制作减摩、耐磨及传动件，如轴承。可代替尼龙和有色金属聚四氟乙烯（塑料王）（F-4）耐蚀性优良（可抗王水腐蚀），绝缘性、自润滑性、耐老化性好，不

18、吸水，摩擦系数小，耐热性和耐寒性好，可在-195250长期使用。加工成形性不好，抗蠕变性差，强度低，价格较高制作耐蚀件、减摩件、耐磨件、密封件、绝缘件，如高频电缆聚碳酸酯（PC）强度高，尺寸稳定性、抗蠕变性、透明性好。吸水性小，耐磨性和耐疲劳性不如尼龙和聚甲醛，可在-60120长期使用制作齿轮、凸轮、蜗轮、电器仪表零件、大型灯罩、防护玻璃、飞机挡风罩、高级绝缘材料等（2）常用的热固性塑料名称（代号） 主要性能 用途举例酚醛塑料（俗称电木）（PF）强度、硬度、绝缘性、耐蚀性（除强碱外）、尺寸稳定性好，在水润滑条件下摩擦系数小，价格低。但脆性大，耐光性差，加工性差，工作温度100制作仪表外壳、灯头

19、、灯座、插座、带轮、无声齿轮等环氧塑料（俗称万能胶）（EP）强度高，韧性、化学稳定性、绝缘性、耐热性、耐寒性好，能防水、防潮，牯接力强，成形工艺简便，成形后收缩率小，可在-80155长期使用制作塑料模具，量具，仪表、电器零件，灌封电器、电子仪表装置及线圈，涂覆、包封和修复机件，是很好的胶黏剂氨基塑料（俗称电玉）（UF）颜色鲜艳，半透明如玉，绝缘性好。但耐水性差，可在80长期使用制作装饰件和绝缘件。如开关、插头、旋钮、把手、灯座、钟表、电话机外壳聚氨酯（PUR）低温性能优良， 耐油和耐化学药品， 易于成形， 隔热性能、吸振性能好制作软质和硬质泡沫塑料、合成橡胶、胶黏剂和涂料，制作保温材料4塑料在

20、汽车中的应用举例（1）在轿车结构件和内外装件中的应用塑料名称 应用实例聚丙烯、玻纤增强聚丙烯、无机填料增强聚丙烯取暖及通风系统、车厢、发动机舱、车身、灯壳、水箱面罩、工具箱、备胎罩、接线盒、消音器等聚氯乙烯、氰化聚氯乙烯、玻纤增强聚氯乙烯、热固性低发泡聚氯乙烯仪表板罩、汽车顶盖内衬、后盖板表皮低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高相对分子质量聚乙烯 挡泥板、顶棚和门的减振材料、行李箱垫、汽油箱、贮罐、空气导管等透明ABS、高刚度ABS、高冲击ABS后挡泥板、仪表板、收音机罩、空气排气口、转向盘、调节器手柄、格栅、后护板、上通风盖板、车轮罩、百叶窗、镜框等有机玻璃窗玻璃、仪表玻璃、反光镜、油标、罩盖、

21、仪表壳、车灯玻璃等尼龙-6、尼龙-66、尼龙-1010、玻纤增强尼龙汽油箱盖、头枕支架、保险杠裙、燃油滤清器盖、进气口外板、车轮罩、散热器水箱、燃油管道、气制动管道、雨刷器齿轮、门外侧手柄、飞轮盖硫化剂硫化促进剂活性剂软化剂三、橡胶1橡胶的组成（1）生胶（2）配合剂生胶是指未加配合剂的天然橡胶或人工合成橡胶。生胶是橡胶制品的主要原料，橡胶制品的性能主要取决于生胶的性能。填充剂防老剂着色剂（3）骨架材料橡胶在较小的外力作用下能产生很大的弹性变形，其最高伸长率达8001 000，比其他高聚物大很多。去掉外力后能在非常短的时间内恢复到原来的形状。在一定的腐蚀介质中有一定的耐蚀性。（1）高弹性（2）吸

22、振能力强（3）有一定的耐蚀性橡胶可吸收一部分机械能，并将其转变为热能。2橡胶的性能天然橡胶是橡胶工业中应用最早的橡胶，它主要取自橡胶树上采集的白色乳胶，属于通用橡胶。天然橡胶的综合性能好， 有较好的弹性， 弹性模量约为钢铁的1/30 000， 而伸长率则为其300倍。（2）合成橡胶用石油、天然气、煤和农副产品为原料，通过有机合成方法制成单体，经聚合制成类似天然橡胶的高分子材料称为合成橡胶。（1）天然橡胶3常用橡胶材料常用合成橡胶的名称、性能和用途类别 名称（代号）主要性能 用途举例通用橡胶丁苯橡胶（SBR）合成橡胶中应用最广、产量最大的品种，具有较好的耐磨性、耐热性、耐老化性、耐臭氧性，比天然

23、橡胶质地均匀，价格低，但加工性不如天然橡胶，使用温度不高于100做汽车轮胎、胶带、胶管等顺丁橡胶（BR）产量仅次于丁苯橡胶，具有优异的耐磨性、耐老化性、耐寒性和高弹性，易于金属黏合，但不易加上，强度差。最高使用温度120制作轮胎、V带、橡胶弹簧、运输带、垫圈、耐热胶管等氯丁橡胶（CR）物理、力学性能与天然橡胶相似。具有耐油、耐溶剂、耐氧化、耐老化、耐酸碱、耐热、耐燃烧、耐挠曲和透气性好等性能。但耐寒性较差、密度大。最高使用温度120制作电线、电缆包皮、胶管、输送带、垫圈、汽车门窗嵌条等特殊橡胶丁腈橡胶（NBR）良好的耐油性、耐热性、气密性、耐磨性。但耐臭氧性、耐寒性、加工性较差，耐酸差，电绝缘性差。最高使用温度150耐油胶管、O形圈、贮油槽、衬里等聚氨酯橡胶（UR）耐磨性高于其他橡胶，优良的耐油性，具有优良的弹性、气密性但耐水、酸碱性能较差。最高使用温度80制作胶轮、实心轮胎、耐磨制品、特种垫圈等聚氨酯橡胶（UR）良好的耐热与耐油性，可在180以下温线热油中使用；耐老化、耐氧与臭氧、耐紫外线、气密性较好。但耐寒性、耐磨性、弹性、电绝缘性和加工性较差制作耐油、耐热、耐老化的制品，如汽车的耐热密封垫等硬度高，抗拉强度较低，抗压强度高。具有高的熔点和高温强度。高的抗氧化能力。较好的绝缘性能。1.陶瓷的性能特点（1）普通陶瓷以天然的硅酸盐矿