汽车机械基础教案完整版Word格式.docx

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黑色金属材料

有色金属材料

三、金属材料的性能

金属材料的物理性能

金属材料的机械性能

金属材料的工艺性能

四、金属材料的物理性能

指金属材料在各种物理条件下所表现出来的性能和抵抗各种化学介质侵蚀的能力

密度：

单位体积的质量

导热性:

传导热量的能力

导电性:

传导电流的能力

热膨胀性：

受热时体积增大的能力

熔点：

由固态变为液态时的温度

磁性：

金属材料能导磁的性能称为磁性

抗腐蚀性:

金属在常温下抵御同周围介质发生化学反应而遭破坏的能力

抗氧化性:

金属在高温下抵抗氧化作用的能力

五、金属材料的机械性能

是指金属材料在各种载荷（外力）作用下表现出来的抵抗能力机械性能指标：

强度

金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度

常用强度指标是屈服强度、抗拉强度塑性

金属材料产生塑性变形而不被破坏的最大能力

常用塑性值的指标是伸长率和断面收缩率。

硬度

金属材料在抵抗比它更硬物体压入其表面的能力，即抵抗局部塑性变形的能力常用硬度试验方法有布氏硬度和洛氏硬度

冲击韧性

金属材料在冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力称为冲击韧性疲劳强度

金属材料在循环载荷作用下产生疲劳裂纹，并导致断裂称为疲劳断裂

在无数次（钢铁约为106〜107）重复交变载荷作用下不产生断裂的最大应力称为疲劳强度

疲劳强度值通过疲劳试验测定

当金属材料的应力循环次数达到107次时,零件仍不断裂，此时的最大应力可作为疲劳强度。

某些高强度钢，应力循环次数达到108次时的最大应力作为它们的疲劳强度

六、金属材料的工艺性能

铸造性能：

铸造性能是指液态金属的流动性、冷却凝固过程中收缩偏析的大小（金属

凝固后其化学成分和组织的不均匀性）,以及对气体的排除和吸收等性能

压力加工性能：

压力加工性能是指金属在冷、热状态下,进行压力加工时，产生变形而不发生破坏的能力

塑性越大,变形抗力越小，压力加工性能越好

焊接性能:

焊接性能是指两块金属材料在局部加热到熔融状态下，能够牢固地焊合在一起的性能

焊接性好，易于用一般方法和工艺施焊，焊时不易形成裂纹、气孔、夹渣等缺陷，焊处强度能与原材料相近

切削加工性能：

切削加工性能是指金属材料被切削加工的难易程度

热处理性能：

热处理性能是指金属材料适应各种热处理工艺的能力

一、黑色金属

钢、铁一类的金属被称为黑色金属。

钢铁材料的基本成分是铁和碳，所以又称为铁碳合金。

含碳量小于2.11%的铁碳合金是钢,含碳量大于2.11%的铁碳合金是铁。

二、钢

碳素钢

合金钢

三、碳素钢

除含碳量小于2.11%之外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质元素的钢,我们称之为碳素钢，简称碳钢。

碳素钢具有一定的力学性能、良好的工艺性能、价格低廉，是汽车生产和其他工业产品中用量最大的金属材料。

分类

按钢中碳的含量多少可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢；

按钢的质量可分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢；

按钢的用途分为碳素结构钢、碳素工具钢和铸钢。

碳素结构钢

主要用于制作各种机器零件和工程构件，以低碳钢和中碳钢为多。

汽车上受力不大、要求一定的强度、硬度、韧性和良好的加工性能的零部件大量的使用碳素结构钢。

碳素工具钢

主要用于制作各种工、量、刃具和模具，多属于高碳钢。

铸钢

主要用于制作形状复杂，难于用锻压等方法成形的零件，如汽车上的桥壳等。

四、碳素钢的牌号

常用碳素钢的牌号及含义举例如下

Q235-AF碳素结构钢。

其中Q235代表屈服强度值,A代表质量等级（A含硫磷最多、D含硫磷最少）,F代表沸腾钢（冶炼时脱氧不完全）

45Mn优质碳素结构钢。

其中45代表钢的平均含碳量为0.45%,Mn的含量为0.7%〜1%ZG310-570铸钢。

其中310代表屈服强度值,570代表抗拉强度值

五、合金钢

合金钢是指为了改善钢的某些性能，冶炼时在碳素钢的基础上有目的地加入一种或多种合金元素所形成的钢种

常用的合金元素有：

锰（Mn）、硅（Si）、铬（Cr）、镍（Ni）、钼（Mo）、钨（W）、钒（V）、钛（Ti）、磞（B）、铝（Al）>

稀土（Re）等

合金钢只有经过热处理后，才能达到改善机械性能的目的

合金钢的种类很多，按用途大致可分为以下几类：

合金结构钢

合金工具钢

特殊性能钢

六、合金结构钢

低合金结构钢

在低碳钢的基础上加入少量（3%-5%）合金元素而得到的钢

这类钢比相同含碳量的碳素钢的强度要高10%-30%,并具有较好的塑性、韧性和焊接

性能。

又因为它的冶炼较简单，生产成本与碳钢相近

广泛用于制作各种机器零件和工程构件如汽车上的车架纵梁、横梁、发动机吊耳等

用低合金结构钢取代碳素结构钢，可节约钢材，减轻重量,且使用可靠。

常用的钢种有12MnV16Mn等

合金渗碳钢

合金渗碳钢制造的零件，经热处理后，不仅有较高的表面硬度和耐磨性，而且能大幅度提高零件心部的强度和韧性，从而提高抵抗冲击载荷的能力

汽车上承受高速、重载、强冲击和剧烈摩擦的零件如活塞销、齿轮、轴类件和重要的螺栓等都是用合金渗碳钢加工经热处理制作的。

合金调质钢

合金调质钢是指经过调质处理后使用的钢，具有较高的强度和韧性。

若调质后再进行淬火,则能进一步改善零件表面的耐磨性。

常用于制造承受重载荷、冲击载荷的零件。

如机床主轴、汽车半轴、连杆、转向节等。

合金结构钢的牌号

采用两位数字和化学元素符号及数字的方法表示。

前面两位数字表示钢的平均含碳量（万分之几）,后面是化学元素符号名称，如铅、铬、锰等，各元素符号后面的数字表示元素平均含量（百分之几）。

例如12CrNi2,表示钢的平均含碳量为0.12%、平均含铬量小于1.5%、平均含镍量为2%

其他合金钢和特殊性能钢，常用的钢种有

合金弹簧钢、

滚动轴承钢

耐候钢（良好的抗大气腐蚀能力）、

不锈钢

耐磨钢

耐热钢

七、铸铁

性能特点：

与钢相比，其强度低，特别是韧性、塑性差，但铸造性能优良、耐磨、切削加工性能良好。

随着技术进步，某些传统上用铸铁制造的汽车零件，已逐步由轻金属替代。

铸铁分为白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和合金铸铁几种。

白口铸铁

白口铸铁断口呈白色，性能硬而脆，很难进行切削加工，主要用来炼钢灰口铸铁

灰口铸铁断口呈灰色，由于生产工艺较简单，成本低,熔点低、收缩率小、具有良好的铸造性能,在汽车零件上应用较多可锻铸铁

俗称马铁

它具有较高的强度和韧性

可用于制作承受冲击和振动的零件，

不能进行锻造

球墨铸铁

俗称球铁

球墨铸铁兼有铸铁和钢的理化性能、机械性能和工艺性能，也像钢一样可进行热处理。

通过合金化和各种热处理后，可用来代替铸钢和锻钢制造一些受力复杂、性能要求较高的零件，如代替45号钢和35CrMo钢制造大马力柴油机的曲轴、凸轮轴、齿轮和连杆等

球墨铸铁的牌号由"

QT"

及两组数字组成。

其中第1组数字表示最低抗拉强度,第2组数字表示最低延伸率。

例如QT400-18,表示最低抗拉强度为400N/mm2最低延伸率为18%的球墨铸铁合金铸铁：

具体包括：

在灰口铸铁或球墨铸铁中加入一定量的合金元素，获得特殊性能的铸铁称为合金铸铁。

八、钢的热处理

钢件的热处理是利用加热、保温和冷却的操作方法，来改变钢的组织结构，使钢件获得所需性能的加工工艺。

钢的热处理根据加热和冷却的方法不同，大体有以下几类

退火

退火是将钢件加热到一定温度，保温一段时间，然后随炉慢慢冷却到室温的热处理工

-f-p

乙。

目的是降低材料硬度，改善切削加工性能，提高塑性和韧性，消除钢中的组织缺陷，消除内应力。

正火

正火是将钢件加热到临界温度以上50〜70C,充分保温，然后在空气中冷却的热处理工艺。

目的与退火基本相同，但正火后钢件的强度、硬度比退火后高。

淬火

淬火是将钢件加热到临界温度以上30〜50C,保温后在冷却介质中快速冷却的热处理工艺

常用的冷却介质有水、矿物油、盐、碱的水溶液等

淬火的主要目的是提高钢件的硬度和强度

回火

回火是将淬火后的钢件再加热到临界温度以下的某一温度，保温一段时间，然后在空

气或油中冷却的热处理工艺

目的是减少或消除内应力，提高韧性和塑性，调整硬度，降低脆性，保证钢件的形状、尺寸不变表面淬火

表面淬火是将钢件的表面淬透到一定的深度，而中心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火方法

目的是使钢件表面获得较高的强度、耐磨性和疲劳强度，而心部仍具有足够的塑性和韧性。

化学热处理

化学热处理是将钢件置于某一介质中加热、保温和冷却，使介质中的某些元素渗入钢

件表层,从而改善表层性能

目的是提高钢件表层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性

主要有渗碳、氮化、碳氮共渗等。

能够口述铝及其合金在汽车上的应用

理解常用有色金属材料在汽车上的应用

培养初步的自学方法

铝及其合金在汽车上的应用

铝合金的性能

除黑色金属材料之外的其他金属统称为有色金属

在汽车制造生产中常用的主要是铝、铜及其合金

一、纯铝

纯铝的熔点为660C,密度为的1/3，是一种轻金属材料,其电导性、热导性仅次于银、铜,抗氧化、抗大气腐蚀性能好，常温下在大气中表面能生成一层致密的氧化铝膜，阻止铝表面进一步氧化。

纯铝的强度硬度很低，但塑性很高，一般不能作为结构件使用。

二、铝合金

铝合金是在铝中加入适量的锡、铜、镁、锰等元素后获得的合金，经处理后，铝合金

的机械性能大为提高。

铝合金的比强度高、具有良好的耐蚀性、切削加工性和铸造性、可以实现柔性的强度设计、表面美观

在汽车上得到广泛的应用。

如用铸铝合金制造汽缸体、汽缸盖、轮辋、保险杠，用

铝合金材料制造散热器、冷凝器等部件。

按铝合金的成分和加工特点，可分为形变铝合金和铸造铝合金

三、形变铝合金

分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金等防锈铝合金

主要指Al-Mn系、Al-Mg系合金

特点是具有很高的抗蚀性，故常称为防锈铝合金。

此外，还具有良好的塑性和一定的焊接性能，但强度较低，不能进行热处理，只有经过冷加工变形才能使其强化硬铝合金

主要指Al-Cu-Mn系、Al-Cu-Mg系合金

通过淬火时效处理而获得相当高的强度，在淬火时效状态下有较好的切削加工性，但耐蚀性较差。

超硬铝合金

属于Al-Cu-Mg-Zn系合金,另外还加入少量的铬、锰

强度在铝合金中最高，故称超硬铝超硬铝主要用作要求重量轻而受力较大的结构件。

四、铸造铝合金

用来制造铸件的铝合金，俗称铸铝

铸铝分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金，即Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系等。

铝硅合金

铝硅合金广泛用于制造内燃机的活塞、气缸体、气缸盖、风扇叶片，电机、仪表外壳

及形状复杂的结构件。

铝铜合金

铝铜合金具有较高的耐热强度，可制作高温（300C）条件下工作的零件。

但抗蚀性较差。

铸造铝合金

铝镁合金

铝镁合金的特点是密度小（小于2.55g/cd）、耐蚀性好、强度高,但铸造性能差,易产生热裂和缩松

多用于承受冲击、振动载荷和腐蚀条件下工作的零件

铝锌合金

强度较高，但耐蚀性较差。

若加入适量的锰、镁，可适当提高耐蚀性。

另外工艺性能很好

可用于在铸态下直接使用的零件，如汽车的化油器、仪表、各种薄壳等

五、铜及铜合金

工业和汽车上使用品种主要有工业纯铜、黄铜、青铜等

工业纯铜

又称紫铜、电解铜

它具有良好的导电性、导热性、塑性和耐腐蚀性，可进行冷、热压力加工，但强度和硬度低。

纯铜主要用于制造电线、电刷、铜管等

黄铜

黄铜是铜与锌的合金，即为铜锌合金。

黄铜又分为普通黄铜和特殊黄铜。

普通黄铜

只含铜、锌元素的合金

机械性能比纯铜好。

其牌号用“H'

加两位数字表示，“H'

是“黄”汉语拼音的第1个字母；

两位数字表示含铜量

例如H68是平均含铜量为68%、含锌量为32%勺普通黄铜。

若H前面加“Z”,表示为铸造黄铜

特殊黄铜

在普通黄铜中分别添加锡、镍、铅、锰、硅、铝等合金元素生成的合金

黄铜加入合金元素后能进一步提高强度、耐磨性等机械性能。

特殊黄铜的牌号用

“H'

加主元素符号及数字表示

青铜

除黄铜和白铜（铜镍合金）以外的铜合金统称为青铜

青铜又分为锡青铜（普通青铜）和无锡青铜（特殊青铜）

锡青铜

是以锡为主要添加元素的铜基合金

具有良好的机械性能。

锡青铜的牌号用“QSn加几组数字表示‘例如QSn6.5-1是平均含锡量为6.5%、其他元素平均含量为1%勺锡青铜。

Sn前面加ZCu字母表示为铸造材料，如ZCuSn5PbZn是表示平均含锡量为5%平均含铅量为5%平均含锌量为5%勺铸造锡青铜。

无锡青铜

是添加硅、铅、铍、锰、铝、镍等元素的铜基合金,并以添加的元素命名,如硅青铜、铅青铜、铍青铜……

无锡青铜也有较好的机械性能和理化性能。

汽车上的应用

连杆衬套、摇臂衬套、冷却系中的节温器、轴瓦、曲轴止推垫圈等。

非金属材料

能够说出汽车上塑料和橡胶的应用

理解非金属材料在汽车上的应用

汽车上塑料和橡胶的应用

塑料和橡胶的各性能

一、塑料

概述

是以石油、天然气、煤为基础原料的各种单体，通过聚合、树脂粘合、树脂添加、缩合等复杂的化学反应而生成的高分子材料

性能：

属轻质材料（是钢的1/8）、比强度高、化学稳定性好、耐腐蚀、绝缘性好、耐磨性好、消声吸震性好、易加工成型。

在汽车上的应用主要有：

内装件：

仪表板及衬垫、杂物箱、转向盘、操纵杆、内饰板、座椅扶手、车门内衬、各种填充材料等。

外装件:

密封条、保险杠面板、挡泥板、裙边、饰条、软管、减震垫片、把手等。

其他：

空滤器壳、风扇叶片、各种传感器电器壳体、部分齿轮等。

随着高级工程塑料在性能方面的不断提高，在汽车的发动机仓盖、车顶、行李架等部位正在开发和应用。

热塑性和热固性塑料

热塑性塑料

加热后软化，具有可塑性、可加工性，冷却后变硬；

若再加热后又软化，冷却后又变硬。

这一过程可反复进行.而对其结构性能却无影响。

如聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺（又叫尼龙）等。

它们成型工艺简单，生产效率高，具有一定的机械性能，但耐热性和刚性较低。

热塑性塑料在汽车上应用最多。

常用的有：

ABS（丙烯睛一丁二烯一苯乙烯）、PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）等。

热固性塑料

加热后起化学反应，固化成型后质地变硬；

再加热不能使之再软化。

如酚醛树脂、环氧树脂等等。

它们耐热性高，受压不易变形，价格比较便宜，但成型工艺复杂，生产效率较低。

工程塑料

是指具有较高强度和其他特殊性能的塑料

有机械性能好、耐热性、耐久性优良、寿命长、可靠性高的特点

在很多方面可以代替金属材料，主要品种有EP（环氧树脂）、PA（聚酰胺）、POM聚甲醛）等。

它们具有足够的温度一强度特性及尺寸稳定性。

随着汽车工业的发展,将日益广泛地应用在汽车上。

二、橡胶

橡胶是汽车用的一种重要材料,一辆汽车上的橡胶件约占全车整备质量的6%^10%如轮胎、软管、密封件、防振件、传动件、衬垫类等，

主要性能特点

高弹性

吸振能力

橡胶可吸收一部分机械能，并将其转变为热能。

橡胶还有一定的耐蚀性、耐磨性、绝缘性

橡胶是以生胶为基础，加入适量的配合剂（硫化剂、活性剂、软化剂、填充剂、防老剂等）而组成的高分子材料，

根据生胶的来源不同，可分为天然橡胶和合成橡胶两类。

天然橡胶

天然橡胶是从橡胶树上采集的胶乳，经过一系列处理，制成生胶

天然橡胶的综合性能好，有较好的弹性，良好的热可塑性和绝缘性、耐撕裂，低的导热性。

主要缺点是易老化、不耐高温，随时间的增加，会出现变色、发粘或变硬、变脆龟裂。

合成橡胶

合成橡胶又称人造橡胶，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,经聚合制得类似天然橡胶的高分子材料。

合成橡胶的种类很多，性能特点也各不相同。

合成橡胶的物理、机械性能较好，可制作轮胎和其他一般的橡胶制品。

其中丁苯橡胶耐磨、耐老化较好，抗撕裂性也较高，抗滑性特别是抗湿滑性好，但耐热、耐寒性差，弹性差。

主要用于轿车轮胎。

特种合成橡胶具有特殊性能，用来制作要求耐油、耐热、耐寒、

耐化学腐蚀的制品

汽车齿轮传动结构及轮系

能够说出汽车上几个齿轮传动结构能够计算齿轮系的传动比

掌握渐开线齿轮基本特征以及传动特点；

掌握渐开线斜齿轮的传动特点与应用。

备汽车机械所应用的齿轮传动的基本知识

渐开线斜齿轮的传动特点与应用；

齿轮系的传动比

一、齿轮传动的特点及应用

齿轮传动依靠主动齿轮与从动齿轮的啮合，传递运动和动力。

与其他传动相比，具有以下特点：

1•优点

1）适应性广。

2）传动比恒定。

3）效率较高，齿轮机构传动效率一般在95%以上。

4）工作可靠，寿命较长。

5）可以传递空间任意两轴间的运动。

2.缺点

1）制造和安装精度要求高，成本高。

2）低精度齿轮传动时噪声和振动较大。

3）不适于距离较大的两轴间的运动传递等。

二、齿轮传动的类型

1）按照一对齿轮两轴线的相对位置和轮齿的齿向，齿轮传动可分为：

2）按齿轮的齿廓曲线不同，齿轮传动又可分为渐开线、摆线和圆弧等三种。

三、渐开线的形成及其啮合特性

1.渐开线的形成

如图7-2所示，当直线NK沿一圆作纯滚动时，直线上任意一点K的轨迹AK称为该圆的渐开线。

这个圆称为渐开线的基圆，其半径和直径分别用rb和db表示，直线NK称为渐开线的发生线。

根据渐开线的形成过程可知，渐开线具有下列基本性质：

1）发生线沿基圆滚过的长度等于基圆上被滚过的弧度。

2）发生线NK是渐开线在任意点的法线。

3）渐开线形状取决于基圆的大小

4）渐开线齿廓上任意点的法线与该点的速度方向线所夹的锐角ak称为该点的压力角。

5）基圆以内无渐开线。

2.渐开线齿轮传动的啮合特性

（1）恒定的传动比

渐开线齿轮传动具有传动比恒定、传动平稳的特点。

齿轮的传动比是指主、从动齿轮角速度之比，工程上又常用主从动齿轮的转速之比表示，即

i12=31/32=n1/n2

传动比是否恒等于常数，影响到齿轮传动的平稳性。

2.渐开线齿轮的基本参数

（1）齿数z

（2）齿顶圆da、齿根圆df

（3）齿厚sk、齿槽宽ek和齿距pk

（4）分度圆d、模数m和压力角a

（5）齿顶高、齿根高、齿全高如图7-6所示。

四、齿轮系的类型

轮系传动时，根据各齿轮轴线的位置是否固定，可分为定轴轮系（如图8-1所示）和周转轮系（如图8-2所示）两大类。

五、齿轮系的功用

轮系的功用大致可归纳为以下几个方面：

1.实现两轴间远距离的运动和动力的传动如图8-3所示。

2.实现变速、变矩传动

3.实现换向传动

4.实现差速作用（运动的分解）

六、定轴轮系传动比计算

轮系中主动轴与从动轴之间的转速或角速度之比，称为轮系的传动比。

轮系传动比

的计算包括：

传动比大小的计算和确定从动轮的转动方向。

1.一对齿轮啮合的传动比

图8-6所示为一对齿轮啮合情况。

判断两轴的转向，对于平行轴传动，两轴转向相

同时（图8-6b的内啮合）传动比为正值；

两轴转向相反时（图8-6a的外啮合）传动比为负值。

即

i12=n1/n2=w1/w2=±

z2/z1

对于非平行轴传动，其中传动比不能用正负号表示，齿轮的转向只能标注在图上。

2.定轴轮系传动比

轮系中主动轴与从动轴间的转速或角速度之比，称为轮系的传动比。

如图8-7所示

轮系中，齿轮1为主动轮，通过齿轮2-3-4将运动和动力传递给齿轮5,则轮系的传动比大小为

i15==n1/n2=w1/w2。

七、周转轮系的应用

1.周转轮系的结构

如图8-12所示为一单排内外啮合的周转轮系中，外齿轮1、内齿轮3位于中心位置绕着轴线01回转称为中心轮；

齿轮2同时与中心轮1和齿圈3相啮合，其既作自

转又作公转称为行星轮；

支持行星轮的构件H称为行星架H。

2.周转轮系传动比的计算公式

如图8-12所示，由于行星轮的运动有自转和公转，所以周转轮系传动比的计算方法不同于定轴轮系，但它们之间又有内在的联系，假想行星架相对固定，使周转轮系转化为假想的定轴轮系，则有

i13=n1/n3=（n1-nH）/（n3-nH）=-z3/z1

式中i13假想行星架相对固定时，齿轮1和齿轮3的传动比；

n1齿轮1相对于行星架的转速，即n仁n1-nH；

n3齿轮3相对于行星架的转速，即n3