汽车机械基础（中职汽车专业）全套教学课件

了解汽车机械的组成部分了解机器与机构的特征及区别了解构件与零件的特征及区别

能识别汽车各系统的总成和零部件认识一下我哦项目一汽车机械概述知识目标能力目标全套可编辑PPT课件汽车机械概述汽车工程材料汽车机械零件的力学分析汽车常用轴系零部件汽车常用连接汽车常用机构汽车常用机械传动汽车液压传动你了解汽车的结构吗？知道汽车上有哪些重要的零部件及其安装位置吗？任务认识汽车机械点了名的喊到！！！认识各种汽车（a）轿车 （b）跑车 （c）救护车

（d）警车 （e）货车 （f）消防车常见的几种车任务描述

任务目标了解机器的组成部分及其功用。熟悉机器的特征，了解机器和机构的区别。仔细观察汽车的各组成部分，认识汽车各系统的组成和零部件，并熟悉它们的作用。传动部分支撑及辅助部分控制部分执行部分动力部分汽车机械的组成

连接动力部分和执行部分，用于传递运动和动力，如汽车中的离合器、变速箱、传动轴、差速器等。用来安装和支撑其余组成部分，通常包括基础件、支撑构件、润滑及照明部分，如汽车中的车身、车灯、雨刮器等。通过人力操控或自动控制来改变动力部分或传动部分，以使执行部分完成预定动作或实现预定功能，如汽车中的方向盘、油门、刹车等。又称工作部分，直接完成机器预定的工作任务，如汽车中的车轮。用于将其他形式的能量转换为机械能，是汽车机械工作的动力源，如发动机、电动机等是一种人为实体（零件或构件）的组合。各实体之间具有确定的相对运动。能代替或减轻人类劳动，完成有用的机械功。机器的特征机器的组成通用零件专用零件从制造的角度来看，机器是由若干零件组成的，如各种螺母、轴、齿轮等。零件是机器中不可再拆的最小单元，故零件是机器的制造单元。按照使用范围的不同，零件可分为通用零件和专用零件两类，如下图所示。其中，通用零件在各种机器中都能看到，如螺栓、螺母、轴承、齿轮等；专用零件仅用于实现特定功能的机器，如汽车发动机中的曲轴、活塞、凸轮轴等。构件

从运动的角度来看，机器又是由若干构件组成的，且各构件之间具有确定的相对运动。构件是机器中作为一个整体运动的最小单元，故构件是机器组成中最基本的运动单元。连杆构件汽车发动机

主要机构示意图构件通常由若干个零件刚性地连接在一起。例如，汽车发动机连杆是由连杆体、轴套、轴瓦、连杆盖、螺母、螺栓等装配而成的。机构机器可以看作一个或若干个机构的组合。例如，汽车发动机主要包括带传动机构、活塞连杆机构和凸轮机构。机构是具有确定相对运动的构件的组合，用来传递运动和动力。单从结构和运动的观点来看，机器和机构之间没有明显的区别，故通常将机器和机构统称为机械。机器由一个或多个机构连接而成，机构由多个构件连接而成；构件由一个或多个零件连接而成。Notice机器和机构都是人为的实体组合，各运动实体间都有确定的相对运动关系，但机构无法完成有用的机械功或实现能量转换，这是二者的本质区别。知识拓展从制造角度看，汽车是由各种不同的装置和部件装配而成的。汽车的类型有很多，但无论简单还是复杂的汽车，其基本组成都是一致的，即通常由发动机、底盘、车身和电气设备等部分组成。发动机本文只介绍两大机构！！！汽车发动机主要包括两大机构和五大系统。两大机构是指活塞连杆机构和配气机构；五大系统是指供给系统、冷却系统、润滑系统、点火系统和起动系统。发动机是汽车的动力装置，它将燃料燃烧产生的热能转化为动力输出，通过底盘的传动系统驱动车轮转动。现代汽车中的发动机仍然以汽油或柴油内燃机为主，但随着汽车技术的不断进步，以电动机为动力系统的电动汽车已逐渐得到消费者的认可。

配气机构：用于将足量的新鲜气体充入气缸并适时将废气排出。它主要由凸轮轴、气门、正时同步带（齿形链）和带轮（链轮）等组成。活塞连杆机构：用于将活塞的直线往复运动转变为曲轴的旋转运动，从而输出动力。它主要由气缸体、活塞、连杆、飞轮和曲轴等组成。底盘汽车底盘的作用一方面是安装和支撑汽车各部件和总成，形成汽车的整车造型；另一方面是接受发动机的动力，使汽车产生运动，并按驾驶员的操控行驶。汽车底盘一般由传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统等四大部分组成。传动系统：将发动机输出的动力传递给驱动轮，使汽车具有良好的动力性和燃油性。传动系统主要包括离合器、变速器、万向传动装置、主减速器、差速器、半轴等部分。随着汽车技术的进步，现代汽车越来越多地使用液力机械式变速器（自动变速器）取代传统的离合器和机械式变速器。行驶系统：接受传动系统传递的转矩，产生牵引力，并缓和冲击和振动，保证汽车正常、平顺、稳定的行驶。行驶系统主要包括车架、车桥、悬架和车轮等部分。转向系统：保持或改变汽车的行驶方向，使驾驶员有效地控制汽车。转向系统一般包括转向操纵机构、转向器、转向传动机构等部分。制动系统：使汽车减速、停止或驻车。制动系统主要包括制动器和制动传动装置。汽车一般至少包括行车制动和驻车制动两套制动装置。现代许多汽车中还装设了制动防抱死装置。电气设备车身电气设备是汽车的重要组成部分，主要包括电源组、点火系统（汽油机）、照明和信号装置、仪表、空调及各种辅助电器等。现代汽车中越来越多地使用各种电子设备，如微处理器、中央计算机系统及各种人工智能装置等，使汽车的操纵性、安全性、娱乐性等得到了显著提高。车身用来供驾驶员和乘客乘坐，还可用来存放行李或装载货物。车身不仅要为驾驶员提供方便的操纵条件，还要为乘客提供舒适安全的乘坐环境；不仅要保护乘车人的安全，还要保证货物完好无损。谢谢观赏!项目二汽车工程材料知识目标能力目标熟悉金属材料的力学性能和工艺性能。熟悉金属材料的分类、牌号和性能特点。熟悉非金属材料的组成、分类及特性。了解金属材料和非金属材料在汽车中的应用。能识别汽车中常见零部件的组成材料。能初步掌握汽车常见零部件的选材要求。任务一认识汽车常用金属材料汽车作为一个复杂的机械系统，通常由成千上万个零部件组装而成这些零部件又是由各种各样的材料加工制造而成的。那么汽车中还有哪些零部件是用金属材料制造的？你了解汽车常用金属材料有哪些类型和特性吗？在工程实际中，制造汽车零部件的材料主要分为金属材料和非金属材料。其中，金属材料是最重要的汽车工程材料，有着非常广泛的应用，用量约占汽车总材料的80%。汽车中的重要零部件如曲轴、齿轮、轴承、活塞等，都是由金属材料制造而成的。???任务描述任务目标能识别汽车常用金属零部件的组成材料。了解金属材料的分类、牌号及性能特点。了解金属材料的性能及其评判指标。观察和识别发动机的主要组成零件，辨别它们各自的组成材料，以了解金属材料在汽车中的应用，并学习区分金属材料。一、金属材料的性能强度1．金属材料的力学性能

金属材料的力学性能又称机械性能，它是指金属材料在各种载荷（如拉力、压力、冲击力等）作用下表现出来的一系列特性和抵抗破坏的能力。金属材料的力学性能主要包括强度、塑性、硬度、冲击韧度和疲劳强度等。金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。根据外力的作用形式不同，强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度和抗弯强度等。本书主要介绍抗拉强度。物体受外力作用发生变形，同时在材料内部会产生一个抵抗变形的力，称为内力。单位面积上的内力称为应力，用R表示，单位为帕（Pa或N/mm2），工程上的常用单位为兆帕（MPa或N/mm2）。由于力的作用而产生的材料尺寸的变化与原始尺寸之比称为应变，用表示。抗拉强度是最基本的强度指标，常通过拉伸试验进行测定。将预先制作好的材料试样装在拉伸试验机上，缓慢施加拉力，使试样产生拉伸变形，长度不断增加，直至试样被拉断。该过程中，试验机能自动绘制出试样内应力和应变的关系曲线，称为应力—应变曲线。低碳钢的应力—应变曲线。材料拉伸试样材料拉伸试样低碳钢试样拉伸过程明显经历了四个变形阶段，如表2-1-1所示。表2-1-1低碳钢应力—应变曲线分析材料拉伸试样屈服强度使材料发生屈服现象的应力，分为上屈服强度和下屈服强度。其中，上屈服强度是试样发生屈服而应力首次下降前的最大应力；下屈服强度是指在屈服期间，不计初始瞬时效应时的最小应力。它们的计算公式如下：

ReH

，ReL

—上、下屈服强度，单位为MPa；FeH

—试样发生屈服而应力首次下降前承受的最大载荷，单位为N；

FeL—试样发生屈服时承受的最小载荷，单位为N；

S0

—试样原始截面积，单位为mm2。对于无明显屈服现象的金属材料，如大多数合金钢、铸铁、有色金属等，测量屈服点很困难。因此，对于这类材料，通常规定试样产生0.2%微量塑性变形时的应力Rp0.2作为屈服强度指标，称为规定残余伸长应力。抗拉强度Rm指金属材料在断裂前所承受的最大应力，其计算公式为：

Rm—试样材料的抗拉强度，单位为MPa；

Fm—试样断裂前所承受的最大载荷，单位为N；

S0—试样原始横截面积，单位为mm2。抗拉强度表示材料抵抗均匀塑性变形的最大能力，是设计机械零件和选材的主要依据之一。塑性金属材料在外力作用下，产生塑性变形而不断裂的能力称为塑性。塑性的好坏可通过材料在断裂前的最大变形量来评价。通过拉伸试验测得的常用塑性指标有：断后伸长率和断面收缩率。断后伸长率A指试样被拉断后，试样标距的伸长量和原始标距的百分比。A—

断后伸长率，没有单位；Lu—试样拉断后的标距，单位为mm；L0—试样原始标距，单位为mm。断面收缩率Z指试样被拉断后，其横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。Z—

断后伸长率，没有单位；S0—试样拉断后的标距，单位为mm；Su—试样原始标距，单位为mm。金属材料的断后伸长率A和断面收缩率Z越大，表示该材料的塑性越好，即在不发生破坏时所能承受的塑性变形越大。塑性好的材料适宜用轧制、锻造等塑性变形的加工方法进行加工。工程应用中，在常温、静载条件下测定的断后伸长率A>5%的材料称为塑性材料，如低碳钢、铜、铝合金等；断后伸长率A<5%的材料称为脆性材料，如灰铸铁、陶瓷、玻璃等。硬度材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力称为硬度。常用的硬度试验方法有布氏测试法、洛氏测试法和维氏测试法等，所测定的硬度值分别称为布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。三种硬度试验的原理、测定方法和应用范围如表2-1-2所示。布氏硬度的表示方法为：硬度值+HBW+球体直径+试验压力+保持时间洛氏硬度的表示方法为：硬度值+符号10~15s时不标注表2-1-2三种硬度的比较冲击韧度金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧度。它可以用来衡量材料韧性的好坏。对于承受冲击载荷的零件，如汽车发动机中的活塞，不仅要求具有高的强度和一定的塑性，还要求具备足够的冲击韧度。金属材料的冲击韧度可以通过摆锤式一次冲击试验来测量。

冲击试验原理图试样摆锤冲击示意图摆锤冲断试样所消耗的能量称为冲击功，其大小等于摆锤的势能差，可从试验机的表盘上直接读出。击功，单位为Jcm2试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功称为冲击韧度值，单位为J/cm2，即：

Ak—试样吸收的冲击功，单位为J；

S—试样缺口底部横截面积，单位为cm2。冲击韧度值越大，表示材料的韧性越好，受冲击时越不容易断裂。为了使试验结果不受其他因素影响，冲击试样要根据有关国家标准制作。疲劳强度金属材料承受无限多次交变载荷的作用而不发生破坏的最大应力称为疲劳强度，其大小可以通过疲劳试验进行测量。但实际操作中，金属材料不可能作无限多次交变载荷试验。因此，试验时通常规定一个循环次数，钢材为107次，有色金属材料为108次。提高疲劳强度的主要措施有：提高零件的表面质量，采用强化处理方法，尽量避免表面缺陷的形成。Notice疲劳破坏是机械零件失效的主要形式之一，由于前期不易察觉，具有较强的突发性，因此疲劳破坏往往造成很严重的后果。2．金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能反映了金属材料被加工成零件的难易程度。材料工艺性能的好坏影响零件的加工质量和加工成本，因此工艺性能是选择材料时必须考虑的因素之一。工艺性能主要包括铸造性能、压力加工性能、焊接性能和切削加工性能等，如表2-1-3所示。表2-1-3金属材料的工艺性能二、金属材料概述黑色金属由铁或以铁为主形成的金属材料，即钢铁材料，包括钢、生铁和铸铁。金属材料是指由金属元素或以金属元素为主要成分构成的具有金属特性的工程材料。金属材料种类繁多，应用广泛，按化学成分可分为黑色金属和有色金属两大类。有色金属除钢铁以外的其他金属及其合金材料，如铜、铝、镁、钛等。汽车上应用最多的黑色金属材料为钢和铸铁，应用最多的有色金属为铝及铝合金、铜及铜合金、轴承合金等。汽车常用金属材料三、碳素钢的分类、牌号、性能及用途按化学成分不同，钢可分为非合金钢和合金钢，其中，非合金钢又称为碳素钢，简称碳钢。1．碳素钢的分类2．碳素钢的牌号、性能及用途金属的牌号是指按照有关规定对金属材料进行的统一标准化编号。国家标准规定：钢的牌号由大写的汉语拼音、化学元素符号、阿拉伯数字等组成。常用碳素钢牌号的示例及含义如表2-1-4所示。表2-1-4常用碳素钢的牌号示例及含义碳素钢在工业生产中的应用非常广泛，常用碳素钢的性能和用途如表2-1-5所示。表2-1-5常用碳素钢的性能及用途四、合金钢的分类、牌号、性能及用途为改善碳素钢的机械性能，通常在炼钢时加入微量金属元素，如Mn，Si，Cr，Ni，Mo，W，V等，由此获得的钢材称为合金钢。与碳素钢相比，合金钢往往具有某些方面的特殊性能或具有良好的综合力学性能。1．合金钢的分类主要用于制造重要的机械零件和工程结构件，又可细分为合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢和滚动轴承钢等。主要用于制造重要的刃具、模具和量具，又可细分为合金刃具钢、合金模具钢和合金量具钢。具体特殊的物理和化学性能，一般分为不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。合金结构钢合金工具钢特殊性能钢2．合金钢的牌号、性能及用途表2-1-6常用合金钢的牌号示例及含义表2-1-7常用合金钢的性能及用途表2-1-7（续）五、铸铁的分类、牌号、性能及用途平均碳含量大于2.11%的铁碳合金称为铸铁。一般而言，工业用铸铁中碳含量为2%～4%。除了含有铁、碳元素之外，合金铸铁中还含有镍、铬、钼、铝等合金元素。虽然塑性及韧性不及钢，但铸铁的生产成本低廉，具有优良的铸造性能、切削加工性能和良好的耐磨性及吸振性，因此在工业生产中应用十分广泛。1．铸铁的分类碳主要以渗碳体形式存在，断口呈银白色，由于具有很高的脆性和硬度，难以进行切削加工，故工业中很少直接用白口铸铁来制造机械零件。碳主要以片状石墨形式存在，断口呈暗灰色，具有一定的力学性能和切削加工性能，故在工业中灰口铸铁应用最为广泛。一部分碳以石墨形式存在，另一部分以渗碳体形式存在，断口呈灰白相间的麻点状，在工业中应用很少。白口铸铁灰口铸铁麻口铸铁2．铸铁的牌号、性能及用途表2-1-8铸铁的牌号组成、性能特点及用途表2-1-8（续）六、有色金属材料为满足汽车轻量化等特殊需求，汽车中不少零部件使用了有色金属材料，其中应用较广的有铝及铝合金、铜及铜合金、轴承合金等。1．铝及铝合金工业中使用的纯铝呈银白色，密度较小，仅为钢的1/3，熔点为660℃，在常温及潮湿环境中，其表面容易形成一层致密的氧化膜，故纯铝具有较好的抗腐蚀性。纯铝的导热性和导电性良好，是仅次于金、银、铜的优良导体；纯铝塑性很高，能通过压力加工方法制成各种型材、板材。工业纯铝广泛用于制造各种导线、电容器和包装材料等，汽车中主要用工业纯铝制造空气压缩机垫圈、排气阀垫片、汽车铭牌等。

工业纯铝的纯度不低于99%，其牌号用1×××表示，如1A50，1B30等。其中，第二位字母为A则表示原始纯铝，其他字母则表示改型合金；最后两位数字表示铝的最低百分含量中小数点后面两位。例如，1A50表示铝的含量为99.50%的原始纯铝。具有较高的强度和良好的塑性，可通过冲压、弯曲、挤压等加工方法获得所需零件，如发动机机架、飞机大梁等。根据性能特点和用途的不同，变形铝合金又可分为防锈铝合金、硬铝合金、超硬铝合金和锻造铝合金四类。具有良好的铸造性能，能铸成各种形状复杂的零件，如发动机壳体、轿车轮毂等。根据所含合金元素的不同，铸造铝合金又可分为铝硅系、铝铜系、铝镁系和铝锌系等四类。变形铝合金铸造铝合金纯铝的强度太低，不宜直接用来制造承受载荷的结构件，因此，通常往纯铝中添加各类合金元素来强化铝的性能，从而得到各种系列的铝合金。添加的合金元素主要有铜、锰、硅、镁、锌等。根据合金元素和工艺特点的不同，铝合金可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。

变形铝合金牌号用2×××～8×××表示，如3A21，2A12等。其中，牌号的第一位数字是按照主要合金元素：铜、锰、硅、镁、镁＋硅、锌及其他元素的顺序来表示变形铝合金的组别；第二组数字或字母表示原始合金（A）或改型合金（B～Y）；牌号中最后两位数字用来区分同一组中不同的铝合金。例如，3A21表示以锰为主要合金元素的变形铝合金。铸造铝合金牌号由“ZL”＋三位数字组成，如ZL103，ZL202等。其中，“ZL”是“铸铝”的拼音首字母，第一位数字表示合金类别：1代表Al－Si系合金；2代表Al－Cu系合金；3代表Al－Mg系合金；4代表Al－Zn系合金。第二、三位数字是合金的顺序号。例如，ZL202表示2号Al－Cu系铸造铝合金。2．铜及铜合金纯铜为紫红色，密度为8.96g/cm3，比钢略大，导电性和导热性良好，塑性、耐腐蚀性及焊接性能良好，但强度和硬度均不高，且价格昂贵，属于贵金属，故一般不用来加工各种构件。工业生产中通常用纯铜来制造电线、电缆、散热片等。通过向纯铜中加入锌、铅、锡、铝、铍等元素即可得到各种性能优越的铜合金。根据所加入合金元素的不同，铜合金可分为黄铜、青铜和白铜等三大类，如表2-1-9所示。表2-1-9铜合金的分类、性能特点及用途表2-1-9续3．轴承合金轴承合金主要用于制造滑动轴承。为保证机器正常、平稳地运行，轴承合金材料应具有足够的强度、硬度和疲劳强度，足够的塑性和韧性，良好的磨合能力、减摩性和耐磨性，以及方便加工、价格低廉等特点。表2-1-10常见轴承合金的性能特点及用途知识拓展各种金属材料直接加工成零件时，往往难以满足机器对零件的性能需求，因此，工业生产中常采用热处理的方法来提高零件的性能。由于钢是工业中应用最广的金属材料，下面主要介绍钢的热处理的有关知识。一、钢的热处理的概念、目的及分类1．热处理的概念热处理是采用适当方式将金属工件进行加热、保温和冷却，以获得预期的组织结构和性能的工艺。由于钢在工业生产中应用最为广泛，故热处理常指钢的热处理。2．热处理的目的热处理的目的是为了充分发挥钢材的潜力，提高钢件的使用性能和使用寿命，改善工件的加工工艺性能。在汽车制造业中需热处理的零件达70%～80%。3．热处理的分类热处理的种类很多，根据热处理的目的和工艺方法不同，热处理可分为整体热处理和表面热处理两大类。根据工序位置的不同，热处理可分为预备热处理和最终热处理。二、钢的普通热处理钢的普通热处理又称整体热处理，主要方法包括退火、正火、淬火、回火、调质和时效处理等。不同方法的处理过程、目的等都不相同，如表2-1-13所示。表2-1-13钢的普通热处理表2-1-13续表2-1-14回火的分类在回火处理中，回火的温度越高，钢件获得的硬度、强度越低，塑性和韧性越高。根据回火时温度范围不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火，如表2-1-14所示。先淬火再高温回火的热处理工艺称为调质处理。调质处理可以使钢件获得良好的综合力学性能，通常用于连杆、主轴、齿轮及专用螺栓等受力复杂的重要机械零部件。三、钢的表面热处理汽车中的许多零件（如曲轴、活塞销、传动齿轮等）工作时承受各种交变、冲击载荷及摩擦力的作用，这就要求零件表面保持高硬度和耐磨性，而心部具有足够的韧性。这类需求很难用一般的热处理来满足。生产中常选用中碳钢或中碳合金钢，并对其进行表面处理来实现上述要求。表面热处理是指仅对钢件的表面进行加热，以改变表层组织结构和力学性能的热处理工艺。根据工艺方法和原理的不同，表面热处理可分为表面淬火和化学热处理两大类，如表2-1-15所示。表面淬火示意图感应加热淬火示意图表2-1-15表面热处理谢谢观赏任务一认识汽车常用非金属材料虽然汽车中大部分零件采用的是金属材料制造，但为了满足汽车轻量化、耐腐蚀等要求，塑料、橡胶等非金属材料也被大量应用，如车灯、车玻璃、轮胎、内饰件等。那么你知道汽车中都应用了哪些种类的非金属材料吗？各类非金属材料的性能有何特点？让我们一起来认识汽车常用非金属材料吧！任务描述任务目标观察和认识汽车内、外饰件，辨别它们各自的组成材料，以了解非金属材料在汽车中的应用，并学习区分非金属材料。了解各种非金属材料的性能、特点及应用。初步识别汽车中各种非金属零部件的组成材料。一、塑料1．塑料的组成作用是在一定的温度和压力条件下软化并塑造成形，它决定塑料的基本属性，并起黏结剂的作用。树脂分为天然树脂和合成树脂。作用是弥补或改进塑料的某些特性，主要包括填料和增强材料、填充剂、增塑剂、固化剂、着色剂、稳定剂、润滑剂、抗静电剂、发泡剂和阻燃剂等。可视塑料的性能要求而改变添加剂的种类和数量。树脂添加剂汽车中使用的非金属材料主要分为有机高分子材料、无机材料和复合材料等。其中，有机高分子材料主要包括塑料、橡胶和黏结剂等；无机材料主要包括陶瓷材料、玻璃材料等。2．塑料的分类塑料的种类很多，按热性能的不同可分为热塑性塑料和热固性塑料；按用途的不同可分为通用塑料和工程塑料。3．塑料的特性重量轻。塑料的密度一般为0.83～2.2g/cm3，仅为钢铁材料的1/8～1/4。化学性质稳定。塑料能耐大气、水及多数酸、碱、有机溶剂等的腐蚀。绝缘性能好。一般塑料对电都有良好的绝缘性和耐电弧特性。减摩、耐磨性好。多数塑料的摩擦系数小，耐磨性好，可作为减摩材料。消声吸振性良好，成形性、着色性好，且加工简单。大多数塑料制品具有很高的生产效率，生产成本低。耐热性差，热膨胀率大，尺寸稳定性差，使用过程中容易变形和老化。4．塑料在汽车中的应用表2-2-1塑料在汽车中的应用表2-2-1（续）二、橡胶橡胶是一种以生胶为基础，加入适量配合剂制成的高分子材料。橡胶制品广泛应用于汽车发动机及其附件、传动、转向、悬挂、制动、电器仪表及车身等系统内。1．橡胶的组成一种具有高弹性的聚合物材料，按来源可分为天然生胶和合成生胶两类。天然生胶是指从橡胶树、橡胶草等植物中提取的胶乳，经凝固、干燥、稳压后制成的片状固体；合成生胶是指由化学合成方法制得的与天然橡胶相似的高分子材料。为改善和提高橡胶制品性能而加入的物质，主要有硫化剂、活性剂、软化剂、填充剂、防老剂、着色剂等。生胶配合剂2．橡胶的分类从橡胶树、橡胶草等植物中提取液状乳汁经适当加工制成。以某些低分子化合物为原料，经复杂的聚合反应制成。天然橡胶合成橡胶3．橡胶的特性橡胶的弹性极好，最大伸长率可达800%～1000%，且去除外力后能迅速恢复原状；同时具有吸振能力强，耐磨性、隔声性、绝缘性好，可积储能量，有一定的耐蚀性和强度等优点。橡胶的主要缺点是易于老化，老化后会丧失弹性、变硬、变脆、发黏甚至龟裂。使用或存放周期过长、光照、高温等因素均会加快橡胶老化。4．橡胶在汽车中的应用汽车中使用量最大的是合成橡胶。合成橡胶主要有七大品种：丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶、三元乙丙橡胶和丁腈橡胶。各种橡胶在汽车中的应用情况如表2-2-2所示。表2-2-2橡胶在汽车中的应用三、陶瓷陶瓷属于无机非金属固体材料，它以天然矿物或人工合成的各种化合物为基本原料，经粉碎、成形和高温烧结等工序制造而成。1．陶瓷的分类主要以天然的硅酸盐矿物质（如黏土、长石、石英等）为原料，经粉碎、成形、烧制而成。按用途不同，传统陶瓷可分为日用陶瓷、建筑陶瓷、绝缘陶瓷、卫生陶瓷、电器陶瓷、化工陶瓷和多孔陶瓷等。主要以高强度、超细粉末材料（如硅化物、碳化物、氮化物等）为原料，经粉碎、成形、烧制而成。精细陶瓷具有某些特殊的力学、物理或化学性能，故又称特种陶瓷。传统陶瓷精细陶瓷2．陶瓷的性能陶瓷具有很高的硬度和抗压强度，优良的耐磨性、抗氧化性、耐腐蚀性、耐高温性和绝缘性，但冲击韧度低，脆性大，急冷急热时性能较差。3．陶瓷在汽车中的应用随着材料技术的发展，各种精细陶瓷在汽车中逐渐得到广泛应用。按用途不同，陶瓷主要分为功能陶瓷和工程陶瓷两类。在汽车中，前者用作功能材料，如制造氧传感器、温度传感器等；后者用于制造各种结构件，如火花塞陶瓷体、活塞、轴承、刹车片等。氧传感器火花塞陶瓷活塞

陶瓷轴承陶瓷刹车片四、玻璃材料玻璃是将各种原材料（如石灰石、石英石等）熔融、冷却、固化而成的一种无机非金属材料。1．玻璃的组成玻璃主要由各种氧化物原料和辅助原料组成。其中，氧化物有石英石、石灰石、长石、硼酸、铅化物、钡化物等；辅助原料包括澄清剂、着色剂、脱色剂、氧化剂、助熔剂等。2．玻璃的性能玻璃具有良好的透光性，较高的硬度和抗压强度，同时具有较好的抗水、空气以及酸碱盐溶液腐蚀的性能。3．玻璃在汽车中的应用主早期汽车中使用的是普通板型玻璃。由普通玻璃经加热、吹冷风等工艺制成。普通玻璃钢化玻璃由多层玻璃胶合而成，且在层与层之间附着一层膜。夹层玻璃为保证驾驶员及乘客的人身安全，目前汽车前挡风玻璃普遍采用安全性较好的夹层玻璃。由于价格原因，后挡风玻璃及车窗玻璃大多仍采用钢化玻璃。普通玻璃破裂

钢化玻璃破裂

夹层玻璃破裂五、复合材料复合材料是由两种或两种以上物理或化学性质不同的材料，通过一定方法合成的新材料。复合材料能兼具各种组成材料的优点，并弥补彼此的性能缺陷，从而具备优异的综合性能。复合材料由于具有特殊的振动阻尼特性，可减振和降低噪声，而且抗疲劳性能好，损伤后易修理，便于整体成形，故可用于制造汽车车身、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件等。目前，玻璃纤维增强树脂复合材料（又称玻璃钢）和碳纤维增强树脂复合材料在汽车上已有诸多应用，如各种车身覆盖件、内饰门板、门把手等。复合材料在汽车中的应用六、黏结剂黏结剂又称胶黏剂或黏合剂，它以黏性物质为基础加入各种添加剂而制成。黏结剂能将两种相同或不同的材料牢固地黏合在一起。与螺栓连接、铆接、焊接等连接方式相比，黏结具有以下优点：接头应力分布均匀，抗疲劳强度高；接头密封性、绝缘性、耐腐蚀性良好。但黏结接头也存在易剥离、不耐冲击、易老化和耐热性差等不足。知识拓展各种金属和非金属材料制造的零部件是汽车的构成基础，同时汽车的正常行驶还离不开燃料、润滑剂、制动液、防冻液等运行材料的支持。下面简要介绍汽车运行材料的相关知识。一、汽车用燃料1．汽油汽油是目前汽车中应用最广泛的燃料，汽车也因此而得名。汽油使用性能的好坏直接关系到发动机工作的可靠性、经济性和使用寿命。汽油的主要性能指标有蒸发性、抗爆燃性、安定性、抗腐性、无害性和清洁性等。抗爆燃性是指汽油在气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力，主要由辛烷值来评定。国家标准根据辛烷值的大小来划分汽油的牌号，常见的有90号，93号和97号。牌号越高，辛烷值越高，抗爆燃性就越好。Notice2011年12月，北京质监局发布《车用汽油》地方标准的征求意见稿，拟将汽油牌号由“90号，93号，97号”修改为“89号，92号，95号”。2．柴油柴油分为轻柴油和重柴油等品种，汽车用柴油机属于高速柴油机，使用的是轻柴油。柴油的性能指标有低温流动性、发火性、蒸发性、安定性、黏度、抗腐性和清洁性等。低温流动性是指在低温条件下柴油具有一定流动状态的能力，它用凝点来衡量。凝点是指油料在一定的实验条件下，遇冷开始凝固而失去流动性的最高温度。车用柴油按凝点来划分牌号，分为5号、0号、-10号、-20号、-35号、-50号共6种牌号。发火性又称燃烧性，是指柴油的自燃能力。柴油的发火性用十六烷值来评定，其值越高，燃烧性越好，燃烧越平稳，柴油机工作越柔和。但十六烷值过高时，将影响柴油的低温流动性、喷雾及蒸发性，导致燃烧不完全，从而会降低柴油机功率，使油耗上升。选用车用柴油时，主要参考汽车使用地的气温。一般而言，应保证柴油的凝点高于当地最低气温3～6℃。二、汽车润滑材料1．发动机润滑油发动机润滑油俗称机油，主要用于发动机各运动零部件之间的润滑。机油具有润滑减摩、冷却降温、清洗清洁、密封防漏、防锈防蚀、减振缓冲等作用。机油的主要性能指标有黏度、黏温性、低温黏度、氧化安定性、抗腐性、洁净分散性、抗泡性等。机油的黏度决定其润滑性能的好坏，其大小与温度成反比关系。温度升高时，黏度下降，机油变稀；反之，机油变稠。当温度低于凝固温度后，机油将凝固，失去流动性。机油的种类很多，国标GB/T7631.3—1995《内燃机油分类》中规定内燃机油分为汽油机油（S系列）和柴油机油（C系列）两个系列，其中，汽油机油按质量又分为SA～SH共八个等级；柴油机油按质量又分为CA，CB，CC，CD，CD-Ⅱ，CE，CF-4共七个等级。等级越靠后，机油的性能越好。其中，SD/CC，SE/CC，SF/CD三个质量等级的机油为汽油机和柴油机通用机油。国产机油的品种与牌号如表2-2-5所示。表2-2-5国产机油的品种与牌号A级和B级内燃机油已经被废除。W（如10W）代表冬季用，无W（如30）则为夏用，××W/××（如5W/30）则为冬夏通用油。内燃机油的牌号由品种代号+质量等级代号+黏度级别组成。例如，CC30表示100℃时运动黏度等级为30的C级柴油机油；SF5W/30表示低温黏度等级为5，100℃时运动黏度等级为30的F级汽油机油。2．齿轮油汽车齿轮油用于机械式变速器、驱动桥及转向器的齿轮、轴承和轴等零件的润滑。齿轮油的主要作用有减摩、冷却、清洗、密封、防锈和降噪等。由于工作条件与内燃机油不同，故汽车对齿轮油的性能要求也不相同。齿轮油的性能指标主要有：润滑性、极压抗磨性、热氧化安定性、防腐性等。我国车辆齿轮油按车辆的使用性能分为普通车辆齿轮油（GL-3）、中等负荷车辆齿轮油（GL-4）和重负荷车辆齿轮油（GL-5）。我国车辆齿轮油按黏度分为70W，75W，80W，85W，90，140和250七个共黏度牌号。选择与使用车辆齿轮油时，应按车辆使用说明书的规定选择与该车型相适应的齿轮油品种和牌号，还可以参照以下原则：根据齿轮类型和工作条件来选择齿轮油的品种。根据使用环境最低温度和传动装置最高油温来选择齿轮油的黏度等级。三、汽车其他工作液1．制动液制动液用于汽车液压制动系统中传递制动力，故又称刹车液或刹车油。考虑到汽车制动的重要性和安全性，要求制动液：黏温性好，凝固点低，低温流动性好；沸点高、高温时不产生气阻；质量稳定，对金属件和橡胶件无有害影响。制动液按原料组成和特性不同，通常分为合成型、矿油型和醇型三大类。在选用时尽量选用合成型，不要选用已被淘汰的醇型。我国制动液按其平衡回流沸点分为JG0～JG5共六个质量等级，数字越大，表示平衡流回沸点越高，高温抗气阻性越好，制动效果越好。2．冷却液汽车冷却液即发动机冷却液，现代汽车发动机正常工作时，冷却系统运行温度高达85～115℃。用普通水冷却时，100℃就会沸腾，无法有效降温；低于0℃时便会结冰，造成冷却系统难以工作。因此，需要采用一种特殊的冷却介质——防冻液，才能满足发动机对冷却液的各种性能需求。冷却液应具有以下特点：良好的流动性，较低的冰点，较高的沸点，对金属件和橡胶件无影响，不易产生水垢，蒸发损失小。现代汽车中常用冷却液的主要成分是乙二醇。用水和乙二醇按不同比例混合即可得到不同冰点的冷却液。乙二醇型冷却液按冰点不同，分为共五个牌号。Notice不同厂家、不同牌号的冷却液不能混用。由于乙二醇有毒，在使用乙二醇冷却液时切勿入口。乙二醇冷却液可四季使用，由于价格较贵，有些地区夏季不用，可换下后密封保持，冬季仍可重复使用。谢谢观赏项目三汽车机械零件的力学分析知识目标能力目标掌握静力学基础知识和受力分析的方法。了解力矩、力偶的概念及其应用。了解杆件的基本变形及受力特点。了解滑动摩擦和滚动摩擦的相关知识。了解刚体定轴转动的相关知识。能对发动机活塞连杆组、汽车方向盘进行受力分析。能对连接螺栓、汽车底盘横梁及传动轴进行受力和变形分析。能拆装汽车摩擦式离合器，熟悉其工作过程。能测定汽车发动机曲轴转速。任务一发动机活塞连杆组受力分析汽车够高速行驶，主要依赖于发动机提供的动力。根据初中物理所学知识可知，活塞连杆机构是往复式内燃机中最重要的机构之一，它通过四个冲程的循环将燃料燃烧的热能转换为机械能输出。那么往复式内燃机工作时活塞连杆组受到哪些力的作用呢？让我们一起来学习静力学的基础知识吧！进气冲程压缩冲程做功冲程

排气冲程往复式内燃机的工作过程示意图任务描述任务目标内燃机工作时，曲轴旋转时通过连杆带动活塞作往复直线运动。观察曲柄连杆机构的运动，对工作状态下（即做功冲程）的活塞连杆组进行受力分析，并绘制其受力图，以了解静力学的相关知识。了解静力学的基本概念。掌握静力学的基本公理及其推论。掌握约束的类型与约束反力。掌握受力分析的一般方法，能绘制机构的受力图。一、静力学的基本概念人们在日常生活中进行推、拉动作时，由于肌肉紧张收缩而感受到对物体施加了推力和拉力，而物体的运动状态也发生了改变。通过大量实践和总结，人们逐步形成了许多力学的基本概念。1．力的概念生活中关于力的例子随处可见，如人用手推车，吊钩吊起重物，手拉弹簧等。这些实例表明力是物体与物体之间的相互机械作用。力的作用使物体的运动状态发生变化（推车时车由静止变为运动）或使物体的形状发生变化（汽车钢板弹簧受压变形）。其中，力使物体的运动状态发生变化，称为力的外效应；力使物体的形状发生变化，称为力的内效应。人手推汽车汽车钢板弹簧受压变形2．力的三要素及表示实践表明，力对物体的作用效应取决于力的三要素：力的大小、方向（包括指向和方位）和作用点。例如，人在推车时，如图（a）所示，推力的大小为200N，作用点在车厢尾部，方向水平向左。改变三要素中的任何一个，力的作用效应都将随之改变。力既有大小又有方向，故力是一个矢量。矢量一般由带有箭头的有向线段来表示，如图（b）中的线段AB。其中，线段AB的长度表示力的大小，线段的箭头表示力的方向，线段的起点或终点表示力的作用点（图中B点）。常用黑斜体字母F表示力矢量。人推汽车时的推力为了表示力的大小，国际单位制（SI）中规定力的基本单位为牛顿，简称牛，用符号N表示。力也可用千牛作为单位，符号为kN。3．平衡的概念物体相对于参照物保持静止或匀速直线运动的状态称为平衡状态。例如，汽车停放在车库，或在公路上作匀速直线运动时，都是处于平衡状态。4．力系的概念作用于物体上的多个力称为力系。按照力系中各力的作用线是否在同一个平面内，可将力系分为平面力系和空间力系。作用在物体上的力系中，若各力的作用线均处于同一平面内，则该力系称为平面力系。力系平面力系若物体在力系的作用下处于平衡状态，则这个力系称为平衡力系。力系平衡所满足的条件称为平衡条件。平衡力系若两个力系对同一物体的作用效应完全相同，则这两个力系互为等效力系。等效力系Notice两个力系等效只表示对物体作用的外效应不变，而内效应则必然会随着力的作用点的不同而不同。5．刚体的概念受外力作用而不发生变形的物体称为刚体。由力的内效应可知，实际上并不存在刚体。但是在工程实际中，许多机械工程零件和结构件正常工作时，产生的变形量非常小，为了简化问题，可忽略其变形，而将其视为刚体。例如，人在推车时，车身发生的变形量很微小，忽略它不会影响对汽车运动的研究，故可把汽车视为刚体。6．合力与分力若一个力与一个力系的作用效应完全相同，则这个力称为该力系的合力；而该力系中的各个力称为该合力的分力。已知力系中各个力来求合力的过程，称为力的合成；反之，已知一个力求等效力系的过程，称为力的分解。二、静力学公理及其推论1．二力平衡公理刚体在两个力的作用下处于平衡状态的充分必要条件是：这两个力大小相等、方向相反，且作用在同一直线上。若刚体在两个力F1和F2的作用下处于平衡状态，则与大小必定相等，方向必定相反，作用线必定重合，即等值、反向、共线，用矢量式表示为F1=-F2。需要注意的是：二力平衡公理仅适用于刚体，对于变形体则不适用。二力平衡绳子受二力作用通常将只受二力作用而处于平衡的构件称为二力构件。由于工程实际中大部分二力构件都是杆件，故又称二力杆。二力杆的受力特点是：所受的两个力必定在二力作用点的连线上，且等值、反向。汽车梯形转向系统示意图二力杆不一定是直杆，形状弯曲的构件，只要符合二力杆的受力特点，都可称为二力杆。2．加减平衡力系公理在受已知力系作用的刚体上，加上或减去任意一个平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用效应。加减平衡力系公理显而易见是正确的，因为平衡力系是不会改变物体原有运动状态的。这一公理常用来简化某已知力系，根据该公理，可得出一个重要推论——力的可传性:作用于刚体上的力可沿其作用线移动到刚体内的任意一点，而不会改变该力对刚体的作用效应。水平推汽车和拉汽车3．力的平行四边形法则作用于刚体上某点的两个力可以合成为一个合力，合力的作用点仍在该点，合力的大小和方向可用这两个力所构成的平行四边形的对角线来表示如图（a）。矢量表达式为:在实际作图时，可直接将F1平移到F2的末端，通过△ABD可求得合力FR，如图（b）所示。这种求二力汇交时合力的方法称为三角形法则。力的平行四边形法则和三角形法则二力平衡公理不仅适用于两个力的合成，还可推广到多个共点力的合成。三力平衡汇交定理:若刚体受到同平面内三个互不平行力的作用而处于平衡状态，则这三个力的作用线必然汇交于一点。三力平衡汇交4．作用力和反作用力定律一个物体对另一个物体有一作用力时，另一物体对此物体必有一反作用力，这两个力大小相等，方向相反，沿同一直线分别作用在两个物体上。作用力与反作用力定律概括了物体之间相互作用的关系，表明作用力和反作用力总是成对出现。通常用加“撇”的方法来表示一对作用力和反作用力。Notice作用力与反作用是作用在两个不同物体上的，因此，不能认为这两个力是一对平衡力。这是一对作用力和反作用力与一对平衡力之间的本质区别。三、约束与约束反力1．约束及约束反力的概念在生活和工程实践中，运动的物体可分为两类：一类是可以沿空间任意方向运动的物体，称为自由体，如空中的飞机、水中的鱼等；另一类由于受周围物体的限制而只能沿特定方向运动的物体，称为非自由体，如图所示，活塞受缸体限制只能沿缸体移动，方向盘受转轴限制只能绕转轴转动，列车受导轨限制只能沿导轨运动，它们都是非自由体。活塞

方向盘

列车

非自由体约束对物体的限制是通过力来实现的。约束中限制物体运动的力称为约束反力，简称反力。约束总是阻碍物体的运动，因此约束反力属于被动力。一般约束反力的作用点在被约束物体与约束的接触点处，其方向与该约束所能限制的运动或运动趋势的方向相反。促进物体运动或产生运动趋势的力称为主动力，如重力、推力、拉力等。通常，主动力的大小和方向是已知的，而约束反力的大小未知，二者共同组成平衡力系，可根据平衡条件来计算约束反力。2．工程中常见的约束表3-1-1常见约束的类型及约束反力的特点表3-1-1（续）(a）铰链的组成

（b）铰链约束实例

铰链约束铰链又称合页，它用来连接两个构件并允许二者相互转动。例如，在图（a）中，圆销插入构件1和构件2的圆孔中构成一个铰链。铰链对两个构件产生铰链约束，使两者间只能作相对转动，而不能作相对移动。铰链约束具有广泛的应用，内燃机中曲柄与连杆、连杆与活塞运动时都存在铰链约束，如图（b）所示。四、受力分析与受力图受力分析就是弄清构件受到哪些力的作用，以及这些力的作用位置和方向。因此，要先将受力物体从周围与它有联系的物体中分离出来，单独画出它的简图，然后再画出全部主动力和约束反力。由此得到的表示物体受力情况的简明图形称为受力图。要求解的构件称为研究对象。画受力图是解决力学问题的第一步，其一般步骤如下：①明确研究对象，解除约束，画出分离体简图。②根据已知条件分析主动力，在分离体简图上画出全部主动力。③根据研究对象的约束类型，在分离体简图上画出全部约束反力。例1

如图所示，杆AB和杆BC通过铰链连接，二者在F的作用下处于平衡状态，各杆件自重忽略不计。试画出杆AB和杆BC的受力图。解：（1）画杆BC的受力图①选取研究对象：选杆BC为研究对象。②解除约束：杆BC仅在B，C两处受铰链约束而处于平衡状态，故杆BC为二力杆。杆BC在C端受到固定铰链约束反力FC

的作用，其方向由C指向B，根据二力杆的受力特点可知，杆BC在B端受到的约束反力为FB，方向由B指向C。③画受力图：杆BC的受力图如图所示。（2）画杆AB的受力图①选取研究对象：选杆AB为研究对象。②解除约束：杆AB受到外力F作用，且在B端受到杆BC对它的约束反力FB'，在A端受到固定铰链的约束反力FA的作用（方向未知）。由于FB'与FB为一对作用力与反作用力，根据作用力与反作用力定律可知，FB'与FB等值、反向。③画受力图：作外力F与反作用力FB'的延长线，它们相交于O点，根据三力汇交定理即可确定杆AB在A端受到的固定铰链约束反力FA的方向。杆AB的受力图如图所示。Notice在画受力图时，应注意以下问题：必须明确受力对象；不要多画力，也不要少画力；约束在受力图上不能画出，而是用约束反力代替；注意作用力与反作用力的关系，不要画错力的方向。知识拓展在平面力系中，若各力的作用线全部汇交于一点，则该力系称为平面汇交力系。平面汇交力系是最简单的平面力系之一。下面介绍平面汇交力系的合成与简化。一、平面汇交力系合成的几何法前面已经介绍过力的平行四边形法则，它可以用来合成两个汇交力。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系的合成。设刚体受平面汇交力系F1，F2，…，Fn作用，各力汇交于O点。根据力的可传性，可将各力沿其作用线移动到O点，从而得到一个平面共点力系，如图（b）所示。因此，平面汇交力系可简化为平面共点力系。对平面共点力系连续地应用力的平行四边形法则，则可将其合成为一个力。例如，在图（b）中，先将F1与F2合成为FR1（图中未画出），即FR1=F1+F2；然后将FR1与F3合成为FR2，即FR1=F1+F2；依次类推，最后得到FR=F1+F2+…+Fn=∑Fi。(a）平面汇交力系

（b）平面共点力系平面汇交力系的转化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。二、平面汇交力系合成的解析法1．力在坐标轴上的投影如图所示，坐标系xOy中有力F，过F分别向x轴和y轴作垂线，垂足分别为a，b，c，d，则线段ab和cd分别为力F在x轴和y轴上投影的大小，其正负号规定为：从a到b（或从c到d）的指向与坐标轴正向相同时为正，反之则为负。F在x轴和y轴上的投影分别记为Fx，Fy，则由F的大小及其与x轴所夹锐角a可得:显然，当将F沿坐标轴方向分解时，所得分力Fx，Fy的大小与在同轴上的投影Fx，Fy相等。当然，若已知Fx和Fy的值，则可求出F的大小和方向，即:Notice力在坐标轴上的投影是代数量，而力沿坐标轴方向的分力为矢量，在理解时不能混淆。2．合矢量的投影定理设刚体受平面汇交力，系F1

，F2，…，Fn的作用，则有:将上式两边分别向x轴和y轴投影，则有:上式称为合矢量投影定理：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。若通过进一步运算，即可求得合力的大小及方向：谢谢观赏任务二汽车方向盘受力分析人在推汽车时，推力使车沿地面作直线运动，但有时候希望受力物体转动。例如，在拆装汽车轮胎时，需要用力旋动螺母；在调整汽车行驶方向时，需要用力转动方向盘。那么该如何描述力使螺母和方向盘发生转动的效应呢？让我们一起来学习力矩和力偶的相关知识吧！

拆装轮胎螺母

转方向盘任务描述任务目标观察或转动汽车方向盘，对其受力情况进行分析，以了解力矩与力偶的相关知识。了解力矩的概念，理解合力矩定理。了解力偶的概念，掌握力偶大小的计算及方向判断。掌握力偶及力偶系的合成。能分析方向盘的受力情况。一、力矩及其性质实践表明，力的外效应包括两种作用：使物体移动和转动。用扳手拧螺母时，经验告诉我们，螺母的转动效应除受到施力的大小和方向影响外，还与点O到力作用线的距离d有关。距离d越大，转动效应越明显，且越省力。显然，当d为零，即力的作用线通过螺母的转动中心O时，螺母无法转动。

力对点的矩在力学中，用力对点的矩来度量力使物体转动的效应。力对点的矩简称力矩，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d的乘积，记作：Mo(F)—力F对力矩中心O（简称矩心）的矩，单位为N·m;

F—施加力的大小，单位为N；

d—矩心O到力的作用线的距离，称为力臂，单位为m。正负号表明Mo(F)是一个代数量，Fd表示力F使物体绕O点转动效应的大小，正负号可以表示物体的转动方向。通常规定，逆时针转向的力矩为正，顺时针转向的力矩为负。Notice由定义可知，力对点的矩与矩心的位置有关。因此，同一个力对物体上不同点的矩通常是不一样的，在求解和表示力矩时，必须指明矩心，否则是没有意义的。在计算力系的合力对某点的矩时，除了根据力矩的定义外，还可用到合力矩定理，即平面力系中，合力对平面内任意一点O的矩等于各分力对O点之矩的代数和，用公式表示为:由合力矩定理可知，在计算某力的力矩时，若力臂不易求出，可将该力分解为两个容易确定力臂的分力（通常是正交分解），然后再应用合力矩定理计算力矩。例1

如图所示，直齿圆柱齿轮某齿面受啮合力Fn的作用，啮合角（啮合力与节圆切线的夹角）a=20*，Fn

=1500N，齿轮节圆直径D=10cm。试求啮合力对齿轮轴心O的矩。解:方法1根据力矩的定义进行计算。啮合力Fn对O的力矩为方法2用合力矩定理进行计算。首先将啮合力Fn沿半径方向和垂直半径方向分解为Fr和Ft，如图所示。其中Fr=Fnsina，Ft=Fncosa。则根据合力矩定理可得二、力偶及其性质1．力偶的概念

在日常生活和生产实践中，经常看到物体受一对大小相等、方向相反但不在同一条直线上的平行力的作用。这种由一对大小相等、方向相反但不作用在同一条直线上的平行力组成的力系称为力偶，记作(F，

F')其中，F=

-F'；两力作用线之间的距离d称为力偶臂；两力作用线所在的平面称为力偶作用面。

用双手转动方向盘

用丝锥攻丝

力偶的实例2．力偶的三要素

与力的三要素类似，力偶对物体的转动效应主要取决于力偶的三要素：力偶矩的大小、力偶的转向、力偶作用面的方位。其中，力偶矩用来度量力偶在其作用面内对物体的转动效应，其大小等于力偶中力F与力偶臂d

的乘积，常记作

M(F

，

F')或M，即:

M(F，F‘)

,M—力F对力矩中心O（简称矩心）的矩，单位为N·m；

F—力偶中作用力的大小，单位为N；

d—力偶臂，单位为m。力偶矩的正负号代表物体的转动方向，通常规定：力偶逆时针转动时取正号，顺时针转动时取负号。3．力偶的性质力偶在任意坐标轴上的投影之和恒等于零，故力偶没有合力，既不能与一个力等效，也不能用一个力平衡。它与力一样，是一个基本的力学量。力偶对其作用面内任意一点之矩恒等于力偶矩，与该点（即矩心）的位置无关。性质1性质2

力偶的性质4．平面力偶系的合成

作用在物体上同一平面内的若干力偶称为平面力偶系。平面力偶系中各个力偶的作用可以等效为一个合力偶，合力偶矩等于各个力偶矩的代数和，即:二、力偶及其性质

作用在刚体上的力可以等效地平移到刚体上任意指定点，但必须在该力与指定点所决定的平面内附加一力偶，其力偶矩等于原力对新作用点之矩。该定理称为力的平移定理。下面进行简单证明。

如图（a）所示，刚体上A点作用有力F，为了将F等效平移到其他任意一点（假设为B点），先在B点附加一对平衡力系F和F'，这对平衡力的作用线与F平行，如图（b）所示。与作用在A点的F组成一个力偶M

(F

，

F'

)

，称为附加力偶，且力偶矩大小M=MB(F

)=Fd。根据加减平衡力系公理，增加的平衡力系不会改变力F对刚体的作用效应，于是作用在A点的力F与作用在B点的F及附加力偶M等效。力的平移定理由力的平移定理，可将一个力替换成同平面内的一个力和一个力偶；反之，同一平面内的一个力和一个力偶可以用一个力来等效替换。知识拓展前文已经介绍过平面汇交力系、平面力偶系等几种简单的平面力系，但汽车构件中更为常见的受力情况是：平面力系中各力的作用线既不一定完全平行，又不一定完全汇交于一点。这类力系称为平面任意力系，如活塞连杆的受力。下面介绍平面任意力系的简化与平衡条件。一、平面任意力系的简化如图（a）所示，刚体受平面任意力系F1，

F2

，…，Fn

的作用。取任意一点O作为简化中心，根据力的平移定理，将各力向O点平移，得到一个汇交于O点的平面汇交力系F1'，

F2'

，…，Fn'，以及一组附加力偶系M1

，

M2

，…

，

Mn

,如图（b）所示。其中，有：平面任意力系的简化附加平面力偶系

M1，

M2

，…，Mn

可以合成为一个力偶Mo，称为原力系对简化中心O点的主矩，它等于附加平面力偶系中各力偶的代数和，即:Notice平面任意力系向某一点O简化时，一般可以得到一个主矢和作用在相同平面内的主矩，其中，主矢的大小和方向与简化中心的选择无关，而主矩的大小与简化中心的位置有关。二、平面任意力系的平衡方程及应用平面任意力系平衡的充分必要条件为：力系的主矢和对任意点的主矩都等于零，用公式表示为表3-2-2平面任意力系的平衡方程

物体在平面任意力系的作用下处于平衡状态时，可利用平衡方程求解未知力，一般步骤如下：

①根据题意选取研究对象，画出受力图。

②建立适当的直角坐标系（使尽可能多的力与坐标轴处于特殊位置，力矩中心尽量选在未知力交点上）。

③根据平衡条件列平衡方程并求解。

若解出结果为正，则表明该力的作用方向与假定的作用方向相同；若解出的结果为负，则表明该力的作用方向与假定的作用方向相反。例2

工件外圆车削示意图，车刀杆固定在刀架上，形成固定端约束。车刀伸出长度为L=55mm，车削时车刀所受的切削力F=6000N，切削力与工件轴线夹角为65°，试求车刀在刀架固定处所受的约束反力。解:取车刀为研究对象，画出其受力图，如图所示。车刀所受的力包括主动力F，固定端的约束反力FAx和FAy，以及约束反力偶MA（假定为逆时针方向）。建立如图所示的坐标轴，根据平衡条件，列出平衡方程如下：将F=6000N，L=0.055m代入方程，求得FAx=2535.7N，FAy=5437.8N，MA

=299.1N·m。故车刀在刀架固定处受到横向约束反力2535.7N、纵向约束反力5437.8N以及力偶299.1N·m的作用，它们的方向如图所示。谢谢观赏任务三汽车常用构件变形分析（a）螺栓断裂

（b）连杆断裂

（c）曲轴断裂

构件的破坏力对受力物体的内效应告诉我们，构件在受力后会发生一定程度的变形。当外力超过汽车构件的承受范围时，构件的变形将超出允许范围，甚至发生破坏。重要构件发生破坏将导致汽车发生故障，严重影响行车安全。因此，了解构件的基本变形形式及受力特点，熟悉构件常用的强度计算方法，对汽车的使用及维护具有重要的意义。任务描述任务目标分析汽车连接螺栓、传动轴及底盘横梁在工作过程中的受力情况，并判断它们可能发生什么形式的变形。初步建立强度、刚度和稳定性的概念。掌握杆件四种基本变形的形式和受力特点。会分析连接螺栓、传动轴、汽车底盘横梁的受力情况及变形形式。足够的强度为避免构件在工作时发生破坏，保证机械的正常使用，必须要求各构件具有承受足够大载荷的能力，简称承载能力。构件的承载能力包括强度、刚度和稳定性三个方面。足够的刚度足够的稳定性构件应具有足够的抵抗破坏的能力。有些构件应具有足够的抵抗变形的能力。细长杆件或薄壁构件在受压时应具有足够的保持原有平衡状态的能力。在分析构件的承载能力之前，应先了解构件的基本变形形式。机械结构中，构件的形状多种多样，杆件是其中最常见也是最基本的一种构件。所谓杆件是指长度尺寸远大于其他两个方向尺寸的构件。一、轴向拉伸与压缩1．拉伸与压缩的概念当杆件受到沿轴线方向的两个大小相等而方向相反的拉力或压力时，杆件就会沿轴向伸长或缩短。这种变形称为轴向拉伸或压缩变形，相应的杆件称为拉压杆。例如，内燃机连杆、千斤顶、紧固螺栓等在工作时都会产生轴向拉伸或压缩变形。下图为简易吊车的结构示意图，在载荷G的作用下，经受力分析可知，斜杆BC承受拉力，发生拉伸变形，水平杆AB承受压力，发生压缩变形。对发生拉伸或压缩变形的杆件进行简化，即可得到计算简图。简易吊车中杆件的受力情况轴向拉伸与压缩计算简图拉压杆的受力特点：外力沿杆轴线作用；变形特点：杆件沿轴向伸长或缩短。2．拉伸与压缩内力作用于杆件上的载荷和约束反力统称为外力。杆件在受到外力作用而变形时，由于材料内部颗粒之间的相对位置改变而产生相互作用的抵抗力称为内力。内力在杆件的横截面上均匀分布，大小随外力的增加而增大。杆件的内力通常是指某截面上的合内力。内力超过材料的承受极限时，杆件就会发生破坏。因此，内力与杆件的承载能力密切相关。工程计算中通常采用截面法来求解杆件的内力。截面法可以归纳为切、取、代、求四个步骤。切：在要求解内力处用假想的截面将杆件切开分为两段。取：任取杆件的一部分为研究对象，弃去另一段。代：用内力代替弃去部分对留下部分的作用力。求：利用静力学中的平衡条件，列平衡方程求解内力。如图（a）所示为一受拉杆件，它在外力F的作用下处于平衡状态。为了求截面1—1处的内力，用假想截面1—1将杆件切开，取左段为研究对象。由于内力均匀分布在整个截面上，可以用FN表示左段截面上的合内力，则左段杆件的受力情况如图（b）所示。根据平衡条件列出平衡方程：截面法求内力特别地，对于发生轴向拉伸或压缩变形的杆件，由于外力的作用线与杆件的轴线重合，内力的合力必然也与轴线重合。因此，轴向拉伸或压缩时杆横截面上的内力称为轴力，通常用符号FN表示。为了区分杆件拉伸或压缩的不同轴力，特对轴力的正负号作如下规定：若轴力方向离开所取截面，则杆件发生拉伸变形，轴力为正，称为拉力；若轴力方向指向所取截面，则杆件发生压缩变形，轴力为负，称为压力。二、剪切和挤压

汽车机械或其他工程应用中常用铆钉连接、销钉连接、焊接及键连接等方式来连接不同的构件，如图所示。这些零件虽然小，却在传递运动和载荷时起着重要作用。它们在工作时都会发生剪切或挤压变形。剪切与挤压实例1．剪切变形与剪切力当杆件受到一对大小相等、方向相反而且作用线相距很近的外力作用时，截面处发生相对错动的变形，这种变形称为剪切变形。在图（a）所示的铆钉连接中，铆钉的右上侧面和左下侧面受到压力作用，如图（b）所示，铆钉的上、下两部分将会在压力作用下沿两力之间的截面n—n发生相对错动，如图（c）所示。当外力足够大时，铆钉将被剪断，剪断的截面称为剪切面。铆钉的剪切变形杆件发生剪切变形的受力特点：杆件两侧面上外力的合力大小相等，方向相反，作用线距离很近；变形特点：两合力作用线之间的截面发生相对错动。杆件发生剪切变形时，在剪切面内会产生沿截面分布的抵抗剪切变形的内力，称为剪力，一般用FQ表示。在如图所示的销轴连接中，销轴发生剪切变形，截面m—m和n—n为剪切面，如图（b）所示。下面用截面法分析销轴中的内力。假想沿m—m和n—n面将销轴切开，取中间部分为研究对象，如图（c）所示。根据平衡条件可知，剪切面m—m和n—n上的剪力与外力F平衡，可计算出：销轴的剪切变形2．挤压变形与挤压力

通常情况下，构件在发生剪切变形的同时，往往还伴随着挤压变形。由于局部压力较大，两构件在传递力的接触面上会出现压陷、起皱等塑性变形的现象，称为挤压变形，如图所示。发生挤压变形的接触面称为挤压面，如图中钢板内孔与铆钉的接触面，作用于接触面间的压力称为挤压力，常用Fbs表示。当挤压力过大时，孔壁边缘将受压起皱，铆钉局部压“扁”，圆孔变为长圆孔。铆钉连接中的挤压变形三、圆轴扭转

在汽车机械中，有许多轴类零件用来传递旋转运动，它们需要承受扭矩的作用，并发生扭转变形。例如，汽车传动轴将发动机的动力传递给驱动系统，汽车方向轴将方向盘的转动传递给转向系统，变速箱中的齿轮轴将扭矩传递给下级传动系统。

（a）传动轴

（b）方向轴

（c）齿轮轴