汽车机械基础(教案)

工业职业技术学院冶金与工业设计系 任教班级2016秋汽车制造与检修（中职）1-2班 任教科目 汽车机械基础 教师姓名_杲金玉_ 20162017学年第一学期教学设计方案（首页）课程名称汽车机械基础章、节名称教学项目一、静力学基础教学任务一、静力学的基本概念授课教师杲金玉班级授课日期2016.8.23-26课时42课次教学目标知识目标 明确力、平衡、刚体和约束等重要概念；掌握静力学四个公理及其推论所概括的力的基本性质能力目标（专业能力） 了解各种常见典型约束的性质，会正确表示典型约束的约束反力方法目标（社会能力） 深入浅出的分析，讲解新课素质目标 学生能在老师的引导下，总结本节要点教学重点 1、力、刚体、平衡的概念 2、四个基本公理教学难点 约束类型及约束反力分析教学准备 本课教案及相关的实用教具教学反思教学设计方案（副页）教学过程时间分配教学过程及内容教学方法80引入： 同学们今天我们将要介绍力的性质、静力学基本公理、力系的简化和平衡条件等静力、具备对构件进行受力分析、画受力图及平衡计算等基本技能一、力的基本性质与概念 1、力的定义 力是物体间相互的机械作用。力作用的结果有两个: 一是使物体的运动状态发生变化，即力的外效应，也称为运动效应： 二是使物体的形状发生改变，即力的内效应，也称为变形效应。力是人类在长期的生产实践和科学实验、观察中逐步建立起来的概念。 力作用的例子普遍存在于日常生活和生产劳动当中。当人用手推、拉、投掷、举起物体时，会使物体的运动状态改变；2、力有三要素 力的三要素是指：力的大小、方向和作用点。力对物体的效应取决于力的三要素。只要力的三要素之一发生改变，则力对物体的效应也就随着改变。3、刚体的概念在实际工程中，如钢、铸铁、混凝土、木材、陶瓷等常用的构件材料均有足够的抵抗变形的能力，这些构件在受力后产生的变形是极其微小的。构件的这些微小变形对研究物体的平衡问题来说可以忽略不计。如汽车发动机中的齿轮轴轴承，在其运转过程中齿轮轴的微小弯曲对两端轴承受力的影响极小。在研究齿轮轴的受力时忽略轴的变形因索，使问题得以简化，从而将齿轮轴视做不变形的“刚体”。 4、平衡的概念平衡是指物体在力系作用下相对于惯性参考系处于静止或作匀速直线运动状态。力系是指作用于刚体上的一群力。作用于平衡物休土的力系，称为平衡力系。 二、力的基本性质（静力学基本公理） 1、力的平衡公理 刚体受两个力作用而平衡的必要和充分的条件是：这两个力的大小相等，方向相反，且作用于同一直线上，简称“等值、反向、共线”。工程中将受两个力作用而平衡的刚体称为“二力构件”或“二力体”。 2、加减平衡力系公理 在作用于刚体的任意力系中，加上或减去任何一个平衡力系，不改变原力系对刚体的作用效应。推论：力的可传性原理。3、作用力与反作用力公理有作用力就必然有反作用力，何一方都不能独立存在。作用力与4、力的平行四边形公理作用于物体同一点的两个力可以合成为一个合力，合力也作用于该点，其大小和方向由以这两个力为邻边所构成的平行四边形的对角线所确定，即合力矢等于这两个分力矢的矢量和。 5、三力平衡汇交定理刚体受同一平而内三个互不平行的力作用而平衡时，此三个力的作用线必汇交于一点。此推论可用力的可传性原理、平行四边形法则来证明。三、约束与约束力1、约束与约束力的定义 约束是指用以限制物体某一方向运动的装置。工程中的机器或者结构，总是由许多零部件组成的。这些零部件按照一定的形式相互连接，它们之间的运动必然互相限制。2、约束力 约束力是指当非自由体有沿约束所限制方向运动趋势时，约束与被约束体之间产生相互的作用力。在路上行驶的汽车受到地面的支持力就是约束力。 3、约束类型与约束力的确定1）柔性约束：在实际工程中，常见的钢丝绳、绳索、皮带、链条等均属柔体约束。2）约束特点：柔体只能承受拉力，不能承受压力。柔休对物体的约束只能限制物体沿着柔体的中心线离开柔体的运动，而不能限制其他方向的运动。3）约束力的确定：柔体对物体的约束反力作用在接触点上、方向沿着柔体中心线背离被约束物体的拉力。 4、光滑接触约束 光滑接触约束的特点是光滑接触面约束只能限制物体沿着接触面的公法线指向支承面的运动。 汽车发动机中典型的光滑面约束有齿轮啮合、光滑钦链约束等。用圆柱形销钉将两个开有销钉孔的零件连接起来形成的一种可动的连接。5、工程上常见的光滑铰链有如下几种形式（1）中间铰链 中间铰链的结构是用销钉穿过两个可动零件的圆柱孔，将它们连接起来，使两个零件可绕销钉轴线相对转动。（2）固定铰链 固定铰链支座是用销钉把某构件与固定机架或固定支承面连接，构件只能绕销钉轴线转动，不能用做其他移动，销钉与构件的接触为光滑圆柱面。6、受力分析与受力图在研究静力平衡问题时，首先要解决的两个关键问题是：（1）研究对象的确定；（2）研究对象的受力分析。讲授演示教学设计方案（首页）课程名称汽车机械基础章、节名称教学任务二、平面汇交力系授课教师杲金玉班级授课日期课时1课次2教学目标知识目标 理解力在直角坐标轴上的投影和合力投影定理，能力目标（专业能力）掌握平面汇交力系平衡方程方法目标（社会能力） 主要研究平面力系的简化和合成方法，平衡条件和平衡方程，应用平衡方程求解物体平衡问题的方法步骤素质目标 在学习过程中了解，平面汇交力系平衡方程教学重点平面汇交力系平衡方程教学难点 合力投影定理教学准备 本课教案及相关教具教学反思教学设计方案（副页）教学过程时间分配教学过程及内容教学方法引言：平面力系各力作用线都在同一平面内的力系。空间力系各力作用线不在同一平面内的力系。汇交力系作用线交于一点的力系。一、 力的分解 按照平行四边形法则，两个共作用点的力，可以合成为一个合力，解是唯一的；但反过来，要将一个已知力分解为两个力，如无足够的条件限制，其解将是不定的。1、 力在坐标轴上的投影 力的投影是代数量，取正值；反之，取负值。若已知力的大小和方向为力在直角坐标轴上的投影，可以同时表明力沿直角坐标轴分解时分力的大小和方向。2、合力投影定理 若刚体在平面上的一点作用着两个力合成的平行四边形法则（三角形）依次类推，从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轴上的投影等于各分力在同一轴上投影的代数和。3、平面汇交力系的平衡条件平面汇交力系可以合成为一个合力，即平面汇交力系可用其合力来代替。 二、解静力学平衡问题的一般方法和步骤： 1.选择研究对象 所选研究对象应与已知力（或已求出的力）、未知力有直接关系，这样才能应用平衡条件由已知条件求未知力； 2.画受力图 根据研究对象所受外部载荷、约束及其性质，对研究对象进行受力分析并得出它的受力图。 3.建立坐标系 在建立坐标系时，最好选取有一轴与一个未知力垂直。 4.列平衡方程解出未知量 根据平衡条件列平衡方程时，要注意各力投影的正负号。如果计算结果中出现负号时，说明原假设方向与实际受力方向相反。教学设计方案（首页）课程名称汽车机械基础章、节名称力矩和力偶授课教师杲金玉班级授课日期2016.8.30课时1课次2教学目标知识目标 1、了解力矩和力偶的概念；理解力的平移原理； 2、掌握力偶性质。能力目标（专业能力） 掌握力偶性质，培养分析问题和解决问题的能力。方法目标（社会能力） 1、了解力矩和力偶的概念。 2、掌握力偶性质及力的平移原理、应用。素质目标 1、了解力矩和力偶的概念，掌握力偶性质。 2、了解力的平移原理；并能解释生活和工程实际问题。教学重点 1、力矩和力偶的概念，力偶性质； 2、力的平移原理、应用。教学难点 力偶性质、力的平移原理及应用教学准备 本课教案及相关教具教学反思教学设计方案（副页）教学过程时间分配教学过程及内容教学方法80力矩和力偶一、力矩1、力矩的概念力的大小F与力臂d的乘积称为力矩。规定：力使物体绕矩心逆转为正；顺转负。 要点: 1）力过矩心，力矩为零。2）力为零，力矩为零。3）力沿力线在刚体内移动，力矩不变。2、合力矩定理平面汇交力系的合力对于平面内任一点之矩等于所有各力对该点之矩的代数和。 讨论： 根据合力矩定理推出：“力偶对任一点的矩等于零,错在哪里？合力矩定理指出：“合力对点之矩等于各分力对同一点之矩的代数和”，因为“力偶无合力”，所以力偶对一点之矩必等于零。二、力偶1、力偶的概念等值、反向的两个平行力构成力偶。2、力偶三要素力偶矩的大小、转向、力偶作用面称为力偶三要素。说明：力、力偶为静力学两个基本物理量。3、力偶矩规定：逆时针转向的力偶矩为正，顺转为负。4、力偶性质力偶无矩心力偶无合力等效力偶可以互换 三、力的平移 要点： 1）力的平移原理只适用于刚体。 2）力的平移是指力在同一刚体上平移，不能移到另一刚体上。 3）力的平移原理的逆定理亦成立。讲授演示教学设计方案（首页）课程名称汽车机械基础章、节名称摩擦力授课教师杲金玉班级汽车制造与检修1601班授课日期2016.9.2课时1课次2教学目标知识目标 1、知道滑动摩擦、滑动摩擦力的概念，认识滑动摩擦产生的条件 2、明确滑动摩擦力的方向，知道滑动摩擦力大小与相互接触的物体的材料、正压力和接触面的粗糙程度的关系。能力目标（专业能力） 能运用动摩擦因数计算摩擦力大小。 认识静摩擦的规律，能够用二力的平衡知识得出静摩擦力的大小。方法目标（社会能力） 联系生产、生活和实际讨论和认识各种摩擦力的利弊，加深对静摩擦力的认识；通过对生活中摩擦力的了解用自身的语言表达深化对摩擦力的认识，达到巩固提高的目的。素质目标 在理解摩擦力的利与弊的过程中，领略自然界的和谐与奇妙，使学生的价值观得到提升；教学重点1、滑动摩擦力的大小、方向和作用点； 2、滑动摩擦力产生的条件及规律，并会用f FN解决具体问题； 3、静摩擦力产生的条件及规律，正确理解最大静摩擦力的概念。教学难点1、滑动摩擦力方向的判定 2、静摩擦力有无、大小和方向的判定。教学准备本课教案及相关教具教学反思教学任务一、机构常识 一、机器的组成 机器是执行机械运动、用来变换或传递能量、物料、信息的装置。 1、人是不是机器 机器的定义是:“机器是执行机械运动、用来变换或传递能量、物料、信息的装置。”而人也可执行机械运动变换或传递能量、物料和信息。 2、一般机器包含四个基本组成部分 动力部分、传动部分、控制部分、执行部分。1）工业机器人铰接臂机械手,2.计算机控制器, 3.液压装置,4.电力装置。 二、机器与机构以及零件、构件及部件 1机构 用来传递运动和力的、有一个构件为机架的、用构件间能够相对运动的连接方式组成的构件系统称为机构。 1）机构分类 （1）平面机构： （2）)空间机构：不满足平面机构条件的机构。 2）机构实例 削铅笔器、照相机快门、折叠椅、可调台灯、电风扇、雨伞骨架、食物搅拌器、汽车变速器等。 2、机器 具有确定相对运动、可进行能量转换或做机械功的一种实体组合，如汽车、起重机、机床等。 3、机构和机器的区别 （1）机器是由各种机构组成：只含有一个最简单的机构。如电动机，只含有一个定子和转子组成的回转机构。 （2）机构只是一个构件系统：而机器除构件系统之外还包含电气、液压等其他装置,具有变换或传递能量、物料、信息的功能。 4、机械 机器与机构的总称 5零件 组成机械的各个制造单元，如螺钉、螺母、轴等。 6构件 组成机械的各个运动单元（可以是单独加工的单元体，如车床的主轴；也可是多个零件的组合体，如连杆）。 7运动副 两个零件或构件间既相接触又有相对运动的一种联接形式，如车轮与钢轨、一对轮齿以及轴与轴承之间的联接。 （1）平面机构的运动副 1）低副：两构件间呈面接触的运动副，可分为回转副和移动副。 回转副：组成运动副的两构件只能在一个平面内相对转动。 移动副：组成运动副的两构件只能沿某一轴线相对移动。 2）高副：两构件间呈点、线接触的运动副。 教学任务二、汽车常见四杆机构 一、曲柄连杆机构 1）连杆机构用低副联接构件组成的机构，又称低副机构。 2）连杆机构用于：转动、摆动、移动等运动形式之间的转换。 3）连杆机构应用广泛,而且是组成多杆机构的基础。 1、曲柄机构 1）平面连杆传动机构：是由若干个构件用低副联接并作平面运动的机构。 2）平面连杆传动机构特点：运动副为低副，压强小、磨损轻、寿命较长。 2、铰链四杆机构 当四杆机构中的运动副都是转动副时，称为铰链四杆机构。 曲柄:能做整周转动的连架杆。 摇杆：仅能在某一角度摆动的连架杆。按照连架杆是曲柄还是摇杆，将铰链四杆机构分为三种基本型式： 曲柄摇杆机构； 双曲柄机构； 双摇杆机构。1）曲柄摇杆机构:铰链四杆机构:两个连架杆，一个为曲柄，另一个为摇杆。 功能：将转动转换为摆动，或将摆动转换为转动。 调整雷达天线俯仰角的曲柄摇杆机构。 缝纫机的踏板机构。曲柄为从动件，带动主皮带轮作旋转运动。 2）双曲柄机构：两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。 3）双摇杆机构）两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。 功能:将一种摆动转换成另一种摆动。 起重机机构 4）转向传动机构：两摇杆长度相等的双摇杆机构，称为等腰梯形机构。 3、铰链四杆机构存在曲柄的必要条件 1）最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。 2）满足这个条件的机构究竟有一个曲柄、两个曲柄或没有曲柄，还需根据取何杆为机架来判断。3）当最短杆和最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，则不论取哪个构件为机架，都无曲柄存在，为双摇杆机构。偏置曲柄滑块机构，滑块运动线与曲柄回转中心不共线； 对心曲柄滑块机构，滑块运动线与曲柄回转中心共线； 曲柄等速回转，滑块具有急 回特性。 活塞式内燃机，空气压缩机，冲床等。 4）曲柄滑块机构的应用：自动送料机构。 若取曲柄为机架，则为演变为导杆机构； 若取其他机架支点，则为摆动导杆机构； 如：牛头刨床的摆动导杆机构。 5）摇块机构广泛应用于摆动式内燃机和液压驱动装置内。自卸卡车翻斗机构。在该机构中，因为液压油缸与主轴绕铰链摆动，故称为摇块。 4、四杆机构的特性曲柄摇杆机构的主要特性有： 急回特性； 压力与传动角； 死点。1） 牛头刨床、往复式运输机等机械就利用这种急回特性作用：来缩短非生产时间。2） 曲柄与机架共线的两位置出现最小传动角。 3）死点的缺陷：死点会使机构的从动件出现卡死或运动不确定的现象。可以利用回转机构的惯性或添加辅助机构来克服。如家用缝纫机中的脚踏机构。教学任务三、 凸轮机构 1、作用 按照发动机做功的顺序，定时开启进排气门。 2、组成 气门组：气门、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座、气门锁片、气门油封。气门传动组：凸轮轴、凸轮轴正时齿轮、液力挺柱、摇臂、摇臂轴等。 3、凸轮机构的分类 1）凸轮轴位置分类： 凸轮轴上置； 凸轮轴中置； 凸轮轴下置。2）传动方式分类： 齿轮传动； 链传动； 皮带传动。 3）按气门数分类：两气门（1进1排）；四气门（2进2排）；五气门（3进2排）。 4、配气相位 配气相位：用曲轴来表示进排气门早开、迟闭的持续时间。1）进气门的配气相位：2）排气门的配气相位： 3)气门重叠角:由于进气门的早开、排气门的迟闭使进排气门有同时开启的情况，进排气门同时开启所对应的角称气门重叠角。 4)气门组：气门、气门弹簧、气门导管、气门座圈、锁片、气门油封、气门弹簧座。 5）气门传动组：凸轮轴、凸轮轴正时带轮、摇臂、液力挺柱、摇臂轴。 6）液力挺柱：为什么要装液力挺柱？ 为了补偿气门间隙。 为了补偿气门受热膨胀的量而留有气门间隙。装有液力挺柱就不用预留气门间隙。 7）气门间隙过大或过小的危害？ 气门间隙过大，使气门有效升程减少，气门进气量少。 气门间隙过小，容易使气门关闭不严。 5、凸轮轴驱动气门的方式 1）凸轮轴驱动摇臂，摇臂驱动气门。 2）凸轮轴通过液力挺柱驱动气门。 3）凸轮轴推动挺柱，挺柱推动推秆，推秆推动摇臂，摇臂推动气门。 6、气门正时 为了保证发动机正常工作，气门凸轮轴必须与曲轴之间有相应关系，即配气有正时。教学任务四、 汽车轮系概述 1）汽车变速器的功用是什么,如何实现变速的？ 2）轮系在传动中起何作用？ 1、轮系定义 轮系由一系列相互啮合的齿轮（蜗杆、蜗轮）组成的传动系统。 2、轮系类型 1）根据轮系中各齿轮的轴线位置关系分为： 平面轮系； 空间轮系。 2）根据轮系运转时齿轮的轴线位置相对于机架是否固定，又将轮系分：定轴轮系； 周转轮系； 混合轮系。 A、定轴轮系所有齿轮几何轴线的位置都是固定的轮系，称为定轴轮系。如：减速器中的轮系。 B、周转轮系至少有一个齿轮除绕自身轴线自转外，其轴线又绕另一个轴线转动的轮系称为行星齿轮系。 周转轮系的组成 ： 太阳轮； 行星轮； 行星架或系杆。 一个基本周转轮系中，行星轮可有多个，太阳轮的数量不多于两个，行星架只能有一个。 行星架与两中心轮的几何轴线必须重合，否则无法运动。 C、差动轮系：齿轮均绕固定轴线转动，机构有二个自由度，工作时需要二个原动件。 D、混合轮系：既含有定轴轮系又含有周转轮系，或包含有几个基本周转轮系的复杂轮系。 3、轮系的功用 1）实现远距离传动 2）实现换向传动：在主动轴转向不变的情况下，利用惰轮可以改变从动轮的转向。例：车床走刀丝杠的三星轮换向机构： 3）实现变速传动 5）实现分路传动：滚齿机轮系。 6）实现运动合成与分解：例：汽车后桥差速器。 二、齿轮的基本常识 1、齿轮传动机构的分类 2、齿廓啮合基本定律 1）齿kuo廓啮合基本定律：要使一对齿轮的传动比为常数，那么其齿廓的形状必须是：不论两齿廓在哪一点啮合，过啮合点所作的齿廓公法线都与连心线交与一定点P齿廓啮合基本定律（轮齿齿廓正确啮合的条件 ） 2）共轭e齿廓，共轭曲线：凡满足齿廓啮合基本定律的一对齿轮的齿廓称共轭齿廓，共轭齿廓的齿廓曲线称为共轭曲线 3）齿廓曲线的选择： 满足定传动比的要求；考虑设计、制造等方面。通常采用渐开线、摆线、变态摆线 三 、齿轮传动的受力分析 1、啮合过程 2、复合轮系传动比的计算 在计算混合轮系传动比时，既不能将整个轮系作为定轴轮系来处理，也不能对整个机构采用转化机构的办法。 计算混合轮系传动比的正确方法是： 首先将各个基本轮系正确地区分开来。 分别列出计算各基本轮系传动比的方程式。 找出各基本轮系之间的联系。 将各基本轮系传动比方程式联立求解，即可求得混合轮系的传动比。 3、轮系的应用 实现大传动比传动。 实现变速、换向传动。 实现结构紧凑的大功率传动。 在周转轮系中，多采用多个行星轮的结构形式，各行星轮均匀地分布在中心轮四周。 教学任务五、 回转体的平衡 1、机械的平衡问题机械运转时各运动构件将产生大小及方向均发生周期性变化的惯性力，这将在运动副中引起附加动压力，增加摩擦力而影响构件的强度。 2、机械的调速问题 机械运转时，由于机械动能的变化会引起机械运转速度的波动，这也将在运动副中产生附加动压力，使机械的工作效率降低，严重影响机械的寿命和精度。 一、回转件的静平衡 1、回转件的静平衡计算 对于轴向宽度小，轴向长度与外径的回转件，例如砂轮、飞轮、盘形凸轮等，可以将偏心质量看作分布在同一回转面内，当回转件以角速度回转时，各质量产生的离心惯性力构成一个平面汇交力系，如该力系的合力不等于零，则该回转件不平衡。 2、回转件的静平衡试验 1）静平衡试验的目的经过平衡计算后加上平衡质量的回转件理论上已完全平衡，但由于制造和装配的误差及材质不均等原因，实际上达不到预期的平衡。 2）静平衡试验的原理将需要平衡的回转件放置在两相互平行的刀口形导轨上，若回转件的质心不在回转轴线上，则回转件将在重力矩的作用下发生滚动，当停止滚动时质心必在正下方。 二、回转件的动平衡 1、回转件的动平衡计算1）进行动平衡计算的原因对于轴向宽度大的回转件，如机床主轴、电机转子等，其质量不是分布在同一回转面内，但可以看作分布在垂直于轴线的许多相互平行的回转面内，这类回转件转动时产生的离心力构成空间力系。2）任何一个回转体不管它得不平衡质量实际分布情况如何，都可以向两个任意选定的平衡平面内分解，在这两个平面内各加上一个平衡质量就可以使该回转体达到平衡。 2、回转件的动平衡试验对于回转件应作动平衡试验。 利用专门的动平衡试验机可以确定不平衡质量、向径确切的大小和位置，从而在两个确定的平面上加上（或减去）平衡质量，这就是动平衡试验。 动平衡机种类很多，除了机械式、电子式的动平衡机外，还有激光动平衡机、带真空筒的大型高速动平衡机和整机平衡用的测振动平衡仪等。 关于这些动平衡机的详细情况，可参考有关产品的样本和试验指导书。 1）机器速度波动的原因：机器运转时其驱动功与总消耗功并不是在每一瞬时都相等的。 2）运动周期：大多数机器在稳定运转阶段的速度并不是恒定的。机器主轴的速度从某一值开始又回复到这一值的变化过程，称为一个运动循环，其所对应的时间称为运动周期。车轮与轮胎 1、车 轮 车轮是外部装轮胎,中心装车轴,并承受负荷的旋转部件，它是由轮毂、轮辋和轮辐组成。按照轮辐的构造，车轮可分为辐板式和辐条式。 辐板式车轮； 辐条式车轮。 2、轮辋 1）国产轮辋的规格：按国标（GB2933-2009）用轮辋名义宽度（英寸），轮缘高度代号（表10-1），轮辋结构形式代号（“”，一件式，深式或“”多件式，平式），轮辋名义直径（英寸）和轮辋轮廓类型）来表示。 2）常用轮辋的形式：最常见的是深槽轮辋和平底轮辋。 深槽轮辋 无内胎轮胎（真空胎）用。 平底轮辋 普通有内胎轮胎用。3、轮 胎（一）分类 按是否有内胎可分为： 有内胎轮胎； 无内胎轮胎； 按胎体帘布层的结构不同，还可分为； 普通斜交胎（轮胎中心线与帘线排列呈35）； 子午线轮胎（轮胎中心线与帘线排列呈90）； 按轮胎内部充气压力大小分，可分为； 高压胎（0.50.7 MPa）； 低压胎（0.150.45 Mpa）； 超低压胎（0.15 Mpa以下）； 汽车上几乎全部使用低压胎或超低压胎。（弹性好、断面宽、接地面积大、壁薄散热好、平顺性、稳定性好）（二）轮胎的功用与组成1）功用： 支撑汽车车身及货物的总质量； 保证车轮和路面的附着性； 与汽车悬架一同减少汽车行驶中所受到的冲击，并能衰减由此而产生的振动； 以保证汽车有良好的乘坐舒适性和平稳性。 2）组成：普通轮胎由外胎，内胎与垫带组成。 深式轮辋上使用的内胎轮胎没有垫带，而无内胎轮胎即无内胎，又无垫带。 3）外胎结构：胎面：橡胶。组成：缓冲层：橡胶+帘线，使胎面与帘布层结合牢固。帘布层：帘布。结构不同（普、子）。材料不同，则层数也不同。胎圈：钢丝圈。 4）花纹：普通花纹。纵向花纹：多用于轿车。横向花纹：多用于货车。越野花纹：多用于越野车。混合花纹：（三）轮胎的种类 1）斜交胎：胎体帘布层中帘线与胎面中心线约成小于90度角排列。 2）子午线轮胎：轮胎的帘线与胎面中心夹角接近90度角,并从一侧胎边穿过胎面到另一侧胎边,帘线分布像地球子午线,故得名。 3）无内胎轮胎。 4）应急轮胎：又称备胎，目前轿车装备的T型备胎尺寸比正规轮胎小，最好不要装在驱动轮。 5）平衡 1）保持轮胎气压正常。 2）防止轮胎超载：装载、转弯、制动、行驶注意事项。 按规定装载；货物要安放均匀，并扎牢；汽车转弯时要减速；选择好轮面行驶，遇有凹凸不平的道路不要硬冲，应避障行驶；尽量不要使用紧急制动。 6）合理搭配轮胎：胎辋要相配，双胎并装（气门嘴相隔180，制动间隙检视孔与气门相隔90 ，窗口对齐，直径大的在外）。 新胎使用原则：整车换胎，成双换胎，季节换胎，先前后驱，先主后挂。 季节换胎-是指进入冬季时可将翻新胎用于后驱动轮上。同一车轴要求轮胎的尺寸、结构、层级、花纹要相同。 精心驾驶车辆：起步、车速、路面、制动、转弯、特殊条件 保持良好的底盘技术状况：行驶系、转向系、制动系。 7）轮胎的维护与换位： 轮胎的日常维护：由驾驶员负责，气压，杂物，螺栓； 轮胎的一级维护：由维修工负责，气压，杂物，螺栓，花纹； 轮胎的二级维护：由维修工负责，解体检查，气压，杂物，螺栓，花纹，换位； 轮胎维护操作要点： 轮胎换位：目的：是全车轮胎合理负荷和均匀磨损，避免偏重与偏磨现象。主要有循环换位法与交叉换位法。 8） 轮胎的检修： 检查胎面花纹深度，载重汽车剩余花纹23mm时，应进行翻新； 车轮与轮胎的平衡。A、静平衡：静不平衡的车轮旋转时会造成跳动。B、动平衡动不平衡的车轮旋转时会引起摆动和磨损。 C、常用设备：轮胎平衡机。 9）轮胎花纹的异常磨损：前轮轮胎偏磨。 故障现象：轮胎的胎间磨损、胎冠磨损、轮胎一侧磨损和羽片状磨损； 排除方法：正确调整车轮定位角，恰当选择前束。用子午线轮胎的汽车，前束应比斜交胎的小。 10）轮胎胎冠磨损。 故障现象：常出现在长距离高速行驶的驱动轴上；排除方法：使驱动车轮适时地与非驱动车轮进行换位。 11）轮胎吃角磨损。 故障现象：通常与轮胎周向成45度角也称为对角线磨损，大多数情况下仅有一处对角线磨损，但也可能沿圆周形成多处对角线磨损。 排除方法：适当降低轮胎气压，可减小此种磨损，两后轮的车轮定位角应保持一致，如发生此种磨损，应将轮胎换位至驱动轮上。 12）轮胎锯齿形磨损。 故障现象：花纹块形成阶梯型磨损。 排除方法：对于单一运转方向轮胎，改变轮胎旋转方向。严重的必须两轮交叉换位。汽车材料 一、汽车材料概述 汽车是一个复杂的机械系统。通常，一辆汽车由约3万个零部件组装而成。 1）汽车零件按用途来分类: 通用零件：在各种机器中经常使用的零件。如：螺栓、螺母； 专用零件：仅在特定类型机器中使用的零件，如：活塞，曲轴。 2）材料是汽车工业的基础：汽车上每个零部件的生产制造都涉及到材料问题。 3）据统计，汽车上的零部件采用了4千余种不同的材料加工制造。从汽车的设计、选材、加工制造，到汽车的使用、维修和养护无一不涉及到材料。 4）现代汽车要满足: 安全、舒适、自重轻、污染排放低、能耗小、价格低等要求.材料是首要考虑方面。 二、汽车应用材料的组成 1）汽车工程材料: (包括分类,性能,牌号,热处理工艺及应用)2）汽车运行材料：例1 典型零部件材料应用：如发动机连杆、连杆瓦、小轴铜套、连杆螺栓等。例2 金属材料在汽车零部件中的应用：车架、车身骨架、整体车身等。 例3 非金属材料在汽车零部件中的应用：塑料、泡沫材料、胶木、玻璃、橡胶、皮革、高分子材料等。 1、汽车材料的应用 以现代轿车用材为例，按照重量来换算： 钢材占汽车自重的55%-60%； 铸铁占5%-12%； 有色金属占6% 10%； 塑料占8% 12%，橡胶占4%，玻璃占3%； 其他材料（油漆、各种液体等）占6% 12%。 三、汽车材料的展望 1）汽车工业发展的方向:汽车轻量化和减少污染2）汽车材料总的发展趋势是：结构材料中钢铁材料所占比例将逐步下降，有色金属、陶瓷材料、复合材料、高分子材料等新型材料的用量有所上升。 3）几种新兴材料简介： 镁合金：密度低、比强度和比刚度较高。镁、铝合金和复合材料 汽车轻量化的材料 减少油耗； 形状记忆合金：应用:丰田汽车的散热器护拦活门，日产汽车冷却风扇离合器。 4）复合材料：玻璃纤维增强塑料（玻璃钢） 强度高、耐腐蚀。 5）纳米材料：颗粒直径 0.l100 纳米（原子、分子尺度），具有卓越的性能和特殊功能，如： 纳米级铜不导电； 纳米冰柜可抑制细菌生长。 6）其他材料： 超导材料； 贮氢材料； 分离膜材料。 性能与应用： a 超微外观； b大体结构； c纳米人工骨； 例如：一张纳米光盘将可记录1000部电影。材料的性能 材料的性能包括使用性能和工艺性能。 1）使用性能：是指零部件在正常使用条件下材料所表现出来的性能。主要包括力学性能、物理性能和化学性能。 2）工艺性能：是指材料在被制成各种零部件的过程中适应加工的性能。 3）对于金属材料来讲，工艺性能主要包括了铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理工艺性能。 1、材料的力学性能 1）材料的力学性能：是指材料在外加荷载作用下所表现出来的性能。包括强度、塑性、硬度、韧度、疲劳强度及断裂韧度等。 2）力学性能指标：用来表征材料力学性能的各种临界值或规定值.可通过试验测定. 3）根据外加荷载的性质，荷载分为： 静荷载； 冲击荷载； 交变荷载。 4）金属材料 （受载）-变形,分： 弹性变形：荷载卸除后恢复原状； 塑性变形：荷载卸除后不能恢复,也叫永久变形。 2、材料的拉压试验 拉压实验拉压图应力应变图力学性能（指标）。 1）弹性：材料保持弹性变形的能力.（弹性模量，弹性极限）。 2）强度：指材料抵抗破坏（塑性变形或断裂）的能力。 3）塑性：指材料在断裂前产生永久变形而不被破坏的能力。 4）塑性材料：断裂前有明显的塑性变形，称为塑性断裂,塑性断裂的断口呈“杯锥”状。如低碳钢。5）脆性材料：在断裂前未发生明显的塑性变形，为脆性断裂，断口是平整的。如铸铁、玻璃等。6）拉伸试验:根据国家标准金属材料拉伸试验（GB228-2008）规定，将材料制成标准拉伸试样，在试验机上加载拉伸至断裂。不同类型的材料，反映出其所具有不同的抗拉性能特点。 3、材料的性能指标 1）弹性模量：表征了材料抵抗弹性变形的能力，也称之为刚度。弹性变形阶段的应力，为相应的应变，为拉伸曲线的斜率。 2)弹性极限：指材料在弹性变形阶段所能承受的最大应力。在实验过程中试样不产生塑性变形时的最大荷载，是试样的原始横截面积，表示材料保持弹性变形的最大应力。 4、材料的强度指标 1）屈服点：表示材料产生屈服时对应的应力。屈服点也称为屈服强度。 试样发生屈服变形时的荷载，为试样原始横截面积（mm2）。 2）抗拉强度：指试样在拉伸过程中所能承受的最大应力值。 试样断裂前所承受的最大荷载，是试样的原始横截面积(2)。 3）抗拉强度：它是设计和选材的主要依据之一，是工程技术上的主要强度指标。 4）屈强比：是一个有意义的指标。其比值越大，越能发挥材料的潜力。但是为了使用安全，该比值亦不宜过大，适当的比值一般在0.650.75之间。 5）比强度：它表征了材料强度与密度之间的关系。在考虑汽车轻量化的问题时，常常用到这个指标。 5、材料的塑性指标 1）伸长率：是指试样拉断后，标距伸长量与原始标距的百分比。试样断裂后的标距（），试样的原始标距（），即：同一材料的伸长率与试样尺寸有关。 2）断面收缩率： 是指试样拉断后横截面积的缩减量与原始横截面积之比。试样断裂处的最小横断面积（2），即：试样的原始横截面积(2)。 6、硬度 材料抵抗其他硬物压入其表面的能力。衡量材料软硬程度 1）最常用的硬度试验为： 布氏硬度（HB）； 洛氏硬度(HR)。 A、布氏硬度 测试原理：用一定大小的荷载P，把直径为D的硬质合金球压入被测试样表面，保持规定时间后卸除荷载，移去压头，用读数显微镜测出压痕平均直径d。用荷载F除以压痕的表面积所得的商，即为被测材料的布氏硬度值。 1）用硬质合金球作为压头所测得的布氏硬度用符号 HBW表示，适用于测量硬度不超过650的钢质材料。 2）布氏硬度的表示方法规定为：符号HBS和HBW前面的数值为硬度值，符号后面按以下顺序表示试验条件：压头球体直径（）、试验荷载（mpa）“公斤压力”、试验荷载保持时间（S）（1015S不标注）。 B、洛氏硬度 1）洛氏硬度采用直接测量压痕深度来确定度值的。我国常用的是HRA、HRB、HRC三种，试验条件及应用范围查“金工手册”。 2）洛氏硬度值的表示方法规定为：硬度符号前面注明硬度值，例如52HRC、70HRA。在硬度和强度之间，存在着一定的换算关系。 7、冲击韧度 材料抵抗冲击荷载的能力，是指材料在受到冲击荷载而断裂之前吸收能量并进行塑性变形的能力。 1）对于两种不同的冲击荷载，分别采用了冲击韧度和多冲抗力两个指标来衡量材料的冲击性能。 2）冲击韧度通常是采用一次摆锤冲击试验来测定的。在忽略机械摩擦和空气阻力等条件下，摆锤冲断或冲击试样所消耗的冲击功可以从试验机刻度盘上直接读出。 五、疲劳强度 承受交变应力的零件，在工作应力低于材料的屈服强度的情况下较长时间工作时，会产生裂纹或突然断裂，这种现象称为疲劳失效或疲劳破坏。 1）疲劳曲线：测定材料的疲劳强度。 2）疲劳极限：使试样不发生疲劳断裂的最大循环应力。 3）断裂韧度:材料抵抗裂纹扩展断裂的能力。零件内往往存在着微裂纹以及夹杂、气孔等类裂纹的缺陷。当材料受外力作用时，这些裂纹的尖端附近便出现应力集中，形成一个裂纹尖端应力场，可能产生失稳而扩展，导致机件断裂。材料的理化性能 指材料的固有属性，如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性和色泽等。 1、材料的物理性能 化学性能:是指材料抵抗周围介质侵蚀的能力。 对于金属材料来说，指耐蚀性和抗氧化性； 对于非金属材料，还存在着化学稳定性、抗老化能力和耐热性差等问题。 1）耐蚀性：材料在常温下抵抗周围介质（如大气、燃气、水、酸、碱、盐等）腐蚀的能力。 化学腐蚀 电化学腐蚀。腐蚀防护途径： A、采用耐蚀性好的不锈钢、铝合金等，B、采用适当的涂料进行涂覆；C、结构设计（防行成闭合回路），D、阴极保护。2） 抗氧化性：指材料在高温下抵抗氧化的能力，又称为热稳定性。 七. 材料的工艺性能 是指材料在被制成各种零部件的过程中适应加工的性能。包括: 铸造性能：流动性、收缩性、偏析； 锻造性能：塑性、变形抗力； 焊接性能：焊接性、碳当量； 切削性能：表面粗糙度、刀具寿命； 热处理性能：淬透性。 八、零件材料的选用 1、零件的失效形式 1）失效的概念: 零件由于某种原因而丧失原设计所规定的功能。包括： 完全破坏； 严重损坏； 未达功能要求（安全工作）。 2、零件常见的失效形式 过量变形失效弹变、塑变、蠕变； 断裂失效过载断裂，疲劳断裂； 表面损伤失效磨损，点蚀、胶合。 3、齿轮常见的失效形式 1）轮齿折断 ：轮齿象一个悬臂梁，受载后齿根部 产生的弯曲应力最大。当该应力值超过材料的弯曲疲劳极限时，齿根处产生疲劳裂纹，并不断扩展使轮齿断裂。 2）齿面磨损：灰尘、砂粒、金属微粒等落入轮齿间，会使齿面间产生摩擦磨损。严重时会因齿面减薄过多而折断。磨损是开式传动的主要失效形式。 主要措施： 采用闭式传动； 提高齿面硬度； 降低齿面粗糙度； 采用清洁的润滑油。3）齿面点蚀：轮齿工作面某一固定点受到近似脉动的变应力作用，由于疲劳而产生的麻点状剥蚀损伤的现象。 4）齿面胶合：高速重载传动中，齿面间压力大，瞬时温度高，润滑油模被破坏，齿面间会发生黏接在一起的现象，在轮齿表面沿滑动方向出现条状伤痕，称为胶合。 防止胶合的措施： 提高齿面硬度； 降低齿面粗糙度； 增大润滑油黏度； 限制油温。 5）塑性变形：重载且摩擦力很大时，齿面较软的轮齿表面就会沿摩擦力方向产生塑性变形。 材料的使用性能 一、首要原则 1）零件的工作条件和失效形式：零件失效的原因 设计、材料、加工、安装和使用。 2）工作环境：温度，介质（如腐蚀，摩擦）。 3）特殊功能要求 导电性、磁性、热膨胀性、比重、外观等。 4）性能要求的指标化 如强硬度、塑韧性等的具体数值。手册数据、经验公式的局限性 力学性能与零件尺寸有关 二、工艺性能 铸、锻、焊、机加工、热处理 零件的加工工艺路线：一般零件 毛坯 正火或退火 切削加工轴、齿轮等毛坯 预先热处理（正火、退火） 粗加工 最终热处理（淬火回火，时效，渗碳等）精加工 三、经济性 根本原则 1、产品成本分析 四、环境与资源原则 贯穿材料生产、使用、废弃的全过程。 1）减少材料使用量、延长零件寿命、材料再利用。 2）环境污染小、废气排放少、材料回收高、降解能力强等。 1、汽车零件的选材 A、选材方法与步骤： 1）周密分析零件的工作特性和使用条件。找出主要损坏形式，提出主要抗力指标。 2）根据零件的工作条件，提出必要的设计制造技术条件。 3）根据所提出的技术条件、要求，结合考虑工艺性、经济性，对材料进行预选择.(可以通过与相类似机器零件的比较和已有的实践经验的判断，或者通过各种材料选用手册来进行选择)。 4）预选方案材料进行计算，以确定是否能满足上述工作条件要求。 5）二次（或最终）选择。选择方案可以是若干种方案。 6）通过实验室试验、台架试验和工艺性能试验，最终确定合理选材方案。 7）最后，在中试生产的基础上，接受生产考验，以检验选材的合理与否。 五、金属材料在汽车上的应用 1、典型汽车零件齿轮的选材 1）汽车齿轮的选材： 汽车齿轮的工作条件； 汽车齿轮的主要失效形式。 2）对汽车齿轮的性能要求： 高的弯曲疲劳强度； 高的接触疲劳强度、耐磨性； 较高的强度和冲击韧性； 较好的热处理性能，热处理变形小。 3）典型汽车齿轮选材：汽车齿轮用材是合金渗碳钢20Cr或20CrMnTi，并经渗碳、淬火和低温回火。渗碳、淬火、回火后，还可采用喷丸处理，增大表面应力，有利于提高疲劳强度，并清除氧化皮。 4）合金渗碳齿轮的工艺路线：下料锻造正火切削加工渗碳、淬火及低温回火喷丸磨削加工。 2、汽车发动机曲轴 （1）汽车发动机曲轴的工作条件 曲轴在工作中受到弯曲、扭转、剪切、拉压、冲击等交变应力。而且，应力分布极不均匀；曲轴颈与轴承还发生滑动摩擦。 （2）曲轴的主要失效形式 疲劳断裂和轴颈严重磨损两种。 （3）对曲轴的性能要求： 高的强度； 一定的冲击韧度； 足够的弯曲、扭转疲劳强度； 足够的刚度；轴径表面有高的硬度和耐磨性。 （4）典型曲轴的选材 锻钢曲轴一般采用优质中碳钢和中碳合金钢制造（模锻工艺），如30、45、35Mn2、40Cr、35 Cr Mo等。铸造曲轴主要由铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸铁及合金铸铁等制造。 （5）曲轴典型的工艺路线 可根据材质不同分为两类： 铸造曲轴的典型工艺路线：铸造高温正火高温回火切削加工轴颈气体渗碳； 锻钢曲轴的典型工艺路线：下料模锻调质切削加工轴颈表面淬火。 3、汽车板簧 （1）汽车板簧失效形式及性能要求 汽车板簧用于缓冲和吸振，承受很大的交变应力和冲击荷载。汽车板簧的主要失效形式为刚度不足引起的过度变形或疲劳断裂。因此，对汽车板簧的性能要求是材料要有较高的屈服强度和疲劳强度。 （2）典型板簧选材 汽车板簧一般选用弹性高的合金弹簧钢来制造，如65Mn、65Si2Mn钢等。对于中型或重型汽车，板簧还采用50 CrMn、55 SiMnVB钢；对于中型载货汽车用的大截面积板簧，则采用55SiMnMoV、55SiMnMoVNb钢制造。 （3）工艺路线 热轧钢板冲裁下料压力成型淬火中温回火喷丸强化这种强化也是表面强化的手段，目的是提高零件的疲劳强度。金属材料在汽车上的应用 一、汽车结构零件用材 1、发动机缸体和缸套材料 缸体常用的材料有灰铸铁和铝合金两种。铝合金的密度小，但刚度差、强度低、价格贵。 1）所以，除了某些发动机为减轻重量而采用铝合金外，一般缸体材料均采用灰铸铁。2）汽缸的缸体一般采用普通铸铁或铝合金，而汽缸工作面则用耐磨材料，制成缸套镶入汽缸。 3）常用缸套材料为耐磨合金铸铁，主要有高磷铸铁、硼铸铁、合金铸铁等。4）为了提高缸套的耐磨性，可以用镀铬、表面淬火、喷镀金属钼或其他耐磨合金等办法对缸套进行表面处理。 2、发动机缸盖 缸盖主要用来封闭汽缸构成燃烧室。目前使用的缸盖材料有两种：一种是灰铸铁或合金铸铁；另一种是铝合金。铸铁发动机缸盖具有高温强度、铸造性能好、价格低等优点，但其导热性差、重量轻，但其高温强度低，使用中容易变形、成本较高。 3、活塞组 活塞、活塞销和活塞环等零件组成活塞组。常用的活塞材料是铝硅合金，其性能特点是导热性好、密度小、膨胀系数减小，耐磨性、耐蚀性、硬度、刚度和强度提高。铝硅合金活塞需进行固溶处理及人工时效处理，以提高表面硬度。 1）活塞销材料一般用20、20Cr、20CrMnTi等低碳、低碳合金钢，表面进行渗碳或碳氮共渗处理，以满足材料外表面硬而耐磨、内部韧而耐冲击的要求。 2）活塞环材料目前一般多用珠光体基体的灰铸铁或在灰铸铁基础上添加一定量的铜、铬、钼及钨等合金元素的合金铸铁，也有的采用球墨铸铁或可锻铸铁。为了改善活塞环的工作性能，活塞环宜进行表面处理。目前应用最广泛的是镀铬，可使活塞环的寿命提高23倍。其他表面处理的方法还有喷钼、磷化、氧化、涂敷合成树脂等。 3）连杆材料一般采用45钢、40Cr或40MnB等调质钢。合金钢虽具有很高强度，但对应力集中很敏感。 4、气门 进气门一般可用40Cr、35CrSi、38CrSi、42Mn2V等合金钢制造；而排气门则要求用高铬耐热钢制造，采用4Cr10Si2Mo作为气门材料时工作温度可达550650 。 5、半轴 汽车半轴通常选用调质钢制造。中、小型汽车的半轴一般用45钢、40Cr，而重型汽车则用40MnB、40CrNi或40CrMnMo等淬透性较高的合金钢制造。半轴加工中常采用喷丸处理及滚压凸缘根部圆角等强化方法。 6、螺栓、铆钉等冷镦零件 常用的螺栓材料有10、15（木螺栓，铆钉）、35(普通螺栓)、40Cr和15MnVB(重要螺栓)等。 二、汽车冷冲压零件用材 在汽车零件中，冷冲压零件种类繁多，约占总零件数的50%