汽车机械基础材料.ppt

汽车机械基础本章的教学目标： 1）了解本课程研究对象，认识机器的组成，掌握机器、机构、构件、零件的基本概念及正确识别； 2) 初步了解本课程学习内容，及在专业人才培养中的地位及作用，从而明确本课程学习目标； 绪论研究对象及内容 研究对象 是汽车机械，即汽车机械常用零部件及传动机构、汽车液压与元件为主 内容（五大模块） 汽车材料基础知识、构件力学分析、传动机构分析及应用、汽车零部件、汽车液压与气压传动 机械是人类祖先在长期的生活和生产劳动探索中逐渐产生的. 机械是人类的生产劳动工具，是人类社会生产力发展的重要标志，是人类文明的产物. 最古老的机械形式：杠杆、水车、风车、手工纺织机杠杆、水车、风车、手工纺织机等. 机械是减轻或替代体力劳动、提高生产效率的辅助工具，是机器和机构的总称引入:机械的产生 十八世纪蒸汽机的发明促进了欧洲机械工业的发展，原动机的出现标志着机械工业的质的飞跃； 各门力学学科的发展为机械的设计制作奠定了科学基础，使机械工业迅猛发展； 汽车汽车是机械设备中的典型代表； 机械设备的其它典型例子： 加工机床、机械手、机器人、日用机械设备等引入:机械的发展简况机械的典型例子：汽车机械的典型例子:飞机机械的典型例子:龙门起重机机械的典型例子:数控加工中心机械的典型例子: 压路机控制器(控制)电能带(传动)减速器(传动)波轮(工作)原动机部分：将其它（热能）能量变换为机械能，是驱动整部机器的动力源。

活塞上下往复运动工作机部分：其功能是利用机械能去变换或传递能量、物料、信号曲轴的旋转运动传动部分：把原动机的运动和动力转变为工作部分运动和动力连杆机器组成机械基础基本概念机器的定义及三个特征： 机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料与信息，以代替或减轻人的劳动 1）人为的各种实物组合； 2）各构件间具有确定的相对运动； 3）能够完成有效的机械功或变换机械能 机构：具有机器的前两个特征 机械：机器和机构的总称机构：具有机器前两个特征的多构件组合 体；或由多构件组成且各构件间有 确定的相对运动.如: 脚踏自行车、 脚踏缝纫机、 发动机中的曲柄滑块机构.构件：机器中运动的基本单元；如: 发动机的连杆 零件：机器中最小的制造单元；如：螺钉部件：一套协同工作且完成共同任务的零 件组合如:轴承机器组成部件机械的作用 机械的重要意义：减轻人类的体力和脑力劳动、提高劳动生产率金属材料的基本知识教学目标1、 了解材料的主要力学性能指标： 屈服强度、抗拉强度、伸长率、断面收缩 率、硬度、冲击韧性、疲劳强度、断裂韧 性等力学性能及其测试原理；、强调各种力学性能指标的生产实际意义；、了解工程材料的物理性能、化学性能及工 艺性能。

金属材料的基本知识金属材料的使用性能包括物理性能、化学性能、工艺性能和力学性能，对于工程材料来说，其中最重要的是力学性能 材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出来的特性力学性能包括强度、塑性、硬度、冲击韧度及疲劳强度等一一、 、金属材料的使用性能金属材料的使用性能材料的其他性能材料的其他性能物理性能 密度、熔点、导热性、导电性、热膨 胀性、磁性等；化学性能：耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等；工艺性能：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性、热处理工艺性等 2 强度指标 一般可以通过金属拉伸试验来测定把标准试样装夹在试验机上，然后对试样缓慢施加拉力，使之不断变形直到拉断为止在此过程中， 试验机能自动绘制出载荷F和试样变形量L的关系曲线此曲线叫做拉伸曲线一）强度一）强度1 强度 是指金属材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力拉伸试验拉伸试验标距与直径的比例为:zbFeso1、oe段：直线、弹性变形2、es段：曲线、弹性变形+塑性变形5、b点出现缩颈现象，即试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，而后降低，但变形量增大，z点时试样发生断裂3、s s/段：水平线（略有波动）明显的塑性变形屈服现象，作用的力基本不变，试样连续伸长。

4、s / b曲线：均匀塑性变形s/ 强度指标-采用应力的大小来度量材料受到外力作用会发生变形，同时在材料内部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，单位为Pa（帕），即N/m2工程上常用MPa(兆帕)，1MPa=106pa，或1Pa=1N/m2，或1MPa=1N/mm2FFF = F （MPa）FF= F /S（1）屈服点s材料产生屈服时的最小应力单位为MPas= Fs/AO （1-1）式中，Fs是屈服时的最小载荷(N)；A0是试样原始截面积对于无明显屈服现象的金属材料（如高碳钢、铸铁），测量屈服点很困难，工程上经常采用残余伸长为原长时的应力作为屈服强度指标，称为规定残余伸长应力1-2）（2）抗拉强度b材料在拉断前所承受的最大应力，单位为MPa抗拉强度表示材料抵抗均匀塑性变形的最大能力，也是设计机械零件和选材的主要依据b= Fb/AO （1-3）式中，Fb是试样断裂前所承受的最大载荷（N）强度意义：一般机械零件或工具使用时，不允许发生塑性变形，故屈服点s是机械设计强度计算的主要依据；抗拉强度代表材料抵抗拉断的能力，若应力大于抗拉强度，则会发生断裂而造成事故工程上还通过计算屈强比（s /b，屈服点与抗拉强度的比值来判别材料强度的利用率，屈强比高，材料性能使用效率高，一般材料的屈强比以为宜。

金属材料在载荷的作用下，产生塑性变形而不断裂的能力称为塑性通过拉伸试验测得 的常用塑性指标有：断后伸长率和断面收缩率断后伸长率断后伸长率试样拉断后的标距伸长量和原始标距之比 =(L1L0)/L0100 （1-4）式中，L1试样原始标距长度L0试样拉断后的标距长度二）塑性二）塑性 金属材料在载荷的作用下，产生塑性变形而不断裂的能力称为塑性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 断面收缩率断面收缩率试样拉断处=100横截面积的缩减量与原始横截面积之比= =(A0A1)/AO 100（1-5）式中，Ao是试样的原始横截面积；A1是试样断口处的横截面积二）塑性二）塑性练习题一广州华商职业学院机电工程系学生买一批钢材，进行塑性拉伸试验拉力试样的原标距长度为50mm，直径为10mm，经拉力试验后，将已断裂的试样对接起来测量，若最后的标距长度为71mm，颈缩区的最小直径为，试求该材料的伸长率和断面收缩率的值？解：=（71-50）/50 x100%=42%S0=3.14x(10/2)2=78.5(mm2)S1=3.14x(4.9/2)2=18.85(mm2)=(S0-S1)/S0 x100%=24% 某工厂买回一批材料（要求：s230MPa；b410MPa；523%；50%）。

做短试样（0=50；0=10mm）拉伸试验，结果如下：Fs=19KN，Fb；l1；d1=6.3mm;问买回的材料合格吗？练习题二某工厂买回一批材料（要求：s230MPa；b410MPa；523%；50%）做短试样（0=50；0=10mm）拉伸试验，结果如下：Fs=19KN，；问买回的材料合格吗？解： 根据试验结果计算如下：sFss2 )=242230MPa b Fb s2 )=439.5 410MPa 5 l l 0 x100% (63.1-50)/50 x100%=26.2% 23% S S 0 x100% 60.31% 50%材料的各项指标均合格，因此买回的材料合格练习题二硬度是指材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的能力三）硬度三）硬度布氏硬度HB 洛氏硬度HR 维氏硬度HV锉刀法常用测量硬度的方法h1-h0洛氏硬度测试示意图计算公式： 压头是直径为D的钢球或硬质合金球HBS压头为钢球，用于测量450HBW（ 650HBW）三）硬度三）硬度三）硬度三）硬度布氏硬度 HB ( Brinell-hardness ) 符号HBS或HBW之前的数字表示硬度值，符号后面的数字按顺序分别表示球体直径、载荷及载荷保持时间。

如:120HBS10/1000/30表示直径为10mm的钢球在1000kgf（）载荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120洛氏硬度试验法洛氏硬度试验法采用顶角为120的金刚石圆锥体或直径为的淬火钢球作为压头如图2-3所示试验时先施加初载荷，使压头与试样表面接触良好，保证测量准确，再施加主载荷，保持到规定的时间后再卸除主载荷，依据压痕的深度来确定材料的硬度值1 1试样表面试样表面 2 2基准线基准线 F F0 0初始试验力初始试验力 F F1 1主试验力主试验力 F F总试验力总试验力三）硬度三）硬度1 1试样表面试样表面 2 2基准线基准线 F F0 0初始试验力初始试验力 F F1 1主试验力主试验力 F F总试验力总试验力三）硬度三）硬度对于承受冲击载荷的材料，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，还必须具备足够的冲击韧度 四）冲击韧性四）冲击韧性 金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧性冲击韧度的测定方法，如图2-4所示是将被测材料制成标准缺口试样，在冲击试验机上由置于一定高度的重锤自由落下而一次冲断 冲断试样所消耗的能量称为冲击功，其数值为重锤冲断试样的势能差。

冲击韧度值AK就是试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击功，这个值越大，则韧性越好，受冲击时，越不容易断裂冲击功AK=G（H1-H2）单位截面上所受的冲击功，称为冲击韧度ak四）冲击韧性四）冲击韧性冲冲击击韧韧度度 在汽车上的许多零件中，比如各种轴、齿轮、弹簧、连杆等，要受到大小和方向呈周期性变化的载荷作用这种交变载荷虽然小于材料的强度极限，甚至小于其弹性极限，但经多次循环后，在没有明显的外观变形时也会发生断裂，这种破坏称作疲劳破坏或疲劳断裂这种破坏都是突然发生的，具有很大的危险性五）疲劳强度五）疲劳强度疲劳强度( fatigue strength ): 表示材料经无数次交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力值疲劳强度-1是表示材料以周期性交变载荷作用而不致引起断裂的最大应力，其大小与应力变化的次数有关对于黑色金属规定循环次数为107次，有色金属循环次数为108次为了提高金属的疲劳强度，可以通过改善零件的结构形状，避免应力集中，减小表面粗糙度值，进行表面热处理和强化处理等方法五）疲劳强度五）疲劳强度。