汽车机械基础材料资料文档

• 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
引入:机械的产生
• 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 等.
和试样变形量ΔL的关系曲线。此曲线叫做拉伸曲线。
拉伸试验
标距与直径的比例为: l0 5d0 l 10d 0
1、oe段：直线、弹性变形
F Fb
b
2、es段：曲线、弹性变形+塑性变形
s s/
3、s s/段：水平线（略有波动）
Fs
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。
Fe
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
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
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
三）硬度
洛氏硬度试验法 采用顶角为120°的金刚石圆锥体或直径为1.588mm 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－试样表面 2－基准线 F0－初始试验力 F1－主试验力 F－总试验力
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。
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。
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
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。
五）疲劳强度
疲劳强度σ-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。
长 率和断面收缩率的值？ 解： δ=[（71-50）/50]x100%=42% S0=3.14x(10/2)2=78.5(mm2) S1=3.14x(4.9/2)2=18.85(mm2) Ψ =[(S0-S1)/S0]x100%=24%
练习题二
某工厂买回一批材料（要求：бs≥230MPa； бb≥410MPa；δ5≥23%；ψ ≥50%）。 做短试样（ｌ0=5ｄ0；ｄ0=10mm）拉伸试验， 结果如下：Fs=19KN，Fb=34.5KN； l1=63.1mm；d1=6.3mm;问买回的材料合格 吗？
F
F
F’
F
F = F’
F' F
SS
σ= F’ /S
（MPa）
（1）屈服点σs材料产生屈服时的最小应力。单位为MPa。
σs= 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0.2％原长时的应力σ0.2作为屈服 强度指标，称为规定残余伸长应力。
e
z
4、s / b曲线：均匀塑性变形
5、b点出现缩颈现象，即试样局部 o
l
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。
F S0
l l0
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/mm2。
• 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:机械的发展简况
• 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。
ψ = =(A0—A1)/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。
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4.9mm，试求该材料的伸
许发生塑性变形，故屈服点σs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（σs /σb，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0.75为宜。
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。
三）硬度
硬度是指材料表面抵抗局部塑性变形、压痕或划痕的 能力。
常用测量硬 度的方法
布氏硬度HB 洛氏硬度HR 维氏硬度HV 锉刀法
洛氏硬度测试示意图
h1-h0
三）硬度
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<450HBS HBW——压头为硬质合金,用于测量>450HBW
练习题二
某工厂买回一批材料（要求：бs≥230MPa；бb≥410MPa；
δ5≥23%；ψ ≥50%）．做短试样（ｌ0=5ｄ0；ｄ0=10mm） 拉伸
试验，结果如下：Fs=19KN，Fb=34.5KN；l1=63.1mm； d1=6.3mm问买回的材料合格吗？
解： 根据试验结果计算如下：
бs＝Fs／s０＝(19x1000)/(3.14x52 )=242
金属材料的基本知识
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；
２、强调各种力学性能指标的生产实际意义； ３、了解工程材料的物理性能、化学性能及工
艺性能。
一、金属材料的使用性能
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
冲 击 韧 度
五）疲劳强度
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。
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。
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：
三）硬度
1－试样表面 2－基准线 F0－初始试验力 F1－主试验力 F－总试验力
四）冲击韧性
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。
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。
四）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。
机器组成部件
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。
（ <650HBW）
计算公式：HB

压入载荷（N） 压痕的表面积（mm2）
0.102
2F
D(D D2 d 2 )
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（9.807kN）载 荷作用下保持30s测得的布氏硬度值为120。