汽车机械基础(教案)

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：

① 首先将各个基本轮系正确地区分开来。

② 分别列出计算各基本轮系传动比的方程式。 ③ 找出各基本轮系之间的联系。

④ 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

① 实现大传动比传动。 ②实现变速、换向传动。

③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。

① 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。

② 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。

③ 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。

① 辐板式车轮；② 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。 ① 深槽轮辋 [无内胎轮胎（真空胎）用]。 ② 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：① 有内胎轮胎；② 无内胎轮胎；③ 按胎体帘布层的结构不同，还可分为；④ 普通斜交胎（轮胎中心线与帘线排列呈35°）；⑤ 子午线轮胎（轮胎中心线与帘线排列呈90°）；⑥ 按轮胎内部充气压力大小分，可分为；⑦ 高压胎（0.5~0.7 MPa）；⑧ 低压胎（0.15~0.45 Mpa）；⑨ 超低压胎（0.15 Mpa以下）；⑩ 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：

① 支撑汽车车身及货物的总质量； ② 保证车轮和路面的附着性；

③ 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； ④ 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。

①按规定装载；②货物要安放均匀，并扎牢；③汽车转弯时要减速；④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；⑤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）。

① 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。 ② 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。

③ 精心驾驶车辆：起步、车速、路面、制动、转弯、特殊条件

④ 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：① 轮胎的日常维护：由驾驶员负责，气压，杂物，螺栓；② 轮胎的一级维护：由维修工负责，气压，杂物，螺栓，花纹；③ 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；④ 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：① 检查胎面花纹深度，载重汽车剩余花纹2~3mm时，应进行翻新；② 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。① 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；② 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。① 故障现象：常出现在长距离高速行驶的驱动轴上；②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。① 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。② 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。① 故障现象：花纹块形成阶梯型磨损。② 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: ① 通用零件：在各种机器中经常使用的零件。如：螺栓、螺母；② 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：① 钢材占汽车自重的55%-60%；② 铸铁占5%-12%；③ 有色金属占6% ~10%；④ 塑料占8% ~12%，橡胶占4%，玻璃占3%；⑤ 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：① 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；② 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.l～100 纳米（原子、分子尺度），具有卓越的性能和特殊功能，如：① 纳米级铜不导电；② 纳米冰柜可抑制细菌生长。

6）其他材料：① 超导材料；② 贮氢材料；③ 分离膜材料。④ 性能与应用： a 超微外观； b大体结构； c纳米人工骨；⑤ 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：① 静荷载；② 冲击荷载；③ 交变荷载。 4）金属材料 （受载）-变形,分：① 弹性变形：荷载卸除后恢复原状；② 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0.65～0.75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：① 布氏硬度（HB）；② 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）（10～15S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。