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1、汽车机械基础课件全册配套汽车机械基础课件全册配套 最完整精品课件最完整精品课件 （东北师大版）（东北师大版） 项目一 力学基础力学基础 项目四 汽车常用机构汽车常用机构 项目三 汽车金属制造工艺汽车金属制造工艺 项目二 汽车常用工程材料汽车常用工程材料 项目五 汽车常用联接汽车常用联接 课件首页 项目六 汽车常用传动汽车常用传动 项目七 汽车常用零部件汽车常用零部件 项目八 公差与配合公差与配合 项目九 液压与液力传动液压与液力传动 知识目标：知识目标： 1 掌握平面汇交力系（多个力）合成的几何法 2 对合力投影定理有清晰的理解，掌握汇交力系合成的解析法和平衡方程 3 理解力对点之矩的概念，并

2、能熟练地计算 4 深入理解力偶和力偶矩的概念，掌握平面力偶的性质和平面力偶的合成 5 了解约束与约束反力的常见类型 6 理解和掌握平面一般力系的等效与简化、力系的主矢与主矩、最简力系、刚体 等 基本概念 7 理解平衡方程各种形式，掌握各种力系的独立平衡方程数目、物体或物系的平 衡 问题的解题步骤和技巧 8. 了解摩擦概念以及考虑摩擦时的平衡问题 项目一 静力学基础 平面汇交力系与力偶系平面汇交力系与力偶系 活动一活动一 ：平面汇交力系及其合成：平面汇交力系及其合成 活动二活动二 ：平面力偶系：平面力偶系 项目一 静力学基础 平面汇交力系与力偶系平面汇交力系与力偶系 力：是物体间的相互机械作用，

3、这种作用使物体的运动状态或 形状发生改变。 物体间的相互机械作用可分为两类：一类是物体间的直接接触 的相互作用，另外一类是物和物体间的相互作用。 力的两种作用效应为： 1）外效应，也称为运动效应使物体的运动状态发生改变； 2）内效应，也称为变形效应使物体的形状发生变化。 静力学研究物体的外效应。 力的三个要素：力的大小、方向和作用点。 力的作用线：力的方向是指静止物体在该力作用下可能产生的运 动（或运动趋势）的方向。沿该方向画出的直线。力的方向包含 力的作用线在空间的方位和指向。 活动一活动一 平面汇交力系及其合成平面汇交力系及其合成 项目一 静力学基础 等效力系：两个力系对物体的作用效应相同

4、，则称这两个力系互 为等效力系。当一个力 与一个力系等效时，则称该力为力系的 合力；而该力系中的每一个力称为其合力的分力。把力系中的各个分 力代换成合力的过程，称为力系的合成；反过来，把合力代换成若干 分力的过程，称为力的分解。 平衡力系：若刚体在某力系作用下保持平衡。在平衡力系中，各力 相互平衡，或者说，诸力对刚体产生的运动效应相互抵消。可见，平 衡力系是对刚体作用效应等于零的力系。 活动活动一一 平面汇交力系及其合成平面汇交力系及其合成 项目一 静力学基础 2平面汇交力系 的合成方法 1）几何法 首先回顾用几何法合成两个 汇交力。如图1-1-1a，设在物体 上作用有汇交于点的两个力F1和

5、F2，根据力的平行四边形法则， 可知合力R的大小和方向是以两 力F1和F2为邻边的平行四边形的 对角线来表示，合力R的作用点 就是这两个力的汇交点。也可以 取平行四边形的一半即利用力的 三角形法则求合力如图1-1-1b所 示。 活动一活动一 平面汇交力系的合成方法 项目一 静力学基础 刚体：在受力作用后而不产生变形的物体，刚体是对实际物体经 过科学的抽象和简化而得到的一种理想模型。而当变形在所研究的问 题中成为主要因素时（如在材料力学中研究变形杆件），一般就不能 再把物体看作是刚体了。 平衡：指物体相对于地球保持静止或作匀速直线运动的状态。显 然，平衡是机械运动的特殊形态，因为静止是暂时的、相

6、对的，而运 动才是永衡的、绝对的。 力系：作用在物体上的一组力。按照力系中各力作用线分布的不 同形式， 力系可分为： 1）汇交力系 2）力偶系 3）平行力系 4）一般力系 活动一活动一 平面汇交力系及其合成平面汇交力系及其合成 项目一 静力学基础 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 行力的合成。设刚体上作用有一个平面 汇交力系F1、F2、Fn，各力汇交于 A点（图1-1-2a）。根据力的可传性， 可将这些力沿其作用线移到A点，从而 得到一个平面共点力系（图1-1-2b）。 故平面汇交力系可简化为平面共点力系。 连续应用力的平行四边形法则，可将平 面共点力系合成为一个

7、力。在图1-1-2b 中，先合成力F1与F2（图中未画出力平 行四边形），可得力FR1，即 FR1F1+ F2；再将FR1与F3合成为力FR2，即FR2 FR1+ F3；依此类推，最后可得： FRF1+ F2+ FnFi 项目一 静力学基础 图1-1-2 活动一活动一 平面汇交力系及其合成平面汇交力系及其合成 活动一活动一 平面汇交力系的合成方法 项目一 静力学基础 因此，因此，平面汇交力系的合成结果是一个合力，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。中各力的矢量和确定。 需要指出的是，利用几

8、何法对力系进行合成，需要指出的是，利用几何法对力系进行合成， 对于平面汇交力系，并不要求力系中各分力的作对于平面汇交力系，并不要求力系中各分力的作 用点位于同一点，因为根据力的可传性原理，只用点位于同一点，因为根据力的可传性原理，只 要它们的作用线汇交于同一点即可要它们的作用线汇交于同一点即可。 解析解析法法 求解平面汇交力系合成的另一种常用方法是解析法。 这种方法是以力在坐标轴上的投影为基础建立方程的。 活动一活动一 平面汇交力系的合成方法 项目一 静力学基础 图1-1-3 力在坐标轴上的投影 sin cos FF FF y x sin cos FF FF y x 设刚体上作用有一个平面汇设

9、刚体上作用有一个平面汇 交力系交力系F1、F2、Fn，据式，据式 （2-1）有）有 FR= F1+ F2+ Fn = F 将上式两边分别向将上式两边分别向x轴和轴和y轴轴 投影，即有投影，即有 上式即为合力投影定理：力系的上式即为合力投影定理：力系的 合力在某轴上的投影，等于力系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。中各力在同一轴上投影的代数和。 若进一步运算，即可求得合力的若进一步运算，即可求得合力的 大小及方向为大小及方向为： ynyyyy xnxxxx FFFFF FFFFF 21R 21R 项目一 静力学基础 活动一活动一 平面汇交力系的合成方法 xy yx FF

10、 FFF tan )()( 22 R 0FR 项目一 静力学基础 活动二活动二 平面汇交力系的合成方法 0 0 y x F F 1.力对点之矩 用扳手拧螺母时（图1-1-4），螺母的转动效应除 与力F的大小和方向有关外，还与点O到力作用线的距 离h有关。距离h越大，转动的效果就越好，且越省力， 反之则越差。显然，当力的作用线通过螺母的转动中 心时，则无法使螺母转动。 项目一 静力学基础 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系 图1-1-4 图1-1-5 可以用力对点的矩这样一个物理量来描述力使物体转动的效 果。 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h的乘积。记作 Mo（F

11、） Fh （2-7） 式中，点O称为矩心，h称为力臂，Fh表示力使物体绕点O转动 效果的大小，而正负号则表明：Mo（F）是一个代数量，可以用它 来描述物体的转动方向。通常规定：使物体逆时针方向转动的力 矩为正，反之为负。力矩的单位为牛顿米（Nm）。 根据定义， 图2-6中所示的力F1对点O的矩为 Mo（F1）- F1h1- F1hsin 由定义知：力对点的矩与矩心的位置有关，同一个力对不同 点的矩是不同的。因此，对力矩要指明矩心。 从几何上看。力F对点O的矩在数值上等于三角形OAB面积的两 倍。如图1-1-5所示。 活动三活动三 平面力偶系平面力偶系 项目一 静力学基础 2. 合力矩定理 项目

12、一 静力学基础 活动三活动三 平面力偶系平面力偶系 平面汇交力系的合力对平面上任一点之矩，等于所有各分力对同一点力矩的代 数和。 3. 力偶的概念 图图1-1-6 1-1-6 力偶的应用力偶的应用 4. 力偶的三要素 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系 项目一 静力学基础 （1）力偶矩的大小。 （2）力偶的转向。 （3）力偶作用面的方位 5. 力偶的性质 性质1 力偶对其作用面内任意点的力矩恒等于此力偶的力偶矩，而与矩心的位置无关。 性质性质2 由图由图1-1-81-1-8可见，力偶在任意坐标轴上的可见，力偶在任意坐标轴上的 投影之和为零，故力偶无合力，力偶不能与一个投影之和为零，故力偶无合力

13、，力偶不能与一个 力等效，也不能用一个力来平衡力等效，也不能用一个力来平衡 力与力偶是力系的两个基本元素 项目二 静力学基础 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系 图图1-1-81-1-8 图图1-1-91-1-9 项目二 静力学基础 由于上述性质，所以对力偶可作如下处理： （1）力偶在它的作用面内，可以任意转移位置。其作用效应和原力偶相同， 即力偶对于刚体上任意点的力偶矩值不因移位而改变。 （2）力偶在不改变力偶矩大小和转向的条件下，可以同时改变力偶中两反 向平行力的大小、方向以及力偶臂的大小。而力偶的作用效应保持不变。 图1-1-9各图中力偶的作用效应都相同。力偶的力偶臂、力及其方向既然 都

14、可改变，就可简明地以一个带箭头的弧线并标出值来表示力偶，如图1-1-9d 所示。 6. 平面力偶系的合成 作用在物体上同一平面内的若干力偶，总称为平面力偶 系。 设在刚体某平面上有力偶M1 、M2的作用，如图1-1-10a所示，现求其合成的结 果 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系 项目一 静力学基础 图1-1-10 平面力偶系 在平面上任取一线段ABd作为公共力偶臂，并把每个力偶化为一组作用在A B两点的反向平行力，如图1-1-10b所示，根据力系等效条件，有 d M F d M F 2 2 1 1 , 于是在于是在A、B两点各得一组共线力系，其合力为两点

15、各得一组共线力系，其合力为 FR与与FR ，如图，如图1-1-101-1-10c所示，且有所示，且有 FRFR F1 -F2 FR 与FR 为一对等值、 反向、不共线的平行力，它们组成 的力偶即为合力偶，所以有 MFR d (F1 -F2) d M 1M 2 若在刚体上有若干个力偶作用,采用 上述方法叠加,可得合力偶矩为 MM1+ M2+ MnM 项目一 静力学基础 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系 平面力偶系合成的结果为一合力偶， 合力偶矩为各分力偶矩的代数和 力偶系中各力偶矩的代数和等于零， M0 项目一 静力学基础 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系 任务实施 例1 如图所示，一平面汇

16、交力系作用于O点。 已知F1=200N，F2=300N各力方向如图。 若此力系的合力R与F2沿同一直线，求F3与合力R的大小。 方法（1）几何法 方法（2）解析法 项目一 静力学基础 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系 例2 （1）用力对点 之矩定义 如图 F、Q、l, 求 . )(FmO)(Qmo （2）应用合力矩）应用合力矩 定理定理 例3. 平面连杆机构在图所示位置平衡，已知OA = 60 cm，O1 B = 40 cm，作用在摇杆OA上的力偶矩M1 = 1 Nm，不计杆自重，求力偶矩M2的大 小。 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系 项目一 静力学基础 1）受力分析 2）列平衡方程 3

17、）对受力图c列平衡方程 例3在一钻床上水平放置工 件, 工件上同时钻四个等直径的孔, 每个钻头的力偶矩为 , 求工件的总切削力偶矩和A 、B端 水平反力 解: 各力偶的合力偶距为 由力偶只能与力偶平衡的性质， 力NA与力NB组成一力偶。 mN15 4321 mmmm 项目一 静力学基础 mN60)15(4 4321 mmmmM 0 1 n i i m 02 . 0 4321 mmmmN B N300 2 . 0 60 B NN 300 BA NN 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系 项目一 静力学基础 拓展知识 约束与约束反力 自由体：在空间中可以自由运动而

18、获得任意位移动的物体 飞 行中的飞机、火箭等。 非自由体：位移受到某些限制的物体，如行驶中的火车受到铁轨的限制。 约束：就是加在非自由体上使其位移受到一定限制的条件。约束一般是 由非自由体与其周围物体相接触而构成的，因此也将这些周围物体称为 约束。例如，钢轨是火车的约束。 约束反力：约束能阻挡非自由体某些方向的运动，因此必然会施加力在 非自由体上，这些力称为约束力或约束反力，简称反力。约束力的方向 与其所限制的非自由体的运动方向或趋势相反。约束力可以是集中力， 也可以是分布力系，后者通常以该力系的主矢和主矩来表达。 在实际中存在着各种各样的约束，工程中一般将一些常见的约束理想化， 归纳为几种基

19、本类型，并根据各种约束的特性定性地给出其约束力的情 况。 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系 项目一 静力学基础 光滑接触面约束 柔索约束 固定端约束 1常见的约束类型 轴承约束 光滑球铰链约束 光滑圆柱铰链约束 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系 项目一 静力学基础 图1-1-11 柔索约束 图1-1-12 光滑接触面约束 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系 项目一 静力学基础 图1-1-14 固定铰链支座 图1-1-15 活动铰 链支座 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系 项目一 静力学基础 图1-1-16 轴承约束 图1-1-17 光滑 球铰链约束 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系 项

20、目一 静力学基础 。 。 图1-1-18 固定端约束 图1-1-19 固定端 约束反力 活动二活动二 平面力偶系平面力偶系 项目一 静力学基础 物体的受 力分析 物体的受力分析，就是要确定研究对象受了那些力以及物体的受力分析，就是要确定研究对象受了那些力以及 每个力的作用位置和方向。这是解决静每个力的作用位置和方向。这是解决静( (动动) )力学问题重要的力学问题重要的 一步。一步。 对实际物体进行受力分析时，需要把它简化力学模型，对实际物体进行受力分析时，需要把它简化力学模型， 特别是要把实际的约束简化成某些基本类型。而合理的简化特别是要把实际的约束简化成某些基本类型。而合理的简化 往往有赖

21、于实际工作经验，需要在长期实践中总结提高。教往往有赖于实际工作经验，需要在长期实践中总结提高。教 材中所提供的物体，都是已简化的力学模型。材中所提供的物体，都是已简化的力学模型。 在进行受力分析时，常把要研究对象从周围物体中分离在进行受力分析时，常把要研究对象从周围物体中分离 出来，单独画出简图，这样取出的物体称为分离体。在分离出来，单独画出简图，这样取出的物体称为分离体。在分离 体上画出研究对象所受的全部主动力和约束力，既得到物体体上画出研究对象所受的全部主动力和约束力，既得到物体 的受力图。通常，受力图的画法可概括为以下几个步骤。的受力图。通常，受力图的画法可概括为以下几个步骤。 1.1.

22、根据问题的要求选取研究对象，画出分离体简图；根据问题的要求选取研究对象，画出分离体简图； 2.2.画出分离体所受的全部主动力；画出分离体所受的全部主动力； 3.3.在分离体上原来存在约束的地方，按照约束类型逐一在分离体上原来存在约束的地方，按照约束类型逐一 画出约束力画出约束力 项目一 静力学基础 任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与 平衡方程平衡方程 一、一、平面一般力系的简化与平衡方程平面一般力系的简化与平衡方程 1力的平移定理力的平移定理 作用在刚体上作用在刚体上A点处的力点处的力F，可以平移到刚体内任意点，可以平移到刚体内任意点O，但必须同时附加一个力，但必须同时附加

23、一个力 偶，其力偶矩等于原来的力偶，其力偶矩等于原来的力F对新作用点对新作用点O的矩。这就是力的平移定理。的矩。这就是力的平移定理。 项目一 静力学基础 任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与 平衡方程平衡方程 2平面一般力系的简化平面一般力系的简化 图图1-1-2-3 3 平面一般力系的简化平面一般力系的简化 1) 平面汇交力系平面汇交力系F1 、F2 、Fn ，可以合成为一个作用于，可以合成为一个作用于O点的合矢量点的合矢量 FR ，如图，如图1-1-2-3 3c所示。所示。 FR FF 它等于力系中各力的矢量和。显然，单独的它等于力系中各力的矢量和。显然，单独的FR 不能

24、和原力系等效，它被称不能和原力系等效，它被称 为原力系的主矢。将式（为原力系的主矢。将式（1-1-2-1）写成直角坐标系下的投影形式：）写成直角坐标系下的投影形式： 项目一 静力学基础 任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与 平衡方程平衡方程 yyyy y xxxx x FFFFF FFFFF n21 R n21 R 因此主矢因此主矢FR 的大小及其与的大小及其与x轴正向的夹角分别为：轴正向的夹角分别为： (1-1-2-2) 项目一 静力学基础 任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与 平衡方程平衡方程 2）附加平面力偶系）附加平面力偶系M1、M2、Mn可以合成为

25、一个合力偶矩可以合成为一个合力偶矩Mo，即：，即： MoM1+ M2+ MnMo（F） 平面一般力系的简化方法，在工程实际中可用来解决许多力学问平面一般力系的简化方法，在工程实际中可用来解决许多力学问 题，如固定端约束问题。题，如固定端约束问题。 图图1-2-4 1-2-4 固定端约束固定端约束 项目一 静力学基础 任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与 平衡方程平衡方程 图图1-2-5 1-2-5 固定端约束的约束反力固定端约束的约束反力 3 3平面一般力系的合成结果平面一般力系的合成结果 由前述可知，平面一般力系向一点由前述可知，平面一般力系向一点O简化后，一般来说得到主矢

26、简化后，一般来说得到主矢 FR 和主矩和主矩Mo，但这并不是简化的最终结果，进一步分析可能出现以，但这并不是简化的最终结果，进一步分析可能出现以 下四种情况：下四种情况： 项目一 静力学基础 任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与 平衡方程平衡方程 1）FR 0，Mo0； 说明该力系无主矢，而最终简化为一个力偶，其力偶矩就等于力说明该力系无主矢，而最终简化为一个力偶，其力偶矩就等于力 系的主矩，此时主矩与简化中心无关。系的主矩，此时主矩与简化中心无关。 2）FR 0，Mo0； 说明原力系的简化结果是一个力，而且这个力的作用线恰好通过简化说明原力系的简化结果是一个力，而且这个力的

27、作用线恰好通过简化 中心，此时中心，此时FR 就是原力系的合力就是原力系的合力F R 。 3）FR 0，Mo0； 这种情况还可以进一步简化，根据力的平移定理逆过程，可以把这种情况还可以进一步简化，根据力的平移定理逆过程，可以把FR 和和Mo合成一个合力合成一个合力F R 。合成过程如图。合成过程如图1-2-61-2-6所示，合力所示，合力F R 的作用线到的作用线到 简化中心简化中心O的距离为的距离为 R o R o F M F M d 项目一 静力学基础 任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与 平衡方程平衡方程 图图1-1-2-6 6 4）FR 0，Mo0； 4 4平面一般力

28、系的平衡方程平面一般力系的平衡方程 1 1）基本形式）基本形式 0)( 0 0 o FM F F y x （1-2-5） 项目一 静力学基础 任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与 平衡方程平衡方程 2 2）二矩式二矩式 0)( 0)( 0 B A FM FM Fx （1-2-61-2-6） （3）三矩式）三矩式 （1-2-71-2-7） 0)( 0)( 0)( C B A FM FM FM 项目一 静力学基础 任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与 平衡方程平衡方程 5. 5. 物体系统的平衡问题物体系统的平衡问题 外力：系统外任何物体作用于该系统的力称为这个

29、系统的外力。外力：系统外任何物体作用于该系统的力称为这个系统的外力。 内力：所研究的系统内部各物体间相互作用的力称为内力，内力总是成对地作用于内力：所研究的系统内部各物体间相互作用的力称为内力，内力总是成对地作用于 同一系统上。因此，当取系统为研究对象时，不必考虑这些内力。同一系统上。因此，当取系统为研究对象时，不必考虑这些内力。 2 2）静定与静不定概念）静定与静不定概念 静定系统：系统中所有未知量的总数小于或等于系统独立的平衡方程的总数时，静定系统：系统中所有未知量的总数小于或等于系统独立的平衡方程的总数时， 称为静定系统。这类系统仅仅只需应用刚体的静力平衡条件，就可以求得全部未知量称为静

30、定系统。这类系统仅仅只需应用刚体的静力平衡条件，就可以求得全部未知量 的解。的解。 静不定系统：系统中所有未知量的总数大于系统独立的平衡方程的总数时，称为静静不定系统：系统中所有未知量的总数大于系统独立的平衡方程的总数时，称为静 不定系统或超静定系统。这类问题仅应用刚体的静力平衡条件，不能求得全部未知量不定系统或超静定系统。这类问题仅应用刚体的静力平衡条件，不能求得全部未知量 的解。的解。 3 3）物体系统的平衡问题）物体系统的平衡问题 常见的物体系统的平衡问题有三类，即构架、多跨静定梁、三铰拱。这三类问题都常见的物体系统的平衡问题有三类，即构架、多跨静定梁、三铰拱。这三类问题都 有其相应的求

31、解特点，在求解过程中能总结归纳。在求解这三类问题时通常要注意以有其相应的求解特点，在求解过程中能总结归纳。在求解这三类问题时通常要注意以 下情况，如固定端约束、铰上受力、分布荷载计算、二力构件等。下情况，如固定端约束、铰上受力、分布荷载计算、二力构件等。 1 1）外力、内力的概念）外力、内力的概念 项目一 静力学基础 任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与 平衡方程平衡方程 【任务实施】【任务实施】 (a) 例例1 项目一 静力学基础 任务二任务二 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与 平衡方程平衡方程 【任务实施】【任务实施】 例例2 2 项目一 静力学基础 任务二任务二

32、 平面一般力系的简化与平面一般力系的简化与 平衡方程平衡方程 【任务实施】【任务实施】 例例3 3 平面一般力系平衡问题的解题步骤平面一般力系平衡问题的解题步骤 1 1 选取研究对象，作出研究对象的受力图。选取研究对象，作出研究对象的受力图。 2 2 对所选取的研究对象，列出平衡方程。对所选取的研究对象，列出平衡方程。 3 3 由平衡方程解出未知量。由平衡方程解出未知量。 4 4 将计算结果代入不独立的平衡方程，以校核解将计算结果代入不独立的平衡方程，以校核解 题过程有无错误。题过程有无错误。 【任务描述】汽车上应用最多的是金属材料，金属材料的选用主要依据就是其使 用性能和工艺性能，力学性能是

33、最重要的使用性能，不仅是一般机械零部件在设 计、制造时选择材料的主要依据，而且也是验收、鉴定材料性能的重要参数之一。 项目二 汽车常用工程材料 任务一 金属材料的主要性能 一、金属材料的力学性能 项目二 汽车常用工程材料 任务一 金属材料的主要性能 金属材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、介质、湿度）下，承受各种金属材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、介质、湿度）下，承受各种 外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击等）时所表现出的力学特征。力学外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击等）时所表现出的力学特征。力学 性能主要包括强度、塑性、硬度和韧性和抗疲劳性等，用来表征材料力学性能性能主

34、要包括强度、塑性、硬度和韧性和抗疲劳性等，用来表征材料力学性能 的各种临界值或规定值均称为力学性能指标。金属材料的力学性能的优劣就是的各种临界值或规定值均称为力学性能指标。金属材料的力学性能的优劣就是 用这些指标的具体数值衡量的用这些指标的具体数值衡量的 1 强度强度 强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形或断强度是指金属材料在静载荷作用下抵抗永久变形或断 裂的能力裂的能力 载荷 静载荷冲击载荷交变载荷 任务一 金属材料的主要性能 项目二 汽车常用工程才料 金属材料受到载荷作用时，发生几何尺寸和形状的变化称为变形。变形一金属材料受到载荷作用时，发生几何尺寸和形状的变化称为变形。变形一 般分

35、为弹性变形和塑性变形。所谓弹性变形，是指材料受到载荷作用时产生般分为弹性变形和塑性变形。所谓弹性变形，是指材料受到载荷作用时产生 变形，载荷卸除后恢复原状的变形。而塑性变形则是指材料在载荷作用下发变形，载荷卸除后恢复原状的变形。而塑性变形则是指材料在载荷作用下发 生变形，且当载荷卸除后不能恢复的变形，故也叫永久变形。生变形，且当载荷卸除后不能恢复的变形，故也叫永久变形。 当当L0=10d=10d0 0时，称为长试样；时，称为长试样； L0=5d=5d0 0时，称为短试样时，称为短试样。 图图2-1-1 2-1-1 圆形拉伸试样图圆形拉伸试样图 任务一 金属材料的主要性能 项目二 汽车常用工程材

36、料 2-1-22-1-2低碳钢的拉伸曲线图低碳钢的拉伸曲线图 载荷载荷F F和伸长量和伸长量 之间的关系曲线，称为拉伸曲线，如图之间的关系曲线，称为拉伸曲线，如图2-1-22-1-2所所 示。示。 L 曲线明显地分为以下几个变形阶段曲线明显地分为以下几个变形阶段 弹性变 形阶段 Oe 屈服 阶段 强化阶 段 明显塑 性变形 阶段 缩颈阶 段 试样发 生断裂 es sddb bk k 任务一 金属材料的主要性能 项目二 汽车常用工程材料 1）弹性极限）弹性极限 材料不产生永久变形时所承受的最大应力，以材料不产生永久变形时所承受的最大应力，以e表示，即表示，即: 0 e e F A Fe试样产生完

37、全弹性变形的最大载荷试样产生完全弹性变形的最大载荷(N)(N)； 2 2）屈服极限）屈服极限 表示在外力作用下，材料刚开始产生塑性变形时的最小应力表示在外力作用下，材料刚开始产生塑性变形时的最小应力 值，以值，以表示，即表示，即: : 0 s s F A A0试样原始横截面积（试样原始横截面积（mmmm2 2 式中式中 e弹性极限（弹性极限（MPa） Fs试样产生完全弹性变形的最大载荷试样产生完全弹性变形的最大载荷 (N)(N)； 式中式中 s屈服极限（屈服极限（MPa）；）； 任务一任务一 金属材料的主要性能金属材料的主要性能 3 3）抗拉强度）抗拉强度 材料在断裂前所承受的最大拉应力，以材

38、料在断裂前所承受的最大拉应力，以b b表示，即表示，即 0 b b F A 式中式中 Fb试样断裂前所承受的最大拉伸力试样断裂前所承受的最大拉伸力(N)(N)。 2. 2. 塑性 塑性是金属在外力作用下，断裂前产生永久变形而不被破坏的能力，其塑性是金属在外力作用下，断裂前产生永久变形而不被破坏的能力，其 大小用材料在断裂前的最大变形量来衡量。金属材料的塑性指标为伸长率大小用材料在断裂前的最大变形量来衡量。金属材料的塑性指标为伸长率 与断面收缩率，它们同样可通过拉伸试验测定与断面收缩率，它们同样可通过拉伸试验测定。 1 1）断后伸长率）断后伸长率 试样拉断后标距长度的伸长量与其原始标距之比值试样

39、拉断后标距长度的伸长量与其原始标距之比值 的百分率，用符号的百分率，用符号表示。表示。 项目二 汽车常用工程材料 任务一 金属材料的主要性能 即即 : 式中式中 L1试样拉断后的标距长度（试样拉断后的标距长度（mmmm） L0试样的原始长度（试样的原始长度（mm）。）。 2 2）断面收缩率）断面收缩率 试件拉断后断口处（缩紧处）横截面积的最大缩减量与试件拉断后断口处（缩紧处）横截面积的最大缩减量与 原始横截面积的百分比，用符号原始横截面积的百分比，用符号 表示。表示。 即即 : : 式中式中 A0试样的原始截面积（试样的原始截面积（mmmm2 2）； A1试样拉断后的截面积（mm2）。 项目二

40、 汽车常用工程材料 任务一 金属材料的主要性能 项目二 汽车常用工程材料 3. 硬度硬度 硬度是衡量软硬程度的指标，表示抵抗局部变形和破坏的能力，是重要的力硬度是衡量软硬程度的指标，表示抵抗局部变形和破坏的能力，是重要的力 学性能指标之一。汽车制造和维修常用压入法测定硬度。硬度指标分三种，洛学性能指标之一。汽车制造和维修常用压入法测定硬度。硬度指标分三种，洛 氏硬度、布氏硬度和维氏硬度，其中应用最广泛的是洛氏硬度和布氏硬度氏硬度、布氏硬度和维氏硬度，其中应用最广泛的是洛氏硬度和布氏硬度。 。 4 韧度 强度、塑性、硬度等都是在静载荷作用下的力学性能。汽车上许多零件在工作时 要受冲击载荷。所谓冲

41、击载荷就是以很大的速度作用于零件上的负荷，如汽车的 悬挂机构，在汽车起步、制动或改变速度是，钢板弹簧、钢板吊耳均要受到冲击， 刹车愈急，起步愈猛冲击力愈大。 任务一 金属材料的主要性能 项目二 汽车常用工程材料 韧性实际上是材料强度和塑性的综合反映。韧性与脆性是对立的，且能互相韧性实际上是材料强度和塑性的综合反映。韧性与脆性是对立的，且能互相 转化，因为冲击韧度值与试验时的温度有关，随试验温度下降而降低。转化，因为冲击韧度值与试验时的温度有关，随试验温度下降而降低。 a) a) 试样安放试样安放 b)b)装置示意图装置示意图 图图2-1-5 2-1-5 冲击实验装置示意图冲击实验装置示意图 5

42、 疲劳强度疲劳强度 项目二 汽车常用工程材料 任务一 金属材料的主要性能 疲劳是指零件在交变应力作用下，过早发生破坏的现象。所谓交变应疲劳是指零件在交变应力作用下，过早发生破坏的现象。所谓交变应 力，是指应力的大小、方向或大小和方向都呈周期性变化的应力。疲劳力，是指应力的大小、方向或大小和方向都呈周期性变化的应力。疲劳 破坏事先没有明显的征兆，具有很大的突发性和危险性，往往会造成严破坏事先没有明显的征兆，具有很大的突发性和危险性，往往会造成严 重事故，如汽车的轴颈、缸盖、齿轮、弹簧等零件的损坏失效，大部分重事故，如汽车的轴颈、缸盖、齿轮、弹簧等零件的损坏失效，大部分 属于疲劳破坏。属于疲劳破坏

43、。 疲劳强度是指材料经受无数次应力循环而不被破坏的最大应力值。钢疲劳强度是指材料经受无数次应力循环而不被破坏的最大应力值。钢 铁材料应力循环次数为铁材料应力循环次数为10107 7次，有色金属应力循环次数为次，有色金属应力循环次数为10108 8次。任何材料次。任何材料 发生脆断，都是材料中微小裂纹突然失稳扩展的结果。发生脆断，都是材料中微小裂纹突然失稳扩展的结果。 为提高材料的疲劳强度，一般可从以下几个方面考虑：为提高材料的疲劳强度，一般可从以下几个方面考虑： 1) 1) 设计方面，尽量使零件避免尖角、缺口和截面突变，以避免应力设计方面，尽量使零件避免尖角、缺口和截面突变，以避免应力 集中及

44、其所引起的疲劳裂纹。集中及其所引起的疲劳裂纹。 2) 2) 材料方面，减少材料内部存在的夹杂物和由于热加工不当而引起的材料方面，减少材料内部存在的夹杂物和由于热加工不当而引起的 缺陷，如疏松、气孔和表面氧化等。缺陷，如疏松、气孔和表面氧化等。 3) 3) 机械加工方面，要降低零件表面的表面粗糙度值，表面刀痕、碰伤机械加工方面，要降低零件表面的表面粗糙度值，表面刀痕、碰伤 和划痕都是疲劳裂纹源。和划痕都是疲劳裂纹源。 二 金属材料的工艺性能 项目二 汽车常用工程材料 任务一 金属材料的主要性能 1. 1. 冲压性能冲压性能 2. 2. 焊接性能焊接性能 3. 3. 铸造性能铸造性能 4. 4.

45、切削加工性能切削加工性能 5. 5. 热处理性能热处理性能 4) 4) 零件表面强度方面，可采用化学热处理、表面淬火、喷丸处理和表面零件表面强度方面，可采用化学热处理、表面淬火、喷丸处理和表面 涂层等，在零件表面造成压应力，以抵消或降低表面拉应力引起疲劳裂纹涂层等，在零件表面造成压应力，以抵消或降低表面拉应力引起疲劳裂纹 的可能性。的可能性。 项目二 汽车常用工程材料 任务二任务二 汽车常用金属材料汽车常用金属材料 一、 碳钢 1. 杂质元素对钢性能的影响 碳钢是工业上用量最多的金属材料，碳钢中除了含有铁元素和碳元素之外， 还含有少量的杂质元素，如Si、Mn、S、P等元素，他们对钢的性能都有一

46、定的 影响。 钢铁材料是现代汽车工业中应用最为广泛的材料，占汽车用材总量的钢铁材料是现代汽车工业中应用最为广泛的材料，占汽车用材总量的 65%65%70%70%，同时为了减重节能，实现汽车轻量化，铝、镁等有色金属合，同时为了减重节能，实现汽车轻量化，铝、镁等有色金属合 金也得到了广泛的应用。金也得到了广泛的应用。 纯铁的强度、硬度都很低，生产上很少用纯铁制造零件，通常都是用铁纯铁的强度、硬度都很低，生产上很少用纯铁制造零件，通常都是用铁 碳合金。以铁和碳为主要组成元素的合金，统称为铁碳合金。碳合金。以铁和碳为主要组成元素的合金，统称为铁碳合金。 含碳量在含碳量在0.0218%0.0218%2.

47、11%2.11%范围内的铁碳合金叫碳素钢，简称碳钢；含碳范围内的铁碳合金叫碳素钢，简称碳钢；含碳 量大于量大于2.11%2.11%的铁碳合金称为铸铁；含碳量低于的铁碳合金称为铸铁；含碳量低于0.0218%0.0218%的铁碳合金称为工的铁碳合金称为工 业纯铁业纯铁 任务二任务二 汽车常用金属材料汽车常用金属材料 项目二 汽车常用工程材料 硫硫 磷磷 锰锰 硅硅 项目二 汽车常用工程材料 任务二任务二 汽车常用金属材料汽车常用金属材料 2. 2. 碳钢的分类碳钢的分类 1 1）按碳含量分类：）按碳含量分类： 低碳钢低碳钢 含碳量含碳量wc0.250.25 中碳钢中碳钢 含碳量含碳量wc0.250

48、.250.60.6 高碳钢高碳钢 含碳量含碳量wc0.60.6 2 2）按质量分类（主要根据有害杂质硫、磷的含量分类）：）按质量分类（主要根据有害杂质硫、磷的含量分类）： 普通碳素钢普通碳素钢 含硫量含硫量wS0.050.05，含磷量，含磷量wP0.0450.045。 优质碳素钢优质碳素钢 含硫量含硫量wS、含磷量、含磷量wP均均0.0350.035。 高级优质碳素钢高级优质碳素钢 含硫量含硫量wS0.020.02，含磷量，含磷量wP0.030.03。 3 3）按冶炼时的脱氧程度）按冶炼时的脱氧程度 沸腾钢沸腾钢(F) (F) 脱氧不完全的钢。脱氧不完全的钢。 镇静钢镇静钢(Z) (Z) 脱氧

49、较完全的钢。脱氧较完全的钢。 半镇静钢半镇静钢(B) (B) 脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间。 4 4）按用途或使用特性）按用途或使用特性 结构钢结构钢 主要用于制造工程结构、桥梁、建筑结构和机器零件等，一般为主要用于制造工程结构、桥梁、建筑结构和机器零件等，一般为 低、中碳钢。低、中碳钢。 工具钢工具钢 主要用于制造各种刃具、模具和量具。一般为高碳钢。主要用于制造各种刃具、模具和量具。一般为高碳钢。 活动二活动二 汽车常用金属材料汽车常用金属材料 项目二 汽车常用工程材料 3. 常用碳钢的牌号、性能及主要用途 1）碳素结构钢。这类钢的牌号由代表屈服点的字母“Q

50、”、屈服点值（单位 MPa）、质量等级（分为A、B、C、D四级，A级质量最低，D级质量最高）、脱氧 方法符号（F为沸腾钢，Z为镇静钢，B为半镇静钢）按顺序排列组成。例如Q235 AF，表示屈服强度为235MPa的A级质量的碳素结构钢，属于沸腾钢。 项目二 汽车常用工程材料 任务二任务二 汽车常用金属材料汽车常用金属材料 项目二 汽车常用工程材料 任务二任务二 汽车常用金属材料汽车常用金属材料 3 3）碳素工具钢）碳素工具钢 碳素工具钢的含碳量在碳素工具钢的含碳量在0.7%0.7%1.4%1.4%。其牌号以。其牌号以“T”T”后面加数字后面加数字 表示钢中平均含碳量的千分数，若是高级优质碳素工具