1、（1）（2）（3）二、本课程研究的内容（1）汽车的常用材料（第一章）。（2）力学基础（第二、三章）。（3）机构传动基础（第四章）。（4）常用机构（第五、六、七章）。（5）轴系零部件及常用连接件（第八、九两章）。（6）常用传动机构（第十、十一章）。第一章 汽车材料基础知识v一、汽车零部件材料 汽车零件制造材料以金属材料为主，金属材料中又以钢铁材料的用量 为最多。第一节 汽车材料概述二、汽车运行材料 1燃料 2润滑材料 3工作液第二节 金属材料的性能一、金属的物理性能1.密度2.熔点3.导电性4.导热性5.热膨胀性6.磁性二、金属的化学性能1.耐腐蚀性2.抗氧化性三、金属的工艺性能1.铸造性能2.
2、压力加工性能3.焊接性能4.切削加工性能5.热处理性能四、金属的机械性能1.强度(1)屈服极限。(2)抗拉强度。2.塑性(1)伸长率。(2)断面收缩率。3.硬度(1)布氏硬度。(2)洛氏硬度。4.韧性5.疲劳强度 第三节 金属材料及其在汽车上的应用一、钢铁材料 钢铁材料是以铁和碳为基本元素的合金，如钢、铸铁及其合金。（一）碳素钢 碳素钢简称碳钢，其含碳量小于2.11，除含有铁和碳两种主要元素外，还含有少量的硅、锰、硫、磷等杂质元素(它们称为常存元素)。1碳和常存元素对碳素钢的影响（1）碳的影响 碳是决定钢性能的主要元素。随着含碳量增加，碳素钢的强度和硬度升高，塑性和韧性降低。（2）常存元素的影
3、响 碳素钢中的常存元素是在冶炼时带入的，它们对钢的性能都有一定的影响2.碳素钢的分类（1）按钢的含碳量分类 低碳钢含碳量小于0.25。中碳钢含碳量在0.250.60之间。高碳钢含碳量大于0.60。（2）按钢的质量分类 碳素结构钢合硫量小于0.0500.055，含磷量小于0.0400.045。优质碳素结构钢含硫量、含磷量均小于0.0350.040。高级优质碳素结构钢含硫量小于0.0200.030，含磷量小于0.0300.035。(3)按钢的用途分类碳素结构钢用于制造机械零件和工程构件。碳素工具钢用于制造刀具、量具和模具。(4)按钢的脱氧程度分类镇静钢完全脱氧钢，钢液浇注时平静地凝固。沸腾钢不脱氧
4、钢，钢液浇注时有气体溢出。半镇静钢半脱氧钢，介于镇静钢和沸腾钢之间。3.常用碳素钢（1）碳素结构钢（2）优质碳素结构钢（3）铸钢(二)合金钢1.钢的热处理简介（1）普通热处理 退火。正火。淬火。回火。（2）表面热处理 表面淬火。化学热处理。2.合金钢的分类和牌号（1）合金钢的分类 按合金钢的用途分类 a.合金结构钢用于制造机械零件和工程构件。b.合金工具钢用于制造各种工具，如刃具钢、磨具钢和量具钢等。c.特殊性能钢用于制造特殊性能要求的机械零件和工程构件，如不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。按合金元素的含量分类 a.低合金钢合金元素总含量小于5%。b.中合金钢合金元素总含量为5%10%。c.高合金钢合
5、金元素总含量大于10%。(此外，按合金元素的种类分，有锰钢、铬钢、镍镉钢等；按合金钢的冶炼质量分，有优质钢、高级优质钢、特级优质钢等。)（2）合金钢的牌号 合金结构钢的牌号。合金工具钢的牌号。特殊性能钢的牌号。滚动轴承钢的牌号。3.合金结构钢 合金结构钢按其用途分类，可分为工程用钢和机械制造用钢两大类。（1）低合金结构钢（2）合金渗碳钢（3）合金调质钢（4）合金弹簧钢（5）滚动轴承钢4.特殊性能钢v特殊性能钢是指具有特殊的物理性能和化学性能的钢，常用的有不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。v不锈钢是指在腐蚀介质中具有高抗腐蚀能力的钢。按其合金元素的不同，常用的有铬不锈钢和铬镍不锈钢两种。(三)铸铁v 铸
6、铁的含碳量大于211(一般在2v.54.0之间)，除含有铁和碳两种v主要元素外，还含有一定量的硅、锰v、硫和磷等元素。v1.铸铁的分类v铸铁中的碳以自由状态的石墨或化合物渗碳体的形式存在，根据碳的存在形式不同，铸铁可分为以下几种：v(1)白口铸铁(碳全部或大部分以化合物渗碳体的形式存在。)v(2)灰口铸铁(碳绝大部分以片状石墨形态存在，由于其断口呈暗灰色，故称为灰口铸铁)v(3)可锻铸铁(其中的碳绝大部分以团絮状石墨形态存在。)v(4)球墨铸铁(俗称球铁，其中的碳绝大部分以球状石墨形态存在，故称为球墨铸铁。)v(5)蠕墨铸铁(蠕墨铸铁中的蠕虫状石墨形态是介于球状和片状石墨之间的一种过渡型石墨，
7、它既有较高的抗拉强度、塑性和韧性，又有良好的导热性、减振性、铸造性和切削加工性等性能。)v(6)合金铸铁(在灰口铸铁或球墨铸铁的基础上加入某些合金元素后，形成具有特殊性能的铸铁称为合金铸铁。)二、有色金属 在工程上，通常把钢铁材料称为黑色金属，除黑色金属以外的金属称为有色金属。（一）铝及铝合金 1.纯铝 纯铝呈银白色，密度小，仅为27103kgm3，约为铁的13，纯铝的塑性好，压力加工性能好，易于加工成板材、箔材、线材等型材。2.铝合金 铝合金是在纯铝中加入硅、铜、镁、锰等合金元素而形成的合金。(1）形变铝合金防锈铝合金。硬铝合金。超硬铝合金。锻造铝合金。（2）铸造铝合金（二）铜及铜合金1.纯
8、铜 2.黄铜3.青铜（三）滑动轴承合金1.对滑动轴承合金的性能要求 (1)足够的抗压强度，以承受较大的压力。(2)足够的塑性和韧性、较高的疲劳强度，以承受交变载荷和冲击载荷。(3)摩擦因数小、耐磨性好，但硬度不能太高，以免拉伤轴颈。(4)良好的磨合性，使轴和轴颈能自动吻合，使负荷均匀作用在工作面上。(5)轴瓦工作表面要有微孔，以储藏润滑油，使接触表面形成润滑油膜。(6)良好的导热性，较小的膨胀系数和一定的耐腐蚀性。1轴；2润滑油空间；3软基体；4硬质点；5轴瓦 2.常用滑动轴承合金（1）锡基轴承合金（2）铅基轴承合金（3）铝基轴承分金（4）铜基轴承合金（四）新型合金材料1.镁及镁合金2.锌及锌
9、合金3.钛及钛合金4.粉末合金 第四节 非金属材料及其在汽车上的应用一、塑料1塑料的组成2塑料的分类 (1)按塑料的热塑性和成型特点可分为热塑性塑料和热固性塑料。(2)按塑料的用途可分为通用塑料和工程塑料。(通用塑料主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、氨基塑料和酚醛塑料等。)3塑料的主要特性 (1)密度小。(2)比强度高。(3)耐腐蚀性好 (4)绝缘性好。(5)吸振和消声性能良好。(6)耐磨和减摩性能优良。4塑料在汽车上的应用二、橡胶1.橡胶的组成和分类2橡胶的主要特性 (1)极高的弹性。(2)良好的热可塑性。(3)良好的粘着性。(4)良好的绝缘性。3橡胶在汽车上的应用第五节汽车燃料的性
10、能及使用一、汽油(汽油是从石油中提炼出来的，由碳、氢元素组成的烃类化合物。)汽油发动机对汽油的主要性能要求有：(1)适宜的蒸发性。(2)良好的抗爆性。(3)良好的物理和化学稳定性。(4)对机件无腐蚀性。(5)不含机械杂质和水等。二、轻柴油 柴油和汽油一样也是从石油中提炼出来的，由碳、氢元素组成的烃类化合物。柴油与汽油相比较，具有馏分重，自燃点低，粘度、相对密度大，挥发性差，贮存和运输过程中损耗少，使用安全等特点。柴油发动机对柴油的主要性能要求有：(1)良好的燃烧性。(2)良好的低温流动性。(3)适宜的粘度和蒸发性。(4)对机件无腐蚀性。(5)不含机械杂质和水分等。三、汽车代用燃料汽车发动机的燃
11、料，必须符合以下几点要求：(1)热值高、能量大，携带少量燃料就能有足 够的续驶里程。(2)安全性好。无毒或低毒，对环境污染少 (3)来源广泛，容易制取，价格便宜 (4)贮存、输送和使用方便。(5)最好能与现有燃油汽车的供油系统兼容，或只需进行简单的改装即可使用。1醇类燃料（甲醇.乙醇）2天然气3液化石油气4合成燃料5电能6氢燃料三、其他非金属材料1玻璃 玻璃是由二氧化硅和各种金属氧化物组成的无机化合物，它是由石英等硅酸盐矿物材料经过配料、熔制而成的。2陶瓷 陶瓷是以天然或合成的化合物为原料，经原料处理、成型、干燥、烧结而成的一种无机非金属材料。3复合材料 复合材料是一种新型的工程材料，具有一系
12、列其他材料不具备的优点，是由两种或两种以上的物理和化学性质不同的金属材料或非金属材料经一定方法合成而得到的一种新的多相固体材料。它不仅具有各组成材料的优点，还具有比单一材料更优良的综合性能。第六节 汽车润滑材料 常用汽车润滑材料可分为发动机润滑油、车辆齿轮油和润滑脂等。一、发动机润滑油 发动机润滑油又称为内燃机润滑油，它是由石油中的重油经精制加工，并加入各种添加剂而制成的。发动机润滑油的作用：(1)润滑作用。(2)冷却作用。(3)洗涤作用。(4)密封作用。(5)防锈作用。发动机润滑油的主要性能要求有：(1)适宜的粘度和良好的粘温性能。(2)良好的氧化安定性。(3)良好的抗腐蚀性。(4)良好的清
13、净分散性。(5)良好的抗磨性。(6)良好的抗泡沫性。二、车辆齿轮油车辆齿轮油俗称黑油，是指用于汽车、拖拉机等车辆的手动变速器、驱动桥齿轮传动机构和转向机构等部位的润滑油。()承受压力大。齿轮在啮合过程中，齿与齿之间的接触为线接触，接触面积小，因而啮合部位单位面积的接触压力很高。(2)工作温度不高。齿轮油基本不受发动机热源影响，油温的升高主要是由传动机构摩擦产生的热量引起的。车辆齿轮油的主要性能要求有：(1)良好的抗磨性。(2)适宜的粘度和良好的粘温性。(3)低温流动性好。(4)良好的热氧化安定性。(5)良好的防腐性和防锈性。(6)良好的抗泡沫性。三、润滑脂 润滑脂俗称黄油，它是由稠化剂和液体润
14、滑剂组成的润滑材料。润滑脂在常温下呈固体状态或半固体状态，它具有其他润滑材料不可替代的性能，是汽车上不可缺少的润滑材料。润滑脂与润滑油相比较，有以下特性：(1)具有良好的粘附性，能附着在摩擦表面，不易流失或飞溅。(2)承压抗磨性强，在大负荷和冲击载荷下，仍能保持良好的润滑性能。(3)使用周期长，无须经常补充，可减少维护工作量。(4)具有更好的密封和防护作用。第七节汽车工作液v汽车工作液是指汽车制动液、汽车防冻液、液力传动油以及其他汽车工作介质。一、汽车制动液 汽车制动液俗称刹车油，它是一种用于汽车液压制动系统中传递压力的工作介质。(1)优良的高温抗气阻性。(2)良好的低温流动性和粘温性。(3)
15、与橡胶良好的配合性。(4)对金属的腐蚀性要小。二、汽车防冻液对防冻液的主要性能要求有：(1)较低的冰点。(2)良好的传热性能。(3)对金属的腐蚀性要小。(4)对橡胶无腐蚀性。(5)低温粘度不能太大。(6)良好的化学安定性。(7)泡沫少和蒸发损失小等。防冻液是在水中加入防冻剂而制成的，它既保持了水良好的传热效果，又降低了冰点。常用的防冻剂有乙二醇、酒精和矿油等，它们可按一定比例分别与水混合而配制成各种防冻液。三、汽车液力传动油 汽车液力传动油又称为自动变速器油(AFT)，是汽车自动变速器中的工作介质。(1)适宜的粘度和良好的粘温性。(2)良好的热氧化安定性。(3)良好的抗泡沫性。(4)良好的抗磨
16、性。此外，还要求液力传动油具有良好的与橡胶的配合性和防锈性能等。四、其他汽车工作介质 除了汽车制动液、防冻液和液力传动油以外，在汽车上还用到减振器油、液压油和制冷剂等工作介质。汽车为了减少振动，对减振器油的主要性能要求有：适宜的粘度、良好的抗氧化安定性、良好的抗泡沫性、良好的防腐蚀性以及凝点要低等。现代汽车上广泛采用了液压(液力)传动，除了液压制动系统、液压减振器、自动变速器以外，离合器液压操纵系统、液力转向系统、自动倾卸机构等均采用了液压传动系统。制冷剂是用于汽车空调系统中的工作介质。目前汽车空调器常用的制冷剂有R12和R134a这2种。第八节 其他汽车常用材料简介一、汽车维修常用辅助材料
17、所谓汽车维修常用辅助材料是指在汽车维修作业过程中经常要使用的一些材料，如清洗液、胶粘剂和衬垫材料等。1.清洗液 通常为了保持汽车的整洁及维修作业的顺利进行，必须对汽车的外表、各总成及其零部件进行清洗除污。2.胶粘剂 胶粘剂又称为黏合剂或黏结剂，它是一种能将两种材料黏结在一起的高分子材料。3.衬垫材料 衬垫材料是指用于汽车部件连接部位，以防止漏气、漏油和漏水的密封材料。二、新型汽车清洁和装饰材料1.汽车清洁护理液2.车蜡3.车膜4.汽车用皮革5.汽车地毯第二章静力学基础 第一节 静力分析的基本概念和定理一、静力分析的基本概念1力 力是物体间相互的机械作用。2刚体(刚体是指受力作用后不变形的物体。
18、)3平衡力的表示方法力的效应二、静力学公理1二力平衡条件(公理一)作用在同一刚体上的两个力，使刚体平衡的必要和充分条件是：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”。2加减平衡力系公理(公理二)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，并不改变原力系对刚体的作用效应。推论：力的可传性原理作用于刚体上的力可沿其作用线移动而不改变该力对刚体的作用效应。3作用力与反作用力公理(公理三)4力的平行四边形法则(公理四)5.刚化原理(公理五)如图所示，矢量等式为F1-F2。一、约束与约束反力二、常见约束类型及约束反力的确定1 柔体约束（柔索）2光滑接触约束3.光
19、滑铰链约束 (1)中间铰链。(2)固定铰链支座。(3)活动铰链支座。第二节 受力分析与受力图三、物体的受力分析及受力图 在研究静力平衡问题时，首先要弄清楚的两个关键问题是：（1)哪个是我们的研究对象。（2)研究对象上受哪些力作用画分离体受力图的步骤如下：v（1)根据题意，确定研究对象，取分离体并单独画出。v（2)在分离体上画出所有主动力。v（3)根据约束类型正确画出相应的约束反力。第三节 平面力系的简化与合成 作用在物体上的力系可按其作用线是否共面分为平面力系和空间力系。一、平面汇交力系的合成和简化(一)平面汇交力系合成的几何法1两个汇交力的合成2任意个汇交力的合成(二)平面汇交力系合成的解析
20、法1力的分解2力在坐标轴上的投影3合力投影定理4平面汇交力系合成的解析法方法步骤如下：（1)根据平面汇交力系的情况建立适当的坐标系。（2)求出力系中各分力在两坐标轴上的投影。（3)根据合力投影定理求出两坐标轴上所有投影的代数和。（4)根据公式F=F=Fx2+Fy2=0求得合力大小。（5)由公式cos=FRxFR求出合力与x轴的夹角，或由cos=FRxFR求出合力与y轴的夹角，从而确定合力FR的方向。二、力偶及力偶系的简化(一)力矩(力对点的矩，简称力矩，是力使物体产生的转动效应的度量，是个代数量。)(二)力偶和力偶矩(力偶是指作用于物体上大小相等、方向相反尾不共线的两个力组成的力系。)(三)力
21、偶的性质及力偶等效变换1力偶的性质力偶中的单个力有着一般力的性质，但力偶作为力的特殊组合，使它对刚体的作用有着如下特殊的性质：（1)力偶不能简化为一个合力，即力偶不能与一个力等效，力偶只能与力偶相平衡。（2)力偶中的两个力对其作用面内任一点的矩，恒等于力偶矩，与矩心的位置无关。2力偶的等效变换(1)同一平面内力偶的等效变换只要保持力偶矩大小和力偶的转向不变，作用于刚体上的力偶便可以在其作用面内任意移动或转动，或同时改变力和力偶臂的大小而它对刚体的效应不变。(2)平行平面内的等效变换 力偶在同一刚体上可以搬移到与其作用面相平行的平面内，而不改变其对刚体的效应。（四）平面力偶系的合成两个或两个以上
22、力偶组成的力系称为力偶系。力偶系合成的结果只能是力偶而不是力，这个力偶称为合力偶。三、平面任意力系的简化(一)力的平移定理 力的平移是指将作用于刚体上的一力矢，平行于作用线移至刚体上任意点(二)平面任意力系的简化 平面任意力系简化的方法是：应用力的平移定理，将平面任意力系的各力平移到作用面内任意点O(称为简化中心)，从而将平面任意力系转化为一个平面汇交力系和一个附加力偶系，把一般力系问题转化为简单力系问题来解决。(三)合力矩定理1.平面力系简化结果分析(四)固定端约束第四节 平面力系的平衡一、平面任意力系的平衡二、几种特殊平面力系的平衡方程1平面汇交力系的平衡方程2.平面力偶系的平衡方程3.平
23、面平行力系三、平面力系平衡方程的应用第五节 物系的平衡 物系是指几个物体(如结构构件、机械零部件等)通过一定的约束联系在一起的物体系统。一、物系静定性质的判断二、研究对象的选取三、考虑摩擦时的平衡问题四、滚动摩擦简介静定问题静不定问题静定问题静不定问题静定问题静定问题静不定问题静定问题 系统以外的物体作用在系统上的力称为物系的外力，系统内各物体之间相互的作用力称物系的内力。取研究对象的原则是：（1)选取与已知量有关的物体。（2)研究对象中要反映出未知量。（3)所列平衡方程中包含的未知量数目最少。第六节 考虑摩擦时的平衡问题一、滑动摩擦1静摩擦力静摩擦力的性质为：（1)静摩擦力产生的条件是有切向
24、力FP存在，物体间有相对滑动趋势但仍静止。（2)静摩擦力的大小可根据平衡条件确定，其方向与滑动趋势方向相反。2最大静摩擦力(0FfFfmax)3动摩擦力静摩擦力二、摩擦角及自锁的概念1摩擦角 tan m=FfmaxFN=fsFNFN=fs 上式说明，摩擦角m的正切等于静摩擦因数fs。可见,摩擦角也是反映材料摩擦性质的物理量。2自锁物体保持平衡时需满足的条件为：m。三、考虑摩擦时的平衡问题v考虑摩擦时物体的平衡问题一般可分为以下几类：v（1)已知作用在物体上的主动力，要求判断物体是否平衡并计算摩擦力。v（2)已知物体处于临界平衡状态，要求计算主动力大小或确定平衡时的位置。v（3）求物体的平衡范围
25、。四、滚动摩擦简介 滚动摩擦是指一物体沿另一物体的表面作相对滚动或有相对滚动趋势时，接触表面产生的摩擦。滚动摩擦第七节 空间力系一、力在空间坐标轴上的投影二、力对轴的矩三、空间一般力系的平衡条件一、力在空间坐标轴上的投影1.一次投影法2.二次投影法Fx=FcosFy=FcosFz=FcosFx=Fxycos=FsincosFy=Fxysin=FsinsinFz=Fxy=Fsin二、力对轴的矩1概念 在平面力系中，衡量力使物体的转动效应是用力对点的矩来表示的。2合力矩定理v一空间力系由F1,F2,Fn组成，其合力为FR，则可证明合力FR对某轴之矩等于各分力对同一轴之矩的代数和。写为vMz(FR)
26、=Mz(F)空间力使物体转动的效应取决于三个因素：力的大小；力与转轴间的距离；力的方向。力对轴之矩等于零的情况：当力与轴相交时（此时d=0）；当力与轴平行时。三、空间一般力系的平衡条件 空间平行力系的平衡方程为：各力在某坐标轴上投影的代数和以及各力对另外二轴之矩的代数和都等于零。第三章 构件的承载能力分析 第一节 承载能力分析的基本知识第二节 轴向拉伸与压缩第三节 剪切和挤压第四节 扭转第五节 平面弯曲第六节 组合变形的强度计算第七节 疲劳破坏一、承载能力分析研究的任务(1)强度。(2)刚度。(3)稳定性二、变形体及其基本假设（1）均匀连续假设。（2）各向同性假设。（3）小变形假设。第一节 承
27、载能力分析的基本知识三、杆件变形的基本形(4)弯曲。(1)轴向拉伸和压缩。(2)剪切和挤压。(3)扭转。四、内力、截面法和应力1.内力内力的特点：（1）完全由外力引起，并随着外力改变而改变。（2）这个力若超过了材料所能承受的极限值，杆件就要断裂。（3）内力反映了材料对外力有抗力，并传递外力。2截面法截面法:（1）截。沿欲求内力的截面上假想地用一截面把杆件分为两段。（2）弃。抛弃一段(左段或右段)，保留另一段为研究对象。（3）代。将抛弃段对保留段截面的作用力，用内力FN代替。（4）平。列平衡方程式求出该截面内力的大小。3应力 截面法可以确定杆件截面上内力的合力，但不能确定内力在截面上的分布密度，
28、由此需引入应力的概念。第二节 轴向拉伸与压缩一、轴向拉伸与压缩的概念二、拉压杆的内力计算、轴力图1内力的计算2轴力图外力分析内力分析 画轴力图三、拉、压杆横截面上的应力：A横截面面积；FN杆件横截面上的内力；横截面上的正应力，四、拉、压杆的变形1变形与应变2泊松比 实验表明，当应力不超过某一限度时，其横向线应变与轴向线应变的比值为一常数，无论受拉或受压，纵向线应变与横向线应变符号总是相反，它们两者比值的绝对值称为泊松比，记作，称为横向变形系数或泊松比。3胡克定律 胡克定律：对拉(压)杆，当应力不超过某一限度（在弹性范围内）时，杆的轴向变形l与轴力FN成正比，与杆长l成正比，与横截面面积A成反比
29、。(反映了力与变形之间的物理关系)引入比例常数E，其公式为 l=FNEA 六、轴向拉伸和压缩时的强度计算七、压杆稳定的概念五、材料在拉伸和压缩时的力学性能 相同的应力对于不同材料制成的构件来说，会由于其抵抗破坏的能力不同而出现不同的效果。材料在外力作用下，其强度和变形方面所表现出来的性能称为材料的力学性能（也称机械性能）。(一)材料在拉伸时的力学性能1低碳钢拉伸时的力学性能2灰铸铁拉伸时的力学性能3其他塑性材料拉伸时的力学性能(1)弹性阶段(图中OA段)(2)屈服阶段(图中BC段)(3)强化阶段(图中CD段)(4)缩颈断裂阶段(DE段)(二)材料在压缩时的力学性能1低碳钢的压缩力学性能2铸铁压
30、缩时的力学性能低碳钢试件压缩拉伸时的应力应变曲线铸铁压缩时的应力应变曲线图。六、轴向拉伸和压缩时的强度计算1.许用应力2.强度条件及其应用应用拉、压杆的强度条件可以解决工程中的以下三类问题。（1）强度校核（2）截面设计（3）确定承载能力七、压杆稳定的概念1合理选用压杆材料2合理选择截面形状3减小压杆的长度4改善约束条件图328压杆失稳图329木杆受压试验第三节 剪切和挤压一、剪切和挤压的概念 剪切和挤压是工程构件中常见的一种基本变形形式。当构件受到一对大小相等、方向相反、距离较近的力作用时，构件截面间发生相对运动的变形，称为剪切二、剪切和挤压的实用计算法(一)剪切实用计算法 1内力和应力的计算
31、 2抗剪强度条件(二)挤压实用计算法 1挤压应力 2抗挤压强度条件第四节扭转一、扭转的概念 扭转是杆件的基本变形之一。扭转变形是指杆件在若干截面内受到转向不同的外力偶作用，使直杆的纵向变成螺旋线的一种变形形式二、外力偶矩、扭矩和扭矩图 1.外力偶矩 2扭矩 3扭矩图图335扭转模型扭转变形具有如下特点：（1)受力特点。在杆件两端垂直于杆轴线的平面内作用一对大小相等、方向相反的外力偶。（2)变形特点。横截面绕轴线发生相对转动，出现扭转变形。三、圆轴扭转时的应力和变形(一)圆轴扭转时横截面上的应力1扭转试验 通过观察其变形过程可以发现以下特点：（1)各圆周线形状、大小以及相邻圆周线之间距离均未改变
32、，只是绕轴 线转过了一定的角度。（2)各纵向线都倾斜了同一角度，使圆轴表面的小方格变成了菱形。2切应力分布规律3最大切应力的计算(三)圆轴扭转时的变形(二)截面的极惯性矩和抗扭截面系数的计算轴的形状通常采用实心圆和空心圆两种形式如下。1.实心圆截面2空心圆截面(三)圆轴扭转时的变形圆轴扭转时，其变形可用扭转角来表示。所谓扭转角，是指变形时圆轴上任意两截面相对转过的角度如图343所示，其单位是rad(弧度)。四、圆轴扭转时强度和刚度的计算1强度条件 为了保证轴在扭转时能安全工作，必须使轴的危险截面上最大切应力max不超过材料的许用切应力，即 max=MnWP2刚度条件 对于圆轴扭转时的刚度条件往
33、往要加以限制。通常要求单位长度扭转角不得超过许用的单位长度扭转角，即 =180MnGIP一、平面弯曲的概念二、梁弯曲时的内力三、剪力方程和弯矩方程第五节 平面弯曲图346弯曲变形的实例四、剪力图和弯矩图（1)梁上集中力作用处，剪力图发生突变，突变值等于集中力大小，弯矩图发生转折。（2)梁上受集中力偶作用处，弯矩图发生突变，突变值等于集中力偶大小。（3)梁上无均布载荷作用时，剪力FQ等于常数，剪力图是一平行于x轴的直线，弯矩M是x的一次函数，弯矩为斜直线。（4)梁上有均布载荷作用时，剪力是FQ的一次函数，剪力图是斜直线，弯矩M是x的一次函数，弯矩图是抛物线，而且抛物线的开口方向与均布载荷作用方向
34、一致。即均布载荷向下，抛物线上凸；反之，抛物线下凹。（5)梁的端点若无集中力偶作用，则弯矩为0。（6）弯矩最大值Mmax总是出现在下述截面之一上：FQ=0的截面、集中力作用的截面、集中力偶作用的截面。以上规律是根据较典型的例子总结出来的，在工程上有普通意义，经常利用这些规律来画剪力图、弯矩图或者检查所作的图是否正确。六、梁的正应力强度计算1.弯曲强度条件及其应用max=MWmax2.提高梁的弯曲强度的主要措施（1）合理布置梁的支座和载荷（2）选择合理的截面形状（3）采用等强度梁如图367所示五、纯弯曲时梁横截面上的应力1.弯曲试验 （1)各横向线仍保持为直线，但相对转过了一定角度。（2)各纵向
35、线均变成圆弧线，但仍垂直于横向线。（3)内凹一侧纵向线缩短，外凸一侧纵向线伸长。2.横截面上正应力的分布规律 （1)梁截面上距中性轴距离相等的各点正应力相等，即y1=y2时，1=2。（2)在中性轴上各点正应力为零，即y0时，=0。（3)在距中性轴最远的梁的上下边缘处产生最大正应力，即y=ymax时，=max。（4)中性轴一侧产生拉应力，即为正；另一侧产生压应力，即为负。3.梁截面上最大正应力的计算 七、梁的变形与刚度计算1.弯曲变形2.梁的弯曲刚度计算为保证受弯梁能安全工作，必须限制梁上最大挠度和最大转角(绝对值)不超过许用值即梁的刚度条件为ymaxymax图368梁的弯曲变形 第六节 组合变
36、形的强度计算一、组合变形的概念图369汽车变速箱齿轮轴图370汽车发动机缸盖螺栓图371支架 二、拉伸(压缩)与弯曲组合变形 当杆件同时受到沿轴向载荷及垂直于轴向的载荷作用，或者杆件上的载荷倾斜于杆件轴线时，杆件将发生拉(压)弯组合变形如图372（a），（b）所示 三、弯曲与扭转的组合变形在弯扭组合变形下建立杆件强度条件的步骤为：（1)对杆件作受力分析，将作用于杆件上的各外力向轴心简化。将外力分为两组，一组是使杆件发生扭转变形的力，另一组是使杆件发生弯曲变形的力。（2)分别计算两组外力作用下杆件的内力(扭矩T和弯矩M)，作出相应的扭矩图和弯矩图，并据此确定杆件的危险截面(最大弯矩所在截面)。（
37、3)分别计算危险截面上与扭矩对应的最大切应力以及与最大弯矩对应的最大正应力作为强度计算的依据。（4)按弯扭组合强度条件进行计算第七节 疲劳破坏一、交变应力二、疲劳破坏三、材料的持久极限及其影响因素1.材料的持久极限2.影响持久极限的主要因素 (1)构件的外形。(2)构件的尺寸。(3)构件的表面质量四、构件疲劳强度条件及提高疲劳强度的措施（1）减缓构件的应力集中。（2）提高构件的表面质量。第四章机构传动的基础第一节 机构的组成第二节 机构的运动简图第三节 机构具有确定运动的条件第四节 机构传动的类型和用途第一节 机构的组成一、机构组成和分类 机构是构件的组合体，各构件之间具有确定的相对运动。构件
38、是由一个或几个零件刚性地连接在一起，作为一个整体而运动的单元。（a)曲柄滑块机构（b)连杆2的组成1曲柄；2连杆；3活塞；4汽缸；5连杆体；6螺栓；7连杆盖；8螺母二、构件的表示方法图42形成两个运动副的构件表示图43形成三个运动副的构件表示三、运动副及其表示方法 机构中每一构件都是通过一定形式和其他构件相连的，但显然不能是刚性的，而应保持相互连接的两构件之间能产生某些相对运动，我们把两构件间的这种可动连接称为运动副。1.运动副定义：两构件直接接触形成的可动连接2.运动副的分类及表示方法（1）低副 转动副。移动副（2）高副 第二节机构的运动简图一、平面机构运动简图的概念二、构件的分类及带有运动
39、副元素的构件的图示 1.构件的分类 机构中的构件按其运动性质可分为三类：(1)机架。(2)原动件。(3)从动件。2.机构运动简图的绘制方法和步骤(1)明确机构的组成(2)选择视图平面(3)绘制机构运动简图第三节机构具有确定运动的条件一、自由度与约束二、平面机构自由度的计算 机构的自由度是指机构相对于机架所具有的独立运动参数的数量，它取决于组成机构的活动构件的数目、运动副的类型和数目。图47平面运动构件的自由度三、机构自由度计算中特殊情况的处理1.复合铰链2.局部自由度 四、平面机构具有确定运动的条件 根据平面机构的自由度计算公式，当机构的自由度F0时，机构相对于机架是可以运动的。第四节机构传动
40、的类型和用途一、机构传动的类型 机构传动的类型通常按工作原理、速比是否能改变进行分类。二、机构传动的用途 机构传动的作用是进行运动和动力的传递，以完成预定的要求。传动的任务包括：（1)将原动件输入的速度减低或增高后输出，以适应执行件的需要。（2)采用变速传动来满足执行件经常变速的要求，或执行件要求的运动规律。（3)将原动件输入的转矩变换为执行件需要的转矩和动力。（4)实现由一个或多个原动件驱动若干个速度不同或相同的执行件。第十一章带传动和链传动第五章第五章 平面连杆机构平面连杆机构目 录v第一节、平面连杆机构的组成、特点 及应用v第二节、平面四杆机构的类型和应用v第三节、平面四杆机构的工作特性
41、v第四节、平面四杆机构的设计第一节、平面连杆机构的组成、特点及应用一、连杆机构具有以下传动特点：1.运动副一般均为低副，面接触,可以承受较大的载荷，且磨损轻、寿命较长;形状简单,因而易于加工、成本较低。2.改变各构件的相对长度关系，便可得到不同的运动规律。3.低副中存在着间隙，会产生较大的积累误差，降 低机械 效率。4.机构的动载荷较大，不宜用于高速传动。二、平面连杆机构的功能：v刚体导引功能 v函数生成功能v轨迹生成功能 v具有综合功能的机构第二节 平面四杆机构的类型和应用 根据有无移动副存在，四杆机构可分为铰链四杆机构和滑块四杆机构两大类。(a)铰链四杆机构 （b)曲柄滑块机构 图5-1四
42、杆机构 一、铰链四杆机构 1.曲柄摇杆机构 图5-2曲柄摇杆机构 图5-3雷达天线俯仰机构 2.双曲柄机构 图5-4双曲柄机构 图5-5平行双曲柄机构 图 5-6蒸汽机车轮联动机构图 图5-7双摇杆机构3.双摇杆机构 二、铰链四杆机构中曲柄存在的条件 三种类型铰链四杆机构的主要区别在于是否存在曲柄及存在几个曲柄。（a）最短构件为连架杆 （b）最短构件为机架 （c）最短构件为连杆 图5-8铰链四杆机构类型的判别 三、铰链四杆机构的演化 1.曲柄滑块机构 图5-9曲柄滑块机构图5-10偏心曲柄滑块机构 图5-11双滑块机构图图5-12曲柄滑块机构 图5-13转动导杆机构 2.铰链四杆机构的演化 （
43、a）摇动导杆机构示意图 （b）牛头刨床的主运动机构 图5-14 摇动导杆机构 （a)曲柄摇块机构 （b)自卸汽车的翻斗机构 图5-15曲柄摇块机构 （a)定块机构 （b)手动压水机 图5-16定块机构 第三节 平面四杆机构的工作特性一、急回特性 二、压力角 1.压力角的概念 2.保证机构具有良好传力性能的条件三、死点位置 当从动件的传动角=0或=90，驱动力对 从动件的有效回转力矩为0，此时，驱动力将不能驱 动机构。机构的这种位置称为死点位置，如图519所示。图5-19机构的死点位置 第四节 平面四杆机构的设计 平面连杆机构的运动设计为以下三类基本问题：（1）实现构件给定位置（亦称刚体导引）。
44、（2）实现已知运动规律（亦称函数生成）。（3）实现已知运动轨迹（亦称轨迹生成）。平面连杆机构运动设计的方法主要是几何法和解析法，此外还有图谱法和模型实验法。v解析法是将运动设计问题用数学方程加以描述，通过方程 的求解获得有关运动尺寸，故其直观性差，但设计精度高。v几何法是利用机构运动过程中各运动副位置之间的几何关系，通过作图获得有关运动尺寸，所以几何法直观形象，几何关系清晰，对于一些简单设计问题的处理是有效而快捷的，但由于作图误差的存在，所以设计精度较低。本节只介绍比较直观、简明、易于操作的图解法。1.按给定的行程速比系数设计四杆机构按给定的行程速比系数设计四杆机构 设已知摇杆长度LCD、摆角
45、和行程速比系数K，试设计该曲柄摇杆机构。（a)设计分析图 （b)作图法 图5-21按行程速比系数K设计v设计分析：v 如图521（a）所示，显然在已知摆杆长度LCD和摆角的情况下，只要能确定铰链的位置，则在量得LAC1和LAC2后，可求得曲柄长度LAB和连杆长度LBC:LAB=LAC2-LAC12 LBC=LAC2+LAC12vLAD可直接量得。如图521（b）所示，由于A点是极位夹角的顶点，即C1AC2，如过A，C1，C2三点作辅助圆，由几何知识可知，在该圆上任取一点A为顶点，其圆周角也是，且过辅助圆心O的圆心角C1AC22。显然，当求得极位夹角后，用图解法容易作出辅助圆并得到圆心O，则问题
46、迎刃而解。v设计步骤：v（1)计算。按下式求得 =180K-1K+1（52）v（2)作摇杆的两极限位置。任选摇杆回转中心D的位置。按一定的比例尺L，根据已知的LCD，及摆角4作出摇杆的两个极限位置C1D和C2D(图521（b）)。v（3)作辅助圆。连接C1，C2，并作与C1C2成90-的两直线，设交于O点，以O点为圆心，以OC1(或OC2)为半径作辅助圆。v（4)在圆上任取一点A为铰链中心，并连接AC1和AC2，量得LAC1和LAC2的长度，求出曲柄和连杆的长度。LAB=LLAC2-LAC12 LBC=LLAC2+LAC12v（5)求其他杆的长度。机架LAD，可直接量得，乘比例尺L即为实际尺寸
47、。2.按给定的连杆位置设计四杆机构按给定的连杆位置设计四杆机构v设已知：连杆BC的长度LBC及其两个位置B1C，B2C2。v设计分析：由图522可知，如能确定固定铰链A，D的中心位置，便可确定各构件的长度。由于连杆上B，C两点的轨迹分别在以A，D为圆心的圆周上，所以A，D两点必然分别位于B1B2，C1C2和中垂线b12和c12上。据此，可得设计方法和步骤如下。图5-22按给定的连杆位置设计四杆机构 v设计步骤：v（1)选比例尺L，根据已知条件画出连杆的两个位置B1C1，B2C2。v（2)分别连接B1，B2和C1，C2点，并作它们的中垂线b12和c12。v（3)在b12上任取一点A，在C12上任
48、取一点D，连接AB1，C1D，则AB1，C1D即为所求的四杆机构，各杆长度分别为：LAB=LLAB1,LCD=LLC1D,LAD=LLAD。v注意:在已知构件两个位置的情况下，由于A，D两点是任取的，故有无数解。若给出其他辅助条件，如机架长度及其位置等，就可得出唯一解。此外，如给定连杆长度及其两个位置，则答案就是唯一的.第六章第六章 凸轮传动凸轮传动目 录v第一节第一节 凸轮传动机构的组成、应用和分类凸轮传动机构的组成、应用和分类 v第二节第二节 凸轮传动机构常用的运动规律凸轮传动机构常用的运动规律v第三节第三节 凸轮机构设计与凸轮结构尺寸的确定凸轮机构设计与凸轮结构尺寸的确定v第四节第四节
49、凸轮传动机构的材料、结构和强度校凸轮传动机构的材料、结构和强度校 核核 第一节第一节 凸轮传动机构的组成、应用和分类凸轮传动机构的组成、应用和分类 一、凸轮传动机构的组成和应用一、凸轮传动机构的组成和应用 1凸轮；2弹簧；3导套；4气门阀杆 1圆柱凸轮；2扇形齿轮；3刀架图6-1内燃机气门凸轮传动机构 图6-2机床自动进给机构图 （a)平面凸轮机构（b)空间凸轮机构 1凸轮轴；2复位弹簧 1凸轮；2从动件；3机架 图6-3自动车床中的凸轮组 图6-4凸轮机构的组成二、凸轮传动机构的类型二、凸轮传动机构的类型1.按凸轮的形状和运动分类 (1)盘形回转凸轮。(2)平板移动凸轮。(3)圆柱回转凸轮。
50、1凸轮；2从动件；3机架 图6-5平板移动凸轮机构 v2.按从动件的形状分类 v(1)尖顶从动件。v(2)滚子从动件。v(3)平底从动件。v3.按从动件运动形式分类v(1)直动从动件。v(2)摆动从动件。（a)尖顶从动件（b)滚子从动件（c)平底从动件 图6-6从动件的形状第二节第二节 凸轮传动机构常用的运动规律凸轮传动机构常用的运动规律 v一、凸轮传动的工作过程 v二、常用的从动件运动规律 1.等速运动规律 （a)位移线图 （b)速度线图 （c)加速度线图 图6-8等速运动规律因此，等速运动规律只适用于低速和从动件质量较小的凸轮传动。2.等加速等减速运动规律 等加速等减速运动规律也只适用于中
