汽车机械基础

中等职业教育汽车运用与维修专业课程改革系列教材汽车机械基础项目一汽车机械概述学习任务一认识汽车机械任务目标：1.了解汽车机械的组成2.知道机器的特征3.掌握机器的组成部件据统计，截止到2013年中国乘用车千人保有量已达63辆，同时12年和13年保有量增速分别为16%和23%，即年均增长约20%。这也就是说我国的乘用车数量已经达到了8800多万辆，并且正以每年20%左右的增速增长。可想而知，其相应的汽车用户的数量是何等庞大。只要用户长时间用车，车辆难免就会发生故障，发生故障后怎么办？需要我们用学到的知识与技能来解决故障。年，英国人托马斯·纽科门发明了蒸汽机，用来驱动一台抽水机将矿井中的水抽出。被称为纽科门蒸汽机。1769年，瓦特与博尔顿合作，发明了装有冷凝器的蒸汽机。1774年11月，他俩又合作制造了真正意义的蒸汽机（图1）。（蒸汽机曾推动了机械工业甚至社会的发展，并为汽轮机和内燃机的发展奠定了基础。）图1瓦特发明的蒸汽机年，法国人N·J·居纽制造了世界上第一辆蒸汽驱动的三轮汽车（图2）。1860年，艾提力·雷骆制造了内燃机。1866年，德国工程师尼古拉斯·奥托成功地试制出动力史上有划时代意义的立式四冲程内燃机。1876年，又试制出第一台实用的活塞式四冲程煤气内燃机。1897年，德国人鲁道夫·狄塞尔（1858～1913）成功地试制出了第一台柴油机（图5）。1885年，卡尔·本茨在曼海姆制成第一辆本茨专利发动机汽车（图3）。图3卡尔·本茨和他发明的第一辆汽车图2法国人居纽研制的蒸汽汽车年，德国人哥特里布·戴姆勒（1843～1900）发明了第一辆四轮汽车（图4）。在20世纪初至20世纪50年代汽车进入大量生产时期。图4哥特里布·戴姆勒和他发明的第一辆四轮汽车（信息来自汽车文化与人类文明主办：武汉理工大学汽车工程学院网址：）汽车的种类及作用汽车按用途一般可分为六类：①轿车，又称小客车，座位一般不超过9个（包括驾驶员座位）。②客车,座位为9个以上（驾驶员座位在内）,包括城市公共汽车、公路客运汽车、旅游客车等。③载货汽车，俗称卡车，主要用于运输货物。④牵引车，专门用于牵引挂车或半挂车。⑤专用运输车，按运输货物的特殊要求设计，有专用车厢并装有相应附属设备的运输车，如自卸汽车、液罐汽车、冷藏汽车、散装水泥汽车、集装箱汽车等。⑥特种车，主要用于完成其他任务的汽车，如救护车、消防车、垃圾车、洒水车以及各种工程车等。汽车机械的组成汽车机械通常由以下四大部分组成。1.原动机部分原动机部分又称动力部分，是汽车机械工作的动力源，可将其他形式的能转化为机械能，如发动机（书P3）、电动机等。汽车的原动机是发动机。一般机器中电动机的使用较为广泛（如吹风机，空调，洗衣机这类耗电的机器），而在汽车中多选择内燃机作为动力源。它可将化学能转化为机械能（靠燃烧汽油的化学能作为能量来源）。（机械能指使物体动作从而做功的能量。化学能指燃烧矿物质如煤炭获得的能量。电动机指将电能转化为机械能的机器，如马达。内燃机指将化学能转化为机械能的机器。）执行部分执行部分又称工作部分，是直接完成机器预定工作任务的部分，如汽车的车轮（书P4）等。3.传动部分传动部分是将原动机部分的运动和动力传递给执行部分，以适应执行部分需要的装置，如离合器、变速器、传动轴（书P4）、主减速器和差速器等。4.控制部分控制部分是通过人工操作或自动控制来改变原动机部分或传动部分的工作状态，使执行部分保持或改变其运动或动力的装置，如离合器踏板、转向盘、变速器换挡杆、制动踏板和油门踏板（书P4）。机器的特征图（书P5）所示为单缸内燃机，其中活塞、连杆、曲轴和缸体组成主体部分，缸内燃烧的气体膨胀，推动活塞做往复直线运动，通过连杆使曲轴转动并将动力输出。活塞两边设有进、排气门杆，其下端的凸轮转动，使气门按时开关，分别用来控制进气与排气。由单缸内燃机的实例可以得出，机器是个根据某种使用要求而设计的执行机械运动的装置，可用来变换或传递能量、物料和信息。有两个以上气缸的发动机称为多缸发动机。它是由若干个相同的单缸排列在一个机体上共用一根曲轴输出动力所组成。如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等都是多缸发动机。现代车用发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。发动机的气缸数越多，曲轴转动越均匀，振动也就越小，但制造成本增加。零件零件是机器中最小的制造单元，如螺母，如图（书P5）。一辆汽车是由若干个零件组成的。零件具有不可拆分性。2.构件构件是机器中作为一个整体运动的最小单元，如汽车车轮，如图（P6）构件一般由若干个零件刚性连接而成。有些既是零件也是构件，如单缸内燃机中的曲轴。机构机构由多个构件组成的，且各构件之间有确定的相对运动，如发动机曲柄连杆机构（书图P6）。零件、构件、机构、机器之间关系零件构件机构机器机器的主要功用是利用机械能作功或进行能量转换，而机构的主要功用在于传递或转变运动的形式，这是两者的本质区别。机器和机构总称为机械。练习题：P15、P16运动副部件部件（assemblyunit）机械的一部分，由若干装配在一起的零件所组成。在机械装配过程中，这些零件先被装配成部件（部件装配），然后才进入总装配。某些部件（称为分部件）在进入总装配之前还先与另外的部件和零件装配成更大的部件。由若干分部件组装而成，并且有独立功能的更大部件，在汽车和某些其他机械行业中称为总成。部件：最小的装配单元。例：变速箱、发动机、自行车脚踏板等。总成：由若干零件、部件、组合件或附件组合装配而成，并具有独立功能的汽车组成部分，如发动机、变速器、转向器、前桥、后桥、车身、车架和驾驶室等。学习任务二认识汽车机械相关名词任务目标：1.知道力和力矩的概念2.掌握构件受力的基本形式3.了解摩擦、润滑、密封现象4.熟悉金属材料的力学特性汽车上的各个零件都要受力的作用，如拉伸、压缩、扭转、弯曲和剪切等。汽车上许多部位存在摩擦现象，摩擦将导致磨损，进而影响零部件的寿命。汽车上许多部位需要润滑和密封，良好的润滑和密封能保证机械正常运转，避免环境污染。制造汽车所用的材料80%为金属材料，而金属材料的力学性能是评定金属材料质量的主要依据，因此从汽车设计、选材、制造、到汽车维护、维修都需要考虑金属材料的力学性能。汽车前进时所受力的情况如图（书P16）。一、力的概念力是物体间的机械作用，作用的结果是使物体的运动状态发生变化或使物体产生变形，通常用F来表示。力使物体的运动状态发生变化的效应，即改变物体的运动速度或方向的效应，称为外效应或运动效应；力使物体产生变形的效应，称为内效应或变形效应。物体间的机械作用形式多种多样，如重力、压力、摩擦力等。力可以用一条有方向的线段来表示，线段的起始点（或终点）表示力的作用点，力的国际单位为牛顿，记做N。作用力与反作用力两个物体间的作用力和反作用力总是同时存在、同时消失的，且两个力的大小相等、方向相反，沿着同一直线分别作用在这两个物体上。二、力矩的概念用扳手拧螺母如图（书18）所示，因为扳手的转向可能是逆时针，也可能是顺时针，所以可用力的大小与力臂的乘积Fd，再加上正号或负号来表示力F使物体绕O点转动的效应，称为力F对O点之矩，简称力矩，用Mo(F)来表示，即Mo(F)=±Fd。（d为转动中心Ｏ至力Ｆ的作用线的垂直距离）正号表示力矩为逆时针方向，负号表示力矩为顺时针方向。力矩的单位通常用N·m或kN·m来表示。三、构件受力的基本形式1.拉伸与压缩汽车上的许多零件在工作时会受到拉伸或压缩作用，如气缸盖螺栓受到拉伸作用，连杆受到轴向压缩作用（书P19）。概念：构件受到沿轴线方向的两个大小相等而方向相反的拉力或压力时，构件就会沿轴向伸长或缩短。这种变形叫拉伸或压缩；•举例：内燃机的连杆，在工作中将产生压缩变形（如右上图）。ABp图1-7-3m•2.扭转当杆件受到作用平面与杆件轴线垂直的力偶作用时，相邻两横截面将绕杆件轴线发生相对转动，杆件的这种变形称为扭转变形。扭转的受力特点是杆件两端受到大小相等、方向相反，且作用平面垂直于杆件轴线的两个力的作用。（图P19）所示为紧固汽车车轮螺母时的受力情况。(c)力偶作用于同一刚体上的大小相等、方向相反、但不共线的一对平行力称为力偶。如右图所示，司机用双手转动方向盘，钳工用攻螺纹的板牙攻螺纹，拧水龙头等，都是施加力偶的例子。力偶用符号（Ｆ，Ｆ′）表示。力偶中两力之间的垂直距离d称为力偶臂，力偶所在的平面称为力偶的作用面。弯曲在通过杆件轴线的纵向平面内，杆件受到力偶或垂直于轴线的外力作用时，杆件的轴线会由直线变成曲线，杆件的这种变形称为弯曲变形。（图P19）所示为汽车钢板弹簧的反向弯曲变形。4.剪切剪切是指构件两侧受到一对大小相等、方向相反、作用线相距很近的力的作用，使得构件上两个力所作用的中间部分产生错位。（图P20）所示为铆钉受到的剪切作用。四、摩擦摩擦是两相互接触的物体有相对运动或相对运动趋势时，在接触处产生阻力的现象。摩擦是汽车上普遍存在的正常现象，只要有相对运动或相对运动趋势的两物体接触表面之间就会有摩擦。摩擦会带来能量损耗，使相对运动表面发热，机械效率降低，还会引起振动和噪声等。（图P20）所示，活塞与气缸体、气门与气门导管、凸轮与液压挺柱等接触处均存在摩擦现象。在螺纹连接、摩擦传动、汽车制动以及车辆的驱动能力等方面必须依靠摩擦，所以摩擦具有两面性。行驶中的汽车需要依靠摩擦才能够停下来，汽车离合器依靠摩擦才能够传递动力；气缸体与活塞之间的摩擦使零件产生磨损，使发动机的工作效率降低。滑动摩擦两个相互接触的物体产生相对运动或存在相对运动趋势时，他们的接触面之间会产生阻碍彼此滑动的力，这个阻力称为滑动摩擦力。若两个相互接触的物体只有相对运动趋势，但仍保持相对静止，则他们的接触面上产生的摩擦力称为静滑动摩擦力，简称静摩擦力。若两个相互接触的物体已经产生相对运动，这时产生的摩擦力称为滑动摩擦力，简称动摩擦力。由于摩擦力阻碍物体之间的相对运动，所以摩擦力的方向与相对运动或相对运动趋势的方向相反。1.滚动摩擦滚动摩擦是一物体沿另一物体作相对滚动（或存在相对滚动趋势）时产生的对物体滚动的阻碍。以滚动代替滑动可大大减小摩擦力。经验告诉我们，汽车在坚硬的路面上行驶要比在松软的泥地上行驶省力；汽车轮胎充气不足时，行驶起来