汽车机械基础-参赛课件.ppt
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- 汽车 机械 基础 参赛 课件
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1、 中等职业教育 汽车运用与维修专业 汽车机械基础 参赛选手:参赛选手:*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。汽车发展简史1712年,英国人托马斯纽科门发明了蒸
2、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。) 图图1 瓦特发明的蒸汽机瓦特发明的蒸汽机1769年,法国人NJ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(185819
3、13)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)。图图3 卡尔卡尔本茨和他发明的第一辆汽车本茨和他发明的第一辆汽车图图2 法国人居纽研制的蒸汽汽车法国人居纽研制的蒸汽汽车 1885年,德国人哥特里布戴姆勒(18431900)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 。图图4 哥特里布哥特里布戴姆勒和他发明的第一辆四轮汽车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:http:/ 轿车总体结构图轿车总体结构图汽车机械的组成汽车机械通常由以下四大
4、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。)2. 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
5、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
6、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。直列发动机V型发动机W型发动机水平对置发动机直列四缸直列四缸V型六缸型六缸水平对置四缸水平对置四缸机器的组成部件1. 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
7、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。3. 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(assembly unit)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
8、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
9、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
10、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为转动中心至力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。
11、力矩的单位通常用 Nm 或 kNm 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1-7-2. 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
12、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(,)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。3.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
13、)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。1. 滑动摩擦
14、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
15、轮胎充气不足时,行驶起来比较费力。可见,汽车车轮滚动所受到的阻力与接触面的变形有关。五、润滑润滑是向承载的两摩擦表面之间注入润滑剂,如图(书 P21)所示,以降低摩擦阻力、减缓磨损的技术措施。润滑在各种机械中的主要作用:1. 润滑剂被添加到相对运动零件的摩擦面上,使其避免直接接触,达到降低摩擦和磨损的目的;2. 随时将摩擦热排出零件外;3. 润滑剂在流动过程中,可清洗摩擦面的污物并将其排除;4. 保护摩擦表面不受侵蚀;5. 密封、减振和卸荷等。六、密封机械的密封是一个不可忽视的质量问题,漏油、漏水、漏气会严重影响机械的正常运转、外观、工作效率及使用寿命,并会引起环境污染及资源浪费。因此,为保证
16、机械设备能正常工作,必须采用可靠的密封。发动机的气门室盖与气缸盖上端面之间、气缸盖与气缸体之间(图见书 P21)、气门组处、活塞与气缸体之间、气缸体下端面与油底壳之间、曲轴前后油封处等都需要良好的密封条件。平衡力几个力作用在同一个物体上,如果这个物体仍然或变成处于 静止状态或匀速直线运动状态,则这几个力的作用合力为零,我们就说这几个力平衡。一对平衡力与作用力与反作用力的共同的特点:二力都是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。也正因为这一点学生常常混淆这两个概念。区别:1、 提出两个概念的本质问题不同。作用力与反作用力描述的是两个物体间作用的规律,A对B有力的作用,B对A必定也有力的作用;二
17、力平衡描述的是物体在二力作用下处在平衡状态的二力特点。2、 作用力与反作用力二力的性质相同,要么都是引力,要么都是弹力,要么都是摩擦力等等;而二力平衡则不然,只要二力满足作用在同一物体上,大小相等,方向相反,作用在同一条直线,就是平衡力,不管二力的性质如何。3、 作用力与反作用力具有同时性,同时产生,同时变化,同时消失;二力平衡不具有这一特点。磨损根据磨损机理分类:1.粘着磨损 当摩擦表面的不平度的尖峰相互作用的各点发生粘着后,在相对滑动时,材料从运动副的一个表面转移到另一个表面,故而形成粘着磨损。严重的粘着磨损会造成运动副咬死,不能正常运转。影响因素:同类摩擦副材料比异类材料容易粘着,如钢件
18、运动副的相对运动;脆性材料比塑性材料的粘着能力高;在一定范围内,零件的表面粗糙度愈小,抗粘着能力愈强。2.磨粒磨损 进入摩擦面之间的游离颗粒,如磨损造成的金属微粒,会在较软材料的表面上刨犁出许多沟纹,这样的为切削过程叫做磨料磨损。影响因素:硬度,耐磨性;磨粒的平均尺寸,磨损就越严重;磨粒的硬度越高,磨损就越严重。3.疲劳磨损 当做滚动或滑动的高副受到反复作用的应力(如滚动轴承运转或齿轮传动)时,如果应力超过材料的接触疲劳强度,就会在零件表面或一定深度处形成疲劳裂纹,随着裂纹的扩展与相互连接,造成许多微粒从零件表面上脱落下来,致使表面上出现许多月牙形浅坑,叫做疲劳磨损,也称疲劳点蚀或简称点蚀。影
19、响因素:表面硬度,产生疲劳裂纹的危险性越小;提高表面质量,对零件的疲劳寿命有显著改善;与加入的润滑油的粘度和压力有关,高压下的润滑油能在接触区起到均化应力的作用,可提高抗疲劳磨损的能力;油的粘度过低,则易于挤入疲劳裂缝中,在被封闭的裂缝中受高压而促进疲劳裂纹的扩展,因此,高粘度的油有利于提高抗疲劳能力。 4.冲蚀磨损 当一束含有硬质微粒的流体冲击到固体表面上的时候就会造成冲蚀磨损,例如利用高压空气输送型砂或高压水输送矿石的管道所产生的摩损。冲蚀磨损是在有摩擦的情况下受到硬质微粒冲击反复作用而造成的表层疲劳破坏。影响因素:磨粒与固体表面的摩擦因数;磨粒的冲击速度;磨粒冲击速度的方向同固体表面所夹
20、的冲击角。 运用:高压高速水切割 5.腐蚀磨损 摩擦副受到空气中的酸、润滑油、燃油中残存的少量无机酸(如硫酸)及水分的化学作用或电化学作用,在相对运动中造成的材料损失。影响腐蚀磨损的因素:零件表面的氧化膜性质;环境条件。项目二 汽车支承零部件学习任务一 轴任务目标:1. 能规范进行5A-FE发动机凸轮轴上置式配气机构的拆装2.了解轴的分类3. 熟悉轴的结构4.知道轴的材料5.知道碳素钢6.能识读零件图汽车中各个旋转部位的运动与传动过程都离不开轴。汽车上有很多的轴类零件,如发动机凸轮轴、发动机曲轴、变速器输入轴、变速器输出轴、变速器倒档轴、汽车传动轴(图见书 P27)、半轴及连接车速里程表的转轴
21、等。一、轴的分类按轴的轴线形状不同分类:按轴的轴线形状不同,轴可以分为直轴、曲轴和软轴。轴的主要作用是直接支承回转零件,如带轮、齿轮及车轮,实现回转运动并传递动力。1. 直轴直轴是指轴上各段的轴线重合为一条直线的轴,如图(书 P30)所示的发动机配气机构凸轮轴即为直轴。2.曲轴曲轴是指轴上各段的轴线不相重合的轴,如图(书 P30)所示的发动机曲轴,其为发动机用于往复运动和旋转运动相互交换的零件。 3.软轴软轴是指轴心线可以弯曲的轴,如图(书 P30)所示的汽车里程表软轴,它可以把回转运动灵活地传到空间任何位置。按载荷性质不同分类:按载荷性质不同,轴可以分为心轴、转轴和传动轴三类。1. 心轴心轴
22、:用来支承回转零件,只承受弯曲作用而不传递动力。如汽车上的活塞销轴(书 P30)、摇臂轴等。2. 转轴转轴:既承受回转零件又传递动力,同时承受弯曲和扭转作用的轴称为转轴,如图(书 P30)所示的半轴。3. 传动轴传动轴:工作时用来传递动力,只承受扭转作用而不受弯曲作用或弯曲作用很小的轴称为传动轴,如图(书 P30)所示汽车传动轴。二、轴的结构1. 轴的组成:轴主要由轴头、轴颈和颈身三部分组成,如图(书 P31)所示。安装毂的部分叫轴头,轴上被支承的部分叫轴颈,连接轴头和轴颈的部分叫轴身。(与轮毂相似,轴毂指与轴相连接的轴上零件,常见齿轮、带轮等。)2. 轴上零件的定位为了确保轴能支承轴上零件并
23、传递运动和转矩,轴上零件相对于轴沿轴线方向不能移动,沿圆周方向不能有相对转动,否则会加剧轴和零件的磨损,严重时会引起零件的损坏、断裂,所以轴上零件要进行轴向和周向定位。(1). 轴上零件的轴向定位:轴上零件的轴向定位的目的是保证零件在轴上有确定的轴向位置,承受轴向力,防止零件轴向窜动。常用以下几种方式对轴上零件进行轴向定位。1) 轴环、轴肩定位 轴环、轴肩定位分别如图(书 P31)所示。这种定位方式结构简单,定位可靠,可承受较大的轴向力,主要应用于带轮、齿轮、轴承等的轴向定位。轴环轴环2) 轴套定位 轴套定位如图(书 P31)所示。定位分别如图(书 P32)所示。采用轴套定位时,轴上不需开钻孔
24、、车螺纹,结构简单,定位可靠。一般用于两相邻零件沿轴向的双向固定。3)圆螺母定位圆螺母定位一般与轴环、轴肩定位等配合使用,可承受较大的轴向力。但由于切制螺纹会使轴的疲劳强度下降,常用于轴的中部和端部,如图(书 P32)。注意:为防止圆螺母松脱,常采用双螺母或一个螺母加止推垫圈来防松。4)轴端挡圈和圆锥面定位轴端挡圈和圆锥面定位常用于轴端,使轴端零件获得轴向定位或双向定位,如图(书 P32)所示。这种定位方式结构简单,拆装方便,多用于轴的同心度要求较高或轴受振动的场合。5) 弹性挡圈定位 弹性挡圈定位结构简单、紧凑,拆装方便,如图(书 P32)。(2)轴上零件的周向定位轴上零件周向定位的目的是传
25、递转矩,防止零件与轴产生相对转动。常用的轴上零件的周向定位方法有键连接定位和过盈配合定位。1)键连接定位采用键连接作为轴上零件周向固定的应用最为广泛,如图(书 P33)所示。常用的键有平键、半圆键、花键和楔键。小提示:键是标准零件,除了用来实现轴上零件的周向定位外,还能实现轴上零件的轴向固定或轴向移动的导向。2)过盈配合定位过盈配合定位是利用轴与零件轮毂之间的过盈来达到定位或固定的目的。过盈配合定位通常采用圆柱面。小提示:1. 过盈配合是由于包容件的尺寸(如轮毂孔径)小于被包容件的尺寸(如轴颈直径),装配后在两者之间产生较大的压力,通过此压力所产生的摩擦力来传递转矩。2. 常用的装配方式有压入
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