3-1 钢材类零从件《汽车机械基础》(第5版) 河南省（对口招生）交通运输类 知识点讲解

河南省（对口招生）交通运输类《汽车机械基础》 知识点讲解 3-1钢材类零件 【课程要求】 1. 掌握钢材的基本概念、分类及牌号表示方法。 2. 能够分析汽车零件的受力情况，识别基本变形形式。 3. 熟悉金属材料的主要力学性能指标及其意义。 4. 了解钢的常用热处理工艺及其对性能的影响。 5. 掌握连杆、活塞、凸轮轴等典型汽车零件的结构与特点。 6. 熟悉链传动、螺纹连接、键、滚动轴承、弹簧等通用零部件的应用。 【知识网络】 【知识要点】 知识点 1 基础知识 1.钢材概述 钢是含碳量在 0.0218%～2.11% 的铁碳合金。按化学成分分为碳素钢和合金钢。牌号如 Q235A、45 钢、16Mn 等有特定含义。 2.零件受力与变形 零件的基本变形形式包括拉伸、压缩、剪切、扭转和弯曲。内力是构件内部的相互作用力，应力是单位面积上的内力。 3.金属材料力学性能 强度（屈服强度 σs、抗拉强度 σb）、塑性（伸长率 δ、断面收缩率 ψ）、硬度（布氏 HB、洛氏 HRC）和冲击韧性是材料的关键性能指标。 4. 钢的热处理 退火、正火、淬火、回火是四种基本热处理工艺。退火降低硬度，正火细化晶粒，淬火提高硬度，回火消除应力、调整性能。 知识点 2 典型汽车零件 1. 连杆 连接活塞和曲轴，将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动。由连杆小头、杆身和连杆大头三部分组成。 工作条件：承受交变的拉、压载荷和惯性力。 常用材料：45 钢、40Cr 等，通常经调质处理。 视图表达：主视图多采用剖视，结合断面图和局部放大图表达内部结构和细节。 2. 活塞 承受气缸内气体压力，由顶部、头部、裙部组成。工作在高温、高压、高速环境下，常用铝合金制造。 结构特点：承受气缸内的气体压力，并将力通过活塞销传给连杆。由顶部、头部和裙部组成。 工作条件：在高温、高压、高速和化学腐蚀的恶劣环境下工作。 常用材料：铝合金，因其密度小、导热性好。 视图表达：通常采用全剖视图或半剖视图来展示其复杂的内部结构和形状。 3. 凸轮轴 控制气门的开启和关闭。由凸轮和轴颈组成，凸轮表面承受冲击载荷，需表面淬火提高耐磨性。 结构特点：控制气门的开启和关闭时刻、持续时间和升程。由凸轮和轴颈组成。 工作条件：凸轮表面承受周期性冲击载荷，磨损严重。 常用材料：优质碳素钢或合金铸铁，凸轮表面需经表面淬火等处理以提高硬度和耐磨性。 视图表达：主视图展示凸轮和轴颈的分布，结合断面图表达轴的内部结构。 知识点 3 通用机械零部件 1. 链传动 由链轮和链条组成，能保证平均传动比恒定。滚子链应用最广，齿形链适用于高速传动。 结构特点：由主动链轮、从动链轮和链条组成，通过链条与链轮的啮合来传递运动和动力。 工作特点：能保证准确的平均传动比，传递功率大，对环境适应性强，但瞬时传动比不恒定，有冲击和噪声。 常用类型：滚子链应用最广泛，齿形链运转平稳、噪声小，适用于高速传动。 2. 螺纹连接 螺纹的基本要素包括牙型、大径、螺距等。连接形式有螺栓、双头螺柱、螺钉连接。需采取防松措施。 结构特点：利用螺纹零件（如螺栓、螺钉）将两个或多个零件连接在一起。螺纹的基本要素包括牙型、大径、小径、螺距、导程和旋向。 连接形式：常见的有螺栓连接、双头螺柱连接和螺钉连接。 防松措施：由于振动等原因，螺纹连接可能松动，需采取防松措施，如摩擦防松（弹簧垫圈）、机械防松（开口销）等。 3. 键 实现轴与轮毂的周向固定以传递转矩。平键应用最广，分为普通平键、导向平键和滑键。 结构特点：用于实现轴与轴上零件（如齿轮、带轮）的周向固定，以传递转矩。 常用类型：平键应用最广，分为普通平键、导向平键和滑键；半圆键适用于锥形轴端；楔键能实现轴向固定，但对中性差。 4. 滚动轴承 由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。按承载方向分为向心轴承、推力轴承等。代号表示其类型、尺寸和精度。 结构特点：由内圈、外圈、滚动体和保持架组成，利用滚动摩擦代替滑动摩擦。 常用类型：按承载方向可分为向心轴承（主要承受径向载荷）、推力轴承（主要承受轴向载荷）和向心推力轴承。常见类型有深沟球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承等。 代号：由基本代号、前置代号和后置代号组成，用于表示轴承的类型、尺寸、精度和结构特点。 5. 弹簧 用于缓冲吸振、控制运动、储存能量。常见类型有螺旋弹簧、板弹簧等。常用材料为 65Mn、55Si2Mn 等弹簧钢。 结构特点：利用材料的弹性和自身结构特点来储存能量或缓和冲击。 主要功用：缓冲吸振、控制运动、储存能量、测量力等。 常用类型：螺旋弹簧（压缩、拉伸、扭转）、碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧等。汽车悬架中广泛使用板弹簧。 6. 万向节与离合器 万向节：用于实现两相交轴之间的动力传递。十字轴式刚性万向节是汽车传动系统中最常见的类型。 离合器：在机器运转过程中，可将传动系统随时分离或接合。常见类型有摩擦离合器（利用摩擦力传递转矩）和定向离合器（超越离合器，只能单向传递转矩） 。 【练习题】 1、 单项选择题 1. 下列哪种钢属于优质碳素结构钢？（） A. Q235A B. 45 钢 C. 16Mn D. HT200 2. 零件在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力称为（）。 A. 强度 B. 塑性 C. 硬度 D. 韧性 3. 为了降低钢的硬度，改善切削加工性能，应进行（）热处理。 A. 退火 B. 正火 C. 淬火 D. 回火 4. 连接活塞和曲轴的零件是（）。 A. 凸轮轴 B. 活塞销 C. 连杆 D. 飞轮 5. 链传动的特点是（）。 A. 瞬时传动比恒定 B. 平均传动比恒定 C. 传动平稳，无噪声 D. 不能用于恶劣环境 6. 普通螺纹的牙型是（）。 A. 三角形 B. 梯形 C. 锯齿形 D. 矩形 7. 用于轴与轮毂周向固定以传递转矩的连接件是（）。 A. 螺栓 B. 销 C. 键 D. 铆钉 8. 主要承受径向载荷的滚动轴承是（）。 A. 深沟球轴承 B. 推力球轴承 C. 圆锥滚子轴承 D. 角接触球轴承 9. 汽车悬架中广泛使用的弹簧类型是（）。 A. 螺旋压缩弹簧 B. 螺旋拉伸弹簧 C. 碟形弹簧 D. 板弹簧 10. 实现两相交轴之间动力传递的部件是（）。 A. 离合器 B. 万向节 C. 联轴器 D. 制动器 2、 填空题 1. 钢是含碳量在________之间的铁碳合金。 2. 材料的力学性能主要包括强度、塑性、硬度和________。 3. 将钢加热到临界温度以上，保温后快速冷却的热处理工艺称为________。 4. 活塞通常由________材料制成。 5. 螺纹连接的防松方法可分为摩擦防松、机械防松和________。 6. 平键连接中，________应用最广泛。 7. 滚动轴承的基本结构包括内圈、外圈、滚动体和________。 8. 十字轴式万向节实现等速传动的条件之一是传动轴两端的万向节叉必须________。 3、 判断题 1. 含碳量越高，钢的强度和硬度越高，塑性和韧性越好。（） 2. 屈服强度是衡量材料承载能力的重要指标。（） 3. 调质处理是淬火加高温回火的复合热处理工艺。（） 4. 凸轮轴的凸轮表面需要高硬度和耐磨性，通常采用表面淬火处理。（） 5. 齿形链传动比滚子链传动更平稳，噪声更小。（） 6. 双头螺柱连接适用于被连接件之一较厚，不便钻成通孔的场合。（） 7. 圆锥滚子轴承既能承受径向载荷，又能承受单向轴向载荷。（） 8. 离合器的作用是在汽车起步、换挡和制动时暂时切断发动机与传动系统的联系。（） 4、 简答题 1. 简述退火和正火的主要区别和应用场合。 2. 什么是材料的屈服强度和抗拉强度？它们在工程上有何意义？ 3. 简述螺纹连接预紧的目的和控制预紧力的方法。 4. 滚动轴承的主要失效形式有哪些？ 5. 简述十字轴式万向节实现等速传动的条件。 6. 与滑动轴承相比，滚动轴承有哪些优缺点？ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 【答案】 1、 单项选择题 1. B 2. A 3. A 4. C 5. B 6. A 7.C 8. A 9. D 10. B 2、 填空题 1. 0.0218%～2.11% 2. 韧性 3. 淬火 4. 铝合金 5. 永久防松 6. 普通平键 7. 保持架 8. 在同一平面内 3、 判断题 1. × 2. √ 3. √ 4. √ 5. √ 6. √ 7. √ 8. √ 4、 简答题 1. 退火是随炉缓慢冷却，正火是在空气中冷却。正火的冷却速度比退火快，因此正火后的组织更细，强度和硬度更高。退火主要用于降低硬度、改善切削性能、消除内应力；正火常用于细化晶粒、改善力学性能，作为最终热处理或预备热处理，对于一些受力不大的零件，正火可作为最终热处理。 2. 屈服强度是材料开始发生明显塑性变形时的应力，是工程设计中确定许用应力的重要依据。抗拉强度是材料在拉断前所能承受的最大应力，代表了材料的最大承载能力。 3. 预紧的目的是增强连接的可靠性和紧密性，防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移。控制预紧力的方法有：使用测力矩扳手或定力矩扳手，通过控制拧紧力矩来控制预紧力；对于重要的连接，可采用测量螺栓伸长量的方法。 4. 主要失效形式包括：疲劳点蚀（最常见，由于交变接触应力引起）、塑性变形（在过大静载荷或冲击载荷下产生）、磨损（由于润滑不良、密封不严等原因引起）。 5. 必须满足两个条件：第一，第一个万向节的从动叉与第二个万向节的主动叉应在同一平面内；第二，输入轴、输出轴与传动轴的夹角必须相等（即 α1 = α2）。 6. 优点：摩擦阻力小，启动灵活；效率高，功耗小；径向尺寸小；润滑简便，维护容易。缺点：抗冲击能力较差；高速时噪声和振动较大；工作寿命不如液体润滑的滑动轴承；径向尺寸不如滑动轴承紧凑。 $