汽車機械基礎汽車常用零件軸

1、本章教學目標本章教學目標 第三章第三章 汽車常用零件汽車常用零件 項目一項目一 軸軸 1）認識軸的類型、結構特點及應用，了 解軸的材料及選用，常見失效形式； 2）掌握軸的結構設計方法、考慮因素及 提高軸的強度的措施； 本章內容本章內容 第二節(jié) 軸上零件的布置 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 軸的分類軸的分類 第四章第四章 軸軸 引子: 軸的功用軸的功用 支承其他回轉件，承受轉矩與彎矩，并傳支承其他回轉件，承受轉矩與彎矩，并傳 遞運動和動力。遞運動和動力。 1.1.按所受載荷特點分三種：按所受載荷特點分三種： 心軸：心軸： 只承受彎矩只承受彎矩; ;如如 傳動軸：只承受轉矩傳動軸：只承受轉矩; ;如如

2、轉軸：同時承受彎矩和轉矩轉軸：同時承受彎矩和轉矩; ;如如 任務任務 一一.軸的分類軸的分類 直軸，曲軸；直軸，曲軸； 光軸，階梯軸；光軸，階梯軸； 空心軸，實心軸；空心軸，實心軸； 剛性軸，撓性軸。剛性軸，撓性軸。 重點：階梯軸重點：階梯軸 例汽車軸例汽車軸 2.2.按軸的結構形狀分：按軸的結構形狀分： 階梯軸階梯軸 曲軸：曲軸： 撓性鋼絲軸撓性鋼絲軸 l 轉軸：轉軸：機機 器中最常器中最常 見的軸，見的軸， 通常簡稱通常簡稱 為軸。為軸。 工作時既工作時既 承受彎矩承受彎矩 又承受轉又承受轉 矩。矩。 例：減速器中的軸例：減速器中的軸 l心軸：心軸： 用來支承轉動零件，用來支承轉動零件，只

3、承受彎矩而不傳遞轉只承受彎矩而不傳遞轉 矩。矩。 例：車輛軸和滑輪軸，圖中為自行車的前輪軸。例：車輛軸和滑輪軸，圖中為自行車的前輪軸。 自行車的前輪軸自行車的前輪軸 l傳動軸：傳動軸：主要用于傳遞轉矩而不承受彎主要用于傳遞轉矩而不承受彎 矩，矩， 或所承受的彎矩很小的軸?；蛩惺艿膹澗睾苄〉妮S。 例：汽車中例：汽車中 聯(lián)接變速箱聯(lián)接變速箱 與后橋之間與后橋之間 的軸。的軸。 傳動軸傳動軸 l傳動軸：傳動軸： 二、軸的材料二、軸的材料 軸的功用，主要承受彎矩和扭矩。軸的功用，主要承受彎矩和扭矩。 軸的失效形式是軸的失效形式是疲勞斷裂疲勞斷裂，應具有足夠的強度、，應具有足夠的強度、 韌性和耐磨性。

4、韌性和耐磨性。 軸的常用材料是：軸的常用材料是：碳素鋼碳素鋼和和合金鋼等合金鋼等。 在一般工作溫度下，各種碳鋼和合金鋼的彈性模在一般工作溫度下，各種碳鋼和合金鋼的彈性模 量相差不大，故在選擇鋼的種類和熱處理方法時，量相差不大，故在選擇鋼的種類和熱處理方法時， 所所依據(jù)的主要是強度和耐磨性依據(jù)的主要是強度和耐磨性，而不是軸的彎曲，而不是軸的彎曲 剛度和扭轉剛度等。剛度和扭轉剛度等。 1 1、碳素鋼：、碳素鋼： l 碳素鋼比合金鋼價格低廉，對應力集中的敏感碳素鋼比合金鋼價格低廉，對應力集中的敏感 性低，可通過熱處理改善其綜合性能，加工工性低，可通過熱處理改善其綜合性能，加工工 藝性好，故應用最廣；

5、藝性好，故應用最廣； l 一般用途的軸，一般用途的軸，多用含碳量為多用含碳量為0.250.250.5%0.5%的的優(yōu)優(yōu) 質碳素鋼質碳素鋼，尤其是，尤其是4545號鋼。號鋼。 l 對于不重要或受力較小的軸也可用對于不重要或受力較小的軸也可用Q235Q235、 Q275 Q275 等等碳素結構鋼碳素結構鋼。 2 2、合金鋼：、合金鋼： 具有比碳鋼更好的機械性能和淬火性能，但具有比碳鋼更好的機械性能和淬火性能，但 對應力集中比較敏感，且價格較貴；對應力集中比較敏感，且價格較貴； 多用于對強度和耐磨性多用于對強度和耐磨性有特殊要求的軸有特殊要求的軸。如。如 20Cr20Cr、20CrMnTi20CrM

6、nTi等低碳合金鋼，經(jīng)滲碳淬火處等低碳合金鋼，經(jīng)滲碳淬火處 理后可提高耐磨性；理后可提高耐磨性； 20CrMoV20CrMoV、38CrMoAl38CrMoAl等合金鋼，有良好的高溫等合金鋼，有良好的高溫 機械性能，常用于在高溫、高速和重載條件下機械性能，常用于在高溫、高速和重載條件下 工作的軸。工作的軸。 3 3、球墨鑄鐵、球墨鑄鐵 球墨鑄鐵吸振性和耐磨性好，對應力集中敏感球墨鑄鐵吸振性和耐磨性好，對應力集中敏感 低，價格低廉，使用鑄造制成外形復雜的軸。低，價格低廉，使用鑄造制成外形復雜的軸。 例如：內燃機中的曲軸。例如：內燃機中的曲軸。 對于形狀復雜的軸，如曲軸、凸輪軸等，也采對于形狀復雜

7、的軸，如曲軸、凸輪軸等，也采 用球墨鑄鐵或高強度鑄造材料來進行鑄造加工，用球墨鑄鐵或高強度鑄造材料來進行鑄造加工， 易于得到所需形狀，而且具有較好的吸振性能易于得到所需形狀，而且具有較好的吸振性能 和好的耐磨性，對應力集中的敏感性也較低。和好的耐磨性，對應力集中的敏感性也較低。 軸的材料及選擇 任務二任務二 軸的結構設計軸的結構設計 軸的結構組成； 軸結構決定因素； 結構設計的幾個方面。 軸的結構設計軸的結構設計 結構要求結構要求： 軸和軸上零件要有準確、牢固的軸和軸上零件要有準確、牢固的 工作位置工作位置 軸上零件裝拆、調整方便軸上零件裝拆、調整方便 軸應具有良好的制造工藝性等軸應具有良好的

8、制造工藝性等 盡量避免應力集中盡量避免應力集中 設計要點設計要點: : 擬定軸上零件的裝配方案擬定軸上零件的裝配方案 原則：原則： 軸的結構越簡單越合理軸的結構越簡單越合理 裝配越簡單、方便越合理裝配越簡單、方便越合理 軸上零件的定位軸上零件的定位, ,固定及位置調整固定及位置調整 一一. .軸的結構組成軸的結構組成 軸頭：與傳動零件或聯(lián)軸器、離合器相配部分；軸頭：與傳動零件或聯(lián)軸器、離合器相配部分； 軸頸：與軸承相配部分軸頸：與軸承相配部分 軸身：聯(lián)接軸頭和軸頸之間部分；軸身：聯(lián)接軸頭和軸頸之間部分； （軸的結構圖）（軸的結構圖） 軸端 軸頭軸頸軸頭軸身 二二. .軸結構影響、決定因素軸結構

9、影響、決定因素 軸的毛坯種類；軸的毛坯種類； 軸上作用力的大小及其分布情況；軸上作用力的大小及其分布情況； 軸上零件的位置、配合性質及其聯(lián)軸上零件的位置、配合性質及其聯(lián) 接固定的方法；接固定的方法； 軸承的類型、尺寸和位置；軸承的類型、尺寸和位置； 軸的加工方法、裝配方法以及其他特殊要軸的加工方法、裝配方法以及其他特殊要 求?？梢娪绊戄S的結構與尺寸的因素很多，求。可見影響軸的結構與尺寸的因素很多， 設計軸時要全面綜合的考慮各種因素。設計軸時要全面綜合的考慮各種因素。 三三. .設計考慮的幾個方面設計考慮的幾個方面 1 1、軸上零件的布置；、軸上零件的布置； 2 2、軸徑估算、各軸段直徑、長度的

10、確定；、軸徑估算、各軸段直徑、長度的確定； 3 3、軸上零件的定位和固定；、軸上零件的定位和固定； 4 4、軸上零件的裝拆和調整；、軸上零件的裝拆和調整； 5 5、提高軸疲勞強度的結構措施；、提高軸疲勞強度的結構措施； 6 6、制造工藝要求；、制造工藝要求； 7 7、材料選擇。、材料選擇。 一般結構設計的已知條件有：一般結構設計的已知條件有： 機器的裝配簡圖；機器的裝配簡圖； 軸的轉速；軸的轉速； 傳遞的功率；傳遞的功率； 軸上零件的主要參數(shù)和尺寸等。軸上零件的主要參數(shù)和尺寸等。 軸的設計區(qū)別于其它零件設計過程的顯著特點是：軸的設計區(qū)別于其它零件設計過程的顯著特點是： 必須先進行結構設計，然后

11、才能進行工作能力必須先進行結構設計，然后才能進行工作能力 的核算。的核算。 機器的裝配簡圖機器的裝配簡圖 結構分析結構分析 軸頸軸頸軸頭軸頭軸身軸身 l軸的結構設計軸的結構設計 ( (一一) )軸上零件的布置軸上零件的布置 在進行結構設計時，首先應按傳動簡圖上所給在進行結構設計時，首先應按傳動簡圖上所給 出的各主要零件的相互位置關系擬訂軸上零件出的各主要零件的相互位置關系擬訂軸上零件 的裝配方案；的裝配方案； 軸上零件的裝配方案不同，軸的結構形狀也軸上零件的裝配方案不同，軸的結構形狀也 不同；不同； 在實際設計過程中，往往擬訂幾種不同的裝配在實際設計過程中，往往擬訂幾種不同的裝配 方案進行比較

12、，從中選出一種最佳方案。方案進行比較，從中選出一種最佳方案。 圖4-7 汽車變速器輸出軸的零件分布 ( (二二) )軸的基本直徑的估算及各段直軸的基本直徑的估算及各段直 徑和長度的確定：徑和長度的確定： 軸不是標準零件軸不是標準零件, ,需要自己設計計算。需要自己設計計算。 開始設計軸時，通常還不知道軸上零件的位置及開始設計軸時，通常還不知道軸上零件的位置及 支點情況，無法確定軸的受力情況，只有待軸的支點情況，無法確定軸的受力情況，只有待軸的 結構設計基本完成后，才能對軸進行受力分析及結構設計基本完成后，才能對軸進行受力分析及 強度計算；強度計算； 一般在進行軸的結構設計前先按純扭轉受力情況一

13、般在進行軸的結構設計前先按純扭轉受力情況 對軸的直徑進行估算；對軸的直徑進行估算； 按扭轉強度計算：這種計算方法主要應用于傳動按扭轉強度計算：這種計算方法主要應用于傳動 軸，也可以初步估算軸的最小直徑，在此基礎上軸，也可以初步估算軸的最小直徑，在此基礎上 進行軸的結構設計。進行軸的結構設計。 1.1.軸的基本直徑的估算軸的基本直徑的估算 設軸在轉矩設軸在轉矩T T的作用下，產(chǎn)生剪應力的作用下，產(chǎn)生剪應力。對于圓。對于圓 截面的實心軸，其抗扭強度條件為：截面的實心軸，其抗扭強度條件為： p 估算直徑估算直徑： A 由上式求出的直徑值，需圓整成標準直徑，并作為軸的最由上式求出的直徑值，需圓整成標準

14、直徑，并作為軸的最 小直徑。如軸上有一個鍵槽，可將值增大小直徑。如軸上有一個鍵槽，可將值增大3%3%5%5%，如有兩，如有兩 個鍵槽可增大個鍵槽可增大7%7%10%10%。 上式中上式中,許用扭轉切應力許用扭轉切應力: MPa: MPa T-T-軸傳遞的轉矩，也是軸承受的扭矩：軸傳遞的轉矩，也是軸承受的扭矩：N Nmmmm W Wp p-軸的抗扭截面系數(shù)軸的抗扭截面系數(shù): W: Wp p =0.2d =0.2d3 3mmmm3 3 P-P-軸傳遞的功率軸傳遞的功率: kw: kw d-d-軸的直徑軸的直徑: mm: mm n-n-軸的轉速軸的轉速: r/min: r/min 空心軸的計算公式見

15、課本空心軸的計算公式見課本P121P121式式3-23-2 上式中：上式中： 軸直徑估算軸直徑估算 空心軸直徑估算公式為：見課本見課本P?式式4-2 幾種常用軸材料的許用切應力及A值 軸的材料 Q235A, 20鋼 35鋼45鋼 40Cr,35Si Mn,40Mn B,38SiMn Mo,20Cr MnTi /MPa1525203525453555 A14912613511212610311297 2.2.確定各段軸的直徑和長度確定各段軸的直徑和長度 軸上零件的裝配方案和定位方法確定之后，軸的軸上零件的裝配方案和定位方法確定之后，軸的 基本形狀就確定下來了。基本形狀就確定下來了。 軸的最小直徑

16、確定后，可按軸上零件的裝配方案軸的最小直徑確定后，可按軸上零件的裝配方案 和定位要求，逐步確定各軸段的直徑；和定位要求，逐步確定各軸段的直徑； 根據(jù)軸上零件的軸向尺寸、各零件的相互位置關根據(jù)軸上零件的軸向尺寸、各零件的相互位置關 系以及零件裝配所需的裝配和調整空間，確定軸系以及零件裝配所需的裝配和調整空間，確定軸 的各段長度的各段長度。 需要注意的問題：需要注意的問題： 1 1）軸上與標準零件相配合的直徑應取為標準值，）軸上與標準零件相配合的直徑應取為標準值， 非配合軸段允許為非標準值，但最好取為整數(shù)；非配合軸段允許為非標準值，但最好取為整數(shù)； 2 2）與滾動軸承相配合的直徑，必須符合滾動軸）

17、與滾動軸承相配合的直徑，必須符合滾動軸 承的內徑標準；承的內徑標準； 3 3）安裝聯(lián)軸器的軸徑應與聯(lián)軸器的孔徑范圍相）安裝聯(lián)軸器的軸徑應與聯(lián)軸器的孔徑范圍相 適應；適應； 4 4）軸上的螺紋直徑應符合標準。）軸上的螺紋直徑應符合標準。 5 5）軸上與零件相配合部分的軸段長度，應比輪）軸上與零件相配合部分的軸段長度，應比輪 轂長度短轂長度短2 23mm3mm，以保證零件軸向定位可靠。，以保證零件軸向定位可靠。 6 6）若在軸上裝要滑移的零件，應該考慮零件的）若在軸上裝要滑移的零件，應該考慮零件的 滑移距離?；凭嚯x。 7 7）軸上各零件之間應該留有適當?shù)拈g隙，以防）軸上各零件之間應該留有適當?shù)拈g

18、隙，以防 止運轉時相碰。止運轉時相碰。 需要注意的問題：需要注意的問題： ( (三三) )軸上零件的定位和固定軸上零件的定位和固定 為了傳遞運動和動力，保證機械的工作精度和為了傳遞運動和動力，保證機械的工作精度和 使用可靠，零件必須可靠地安裝在軸上，不允使用可靠，零件必須可靠地安裝在軸上，不允 許零件沿軸向發(fā)生相對運動。因此，軸上零件許零件沿軸向發(fā)生相對運動。因此，軸上零件 都必須有可靠的軸向定位措施；都必須有可靠的軸向定位措施； 軸上零件的軸向定位方法取決于零件所承受軸上零件的軸向定位方法取決于零件所承受 的軸向載荷大小；的軸向載荷大小； 零件的定位分：軸向定位、周向定位。零件的定位分：軸向

19、定位、周向定位。 1.1.軸上零件的軸向定位和固定軸上零件的軸向定位和固定 軸向定位和固定是指將軸上的零件沿軸線方向 進行定位和固定。 常用方式： 軸肩、軸環(huán) 套筒、圓螺母 彈性擋圈、緊定螺釘； 軸端擋圈、圓錐面。 零件的軸向定位 1）軸肩和軸環(huán): 要求要求r軸 軸R孔孔或 或r軸 軸C孔孔 錯誤錯誤 正確正確 為了使軸上零 件的端面能與軸 肩緊貼，軸肩的 圓角半徑R 必須 小于零件孔端的 圓角半徑 R1或 倒角C1 ；否則， 無法緊貼。軸肩 或軸環(huán)的高度h 必須大于R1 或 C1。 軸環(huán)與軸肩尺寸：軸環(huán)與軸肩尺寸：h=（0.07d3）（0.1d5）mm 軸環(huán)寬度：軸環(huán)寬度： bl.4h 要求

20、軸肩高度要求軸肩高度 滾動軸承內圈高度滾動軸承內圈高度 錯錯 誤誤 正正 確確 2 2）套筒）套筒 3 3）軸用圓螺母）軸用圓螺母 特點：特點：定位可靠，定位可靠， 裝拆方便，可承裝拆方便，可承 受較大的軸向力受較大的軸向力 由于切制螺紋使由于切制螺紋使 軸的疲勞強度下軸的疲勞強度下 降。降。 應用：應用：常用于軸常用于軸 的中部和端部的中部和端部 4 4）軸端擋圈）軸端擋圈 I II 當用軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺 母、軸端擋圈進行零件的軸向 定位時，為保證軸向定位可靠， 要求L軸L轂 正確正確正確正確 錯誤錯誤 5 5）軸承端蓋）軸承端蓋 軸承端蓋與機座間加墊片，軸承端蓋與機座間加墊片， 以調

21、整軸的位置以調整軸的位置 6 6）彈性擋圈）彈性擋圈 III 8 8）其它固定形式其它固定形式 7 7）鎖緊擋圈、緊定螺釘或銷）鎖緊擋圈、緊定螺釘或銷 這兩種固定的方法，常用于軸向力較小的場合。這兩種固定的方法，常用于軸向力較小的場合。 錐形面或過盈配合聯(lián)錐形面或過盈配合聯(lián) 接接 2.零件的周向定位零件的周向定位 1）鍵）鍵 2）花鍵）花鍵 3）緊定螺釘、銷）緊定螺釘、銷4）過盈配合）過盈配合 ( (四四) ) 提高軸的強度、剛度和減輕軸的重量的措施提高軸的強度、剛度和減輕軸的重量的措施 1 1、改進軸的結構，減少應力集中、改進軸的結構，減少應力集中 r r (a) r r (a) d1 d

22、1.05d d r 2 2、合理布置軸上零件以減少軸的載荷、合理布置軸上零件以減少軸的載荷 T1 T4 T3 T2 T1 T3 T4 43214312 T2 3 3、改進軸上零件的結構，減小軸的載荷、改進軸上零件的結構，減小軸的載荷 Q Q (a)(b) 4 4、選擇受力方式以減小軸的載荷，改善軸的強度和、選擇受力方式以減小軸的載荷，改善軸的強度和 剛度剛度 (a) (a) 5 5、改進表面質量提高軸的疲勞強度、改進表面質量提高軸的疲勞強度 ( (五五) )軸的結構工藝性軸的結構工藝性 由于由于階梯軸階梯軸接近于等強度，而且便于加工和軸接近于等強度，而且便于加工和軸 上零件的定位和拆裝，所以實

23、際上的軸多為階上零件的定位和拆裝，所以實際上的軸多為階 梯形梯形. . 1 1、關于軸的形狀：、關于軸的形狀：階梯軸階梯軸 2 2、關于軸的有關尺寸、關于軸的有關尺寸 為了能選用合適的圓鋼和減少切削用量，階梯軸為了能選用合適的圓鋼和減少切削用量，階梯軸 各軸段的直徑不宜相差過大，一般取為各軸段的直徑不宜相差過大，一般取為510MM510MM。 為了便于切削加工，一根軸上的圓角應盡可能取為了便于切削加工，一根軸上的圓角應盡可能取 相同的半徑；相同的半徑； 退刀槽取相同的寬度；退刀槽取相同的寬度； 倒角尺寸相同；倒角尺寸相同； 若需開鍵槽的軸段直徑相差不大時，應盡可能采若需開鍵槽的軸段直徑相差不大

24、時，應盡可能采 用相同寬度的鍵槽（如圖），一根軸上各鍵槽應用相同寬度的鍵槽（如圖），一根軸上各鍵槽應 開在同一母線上，以減少換刀次數(shù)。開在同一母線上，以減少換刀次數(shù)。 3.3.軸的結構工藝軸的結構工藝性性 1 1）軸肩圓角）軸肩圓角r r 2 2）軸端倒角）軸端倒角 3 3）砂輪越程槽）砂輪越程槽 4 4）螺紋退刀槽）螺紋退刀槽 5 5）同一軸上鍵槽位于圓柱同一母線上，且取相同尺寸）同一軸上鍵槽位于圓柱同一母線上，且取相同尺寸 1 .6 l同一根軸上所有圓角半徑和倒角的大小應盡可能同一根軸上所有圓角半徑和倒角的大小應盡可能 一致，以減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù)。一致，以減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù)。 l為

25、便于加工定位，軸的兩端面上應做出中心孔。為便于加工定位，軸的兩端面上應做出中心孔。 完畢 1)圓角半徑和倒角圓角半徑和倒角 為使軸上零件容易裝拆，軸端和各軸段端部都為使軸上零件容易裝拆，軸端和各軸段端部都 應有應有4545的倒角。的倒角。 2)2)軸端倒角軸端倒角 軸上磨削的軸段應設有軸上磨削的軸段應設有砂輪越程槽砂輪越程槽，以以 便磨削時砂輪可以磨削到軸肩的端部便磨削時砂輪可以磨削到軸肩的端部。 3)砂輪越程槽砂輪越程槽 軸上車螺紋的軸段應設有軸上車螺紋的軸段應設有螺紋退刀槽螺紋退刀槽， 以保證螺紋牙均能達到預期的高度以保證螺紋牙均能達到預期的高度。 4)螺紋退刀槽螺紋退刀槽 軸上沿長度方向

26、開有幾個軸上沿長度方向開有幾個鍵槽鍵槽時，應將鍵槽安時，應將鍵槽安 排在軸的同一母線上。排在軸的同一母線上。 5) 鍵槽鍵槽 軸系結構改錯軸系結構改錯 四處錯誤四處錯誤 正確答案正確答案 三處錯誤三處錯誤 正確答案正確答案 兩處錯誤兩處錯誤 1.1.左側鍵太長，套筒無法裝入左側鍵太長，套筒無法裝入 2.2.多個鍵應位于同一母線上多個鍵應位于同一母線上 軸系結構改錯軸系結構改錯 (六六) 軸上的零件裝拆和調整軸上的零件裝拆和調整 為了能夠順利地裝拆軸上零件，軸的結構多半設計 成中間粗兩端逐漸細的階梯軸形狀。為裝拆方便， 軸肩一般可取為13mm。安裝軸承的軸肩高度應小于 軸承內圈厚度，以便拆卸。

27、例:汽車軸(某汽車型號) 課后練習課后練習 1、軸的功用是什么？根據(jù)所受的載荷不同， 軸可分為幾種類型？各用一例子說明。 2、軸常用材料有哪些？ 3、軸在什么條件下會發(fā)生疲勞破壞，如何提 高軸的疲勞強度？ 4、軸的強度計算的基本步驟是什么？軸的結 構設計包括幾個方面的內容？ 思考題：指出圖中主動軸結構的不合理之處， 并提出改進意見。 試指出圖中結構不合理的地方并改正。試指出圖中結構不合理的地方并改正。 撓性鋼絲軸撓性鋼絲軸 結構要求結構要求： 軸和軸上零件要有準確、牢固的軸和軸上零件要有準確、牢固的 工作位置工作位置 軸上零件裝拆、調整方便軸上零件裝拆、調整方便 軸應具有良好的制造工藝性等軸應具有良好的制造工藝性等 盡量避免應力集中盡量避免應力集中 設計要點設計要點: : 擬定軸上零件的裝配方案擬定軸上零件的裝配方案 原則：原則： 軸的結構越簡單越合理軸的結構越簡單越合理 裝配越簡單、方便越合理裝配越簡單、方便越合理 軸上零件的定位軸上零件的定位, ,固定及位置調整固定及位置