汽車機(jī)械基礎(chǔ)項(xiàng)目五--軸系零部件課件

1、 軸系零部件一、軸二、軸承一、軸二、軸承課題一 軸學(xué)習(xí)目標(biāo)：1. 了解軸的分類、選材的類型和選用。2. 了解軸的強(qiáng)度計(jì)算。3. 掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 軸是組成機(jī)器的重要零件之一。軸的主要功用是支承旋轉(zhuǎn)零件（例如齒輪、蝸輪等）、傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。軸的分類： 按軸承受的載荷不同,可將軸分為轉(zhuǎn)軸，心軸和傳動(dòng)軸三種。一、軸的分類及材料軸端軸頭軸頸軸頭軸肩軸1. 傳動(dòng)軸：只傳遞轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩，如汽車中聯(lián)接變速箱與后橋之間的軸 。2. 轉(zhuǎn)軸：工作時(shí)既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩的軸。如減速器中的軸。 3. 心軸:工作時(shí)僅承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩。心軸按是否轉(zhuǎn)動(dòng)又可以分為轉(zhuǎn)動(dòng)心軸（火車輪軸）和固定心軸（自行車前輪軸）。此外

2、，按軸線幾何形狀不同，軸還可以分為直軸、曲軸和軟軸。直軸根據(jù)外形不同,可分為光軸和階梯軸。曲軸是內(nèi)燃機(jī)、曲柄壓力機(jī)等機(jī)器中用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的專用零件。軟軸：撓性好，可以把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈活地傳到任何空間位置。2、軸的材料軸的主要失效形式：疲勞破壞軸的材料要求：較高的強(qiáng)度、剛度和一定的耐磨性。軸的毛坯一般多為軋制圓鋼和鍛件。軸的常用材料：主要是碳素鋼和合金鋼。 碳素鋼具有足夠的強(qiáng)度，比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，并且可通過(guò)正火或調(diào)質(zhì)處理獲得較好的綜合機(jī)械性能，故應(yīng)用廣泛，其中以45號(hào)鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理最為常用。 合金鋼具有較高的機(jī)械性能，但價(jià)格較貴，常用于制造有特殊要求的軸。如高速重載

3、軸；受力大而又要求尺寸小、重量輕的軸；處于高溫、低溫或腐蝕性介質(zhì)中的軸等。 值得注意的是：在一般工作溫度下，碳鋼和合金鋼的彈性模量相差不大，因此，欲選用高強(qiáng)度合金鋼來(lái)提高軸的剛度并無(wú)實(shí)效。另外，合金鋼對(duì)應(yīng)力集中敏感性高，所以設(shè)計(jì)合金剛軸時(shí)，必須要有合理的結(jié)構(gòu)形狀，盡量減少應(yīng)力集中源，并要求軸表面的粗糙度較低，否則，采用合金鋼并無(wú)實(shí)際意義。 軸的材料除了碳素鋼和合金鋼外，還有球墨鑄鐵和高強(qiáng)度鑄鐵等。鑄鐵材料具有易于作成復(fù)雜的外形，且吸振性、耐磨性好，對(duì)應(yīng)力集中敏感性低、價(jià)格廉等優(yōu)點(diǎn)，多用于制作外形復(fù)雜的曲軸、凸輪軸等。軸的常用材料及其主要機(jī)械性能見(jiàn)表5-1。二. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是使

4、軸的各部分具有合理的形狀和尺寸。 影響軸的結(jié)構(gòu)形狀的因素有：軸上零件的類型、數(shù)量和尺寸及其安裝位置、定位方法；載荷的大小、方向和性質(zhì)及分布情況；軸的制造工藝性等。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須滿足如下要求：1）軸和軸上零件的準(zhǔn)確定位與固定；2）軸的結(jié)構(gòu)要有良好的工藝性；3）盡量減少應(yīng)力集中；4）軸各部分的尺寸要合理等。 1、軸上零件的定位與固定軸肩或軸環(huán)：階梯軸上截面變化處，起軸向定位作用。（結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能承受較大軸向力）軸環(huán)軸肩 為了保證軸上零件緊靠定位面（軸肩），軸肩的圓角半徑r必須小于相配零件的倒角C1或圓角半徑R，軸肩高h(yuǎn)必須大于C1 或R。 當(dāng)兩零件距離相距不大時(shí)，采用套筒做軸向固定（不宜用于高

5、轉(zhuǎn)速軸）不宜采用套筒固定時(shí)，可用圓螺母做軸向固定。對(duì)于外伸軸端上的零件固定軸向力較小時(shí)，零件在軸上的固定可采用彈性擋圈、緊定螺釘或銷。 軸上零件的周向固定，大多采用鍵、花鍵或過(guò)盈配合等聯(lián)接形式。 1）一般的軸均設(shè)計(jì)為中間大，兩端小的階梯軸（軸肩的高度均應(yīng)小于滾動(dòng)軸承內(nèi)圈高度），這樣便于安裝和拆卸。2）為了減少應(yīng)力集中，軸徑變化盡可能小，階梯軸相鄰兩軸段直徑相差不應(yīng)過(guò)大。2、軸的結(jié)構(gòu)工藝性：3）軸上截面尺寸變化的位置應(yīng)有倒角或過(guò)渡圓角，過(guò)渡圓角半徑應(yīng)盡可能大些，當(dāng)軸上有多處倒角或過(guò)渡圓角時(shí)，盡可能選同樣的倒角或圓角半徑，以減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù)。4）軸上有多個(gè)鍵槽時(shí)，為加工方便，各軸段的鍵槽應(yīng)設(shè)

6、計(jì)在同一加工直線上，并應(yīng)盡可能采用同一規(guī)格的鍵槽截面尺寸，避免多次裝夾和更換刀具。鍵槽在同一加工直線上5）軸上需切制螺紋或磨削時(shí)，要留有退刀槽和越程槽。3、提高軸的疲勞強(qiáng)度提高軸的疲勞強(qiáng)度的主要措施：減小應(yīng)力集中提高軸的表面質(zhì)量 減少應(yīng)力集中的方法有：減少軸截面突變，階梯軸相鄰軸段直徑差不能太大，并以較大的圓角半徑過(guò)渡，盡可能避免在軸上開槽、孔及車制螺紋等，以免削弱軸的強(qiáng)度和造成應(yīng)力集中源。提高軸的表面質(zhì)量方法： 降低表面粗糙度 表面強(qiáng)化處理：碾壓、噴丸、滲氮、滲碳或者高頻淬火三、 軸的強(qiáng)度校核軸強(qiáng)度計(jì)算的目的：在于驗(yàn)算經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步得出的軸能否滿足強(qiáng)度要求。 工程上常用的軸強(qiáng)度計(jì)算方法有兩種

7、 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算和按彎扭組合強(qiáng)度計(jì)算。 1、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 這種方法適用于只承受轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)軸的精確計(jì)算，也可用于既受彎矩又受扭矩的軸的近似計(jì)算。對(duì)于只傳遞轉(zhuǎn)矩的圓截面軸，其強(qiáng)度條件為： 由上式求出的直徑值，需圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑或與相配合零件的孔徑相吻合，并作為軸的最小直徑。如軸上有一個(gè)鍵槽，可將值增大3%5%，如有兩個(gè)鍵槽可增大7%10%。對(duì)于轉(zhuǎn)軸，可估算軸的直徑2、按彎扭組合校核軸的強(qiáng)度（或計(jì)算危險(xiǎn)截面軸徑）軸的強(qiáng)度校核公式為 式中 ：根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的折合系數(shù)。當(dāng)為脈動(dòng)循環(huán)時(shí)， 0.6；當(dāng)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)不變時(shí)， 0.3；當(dāng)轉(zhuǎn)矩為對(duì)稱循環(huán)時(shí)， =1。當(dāng)量彎矩相當(dāng)應(yīng)力 對(duì)稱循環(huán)狀態(tài)下的許用應(yīng)力課題二 軸

8、承學(xué)習(xí)目標(biāo)：1. 了解滑動(dòng)軸承、滾動(dòng)軸承的類型和選用。2. 了解滾動(dòng)軸承壽命的計(jì)算。3. 掌握滾動(dòng)軸承的失效形式。 軸承主要起兩個(gè)作用：一是減少摩擦或磨損，從而提高傳動(dòng)效率；二是用來(lái)保證工作軸所需的回轉(zhuǎn)精度。 軸承的類型： 根據(jù)摩擦性質(zhì)，可將軸承分為滑動(dòng)摩擦軸承（簡(jiǎn)稱滑動(dòng)軸承）和滾動(dòng)摩擦軸承（簡(jiǎn)稱滾動(dòng)軸承）。 一、軸承的功用及類型 按照軸承承受力方向的不同，軸承可分為3種形式：承受徑向力的向心軸承；承受軸向力的推力軸承；同時(shí)承受徑向力和軸向力的向心推力滑動(dòng)軸承和角接觸滾動(dòng)軸承。1.向心滑動(dòng)軸承 這類軸承的結(jié)構(gòu)形式有整體式、剖分式、調(diào)心式和間隙可調(diào)式四種。二、滑動(dòng)軸承 整體式滑動(dòng)軸承 剖分式滑動(dòng)

9、軸承 調(diào)心式滑動(dòng)軸承 間隙可調(diào)式滑動(dòng)軸承 軸瓦是軸承與軸頸直接接觸的零件，有整體式、剖分式和分塊式三種。 根據(jù)軸承的工作情況，要求軸瓦材料具備如下性能：一是摩擦系數(shù)??；二是導(dǎo)熱性好；三是耐磨、耐蝕、抗膠合能力強(qiáng)；四是要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和可塑性。2.推力滑動(dòng)軸承 推力滑動(dòng)軸承又稱止推軸承，承受軸向載荷。推力滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)如圖5-21所示，有軸承座1、軸套2、徑向軸瓦3、推力軸瓦4和銷釘5組成 。二、滑動(dòng)軸承 推力滑動(dòng)軸承 3.滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑的目的是減少摩擦，降低磨損，同時(shí)還有散熱冷卻、緩沖吸振、密封和防銹等作用。（1）潤(rùn)滑劑及其選用 潤(rùn)滑劑主要有固體潤(rùn)滑劑、潤(rùn)滑脂、液體潤(rùn)滑劑和氣體

10、潤(rùn)滑劑四種，其中最常用的是液體潤(rùn)滑劑（潤(rùn)滑油）和潤(rùn)滑脂。二、滑動(dòng)軸承（2）潤(rùn)滑方法和潤(rùn)滑裝置 為保證軸承良好的潤(rùn)滑狀態(tài)，除合理選擇潤(rùn)滑劑外，合理選擇潤(rùn)滑方法和潤(rùn)滑裝置也是十分重要的。 1）油潤(rùn)滑 油潤(rùn)滑的潤(rùn)滑方法有間隙供油潤(rùn)滑和連續(xù)供油潤(rùn)滑兩種 。 2）脂潤(rùn)滑 潤(rùn)滑脂只能間歇供給。常用脂潤(rùn)滑裝置有旋蓋注油油杯和壓注油杯。二、滑動(dòng)軸承1.結(jié)構(gòu) 滾動(dòng)軸承一般由外圈1、內(nèi)圈2、滾動(dòng)體3和保持架4組成，如下圖所示。一般內(nèi)、外圈均設(shè)有滾道，一方面可限制滾動(dòng)體沿軸向移動(dòng)，同時(shí)又能降低滾動(dòng)體與內(nèi)、外圈之間的接觸應(yīng)力。保持架把滾動(dòng)體彼此隔開，避免滾動(dòng)體相互接觸，以減低摩擦和磨損。三、滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)

11、 2.滾動(dòng)軸承的主要類型及其特點(diǎn) 按滾動(dòng)體的形狀可分為球軸承和滾子軸承。球形滾動(dòng)體與內(nèi)、外圈是點(diǎn)接觸，滾子滾動(dòng)體與內(nèi)、外圈是線接觸。 按軸承所承受載荷的方向或公稱接觸角不同，滾動(dòng)軸承可分為向心軸承和推力軸承。軸承公稱接觸角是指滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體與外圈滾道接觸點(diǎn)的法線和軸承徑向平面的夾角。3.滾動(dòng)軸承的類型選擇 （1）載荷大小、方向和性質(zhì) （2）軸承轉(zhuǎn)速 （3）自動(dòng)調(diào)心性能要求三、滾動(dòng)軸承 （4）軸承安裝尺寸要求 （5）經(jīng)濟(jì)性 （6）特殊要求 4.滾動(dòng)軸承的失效形式 滾動(dòng)軸承的失效形式主要有三種：疲勞點(diǎn)蝕、塑性變形和磨損。 5.滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算 基本概念：（1）壽命。滾動(dòng)軸承的壽命是指軸承中任何一

12、個(gè)滾動(dòng)體或內(nèi)、外圈滾道上出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕前軸承轉(zhuǎn)過(guò)的總轉(zhuǎn)數(shù)，或在一定轉(zhuǎn)速下總的工作小時(shí)數(shù)。 （2）基本額定壽命。 在國(guó)標(biāo)規(guī)定中，以基本額定壽命作為計(jì)算依據(jù)?；绢~定壽命是指一批相同的軸承，在同樣條件下工作，其中10%的軸承產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕時(shí)轉(zhuǎn)過(guò)的總轉(zhuǎn)數(shù)，或在一定轉(zhuǎn)速下總的工作小時(shí)數(shù)。 （3）額定動(dòng)載荷。 基本額定壽命為106r時(shí)軸承所能承受的載荷，稱為額定動(dòng)載荷，以“Cr”表示。軸承在額定動(dòng)載荷作用下，不發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕的可靠度是90% 。 （4）額定靜載荷。 軸承工作時(shí)，受載最大的滾動(dòng)體和內(nèi)、外圈滾道接觸處的接觸應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)的靜載荷，稱為額定靜載荷，用“COr”表示。 （5）當(dāng)量動(dòng)載荷。 實(shí)際上，軸

13、承承受的載荷往往與上述條件不同。因此，必須將實(shí)際載荷等效為一個(gè)假想載荷。這個(gè)假想載荷稱為當(dāng)量動(dòng)載荷，以“P”表示。 在實(shí)際應(yīng)用中，額定壽命常用給定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)的小時(shí)數(shù)表示。考慮到機(jī)器振動(dòng)和沖擊的影響，引入了載荷；考慮到工作溫度的影響，引入了溫度因數(shù)。 實(shí)用的壽命計(jì)算公式為： 若當(dāng)量動(dòng)載荷P與轉(zhuǎn)速n均已知，預(yù)期壽命已選定，則可根據(jù)下式選擇軸承型號(hào)。 當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算 當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算 1.單個(gè)滾動(dòng)軸承內(nèi)、外圈的軸向固定 與軸上其他零件一樣，滾動(dòng)軸承也必須進(jìn)行軸向固定，尤其是受軸向力的滾動(dòng)軸承，軸向固定更應(yīng)可靠。 2.軸系的固定 （1）兩端單向固定 兩端的軸承都靠軸肩和軸承蓋作單向固定，兩個(gè)軸承的聯(lián)合作用就能限制軸的雙向移動(dòng)。此固定方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于安裝、調(diào)整容易等。四、滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì) （2）一端固定、一端游動(dòng) 一端軸承的內(nèi)、外圈均作雙向固定，限制了軸的雙向移動(dòng)；另一端軸承外圈兩側(cè)都不固定。 兩端單向固定 一端固定、一端游動(dòng) 3.滾動(dòng)軸承組合結(jié)構(gòu)的調(diào)整 滾動(dòng)軸承組合結(jié)構(gòu)的調(diào)整包括軸承間隙的調(diào)整和軸系軸向位置的調(diào)整。 4.滾動(dòng)軸承的配合 由于滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，為了便于互換和適應(yīng)大量生產(chǎn)，選擇配合時(shí)就應(yīng)以軸承為基準(zhǔn)件，即軸承內(nèi)圈與軸頸的配合采用基孔制，軸承外圈與座孔的配合采用基軸制。 1.滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 軸承潤(rùn)滑的主要目的是減少摩擦與磨損