汽車機(jī)械基礎(chǔ)-汽車常用零件-軸課件教學(xué)內(nèi)容

導(dǎo)入：1、汽車的傳動軸為什么做成同一(tóngyī)直徑？2、變速箱上的軸為什么做成階梯形？第四章軸第一頁，共67頁。本章(běnzhānɡ)教學(xué)目標(biāo)第三章汽車常用零件(línɡjiàn)項目一軸1）認(rèn)識軸的類型、結(jié)構(gòu)特點及應(yīng)用，了解軸的材料及選用，常見失效形式；2）掌握(zhǎngwò)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、考慮因素及提高軸的強(qiáng)度的措施；第四章軸第二頁，共67頁。本章(běnzhānɡ)內(nèi)容第二節(jié)軸上零件(línɡjiàn)的布置第一節(jié)概述(ɡàishù)軸的分類第四章軸第四章軸第三頁，共67頁。第四章軸第四頁，共67頁。引子(yǐnzi):軸的功用支承其他回轉(zhuǎn)件，承受轉(zhuǎn)矩與彎矩，并傳遞運動(yùndòng)和動力。第四章軸第五頁，共67頁。1.按所受載荷特點(tèdiǎn)分三種：心軸：只承受彎矩;如傳動軸：只承受轉(zhuǎn)矩;如轉(zhuǎn)軸：同時承受彎矩和轉(zhuǎn)矩;如任務(wù)(rènwu)一.軸的分類第四章軸第六頁，共67頁。直軸，曲軸；光軸，階梯軸；空心軸，實心軸；剛性(ɡānɡxìnɡ)軸，撓性軸。重點：階梯軸例汽車(qìchē)軸2.按軸的結(jié)構(gòu)(jiégòu)形狀分：第四章軸第七頁，共67頁。階梯(jiētī)軸第四章軸第八頁，共67頁。曲軸(qūzhóu)：第四章軸第九頁，共67頁。撓性鋼絲(ɡānɡsī)軸第四章軸第十頁，共67頁。轉(zhuǎn)軸：機(jī)器中最常見的軸，通常簡稱(jiǎnchēng)為軸。工作時既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩。例：減速器中的軸第四章軸第十一頁，共67頁。心軸：用來支承(zhīchénɡ)轉(zhuǎn)動零件，只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩。例：車輛(chēliàng)軸和滑輪軸，圖中為自行車的前輪軸。第四章軸第十二頁，共67頁。自行車的前輪軸(lúnzhóu)第四章軸第十三頁，共67頁。傳動軸：主要用于傳遞(chuándì)轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩，或所承受的彎矩很小的軸。例：汽車(qìchē)中聯(lián)接變速箱與后橋之間的軸。傳動軸第四章軸第十四頁，共67頁。傳動軸：第四章軸第十五頁，共67頁。二、軸的材料(cáiliào)軸的功用，主要承受(chéngshòu)彎矩和扭矩。軸的失效形式是疲勞斷裂，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。軸的常用材料是：碳素鋼和合金鋼等。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，所依據(jù)的主要是強(qiáng)度和耐磨性，而不是軸的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度等。第四章軸第十六頁，共67頁。1、碳素鋼：碳素鋼比合金鋼價格低廉，對應(yīng)力集中的敏感性低，可通過熱處理改善其綜合性能，加工(jiāgōng)工藝性好，故應(yīng)用最廣；一般用途的軸，多用含碳量為0.25～0.5%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼，尤其是45號鋼。對于不重要或受力較小的軸也可用Q235、Q275等碳素結(jié)構(gòu)鋼。第四章軸第十七頁，共67頁。2、合金鋼：具有比碳鋼更好的機(jī)械性能和淬火性能，但對應(yīng)力集中比較敏感(mǐngǎn)，且價格較貴；多用于對強(qiáng)度和耐磨性有特殊要求的軸。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金鋼，經(jīng)滲碳淬火處理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl等合金鋼，有良好的高溫機(jī)械性能，常用于在高溫、高速和重載條件下工作的軸。第四章軸第十八頁，共67頁。3、球墨鑄鐵(qiúmò-zhùtiě)球墨鑄鐵吸振性和耐磨性好，對應(yīng)力集中敏感低，價格低廉，使用鑄造制成外形復(fù)雜的軸。例如：內(nèi)燃機(jī)中的曲軸。對于形狀復(fù)雜的軸，如曲軸、凸輪軸等，也采用球墨鑄鐵或高強(qiáng)度鑄造材料來進(jìn)行鑄造加工(jiāgōng)，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(yīng)力集中的敏感性也較低。

第四章軸第十九頁，共67頁。軸的材料(cáiliào)及選擇第四章軸第二十頁，共67頁。任務(wù)(rènwu)二軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計第四章軸第二十一頁，共67頁。軸的結(jié)構(gòu)組成；軸結(jié)構(gòu)決定因素；結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個(jǐɡè)方面。

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計第四章軸第二十二頁，共67頁。結(jié)構(gòu)要求：①軸和軸上零件要有準(zhǔn)確、牢固的工作位置②軸上零件裝拆、調(diào)整(tiáozhěng)方便③軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等④盡量避免應(yīng)力集中設(shè)計要點:①擬定軸上零件的裝配方案

原則：①軸的結(jié)構(gòu)越簡單越合理②裝配越簡單、方便越合理③軸上零件的定位,固定及位置調(diào)整(tiáozhěng)第四章軸第二十三頁，共67頁。一.軸的結(jié)構(gòu)(jiégòu)組成軸頭：與傳動(chuándòng)零件或聯(lián)軸器、離合器相配部分；軸頸：與軸承相配部分軸身：聯(lián)接軸頭和軸頸之間部分；

（軸的結(jié)構(gòu)圖）軸端軸頭軸頸軸頭軸身第四章軸第二十四頁，共67頁。二.軸結(jié)構(gòu)影響、決定(juédìng)因素軸的毛坯種類；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(zhì)及其聯(lián)接固定的方法；軸承的類型、尺寸和位置；軸的加工方法、裝配方法以及其他(qítā)特殊要求?？梢娪绊戄S的結(jié)構(gòu)與尺寸的因素很多，設(shè)計軸時要全面綜合的考慮各種因素。第四章軸第二十五頁，共67頁。三.設(shè)計(shèjì)考慮的幾個方面1、軸上零件的布置；2、軸徑估算、各軸段直徑、長度的確定；3、軸上零件的定位和固定(gùdìng)；4、軸上零件的裝拆和調(diào)整；5、提高軸疲勞強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施；6、制造工藝要求；7、材料選擇。第四章軸第二十六頁，共67頁。一般(yībān)結(jié)構(gòu)設(shè)計的已知條件有：機(jī)器的裝配簡圖；軸的轉(zhuǎn)速；傳遞的功率；軸上零件的主要參數(shù)和尺寸等。軸的設(shè)計區(qū)別于其它零件設(shè)計過程的顯著特點是：必須先進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，然后才能(cáinéng)進(jìn)行工作能力的核算。第四章軸第二十七頁，共67頁。機(jī)器(jīqì)的裝配簡圖第四章軸第二十八頁，共67頁?！Y(jié)構(gòu)(jiégòu)分析軸頸軸頭軸身軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計第四章軸第二十九頁，共67頁。(一)軸上零件(línɡjiàn)的布置在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，首先應(yīng)按傳動簡圖上所給出的各主要零件的相互位置(wèizhi)關(guān)系擬訂軸上零件的裝配方案；軸上零件的裝配方案不同，軸的結(jié)構(gòu)形狀也不同；在實際設(shè)計過程中，往往擬訂幾種不同的裝配方案進(jìn)行比較，從中選出一種最佳方案。第四章軸第三十頁，共67頁。圖4-7汽車變速器輸出軸的零件(línɡjiàn)分布第四章軸第三十一頁，共67頁。(二)軸的基本直徑的估算及各段直徑和長度(chángdù)的確定：軸不是標(biāo)準(zhǔn)零件,需要自己設(shè)計計算。開始(kāishǐ)設(shè)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，只有待軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本完成后，才能對軸進(jìn)行受力分析及強(qiáng)度計算；一般在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計前先按純扭轉(zhuǎn)受力情況對軸的直徑進(jìn)行估算；按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算：這種計算方法主要應(yīng)用于傳動軸，也可以初步估算軸的最小直徑，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。第四章軸第三十二頁，共67頁。1.軸的基本(jīběn)直徑的估算設(shè)軸在轉(zhuǎn)矩T的作用下，產(chǎn)生(chǎnshēng)剪應(yīng)力τ。對于圓截面的實心軸，其抗扭強(qiáng)度條件為：p估算(ɡūsuàn)直徑：A由上式求出的直徑值，需圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑，并作為軸的最小直徑。如軸上有一個鍵槽，可將值增大3%—5%，如有兩個鍵槽可增大7%—10%。第四章軸第三十三頁，共67頁。上式中,[τ]許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力:MPaT--軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，也是軸承受的扭矩：N·mmWp--軸的抗扭截面系數(shù):Wp=0.2d3mm3P--軸傳遞的功率:kwd--軸的直徑:mmn--軸的轉(zhuǎn)速(zhuànsù):r/min空心軸的計算公式見課本P121式3-2上式中：第四章軸第三十四頁，共67頁。軸直徑(zhíjìng)估算空心(kōngxīn)軸直徑估算公式為：見課本P?式4-2幾種常用(chánɡyònɡ)軸材料的許用切應(yīng)力[т]及A值軸的材料Q235A,20鋼35鋼45鋼40Cr,35SiMn,40MnB,38SiMnMo,20CrMnTi[т]/MPa15~2520~3525~4535~55A149~126135~112126~103112~97第四章軸第三十五頁，共67頁。2.確定(quèdìng)各段軸的直徑和長度軸上零件的裝配(zhuāngpèi)方案和定位方法確定之后，軸的基本形狀就確定下來了。軸的最小直徑確定后，可按軸上零件的裝配(zhuāngpèi)方案和定位要求，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(guān)系以及零件裝配(zhuāngpèi)所需的裝配(zhuāngpèi)和調(diào)整空間，確定軸的各段長度。第四章軸第三十六頁，共67頁。需要(xūyào)注意的問題：1）軸上與標(biāo)準(zhǔn)零件相配合的直徑應(yīng)取為標(biāo)準(zhǔn)值，非配合軸段允許為非標(biāo)準(zhǔn)值，但最好取為整數(shù)；2）與滾動軸承(gǔndòngzhóuchéng)相配合的直徑，必須符合滾動軸承(gǔndòngzhóuchéng)的內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)；3）安裝聯(lián)軸器的軸徑應(yīng)與聯(lián)軸器的孔徑范圍相適應(yīng)；4）軸上的螺紋直徑應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)。第四章軸第三十七頁，共67頁。5）軸上與零件相配合部分的軸段長度，應(yīng)比輪轂長度短2—3mm，以保證零件軸向定位可靠。6）若在軸上裝要滑移的零件，應(yīng)該考慮零件的滑移距離。7）軸上各零件之間應(yīng)該留有適當(dāng)(shìdàng)的間隙，以防止運轉(zhuǎn)時相碰。需要注意(zhùyì)的問題：第四章軸第三十八頁，共67頁。(三)軸上零件的定位(dìngwèi)和固定為了傳遞運動和動力，保證(bǎozhèng)機(jī)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；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?。涣慵亩ㄎ环郑狠S向定位、周向定位。第四章軸第三十九頁，共67頁。1.軸上零件的軸向定位(dìngwèi)和固定軸向定位和固定是指將軸上的零件沿軸線方向(fāngxiàng)進(jìn)行定位和固定。常用方式(fāngshì)：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。第四章軸第四十頁，共67頁。第四章軸第四十一頁，共67頁。零件(línɡjiàn)的軸向定位

1）軸肩和軸環(huán):要求r軸<R孔或r軸<C孔

錯誤正確為了使軸上零件的端面能與軸肩緊貼(jǐntiē)，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(jǐntiē)。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(chǐcun)：h=（0.07d＋3）—（0.1d＋5）mm軸環(huán)寬度：b≈l.4h第四章軸第四十二頁，共67頁。要求軸肩高度(gāodù)<滾動軸承內(nèi)圈高度(gāodù)錯誤

正確2）套筒3）軸用圓螺母

特點：定位可靠，裝拆方便，可承受較大的軸向力由于切制螺紋使軸的疲勞強(qiáng)度下降(xiàjiàng)。應(yīng)用：常用于軸的中部和端部第四章軸第四十三頁，共67頁。4）軸端擋圈當(dāng)用軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺母、軸端擋圈進(jìn)行零件的軸向定位時，為保證軸向定位可靠(kěkào)，要求L軸<L轂正確(zhèngquè)正確(zhèngquè)錯誤

第四章軸第四十四頁，共67頁。5）軸承(zhóuchéng)端蓋軸承(zhóuchéng)端蓋與機(jī)座間加墊片，以調(diào)整軸的位置6）彈性(tánxìng)擋圈第四章軸第四十五頁，共67頁。8）其它固定(gùdìng)形式7）鎖緊擋圈、緊定螺釘(luódīng)或銷這兩種固定的方法，常用于軸向力較小的場合。錐形面或過盈配合(pèihé)聯(lián)接第四章軸第四十六頁，共67頁。2.零件(línɡjiàn)的周向定位1）鍵2）花鍵3）緊定螺釘、銷4）過盈配合第四章軸第四十七頁，共67頁。(四)提高(tígāo)軸的強(qiáng)度、剛度和減輕軸的重量的措施1、改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)力(yìnglì)集中第四章軸第四十八頁，共67頁。2、合理布置(bùzhì)軸上零件以減少軸的載荷3、改進(jìn)(gǎijìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)，減小軸的載荷第四章軸第四十九頁，共67頁。4、選擇受力方式以減小軸的載荷，改善(gǎishàn)軸的強(qiáng)度和剛度第四章軸第五十頁，共67頁。5、改進(jìn)(gǎijìn)表面質(zhì)量提高軸的疲勞強(qiáng)度第四章軸第五十一頁，共67頁。(五)軸的結(jié)構(gòu)(jiégòu)工藝性由于(yóuyú)階梯軸接近于等強(qiáng)度，而且便于加工和軸上零件的定位和拆裝，所以實際上的軸多為階梯形.1、關(guān)于(guānyú)軸的形狀：階梯軸第四章軸第五十二頁，共67頁。2、關(guān)于軸的有關(guān)(yǒuguān)尺寸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(yībān)取為5~10MM。為了便于切削加工，一根軸上的圓角應(yīng)盡可能取相同的半徑；退刀槽取相同的寬度；倒角尺寸相同；若需開鍵槽的軸段直徑相差不大時，應(yīng)盡可能采用相同寬度的鍵槽（如圖），一根軸上各鍵槽應(yīng)開在同一母線上，以減少換刀次數(shù)。第四章軸第五十三頁，共67頁。第四章軸第五十四頁，共67頁。3.軸的結(jié)構(gòu)(jiégòu)工藝性1）軸肩圓角r2）軸端倒角3）砂輪(shālún)越程槽4）螺紋退刀槽

5）同一軸上鍵槽位于圓柱同一母線上，且取相同(xiānɡtónɡ)尺寸第四章軸第五十五頁，共67頁。同一根軸上所有圓角半徑和倒角的大小(dàxiǎo)應(yīng)盡可能一致，以減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù)。為便于加工定位，軸的兩端面上應(yīng)做出中心孔。完畢(wánbì)1)圓角半徑(bànjìng)和倒角第四章軸第五十六頁，共67頁。為使軸上零件(línɡjiàn)容易裝拆，軸端和各軸段端部都應(yīng)有45°的倒角。2)軸端倒角第四章軸第五十七頁，共67頁。軸上磨削(móxiāo)的軸段應(yīng)設(shè)有砂輪越程槽，以便磨削(móxiāo)時砂輪可以磨削(móxiāo)到軸肩的端部。3)砂輪(shālún)越程槽第四章軸第五十八頁，共67頁。軸上車螺紋的軸段應(yīng)設(shè)有螺紋退刀槽，以保證(bǎozh