汽車機(jī)械基礎(chǔ)-汽車常用零件-軸ppt課件

導(dǎo)入：1、汽車的傳動(dòng)軸為什么做成同一直徑？2、變速箱上的軸為什么做成階梯形？,本章教學(xué)目標(biāo),第三章汽車常用零件項(xiàng)目一軸,1）認(rèn)識(shí)軸的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用，了解軸的材料及選用，常見失效形式；2）掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、考慮因素及提高軸的強(qiáng)度的措施；,本章內(nèi)容,第二節(jié)軸上零件的布置,第一節(jié)概述軸的分類,第四章軸,引子:軸的功用,支承其他回轉(zhuǎn)件，承受轉(zhuǎn)矩與彎矩，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。,1.按所受載荷特點(diǎn)分三種：心軸：只承受彎矩;如傳動(dòng)軸：只承受轉(zhuǎn)矩;如轉(zhuǎn)軸：同時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)矩;如,任務(wù)一.軸的分類,直軸，曲軸；光軸，階梯軸；空心軸，實(shí)心軸；剛性軸，撓性軸。重點(diǎn)：階梯軸,例汽車軸,2.按軸的結(jié)構(gòu)形狀分：,階梯軸,曲軸：,撓性鋼絲軸,轉(zhuǎn)軸：機(jī)器中最常見的軸，通常簡(jiǎn)稱為軸。工作時(shí)既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩。,例：減速器中的軸,心軸：用來支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件，只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩。,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,傳動(dòng)軸：主要用于傳遞轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩，或所承受的彎矩很小的軸。,例：汽車中聯(lián)接變速箱與后橋之間的軸。,傳動(dòng)軸,傳動(dòng)軸：,二、軸的材料,軸的功用，主要承受彎矩和扭矩。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(shí)，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。,1、碳素鋼：,碳素鋼比合金鋼價(jià)格低廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，可通過熱處理改善其綜合性能，加工工藝性好，故應(yīng)用最廣；一般用途的軸，多用含碳量為0.250.5%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼，尤其是45號(hào)鋼。對(duì)于不重要或受力較小的軸也可用Q235、Q275等碳素結(jié)構(gòu)鋼。,2、合金鋼：,具有比碳鋼更好的機(jī)械性能和淬火性能，但對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，且價(jià)格較貴；多用于對(duì)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。,3、球墨鑄鐵,球墨鑄鐵吸振性和耐磨性好，對(duì)應(yīng)力集中敏感低，價(jià)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(duì)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，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(duì)應(yīng)力集中的敏感性也較低。,軸的材料及選擇,任務(wù)二軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),軸的結(jié)構(gòu)組成；軸結(jié)構(gòu)決定因素；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)方面。,軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)要求：軸和軸上零件要有準(zhǔn)確、牢固的工作位置軸上零件裝拆、調(diào)整方便軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等盡量避免應(yīng)力集中設(shè)計(jì)要點(diǎn):擬定軸上零件的裝配方案原則：軸的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單越合理裝配越簡(jiǎn)單、方便越合理軸上零件的定位,固定及位置調(diào)整,一.軸的結(jié)構(gòu)組成,軸頭：與傳動(dòng)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）,二.軸結(jié)構(gòu)影響、決定因素,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(jì)軸時(shí)要全面綜合的考慮各種因素。,三.設(shè)計(jì)考慮的幾個(gè)方面,1、軸上零件的布置；2、軸徑估算、各軸段直徑、長(zhǎng)度的確定；3、軸上零件的定位和固定；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。,一般結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的已知條件有：,機(jī)器的裝配簡(jiǎn)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(jì)區(qū)別于其它零件設(shè)計(jì)過程的顯著特點(diǎn)是：必須先進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后才能進(jìn)行工作能力的核算。,機(jī)器的裝配簡(jiǎn)圖,結(jié)構(gòu)分析,軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),(一)軸上零件的布置,在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)按傳動(dòng)簡(jiǎn)圖上所給出的各主要零件的相互位置關(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(shí)際設(shè)計(jì)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。,圖4-7汽車變速器輸出軸的零件分布,(二)軸的基本直徑的估算及各段直徑和長(zhǎng)度的確定：,軸不是標(biāo)準(zhǔn)零件,需要自己設(shè)計(jì)計(jì)算。開始設(shè)計(jì)軸時(shí)，通常還不知道軸上零件的位置及支點(diǎn)情況，無法確定軸的受力情況，只有待軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本完成后，才能對(duì)軸進(jìn)行受力分析及強(qiáng)度計(jì)算；一般在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前先按純扭轉(zhuǎn)受力情況對(duì)軸的直徑進(jìn)行估算；按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算：這種計(jì)算方法主要應(yīng)用于傳動(dòng)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(jì)。,1.軸的基本直徑的估算,設(shè)軸在轉(zhuǎn)矩T的作用下，產(chǎn)生剪應(yīng)力。對(duì)于圓截面的實(shí)心軸，其抗扭強(qiáng)度條件為：,估算直徑：,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(gè)鍵槽，可將值增大3%5%，如有兩個(gè)鍵槽可增大7%10%。,上式中,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：NmmWp-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:r/min空心軸的計(jì)算公式見課本P121式3-2,上式中：,軸直徑估算,空心軸直徑估算公式為：見課本P?式4-2,幾種常用軸材料的許用切應(yīng)力及A值,2.確定各段軸的直徑和長(zhǎng)度,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。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；根據(jù)軸上零件的軸向尺寸、各零件的相互位置關(guān)系以及零件裝配所需的裝配和調(diào)整空間，確定軸的各段長(zhǎng)度。,需要注意的問題：,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(dòng)軸承相配合的直徑，必須符合滾動(dòng)軸承的內(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)。,5）軸上與零件相配合部分的軸段長(zhǎng)度，應(yīng)比輪轂長(zhǎng)度短23mm，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)?shù)拈g隙，以防止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)相碰。,需要注意的問題：,(三)軸上零件的定位和固定,為了傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，保證機(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(duì)運(yùn)動(dòng)。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小；零件的定位分：軸向定位、周向定位。,1.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(jìn)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r軸R孔或r軸C孔,錯(cuò)誤,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：h=（0.07d3）（0.1d5）mm軸環(huán)寬度：bl.4h,要求軸肩高度滾動(dòng)軸承內(nèi)圈高度,錯(cuò)誤,正確,2）套筒,3）軸用圓螺母,特點(diǎn)：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。應(yīng)用：常用于軸的中部和端部,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(shí)，為保證軸向定位可靠，要求L軸L轂,正確,正確,錯(cuò)誤,5）軸承端蓋,軸承端蓋與機(jī)座間加墊片，以調(diào)整軸的位置,6）彈性擋圈,8）其它固定形式,7）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(chǎng)合。,錐形面或過盈配合聯(lián)接,2.零件的周向定位,1）鍵,2）花鍵,3）緊定螺釘、銷,4）過盈配合,(四)提高軸的強(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)力集中,2、合理布置軸上零件以減少軸的載荷,3、改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)，減小軸的載荷,4、選擇受力方式以減小軸的載荷，改善軸的強(qiáng)度和剛度,5、改進(jìn)表面質(zhì)量提高軸的疲勞強(qiáng)度,(五)軸的結(jié)構(gòu)工藝性,由于階梯軸接近于等強(qiáng)度，而且便于加工和軸上零件的定位和拆裝，所以實(shí)際上的軸多為階梯形.,1、關(guān)于軸的形狀：階梯軸,2、關(guān)于軸的有關(guān)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，一般取為510MM。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(shí)，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)。,3.軸的結(jié)構(gòu)工藝性,1）軸肩圓角r2）軸端倒角3）砂輪越程槽4）螺紋退刀槽,5）同一軸上鍵槽位于圓柱同一母線上，且取相同尺寸,同一根軸上所有圓角半徑和倒角的大小應(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,1)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應(yīng)有45的倒角。,2)軸端倒角,軸上磨削的軸段應(yīng)設(shè)有砂輪越程槽，以便磨削時(shí)砂輪可以磨削到軸肩的端部。,3)砂輪越程槽,軸上車螺紋的軸段應(yīng)設(shè)有螺紋退刀槽，以保證螺紋牙均能達(dá)到預(yù)期的高度。,4)螺紋退刀槽,軸上沿長(zhǎng)度方向開有幾個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)將鍵槽安排在軸的同一母線上。,5)鍵槽,軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò),四處錯(cuò)誤,正確答案,三處錯(cuò)誤,正確答案,兩處錯(cuò)誤,1.左側(cè)鍵太長(zhǎng)，套筒無法裝入2.多個(gè)鍵應(yīng)位于同一母線上,軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò),(六)軸上的零件裝拆和調(diào)整,為了能夠順利地裝拆軸上零件，軸的結(jié)構(gòu)多半設(shè)計(jì)成中間粗兩端逐漸細(xì)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(yīng)小于軸承內(nèi)圈厚度，以便拆卸。,例:汽車軸(某汽車型號(hào)),課后