汽車機械基礎(chǔ)-汽車常用零件-軸課件.ppt

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導(dǎo)入 1 汽車的傳動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 掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法 考慮因素及提高軸的強度的措施 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 并傳遞運動和動力 1 按所受載荷特點分三種 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)一 軸的分類 直軸 曲軸 光軸 階梯軸 空心軸 實心軸 剛性軸 撓性軸 重點 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 機器中最常見的軸 通常簡稱為軸 工作時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 傳動軸 傳動軸 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 2 合金鋼 具有比碳鋼更好的機械性能和淬火性能 但對應(yīng)力集中比較敏感 且價格較貴 多用于對強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和好的耐磨性 對應(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 軸的結(jié)構(gòu)組成 軸結(jié)構(gòu)決定因素 結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個方面 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 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)計要點 擬定軸上零件的裝配方案原則 軸的結(jié)構(gòu)越簡單越合理 裝配越簡單 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 可見影響軸的結(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 三 設(shè)計考慮的幾個方面 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 4 軸上零件的裝拆和調(diào)整 5 提高軸疲勞強度的結(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)計的已知條件有 機器的裝配簡圖 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 必須先進行結(jié)構(gòu)設(shè)計 然后才能進行工作能力的核算 機器的裝配簡圖 結(jié)構(gòu)分析 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 一 軸上零件的布置 在進行結(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度的確定 軸不是標(biāo)準(zhǔn)零件 需要自己設(shè)計計算 開始設(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 才能對軸進行受力分析及強度計算 一般在進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計前先按純扭轉(zhuǎn)受力情況對軸的直徑進行估算 按扭轉(zhuǎn)強度計算 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)上進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 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 對于圓截面的實心軸 其抗扭強度條件為 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 如軸上有一個鍵槽 可將值增大3 5 如有兩個鍵槽可增大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 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 r min空心軸的計算公式見課本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 與滾動軸承相配合的直徑 必須符合滾動軸承的內(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)?shù)拈g隙 以防止運轉(zhuǎn)時相碰 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 07d 3 0 1d 5 mm軸環(huán)寬度 b l 4h 要求軸肩高度 滾動軸承內(nèi)圈高度 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 錯誤 5 軸承端蓋 軸承端蓋與機座間加墊片 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 提高軸的強度 剛度和減輕軸的重量的措施 1 改進軸的結(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 改善軸的強度和剛度 5 改進表面質(zhì)量提高軸的疲勞強度 五 軸的結(jié)構(gòu)工藝性 由于階梯軸接近于等強度 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) 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到預(yù)期的高度 4 螺紋退刀槽 軸上沿長度方向開有幾個鍵槽時 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 四處錯誤 正確答案 三處錯誤 正確答案 兩處錯誤 1 左側(cè)鍵太長 套筒無法裝入2 多個鍵應(yīng)位于同一母線上 軸系結(jié)構(gòu)改錯 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1 3mm 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 課后練習(xí) 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(jié)構(gòu)設(shè)計包括幾個方面的內(nèi)容 思考題 指出圖中主動軸結(jié)構(gòu)的不合理之處 并提出改進意見 試指出圖中結(jié)構(gòu)不合理的地方并改正