汽车机械基础汽车常用零件轴课件
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• 1、汽车的传动轴为什么做成同一直径？
• 2、变速箱上的轴为什么做成阶梯形？
第三章 汽车常用零件 项目一 轴
本章教学目标
1）认识轴的类型、结构特点及应用，了 解轴的材料及选用，常见失效形式； 2）掌握轴的结构设计方法、考虑因素及 提高轴的强度的措施；
第四章 轴
本章内容
第一节 概述 轴的分类 第二节 轴上零件的布置
阶梯轴
曲轴：
挠性钢丝轴
转轴：机 器中最常 见的轴， 通常简称 为轴。 工作时既 承受弯矩 又承受转 矩。
例：减速器中的轴
心轴： 用来支承转动零件，只承受弯矩而不传递转 矩。
例：车辆轴和滑轮轴，图中为自行车的前轮轴。
自行车的前轮轴
传动轴：主要用于传递转矩而不承受弯 矩， 或所承受的弯矩很小的轴。
例：汽车中 联接变速箱 与后桥之间 的轴。
传动轴
传动轴：
二、轴的材料
• 轴的功用，主要承受弯矩和扭矩。 • 轴的失效形式是疲劳断裂，应具有足够的强度、
韧性和耐磨性。 • 轴的常用材料是：碳素钢和合金钢等。 • 在一般工作温度下，各种碳钢和合金钢的弹性模
量相差不大，故在选择钢的种类和热处理方法时， 所依据的主要是强度和耐磨性，而不是轴的弯曲 刚度和扭转刚度等。
（轴的结构图）
轴端
轴头
轴颈 轴身 轴头
二.轴结构影响、决定因素
➢ 轴的毛坯种类； ➢ 轴上作用力的大小及其分布情况； ➢ 轴上零件的位置、配合性质及其联
接固定的方法； ➢ 轴承的类型、尺寸和位置； ➢ 轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要
求。可见影响轴的结构与尺寸的因素很多， 设计轴时要全面综合的考虑各种因素。
对应力集中比较敏感，且价格较贵；
➢ 多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。如 20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳淬火处 理后可提高耐磨性；
➢ 20CrMoV、38CrMoAl等合金钢，有良好的高温 机械性能，常用于在高温、高速和重载条件下 工作的轴。
3、球墨铸铁
• 球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感 低，价格低廉，使用铸造制成外形复杂的轴。 例如：内燃机中的曲轴。
1、碳素钢：
碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感 性低，可通过热处理改善其综合性能，加工工 艺性好，故应用最广；
一般用途的轴，多用含碳量为0.25～0.5%的优 质碳素钢，尤其是45号钢。
对于不重要或受力较小的轴也可用Q235、 Q275 等碳素结构钢。
2、合金钢：
➢ 具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但
• 在实际设计过程中，往往拟订几种不同的装配 方案进行比较，从中选出一种最佳方案。
图4-7 汽车变速器输出轴的零件分布
(二)轴的基本直径的估算及各段直 径和长度的确定：
➢ 轴不是标准零件,需要自己设计计算。 ➢ 开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的位置及
支点情况，无法确定轴的受力情况，只有待轴的 结构设计基本完成后，才能对轴进行受力分析及 强度计算；
上式中：
• 上式中,[τ]许用扭转切应力: MPa • T--轴传递的转矩，也是轴承受的扭矩：N·mm • Wp--轴的抗扭截面系数: Wp =0.2d3mm3 • P--轴传递的功率: kw • d--轴的直径: mm • n--轴的转速: r/min • 空心轴的计算公式见课本P121式3-2
• 对于形状复杂的轴，如曲轴、凸轮轴等，也采 用球墨铸铁或高强度铸造材料来进行铸造加工， 易于得到所需形状，而且具有较好的吸振性能 和好的耐磨性，对应力集中的敏感性也较低。
轴的材料及选择
任务二 轴的结构设计
轴的结构设计
➢轴的结构组成； ➢轴结构决定因素； ➢结构设计的几个方面。
结构要求： ①轴和轴上零件要有准确、牢固的
轴直径估算
空心轴直径估算公式为：见课本P?式4-2
几种常用轴材料的许用切应力[т]及A值
轴的材料
Q235A, 20钢
[т]/MPa 15~25
A
149~126
35钢
20~35 135~112
45钢
25~45 126~103
40Cr,35Si Mn,40Mn B,38SiMn Mo,20Cr MnTi
三.设计考虑的几个方面
1、轴上零件的布置； 2、轴径估算、各轴段直径、长度的确定； 3、轴上零件的定位和固定； 4、轴上零件的装拆和调整； 5、提高轴疲劳强度的结构措施； 6、制造工艺要求； 7、材料选择。
一般结构设计的已知条件有：
• 机器的装配简图； • 轴的转速； • 传递的功率； • 轴上零件的主要参数和尺寸等。
➢ 一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转受力情况 对轴的直径进行估算；
➢ 按扭转强度计算：这种计算方法主要应用于传动 轴，也可以初步估算轴的最小直径，在此基础上 进行轴的结构设计。
1.轴的基本直径的估算
• 设轴在转矩T的作用下，产生剪应力τ。对于圆 截面的实心轴，其抗扭强度条件为：
pபைடு நூலகம்
估算直径：
A
由上式求出的直径值，需圆整成标准直径，并作为轴的最 小直径。如轴上有一个键槽，可将值增大3%—5%，如有两 个键槽可增大7%—10%。
引子: 轴的功用
支承其他回转件，承受转矩与弯矩，并传 递运动和动力。
任务 一.轴的分类
1.按所受载荷特点分三种： 心轴： 只承受弯矩;如 传动轴：只承受转矩;如 转轴：同时承受弯矩和转矩;如
2.按轴的结构形状分：
直轴，曲轴； 光轴，阶梯轴； 空心轴，实心轴； 刚性轴，挠性轴。
重点：阶梯轴
例汽车轴
轴的设计区别于其它零件设计过程的显著特点是： 必须先进行结构设计，然后才能进行工作能力 的核算。
机器的装配简图
轴的结构设计 —— 结构分析
轴颈
轴头
轴身
(一)轴上零件的布置
• 在进行结构设计时，首先应按传动简图上所给 出的各主要零件的相互位置关系拟订轴上零件 的装配方案；
• 轴上零件的装配方案不同，轴的结构形状也 不同；
工作位置 ②轴上零件装拆、调整方便 ③轴应具有良好的制造工艺性等 ④尽量避免应力集中
设计要点: ①拟定轴上零件的装配方案
原则： ①轴的结构越简单越合理 ②装配越简单、方便越合理 ③轴上零件的定位,固定及位置调整
一.轴的结构组成
•轴头：与传动零件或联轴器、离合器相配部分； •轴颈：与轴承相配部分 •轴身：联接轴头和轴颈之间部分；
• 1、汽车的传动轴为什么做成同一直径？
• 2、变速箱上的轴为什么做成阶梯形？
第三章 汽车常用零件 项目一 轴
本章教学目标
1）认识轴的类型、结构特点及应用，了 解轴的材料及选用，常见失效形式； 2）掌握轴的结构设计方法、考虑因素及 提高轴的强度的措施；
第四章 轴
本章内容
第一节 概述 轴的分类 第二节 轴上零件的布置
阶梯轴
曲轴：
挠性钢丝轴
转轴：机 器中最常 见的轴， 通常简称 为轴。 工作时既 承受弯矩 又承受转 矩。
例：减速器中的轴
心轴： 用来支承转动零件，只承受弯矩而不传递转 矩。
例：车辆轴和滑轮轴，图中为自行车的前轮轴。
自行车的前轮轴
传动轴：主要用于传递转矩而不承受弯 矩， 或所承受的弯矩很小的轴。
例：汽车中 联接变速箱 与后桥之间 的轴。
传动轴
传动轴：
二、轴的材料
• 轴的功用，主要承受弯矩和扭矩。 • 轴的失效形式是疲劳断裂，应具有足够的强度、
韧性和耐磨性。 • 轴的常用材料是：碳素钢和合金钢等。 • 在一般工作温度下，各种碳钢和合金钢的弹性模
量相差不大，故在选择钢的种类和热处理方法时， 所依据的主要是强度和耐磨性，而不是轴的弯曲 刚度和扭转刚度等。
（轴的结构图）
轴端
轴头
轴颈 轴身 轴头
二.轴结构影响、决定因素
➢ 轴的毛坯种类； ➢ 轴上作用力的大小及其分布情况； ➢ 轴上零件的位置、配合性质及其联
接固定的方法； ➢ 轴承的类型、尺寸和位置； ➢ 轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要
求。可见影响轴的结构与尺寸的因素很多， 设计轴时要全面综合的考虑各种因素。
对应力集中比较敏感，且价格较贵；
➢ 多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。如 20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳淬火处 理后可提高耐磨性；
➢ 20CrMoV、38CrMoAl等合金钢，有良好的高温 机械性能，常用于在高温、高速和重载条件下 工作的轴。
3、球墨铸铁
• 球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感 低，价格低廉，使用铸造制成外形复杂的轴。 例如：内燃机中的曲轴。
1、碳素钢：
碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感 性低，可通过热处理改善其综合性能，加工工 艺性好，故应用最广；
一般用途的轴，多用含碳量为0.25～0.5%的优 质碳素钢，尤其是45号钢。
对于不重要或受力较小的轴也可用Q235、 Q275 等碳素结构钢。
2、合金钢：
➢ 具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但
• 在实际设计过程中，往往拟订几种不同的装配 方案进行比较，从中选出一种最佳方案。
图4-7 汽车变速器输出轴的零件分布
(二)轴的基本直径的估算及各段直 径和长度的确定：
➢ 轴不是标准零件,需要自己设计计算。 ➢ 开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的位置及
支点情况，无法确定轴的受力情况，只有待轴的 结构设计基本完成后，才能对轴进行受力分析及 强度计算；
上式中：
• 上式中,[τ]许用扭转切应力: MPa • T--轴传递的转矩，也是轴承受的扭矩：N·mm • Wp--轴的抗扭截面系数: Wp =0.2d3mm3 • P--轴传递的功率: kw • d--轴的直径: mm • n--轴的转速: r/min • 空心轴的计算公式见课本P121式3-2
• 对于形状复杂的轴，如曲轴、凸轮轴等，也采 用球墨铸铁或高强度铸造材料来进行铸造加工， 易于得到所需形状，而且具有较好的吸振性能 和好的耐磨性，对应力集中的敏感性也较低。
轴的材料及选择
任务二 轴的结构设计
轴的结构设计
➢轴的结构组成； ➢轴结构决定因素； ➢结构设计的几个方面。
结构要求： ①轴和轴上零件要有准确、牢固的
轴直径估算
空心轴直径估算公式为：见课本P?式4-2
几种常用轴材料的许用切应力[т]及A值
轴的材料
Q235A, 20钢
[т]/MPa 15~25
A
149~126
35钢
20~35 135~112
45钢
25~45 126~103
40Cr,35Si Mn,40Mn B,38SiMn Mo,20Cr MnTi
三.设计考虑的几个方面
1、轴上零件的布置； 2、轴径估算、各轴段直径、长度的确定； 3、轴上零件的定位和固定； 4、轴上零件的装拆和调整； 5、提高轴疲劳强度的结构措施； 6、制造工艺要求； 7、材料选择。
一般结构设计的已知条件有：
• 机器的装配简图； • 轴的转速； • 传递的功率； • 轴上零件的主要参数和尺寸等。
➢ 一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转受力情况 对轴的直径进行估算；
➢ 按扭转强度计算：这种计算方法主要应用于传动 轴，也可以初步估算轴的最小直径，在此基础上 进行轴的结构设计。
1.轴的基本直径的估算
• 设轴在转矩T的作用下，产生剪应力τ。对于圆 截面的实心轴，其抗扭强度条件为：
pபைடு நூலகம்
估算直径：
A
由上式求出的直径值，需圆整成标准直径，并作为轴的最 小直径。如轴上有一个键槽，可将值增大3%—5%，如有两 个键槽可增大7%—10%。
引子: 轴的功用
支承其他回转件，承受转矩与弯矩，并传 递运动和动力。
任务 一.轴的分类
1.按所受载荷特点分三种： 心轴： 只承受弯矩;如 传动轴：只承受转矩;如 转轴：同时承受弯矩和转矩;如
2.按轴的结构形状分：
直轴，曲轴； 光轴，阶梯轴； 空心轴，实心轴； 刚性轴，挠性轴。
重点：阶梯轴
例汽车轴
轴的设计区别于其它零件设计过程的显著特点是： 必须先进行结构设计，然后才能进行工作能力 的核算。
机器的装配简图
轴的结构设计 —— 结构分析
轴颈
轴头
轴身
(一)轴上零件的布置
• 在进行结构设计时，首先应按传动简图上所给 出的各主要零件的相互位置关系拟订轴上零件 的装配方案；
• 轴上零件的装配方案不同，轴的结构形状也 不同；
工作位置 ②轴上零件装拆、调整方便 ③轴应具有良好的制造工艺性等 ④尽量避免应力集中
设计要点: ①拟定轴上零件的装配方案
原则： ①轴的结构越简单越合理 ②装配越简单、方便越合理 ③轴上零件的定位,固定及位置调整
一.轴的结构组成
•轴头：与传动零件或联轴器、离合器相配部分； •轴颈：与轴承相配部分 •轴身：联接轴头和轴颈之间部分；