轴系类零件.pptx

汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础单元五单元五轴系零部件轴系零部件一、轴一、轴二、轴承二、轴承汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础课题一课题一 轴轴学习目标：学习目标：1.1.了解了解轴的分类轴的分类、选材选材、轴毂连接轴毂连接的类的类型和选用。型和选用。2.2.了解轴的强度计算。了解轴的强度计算。3.3.掌握掌握轴的结构设计轴的结构设计。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础轴轴是组成机器的重要零件之一。轴的是组成机器的重要零件之一。轴的主要主要功用功用是支承旋转零件（例如齿轮、蜗是支承旋转零件（例如齿轮、蜗轮等）、传递运动和动力。轮等）、传递运动和动力。轴的分类：轴的分类：按轴承受的载荷不同按轴承受的载荷不同,可将轴分为可将轴分为转转轴，心轴和轴，心轴和传动轴传动轴三种。三种。一、轴的分类及材料一、轴的分类及材料汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础轴端轴头轴颈轴头轴肩轴轴汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础1.1.传动轴：传动轴：只传递转矩而不承受弯矩，如只传递转矩而不承受弯矩，如汽车中联接变速箱与后桥之间的轴汽车中联接变速箱与后桥之间的轴 。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础2.2.转轴：转轴：工作时既承受弯矩又承受转矩工作时既承受弯矩又承受转矩的轴。如减速器中的轴。的轴。如减速器中的轴。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础3.3.心轴心轴:工作时仅承受弯矩而不传递转矩。工作时仅承受弯矩而不传递转矩。心轴按是否转动又可以分为转动心轴（火心轴按是否转动又可以分为转动心轴（火车轮轴）和固定心轴（自行车前轮轴）。车轮轴）和固定心轴（自行车前轮轴）。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础此外，按轴线几何形状不同，轴还此外，按轴线几何形状不同，轴还可以分为可以分为直轴、曲轴和软轴。直轴、曲轴和软轴。直轴根据外形不同直轴根据外形不同,可分为可分为光轴和阶梯轴。光轴和阶梯轴。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础曲轴曲轴是内燃机、曲柄压力机等机器中是内燃机、曲柄压力机等机器中用于往复运动和旋转运动相互转换的用于往复运动和旋转运动相互转换的专用零件。专用零件。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础软轴：软轴：挠性好，可以把回转运动灵活地传到挠性好，可以把回转运动灵活地传到任何空间位置。任何空间位置。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础2 2、轴的材料、轴的材料轴的主要失效形式：轴的主要失效形式：疲劳破坏疲劳破坏轴轴的的材材料料要要求求：较较高高的的强强度度、刚刚度度和和一一定定的耐磨性的耐磨性。轴的毛坯一般多为轧制圆钢和锻件。轴的毛坯一般多为轧制圆钢和锻件。轴的常用材料：主要是轴的常用材料：主要是碳素钢和合金钢碳素钢和合金钢。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础 碳碳素素钢钢具具有有足足够够的的强强度度，比比合合金金钢钢价价廉廉，对对应应力力集集中中的的敏敏感感性性较较低低，并并且且可可通通过过正正火火或或调调质质处处理理获获得得较较好好的的综综合合机机械械性性能能，故故应应用用广广泛泛，其其中中以以4545号钢经调质处理最为常用。号钢经调质处理最为常用。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础 合金钢合金钢具有较高的机械性能，但具有较高的机械性能，但价格较贵，常用于制造有特殊要求的价格较贵，常用于制造有特殊要求的轴。如轴。如高速重载轴；受力大而又要求高速重载轴；受力大而又要求尺寸小、重量轻的轴；处于高温、低尺寸小、重量轻的轴；处于高温、低温或腐蚀性介质中的轴等。温或腐蚀性介质中的轴等。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础值得注意的是：值得注意的是：在一般工作温度下，碳在一般工作温度下，碳钢和合金钢的钢和合金钢的弹性模量弹性模量相差不大，因此，相差不大，因此，欲选用高强度合金钢来提高轴的刚度并欲选用高强度合金钢来提高轴的刚度并无实效。另外，无实效。另外，合金钢对应力集中敏感合金钢对应力集中敏感性高性高，所以设计合金刚轴时，必须要有，所以设计合金刚轴时，必须要有合理的结构形状，尽量减少应力集中源，合理的结构形状，尽量减少应力集中源，并要求轴表面的粗糙度较低，并要求轴表面的粗糙度较低，否则，采否则，采用合金钢并无实际意义。用合金钢并无实际意义。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础 轴的材料除了碳素钢和合金钢外，轴的材料除了碳素钢和合金钢外，还有还有球墨铸铁和高强度铸铁球墨铸铁和高强度铸铁等。等。铸铁铸铁材料材料具有易于作成复杂的外形，且吸具有易于作成复杂的外形，且吸振性、耐磨性好，对应力集中敏感性振性、耐磨性好，对应力集中敏感性低、价格廉等优点，多用于制作低、价格廉等优点，多用于制作外形外形复杂的曲轴、凸轮轴复杂的曲轴、凸轮轴等。等。轴的常用材料及其主要机械性能见表轴的常用材料及其主要机械性能见表5-15-1。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础二二.轴的结构设计轴的结构设计 轴轴的的结结构构设设计计就就是是使使轴轴的的各各部部分分具具有有合理的形状和尺寸。合理的形状和尺寸。影影响响轴轴的的结结构构形形状状的的因因素素有有：轴轴上上零零件件的的类类型型、数数量量和和尺尺寸寸及及其其安安装装位位置置、定定位位方方法法；载载荷荷的的大大小小、方方向向和和性性质质及及分布情况；轴的制造工艺性等。分布情况；轴的制造工艺性等。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础进行结构设计时，进行结构设计时，必须满足如下要求必须满足如下要求：1 1）轴和轴上零件的准确定位与固定；）轴和轴上零件的准确定位与固定；2 2）轴的结构要有良好的工艺性；）轴的结构要有良好的工艺性；3 3）尽量减少应力集中；）尽量减少应力集中；4 4）轴各部分的尺寸要合理等。）轴各部分的尺寸要合理等。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础1 1、轴上零件的定位与固定轴上零件的定位与固定轴肩或轴环：轴肩或轴环：阶梯轴上截面变化处阶梯轴上截面变化处，起轴向定位作，起轴向定位作用。用。（结构简单，能承受较大轴向力）结构简单，能承受较大轴向力）轴环轴肩汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础 为了保证轴上零件紧靠定位面（轴为了保证轴上零件紧靠定位面（轴肩），轴肩的圆角半径肩），轴肩的圆角半径r r必须小于相配零必须小于相配零件的倒角件的倒角C C1 1或圆角半径或圆角半径R R，轴肩高，轴肩高h h必须必须大于大于C C1 1 或或R R。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础当两零件距离相距不大时，采用当两零件距离相距不大时，采用套筒套筒做轴向固定做轴向固定（不宜用于高转速轴）（不宜用于高转速轴）汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础不宜采用套筒固定时，可用不宜采用套筒固定时，可用圆螺圆螺母做轴向固定。母做轴向固定。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础对于外伸轴端上的零件固定轴向力较小对于外伸轴端上的零件固定轴向力较小时，零件在轴上的固定可采用时，零件在轴上的固定可采用弹性挡圈、弹性挡圈、紧定螺钉或销紧定螺钉或销。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础 轴上零件的轴上零件的周向固定周向固定，大多采用，大多采用键、花键、花键或过盈配合等联接形式键或过盈配合等联接形式。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础 1 1）一般的轴均设计为中间大，两端小的）一般的轴均设计为中间大，两端小的阶梯轴阶梯轴（轴肩的高度均应小于滚动轴承（轴肩的高度均应小于滚动轴承内圈高度），内圈高度），这样便于安装和拆卸。这样便于安装和拆卸。2 2）为了减少应力集中，轴径变化尽可能）为了减少应力集中，轴径变化尽可能小，阶梯轴相邻两轴段直径相差不应过小，阶梯轴相邻两轴段直径相差不应过大。大。2 2、轴的结构工艺性：、轴的结构工艺性：汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础3 3）轴上截面尺寸变化的位置应有）轴上截面尺寸变化的位置应有倒角倒角或过渡圆角或过渡圆角，过渡圆角半径应尽可能大些，过渡圆角半径应尽可能大些，当轴上有多处倒角或过渡圆角时，尽可能当轴上有多处倒角或过渡圆角时，尽可能选同样的倒角或圆角半径，以减少刀具规选同样的倒角或圆角半径，以减少刀具规格和换刀次数。格和换刀次数。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础4 4）轴上有多个）轴上有多个键槽键槽时，时，为加工方便，为加工方便，各轴段的键槽应设计在同一加工直线上，各轴段的键槽应设计在同一加工直线上，并应尽可能采用同一规格的键槽截面尺并应尽可能采用同一规格的键槽截面尺寸，寸，避免多次装夹和更换刀具。避免多次装夹和更换刀具。键槽在同一加工直线上键槽在同一加工直线上汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础5 5）轴上需切制螺纹或磨削时，要留）轴上需切制螺纹或磨削时，要留有有退刀槽和越程槽退刀槽和越程槽。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础3、提高轴的疲劳强度、提高轴的疲劳强度提高轴的疲劳强度的主要措施：提高轴的疲劳强度的主要措施：减小应力集中减小应力集中提高轴的表面质量提高轴的表面质量汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础 减少应力集中的方法有：减少应力集中的方法有：减少轴截面减少轴截面突变，阶梯轴相邻轴段直径差不能太突变，阶梯轴相邻轴段直径差不能太大，并以较大的圆角半径过渡，尽可大，并以较大的圆角半径过渡，尽可能避免在轴上开槽、孔及车制螺纹等，能避免在轴上开槽、孔及车制螺纹等，以免削弱轴的强度和造成应力集中源。以免削弱轴的强度和造成应力集中源。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础提高轴的表面质量方法：提高轴的表面质量方法：降低表面粗糙度降低表面粗糙度 表面强化处理：碾压、喷丸、渗氮、表面强化处理：碾压、喷丸、渗氮、渗碳或者高频淬火渗碳或者高频淬火汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础三、三、轴的强度校核轴的强度校核轴强度计算的目的：轴强度计算的目的：在于验算经结构设计在于验算经结构设计初步得出的轴能否满足强度要求。初步得出的轴能否满足强度要求。工程上常用的轴强度计算方法有两工程上常用的轴强度计算方法有两种种 按扭转强度计算和按弯扭组合按扭转强度计算和按弯扭组合强度计算。强度计算。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础1 1、按扭转强度计算、按扭转强度计算 这种方法适用于只承受转矩的这种方法适用于只承受转矩的传动轴的精确计算，也可用于既受弯传动轴的精确计算，也可用于既受弯矩又受扭矩的轴的近似计算。矩又受扭矩的轴的近似计算。对于只传递转矩的圆截面轴，对于只传递转矩的圆截面轴，其其强度条件强度条件为：为：汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础由上式求出的直径值，需圆整成由上式求出的直径值，需圆整成标准直径或标准直径或与相配合零件的孔径相吻合与相配合零件的孔径相吻合，并作为，并作为轴的最小直轴的最小直径。径。如轴上有一个键槽，可将值增大如轴上有一个键槽，可将值增大3%3%5%5%，如，如有两个键槽可增大有两个键槽可增大7%7%10%10%。对于转轴，可估算轴的直径对于转轴，可估算轴的直径汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础2 2、按弯扭组合校核轴的强度（或计算危、按弯扭组合校核轴的强度（或计算危险截面轴径）险截面轴径）轴的强度校核公式为轴的强度校核公式为汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础式中式中 ：根据转矩性质而定的折合系数。根据转矩性质而定的折合系数。当为脉动循环时，当为脉动循环时，0.6 0.6；当转矩平稳不变时，当转矩平稳不变时，0.30.3；当转矩为对称循环时，当转矩为对称循环时，=1=1。当量弯矩当量弯矩相当应力相当应力 对称循环状态下的许用应力对称循环状态下的许用应力汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础四、四、轴毂连接轴毂连接 1 1、键联接的类型键联接的类型 键主要键主要用来实现轴和轴上零件之间的用来实现轴和轴上零件之间的周向固定以传递转矩。周向固定以传递转矩。有些类型的键还可有些类型的键还可实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。特点：特点：结构简单，工作可靠，装拆方便，结构简单，工作可靠，装拆方便，应用广泛。应用广泛。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础键是标准件，分为键是标准件，分为平键平键、半圆键、半圆键、楔键楔键、切向键等。、切向键等。设计时应根据各类键的结构和应设计时应根据各类键的结构和应用特点迸行选择。用特点迸行选择。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础A型C型B型汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础1 1）平键：）平键：依靠键的两侧面传递依靠键的两侧面传递转矩转矩汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础普通平键：普通平键：圆圆 头头 A A型型（端铣刀加工）（端铣刀加工）键顶上面与键顶上面与毂不接触有间隙毂不接触有间隙（常用）（常用）方方 头头 B B型型常用螺钉固定常用螺钉固定（盘铣刀加工）（盘铣刀加工）半圆头半圆头C C型型（端铣刀加工）（端铣刀加工）用于轴端与轮用于轴端与轮毂联接毂联接 汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础薄型平键薄型平键 键高约为普通平键的键高约为普通平键的60%70%60%70%：圆头、方头、单圆头。圆头、方头、单圆头。用于薄臂结构、空心轴等径向尺用于薄臂结构、空心轴等径向尺寸受限制的联接寸受限制的联接 。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础导向平键导向平键与滑键：与滑键：用于动联接，即轴与轮用于动联接，即轴与轮毂之间有相对轴向移动的毂之间有相对轴向移动的联接联接 滑键滑键键随轮毂移动键随轮毂移动导向键导向键键不动，轮毂轴向移动键不动，轮毂轴向移动特点：特点：装拆方便，对零件对中性无影响，容易制造，作用可靠，装拆方便，对零件对中性无影响，容易制造，作用可靠，多用于高精度联接。但只能圆周固定，不能承受轴向力。多用于高精度联接。但只能圆周固定，不能承受轴向力。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础2 2）半圆键：）半圆键：靠侧面传递转矩靠侧面传递转矩特点：特点：键槽较深，对轴的削弱较大。一般用键槽较深，对轴的削弱较大。一般用于轻载，适用于轴的锥形端部。于轻载，适用于轴的锥形端部。半圆键半圆键被广被广 泛使用于汽泛使用于汽车变速箱、车变速箱、螺杆压缩机、螺杆压缩机、齿轮传动系齿轮传动系统统汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础普普通通楔楔键键：上上、下下面面为为工工作作表表面面，有有1 1：100100斜斜度度（侧侧面面有有间间隙隙），工工作作时时打打紧紧，靠靠上上下下面面摩摩擦擦传传递递扭扭矩矩，并并可可传传递递小小部部分分单单向向轴轴向力向力 3 3）楔键联接楔键联接 汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础普通楔键勾头楔键汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础 特特 点点 ：适用于低速轻载、精度要求适用于低速轻载、精度要求不高。对中性较差，力有偏心。不宜不高。对中性较差，力有偏心。不宜高速和精度要求高的联接，变载下易高速和精度要求高的联接，变载下易松动。钩头只用于轴端联接，如在中松动。钩头只用于轴端联接，如在中间用键槽应比键长间用键槽应比键长2 2倍才能装入。且倍才能装入。且要罩安全罩。要罩安全罩。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础切向键：切向键：由两个普通由两个普通楔键组成。装配后两楔键组成。装配后两个互相平行的窄面是工作面，主要依靠工作个互相平行的窄面是工作面，主要依靠工作面直接传递转矩。面直接传递转矩。切向键切向键能传递很大转矩，能传递很大转矩，常用于重型机械。常用于重型机械。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础平键连接和半圆键连接都是平键连接和半圆键连接都是松键连接。松键连接。楔键连接和切向键连接都是楔键连接和切向键连接都是紧键连接。紧键连接。键连接按键在连接中的松紧状态分为键连接按键在连接中的松紧状态分为松松键连接和紧键连接。键连接和紧键连接。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础花花键键联联接接是是由由多多个个键键齿齿与与键键槽槽在在轴轴和和轮轮毂毂孔孔的的周周向向均均布布而而成成花花键键齿齿侧侧面面为为工工作作面面适用于动、静联接适用于动、静联接 。4 4、花键联接花键联接汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础 汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础花键轴花键轴汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础1 1）、特点：）、特点：A A、齿较多、工作面积大、承载能力较高、齿较多、工作面积大、承载能力较高B B、键均匀分布，各键齿受力较均匀、键均匀分布，各键齿受力较均匀C C、齿槽线、齿根应力集中小，对轴的、齿槽线、齿根应力集中小，对轴的强度削弱减少强度削弱减少D D、轴上零件对中性好、轴上零件对中性好E E、导向性较好、导向性较好F F、加工需专用设备、制造成本高、加工需专用设备、制造成本高汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础2 2、花键类型、花键类型 按齿形分：按齿形分：矩形花键矩形花键 矩形花键联接定心矩形花键联接定心精度高，定心稳定性精度高，定心稳定性好，配合面好，配合面热处理后热处理后引起的变形可用引起的变形可用磨削磨削的方法消除，齿侧面的方法消除，齿侧面为两平行平面，加工为两平行平面，加工容易，应用广泛。容易，应用广泛。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础 渐开线花键渐开线花键渐开线花键渐开线花键的齿廓为渐开线，应力集中比矩形花键的齿廓为渐开线，应力集中比矩形花键小，齿根处齿厚增加，强度高。当齿受载时，齿上小，齿根处齿厚增加，强度高。当齿受载时，齿上的径向力能自动定心，有利于各齿均载，应用广泛，的径向力能自动定心，有利于各齿均载，应用广泛，优先采用。优先采用。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础导向平键联接汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础楔键联接汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础切向键联接汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础花键联接汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础3、销联接、销联接销的销的主要用途主要用途是固定零件之间的相互位是固定零件之间的相互位置，并可传递不大的载荷。置，并可传递不大的载荷。定位销定位销主要用于零件间位置定位，常用作组合主要用于零件间位置定位，常用作组合加工和装配时的主要辅助零件。加工和装配时的主要辅助零件。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础联接销联接销主要用于零件间的联接或锁主要用于零件间的联接或锁定，可传递不大的载荷。定，可传递不大的载荷。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础安全销安全销主要用于安全保护装置中的主要用于安全保护装置中的过载剪断元件过载剪断元件 。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础圆圆柱柱销销靠靠过过盈盈与与销销孔孔配配合合，不不能能经经常常装装拆拆（否则定位精度下降）（否则定位精度下降）圆圆锥锥销销1 1：5050锥锥度度，可可自自锁锁，定定位位精精度度较较高高，允许经常装拆，且便于拆卸。允许经常装拆，且便于拆卸。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础特殊型式销特殊型式销带螺纹锥销，开尾锥销、带螺纹锥销，开尾锥销、弹性销，开口销，槽销等多种形式弹性销，开口销，槽销等多种形式 。汽车工程系汽车工程系汽车机械基础汽车机械基础