《机械测绘技术基础》配套教案：第3章台阶类零件.docx

第3章：台阶类零件
课次3-1 课序：01
课 题：轴销零件测量和绘图
教学目标：
（1） 了解轴销的功能、类型及特点。
（2） 了解轴销的材料类型。
（3） 掌握轴销的测绘方法。
重点与难点：
对一根光轴的测绘比较简单。就是从机械运行的角度，分析所测绘的零件装在何处，是怎样工作的，作用如何，是怎样传递运动的，与其他零件的位置和尺寸关系如何。通过工作状态分析，以确定该零件的几何公差及该零件与配合零件的配合性质。
教学设计：
（1）大概讲述什么是轴销的功能、类型、特点并分析轴销的测绘类型。
（2）掌握轴销的测绘方法观察所测绘的零件装在何处、怎样工作、是怎样传递运动以及其他两件的位置和尺寸关系是如何。
教学方法和教学手段：
采用启发式教学、案例教学等教学方法。教学手段采用多媒体课件、虚拟现实、视频等媒体技术。教学组织采用课堂整体讲授和分组演示。
多媒体教学资源：
教学内容
教学资料
企业案例
教学多媒体
机器的旋转运动离不开轴，一根经过一段时间使用过的轴磨损到一定程度必须更换，技术人员将对其进行测绘，以便后续加工、更换。
1.《机械测绘技术基础》课程教材（word文档）
2.《机械基础》教学课件（.ppt文件）
1.零件的测绘.wrl
1.《测量技术基础》.doc
2.《机械零部件测绘指导书》.doc

课前准备：
收集进行机械测绘的视频，包括台阶类零件的动画及视频。将课程教材和收集的资料用PowerPoint制作成演示文档。
教学过程和组织：
➢ 1. 轴的用途和分类【重点】
（1） 轴的用途
支承回转零件（如齿轮、带轮等），传递运动和动力。
（2） 轴的分类
1） 按轴线形状分类。
① 直轴：如图3－2所示。
② 曲轴：如图3－3所示。

③ 挠性钢丝软轴（简称挠性轴）：如图3－4所示。

2） 按承载情况分类。
① 心轴：只受弯矩的轴。
② 传动轴：主要受扭矩的轴。
③ 转轴：既承受扭矩又承受弯矩的轴。

➢ 2.轴类零件工作图的绘制【重点】
（1） 轴类零件视图表达方案
轴类零件一般是由若干段大小不同的圆柱、圆锥等回转体组成，根据设计、加工或装配的需要，轴上常加工有键槽、螺纹、倒角退刀槽、销孔和平面等。轴类零件多在车床、磨床上加工。
这类零件视图表达方案是：一般只画主视图，选择最能反映其形状特征的方向为主视图投影方向，主视图的摆放应按轴类零件的加工位置水平放置；轴类零件上的局部结构，采用断面图、局部剖视图、局部放大图等方法来表达。
（2） 断面图
断面图分移出断面图和重合断面图。画在视图外面的断面图形，称移出断面图，移出断面图的轮廓线用粗实线绘制，剖切的断面上画出剖面符号，表示金属材料的断面区域采用通用剖面线。
要用剖切符号表示断面的剖切位置，剖切符号长5~10mm，宽为粗实线的1~1.5倍的短粗实线。在通常情况下，应在剖切符号起讫处垂直地画出箭头，表示投影方向，并注上相同字母。
移出断面图应尽可能配置在剖切符号或剖切线的延长线上，必要时也可以在其他位置适当配置，在不致引起误解时允许将断面图旋转配置，但断面图的上方应标注旋转符号。移出断面图的标注方法见表3－1。
（3） 通用剖面线的画法
1） 通用剖面线用互相平行的细实线绘制。
2） 通用剖面线应与主要轮廓线或区域对称线成45°角。
3） 同一张图纸上同一零件各部分的剖面线应倾斜方向一致，且平行线间隔相等。
4） 当断面图上剖面线中间需要断开时，各段应一笔画成，切忌分两次画出。
5） 当图形的主要轮廓线与水平成45°角时，该图形上的剖面线应与水平成30°或60°角，其倾斜方向仍与其他图形的剖面线一致。
（4） 轴类零件的尺寸标注
1） 尺寸标注首先要确定尺寸基准，轴线是轴类零件的径向基准。长度方向的主要基准是安装的主要端面（轴肩），轴的两端一般是作为测量基准。
2） 主要尺寸应首先注出，其余多段长度尺寸都按车削加工顺序注出，轴上的局部结构，多数是就近轴肩定位。
3） 为了使标注的尺寸清晰、便于看图，宜将剖视图上的内外尺寸分开标注，将车、铣、钻等不同工序的尺寸分开标注。
4） 对轴上的倒角、退刀槽、磨砂轮越程槽、键槽、中心孔等结构的尺寸，应在查阅技术资料后再进行标注。
➢ 3.轴类零件的技术要求【重点】
须根据零件实际情况选取，并在相应的国标中查得，下面介绍的仅为一般情况。
（1） 尺寸公差
主要轴颈的直径尺寸精度一般为IT5~IT9级，精密的为IT5级。对于阶梯轴的各阶长度按使用要求确定公差，或者按装配图上装配尺寸链要求分配公差。
（2） 几何公差
1） 形状公差。轴类通常是用两个轴颈支承在轴承上，这两个支承轴颈是轴的装配基准，对支承轴颈的形状精度（如圆度，圆柱度）一般应有要求。对精度一般的轴颈其形状公差应限制在直径公差范围内。如要求更高，则需标注其公差值。
2） 位置公差。轴类零件的工作轴颈相对于支承轴颈的同轴度是位置精度的普遍要求。有时为了测量方便常用径向圆跳动来表示，普通配合精度轴对支承轴颈径向圆跳动一般为0.01~0.03 mm（需查表确定）。此外还有轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。
（3） 表面粗糙度
一般情况下支承轴颈的表面粗糙度为Ra0.8～3.2 μm，工作轴颈的表面粗糙度为Ra1.6～6.3 μm。
（4） 金属材料与热处理
1） 轴类零件常用材料有35、45、50，以45钢应用最为广泛。一般进行调质处理，硬度在180~250 HBW。
2） 不太重要或受载荷较小的轴可用Q235、Q255、Q275等碳素结构钢。
3） 受力较大、速度要求较高的轴，可以用40Cr钢调质处理230~250 HBW，或淬硬到35~42 HRC。
4） 若高速、重载条件下工作的轴类零件，选用20Cr、20CrMnTi等合金结构钢或38CrMoAlA高级合金结构钢，这些钢经渗碳淬火或渗氮处理后，不仅表面硬度高，而且其心部强度也大大提高，具有较好的耐磨性、抗冲击韧性和耐疲劳强度等性能。
（5）. 工艺结构要素
倒角、圆角、退刀槽、砂轮越程槽、中心孔应查有关技术资料确定。
➢ 4.绘制正确的草图【重点、难点】
（1） 零件分析
从拆卸下的位置可知，这是一只定位用的圆柱销轴，用于固定箱体上下盖位置用的，由于多次拆卸，配合出现松动，现要更换一只新的。
（2） 绘制草图
受拆卸现场条件所限，可先用铅笔绘制一张销轴外形草图，用游标卡尺测量出零件上的基本外形尺寸，并标注在草图上，如图3－5所示。
（3） 尺寸配合
由拆卸的过程可知，销轴从孔中拆卸下来时是很紧的，因此可推断销轴与孔的配合是紧配合，根据《机械零件设计手册》查得ϕ40圆柱销的尺寸配合为：A型为m6，B型为h8，C型为h11。根据从设备上拆下的零件配合松紧程度，我们判定为B型。
（4） 表面粗糙度
根据《机械零件设计手册》查得：ϕ40B型圆柱销的表面粗糙度为Ra1.6 μm。
（5） 零件材料
根据《机械零件设计手册》查得：圆柱销的材料为35号钢。
（6） 热处理状态
根据《机械零件设计手册》查得：28~38 HRC。
（7） 绘制标准图纸
根据以上查得的参数，在草图的基础上将完整的销轴图绘制出来，如图3－6所示。

课次2-1 课序：01
课 题：台阶轴零件测量和绘图
教学目标：
（1） 了解台阶轴的功能、类型及特点。
（2） 了解轴的材料类型。
（3） 掌握台阶轴零件各处的配合公差、几何公差、表面粗糙度等。
（4） 掌握轴的测绘步骤。

重点与难点：

机器的旋转运动离不开传动轴，一根经过一段时间使用过的轴发生磨损、折断、键槽损坏等致零件不能正常使用必须更换时，技术人员应对其进行测绘，以便加工、更换。现在，一根减速箱的传动轴出现问题，要求测绘，如图3－7所示。

教学设计：
（1）需掌握台阶轴的功能、类型、特点及其的材料类型
（2）会分析台阶轴零件各处的配合公差、几何公差、表面粗糙度并且掌握轴的测绘步骤。
教学方法和教学手段：
采用启发式教学、案例教学等教学方法。教学手段采用多媒体课件、虚拟现实、视频等媒体技术。教学组织采用课堂整体讲授和分组演示。
多媒体教学资源：
教学内容
教学资料
企业案例
教学多媒体
由这根台阶轴的拆卸过程得知，这是一根输入轴，中间有一链轮与之安装在一起，最外侧是与联轴器相连，连接处用键连接，两端安装有滚动轴承。
1.《机械测绘技术基础》课程教材（word文档）
2.《机械基础》教学课件（.ppt文件）
1.零件的测绘.wrl
1.《测量技术基础》.doc
2.《机械零部件测绘指导书》.doc

课前准备：
收集进行机械测绘的视频，包括台阶类零件的动画及视频。将课程教材和收集的资料用PowerPoint制作成演示文档。
教学过程和组织：
➢ 1. 转动轴的结构【重点】
图3－8所示是一张传动轴的传动实际图，包含有：
① 轴颈：轴和轴承配合的部分。
② 轴头：轴和旋转零件配合的部分。
③ 轴身：连接轴头与轴颈的部分。
④ 轴肩或轴环：轴上截面尺寸变化的部分。
轴的结构应满足三方面的要求：
① 轴上的零件要有可靠的周向固定与轴向固定。
② 轴应便于加工，并尽量避免或减小应力集中。
③ 应便于轴上零件的安装与拆卸。

➢ 1. 轴上零件的固定【重点】
（1） 轴上零件的轴向固定
目的：保证零件在轴上有确定的轴向位置，防止零件做轴向移动，并能承受轴向力。
（2） 轴上零件的周向固定
目的：保证轴能可靠地传递运动和转矩，防止轴上零件与轴产生相对转动。
➢ 3.轴类零件工作图的绘制【重点】
（一） 轴类零件视图表达方案
轴类零件一般是由若干段大小不同的圆柱、圆锥等回转体组成，根据设计、加工或装配的需要，轴上常加工有键槽、螺纹、倒角退刀槽、销孔和平面等。轴类零件多在车床、磨床上加工。
这类零件视图表达方案是：一般只画主视图，选择最能反映其形状特征的方向为主视图投影方向，主视图的摆放应按轴类零件的加工位置水平放置；轴类零件上的局部结构，采用断面图、局部剖视图、局部放大图等方法来表达。
（二） 断面图
断面图分移出断面图和重合断面图。画在视图外面的断面图形称移出断面图，移出断面图的轮廓线用粗实线绘制，剖切的断面上画出剖面符号，表示金属材料的断面区域采用通用剖面线。
要用剖切符号表示断面的剖切位置，剖切符号是长5~10 mm、宽为粗实线的1~1.5倍的短粗实线。在通常情况下，应在剖切符号起讫处垂直地画出箭头，表示投影方向，并注上相同字母。
（三） 通用剖面线的画法
（1） 通用剖面线用互相平行的细实线绘制。
（2） 通用剖面线应与主要轮廓线或区域对称线成45°角。
（3） 同一张图纸上同一零件各部分的剖面线应倾斜方向一致，且平行线间隔相等。
（4） 当断面图上剖面线中间需要断开时，各段应一笔画成，切忌分。
（5） 当图形的主要轮廓线与水平成45°角时，该图形上的剖面线应与水平成30°或60°角，其倾斜方向仍与其他图形的剖面线一致。
（四） 局部放大图的表达
当零件上某些局部的结构过小或不便在图中标注尺寸时，可将该处结构用大于原图的比例另外放大画出，这种图形称为局部放大图。
局部放大图可以画成视图、剖视或断面图，它可根据表达视图的需要而定，局部放大图应尽量配置在放大部位的附近。
画图时，应当用细实线圆（或者长圆）圈出被放大的部位。同一零件有几处被放大时，必须用罗马数字依次标明放大部位，并在局部放大图的上方标出相应的罗马数字和采用比例，如图3－9所示，若只有一处被放大，则只需注明采用比例。

（五） 较长零件的图形表达——折断画法
对于较长的零件（轴、杆、连杆等），当沿长度方向的形状一致或按一定规律变化时，为使图形紧凑或按原长画图有困难时，可以断开后缩短画出，但其图中尺寸仍按实际长度标注，如图3－10所示。

（六） 结构平面表示法
当图形不能充分表示平面时，可用平面符号（相交的两条细实线）表示，如图3－11所示。

（七） 两圆柱正交时，相贯线近似画法
当两圆柱正交且直径相差较大时，可用圆弧代替相贯线，其画法是：
（1） 求圆心。以两圆柱轮廓线交点为圆心、以大圆柱的半径为半径向大圆柱外画圆弧，其交点即为所求圆心。
（2） 画圆弧。以上述交点为圆心、以大圆柱的半径为半径画圆弧，将两正交圆柱轮廓交点连接起来即可。
（八） 轴类零件的尺寸标注
（1） 尺寸标注首先要确定尺寸基准，轴线是轴类零件的径向基准。长度方向的主要基准是安装的主要端面（轴肩），轴的两端一般是作为测量基准。
（2） 主要尺寸应首先注出，其余多段长度尺寸都按车削加工顺序注出，轴上的局部结构多数是就近轴肩定位。
（3） 为了使标注的尺寸清晰、便于看图，宜将剖视图上的内外尺寸分开标注，将车、铣、钻等不同工序的尺寸分开标注。
（4） 对轴上的倒角、退刀槽、磨砂轮越程槽、键槽、中心孔等结构的尺寸，应在查阅技术资料后再进行标注。
（九） 关于轴类零件的技术要求
零件的技术要求：须根据零件实际情况选取，并在相应的国标中查得。下面介绍的仅为一般情况。
（1）. 尺寸公差
主要轴颈的直径尺寸精度一般为IT5~IT9级，精密的为IT5级。对于阶梯轴的各阶长度按使用要求确定公差，或者按装配图上装配尺寸链要求分配公差。
（2）. 几何公差
1） 公差。轴类通常是用两个轴颈支承在轴承上，这两个支承轴颈是轴的装配基准，对支承轴颈的形状精度（如圆度，圆柱度）一般应有要求。对精度一般的轴颈，其形状公差应限制在直径公差范围内。如要求更高，则需标注其公差值。
2） 位置公差。轴类零件的工作轴颈相对于支承轴颈的同轴度，是位置精度的普遍要求。有时为了测量方便常用径向圆跳动来表示，普通配合精度轴对支承轴颈径向圆跳动一般为0.01~0.03 mm（需查表确定）。此外还有轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。
（3） 表面粗糙度
一般情况下支承轴颈的表面粗糙度为Ra0.8~3.2 μm，工作轴颈的表面粗糙度为Ra1.6～6.3 μm。

（4）. 金属材料与热处理
1） 轴类零件。常用材料有35、45、50钢，以45钢应用最为广泛。一般进行调质处理，硬度在180~250 HBW。
2） 不太重要或受载荷较小的轴可用Q235、Q255、Q275等碳素结构钢。
3） 受力较大，速度要求较高的轴，可以用40Cr钢，调质处理230~250 HBW或淬硬到35~42 HRC。
4） 高速、重载条件下工作的轴类零件。选用20Cr 、20CrMnTi等合金结构钢，或38CrMoAlA高级合金结构钢，这些钢经渗碳淬火或渗氮处理后，不仅表面硬度高，而且其心部强度也大大提高，具有较好的耐磨性、抗冲击韧性和耐疲劳强度等性能。
5） 工艺结构要素。倒角、圆角、退刀槽、砂轮越程槽、中心孔应查有关技术资料确定。
➢ 4.测量如图3-7所示的轴的尺寸并绘制出正确的图纸【重点、难点】
（1）、 零件分析
由拆卸零件的过程可知，这根轴用于慢速传递扭矩的主动轴，在轴的中部有一只链轮，此链轮连接为键连接。左端部ϕ35处安装一只P207轴承，右边的ϕ35处安装另一只P207轴承。这两处的连接是紧连接，最左边是用联轴器相连，此连接为键连接，其中链轮和联轴器的轴向固定为轴卡。
（2）、 绘制草图
受拆卸现场条件所限，可先用铅笔绘制一张零件外形草图，用游标卡尺测量出轴上的基本外形尺寸，并标注在草图上，如图3－12所示。

（3）、 尺寸配合
由拆卸的过程可以得知，P207轴承与轴ϕ35的配合是轴承配合，根据《机械零件设计手册》查得此尺寸配合为F9/k6。
中间与链轮相接触的配合根据其拆卸时有点松的情况，判定其为间隙配合，根据《机械零件设计手册》查得此尺寸配合为H7/h6。
最右边的是联轴器连接，根据《机械零件设计手册》查得此尺寸配合为H8/h8。
链轮和联轴器的轴向固定是轴卡，根据《机械零件设计手册》查得：ϕ35和ϕ40轴卡槽宽为1.7，公差为0～0.14，轴径33和37.5，公差为-0.25～0。
联轴器的键槽宽度根据《机械零件设计手册》查得：轴ϕ35的宽度为10，公差为-0.036～0，槽深为30，公差为0~+0.2。
链轮的键槽宽度根据《机械零件设计手册》查得：轴ϕ340的宽度为12，公差为-0.043~0，槽深为35，公差为0~+0.2。
（4）、 表面粗糙度
根据《机械零件设计手册》查得： P207轴承与轴ϕ35的配合的表面粗糙度为Ra1.6 μm。中间与链轮相接触的配合表面粗糙度为Ra3.2 μm。最右边的是联轴器连接，配合表面粗糙度为Ra3.2 μm。轴向固定是轴卡，卡槽深度加工表面粗糙度为Ra3.2 μm。联轴器的键槽宽和链轮的键槽宽度的表面粗糙度为Ra3.2 μm。其余为Ra6.3 μm。
（5）、 零件材料
1）. 轴类零件材料
常用45钢，精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。
2). 轴类毛坯
常用圆棒料和锻件，大型轴或结构复杂的轴采用铸件。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。
(6)、 热处理状态
锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。
调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。
表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。
精度要求高的轴在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。
(7)、 绘制标准图纸
根据以上查得的参数，在草图的基础上将完整的零件图绘制出来，如图3-13所示。