汽车机械基础-汽车常用零件-轴课件

• 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：
p
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%。
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
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
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；
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
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
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。
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；
（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
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
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
➢ 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。
• 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。
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、
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；
➢ 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
• 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。
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；
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。
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：
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。
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；
35~55
112~97
2.确定各段轴的直径和长度
• 轴上零件的装配方案和定位方法确之后，轴的 基本形状就确定下来了。
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
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。
• 轴上零件的装配方案不同，轴的结构形状也 不同；
• 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