汽车机械基础课件第十二章

汽车机械基础课件第十二章
12. 1轴
• 轴是机械中的重要零件，其功用主要是承受转矩与弯矩，支撑其他 回转件，如齿轮、带轮等，并传递运动和动力。本节主要介绍轴的分 类、结构、材料等。
• 12.1.1轴的分类
• 轴一般根据其承受的载荷和结构形状来分类。 • 根据所受载荷的不同，轴可分为心轴、传动轴和转轴三种。 • (1)心轴。只承受弯矩作用的轴称为心轴，如图12-1所示。心轴可
• 12.1.2轴的结构特征
• 轴一般由轴头、轴身和轴颈三部分组成。轴上与传动零件或联轴器、 离合器相配的部分，称为轴头;与轴承相配的部分，称为轴颈;连接轴 头和轴颈的其余部分称为轴身。
• 轴的结构形状和尺寸受到很多因素的影响，如轴上载荷的大小、分 布及性质，轴上零件的数目、类型、布置及固定方式，轴的加工和装 配方法等。因此，在进行轴的设计时要根据具体的工作情况，综合考 虑各种影响因素，不存在一个固定形式，而是随着工作条件与要求的 不同而不同。轴的结构一般应主要考虑以下三方面问题。
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• 1.轴上零件的固定 • 为实现轴的功能，必须保证轴上零件有准确的工作位置，要求轴上
零件沿周向和轴向固定。 • 1)周向定位和固定 • 周向定位和固定是指将轴上的零件在圆周方向进行定位和固定。零
件的周向固定可采用键、花键、成形、销、弹性环以及过盈配合等连 接，见表12-1。 • 2)轴向定位和固定 • 轴向定位和固定是指将轴上的零件沿轴线方向进行定位和固定。常 见的轴向固定方法及特点与应用见表12-2。其中轴肩、轴环、套筒、 轴端挡圈及圆螺母应用更为广泛。
化处理来实现。采用滚压、喷丸或渗碳、氰化、氮化、高频淬火等表 面强化处理方法，可以大大提高轴的承载能力。
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• 12.1.3轴的材料
• 轴的常用材料是碳素钢及合金钢，有时也用球墨铸铁。 • 1.碳素钢 • 优质中碳钢35~50钢因具有较高的综合机械性能，常用于比较重要或
承载较大的轴，其中45钢的应用范围最广。对于这类材料，可通过调 质或正火等热处理方法改善和提高其机械性能。普通碳素钢Q235, Q275等可用于不重要或承载较小的轴。 • 2.合金钢 • 合金钢具有较高的综合力学性能和较好的热处理性能，常用于重要、 承载质量很大而尺寸受限或有较高耐磨性、防腐性要求的轴。
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• 2．良好的结构工艺性 • 在进行轴的结构设计时，应尽可能使轴的形状简单，并且具有良好
的加工下艺性能和装配工艺性能。 • 1)加工工艺性 • 轴的直径变化应尽可能少，应尽量限制轴的最大直径与各轴段的直
径差，这样既能节省材料，又可减少切削量。 • 轴上有磨削与切螺纹处，要留砂轮越程槽和螺纹退刀槽(如图12-6
所示)，以保证加工的完整和方便。 • 轴上有多个键槽时，应将键槽布置在同一母线上，以免加工键槽时
多次装夹，从而提高生产效率。
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• 如有可能，应使轴上各过渡圆角、倒角、键槽、越程槽、退刀槽及 中心孔等尺寸分别相同，并符合标准和规定，以利于加工和检验。
• 轴上配合轴段直径应取标准值(GB/T 2822-2005);与滚动轴承配合 的轴段直径应按滚动轴承内径尺寸选取;轴上的螺纹部分直径应符合 螺纹标准等。
的拆卸。 • 3.提高轴的疲劳强度ຫໍສະໝຸດ Baidu• 轴通常在变应力下工作，多数轴因疲劳而失效，因此设计轴时，应
设法提高其疲劳强度。常采取的措施有以下两种。 • 1)改进轴的结构形状 • 轴的破坏大多是因为疲劳破坏。提高轴的抗疲劳破坏强度的关键是
减少应力集中，尽量使轴径变化处过渡平缓，并采用较大的过渡圆角。 如相配合零件内孔倒角或圆角很小时，可采用凹切圆角(如图12-7(a) 所示)或过渡肩环(如图12-7(b)所示)。
• 按照轴的结构形状不同，可划分为直轴(如图12-4所示)和曲轴(如 图12-5(a)所示)、光轴和阶梯轴、空心轴和实心轴、刚性轴和挠性轴。 曲轴多用于往复式机械中，如汽车发动机等;挠性轴可将转动灵活地 传递到所需要的任何位置;阶梯轴广泛应用于汽车变速器等各种机械 设备中。
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以是转动的，如图12-1(a)所示为火车的轮轴;也可以是固定的，如 图12-1(b)所示为自行车的前轮轴。 • (2)传动轴。只传递转矩的轴称为传动轴，如图12-2所示连接汽车 变速器与后桥的轴。
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• (3)车令轴。既承受弯矩又传递转矩的轴称为转轴。转轴是机械中 最常见的轴，如齿轮减速箱的轴均是转轴，如图12-3所示。
• 2)装配工艺性 • 为了便于轴上零件的装配，常采用直径从两端向中间逐渐增大的阶
梯轴，使轴上零件通过轴的轴段直径小于轴上零件的孔径。轴上的各 阶梯，除轴上零件轴向固定的可按表12-3确定轴肩高度外，其余仅为 便于安装而设置的轴肩，轴有高度可取0. 5~3mm。
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• 轴端应倒角，并去掉毛刺，以便于装配。 • 固定滚动轴承的轴肩高度应符合轴承的安装尺寸要求，以便于轴承
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• 例如，采用滑动轴承的高速轴，常用20Cr, 20CrMnTi等低碳合金 钢，经渗碳淬火后可提高轴颈耐磨性;汽轮发电机转子轴在高温、高 速和重载条件下工作，必须具有良好的高温机械性能，常采用 27Cr2MolV, 38CrMoAlA等合金结构钢。值得注意的是:钢材的种类 和热处理对其弹性模量影响甚小，因此如欲采用合金钢代替碳素钢或 通过热处理来提高轴的刚度，收效甚微。此外，合金钢对应力集中敏 感性较强，且价格较高。
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• 键槽端部与阶梯处距离不宜过小，以避免损伤过渡圆角及减少多种 应力集中源重合的机会。键槽根部圆角半径越小，应力集中越严重。 因此在重要轴的零件图上应注明其大小。避免在轴上打印及留下一些 不必要的痕迹，因为它们可能成为初始疲劳裂纹源。
• 2)改善轴的表面质量 • 提高轴的表面质量可通过提高轴的表面精度、进行热处理或表面强