汽车机械基础-汽车常用零件-轴课件

导入：

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？本章教学目标

第三章汽车常用零件项目一轴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；本章内容第二节

轴上零件的布置第一节概述轴的分类第四章轴引子: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。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;如任务一.轴的分类

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2.按轴的结构形状分：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。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。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组成；轴结构决定因素；结构设计的几个方面。

轴的结构设计结构要求：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）轴端轴头轴颈轴头轴身二.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。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。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——

结构分析轴颈轴头轴身轴的结构设计(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；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；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：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,[τ]许用扭转切应力:MPaT--轴传递的转矩，也是轴承受的扭矩：N·mmWp--轴的抗扭截面系数:Wp=0.2d3mm3P--轴传递的功率:kwd--轴的直径:mmn--轴的转速:r/min空心轴的计算公式见课本P121式3-2上式中：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35钢45钢40Cr,35SiMn,40MnB,38SiMnMo,20CrMnTi[т]/MPa15~2520~3525~4535~55A149~126135~112126~103112~972.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定之后，轴的基本形状就确定下来了。轴的最小直径确定后，可按轴上零件的装配方案和定位要求，逐步确定各轴段的直径；根据轴上零件的轴向尺寸、各零件的相互位置关系以及零件装配所需的装配和调整空间，确定轴的各段长度。需要注意的问题：1）轴上与标准零件相配合的直径应取为标准值，非配合轴段允许为非标准值，但最好取为整数；2）与滚动轴承相配合的直径，必须符合滚动轴承的内径标准；3）安装联轴器的轴径应与联轴器的孔径范围相适应；4）轴上的螺纹直径应符合标准。5）轴上与零件相配合部分的轴段长度，应比轮毂长度短2—3mm，以保证零件轴向定位可靠。6）若在轴上装要滑移的零件，应该考虑零件的滑移距离。7）轴上各零件之间应该留有适当的间隙，以防止运转时相碰。需要注意的问题：(三)轴上零件的定位和固定为了传递运动和动力，保证机械的工作精度和使用可靠，零件必须可靠地安装在轴上，不允许零件沿轴向发生相对运动。因此，轴上零件都必须有可靠的轴向定位措施；轴上零件的轴向定位方法取决于零件所承受的轴向载荷大小；零件的定位分：轴向定位、周向定位。1.轴上零件的轴向定位和固定

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。常用方式：轴肩、轴环套筒、圆螺母弹性挡圈、紧定螺钉；轴端挡圈、圆锥面。零件的轴向定位

1）轴肩和轴环:要求r轴<R孔或r轴<C孔

错误正确为了使轴上零件的端面能与轴肩紧贴，轴肩的圆角半径R必须小于零件孔端的圆角半径R1或倒角C1；否则，无法紧贴。轴肩或轴环的高度h必须大于R1或C1。

轴环与轴肩尺寸：h=（0.07d＋3）—（0.1d＋5）mm轴环宽度：

b≈l.4h要求轴肩高度<滚动轴承内圈高度错误

正确2）套筒3）轴用圆螺母

特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降。应用：常用于轴的中部和端部4）轴端挡圈当用轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴端挡圈进行零件的轴向定位时，为保证轴向定位可靠，要求L轴<L毂正确正确错误

5）轴承端盖轴承端盖与机座间加垫片，以调整轴的位置

6）弹性挡圈8）其它固定形式7）锁紧挡圈、紧定螺钉或销

这两种固定的方法，常用于轴向力较小的场合。

锥形面或过盈配合联接2.零件的周向定位1）键2）花键3）紧定螺钉、销4）过盈配合(四)提高轴的强度、刚度和减轻轴的重量的措施

1、改进轴的结构，减少应力集中2、合理布置轴上零件以减少轴的载荷3、改进轴上零件的结构，减小轴的载荷4、选择受力方式以减小轴的载荷，改善轴的强度和刚度5、改进表面质量提高轴的疲劳强度(五)轴的结构工艺性由于阶梯轴接近于等强度，而且便于加工和轴上零件的定位和拆装，所以实际上的轴多为阶梯形.1、关于轴的形状：阶梯轴2、关于轴的有关尺寸为了能选用合适的圆钢和减少切削用量，阶梯轴各轴段的直径不宜相差过大，一般取为5~10MM。为了便于切削加工，一根轴上的圆角应尽可能取相同的半径；退刀槽取相同的宽度；倒角尺寸相同；若需开键槽的轴段直径相差不大时，应尽可能采用相同宽度的键槽（如图），一根轴上各键槽应开在同一母线上，以减少换刀次数。3.轴的结构工艺性1）轴肩圆角r2）轴端倒角

3）砂轮越程槽

4）螺纹退刀槽

5）同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，且取相同尺寸同一根轴上所有圆角半径和倒角的大小应尽可能一致，以减少刀具规格和换刀次数。为便于加工定位，轴的两端面上应做出中心孔。

完毕1)圆角半径和倒角为使轴上零件容易装拆，轴端和各轴段端部都应有45°的倒角。

2)轴端倒角轴上磨削的轴段应设有砂轮越程槽，以便磨削时砂轮可以磨削到轴肩的端部。3)砂轮越程槽轴上车螺纹的轴段应设有螺纹退刀槽，以保证螺纹牙均能达到预期的高度。

4)螺纹退刀槽轴上沿长度方向开有几个键槽时，应将键槽安排在轴的同一母线上。

5)键槽轴系结构改错

四处错误正确答案三处错误正确答案两处错误1.左侧键太长，套筒无法装入2.多个键应位于同一母线上轴系结构改错(六)轴上的零件装拆和调整为了能够顺利地装拆轴上零件，轴的结构多半设计成中间粗两端逐渐细的阶梯轴形状。为装拆方便，轴肩一般可取为1~3mm。安装轴承的轴肩高度应小于轴承内圈厚度，以便拆卸。例:汽车轴(某汽车型号)课后练习1、轴的功用是什么？根据所受的载荷不同，轴可分为几种类型？各用一例子说明。2、轴常用材料有哪些？3、轴在什么条件下会发生疲劳破坏，如何提高轴的疲劳强度？4、轴的强度计算的基本步骤是什么？轴的结构设计包括几个方面的内容？思考题：指出图中主动轴结构的不合理之处，并提出改进意见。试指出图中结构不合理的地方并改正。附录资料：不需要的可以删除滤波器

滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。

广义地讲，任何一种信息传输的通道（媒质）都可视为是一种滤波器。因为，任何装置的响应特性都是激励频率的函数，都可用频域函数描述其传输特性。因此，构成测试系统的任何一个环节，诸如机械系统、电气网络、仪器仪表甚至连接导线等等，都将在一定频率范围内，按其频域特性，对所通过的信号进行变换与处理。一、滤波器的分类

根据滤波器的选频作用，可将滤波器分为以下四类：

（1）低通滤波器

从0～f2频率之间，幅频特性平直，它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过，而高于f2的频率成分受到极大地衰减。

（2）高通滤波器

与低通滤波相反，从频率f1～∞，其幅频特性平直。它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过，而低于f1的频率成分将受到极大地衰减。06三月2023一、滤波器的分类

（3）带通滤波器

它的通频带在f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分可以不受衰减地通过，而其它成分受到衰减。

（4）带阻滤波器

与带通滤波相反，阻频带在频率f1～f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减，其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过。

06三月2023一、滤波器的分类

低通滤波器和高通滤波器是滤波器两种最基本的形式，其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器。例如：低通滤波器与高通滤波器的串联为带通滤波器，低通滤波器与高通滤波器的并联为带阻滤波器。

带通滤波器低通与高通滤波器的串联带阻滤波器低通与高通滤波器的并联

06三月2023二、理想滤波器

理想滤波器是指能使通频带内信号的幅值和相位都不失真，阻带内的频率成分都衰减为零的滤波器，其通带和阻带之间有明显的分界线。也就是说，理想滤波器在通带内的幅频特性应为常数，相频特性的斜率为常值；在通带外的幅频特性应为零。

理想低通滤波器的频率响应函数及图形为：

06三月2023二、理想滤波器

分析上式所表示的频率特性可知，该滤波器在时域内的脉冲响应函数h(t)为sinc函数，图形如下图所示。脉冲响应的波形沿横坐标左、右无限延伸，从图中可以看出，在单位脉冲输入滤波器之前，即在t＜0时，滤波器就已经有响应了。显然，这是一种非因果关系，在物理上是不能实现的。由此知在截止频率处呈现直角锐变的幅频特性，或者说在频域内用矩形窗函数描述的理想滤波器是不可能存在的。实际滤波器的频域图形不会在某个频率上完全截止，而会逐渐衰减并延伸到∞。三、实际滤波器

理想滤波器是不存在的，在实际滤波器的幅频特性图中，通带和阻带之间应没有严格的界限。在通带和阻带之间存在一个过渡带。在过渡带内的频率成分不会被完全抑制，只会受到不同程度的衰减。所以，当一个信号经过实际滤波器时，其带宽B与响应建立时间T之间存在一个反比关系，即：

B·T=常数

带宽标志着滤波器的分辨力，带宽越窄，分辨力越高，但由上式可知滤波器达到稳态输出的时间会加长，反之，若想获得较快的输出，就要选择带宽较大的滤波器，但由此会导致滤波的精度下降。实际使用时，要综合考虑这两个因素。

06三月2023三、实际滤波器1、实际滤波器

实际滤波器描述的主要参数有纹波幅度、截止频率、品质因数等。下图是一个典型的实际带通滤波器：

品质因数Q：对于带通滤波器，通常把中心频率f0和带宽B之比称为滤波器的品质因数，其值越大，表明滤波器频率分辨力越高。

06三月2023三、实际滤波器2、RC调谐式滤波器

在测试系统中，信号频率相对来说不高，因此常用RC滤波器。RC滤波器电路简单，抗干扰性强，有较好的低频性能，并且选用标准的阻容元件易得，所以在工程测试的领域中经常用到。

(1)一阶RC低通滤波器

RC低通滤波器的电路及其幅频、相频特性如下图所示：06三月2023三、实际滤波器2、RC调谐式滤波器(2)一阶RC高通滤波器

RC高通滤波器的电路及其幅频、相频特性如下图所示：06三月2023三、实际滤波器2、RC调谐式滤波器(3)RC带通滤波器

RC带通滤波器的电路及其幅频、相频特性如下图所示：06三月2023四、常用滤波器

频谱分析：将信号通过中心频率不同的多个带通滤波器，则各个滤波器的输出就反映了信号中在该通带频率范围内的量值，此过程称为信号的频谱分析，由此分析，也可摘取信号中某些特殊的频率成分。频谱分析时带通滤波器的使用方法：（1）采用中心频率可调的带通滤波器。

（2）采用一组各自中心频率固定、但又按一定规律相隔的滤波器组。06三月2023四、常用滤波器

用于频谱分析装置中的滤波器组，根据带通滤波器中心频率与带宽之间的数值关系，可分为两种：

1、恒带宽比滤波器

中心频率与带宽的比值（品质因数）是不变的，称为恒带宽比带通滤波器，优点是用较少的带通滤波器个数就可以覆盖较大的频率范围，缺点是中心频率越高，带宽也越宽，高频滤波性能下降。

06三月2023四、常用滤波器1、恒带宽比滤波器恒带宽比带通滤波器为使各个带通滤波器组合起来后能覆盖整个要分析的信号频率范围，其带通滤波器组的中心频率是倍频程关系，同时带宽是邻接式的，通常的做法是使前一个滤波器的上截止频率与后一个滤波器的下截止频率相一致，如下图所示。这样的一组滤波器将覆盖整个频率范围，称之为“邻接式”的。06三月2023四、常用滤波器2、恒带宽滤波器

带宽B不随中心频率而变化，称为恒带宽带通滤波器，其优点是不论带通滤波器的中心频率处在任何频段上，带宽都相同，即分辨力不随频率变化，缺点是在覆盖频率范围相同的情况下，要比恒带宽比滤波器使用较多的带通滤波器。

06三月2023第四节信号的放大为保证测量精度，要求放大电路具有如下：足够的放大倍数；高输入阻抗，低输出阻抗；高共模抑制能力；低温漂、低噪声、低失调电压和电流。说明：集成运算放大器具备上述特点。一、基本放大电路反相放大器：输入阻抗低、易对传感器形成负载效应；同相放大器：输入阻抗高、易引入共模干扰；差分放大器：不能提供足够的输入阻抗和共模抑制比；二、仪器放大器典型的仪器放大电路由三个集成运放构成的，如图所示。两个输入端分别是两个集成运放Ａ１、Ａ２的同相输入端，因此输入电阻很高。Ａ３构成差分放大电路，两边电阻对称，可以消除上述远距离测量时的共模干扰。同时当Ａ１、