汽车机械基础 第3版 课件 第10章汽车常用轴系零件

《汽车机械基础》

第10章汽车常用轴系零件Contents目录01020304轴类零件汽车轴承汽车联轴器汽车离合器汽车制动器1-凸轮轴2-摇臂轴3-

曲轴汽车发动机的曲轴及凸轮轴

10.1轴类零件

做回转运动的传动零件，如图所示减速器示意图中的齿轮、联轴器等，都是安装在轴上，并通过轴实现传动。因此，轴的主要功用就是支承零件并传递运动和动力。一、轴的用途及分类1、轴的用途2、轴的分类（1）按照承受载荷的不同，轴可分为：

转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器轴。心轴：只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。传动轴：只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。

（2）按结构形状分轴有实心轴、空心轴（车床的主轴）、曲轴、挠性钢丝轴和直轴。直轴又可分为截面相等的光轴和截面分段变化的阶梯轴。工程中最常见的是同时承受弯矩和转矩作用的阶梯轴曲轴阶梯轴挠性钢丝轴光轴轴的主要失效形式是长期承受交变应力作用下的疲劳破坏。因此，轴的材料要求具有较好的强度、韧性，与轴上零件有相对滑动的部位还应具有较好的耐磨性。（1）碳素钢。工程中广泛采用35、45、50等优质碳素钢；对于轻载和不重要的轴也可采用Q235、Q275等普通碳素钢。

（2）合金钢。常用于高温、高速、重载以及结构要求紧凑的轴，有较高的力学性能，但价格较贵，对应力集中敏感。（3）球墨铸铁。耐磨、价格低，但可靠性较差，一般用于形状复杂的轴。3、轴的材料二、轴的结构1、轴的结构轴的定位主要靠轴承实现。2、轴上零件的轴向定位和固定轴肩和轴环

(1)轴向固定：轴上零件的轴向固定就是不允许轴上零件沿轴向窜动。轴上零件的轴向定位主要靠轴肩和轴环或套筒来完成。（2）为了保证轴上零件靠紧定位面，轴肩处的圆角半径R必须小于零件内孔的圆角R1

或倒角C1，轴肩高度一般取h=（0.07～0.1）d，轴环宽度b≈1.4h（3）常用的轴向固定措施还有:轴的一端可采用轴端挡圈，如图（a）、套筒过长可采用圆螺母，如图（b）、受载较小时可采用弹性挡圈，如图（c）、紧定螺钉如图（d）所示和销钉等固定。3、轴上零件的周向固定轴上零件的周向固定是为了防止轴上零件与轴作相对转动，传递运动和转矩。常用的周向固定方法有键、花键、销和过盈配合等联接。

（1）制造工艺性：轴的结构应尽可能便于加工，节约加工成本。4、轴的结构工艺性轴的形状要力求简单，阶梯轴的级数应尽可能少，轴上各段的圆角半径、倒角等尺寸应尽可能统一，以利于加工和检验。轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴段应有退刀槽。当轴上有多处键槽时，应使各键槽位于轴的同一母线上。装配时，零件各部位不能互相干涉。（2）装配工艺性为使轴便于装配，轴端应有倒角、中心孔。对于阶梯轴常设计成两端小中间大的形状，以便于零件从两端装拆。轴肩高度不能妨碍零件的拆卸。练习：分析图中的错误。如图所示，共有6处错误。（1）轴肩高度超过轴承内圈高度，轴承无法拆卸；（2）键过长，无法装配；（3）轴头长度太长（轮毂长度过短），轮毂定位不准确；（4）套筒高度超过轴承内圈高度，轴承无法拆卸；（5）轴承处直径和套筒处直径一样，导致装配和加工难度增加;（6）没有密封装置，导致润滑剂流失。如图所示，共有7处错误。（1）轴肩高度超过轴承内圈高度，轴承无法拆卸；（2）轴头长度太长（轮毂长度过短），轮毂定位不准确；（3）键过长，无法装配；（4）套筒高度超过轴承内圈高度，轴承无法拆卸；（5）没有退刀槽，螺母无法拧紧，轴承定位不可靠；（6）半联轴器没有定位。（7）轴过长。汽车中的轴类零件有通用轴如变速器轴，主要用于支承齿轮、带轮、链轮等传动件，同时传递动力和扭矩，还有典型的汽车专用轴，如曲轴、凸轮轴、传动轴和半轴等。变速器轴凸轮轴汽车后桥曲轴里程表软轴转向轴三、汽车典型轴类零件1、曲轴1-主轴颈2-连杆轴颈3-前端轴4-曲柄5-平衡块6-后端凸缘曲轴的组成曲轴是汽车发动机中构成曲轴飞轮组的主要零件之一，其作用是把活塞的往复运动通过连杆转变为旋转运动，并将其转变为扭矩，驱动汽车的传动系统和发动机配气机构以及其他辅助装置，如风扇、水泵、发电机等。曲轴一般由主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成一个曲拐，直列式发动机曲轴的曲拐数目等于气缸数，V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。曲轴的连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，曲柄与主轴颈的相连处以圆弧过渡，可减少应力集中。曲轴前端装有正时齿轮，以驱动风扇和水泵的皮带轮及起动爪。曲轴的后端用来安装飞轮。曲轴的形状和曲拐相对位置取决于气缸数、气缸排列和发动机的发火顺序。曲轴一般由45、40Cr、40MnB、35CrMo、35Mn2等中碳钢和中碳合金钢锻压而成，轴颈表面经高频淬火或氮化处理来提高耐磨性。曲轴也可采用球墨铸铁，其耐磨性好，价格便宜，轴颈不需硬化处理，机械加工量少。2、凸轮轴凸轮轴的作用是驱动和控制发动机各缸气门的开闭，使其符合发动机的工作顺序、配气相位及气门开度的变化规律的要求。凸轮轴是实心轴，由进气凸轮、排气凸轮及轴颈组成，凸轮的作用是驱动气门开闭，轴颈的作用是支撑凸轮轴。凸轮表面要耐磨，凸轮轴要有足够的韧性和刚度，一般用优质钢（45、40Cr、20CrMn）模锻而成，也可以采用合金铸铁或球墨铸铁铸造。通常凸轮和轴颈的工作表面经过渗碳及表面淬火处理后精磨，以提高耐磨性。3、传动轴传动轴是汽车传动系中传递动力的重要部件，它与变速箱、驱动桥一起将发动机的动力传递给车轮，使汽车产生驱动力。传动轴一般由轴管、伸缩套和万向节组成。传动轴以高速回转，一般要求扭转强度高、弯曲刚度大。为了提高强度和刚度，传动轴多做成空心的，一般用厚度为1.5～3.0cm的薄钢板卷焊而成，重载汽车应采用无缝钢管，或制成实心轴。4、半轴汽车半轴实物汽车半轴的位置汽车半轴也称驱动轴，是汽车后桥中传递扭矩的一个重要部件，它将差速器传来的动力传给驱动轮。半轴是变速箱与驱动轮之间传递扭矩的实心轴，内外端各有一个万向节，通过万向节上的花键与变速箱齿轮及轮毂轴承内圈连接。常见的半轴失效形式有扭转疲劳断裂、过量磨损及过量变形。半轴材料应具有足够的强度和韧性，以及较高的疲劳强度。一般中轻型汽车的半轴应用45或40Cr、40MnB钢。重型汽车的半轴常用40CrNiMo等合金钢。10.2汽车轴承轴承的功用：支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度。轴承的分类：滑动轴承（滑动摩擦轴承）滚动轴承（滚动摩擦轴承）根据工作时的摩擦性质按承受的载荷方向向心轴承推力轴承向心推力轴承一辆汽车一般有约30种50套轴承安装在不同的转动部位。按安装部位汽车轴承可分为发动机轴承、传动系轴承、转向系轴承及空调机轴承等。如发电机轴承、张紧轮轴承、曲轴轴承、变速器轴承、转向器轴承等。1、类型和结构滑动轴承分为径向滑动轴承（承受径向载荷）和推力滑动轴承（承受轴向载荷）。一般由轴瓦和轴承座组成。径向滑动轴承径向滑动轴承也成为向心滑动轴承，主要有整体式和剖分式两类。一、滑动轴承整体式向心滑动轴承剖分式向心滑动轴承轴承座轴承（1）整体式向心滑动轴承组成：轴承座、轴套或轴瓦。轴承通过螺栓与机架联接，用建模材料制成的轴套或轴瓦压入轴承座孔内，轴瓦上有进油孔，在其表面上有轴向油道来分配润滑油，实现润滑。组成：轴承座、剖分轴瓦、轴承盖、联接螺栓等。在轴瓦剖分面上配有调整垫片。轴瓦磨损后，可通过减小垫片厚度来调整轴承径向间隙。剖分式滑动轴承装拆方便，轴瓦与轴的间隙可调，因此应用广泛。发动机连杆轴承即为剖分式滑动轴承。剖分式向心滑动轴承榫口螺纹孔轴承座轴承盖联接螺栓剖分轴瓦（2）剖分式向心滑动轴承轴瓦非承载区内表面开有进油口和油沟，以利于润滑油均匀分布在整个轴径上。进油孔油道薄壁轴瓦厚壁轴瓦整体轴套卷制轴套F推力滑动轴承1-轴颈2-轴瓦推力滑动轴承主要承受轴向载荷。其轴颈端面与止推轴瓦组成一对摩擦副。为使工作面上的压强分布均匀，常采用环状端面。载荷较大时，可采用多环轴颈。2、滑动轴承的特性及应用特性：工作平稳，无噪声，耐冲击，承载能力强，径向尺寸小，转速及回转精度高，普通滑动轴承的起动摩擦阻力大。应用：工作转速特别高的场合；需要承受大的冲击和振动载荷的场合；要求特别精密的场合；装配工艺要求轴承剖分的场合，如曲轴轴承；要求轴承径向尺寸小的场合。3、安装与维护安装时要保证轴颈在轴承孔内转动灵活、准确、平稳；瓦背与轴承座孔应修刮贴实，轴瓦剖分面应高出0.05~0.1mm；油路与油槽要接通，使用过程中应经常检查润滑、发热及振动情况。二、滚动轴承1、结构内圈：一般随轴转动，有滚道，限制滚动体的侧向移动。外圈：一般不转动，有滚道，限制滚动体的侧向移动。滚动体：核心元件，在滚道中产生滚动摩擦有球、圆柱

磙子、圆锥磙子等。保持架：将滚动体均匀分开，避免相互碰撞，减小磨损、

减少发热。滚动轴承是标准件。推力轴承按载荷方向分类型FaFr向心轴承向心推力轴承FrFa向心轴承----主要承受径向载荷Fr推力轴承向心推力轴承----只能承受轴向载荷Fa----可同时承受径向和轴向载荷轴圈座圈2、滚动轴承的基本类型、特性及应用常用滚动轴承的基本类型、特性及应用3、滚动轴承的代号宽度系列代号直径系列代号前置代号基本代号后置代号滚动轴承代号的构成类型代号尺寸系列代号

轴承分部件代号内径代号五二一三四内部结构代号公差等级代号游隙代号（2）直径系列代号----基本代号右起第三位数字。

表示：结构、内径相同的轴承在外径和宽度方面的变化系列7、8、9、0、1、2、3、4、5

内径相同，而直径系列代号不同的四种轴承的尺寸对比：6110621063106410轴承的内径表示方法内径代号轴承内径尺寸mm001001020304~99代号

5121517（1）内径代号---基本代号右起第一、二位数字。

（3）宽度系列代号-----基本代号右起第四位数字。

表示：结构、内、外径都相同的轴承，在宽度方面的变化系列正常系列----0系列，代号0可不标出（除圆锥滚子轴承、调心滚子轴承外）（4）前置、后置代号

前置、后置代号是当轴承在结构形状、尺寸、公差、技术要求等有改变时，在其基本代号左右添加的补充代号。轴承代号前置代号基本代号后置代号（组）12345678成套轴承分部件内部结构密封与防尘套圈类型保持架及材料轴承材料公差等级游隙配置其他前置、后置代号的排列滚动轴承代号示例63037312AC/P6轴承内径d=17mm深沟球轴承接触角α=25˚轴承内径d=12×5=60mm尺寸系列03角接触球轴承6级公差0级公差0组游隙0组游隙尺寸系列03N105/P5公差等级为5级轴承内径d=25mm直径系列为1(正常宽度系列)圆柱滚子轴承游隙组为0组；30213轴承内径d=65mm直径系列为2宽度系列为0系列（正常系列）圆锥滚子轴承公差等级为0级;游隙组为0组；安装滚动轴承之前，应首先对与轴承相配合的轴颈和轴承座孔的尺寸、表面质量进行仔细的检查，发现问题及时处理；然后用煤油或汽油把配合表面清洗干净，再涂上一薄层润滑油或润滑脂。轴承内圈通常与轴颈配合较紧，对于小型轴承一般可在轴承内圈上垫装配套管（铜管或软钢管），用手锤直接将轴承内圈打入轴颈。常采用的方法是用压力机将轴承压套到轴颈上。对于尺寸较大的轴承，可先将轴承放到热油（油温80~100℃）中预热，然后进行安装。4、滚动轴承的装拆轴承内圈的拆卸滚动轴承的安装装内圈于轴上内外圈上同时受力h1h1轴承外圈的拆卸用压力法拆卸轴承可用压力机或拆卸工具，较多使用的是拉杆拆卸器（俗称拉马），如图所示。它是靠2~3个拉爪钩住轴承内圈拆下轴承的。

滚动轴承润滑的目的主要是减少磨擦、磨损，同时也有冷却、吸振、防锈和减少噪声的作用。当轴颈转速较低时，一般采用润滑脂润滑，不易流失，便于密封和维护。装填润滑脂时一般不超过轴承内空隙的1/3~1/2。当轴颈速度过高时，应采用润滑油润滑，使摩擦阻力少，并可起到散热、冷却作用。润滑方式常采用浸油或飞溅润滑。5、滚动轴承的润滑与密封

密封方式的选择与润滑的种类、工作环境、温度、密封表面的圆周速度有关。分类接触式非接触式组合式毛毡圈密封密封圈密封间隙密封迷宫式密封---毛毡迷宫式密封毛毡圈密封适用场合：脂润滑，要求环境清洁，轴颈圆周轴速度v<4~5m/s，工作温度不超过90℃。矩形断面的毛毡圈被安装在梯形槽内，对轴产生一定的压力而起到密封作用。接触式密封适用场合：脂或油润滑，轴颈圆周速度v<4~5m/s，工作温度:-40~100℃。(a)(b)密封圈密封

密封圈用皮革、塑料或耐油橡胶制成，有的具有金属骨架，有的没有，制成标准件。

密封唇朝里，目的是防漏油

密封唇朝外，目的是防灰尘适用场合：脂润滑或油润滑，工作温度不高于密封用脂的滴点。密封效果可靠。

因考虑到轴受热后会变长，间隙取δ=1.5~2mm迷宫式密封δ=0.1~0.2mm(a)(b)δδ=1.5~2mmδ

将旋转件与静止件之间的间隙做成迷宫形式，并在间隙中充填润滑脂以加强密封效果。径向曲路径向曲路适用场合：脂润滑，要求环境干燥清洁。靠轴与端盖之间的细小环形间隙密封，间隙愈小愈长，效果愈好，间隙取0.1~0.3mm。间隙密封(a)(b)δ=0.1~0.3mmδ非接触式密封δ适用场合：适用于脂润滑或油润滑，密封效果可靠。

把多种密封形式组合在一起，可充分发挥各自的优点，提高密封效果。组合密封---毡圈加迷宫组合式密封10.3汽车联轴器、离合器与制动器一、汽车联轴器1、联轴器的功用

联轴器主要用于轴与轴间的联接，使两根轴一起回转并传递运动和动力。用联轴器联接的两根轴，在机器运转时不能实现分离，只有在机器停转后，经过拆卸才能把两轴分离。汽车转向系万向节二、联轴器的类型及特点

联轴器所联接的两轴，因制造及安装误差、承载后的变形及温度变化影响，不能保证严格的对中，而存在着相对位移。因此设计联轴器时，要从结构上采取措施，使其具有适应一定范围的相对位移的性能。固定式联轴器：结构简单、成本低，各零件间的联接是刚性的，无法补偿两轴间的相对位移缺乏缓冲吸振能力。

套筒联轴器的实物及结构：凸缘联轴器的实物及结构：可移式联轴器：工作零件间存在动联接，可补偿相对位移。根据是否有弹性元件，可分为刚性可移式联轴器和弹性可移式联轴器。刚性可移式联轴器：利用联轴器工作零件间的间隙和结构特性来补偿两轴的相对位移。但因无弹性元件，故不能缓冲减振。主要有齿式联轴器、滑块联轴器、万向联轴器。十字滑块联轴器：结构简单，径向尺寸小，可补偿较大的径向位移，适用于轴间径向位移较大的低速传动。齿式联轴器：承载能力大，工作可靠，补偿综合位移能力强，适用于中高速、重载、正反转频繁的传动。齿式联轴器的实物及结构万向联轴器：径向尺寸小，结构紧凑，常成对使用，适用于两轴夹角较大或工作中角位移较大的传动。万向节联轴器实物与结构单节式双节式弹性可移式联轴器：利用联轴器中的弹性元件的变形，来补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力。主要有弹性套柱销联轴器和弹性柱销联轴器。弹性柱销联轴器：结构简单，制造、维修方便，适用于起动及换向频繁的转矩较大的中、低速传动。弹性柱销联轴器实物及结构弹性套柱销联轴器：结构简单，装拆方便，可缓冲、吸振，适用于频繁起动换向的中、小转矩的中、高速传动。弹性套柱销联轴器实物及结构二、离合器汽车离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。在汽车行驶过程中，根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。离合器实物及其在汽车中的位置1、离合器的类型及特点按操纵方式分有机械操纵式、电磁操纵式、液压操纵式和气压操纵式等；按其工作原理可分为啮合式：利用牙齿啮合传递转矩，可保证两轴同步运转，但只能在低速或停车时进行离合。摩擦式：利用工作表面的摩擦传递扭矩，能在任何转速下离合，有过载保护但不能保证两轴同步运转。按离合控制方法不同，可分为操纵式和自动式两类。（1）牙嵌式离合器梯形牙强度高，传递转矩大，便于分离，能自动补偿牙面磨损产生的间隙。一般用于停机或低速接合、离合不频繁及传动比要求准确的场合。牙嵌式离合器实物及结构示意图（2）摩擦式离合器离合平稳，可实现高速接合，并具有过载打滑的保护作用。主、从动轴不能严格同步，接合时易产生磨损。汽车摩擦式离合器结构单片离合器结构简单，散热性好，但传递转矩较小，适用于轻载、传动比要求不严的场合；多片离合器承载能力大，径向尺寸较小，易于离合，适用于高速传动。滚柱式超越离合器主要由星轮1、外圈2、弹簧顶杆4和滚柱3组成。弹簧的作用是将滚柱压向星轮的楔形槽内，使滚柱与星轮、外圈相接触。设离合器以图示转向转动，当外圈的转速大于内圈时，由于摩擦力的作用使滚柱滑出楔形槽，这时离合器呈分离状态；当外圈转速小于内圈时，或外圈反转时，由于摩擦力和弹簧的共同作用，使滚柱滑入楔形槽内，这时离合器呈闭合状态。因此这种离合器称为超越离合器。（3）超越离合器只能传递单向转矩，反向时能自动分离。为定向离合器。2、汽车离合器的作用保证汽车平稳起步；便于换挡；防止传动系统过载。1、制动器的作用使机械中的运动件停止或减速。制动器与联轴器、离合器不同，它是利用摩擦力矩来消耗机器运动部件的动能，从而实现制动的。其动作迅速，可靠；其摩擦副耐磨，易散热。三、汽车制动器盘式汽车制动器及其安装位置2、制动器的分类常用制动器分摩擦式和非摩擦式两大类，摩擦式制动器又分外抱块式制动器、内胀蹄式制动器、带式制动器和盘式制动器等；非摩擦式制动器分为磁粉制动器、磁涡流制动器和水涡流式制动器等。（1）带式制动器。结构简单，包角大，制动力矩大，制动轮轴受较大的弯曲力，制动带的比压和磨损不均匀。散热性差，适用于大型机器、要求紧凑的制动，如机床、移动式起重机、卷扬机的制动等。带式制动器工作原理(2)块式制动器。结构简单可靠，散热一般，瓦块有较充分和较均匀的退距，调整较方便，但包角和制动力矩小，制造比带式制动器复杂，杠杆系统复杂，外形尺寸较大。块式制动器应用最广，主要用于起重运输、冶金机械等工作频繁和安装空间较大的机械上。外抱块式制动器组成及工作原理起重机用电动液压块式制动器1、2-制动蹄蹄3、4-支点5-制动鼓6-制动轮缸蹄式制动器示意图汽车蹄式制动器实物(3)内张蹄式制动器。由两个内置的制动蹄在径向向外挤压制动鼓，产生制动力矩。结构紧凑，散热性较好，密封容易。多为常开式，常用于安装空间受限制的场合，广泛应用于轮式起重机及各种车辆（如汽车、拖拉机等）行走机构的制动。(4)盘式制动器。利用轴向压力使圆盘或圆锥形摩擦面压紧，实现制动。全盘式或点盘式对称布置时，制动轴不受弯曲力。结构紧凑，瓦块磨损均匀，制动力矩大小与旋转方向无关。适用于紧凑性要求高的场合。1-卡钳2-活塞3-制动衬块4-转子5-轮毂汽车盘式制动器工作原理汽车盘式制动器实物(5)磁粉制动器利用磁粉磁化时产牛的内力制动。体积小，质量轻，激磁功率小且制动力矩与转动件的转速无关，磁粉会引起零件磨损。主要用于制动（制动转矩可调）、精密定位、测试加载、张力控制等。(6)磁涡流制动器坚固耐用，维护简单，调整范围大。但低速时效率低，温升高，必须采取散热措施。常用于有垂直负载的机械中（如起重机械的起升机构），吸收停车前的能量，以减轻停车制动器的负载。磁粉制动器磁涡流制动器3.常见汽车制动器及工作原理汽车中的制动器分为行车制动器（脚刹）和驻车制动器（手刹）。在行车过程中，一般都采用行车制动（脚刹），便于在前进的过程中减速停车。当车停稳后，要使用驻车制动（手刹），以防止车辆前滑和后溜。行车制动器中最常见的形式是盘式制动器和鼓式制动器。

盘式制动器又称为碟式制动器，由液压控制，主要由制动盘、分泵、制动钳、油管等组成。制动盘用合金钢制造并固定在车轮上，随车轮转动。分泵固定在制动器的底板上固定不动。制动钳上的两个摩擦片分别装在制动盘的两侧。1-卡钳2-活塞

3-制动衬块4-转子5-轮毂汽车中的鼓式制动器即内张蹄式制动器。鼓式制动器接触面积大，获得的刹车力也大，因处于相对密闭的空间里，不易受到水和泥沙的影响，制造成本低，维修保养便宜，但散热性能差，制动蹄片和轮鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形，引起制动效率下降。轿车制动中，因惯性前轮负载常占