4.1轴(课件）-高一《汽车机械基础》同步教学（北京理工大学出版社）

项目四 汽车典型机械零件 任务一 轴 任务二 轴承 任务三 联轴器、离合器和制动器 任务四 常用连接件 任务一 轴 （一）轴的分类； （二）轴的材料选择； （三）轴的结构设计 目录 任务一 轴 如图4-1 （a）所示为减速装置传动简图，电动机的运动和动力经联轴器传递给减速器的输入轴Ⅰ，再经减速齿轮传递给输出轴Ⅱ，最后在将运动和动力传递给机械零件。图4-1 （b）为减速器输出轴Ⅱ的结构简图，轴上装有轴承、齿轮、联轴器等件，并通过轴实现传动。因此，轴的主要功用是支承回转零件（齿轮、链轮等），并传递运动和动力。 分析图4-1 （b）减速器输出轴，轴采用了什么材料？轴的结构如何？轴上零件是如何实现合理的固定？ 任务导入 任务一 轴 （a）减速装置传动简图 （b）减速器输出轴 图4-1减速装置 任务分析 通过对减速装置的传动分析可知，轴在工作过程中承受一定的作用力，经过一定时间后会出现磨损或损坏现象。因此，在进行轴的设计时，要选用适合的材料，进行必要的结构设计。 任务一 轴 学习目标 1.熟悉轴的功用、种类及应用特点； 2.了解轴的材料选用及常见失效形式； 3.掌握轴的结构设计方法。 任务一 轴 相关知识 （一）轴的分类 1.按轴线几何形状分类 1）直轴 2）曲轴 3）挠性钢丝轴 光轴 阶梯轴 空心轴 轴 任务一 轴 2.按轴受载情况分类 转轴：既传递转矩又同时承受弯矩的轴； 心轴：只承受弯矩不承受转矩的轴； 传动轴：只承受转矩，不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴； 转轴 任务一 轴 轴 （二）轴的材料选择 轴的主要失效形式是疲劳断裂，因此轴的材料要求有一定的疲劳强度和韧性；轴与轴上零件发生相对运动的表面应具有一定的耐磨性；同时根据经济性和工艺性等的要求，合理的选择轴的材料。 轴常用的材料主要有碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢价格低，对应力集中的敏感性小，应用较为广泛。常采用的碳素钢有30、40、45和50钢，以45钢最常用，为了保证力学性能，通常进行正火或调质处理。对不重要的或低速轻载的轴可选用Q235、Q275等普通碳素钢制造。 合金钢比碳素钢具有更好的力学性能和热处理性能，但应力集中敏感，价格较高，常用于制造高速、重载轴，或受力大而要求尺寸小、重量轻的轴，或处于高温、低温或腐蚀介质中工作的轴。常用的合金钢有20Cr、40Cr、20CrMnTi、35CrMo、40MnB等。 轴也可以采用铸钢、合金铸铁或球墨铸铁。球墨铸铁吸振性、耐磨性好，价廉，对应力集中的敏感性低，但其强度低，韧性差，铸造品质不容易控制，多用于制造外形复杂的轴，如内燃机的曲轴等。 任务一 轴 材料牌号 热处理 毛坯直径（mm） 硬度 (HBW) 抗拉强度极限σb 屈服强度极限σs 弯曲疲劳极限σ-1 剪切疲劳极限τ-1 许用弯曲应力[σ-1] 备注 MPa Q235A 热轧或锻后空冷 ≤100   400~420 225 170 105 40 用于不重要及受载荷不大的轴 >100~250   375~390 215   45 正火 回火 ≤10 170~217 590 295 225 140 55   应用最广泛 >100~300 162~217 570 285 245 135 调质 ≤200 217~255 640 355 275 155 60     40Cr 调质 ≤100 >100~300 241~286 735 685 540 490 355 355 200 185 70 用于载荷较大，而无很大冲击的重要轴     40CrNi 调质 ≤100 >100~300 270~300 240~270 900 785 735 570 430 370 260 210 75 用于很重要的轴 38SiMnMo 调质 ≤100 >100~300 229~286 217~269 735 685 590 540 365 345 210 195 70 用于重要的轴，性能近于40CrNi 38CrMoAlA 调质 ≤60 >60~100 >100~160 293~321 277~302 241~277 930 835 785 785 685 590 440 410 375 280 270 220   75 用于要求高耐磨性，高强度且热处理（氮化）变形很小的轴 20Cr 渗碳 淬火 回火   ≤60 渗碳 56~62HRC   640   390   305   160   60 用于要求强度及韧性均较高的轴 3Cr13 调质 ≤100 ≥241 835 635 395 230 75 用于腐蚀条件下的轴 1Cr