第10章 汽车常用轴系零件 （教案）-《汽车机械基础》同步教学（机工版.第3版）

课 时 计 划 序号 专业及班级 授 课 类 型 讲 授 月 日 讲授 （180＇） 课 题 第10章 汽车常用轴系零件 课 时 教 学 目 的 1. 熟悉汽车中常用的轴类零件； 2. 熟悉轴的分类及轴上零件的常用固定方法； 3. 掌握汽车常用轴零件的特点； 4. 理解汽车中应用的联轴器、离合器及制动器的特点及工作原理； 5. 能说明汽车常用轴零件的结构及工作原理。 重 点 与 难 点 重点：汽车常用轴零件的特点 难点：离合器及制动器的工作原理 时 间 内容及讲授方法 教 具 5＇ 30＇ 40＇ 20＇ 30＇ 40＇ 15＇ 组织教学及新课导入 一、轴类零件 二、汽车轴承 三、汽车联轴器 四、汽车离合器 五、汽车制动器 小结及习题 检 查 意 见 签字 任课教师： 板 书 设 计 （I） 第10章 汽车常用轴系零件 一、轴类零件 1、轴的用途、分类 2、轴的结构 3、汽车典型轴类零件 二、汽车轴承 1、滑动轴承 2、滚动轴承 三、汽车联轴器、离合器与制动器 1、汽车联轴器 2、离合器 3、制动器 板 书 设 计 （II） 课 后 小 结 作 业 授 课 内 容 教案 （副页） 10.1 轴类零件 1-凸轮轴 2-摇臂轴 3- 曲轴 一、轴的用途及分类 1、轴的用途 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。 2、轴的分类 （1）按照承受载荷的不同，轴可分为： *传动轴：只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。 *心轴：只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。 *转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器轴。 （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 3、轴的材料 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。 二、轴的结构 1、轴的结构 轴的定位主要靠轴承实现。 组织教学 导入：观察汽车发动机中的曲轴及凸轮轴，总结导入新课。 PPT演示减速箱齿轮轴，理解轴的用途。 PPT演示各种类型的轴。 No 1 授 课 内 容 教案 （副页） 轴的结构 2、轴上零件的轴向定位和固定 (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。 轴肩和轴环 （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。 轴上零件的轴向固定方法 PPT演示轴的结构。 No 2 授 课 内 容 教案 （副页） 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。 轴上零件的周向固定 4、轴的结构工艺性 （1）制造工艺性：轴的结构应尽可能便于加工，节约加工成本。 （2）装配工艺性：装配时，零件各部位不能互相干涉。 三、汽车典型轴类零件 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 曲轴 凸轮轴 1、曲轴 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。 PPT演示练习：分析给出的轴存在的错误。 思政：结合轴的结构工艺性要求，对学生进行严谨认真的工作态度教育。 PPT演示曲轴的结构，认识曲轴，理解其作用。 PPT演示凸轮轴的结构，认识凸轮轴，理解其作用。 No 3 授 课 内 容 教案 （副页） 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。 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： （1）根据工作时的摩擦性质：滑动轴承、滚动轴承。 （2）按承受的载荷方向：向心轴承、推力轴承、向心推力轴承 一、滑动轴承 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。 （1）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。 （2）推力滑动轴承 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。 PPT演示传动轴的位置，认识传动轴，理解其功用。 PPT演示半轴的位置，认识汽车半轴，理解其功用。 提问：轴靠什么定位？总结：一辆汽车一般有约30种50套轴承安装在不同的转动部位。 PPT演示整体式和剖分式径向滑动轴承的结构。 No 4 授 课 内 容 教案 （副页） 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，滚动体有球、圆柱磙子、圆锥磙子等形式。 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。 2、滚动轴承的基本类型、特性及应用 3、滚动轴承的代号 （1）内径代号---基本代号右起第一、二位数字。 （2）直径系列代号----基本代号右起第三位数字。 （3）宽度系列代号-----基本代号右起第四位数字。 （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。 *滚动轴承代号示例 说明：滚动轴承是标准件。 PPT演示各类滚动轴承的特性及应用。 PPT演示：举例说明滚动轴承代号的含义。 No 5 授 课 内 容 教案 （副页） 4、滚动轴承的装拆 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。 滚动轴承的拆装 5、滚动轴承的润滑与密封 （1）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。 （2）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。 （3）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。 （4）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。 *接触式：毛毡圈密封、密封圈密封 *非接触式：间隙密封、迷宫式密封 *组合式：毛毡迷宫式密封 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 PPT演示滚动轴承的装拆方法。 PPT演示各类密封方法。 No 6 授 课 内 容 教案 （副页） 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。 1、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。包括套筒联轴器、凸缘联轴器。 2、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。 （1）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。 *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。 （2）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。 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 PPT演示套筒联轴器、凸缘联轴器实物及结构图，理解其工作原理。 PPT演示十字滑块联轴器、齿式联轴器、万向联轴器的实物及结构图，理解其工作原理。 PPT演示弹性柱销联轴器、弹性套柱销联轴器的实物及结构图，理解其工作原理。 PPT演示汽车离合器实物及在汽车中的位置图，了解离合器在汽车中的位置。 No 7 授 课 内 容 教案 （副页） 1、离合器的类型及特点 （1）按操纵方式分 机械操纵式、电磁操纵式、液压操纵式和气压操纵式等； （2）按其工作原理分 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。 （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。 （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。 *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。 汽车摩擦式离合器结构 （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。 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。 2、汽车离合器的作用 （1）保证汽车平稳起步； （2）便于换挡； （3）防止传动系统过载。 No 8 授 课 内 容 教案 （副页） 三、汽车制动器 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。 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。 带式制动器工作原理 外抱块式制动器 （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。 (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。 (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。 1、2-制动蹄蹄 3、4-支点 5-制动鼓 6-制动轮缸 1-卡钳 2-活塞 3-制动衬块 4-转子 5-轮毂 (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。 PPT演示汽车制动器实物及其安装位置。 PPT演示带式制动器和外抱块式制动器结构，理解其工作原理。 PPT演示内张蹄式制动器的结构，理解其工作原理。 PPT演示盘式制动器结构，理解其工作原理。 No 9 授 课 内 容 教案 （副页） (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 （1）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。 （2）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。 （3）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汽车全部负载的70-80%，因此前轮制动力比后轮大，汽车厂家为节省成本，常采用前轮碟刹，后轮鼓刹。 小结及习题：略。 No 10 学科网（北京）股份有限公司 $$