9模块九轴系零部件任务1 分析减速器输出轴1.了解轴的功能、类型及特点 2.了解对轴的材料选用要求 3.掌握轴的结构设计方法及轴的设计步骤4.掌握轴的强度计算方法任务引入 分析上图所示减速器的输出轴。 轴采用了什么材料？轴径是如何确定的？轴的结构如何？轴上零件如何实现合理的固定？动画演示轴的设计方法和步骤已知P、n轴上载荷初算结构设计各段直径d各段长度l绘制轴工作图 通过对减速装置的传动分析可知，轴在工作过程中，要承受一定力的作用，经过一段时间后，还会出现磨损或损坏等现象。 因此，在进行轴的设计时，要选用适宜的材料，进行必要的强度计算和结构设计。一、轴的材料 减速器输出轴的材料应具有较好的强度、韧性及耐磨性，通常选用45钢并经适当热处理即能满足使用要求。 轴的材料主要是碳钢和合金钢。一般用途的轴常用优质碳素结构钢，如35、45、50钢等；轻载或不重要的轴可采用Q235、Q275等普通碳素钢；重载或重要的轴可选用35SiMn等合金结构钢；对于结构复杂的轴（如曲轴、凸轮轴）可采用球墨铸铁来代替锻钢；大直径或重要的轴常采用锻造毛坯，中小直径的轴常采用轧制圆钢毛坯。 轴的常用材料及其力学性能见下表。一、轴的材料二、轴的类型1.按所受载荷分 心轴： 只承受弯矩 传动轴：只承受转矩 转轴：同时承受弯矩和转矩心轴传动轴转轴动画演示二、轴的类型2.按轴的结构形状分直轴曲轴动画演示挠性轴三、轴径的确定 三、轴径的确定 三、轴径的确定 四、轴的结构设计 1. 轴的结构四、轴的结构设计 2. 轴上零件的固定四、轴的结构设计 2. 轴上零件的固定四、轴的结构设计 2. 轴上零件的固定四、轴的结构设计 2. 轴上零件的固定四、轴的结构设计 2. 轴上零件的固定四、轴的结构设计 3. 轴的结构工艺性任务实施任务施一、分析输出轴的材料 为了满足使用要求，该轴选用了45钢并经适当热处理。二、强度计算确定轴径 任务实施任务施三、分析轴的结构及轴上零件的固定 轴上零件的周向固定、轴向固定有哪些方法？试举例说明。分析并说明自行车的前轴、中轴、后轴分别是什么类型的轴？321轴的结构应满足哪些要求？任务2 合理选用轴承1.了解滑动轴承的结构和材料的选择2.了解滚动轴承类型及代号含义3.能够合理选用轴承任务引入 如右图所示为某一传动轴，该传动轴所受载荷较小但转速较高，旋转精度较高，主要承受径向载荷，为使该轴能在壳体中保持一个正确的位置，从而保证轴及其上面的零件的位置及旋转精度，减少轴与支撑间的摩擦和磨损，试选择合适轴承。 轴承是机械不可缺少的重要零件，主要功能是确定轴与轴上零件的相对运动位置并起支撑和导向作用；保持轴的精确位置和旋转精度；减少轴与支撑间的摩擦和磨损。 该传动轴所受载荷较小但转速较高，旋转精度较高主要承受径向载荷，合理选择合适的轴承。 一、轴承的分类滑动轴承：轴承与轴工作表面间为滑动摩擦。动画演示滚动轴承：轴承与轴工作表面间为滚动摩擦。动画演示二、滑动轴承1. 滑动轴承的结构和类型动画演示动画演示二、滑动轴承1. 滑动轴承的结构和类型二、滑动轴承1. 滑动轴承的结构和类型二、滑动轴承2.轴瓦二、滑动轴承2.轴瓦 （2）轴瓦的常用材料 轴瓦材料应根据轴承工作情况选择。由于轴承在使用时，会产生摩擦、磨损、和热量等问题，因此轴瓦材料应具备摩擦系数小，耐磨、抗腐蚀、抗胶合能力强，有足够的强度和塑性，导热性好等性能。滑动轴承轴瓦的常用材料有轴承合金、铜合金、粉末合金、铸铁及非金属材料等。二、滑动轴承3.滑动轴承的润滑 为减少摩擦，延长寿命、提高效率，保证轴承正常工作，滑动轴承需要有良好的润滑。 （1）润滑剂及其选择 常用的润滑剂有润滑油、润滑脂和固体润滑剂 。滑动轴承最常用的是润滑油。对于轻载、高速、低温的应选用粘度小的润滑油；对于重载、低速、高温的应选用粘度较大的润滑油。润滑脂粘度大，不易流失，适用于低速、载荷大、不经常加油的场合。固体润滑剂有石墨、二硫化钼。 （2）常见的滑动轴承润滑方式及装置， 见下表 。二、滑动轴承3.滑动轴承的润滑二、滑动轴承3.滑动轴承的润滑 滑动轴承具有工作平稳、无噪音、径向尺寸小、耐冲击和承载能力大等独特优点，在内燃机、机床中得到广泛应用。三、滚动轴承 1.滚动轴承的结构 滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。内圈装在轴径上，与轴一起转动。外圈装在机座的轴承孔内，一般固定。内外圈上设置有滚道，当内外圈相对旋转时，滚动体沿着滚道滚动。三、滚动轴承 1.滚动轴承的结构 常见的滚动体的形状三、滚动轴承 1.滚动轴承的结构 常见的保持架结构形式三、滚动轴承 2.滚动轴承的类型动画演示动画演示2.滚动轴承的类型动画演示动画演示动画演示动画演示三、滚动轴承 2.滚动轴承的类型动画演示三、滚动轴承 三、滚动轴承 3.滚动轴承的代号 因滚动轴承的类型和尺寸繁多，为方便生产、设计和选用，对滚动轴承的类型、类别、结构特点、精度和技术要求等国家标准规定了用代号来表示的方法。滚动轴承的端面上通常印有该轴承的代号。我国标准规定，滚动轴承代号由前置代号、基本代号和后置代号组成。 前置、后置代号是轴承在结构形状、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，一般可省略。具体内容请查阅《机械设计手册》相关标准规定。本课题只介绍基本代号。 基本代号表示轴承的类型、结构和尺寸，是轴承代号的核心。由类型代号+尺寸系列代号+内径代号 三部分组成。 三、滚动轴承 3.滚动轴承的代号 （1）轴承类型代号 用数字或字母表示不同类型的轴承，见下表。 3.滚动轴承的代号 （2）尺寸系列代号三、滚动轴承 三、滚动轴承 3.滚动轴承的代号 （2）尺寸系列代号 内径相同而外径不同所构成的系列，称为直径系列，如下图所示。三、滚动轴承 3.滚动轴承的代号 （3）内径代号三、滚动轴承 3.滚动轴承的代号 滚动轴承基本代号表示方法举例23224 2-类型代号，调心滚子轴承； 32-尺寸系列代号； 24-内径代号， d=120mm。6208 6-类型代号，深沟球轴承； 2-尺寸系列代号； 08-内径代号，d=40mm。三、滚动轴承 4.滚动轴承类型的选择 滚动轴承选用时可考虑以下方面因素： ⑴ 载荷和转速 转速较高、载荷较小、要求旋转精度高、无振动和冲击时，选用球轴承；转速较低、载荷较大且有冲击时应选用滚子轴承；轴承受径向载荷，应选用向心轴承；只受轴向载荷时，则选用推力轴承；同时承受径向和轴向载荷时，使用角接触轴承或圆锥滚子轴承；当轴向载荷比径向载荷大很多时，使用推力轴承和深沟球轴承的组合结构。 ⑵ 调心和安装要求 当轴的支点跨度较大或两轴承孔的同轴度误差较大时应使用调心轴承。但调心轴承需成对使用，否则将失去调心功能。在经常装拆或装拆比较困难的场合，应选用内外圈可分离的圆柱或圆锥滚子轴承。 ⑶经济性 普通结构的球轴承比特殊结构的轴承便宜，球轴承比滚子轴承便宜。同型号轴承，精度越高，价格越贵。三、滚动轴承 5.滚动轴承失效形式 ⑴ 疲劳点蚀 轴承滚动体表面出现在脉动循环接触应力重复作用下，当应力和变化次数达到一定数值时，就可能在内、外圈和滚动体表面产生微小裂纹并逐渐发展，使金属成片状剥落，形成疲劳点蚀，见图9-14所示。 ⑵ 塑性变形 当轴承承受很大静载荷或冲击载荷时，使得轴承的套圈、滚道或滚动体接触表面的局部应力，超过材料屈服极限，将产生塑性变形爱游戏。 ⑶ 磨损 由于使用维护和保养不当或润滑密封不良等原因会造成轴承严重磨损甚至胶合。三、滚动轴承 6.滚动轴承的润滑和密封 ⑴ 滚动轴承的润滑 滚动轴承的润滑主要是为了降低摩擦阻力和减轻磨损，同时也有吸震、冷却、防锈和密封等作用。滚动轴承的润滑剂可以是润滑脂、润滑油或固体润滑剂。 一般滚动轴承可采用润滑脂润滑。高速或工作温度较高的轴承可采用润滑油润滑。 ⑵ 滚动轴承的密封 为了防止润滑剂中脂或油的泄漏和外界有害物质侵入轴承内，滚动轴承必须密封。常用的密封方法分为接触式密封和非接触式密封，接触式密封有毡圈密封、橡胶油封；非接触式密封有间隙式密封、迷宫式密封。三、滚动轴承 6.滚动轴承的润滑和密封 与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小、启动灵敏、使用维护方便、轴向尺寸小、互换性好等优点，在各类机械中广泛应用。任务实施任务实施为任务中的轴选择合适的轴承 一、轴承类型的选择 由于该传动轴所受载荷较小但转速较高，旋转精度较高，滚动轴承能较好的满足该传动轴的要求。所以应该选择滚动轴承。二、滚动体的选择 由于该传动轴主要承受较小的径向力，没有轴向力的作用，所以可以选择球体滚动体。三、轴承的选择 综合上面所述，结合维修、经济性、互换性等方面考虑，我们可以选择向心球轴承，即可以满足该传动轴的使用要求。滑动轴承的润滑有什么必要性？滚动轴承的使用特点是什么？2134轴承的功用是什么？轴承的选择原则有哪些？生活中常见到的轴承有哪些？试举例说明。任务3 选择键连接1.了解键连接的类型及应用 2.掌握平键连接的尺寸选择和强度校核 任务引入 选择下图所示的减速器输出轴与齿轮间的平键连接。 已知传递的转矩T=300N·m,齿轮的材料为铸钢，载荷有轻微冲击。动画演示 在轴系部件中，为了使齿轮、带轮等轴上回转零件随轴一起转动，通常在齿轮、带轮的轮毂和轴上分别加工出键槽，用键进行连接，起到传递运动和动力的作用，如图9-17所示。键连接属于可拆连接，在机械中应用很广泛，它具有结构简单、工作可靠、装拆方便及已经标准化等特点。 键连接1.键的类型、特点及应用键连接1.键的类型、特点及应用键连接1.键的类型、特点及应用键连接1.键的类型、特点及应用键连接1.键的类型、特点及应用键连接2.平键连接的尺寸选择、标记和强度计算 （1）平键连接的尺寸选择 键的类型选择 键的类型应根据键连接的结构特点、使用要求和工作条件来选择。 键的尺寸选择 键的主要尺寸为其截面尺寸（一般以键宽b×键高h表示）与长度L。键的截面尺寸b×h按轴的直径d由标准中选定，见表9-14。键的长度L一般可按轮毂的长度而定，即键长等于或略小于轮毂的长度，并符合键的长度系列。而导向平键的长度则按零件所需滑动的距离而定。重要的键连接在选出键的类型和尺寸后，还应进行强度校核计算。 键连接2.平键连接的尺寸选择、标记和强度计算平键连接的尺寸选择键连接2.平键连接的尺寸选择、标记和强度计算 （2）平键标记 平键标记的基本形式是： GB/T 1096 键类型b×h× L，普通A型平键可不标出类型。 例： GB/T 1096键B16×10×100 表示b=16mm、h=10mm、 L=100mm的普通B型平键。键连接2.平键连接的尺寸选择、标记和强度计算 （3）平键的强度计算 键连接的失效形式有压溃、磨损和剪断。由于键为标准件，用与静连接的普通平键，主要失效形式是工作面被压溃；对于滑键、导向平键的动连接，主要失效形式是工作面的磨损。因此，通常按工作面上的最大挤压应力（动连接用最大压强）进行强度校核计算。如图所示。 （3）平键的强度计算 由平键连接的受力分析可知： 静连接(9-2) 对于导向平键、滑键组成的动连接，计算依据是磨损，应限制压强， 即(9-3) 式中：T——转矩（N·mm）； d——轴的直径（mm）； h——键的高度（mm）； l——键的工作长度（mm）；对于A型键，l=L-b；B型键 l=L ；C型 键, l=（L-b）/2。[σp]——许用挤压应力（MPa）； [p]——许用压强（MPa）。 键连接2.平键连接的尺寸选择、标记和强度计算 键连接 2.平键连接的尺寸选择、标记和强度计算任务实施任务实施 一、确定键的类型与尺寸 齿轮传动要求齿轮与轴对中性要好，以免啮合不良，该连接属于静连接，因此选用普通平键（A型）。 根据轴的直径d=45mm,轮毂宽度为60mm,查表得：b=14mm,h=9mm,L=56mm,标记为：键14×56 GB/T1096-2003 （一般A型键可不标出“A”，对于B型或C型键须标为“键B”或“键C”）。任务实施 二、强度计算 任务实施由表9-15查得：[σp]=100MPa,键的工作长度 L=56-14=42(mm)，则：故此平键连接满足强度要求。 如果键连接计算不能满足强度要求，可采用以下措施。 （1）适当增加轮毂及键的长度。 （2）可采用两个键按180°布置，如图。 考虑到载荷分布的不均匀性，在强度校核中可按1.5个键计算。知识扩展 除键连接之外，销连接也能够实现轴与轴上零件的连接。同时，销还可用来固定零件之间的相对位置，起定位作用，也可作为安全装置中的过载剪断元件，如图所示。 （a）(b) (c) (d)销连接? ? 销的基本类型有圆柱销和圆锥销两种，见图a、b所示，这两类销均已标准化。圆柱销利用少量过盈固定在销孔中，经过多次装拆后，连接的紧固性及精度降低，故只宜用于不常拆卸处。圆锥销有1︰50的锥度，装拆比圆柱销方便，多次装拆对连接的紧固性及定位精度影响较小，因此应用广泛。 图c是大端具有外螺纹的圆锥销，便于装拆，可用于盲孔；图d是小端带外螺纹的圆锥销，可用螺母锁紧，适用于有冲击的场合。销连接键的类型有哪些？它的作用是什么？ 3142与平键相比，花键连接有哪些特点？销的类型有哪些？它的作用是什么？试述圆柱销与圆锥销的工作特点。任务4 认识联轴器、离合器、制动器 1.了解常用联轴器、离合器、制动器的类型和特点。 2.掌握联轴器的选择和标记方法。 任务引入 如下图所示的汽车，发动机在车头的位置，而该车是后轮驱动，前后距离较长，且前后的位置高度不同，要想实现将动力由发动机传递到后轮驱动，就必须找一个中间环节来实现发动机的输出与后轮毂（差速器）的输入连接，这将是本任务要解决的问题。 要想实现上面所说的动力传递，中间的连接环节有传动轴和联轴器。联轴器是用来联接两轴，使其一同转动并传递转矩的装置。用联轴器联接的两根轴，只有在机器停止运转后将其拆卸，才能使两轴分开；有的联轴器和离合器还可以作安全装置，当轴传递的转矩超过规定值时，即自行断开或滑脱，以保证机器中的主要零件不致因过载而损坏。 一、联轴器 1.联轴器的作用 联轴器用来连接两根轴或轴和回转件，使它们一起回转，传递转矩和运动。 在机器运转过程中，两轴或轴和回转件不能分开，只有在机器停止转动后，用拆卸的方法才能将它们分开。 有的联轴器还可以用作安全装置，保护被连接的机械零件不因过载而损坏。视频演示一、联轴器 2.联轴器的类型、结构特点及应用一、联轴器 2.联轴器的类型、结构特点及应用动画演示动画演示一、联轴器 2.联轴器的类型、结构特点及应用动画演示动画演示一、联轴器 3.选择联轴器的型号、尺寸 选择联轴器类型后，再根据转矩、轴径和转速，从手册或标准中选择联轴器的型号及尺寸。 考虑机器启动变速时的惯性力和冲击载荷等因素，应按计算转矩Tc选择联轴器。 计算转矩和工作转矩之间的关系为：Tc = KT 式中 Tc——计算转矩，N·m； K ——工作系数，根据转矩、转速、冲击 载荷等变化； T ——工作转矩，N·m。一、联轴器 3.选择联轴器的型号、尺寸二、离合器 1.离合器的作用 在机器运转过程中，因联轴器连接的两轴不能分开，所以在实际应用中受到制约。如汽车从起动到正常行驶过程中，要经常换档变速。为保持换档时的平稳，减少冲击和振动，需要暂时断开发动机与变速箱的连接，待换档变速后再逐渐接合。显然，联轴器不适用于这种要求。若采用离合器即可解决这个问题，离合器类似开关，能方便的接合或断开动力的传递， 如下图所示。二、离合器 2.离合器的类型、结构特点及应用 （１）牙嵌式离合器 如图所示，牙嵌离合器是用爪牙状零件组成嵌合副的离合器。其常用牙形有正三角形、正梯形、锯齿形、矩形。牙嵌离合器结构简单，外廓尺寸小，两轴接合后不会发生相对移动，但接合时有冲击，只能在低速或停车时接合，否则凸牙容易损坏。 牙嵌式离合器二、离合器 2.离合器的类型、结构特点及应用 （２）摩擦离合器 如图所示，摩擦式离合器通过操纵机构可使摩擦片紧紧贴合在一起，利用摩擦力的作用，使主、从动轴连接。这种离合器需要较大的轴向力，传递的转矩较小，但在任何转速条件下，两轴均可以分离或接合，且接合平稳，冲击和振动小，过载时摩擦片之间打滑，起保护作用。为了提高离合器传递转矩的能力，可适当增加摩擦片的数量。动画演示二、离合器 2.离合器的类型、结构特点及应用 （３）特殊功用离合器 1）安全离合器 如上述套筒离合器、摩擦离合器，它们在过载时，或销折断、或摩擦片打滑都可以起到安全保护作用。 2）超越离合器 如图所示，超越离合器是通过主、从动部分的速度变化或旋转方向的变化，而具有离合功能的离合器。超越离合器属于自控离合器，有单向和双向之分。动画演示超越离合器三、制动器 1.制动器的作用 制动器是利用摩擦阻力矩降低机器运动部件的转速或使其停止回转的装置。 制动器必须满足的要求：能产生足够的制动力矩；结构简单，外形紧凑；制动迅速、平稳、可靠；制动器零件有足够的强度和刚度，制动带、鼓应具有较高的耐磨性和耐热性；调整、维修方便。 三、制动器 2.制动器的类型、结构特点及应用三、制动器 2.制动器的类型、结构特点及应用三、制动器 2.制动器的类型、结构特点及应用任务实施任务实施 结合汽车工作的实际状况，分析不同类型的联轴器，可以看到，只有万向联轴器可以实现两轴有角度的连接方式，允许在有较大的角位移时仍然可以正常传递扭矩，传递动力。为使两轴同步转动，万向联轴器一般成对使用。 这样就可以将发动机的动力（中间有一传动轴）传递到差速器，使汽车正常行驶了。12选择联轴器类型时要考虑哪些因素？确定联轴器的型号应根据什么原则？联轴器、离合器、制动器的功能有什么不同？举例说明

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