汽车机械基础课件：曲轴和传动轴

汽车轴系零部件

轴

曲轴和传动轴轴承联轴器和离合器曲轴和传动轴1.叙述曲轴的结构、定位和失效形式。2.概括十字万向节的传动原理与传动特点。3.叙述传动轴的分类和传动轴在汽车上的应用。4.通过学习探究、分析曲轴的结构特点和曲柄连杆机构的受力情况。学习目标曲轴和传动轴一、曲轴的结构引导问题：图6-2-1所示为典型的发动机曲轴，从结构上看，曲轴较直轴复杂，但发动机为什么不采用直轴而采用曲轴呢？曲轴可将活塞连杆组传来的推力转变成使曲轴旋转的转矩向外输出；并驱动发动的配气机构及其他辅助装置（如发电机、水泵、风扇、机油泵、空调压缩机等）工作。在发动机工作时，曲轴承受着周期性变化的气体压力、往复运动质量惯性力、旋转运动离心力及摩擦力的共同作用。曲轴和传动轴1.前端轴和后端轴1）前端轴。前端轴上有安装驱动附件传动装置的带轮轴颈，可用于驱动水泵、转向助力泵、空调压缩机、发电机等附属机构；还可以安装正时装置（齿轮、链轮或带轮）。2）后端轴。后端轴上安装有法兰盘的轴颈，用以连接飞轮。3）前后段的密封。曲轴前后段均伸出了曲轴箱，为了防止机油沿轴颈外漏，在曲轴的前后段均设有防漏密封装置。常见的密封装置有挡油盘、填料油封、自紧油封、回油螺纹等。一般发动机多采用两种以上防漏装置组成复合式防漏结构。曲轴和传动轴2.曲拐每个连杆轴颈与两端的曲柄及主轴颈共同构成一个曲拐。一般的直列式发动机曲轴的曲拐数等于发动机的气缸数，而V型发动机曲轴的曲拐数是气缸数的一半。1）连杆轴颈。连杆轴颈在曲轴上，与连杆大头通过连杆轴承装配在一起。2）主轴颈。主轴颈是曲轴的支承部分。根据主轴颈的设置，可以把曲轴的支承方式分为：全支承和非全支承。曲轴和传动轴3.曲柄和平衡重曲柄用来连接主轴颈和连杆轴颈。连杆、连杆轴颈和曲柄等质心不在曲轴转动中心上，容易引起振动。平衡重的作用是将偏离了转动中心的曲轴质心调整到转动中心，使发动机运转平稳，加平衡重会增加曲轴质量，使材料消耗增多，制造工艺复杂，成本上升。曲轴在装配前必须经过平衡校验，对不平衡的曲轴，常在偏重或者曲柄上钻去一部分质量，以达到平衡要求。曲轴和传动轴二、曲轴的定位和故障形式分析引导问题：曲轴如何实现轴向定位和径向定位？曲轴的失效形式及原因有哪些？1.轴向定位曲轴安装时需进行轴向定位，必须采用轴向限位措施限制轴向间隙，以控制轴向窜动量。曲轴的轴向定位一般采用止推片，如图6-2-5所示；或翻边轴瓦，如图6-2-6所示。定位装置可以装在前端第一道主轴承处或中部某主轴承处。为了保证曲轴在受热膨胀或冷却时能够自由伸缩，曲轴只能设置一个轴向定位装置。曲轴和传动轴有的发动机采用全支承锻造曲轴，在第三道主轴承轴座两端加装环状整体止推片实现轴向定位。也有的发动机曲轴第一道主承轴座两端加装环状整体止推片实现轴向定位，如图6-2-7所示。曲轴和传动轴2.径向定位曲轴径向定位的任务由主轴承（俗称大瓦）担任，主轴承的基本结构与连杆轴承相同，主轴承把曲轴与机体连接在一起，将曲轴承受的全部载荷传给机体组，如图6-2-8所示。主轴承开有周向油槽和主油孔，在装配时两片轴瓦不能装错。曲轴和传动轴3.失效形式与原因1）曲轴轴颈磨损后与轴瓦配合间隙增大，可能是因为机油太少、机油变质或机油中存在着硬质磨料；或者轴颈与轴瓦的配合间隙过大或过小，致使油膜难以形成，发生干摩擦会早期磨损。曲轴旋转时，在离心力作用下，机油中机械杂质偏向油孔一侧，成为磨料，使轴颈磨损不匀，产生锥度等损伤。2）曲轴轴颈表面划痕或拉伤，如图6-2-9所示。没有按时更换油底壳的机油，使机油中含有较大的金属物等磨粒混进轴瓦和轴颈的缝隙里，刻划和拉伤摩擦表面。曲轴和传动轴3）曲轴变形，曲轴的变形通常为弯曲变形和扭转变形，变形过大的曲轴会导致自身和相连零件的加剧磨损，加速疲劳，出现曲轴断裂和过大的机械振动。4）曲轴断裂，如图6-2-10所示。如曲轴断裂也就代表着发动机的损坏，一般常见的断裂部位有轴颈两相邻圆角交接的曲柄臂处、连杆轴颈过油孔处等部位。曲轴和传动轴三、汽车传动轴引导问题：传动轴的作用是什么？传动轴在汽车上有哪些应用？1.万向节万向节又称十字铰链联轴器，其结构如图6-2-11所示。它的中间是一个相互垂直的十字头，十字头的四端用铰链分别与两轴上的叉形接头相连。因此，当轴Ⅱ的位置固定后，轴Ⅰ可以在任意方向偏斜，角位移α可达40°~45°。但是，单个万向节两轴的瞬时角速度并不是每一时刻都相等，即当轴Ⅰ以等角速度回转时，轴Ⅱ作变角速度转动，从而引起动载荷，对使用不利。由于单个万向节存在着上述缺点，所以在机器中很少单个使用。实际上，常采用双万向节，即由两个单万向节串接而成，如图6-2-12所示。曲轴和传动轴如图6-2-13所示，安装双万向节时，若要使主、从动轴的角速度相等必须满足三个条件：1）主动、从动、中间三轴共面。2）主动轴、从动轴的轴线与中间轴的轴线之间的夹角应相等。3）中间轴两端的叉面应在同一平面内。曲轴和传动轴一些汽车根据总布置要求需将离合器与变速器、变速器与分动器之间拉开一段距离，考虑到它们之间很难保证轴与轴的同轴度及车架可能变形，所以常采用十字轴万向传动轴，如图6-2-14所示。对于转向驱动桥，左、右驱动轮需要随汽车行驶轨迹变化而改变方向，这时多采用等速万向传动轴。十字轴式刚性万向节因其结构简单，工作可靠，传动效率高，且允许相邻两传动轴之间有较大的交角（一般为15°~20°），故普遍应用于各类汽车的传动系统中。曲轴和传动轴2.传动轴传动轴是汽车传动系中传递动力的重要部件，它的作用是与变速器、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。传动轴是由轴管、伸缩管（伸缩花键）和万向节组成，分段式需加中间支承。传动轴是万向传动装置的传动轴中能够传递动力的轴。它是一个高转速、少支承的旋转体，因此它的动平衡是至关重要的。一般传动轴在出厂前都要进行动平衡试验，并在平衡机上进行调整。传动轴一般均使用轻而且抗扭性好的合金钢管制成。3.半轴汽车半轴也称驱动轴，它是将差速器与驱动轮连接起来的轴。半轴是变速器、减速器与驱动轮之间传递转矩的轴，如图6-2-15所示。它的内外端各有一个万向节，分别与万向节上的花键与减速器齿轮，以及轮毂轴承内圈连接。过去以实心轴居多，由于空心轴转动不平衡控制更容易，现在很多汽车上都采用了空心轴。曲轴和传动轴半轴是将差速器传来的动力传递给左右驱动轮，半轴的结构因驱动桥结构形式的不同而不同，非断开式驱动桥