導(dǎo)入：

1、汽車的傳動軸為什么做成同一直徑？

2、變速箱上的軸為什么做成階梯形？本章教學(xué)目標(biāo)

第三章汽車常用零件項目一軸1）認(rèn)識軸的類型、結(jié)構(gòu)特點及應(yīng)用，了解軸的材料及選用，常見失效形式；2）掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、考慮因素及提高軸的強(qiáng)度的措施；本章內(nèi)容第二節(jié)

軸上零件的布置第一節(jié)概述軸的分類第四章軸引子:軸的功用支承其他回轉(zhuǎn)件，承受轉(zhuǎn)矩與彎矩，并傳遞運動和動力。1.按所受載荷特點分三種：

心軸：只承受彎矩;如傳動軸：只承受轉(zhuǎn)矩;如轉(zhuǎn)軸：同時承受彎矩和轉(zhuǎn)矩;如任務(wù)一.軸的分類

直軸，曲軸；光軸，階梯軸；空心軸，實心軸；剛性軸，撓性軸。重點：階梯軸例汽車軸2.按軸的結(jié)構(gòu)形狀分：階梯軸曲軸：撓性鋼絲軸轉(zhuǎn)軸：機(jī)器中最常見的軸，通常簡稱為軸。工作時既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩。例：減速器中的軸心軸：用來支承轉(zhuǎn)動零件，只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩。例：車輛軸和滑輪軸，圖中為自行車的前輪軸。自行車的前輪軸傳動軸：主要用于傳遞轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩，或所承受的彎矩很小的軸。例：汽車中聯(lián)接變速箱與后橋之間的軸。傳動軸傳動軸：二、軸的材料軸的功用，主要承受彎矩和扭矩。軸的失效形式是疲勞斷裂，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。軸的常用材料是：碳素鋼和合金鋼等。在一般工作溫度下，各種碳鋼和合金鋼的彈性模量相差不大，故在選擇鋼的種類和熱處理方法時，所依據(jù)的主要是強(qiáng)度和耐磨性，而不是軸的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度等。1、碳素鋼：碳素鋼比合金鋼價格低廉，對應(yīng)力集中的敏感性低，可通過熱處理改善其綜合性能，加工工藝性好，故應(yīng)用最廣；一般用途的軸，多用含碳量為0.25～0.5%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼，尤其是45號鋼。對于不重要或受力較小的軸也可用Q235、Q275等碳素結(jié)構(gòu)鋼。2、合金鋼：

具有比碳鋼更好的機(jī)械性能和淬火性能，但對應(yīng)力集中比較敏感，且價格較貴；多用于對強(qiáng)度和耐磨性有特殊要求的軸。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金鋼，經(jīng)滲碳淬火處理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl等合金鋼，有良好的高溫機(jī)械性能，常用于在高溫、高速和重載條件下工作的軸。3、球墨鑄鐵球墨鑄鐵吸振性和耐磨性好，對應(yīng)力集中敏感低，價格低廉，使用鑄造制成外形復(fù)雜的軸。例如：內(nèi)燃機(jī)中的曲軸。對于形狀復(fù)雜的軸，如曲軸、凸輪軸等，也采用球墨鑄鐵或高強(qiáng)度鑄造材料來進(jìn)行鑄造加工，易于得到所需形狀，而且具有較好的吸振性能和好的耐磨性，對應(yīng)力集中的敏感性也較低。

軸的材料及選擇任務(wù)二軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)組成；軸結(jié)構(gòu)決定因素；結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾個方面。

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)要求：①軸和軸上零件要有準(zhǔn)確、牢固的工作位置②軸上零件裝拆、調(diào)整方便③軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等④盡量避免應(yīng)力集中設(shè)計要點:①擬定軸上零件的裝配方案

原則：①軸的結(jié)構(gòu)越簡單越合理②裝配越簡單、方便越合理

③軸上零件的定位,固定及位置調(diào)整一.軸的結(jié)構(gòu)組成軸頭：與傳動零件或聯(lián)軸器、離合器相配部分；軸頸：與軸承相配部分軸身：聯(lián)接軸頭和軸頸之間部分；

（軸的結(jié)構(gòu)圖）軸端軸頭軸頸軸頭軸身二.軸結(jié)構(gòu)影響、決定因素軸的毛坯種類；軸上作用力的大小及其分布情況；軸上零件的位置、配合性質(zhì)及其聯(lián)接固定的方法；軸承的類型、尺寸和位置；軸的加工方法、裝配方法以及其他特殊要求?？梢娪绊戄S的結(jié)構(gòu)與尺寸的因素很多，設(shè)計軸時要全面綜合的考慮各種因素。三.設(shè)計考慮的幾個方面1、軸上零件的布置；2、軸徑估算、各軸段直徑、長度的確定；3、軸上零件的定位和固定；4、軸上零件的裝拆和調(diào)整；5、提高軸疲勞強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施；6、制造工藝要求；7、材料選擇。一般結(jié)構(gòu)設(shè)計的已知條件有：機(jī)器的裝配簡圖；軸的轉(zhuǎn)速；傳遞的功率；軸上零件的主要參數(shù)和尺寸等。軸的設(shè)計區(qū)別于其它零件設(shè)計過程的顯著特點是：必須先進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，然后才能進(jìn)行工作能力的核算。

機(jī)器的裝配簡圖——

結(jié)構(gòu)分析軸頸軸頭軸身軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(一)軸上零件的布置在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，首先應(yīng)按傳動簡圖上所給出的各主要零件的相互位置關(guān)系擬訂軸上零件的裝配方案；軸上零件的裝配方案不同，軸的結(jié)構(gòu)形狀也不同；在實際設(shè)計過程中，往往擬訂幾種不同的裝配方案進(jìn)行比較，從中選出一種最佳方案。

圖4-7汽車變速器輸出軸的零件分布(二)軸的基本直徑的估算及各段直徑和長度的確定：軸不是標(biāo)準(zhǔn)零件,需要自己設(shè)計計算。開始設(shè)計軸時，通常還不知道軸上零件的位置及支點情況，無法確定軸的受力情況，只有待軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本完成后，才能對軸進(jìn)行受力分析及強(qiáng)度計算；一般在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計前先按純扭轉(zhuǎn)受力情況對軸的直徑進(jìn)行估算；按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算：這種計算方法主要應(yīng)用于傳動軸，也可以初步估算軸的最小直徑，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。1.軸的基本直徑的估算設(shè)軸在轉(zhuǎn)矩T的作用下，產(chǎn)生剪應(yīng)力τ。對于圓截面的實心軸，其抗扭強(qiáng)度條件為：p估算直徑：A由上式求出的直徑值，需圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑，并作為軸的最小直徑。如軸上有一個鍵槽，可將值增大3%—5%，如有兩個鍵槽可增大7%—10%。上式中,[τ]許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力:MPaT--軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，也是軸承受的扭矩：N·mmWp--軸的抗扭截面系數(shù):Wp=0.2d3mm3P--軸傳遞的功率:kwd--軸的直徑:mmn--軸的轉(zhuǎn)速:r/min空心軸的計算公式見課本P121式3-2上式中：軸直徑估算空心軸直徑估算公式為：見課本P?式4-2幾種常用軸材料的許用切應(yīng)力[т]及A值軸的材料Q235A,20鋼35鋼45鋼40Cr,35SiMn,40MnB,38SiMnMo,20CrMnTi[т]/MPa15~2520~3525~4535~55A149~126135~112126~103112~972.確定各段軸的直徑和長度軸上零件的裝配方案和定位方法確定之后，軸的基本形狀就確定下來了。軸的最小直徑確定后，可按軸上零件的裝配方案和定位要求，逐步確定各軸段的直徑；根據(jù)軸上零件的軸向尺寸、各零件的相互位置關(guān)系以及零件裝配所需的裝配和調(diào)整空間，確定軸的各段長度。需要注意的問題：1）軸上與標(biāo)準(zhǔn)零件相配合的直徑應(yīng)取為標(biāo)準(zhǔn)值，非配合軸段允許為非標(biāo)準(zhǔn)值，但最好取為整數(shù)；2）與滾動軸承相配合的直徑，必須符合滾動軸承的內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)；3）安裝聯(lián)軸器的軸徑應(yīng)與聯(lián)軸器的孔徑范圍相適應(yīng)；4）軸上的螺紋直徑應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)。5）軸上與零件相配合部分的軸段長度，應(yīng)比輪轂長度短2—3mm，以保證零件軸向定位可靠。6）若在軸上裝要滑移的零件，應(yīng)該考慮零件的滑移距離。7）軸上各零件之間應(yīng)該留有適當(dāng)?shù)拈g隙，以防止運轉(zhuǎn)時相碰。需要注意的問題：(三)軸上零件的定位和固定為了傳遞運動和動力，保證機(jī)械的工作精度和使用可靠，零件必須可靠地安裝在軸上，不允許零件沿軸向發(fā)生相對運動。因此，軸上零件都必須有可靠的軸向定位措施；軸上零件的軸向定位方法取決于零件所承受的軸向載荷大?。涣慵亩ㄎ环郑狠S向定位、周向定位。1.軸上零件的軸向定位和固定

軸向定位和固定是指將軸上的零件沿軸線方向進(jìn)行定位和固定。常用方式：軸肩、軸環(huán)套筒、圓螺母彈性擋圈、緊定螺釘；軸端擋圈、圓錐面。零件的軸向定位

1）軸肩和軸環(huán):要求r軸<R孔或r軸<C孔

錯誤正確為了使軸上零件的端面能與軸肩緊貼，軸肩的圓角半徑R必須小于零件孔端的圓角半徑R1或倒角C1；否則，無法緊貼。軸肩或軸環(huán)的高度h必須大于R1或C1。

軸環(huán)與軸肩尺寸：h=（0.07d＋3）—（0.1d＋5）mm軸環(huán)寬度：

b≈l.4h要求軸肩高度<滾動軸承內(nèi)圈高度錯誤

正確2）套筒3）軸用圓螺母

特點：定位可靠，裝拆方便，可承受較大的軸向力由于切制螺紋使軸的疲勞強(qiáng)度下降。應(yīng)用：常用于軸的中部和端部4）軸端擋圈當(dāng)用軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺母、軸端擋圈進(jìn)行零件的軸向定位時，為保證軸向定位可靠，要求L軸<L轂正確正確錯誤

5）軸承端蓋軸承端蓋與機(jī)座間加墊片，以調(diào)整軸的位置

6）彈性擋圈8）其它固定形式7）鎖緊擋圈、緊定螺釘或銷

這兩種固定的方法，常用于軸向力較小的場合。

錐形面或過盈配合聯(lián)接2.零件的周向定位1）鍵2）花鍵3）緊定螺釘、銷4）過盈配合(四)提高軸的強(qiáng)度、剛度和減輕軸的重量的措施

1、改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)，減少應(yīng)力集中2、合理布置軸上零件以減少軸的載荷3、改進(jìn)軸上零件的結(jié)構(gòu)，減小軸的載荷4、選擇受力方式以減小軸的載荷，改善軸的強(qiáng)度和剛度5、改進(jìn)表面質(zhì)量提高軸的疲勞強(qiáng)度(五)軸的結(jié)構(gòu)工藝性由于階梯軸接近于等強(qiáng)度，而且便于加工和軸上零件的定位和拆裝，所以實際上的軸多為階梯形.1、關(guān)于軸的形狀：階梯軸2、關(guān)于軸的有關(guān)尺寸為了能選用合適的圓鋼和減少切削用量，階梯軸各軸段的直徑不宜相差過大，一般取為5~10MM。為了便于切削加工，一根軸上的圓角應(yīng)盡可能取相同的半徑；退刀槽取相同的寬度；倒角尺寸相同；若需開鍵槽的軸段直徑相差不大時，應(yīng)盡可能采用相同寬度的鍵槽（如圖），一根軸上各鍵槽應(yīng)開在同一母線上，以減少換刀次數(shù)。3.軸的結(jié)構(gòu)工藝性1）軸肩圓角r2）軸端倒角

3）砂輪越程槽

4）螺紋退刀槽

5）同一軸上鍵槽位于圓柱同一母線上，且取相同尺寸同一根軸上所有圓角半徑和倒角的大小應(yīng)盡可能一致，以減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù)。為便于加工定位，軸的兩端面上應(yīng)做出中心孔。

完畢1)圓角半徑和倒角為使軸上零件容易裝拆，軸端和各軸段端部都應(yīng)有45°的倒角。

2)軸端倒角軸上磨削的軸段應(yīng)設(shè)有砂輪越程槽，以便磨削時砂輪可以磨削到軸肩的端部。3)砂輪越程槽軸上車螺紋的軸段應(yīng)設(shè)有螺紋退刀槽，以保證螺紋牙均能達(dá)到預(yù)期的高度。

4)螺紋退刀槽軸上沿長度方向開有幾個鍵槽時，應(yīng)將鍵槽安排在軸的同一母線上。

5)鍵槽軸系結(jié)構(gòu)改錯

四處錯誤正確答案三處錯誤正確答案兩處錯誤1.左側(cè)鍵太長，套筒無法裝入2.多個鍵應(yīng)位于同一母線上軸系結(jié)構(gòu)改錯(六)軸上的零件裝拆和調(diào)整為了能夠順利地裝拆軸上零件，軸的結(jié)構(gòu)多半設(shè)計成中間粗兩端逐漸細(xì)的階梯軸形狀。為裝拆方便，軸肩一般可取為1~3mm。安裝軸承的軸肩高度應(yīng)小于軸承內(nèi)圈厚度，以便拆卸。例:汽車軸(某汽車型號)課后練習(xí)1、軸的功用是什么？根據(jù)所受的載荷不同，軸可分為幾種類型？各用一例子說明。2、軸常用材料有哪些？3、軸在什么條件下會發(fā)生疲勞破壞，如何提高軸的疲勞強(qiáng)度？4、軸的強(qiáng)度計算的基本步驟是什么？軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括幾個方面的內(nèi)容？思考題：指出圖中主動軸結(jié)構(gòu)的不合理之處，并提出改進(jìn)意見。試指出圖中結(jié)構(gòu)不合理的地方并改正。附錄資料：不需要的可以刪除濾波器

濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定的頻率成分通過，而極大地衰減其它頻率成分。在測試裝置中，利用濾波器的這種選頻作用，可以濾除干擾噪聲或進(jìn)行頻譜分析。

廣義地講，任何一種信息傳輸?shù)耐ǖ溃劫|(zhì)）都可視為是一種濾波器。因為，任何裝置的響應(yīng)特性都是激勵頻率的函數(shù)，都可用頻域函數(shù)描述其傳輸特性。因此，構(gòu)成測試系統(tǒng)的任何一個環(huán)節(jié)，諸如機(jī)械系統(tǒng)、電氣網(wǎng)絡(luò)、儀器儀表甚至連接導(dǎo)線等等，都將在一定頻率范圍內(nèi)，按其頻域特性，對所通過的信號進(jìn)行變換與處理。一、濾波器的分類

根據(jù)濾波器的選頻作用，可將濾波器分為以下四類：

（1）低通濾波器

從0～f2頻率之間，幅頻特性平直，它可以使信號中低于f2的頻率成分幾乎不受衰減地通過，而高于f2的頻率成分受到極大地衰減。

（2）高通濾波器

與低通濾波相反，從頻率f1～∞，其幅頻特性平直。它使信號中高于f1的頻率成分幾乎不受衰減地通過，而低于f1的頻率成分將受到極大地衰減。06三月2023一、濾波器的分類

（3）帶通濾波器

它的通頻帶在f1～f2之間。它使信號中高于f1而低于f2的頻率成分可以不受衰減地通過，而其它成分受到衰減。

（4）帶阻濾波器

與帶通濾波相反，阻頻帶在頻率f1～f2之間。它使信號中高于f1而低于f2的頻率成分受到衰減，其余頻率成分的信號幾乎不受衰減地通過。

06三月2023一、濾波器的分類

低通濾波器和高通濾波器是濾波器兩種最基本的形式，其它的濾波器都可以分解為這兩種類型的濾波器。例如：低通濾波器與高通濾波器的串聯(lián)為帶通濾波器，低通濾波器與高通濾波器的并聯(lián)為帶阻濾波器。

帶通濾波器低通與高通濾波器的串聯(lián)帶阻濾波器低通與高通濾波器的并聯(lián)

06三月2023二、理想濾波器

理想濾波器是指能使通頻帶內(nèi)信號的幅值和相位都不失真，阻帶內(nèi)的頻率成分都衰減為零的濾波器，其通帶和阻帶之間有明顯的分界線。也就是說，理想濾波器在通帶內(nèi)的幅頻特性應(yīng)為常數(shù)，相頻特性的斜率為常值；在通帶外的幅頻特性應(yīng)為零。

理想低通濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)及圖形為：

06三月2023二、理想濾波器

分析上式所表示的頻率特性可知，該濾波器在時域內(nèi)的脈沖響應(yīng)函數(shù)h(t)為sinc函數(shù)，圖形如下圖所示。脈沖響應(yīng)的波形沿橫坐標(biāo)左、右無限延伸，從圖中可以看出，在單位脈沖輸入濾波器之前，即在t＜0時，濾波器就已經(jīng)有響應(yīng)了。顯然，這是一種非因果關(guān)系，在物理上是不能實現(xiàn)的。由此知在截止頻率處呈現(xiàn)直角銳變的幅頻特性，或者說在頻域內(nèi)用矩形窗函數(shù)描述的理想濾波器是不可能存在的。實際濾波器的頻域圖形不會在某個頻率上完全截止，而會逐漸衰減并延伸到∞。三、實際濾波器

理想濾波器是不存在的，在實際濾波器的幅頻特性圖中，通帶和阻帶之間應(yīng)沒有嚴(yán)格的界限。在通帶和阻帶之間存在一個過渡帶。在過渡帶內(nèi)的頻率成分不會被完全抑制，只會受到不同程度的衰減。所以，當(dāng)一個信號經(jīng)過實際濾波器時，其帶寬B與響應(yīng)建立時間T之間存在一個反比關(guān)系，即：

B·T=常數(shù)

帶寬標(biāo)志著濾波器的分辨力，帶寬越窄，分辨力越高，但由上式可知濾波器達(dá)到穩(wěn)態(tài)輸出的時間會加長，反之，若想獲得較快的輸出，就要選擇帶寬較大的濾波器，但由此會導(dǎo)致濾波的精度下降。實際使用時，要綜合考慮這兩個因素。

06三月2023三、實際濾波器1、實際濾波器

實際濾波器描述的主要參數(shù)有紋波幅度、截止頻率、品質(zhì)因數(shù)等。下圖是一個典型的實際帶通濾波器：

品質(zhì)因數(shù)Q：對于帶通濾波器，通常把中心頻率f0和帶寬B之比稱為濾波器的品質(zhì)因數(shù)，其值越大，表明濾波器頻率分辨力越高。

06三月2023三、實際濾波器2、RC調(diào)諧式濾波器

在測試系統(tǒng)中，信號頻率相對來說不高，因此常用RC濾波器。RC濾波器電路簡單，抗干擾性強(qiáng)，有較好的低頻性能，并且選用標(biāo)準(zhǔn)的阻容元件易得，所以在工程測試的領(lǐng)域中經(jīng)常用到。

(1)一階RC低通濾波器

RC低通濾波器的電路及其幅頻、相頻特性如下圖所示：06三月2023三、實際濾波器2、RC調(diào)諧式濾波器(2)一階RC高通濾波器

RC高通濾波器的電路及其幅頻、相頻特性如下圖所示：06三月2023三、實際濾波器2、RC調(diào)諧式濾波器(3)RC帶通濾波器

RC帶通濾波器的電路及其幅頻、相頻特性如下圖所示：06三月2023四、常用濾波器

頻譜分析：將信號通過中心頻率不同的多個帶通濾波器，則各個濾波器的輸出就反映了信號中在該通帶頻率范圍內(nèi)的量值，此過程稱為信號的頻譜分析，由此分析，也可摘取信號中某些特殊的頻率成分。頻譜分析時帶通濾波器的使用方法：（1）采用中心頻率可調(diào)的帶通濾波器。

（2）采用一組各自中心頻率固定、但又按一定規(guī)律相隔的濾波器組。06三月2023四、常用濾波器

用于頻譜分析裝置中的濾波器組，根據(jù)帶通濾波器中心頻率與帶寬之間的數(shù)值關(guān)系，可分為兩種：

1、恒帶寬比濾波器

中心頻率與帶寬的比值（品質(zhì)因數(shù)）是不變的，稱為恒帶寬比帶通濾波器，優(yōu)點是用較少的帶通濾波器個數(shù)就可以覆蓋較大的頻率范圍，缺點是中心頻率越高，帶寬也越寬，高頻濾波性能下降。

06三月2023四、常用濾波器1、恒帶寬比濾波器恒帶寬比帶通濾波器為使各個帶通濾波器組合起來后能覆蓋整個要分析的信號頻率范圍，其帶通濾波器組的中心頻率是倍頻程關(guān)系，同時帶寬是鄰接式的，通常的做法是使前一個濾波器的上截止頻率與后一個濾波器的下截止頻率相一致，如下圖所示。這樣的一組濾波器將覆蓋整個頻率范圍，稱之為“鄰接式”的。06三月2023四、常用濾波器2、恒帶寬濾波器

帶寬B不隨中心頻率而變化，稱為恒帶寬帶通濾波器，其優(yōu)點是不論帶通濾波器的中心頻率處在任何頻段上，帶寬都相同，即分辨力不隨頻率變化，缺點是在覆蓋頻率范圍相同的情況下，要比恒帶寬比濾波器使用較多的帶通濾波器。

06三月2023第四節(jié)信號的放大為保證測量精度，要求放大電路具有如下：足夠的放大倍數(shù)；高輸入阻抗，低輸出阻抗；高共模抑制能力；低溫漂、低噪聲、低失調(diào)電壓和電流。說明：集成運算放大器具備上述特點。一、基本放大電路反相放大器：輸入阻抗低、易對傳感器形成負(fù)載效應(yīng)；同相放大器：輸入阻抗高、易引入共模干擾；差分放大器：不能提供足夠的輸入阻抗和共模抑制比；二、儀器放大器典型的儀器放大電路由三個集成運放構(gòu)成的，如圖所示。兩個輸入端分別是兩個集成運放Ａ１、Ａ２的同相輸入端，因此輸入電阻很高。Ａ３構(gòu)成差分放大電路，兩邊電阻對稱，可以消除上述遠(yuǎn)距離測量時的共模干擾。同時當(dāng)Ａ１、