学习情境10 轴的材料选择及设计

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1、机械设计基础教案学习情境10轴的材料选择及设计主讲教师吴明清指导教师授课日期授课班级12模具学习情境任务12轴的材料及设计计算学时4能力目标1．能够根据具体要求合理确定轴的形状和尺寸；2．能够正确完成轴上零件的拆卸与组装训练项目设计单级齿轮减速器中的输出轴知识点轴的分类，轴的基本组成，轴的设计步骤级基本要求，轴上零件的定位和固定，提高轴抗疲劳强度的措施，轴的结构工艺性教学重点与难点1、轴的结构设计、轴上零件的轴向和周向定位方法；2、轴的强度计算方法教学方法任务驱动教学与典型案例讲解相结合教学准备课件，黑板，多媒体设备等。检测与评价职业能力(

2、占70%)、职业素质(30%)；评价成绩采用百分制。教案设计工作过程工作内容课前组织（5min）1．清点学生人数；2．检查授课环境；3．链接多媒体课件。任务导入（5min）轴是一种重要的非标准零件，轴的类型、结构和尺寸取决于多种因素，其中包括轴上零件及轴承的类型、尺寸及配置情况，轴上载荷的性质、大小和分布情况，轴上零件的固定方式，轴的加工和装配工艺性等。本次任务主要学习轴的类型及其应用和轴的设计。轴的设计除综合考虑上述因素外，还应注意使轴的各部分具有合理的形状和尺寸，这也是我们本任务要解决的问题。布置任务：设计减速器中的轴试设计图所示单级斜

3、齿圆柱齿轮减速器的输出轴。已知轴的输出功率P=7kW，转速为n=200r/min，齿轮分度圆直径d=356mm，作用在齿轮上的圆周力Ft=2656N，径向力Fr=985N，轴向力Fa=522N，轴承采用圆锥滚子轴承，轮毂宽度B=70mm，轴承跨度l=141mm，工作时为单向转动。机械设计基础教案任务要求：1．分析减速器中的高速轴和低速轴,区分它们的结构，学生归纳轴的功用、类型和特点；2．掌握轴的材料及选择依据；3．明确轴的结构设计要求；4.分析轴的受力情况5．计算轴的强度和刚度；6．绘制轴的零件图。资讯（90min）2.1轴的分类按轴线形状

4、不同，轴可分为直轴、曲轴和挠性轴。直轴的轴线为直线，如图11-1至图11-4所示；曲轴的轴线为折线，是内燃机等往复式机械中的专用零件，如图11-5所示；挠性轴可以把旋转运动传到空间任意位置，如图11-6所示。直轴根据所受的载荷不同，分为心轴、传动轴和转轴三种。（1）心轴心轴工作时只承受弯矩，不承受扭矩，主要用于支承回转零件，如车辆轴和滑轮轴。心轴又可分为固定心轴（图11-1）和转动心轴（图11-2）。（2）传动轴传动轴工作时只承受扭矩，不承受弯矩或承受很小的弯矩，主要用于传递转矩，如图11-3所示的汽车变速器与后桥之间的传动轴。（3）转轴转

5、轴工作时同时承受弯矩和扭矩，既支承零件又传递转矩。转轴在各类机械中最为常见，如图11-4所示减速器中的齿轮轴。机械设计基础教案图11-1固定心轴按外形不同，直轴又分为光轴和阶梯轴。考虑到轴上零件的固定、装拆和不同轴段的加工要求不同等因素，直轴通常制造成截面直径不等的阶梯轴。阶梯轴一般按等强度原则设计，两端细，中间粗，在机械中应用最为广泛，如图11-7所示。光轴各处截面直径相等，最易于加工，应力集中源少，但不便于轴上零件的装拆、固定，主要用于心轴和传动轴。一般情况下，轴都是实心轴，有时为了减轻重量、提高强度或工作需要（如送料或者作为润滑油通道

6、），可采用空心轴，如汽车的传动轴和一些机床的主轴。2.2轴的基本组成如图11-8所示，轴上截面不等的各部分统称为轴段，轴上被轴承支承的轴段称为轴颈，轴上安装轮毂的轴段称为轴头，连接轴颈和轴头的轴段称为轴身，用作轴上零件轴向定位的台阶部分称为轴肩。2.3轴的设计步骤及基本要求轴的设计一般应解决轴的结构和承载能力两方面的问题，其设计步骤一般为：（1）选择轴的材料；（2）初步估算轴的直径；（3）进行轴的结构设计，根据需要确定各轴段的长度和直径以及圆角、倒角、退刀槽等；（4）校核轴的强度、刚度等；（5）绘制零件图。轴结构设计的基本要求有：（1）轴和

7、轴上零件有准确的定位和固定；（2）轴上零件便于调整和装拆；（3）良好的加工工艺性；（4）形状、尺寸应尽量减小应力集中。2.4轴上零件的定位和固定为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件除了有游动或空转的要求者外，都必须进行轴向和周向定位和固定，以保证其准确的工作位置。2.4.1轴上零件的轴向定位和固定常用的轴向定位和固定方法有轴肩、轴环、套筒、圆螺母和止退垫圈、弹性挡圈、紧定螺钉、轴端挡圈和圆锥面等，其特点和应用见表11-1。采用套简、轴端挡圈、螺母等作轴向固定时，应把安装零件的轴段长度做得比零件轮廓宽度短2~3mm，以确

8、保套简、螺母或轴端挡圈能紧靠零件端面。另外，对于承受冲击载荷和同心度要求较高的轴端零件，可采用圆锥面定位。2.4.2轴上零件的周向定位和固定机械设计基础教案周向固定的目的是限制轴