第十五章 轴 教案与讲稿

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1、河海大学机电学院教案与讲稿课程：机械设计2011—2012学年上学期主讲教师：苏洲教学课题轴教学目的与要求掌握轴结构设计特点，及轴的强度计算方法，了解轴的疲劳强度计算和振动教学重点轴的弯扭合成法强度计算方法难点轴的弯扭合成法强度计算方法教具实物与挂图讲稿（教学要点与板书）§15—1概述一、轴的用途与分类1、功用：1）支承回转零件；2）传递运动和动力2、分类按承基情况分转轴——T和M的轴——齿轮轴心轴——而不受扭矩：转动心轴（图11-2a）；固定心轴（图11-2b）传动轴——主要受扭矩而不受弯矩或弯矩很小的轴按轴线形状分直轴——光轴（图11-

2、5a）——作传动轴（应力集中小）阶梯轴（图11-5b）：优点：1）便于轴上零件定位；2）便于实现等强度曲轴——另外还有空心轴（机床主轴）和钢丝软轴（挠性轴）——它可将运动灵活地传到狭窄的空间位置（图11-8），如牙铝的传动轴。二、轴的材料及其选择碳素钢——价廉时应力集中不敏感——常用45#，可通过热处理改善机械性能，一般为正火调质和合金钢——机械性能（热处理性）更好，适合于大功率，结构要求紧凑的传动中，或有耐磨、高温（低温）等特殊工作条件，但合金钢对应力集中较敏感。注意：①由于碳素钢与合金钢的弹性模量基本相同，所以采用合金钢并不能提高轴的刚度

3、。②轴的各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理（喷丸、滚压）对提高轴的疲劳强度有显著效果。表11-1，轴的常用材料及其主要机械性能表三，轴设计的主要内容：结构设计——按轴上零件安装定位要求定轴的形状和尺寸交替进行工作能力计算——强度、刚度、振动稳定性计算§15—2轴的结构设计轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力情况和加工工艺等。轴的结构设计要求：①轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置；②轴上零件装拆、调整方便；③轴应具有良好的制造工艺性等。④尽量避免应力集中（书上无）一、拟定轴

4、上零件的装配方案根据轴上零件的结构特点，首先要预定出主要零件的装配方向、顺序和相互关系，它是轴进行结构设计的基础，拟定装配方案，应先考虑几个方案，进行分析比较后再选优。原则：1）轴的结构越简单越合理；2）装配越简单、方便越合理。如图11-9所示二、轴上零件的定位1、零件的轴向定位1）轴肩和轴环（轴中间高两边低轴向尺寸小的环）——最常用，轴向传力大。（图11-9，①、②、⑤）定位轴肩（大），要求r轴

5、3）轴用圆螺母——传动力大，简单，但有应力集中（细牙），要防松：双螺母，图11-10a；加带翅垫圈，图11-10b要求为轴向定位可靠，l轴

6、定位键——常用；花键——承载大，定位精度高，适于动联接；紧定螺钉、销——同时实现轴向定位，传力不大处；过盈配合三、各轴段的直径和长度的确定1、各轴段直径确定a)按扭矩估算所需的轴段直径dmin；b)按轴上零件安装、定位要求确定各段轴径。注意：①与标准零件相配合轴径应取标准植；②同一轴径轴段上不能安装三个以上零件。2、各轴段长度①与各轴段上相配合零件宽度相对应；②考虑零件间的适当间距——（特别）是转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。四、轴的结构工艺性1）轴肩圈角r——避免应力集中，查标准（手册）2）轴端倒角C×45°——便于装配、去毛刺。3

7、）砂轮越程槽——磨削（图11-16a）4）螺纹退刀槽——切制螺纹（图11-16b）5）同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，且取相同尺寸（均有标准）。图11-9。圆角半径r也尽量一致。6）轴端中心孔。§15—3轴的强度计算一、按扭转强度条件计算适用：①用于只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算；②结构设计前按扭矩初估轴的直径dmin强度条件：Mpa(11-1)设计公式：（mm）轴上有键槽放大：3~5%一个键槽；7~10%二个键槽。取标准植——许用扭转剪应力（N/mm2），表11-3——考虑了弯矩的影响A0——轴的材料系数，与轴的材料和载荷情况有关

8、。注意表11-3下面的说明对于空心轴：（mm），d1—空心轴的内径（mm）注意：如轴上有键槽，则d放大：3~5%1个；7~10%2个取整。二、按弯扭合成强度条件计算