机械设计基础.12小结

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1、本章重点：①轴的类型，轴的常用材料；②轴的结构；③轴上零件的轴向定位和固定方法；轴上零件的周向定位和固定方法；④按扭转强度计算轴的直径。轴的功用：主要用于支承传动零件(齿轮、带轮等)并传递运动和动力。按照轴的功用和受载的不同，轴分为：转轴、心轴、传动轴。1.转轴：支承轴上传动零件，并传递运动和动力。工作中同时承受弯矩M和转矩T作用。轴的分类2.传动轴：传递运动和转矩，工作中主要受转矩T作用。3.心轴：支承轴上传动零件，工作中只受弯矩M、不受转矩(T=0)作用。固定心轴：为静应力或脉动循环变应力。转动心轴：为对称循环的变应力。问：根据承载情况，下列各轴分别为哪种类型？0轴：Ⅰ轴：Ⅴ轴：

2、Ⅱ轴：Ⅲ轴：Ⅳ轴：传动轴转轴转动心轴转轴转轴转动心轴如何判断轴是否传递转矩：从原动机向工作机画传动路线，若传动路线沿该轴轴线走过一段距离，则该轴传递转矩。如何判断轴是否承受弯矩：该轴上除联轴器外是否还有其它传动零件，若有则该轴承受弯矩，否则不承受弯矩。直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。按照轴线形状的不同，轴可分为直轴、曲轴和和挠性钢丝软轴。光轴：加工方便，但轴上零件不易定位；阶梯轴：轴上零件定位可靠，装拆方便。轴的组成：轴颈、轴头、轴身。轴颈、轴头直径应按标准尺寸选取。轴颈轴头对材料基本要求：强度高，耐磨，具有一定韧性及良好的加工性。1.碳钢碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，

3、加工性良好。受力较小或不重要的轴：普通碳钢Q235、Q275，不需热处理。一般场合的轴：优质中碳钢，如35、40、45、50，最常用45钢，调质或正火。轴的材料及其选择2.中、低碳合金钢合金钢比碳钢有更高的力学性能和更好的淬火性能，但价格高于碳钢，对应力集中较敏感。适用于重载、要求质量轻、尺寸小、要求高耐磨性，或在高温、低温、腐蚀条件下工作的轴。常用：20Cr、20CrMnTi、40Cr、40CrNi等，需热处理。3.球墨铸铁、合金铸铁(高强度铸铁)价廉、吸振性好、耐磨性好，对应力集中的敏感性较低，铸造成形，但性脆，可靠性低，品质难控制。常用于制造外形复杂的轴，如曲轴、凸轮轴。轴的常用材料

4、及其主要力学特性见表12-1，P239注意：钢材种类热处理对钢材弹性模量E影响很小，∴在相同尺寸时，采用热处理或用合金钢代替碳钢不能提高轴的刚度。轴设计中主要问题应满足：强度、刚度要求；轴设计的主要内容：结构设计、工作能力验算。结构设计要求：即轴上零件的定位、固定、加工简便、装拆方便等。高速时振动稳定性要求。1.根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。(轴的结构设计)2.验算轴的强度、刚度和振动稳定性。(轴的工作能力验算)轴的设计过程：选择材料及热处理方法初估轴径确定轴上零件的相对位置及装拆方案轴的结构设计进行弯扭复合强度校核或精确验算

5、(重要轴)必要时验算刚度及振动稳定性绘制轴的工作图按扭转强度初估轴的直径扭转强度条件：T：轴传递的转矩，N·mm；n：轴转速，r/min；d：轴直径，mm；∴实心轴的直径：C：为一系数，由轴材料和承载情况查表12-2，P240。P：轴传递的功率，kW；[tT]：轴材料许用切应力，MPa。由上式得出轴径一般作为轴的最小直径；若该处开有键槽时，应适当增大直径：最后再将直径圆整为标准值。一个键槽时增大4%~5%，二个键槽时增大7%~10%，例12-1已知例7-3中单级直齿圆柱齿轮减速器的输入转速n1=960r/min，传动比i=4，输入功率P1=10kW，两转轴的材料均采用45钢。试按转矩

6、估算两轴的最小直径。解：输入轴转速：n1=960r/min输出轴转速：n2=n1/i=240r/min由表12-2查得：C=117~106，取C=110输入轴最小直径：输出轴最小直径：考虑最小直径处开有键槽：d1=24.2×1.05=25.22mm；参考标准直径系列圆整，取：d2=38.14×1.05=40.05mm；d1=26mm，d2=40mm轴的结构设计考虑问题：传动零件、轴承等在轴上的布置、固定、装拆；轴的加工、应力集中、材料的利用等。原则和要求：在满足轴上零件定位和固定可靠、装拆和调整方便、轴应力集中小、加工方便、重量轻等要求的前提下，确定轴的合理形状和全部结构尺寸。设计时已知条件

7、：轴与轴上零件的装配简图、轴的转速、传递功率、轴上零件的有关尺寸等。轴的结构轴的形状：阶梯轴较合理，近似于等强度，轴上零件固定可靠，装拆方便，加工不过于复杂。轴的毛坯：一、轴上零件的轴向定位与固定定位：保证轴上零件具有确定的相对位置。固定：保证工作中轴上零件的相对位置不变，从而承受载荷并不产生相对位移。尺寸较小时用轧制圆钢，尺寸较大时采用锻造毛坯，其内部组织均匀，强度较高。材料用铸钢或球墨铸铁时为铸造毛坯