机械设计基础教学课件作者陈为全第11章.ppt

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1、第11章轴11.1轴的类型、材料11.2轴的结构设计11.3轴的强度计算返回11.1轴的类型、材料11.1.1轴的类型轴是组成机器的重要零件之一，其作用是支承回转零件（如齿轮、带轮、电动机转子等），并传递运动和转矩。轴的类型很多，按轴所受载荷的性质不同，轴可分为转轴（如图11.1所示）、心轴（如图11.2和图11.3所示）和传动轴（如图11.4所示）等。下一页返回11.1轴的类型、材料图11.1所示的转轴是减速器转轴，它同时承受转矩和弯矩的作用，是机器中最常见的轴。心轴是工作时只承受弯矩而不传递转矩的轴，它可分为转动心轴（如图11.2所示）和

2、固定心轴（如图11.3所示）。转动心轴在工作中随零件一同转动，而固定心轴则不随零件一同转动。如图11.4所示的传动轴是汽车中连接变速箱与后桥差速器之间的传动轴。这类轴主要用来传递矩，不受弯矩或受很小弯矩的作用。上一页下一页返回11.1轴的类型、材料按轴的轴线形状的不同，轴又可分为直轴（如图11.5所示）、曲轴（如图11.6所示）和挠性轴（如图11.7和图11.8所示）。直轴根据外形的不同，又可分为光轴（如图11.5（a）所示）和阶梯轴（如图11.5（ｂ）所示）两种。光轴形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上的零件不易装配及定位；阶梯轴则正好

3、与光轴相反。因此，光轴主要用于传动轴，阶梯轴则常用于转动轴。曲轴是活塞式动力机械及一些专门设备中的专用零件，它可以与其他零件组合成曲柄滑块机构，并将旋转运动转换为往复直线运动，或做相反的运动转换。上一页下一页返回11.1轴的类型、材料直轴一般都制成实心的，在有些机器结构的要求而需在轴中装设其他零件或者减轻轴的重量时，则将直轴制成空心的（如图11.5（ｃ）所示），空心轴内径与外径的比值通常为0.5～0.6，以保证轴的刚度及扭转稳定性。挠性轴可以把转矩和旋转运动灵活地传到任何位置，常用于振捣器和医疗设备中。11.1.2轴的材料轴的材料主要是碳素钢

4、和合金钢。由于碳素钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，因此，采用碳素钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是45钢。上一页下一页返回11.1轴的类型、材料合金钢比碳素钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与重量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用40Cr、20Cr、35SiMn等合金钢。必须指出：在一般工作温度下（低于200℃），各种碳素钢和合金钢的弹性模数均相差不多，因此，在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度与耐

5、磨性，而不是轴的弯曲或扭转刚度。但也应当注意，在既定条件下，有时也可选择强度较低的钢材，而用适当增大轴的剖面面积的办法来提高轴的刚度。上一页下一页返回11.1轴的类型、材料各种热处理以及表面强化处理对提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果。轴有时也可采用球墨铸铁或铸钢铸造，高强度球墨铸铁容易做成复杂的形状，且具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，可用于制造外形复杂的轴。轴的常用材料及其力学性能见表11.1。上一页下一页返回11.1轴的类型、材料11.1.3轴的一般设计步骤一般轴的设计方法有类比法和计算法两种。1.类比法

6、这种方法是根据轴的工作条件，选择与其相似的轴进行类比及结构设计，画出轴的零件图。用类比法设计轴一般不进行强度计算。由于完全依靠现有资料及设计者的经验进行轴的设计，设计结果比较可靠、稳妥，同时又可加快设计进程，因此，类比法较为常用，但有时这种方法会带有一定的盲目性。上一页下一页返回11.1轴的类型、材料2.计算法用计算法设计轴的一般步骤如下：（１）根据轴的工作条件选择材料，确定许用应力。（２）按扭转强度估算出轴的最小直径。（３）设计轴的结构，制出轴的结构草图。具体内容包括以下几点：①根据工作要求确定轴上零件的位置和固定方式；②确定各轴段的直径；

7、③确定各轴段的长度；上一页下一页返回11.1轴的类型、材料④根据有关设计手册确定轴的结构细节，如圆角、倒角、退刀槽等的尺寸。（4）按弯扭合成进行轴的强度校核。一般在轴上选取2～3个危险截面进行强度校核。若危险截面强度不够或强度太大，则必须重新修改轴的结构。（5）修改轴的结构后再进行校核计算。这样反复交替地进行，直至设计出较为合理的轴的结构。（6）绘制轴的零件图。上一页返回11.2轴的结构设计11.2.1拟定轴上零件的装配方案轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。在满足设计要求的情况下，轴的结构应力求简单。拟定轴上零件的装配方案时，首

8、先要确定轴上主要零件的相对位置，如图11.10（a）、图11.10（b）所示。再拟定几种不同的装配方案，画出轴上零件的布置图，以便进行分析对比与选择。如图11.10