机械设计基础 轴.ppt

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1、机械设计基础山东农业大学机电学院机械制造系2021/9/11两点声明1.考核方式：多级测评：平时学习与作业占总成绩的20%；实验占总成绩的10%；期末考试（闭卷）占总成绩的70%2.指定一名课代表。2021/9/12使用教材：杨可桢，程光蕴主编。《机械设计基础》，高等教育出版社，2005.10参考教材：1.黄平主编，《机械设计基础》，华南理工大学出版社，2003.42.朱家诚主编，《机械设计基础》，合肥工业大学出版社，2003.23.吴克坚等主编。《机械设计》，高等教育出版社，2003.34.孙桓，陈作模主编。机械原理

2、（第6版）。高等教育出版社，20012021/9/13第十四章轴（4学时）本章要求：掌握轴的类型和作用，轴的材料选用，轴的结构设计和设计计算。本章重点：轴的结构设计和设计计算。本章难点：轴的结构设计。2021/9/14§14-1轴的功用和类型§14-2轴的材料§14-3轴的结构设计§14-4轴的强度计算§14-5轴的刚度计算§14-6轴的临界转速的概念§14-1轴的功用和类型轴是组成机器的重要零件之一，用来支承旋转的机械零件。轴的功用：支承回转零件及传递运动和动力。轴的分类：(1)按照承受载荷的不同可分为转轴、心轴和传

3、动轴三类。转轴——工作中既受弯矩又受扭矩的轴。2021/9/16传动轴——只受扭矩不受弯矩或弯矩很小的轴。心轴——只受弯矩而不受扭矩的轴，它又分为转动心轴和固定心轴两种。2021/9/17(2)按照轴线形状的不同可分为直轴、曲轴和软轴直轴按其外形的不同，可分为阶梯轴和光轴。光轴具有形状简单、加工方便、制造成本低、轴上应力集中源少等优点，其缺点是轴上零件不易装配定位。阶梯轴的特点则正好与光轴相反。因此，光轴常用作心轴和传动轴，阶梯轴常用作转轴。转轴阶梯轴心轴光轴2021/9/18直轴—在一般的机器设备中，最常见到的是直轴

4、。阶梯轴光轴2021/9/19轴一般都制成实心的(实心轴)。只有在因机器结构要求，需要在轴中安装其它零件或是减轻轴的质量具特别重大作用时，才将轴制成空心的(空心轴)。曲轴用以将旋转运动与往复直线运动相互转变。空心轴软轴是由几层紧贴在一起的钢丝层构成的，它能把回转运动灵活地传到任何位置，主要用于两传动轴线不在同一直线或工作时彼此有相对运动的空间传动，也可用于受连续振动的场合，具有缓和冲击的作用。2021/9/110曲轴—常用于往复式机械中2021/9/111轴一般做成阶梯轴，原因是：⑴为了便于轴上零件轴向定位和固定；⑵为

5、了便于轴上零件的拆装；⑶使各轴段达到或接近等强度；⑷为了实现尺寸分段，以满足不同配合特性、精度和光洁度的要求。轴的失效形式是：①因疲劳强度不足而产生疲劳断裂；②因静强度不足而生产塑性变形或脆性断裂；③因刚度不足而产生过大弯曲及扭转变形；④高速时发生共振破坏等。2021/9/112一般转轴的设计准则是：具有合理的结构和良好的工艺性并保证其疲劳强度足够。对有过载情况的轴，还应保证其静强度足够；而对刚度要求较高的轴及受力较大的细长轴，还应进行刚度计算；对高速旋转的轴，则应进行振动稳定性计算。轴设计的主要内容(1)选用合适的材

6、料、毛坯形式及热处理方法。(2)轴的结构设计，根据轴上零件的安装、定位和固定及轴的制造工艺等方面要求，合理确定轴的结构形状和尺寸。(3)工作能力校核计算，包括疲劳强度、静强度及刚度计算等。2021/9/113§14-2轴的材料轴的常用材料主要是碳素钢和合金钢。轴的毛坯一般多为轧制圆钢和锻件。碳素钢具有足够的强度，比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，并且可通过正火或调质处理获得较好的综合机械性能，故应用广泛，其中以45号钢经调质处理最为常用。合金钢具有较高的机械性能，但价格较贵，常用于制造有特殊要求的轴。如高速重载轴；

7、受力大而又要求尺寸小、重量轻的轴；处于高温、低温或腐蚀性介质中的轴等。2021/9/114碳素钢—碳素钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性小，可通过热处理提高其耐磨性及疲劳强度，因此应用广泛。常用的碳素钢有35、40、45和50等优质碳素钢，其中45钢用的最多。一般为了保证机械性能，应进行调质或正火处理。不重要的轴也可以采用普通碳素钢如：Q235、Q275等。2021/9/115合金钢—合金钢具有更高的机械性能和更好的淬火性能，但对应力集中较敏感。另外价格较贵。对强度、耐磨性要求高且结构尺寸受限制及在高温或低温条件下工作

8、的轴，可采用合金钢。常用材料为20Cr，20CrMnTi、38CrMoAl、40Cr、40CrNi、38SiMnMo、40MnB等。采用合金钢制造的轴必须进行热处理和化学热处理。合金钢对应力集中较敏感,因此设计轴时，因从结构上避免或减小应力集中，并减小表面粗糙度。2021/9/116值得注意的是：在一般工作温度下，碳钢和合金钢的弹