轴的结构设计

1、机械设计基础课程单元教学设计单元标题轴的结构设计单元教学学时2在整体设计中的位置第40次授课班级上课地点教学目标能力目标知识目标素质目标1.能够分析轴的结构设计方案是否合理；2.能够设计简单轴的结构。1.了解轴的结构设计的基本要求；2.掌握轴的组成及轴上零件的定位方法；3.掌握确定轴的直径和长度的方法；4.了解轴的结构工艺性；5.掌握提高轴的强度和刚度的措施。1.培养学生应用理论知识分析和解决实际问题的能力；2.培养学生遵守职业岗位操作规范的习惯；3.培养学生的团队合作意识。能力训练任务及案例任务1.分析减速器输出轴的结构设计方案是否合理；任务2.对课程设计中的减速器轴进行结构设计教学材料多媒

2、体课件、演示视频、减速器模型等。单元教学进度步骤教学内容教学方法学生活动工具手段时间分配1复习、导入复习：轴的分类、轴的材料等导入：通过视频和图片展示一些轴的结构设计方案，阐述各方案的优缺点和轴的结构设计的重要性。轴的结构设计就是确定轴的形状和尺寸，轴的结构没有统一的形状，进行轴的结构设计首先要分析轴上零件的定位和固定以及轴的结构工艺性。提问讲授演示教学回答思考讨论黑板课件5分钟2设置情景提出问题某工厂设计员设计的减速器输出轴的结构是否合理？情景教学问题探究问题引领听讲思考课件5分钟3讲授新知提供咨询一、轴的结构设计应满足的基本要求 （1）轴的受力合理，有利于提高轴的强度与刚度，有利

3、于节约材料减轻重量。  （2）保证轴上零件定位准确，固定可靠。 （3）轴上零件便于装拆和调整。 （4）具有良好的制造工艺性。二、轴的主要组成部分 轴颈 与轴承配合的轴段。轴颈的直径应符合轴承的内径系列。轴头 支撑传动零件的轴段。轴头的直径必须与相配合零件的轮毂内径一致，并符合轴的标准直径系列。 轴身 连接轴颈和轴头的轴段。轴肩和轴环 阶梯轴上截面变化之处。 三、轴上零件的定位和固定1.轴上零件的轴向固定 （1）轴向固定的目的 这种固定的作用和目的是为了：保证零件在轴上有确定的

4、轴向位置。防止零件作轴向移动，并能承受轴向力。2.轴上零件轴向固定的方法及特点一般采用的方法是，利用轴肩、轴环、轴套、圆螺母和轴端挡圈（称为压板）等零件，作为轴上零件的轴向固定用。轴肩或轴环固定 这是一种常用的轴向固定方法，它具有结构简单，定位可靠和能够承受较大轴向力等优点。 用轴端挡圈、轴套和圆螺母等固定轴端挡圈只适用于轴端零件的固定，而且是受轴向力不大的部位。但它可以承受振动和冲击载荷为了防止轴端挡圈和螺钉的松动，应采用带有锁紧装置的固定形式，对于无轴肩的，可采用锥形轴端和轴端挡圈联合使用来固定零件。圆螺母固定零件：一般在无法采用轴套，或嫌轴套太长而选用的，这种方法通常

5、用在轴的中部或端部。用圆螺母的优点是装拆方便，固定可靠，能承受较大的轴向力。缺点是要在轴上切制螺纹，而且螺纹的大径要比套装零件的孔径小，所以一般都切制细牙螺纹。为了防止圆螺母的松脱，常采用双螺母或加止退垫圈来防松。 轴套(也称套筒)用来作为轴向固定零件，一般用在两个零件的间距较小的场合，主要是依靠位置己定的零件来固定。利用轴套定位，可以减少轴的直径的变化，在轴上也不需要开槽、钻孔或切制螺纹等，所以可使轴的结构简化，避免削弱轴的强度。其它一些轴向固定形式对受轴向力不大的或是为了防止零件偶然沿轴向窜动的场合，可用圆锥销固定、紧定螺钉固定和弹性挡圈固定等形式。2.轴上零件的周向固定（1）周

6、向固定的目的这种固定的作用和目的，是为了:保证零件传递扭矩防止零件与轴产生相对的转动。（2）轴上零件轴向固定的方法及特点轴上零件的周向固定主要是用过盈配合和键连接。用键作周向固定采用键联接作为轴上零件的周向固定应用最广，平键、半圆键、楔键和花键等都有应用。 用平键作周向固定，制造简单、装拆方便和对中性好，可用于较高精度、较高转速及受冲击或变载荷作用下的固定联接。应用平键联接时，为了加工方便，对于在同一轴上轴径相差不大轴段的键槽，应尽可能采用同一规格的键槽尺寸，并且要安排在同一加工直线上。用过盈配合作周向固定用过盈配合作周向固定常用于轴与轮毂之间的联接，与孔之间产生压力，工作时依此压力

7、所产生的摩擦力来传递扭矩这种联接，结构简单，对轴的削弱少，对中性好，但配合面的加工精度要求也较高。过盈配合的装配，如过盈量不大，一般可用压入法；当过盈量较大时，常用温差法装配。为了装配方便，轴与孔的接口处的倒角尺寸，均有一定的要求。四、轴的结构工艺性轴的结构工艺性是指所设计的轴是否便于加工和装配，轴的结构在设计中应注意以下几个问题。l.轴的形状力求简单，以便于加工和检验，轴上的台阶数不宜过多。2.轴肩处的过渡圆角半径r应小于零件孔的圆角半径或倒角C。3.需经磨削加工的表面，在轴肩处应设置砂轮越程槽。4.轴上若要车螺纹，在螺纹尾部留有退刀槽。5.轴端应有倒角，必要时为了便于加工定位，轴的两端应设

8、中心孔。五、提高轴的强度和刚度的措施1.改进轴的结构，降低应力集中，由于轴上的应力集中源，往往是轴产生疲劳破坏的部位，改善轴的抗疲劳强度的常用方法有： (1)增大圆角半径，如因轴肩定位要求的限制，轴上不允许采用较大圆角时，可以改用凹切圆角或过渡肩环的办法。(2)采用增大配合直径、轴上开减载槽和毂端开减载槽等方法，以降低零件过盈配合边缘处的应力集中。2.提高轴的表面质量采用的方法：减小轴表面的粗糙度数值，降低刀痕造成的应力集中，即使是自由表面也不容忽视；对轴表面进行滚压、喷丸等冷加工；采用高频淬火、渗碳淬火和氮化等热处理强化轴的表层。 六、确定轴的直径和长度1.阶梯轴的各段长度主要由轴上零件及相

9、互间的距离所决定；2.轴的各段直径是在初估最小直径的基础上，根据轴上零件的固定方式及其受力情况等， 逐段增大估算确定。讲授法启发式问题探究讨论法听讲讨论回答课件20分钟4任务实施1.小组讨论减速器输出轴的结构是否合理；2.绘制正确的结构图。启发诱导个别指导讨论操作黑板纸本15分钟5检查点评总结1.汇报结果：学生分组汇报训练结果，教师检查指导；2.教师点评训练情况，总结知识要点。引导分数激励归纳总结展示汇报黑板5分钟6布置任务确定课程设计中的减速器轴的直径和长度。情景教学问题探究问题引领听讲思考课件3分钟7任务实施小组讨论确定减速器轴的直径和长度，并利用课余时间完成轴的结构设计。启发诱导个别指导讨论操作黑板纸本20分钟8检查点评总结1.汇报结果：学生分组汇报训练结果，教师检查指导；2.教师点评训练情况，总结知识要点。引导分数激励归纳总结展示汇报黑