机械设计第十五章轴2

23《机械设计基础》教案PAGEPAGE4镇江市高等专科学校教案授课班级：机制、机电、模具、机设、机器人专业授课教师：于明教学内容第15章轴授课时间2学时教学目的要求掌握轴的强度计算及设计轴的一般步骤；了解轴的刚度计算。内容重点轴的强度计算内容难点轴的受力分析主要教学方法课堂讲授，实物教学，多媒体课件教学教学注意事项多提问多启发，理论联系实际使用教具及设备减速器轴模型；多媒体设备过程及时间教学内容及学生活动教学方法开始部分（5分钟）复习回顾前一次课内容：轴的结构如何？为何如此设计？如何进行轴的结构设计？课堂讲授基本部分（80分钟）§15.3轴的强度计算课堂讲授，实物教学，多媒体课件教学结束部分（5分钟）本讲内容小结及作业布置如何进行轴轴的强度计算？提问和讲评作业课后小结该节内容涉及力学知识，应通过练习使学生掌握[教学内容]：第15章轴和轴毂连接§15.3轴的强度计算一、按扭转强度计算这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度。如果还受不大的弯矩时，则采用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。并且应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。在进行轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。对于不大重要的轴，也可作为最后计算结果。轴的扭转强度条件为：强度条件：Mpa设计公式：（mm）轴上有键槽：放大：3~5%一个键槽；7~10%二个键槽。并且取标准植式中：[τ]——许用扭转剪应力（N/mm2），C为由轴的材料和承载情况确定的常数，参见教材表10—2。二、按弯扭合成强度计算通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸、轴上零件的位置以及外载荷和支反力的作用位置均已确定，轴上的载荷（弯矩和扭矩）已可以求得，因而可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。对于钢制的轴，按第三强度理论，强度条件为：设计公式：（mm）式中、：бe为当量应力，Mpa。d为轴的直径，mm;为当量弯矩；M为危险截面的合成弯矩；；MH为水平面上的弯矩；MV为垂直面上的弯矩；W为轴危险截面抗弯截面系数；——为将扭矩折算为等效弯矩的折算系数∵弯矩引起的弯曲应力为对称循环的变应力，而扭矩所产生的扭转剪应力往往为非对称循环变应力∴与扭矩变化情况有关——扭矩对称循环变化=——扭矩脉动循环变化——不变的扭矩，，分别为对称循环、脉动循环及静应力状态下的许用弯曲应力。对于重要的轴，还要考虑影响疲劳强度的一些因素而作精确验算。内容参看有关书籍。三、轴的刚度计算概念轴在载荷作用下，将产生弯曲或扭转变形。若变形量超过允许的限度，就会影响轴上零件的正常工作，甚至会丧失机器应有的工作性能。轴的弯曲刚度是以挠度y或偏转角θ以及扭转角ф来度量，其校核公式为：y≤[y];θ≤[θ];ф≤[ф]。式中：[y]、[θ]、[ф]分别为轴的许用挠度、许用转角和许用扭转角。四、轴的设计步骤：设计轴的一般步骤为：（1）选择轴的材料根据轴的工作要求，加工工艺性、经济性，选择合适的材料和热处理工艺。（2）初步确定轴的直径按扭转强度计算公式，计算出轴的最细部分的直径。（3）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；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）装配越简单越合理。（4）轴的强度设计1、作轴的空间受力简图（将分布看成集中力，）轴的支承看成简支梁，支点作用于轴承中点，将力分解为水平分力和垂直分力2、求水平面支反力RH1、RH2作水平内弯矩图3、求垂直平面内支反力RV1、RV2，作垂直平面内的弯矩图4、作合成弯矩图5、作扭矩图6、作当量弯矩图——为将扭矩折算为等效弯矩的折算系数7、校核轴的强度——Mcamax处；Mca较大，轴径d较小处。8、校核轴的刚度y≤[y];θ≤[θ];ф≤[ф]。（需要刚度计算的轴类零件要进行刚度计算）如果计算所得d大于轴的结构设计d结构，则应重新设计轴的结构。实例设计：小结：（1）轴的功用是支承轴上旋转零件，并传递转矩和运动。按轴受载荷的性质不同，可将轴分为传动轴、心轴和转轴。（2）轴是机械中的重要零件，轴的设计直接影响整机的质量。轴的设计一般应解决轴的结构和承载能力两方面的问题。具体的说，轴的设计步骤有：①选择轴的材料；②初步估算轴的直径；③进行轴的结构设计；④精确校核（强度、刚度、振动等）；⑤绘制零件的工作图。（3）轴的结构设计应从多方面考虑，应满足的基本要求有：轴上零件有准确的位置、固定可靠，轴具有良好的工艺性，便于加工和装拆，合理布置轴上零件，以减小轴的工作应力。（4）轴的强度