北工大机械设计基础教案14轴

PAGEPAGE5——第14章轴基本内容：轴的类型、轴的材料、轴的结构设计、轴的强度计算、轴的刚度计算。基本要求：了解轴的类型和特点；理解和掌握轴的结构设计与强度计算方法。重点：轴的结构设计。学时：课堂教学：2学时。第一讲§14-1轴的功用和类型轴是机器中的重要零件之一。一、轴的功用——支撑回转运动零件；传递转矩与运动。二、轴的类型1、根据轴的承载情况可分为心轴——只承受弯矩M≠0；不承受扭矩T=0；固定心轴；转动心轴传动轴——只承受扭矩T≠0；不承受弯矩M=0转轴——既承受弯矩M≠0；又承受扭矩T≠0。2、根据轴线的形状可分为光轴直轴——阶梯轴曲轴挠性轴三、轴的设计要解决的问题材料轴的结构设计——具有合理的外形和尺寸及其良好的工艺性强度刚度稳定性§14-2轴的轴的材料轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。有时也可采用合金铸铁或球墨铸铁▲碳素钢有30～50钢，最常用的是45钢。不重要的或受力较小的轴可使用Q235～Q275。▲合金钢有20Cr、20CrMnT、40Cr、38CrMOAlA等。▲合金铸铁或球墨铸铁。▲轴的毛坯一般用圆钢或锻件。几种常用材料及其主要力学性能见表14—1§14-3轴的结构设计▲轴的结构设计——使轴具有合理的外型尺寸，以满足工艺要求、轴与轴上零件的工作要求。▲轴的结构设计内容：几何结构的设计——如果是阶梯轴，需确定各轴段的直径、长度固定结构的设计——轴上零件的轴向固定与周向固定工艺结构的设计——轴的加工工艺和轴上零件的安装工艺（圆角、倒角、退刀槽、砂轮越程槽、导向锥面等）▲结构设计应满足的基本要求定位要求安装调整要求紧固要求工艺要求尽量减少应力集中▲轴的各部分结构名称轴颈——由轴承支撑的轴段；轴头——支撑传动零件的轴段；轴身——轴颈与轴头之间的轴段；轴肩——截面发生变化的位置★在轴的结构设计中，在充分考虑轴与轴上零件的工作要求条件下，解决好以下几个方面的问题一、制造安装要求二、轴上零件的（轴向）定位轴肩定位，套筒定位等。三、轴上零件的固定轴上零件的固定可分为轴向固定和周向固定两类。1、轴上零件的轴向固定轴肩——轴肩高度a=2~3cc——倒角高度套筒——与轴之间为间隙配合，套筒不宜过长圆螺母——般用于轴端零件的固定；弹性挡圈——不能承受大的轴向力轴端挡圈——常用于轴端零件的固定；2、轴上零件的周向固定键联接——平键、花键销联接——成形联接——弹性环联接——过盈联接等——四、改善轴的受力状况，减少应力集中合理布置轴上零件可以改善轴的受力状态。应力集中是影响轴的强度的重要因素，尤其是对于合金钢对应力集中比较敏感，轴的结构设计时，应加以注意：——对于阶梯轴来说，在截面尺寸变化处（如轴肩），应采用圆角过渡，并尽量避免在轴上（特别时应力大的部位）开槽或孔，也可采用卸载槽、过渡肩环、或凹切圆角等方式减少应力集中。第二讲§14-4轴的强度计算对于一般工作条件下的轴，常见的强度计算方法有两种：一、按扭转强度的计算适合于传动轴的精确计算，也可用于转轴的近似计算。对于圆截面轴，其强度条件为上式中WT——轴的抗扭截面系数，mm3P——轴传递的功率，kw；N——轴的转速，r／min；[τT]——许用切应力，MPa；表14—2C——与轴材料有关的系数，表14—2△当轴上有键槽时，应适当增大轴径：单键增大3％，双键增大7％。二、按弯扭合成强度计算主要用于计算一般重要的、弯扭复合作用的轴。对于一般钢