河科大机械零件教案第15章 轴

河北科技大学教案用纸第6页第28次课2学时上次课复习：联轴器的类型与特点本次课题（或教材章节题目）：第15章轴§1～2概述、结构设计教学要求：1）掌握轴的类型与特点；掌握轴的常用材料；3)掌握轴的结构设计的要求、固定方式、尺寸确定。重点：轴的常用材料、结构设计难点：轴的结构设计教学手段及教具：多媒体或课堂讲授讲授内容及时间分配：轴的类型与特点20分钟轴的常用材料15分钟轴的结构设计的要求、固定方式、尺寸确定55分钟课后作业15-1615-17参考资料《机械设计》谈嘉祯主编中国标准出版社《机械设计》朱文坚主编高等教育出版社《机械设计试题精选与答题技巧》姜洪源主编哈尔滨工业大学出版社注：本页为每次课教案首页第十五章轴第一节概述一、轴的用途与分类轴的功用:主要用于支撑旋转零件，如齿轮、带轮等。轴的分类:1、按轴的几何形状分类→直轴、曲轴、钢丝软轴2、按轴承受的载荷分类→心轴、传动轴、转轴二、轴设计的主要内容（1）根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。（2）轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算。三、轴的材料(P355表15-1)基本要求：足够的强度、刚度；韧性↑，对应力集中敏感性↓，热处理、加工性能↑常用材料：碳钢、合金钢、铸铁1）碳钢→综合机械性能↑、对应力集中↓→应用广泛；一般场合：Q235、Q255；较重要的场合：45钢→正火或调质，或轴颈处淬火；2）合金钢→综合机械性能↑↑、对应力集中敏感↑、价格↑；→重载、重要的场合；常用→40Cr、40MnB、35SiMn调质；→20Cr、20CrMnTi表面渗碳；3）铸铁→吸振性↑、价格↓、应力集中↓、易浇注→曲轴等。注意：碳素钢、合金钢的弹性模量基本相同，所以两类材料的轴刚度一样。§15～2轴的结构设计目的：确定轴的合理外形和全部结构尺寸。解决的问题：合理的外形、全部结构尺寸轴的结构设计应该保证：◆轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；◆轴上的零件应便于装拆和调整；◆轴应具有良好的制造工艺性等。◆节省材料，减轻重量。设计方法：“三边”设计方法，边计算、边画图、边修改。定位：就是保证轴上零件在工作和装配时具有准确的位置。常用的轴上零件定位方法有轴肩、轴环、套筒等。固定：是保证轴上零件在载荷作用下不破坏原有的正确定位的措施。轴上零件的固定包括轴向和周向两个方向的固定，以防止零件在轴上发生轴向的窜动和圆周方向的相对转动，以致丧失传递运动与转矩的功能。一、拟定轴上零件的装配方案二、轴上零件的定位1、轴上零件的轴向固定轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈和圆螺母等来保证的。2、轴上零件的周向固定轴上零件的周向定位是通过键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合来实现的。四、提高轴强度的常用措施1、合理布置轴上零件，减小轴上载荷2、改进轴上零件的结构，减小轴上载荷3、改进轴的结构，减小应力集中4、改进轴的表面质量，提高轴的疲劳强度（选择合理的热处理工艺）五、轴的结构工艺1、安装对轴的结构的影响2、加工简便、工艺合理①同一根轴上有多个键槽且直径大小相近时，应尽量使用相同截面尺寸的键、并设置在轴的同一条母线上；②退刀槽、砂轮越程槽的尺寸;倒角、圆角的尺寸也应尽量相同，以便用同一把刀具、一次装夹即可加工完成。3、装配导角与轴上零件的配合为过盈配合时，该轴段的装入端应加工出10°或30°的装配导角。第30次课2学时上次课复习：轴的结构设计的要求、固定方式、尺寸确定。本次课题（或教材章节题目）：§3轴的计算教学要求：1）掌握按许用切应力计算；掌握按许用弯曲应力计算；3)掌握按安全系数校核计算。重点：按许用弯曲应力计算难点：安全系数校核计算教学手段及教具：多媒体或课堂讲授讲授内容及时间分配：按许用切应力计算20分钟按许用弯曲应力计算40分钟按安全系数校核计算30分钟课后作业15-1915-21参考资料《机械设计》谈嘉祯主编中国标准出版社《机械设计》朱文坚主编高等教育出版社《机械设计试题精选与答题技巧》姜洪源主编哈尔滨工业大学出版社注：本页为每次课教案首页第十五章轴§15-3轴的计算一、轴的强度校核计算轴的疲劳强度计算方法及其应用场合※1.按许用切应力计算：适用于：①当轴只传递转矩，不承受弯矩或弯矩很小时。②当弯矩值未知时，用来初估轴的最小直径。强度条件式：设计公式：◆估算轴径时，d应是轴上转矩作用轴段中的最小轴径。当轴上有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴强度的削弱，详见P362。最后将轴径圆整或取标准值。2.按许用弯曲应力计算：适用于：当轴承位置以及作用在轴上的载荷性质、大小、方向及作用点已知时。强度条件：a是考虑扭转切应力与弯曲应力循环特性不同的引入折算系数。通常轴的弯曲应力为对称循环变应力；而扭转切应力则应根据不同情况分析判定。①对于不变的扭矩（如长期、匀速、单向运转的轴）a＝[s-1b]/[s+1b]≈0.3②对于脉动循环变化的扭矩（如单向运转，但有停车的轴）a＝[s-1b]/[s0b]≈0.6③对于对称循环变化的扭矩（如有频繁正、反转要求的轴）a＝[s-1b]/[s-1b]=1扭矩变化规律不详时，通常都按脉动循环处理3.安全系数校核计算：适用于：比较重要的、需精确校核的轴。疲劳强度条件：危险截面的判定：采用疲劳安全系数法进行轴的疲劳强度计算时，不可能、也没有必要对每一个截面都进行计算。因此，必须对轴上的危险截面进行判断，以保证满足轴的强度要求。一般判定依据主要是：1）轴上载荷（当量弯矩）最大的截面；2）承受当量弯矩较大，而几何尺寸较小的截面中最严重的截面；3）轴径与初估轴径最接近的截面。4）应力集中最严重的截面；计算时，通常只选取2～3个危险截面4.按静强度条件进行校核：轴在工作过程中若有瞬时尖峰载荷，即使其作用时间很短和出现次数很少，虽不致引起疲劳破坏，但却可使轴产生塑性变形（延性材料）或脆性断裂（脆性材料）。因此，设计时还应对尖峰载荷进行静强度计算。二、轴的刚度校核计算1、对于一般的转轴来说，如果强度足够，往往也有了足够的刚度，即不需再计算刚度。2、但对刚度有要求的轴（如机床主轴），若刚度不足，会在工作中产生过大的变形而影响工作性能。此时需进行刚度计算。3、刚度计算：弯曲刚度：挠度y