机械设计基础 第3版 教学课件 第十一章 轴.ppt

2. 扭转刚度计算 轴的扭转变形用其每米长的扭转角 表示。 扭转刚度条件： T — 轴传递的扭矩； — 轴受扭段的长度； G — 轴材料的切变模量； IP— 轴剖面的极惯性矩。 各类常用 轴的挠度、转角及扭转角的许用值见表11-4。 轴的扭转角 第十一章 轴 第一节 概述 轴是组成机器的重要零件，轴的设计、制造质量直接影响机器的工作质量和性能。 轴的作用： 1. 支承回转零件，使其具有确定的工作位置。 2. 传递运动和转矩。 一、轴的分类 1. 按轴的形状分 （1）直轴 光轴 阶梯轴 实心轴 空心轴 （2）曲轴 曲轴是内燃机、冲、剪等机器设备中的轴，属专用机械零件。 （3）挠性轴 挠性轴是由多层钢丝绕制而成，可把旋转运动和转矩灵活地传到任何位置，可用于连续振动场合，狭窄通道，可缓和冲击。 如：振捣器、手提砂轮等。 一般使用转速为800~3600r/min ，小尺寸挠性轴可达20000r/min。 曲轴 挠性轴 2. 按受载情况分 （1）心轴：工作时只受弯矩作用的轴。 a） 转动心轴：轴的弯曲应力为对称循环应力。 b）固定心轴：轴的弯曲应力为静应力。 a) b) 心轴 a) 转动心轴 b) 固定心轴 （2）传动轴：工作时只受扭矩作用的轴。 如：连接汽车变速器和差速器的轴。 （3）转轴：工作时同时受弯矩和扭矩作用的轴。 自行车的三根轴按受力情况各属于哪类轴？ 转 轴 传动轴 三、轴的设计内容 1.根据工作要求选择轴的材料和热处理方法； 2.初步确定轴的直径； 3. 考虑轴上零件的安装和受力等，进行轴的结构设计； 5. 绘制轴的工作图。 正确设计轴的结构，利用弯扭合成强度理论设计转轴是本章的学习重点。 轴的设计内容：轴的结构设计和轴的工作能力计算。 4.对轴作强度校核，必要时进行轴的刚度及振动稳定性计算； 第二节 轴的材料 一、轴的材料选择 1. 具有良好的机械性能。（强度、刚度、冲击韧性、耐磨性、耐腐蚀性等） 2. 具有良好的热处理性能。 3. 便于加工，成本低。 二、常用材料 轴的常用材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多用轧制圆钢或锻件。 1. 碳钢 碳素钢价廉，对应力集中敏感性低，强度、塑性和韧性均较好，经热处理后，可改善其力学性能，应用广泛。对于不重要或承受载荷较小的轴，可用 Q235、Q275 等普通碳素钢。 2. 合金钢 采用合金钢时，必须进行热处理或化学热处理。由于合金钢对应力集中较敏感，设计时应从结构上避免或减少应力集中，并应降低表面粗糙度。合金钢经各种热处理如淬火、渗碳、渗氮等，对提高轴的疲劳强度有显著效果。 合金钢的力学性能和热处理性能，在传递动力较大并要求减小尺寸和重量，提高轴的硬度和耐磨性以及满足它特殊要求（如高温、低温、耐腐蚀等）时常用。 工程上常用35、40、45和50等优质碳素钢。 常用20Cr、20CrMnTi、35SiMn、40Cr、40MnB等。 3. 铸铁、铸钢 轴也可采用球墨铸铁和高强度铸钢材料，这些材料容易制成复杂的形状，且具有良好的吸振性和耐磨性，对应力集中敏感性小，价格也低，故常用来制造形状复杂的轴，如内燃机中的曲轴。但铸铁抗冲击性差，铸造质量不易控制，使用时需经严格检验。 轴的常用材料及主要力学性能见表11-1。 第三节 轴的结构设计 4. 最终完成轴的设计。 2. 确定各段轴的直径和长度；进行轴的结构设计； 3. 进行强度验算，根据验算结果调整轴的结构和尺寸； 轴的结构设计通常是在经过初步计算，在确定了最小直径的基础上进行的。影响轴结构的因素很多，轴的结构需在设计中依具体情况确定。所以，轴没有标准的结构形式。 轴的设计方法： 1. 先进行轴的初步计算，以确定轴的相关尺寸； 根据轴传递的扭矩，计算轴受扭段的最小直径。 轴的抗扭强度条件； MPa (11-1) mm (11-2) A—计算系数 一、轴径的初步计算 1. 〔τ〕T 和 A 由 P181表11-2查取。 公式使用； 2. 当轴的计算截面处有一个键槽时，应将轴的计算直径加大3%，有两个键槽时加