高职《机械设计基础》轴和轴榖连接、教案.docVIP

****职业技术学院教案 第 25 次课 教学课型：理论课√ 实验课□ 习题课□ 实践课□ 技能课□ 其它□ 主要教学内容 第14章 轴和轴毂 14.1 概述 14.2 轴的材料及选择 14.3 轴的机构设计 重点、难点 轴设计的工艺性 教学目的要求： 1. 轴的基本类型 2. 掌握轴的结构设计 教学方法和教学手段： 多媒体讲授 讨论、思考题、作业： 参考资料： 多媒体材料，网络资料 讲 稿 内 容 备注 第14章 轴及轴榖连接 14.1 概述 14.1.1 轴的功用 轴的功用主要是支承回转零件（如齿轮、带轮等），并能传递运动和转矩。轴是组成机器的重要零件之一。 14.1.2 轴的分类 轴有不同的分类方法，也有不同类型的轴。常用的分类方法有两类： 1）根据轴线的形状不同分类；2）根据承受载荷不同分类。 1、直轴 直轴按外形可以分为光轴和阶梯轴，如图所示。阶梯轴便于轴上零件的拆装和定位。 轴一般做成实心的，但为了减轻重量或满足某种功能，则可以做成空心轴。所以按轴的结构可以分为实心轴和空心轴，如图所示。 2、曲轴 常用于往复式机械中，例如内燃机、空气压缩机等。可以实现直线运动与旋转运动的转换。 3、钢丝软轴（挠性轴） 它不受任何空间的限制，可以将扭转或旋转运动灵活地传到任何所需的位置，常用于医疗设备、操纵机构、仪表等机械中。 1、转轴 同时承受扭矩和弯曲载荷的作用，例如齿轮减速器中的轴，如图所示。 2、心轴 心轴只需承受弯矩而不传递转距，例如铁路车辆的轴、自行车的前轴等。按轴旋转与否分为转动心轴和固定心轴两种，如图所示。 3、传动轴 只承受扭矩而不承受弯矩或承受弯矩较小的轴。例如图所示的汽车传动轴。 14.1.3 设计轴时要解决的主要问题 与其它零件一样，轴的设计包括两个方面的内容： 1）轴的结构设计：即根据轴上零件的安装、定位及轴的制造工艺等方面的要求，合理确定轴的结构形状和尺寸。 2）轴的工作能力设计：即从强度、刚度和振动稳定性等方面来保证轴具有足够的工作能力和可靠性。对于不同机械的轴的工作能力的要求是不同的，必须针对不同的要求进行。但是强度要求是任何轴都必须满足的基本要求。 设计轴时主要应该满足轴的强度要求和结构要求；对于刚度要求较高的轴（例如机床主轴），主要应该满足刚度要求；对于一些高速旋转的轴（例如高速磨床主轴、气轮机主轴等），要考虑满足振动稳定性的要求，另外要根据装配、加工、受力等具体要求，合理确定轴的形状和各部分的尺寸，即进行轴的结构设计。 同时应当注意：在转轴设计中，因为转轴工作时受到弯矩和转距的联合作用，而弯矩是与轴上载荷的大小及轴上零件相互位置有关的，所以在轴的结构尺寸未确定之前，轴上的载荷的大小及分布情况以及支反力的作用点还不能确定，无法求出轴锁承受的弯矩，因此不能对轴进行强度计算。 所以，轴的设计程序是：先根据扭转强度（或扭转刚度）条件，初步确定轴的最小直径；然后，根据轴上零件的相互关系和定位要求，以及轴的加工、装配工艺性等，合理地拟订轴的结构形状和尺寸；在此基础上，再对较为重要的轴进行强度校核。只有在需要时，才进行轴的刚度或振动稳定性校核。 因而，轴的设计区别于其它零件设计过程的显著特点是：必须先进行结构设计，然后才能进行工作能力的核算。 14.2 轴的材料 由于轴工作时产生的应力多为变应力，所以轴的失效多为疲劳损坏，因此轴的材料应具有足够的疲劳强度、较小的应力集中敏感性和良好的加工性能等。 轴的主要材料是碳钢和合金钢。 碳钢：价格低廉，对应力集中的敏感性较低，可以利用热处理提高其耐磨性和抗疲劳强度。常用的有35、40、45、50钢，其中以45钢使用最广。对于受力较小的或不太重要的轴，可以使用Q235、Q275等普通碳素钢。 合金钢：对于要求强度较高、尺寸较小或有其它特殊要求的轴，可以采用合金钢材料。耐磨性要求较高的可以采用20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢；要求较高的轴可以使用40Cr（或用35SiMn、40MnB代替）、40CrNi(或用38SiMnMo代替)等进行热处理。 合金钢比碳素钢机械强度高，热处理性能好。但对应力集中敏感性高，价格也较高。设计时应特别注意从结构上避免和降低应力集中，提高表面质量等。 对于形状复杂的轴，如曲轴、凸轮轴等，也采用球墨铸铁或高强度铸造材料来进行铸造加工，易于得到所需形状，而且具有较好的吸振性能和好的耐磨性，对应力集中的敏感性也较低。 同时应该知道，在一般工作温度下，各种碳钢和合金钢的弹性模量相差不大，故在选择钢的种类和热处理方法时，所依据的主要是强度和耐磨性，而不是轴的弯曲刚度和扭转刚度等。 轴的常用材料见教材。 14.3 轴的结构设计 14.3.1