《机械设计基础 任务驱动模式 教学课件 ppt 作者 王增荣单元12 轴》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础 任务驱动模式 教学课件 ppt 作者 王增荣单元12 轴（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、任务1 认识轴,任务2 设计轴的结构,任务3 轴的强度计算,单元12 轴,1.了解轴的类型和特点 2.了解轴所用的材料 学会各种轴材料的选用,知识目标：,技能目标：,单元12 轴,表12-1 根据轴的形状分类,1.轴的分类,单元12 轴,表12-2 根据轴的承载情况分类,单元12 轴,表12-3 轴的常用材料及其主要机械性能,2.轴的材料,单元12 轴,表12-3 轴的常用材料及其主要机械性能,单元12 轴,表12-4 轴的类型分析,3.轴的类型分析实例,单元12 轴,练习题,单元12 轴,1.选择题： 自行车前轴是（ ） A.固定心轴 B. 转动心轴 C.转轴 在机床设备中，最常见的轴是（
2、） A.传动轴 B.转轴 C.曲轴 车床的主轴是（ ） A.传动轴 B.心轴 C.转轴 传动齿轮轴是（ ） A.转轴 B.心轴 C.传动轴 既支承回转零件，又传递动力的轴称为（ ） A.心轴 B.转轴 C.传动轴,单元12 轴,2.判断题： 按轴的外部形状不同，可分为心轴、传动轴和转轴三种。（ ） 根据心轴是否转动，可分为固定心轴和转动心轴两种。（ ） 心轴在工作时只承受弯曲载荷作用。（ ） 传动轴在工作时只传递转矩而不承受或仅承受很小弯曲载荷的作用。( ) 转轴在工作时既承受弯曲载荷又传递转矩，但轴的本身并不转动。（ ） 3.填空题： 轴的主要功用是：支承_传递_和_ 轴一般应具有足够的_合
3、理的_和良好的_ 根据轴承载情况的不同，可将直轴分为_、_和_三类。 轴是机器中_、_零件之一。 自行车前轴工作时只承受_起_作用。,1.了解轴的周向固定方式 2.了解轴的轴向固定方式 3.了解轴的常见的工艺结构 1.分析轴的结构 2.设计轴的结构,知识目标：,技能目标：,单元12 轴,表12-5 轴上零件的轴向固定方法及应用,1.轴上零件的轴向固定,单元12 轴,单元12 轴,表12-6 轴上零件的周向固定方法及应用 。,2.轴上零件的周向固定,单元12 轴,轴的结构工艺性是指轴的结构形式应便于加工 便于轴上零件的装配和使用维修,并且能提高生产率、降低成本.一般来说,轴的结构越简单,工艺性就
4、越好.所以,在满足使用要求的前提下,轴的结构形式应尽量简化。 （1）轴的结构和形状应便于加工、装配和维修。 （2）阶梯轴的直径应该是中间大、两端小,以便于轴上零件的装拆(图12-3)。,3.轴上常见的工艺结构,单元12 轴,图12-3轴上常见的工艺结构,（3）轴端 、轴颈与轴肩(或轴环)的过渡部位应有倒角或过渡圆角,便于轴上零件的装配避免划伤配合表面,减小应力集中。应尽可能使倒角(或圆角半径)一致,以便于加工。 （4）当轴上需要切制螺纹或进行磨削时,应有螺纹退刀槽如图12-4，砂轮越程槽，图12-5。 （5）当轴上有两个以上键槽时,槽宽应尽可能相同,并布置在同一母线上,以利于加工，图12-3。
5、,单元12 轴,图12-4螺纹退刀槽,图12-5砂轮越程槽,表12-7 分析减速器转轴结构,单元12 轴,4.轴上各部分结构分析,图12-2 转轴的结构,练习题,单元12 轴,1.选择题： 具有固定可靠、装拆方便等特点，常用于轴上零件距离较大处及轴端零件的轴向固定是。 A.圆螺母 B.圆锥面 C.轴肩与轴环 在轴上支承传动零件的部分称为（ ） A.轴颈 B.轴头 C.轴身 具有机构简单、定位可靠、能承受较大的轴向力的特点，广泛应用于各种轴上零件的轴向固定是（ ） A.紧定螺钉 B.轴肩与轴环 C.紧定螺钉与挡圈 常用于轴上零件间距离较小的场合，但当轴的转速要求很高时，不宜采用的轴向固定是。 A
6、.轴肩与轴环 B.轴端挡板 C.套筒 接触面积大、承载能力强、对中性和导向性都好的周向固定是（ ） A.紧定螺钉 B.花键连接 C.平键连接 加工容易、装拆方便、应用最广泛的周向固定是（ ） A平键连接 .B过盈配合 C.花键连接 具有对轴上林很关键起周向固定是（ ） A.轴肩与轴环 B.平键连接 C.套筒和圆螺母 为了便于加工，在车削螺纹的油段上应有（ ），在需要磨削的轴段上应留出（ ） A.砂轮越程槽 B.键槽 C.螺纹退刀槽 轴上零件最常用的轴向固定方法是（ ） A.套筒 B.轴肩与轴环 C.平键连接,单元12 轴,2.判断题： 阶梯轴上安装传动零件的轴段称为轴颈。（ ） 轴肩或轴环能对
7、轴上零件起准确定位作用。（ ） 阶梯轴上各截面变化处都应当有越程槽。（ ） 轴上零件的轴向固定是为了防止在轴向力作用下零件沿轴线移动。（ ） 阶梯轴肯有便于轴上零件的安装和拆卸的优点。（ ） 3.填空题： 轴上零件的轴向定位与固定的方法主要优_、_和_等。 轴的工艺结构应满足三个方面的要求：轴上零件应有可靠的_轴便于_和尽量避免或减小_轴上零件便于_。 轴上零件轴向固定的目的是为了保证零件在轴上有_防止零件作_并能承受_。 轴上零件周向固定的目的是为了保证轴能可靠地传递_防止轴上零件与轴产生_。 轴上零件的周向定位与固定的方法主要有_、_、_和_等。 在采用圆螺母作轴向固定时，轴上必须切制出_
8、。 轴常设计成阶梯性，其主要目的是便于轴上零件的_和_。,1.了解三种类型轴的强度条件 2.了解三种类型轴的强度计算 1.学会轴的强度计算； 2.掌握正确查阅设计的相关资料。,知识目标：,技能目标：,单元12 轴,1.扭转时横截面上的扭矩和扭矩图,单元12 轴,（1）外力偶矩的计算 轴的两端受到一对大小相等、转向相反、作用面与轴线垂直的力偶作用时，横截面绕轴线产生相对转动，使轴产生扭转变形。如图12-7所示。,在工程实际中，通常无法直接知道外力偶矩的大小，而是给出轴所传递的功率P和轴的转速n，利有下式计算： 式中 M作用于轴上的外力偶矩，Nm； P轴传递的功率，kW； n轴的转速，r/min。
9、,图12-7 汽车传动轴,单元12 轴,（2）传动轴横截面上的内力扭矩 如图12-8 a)所示，轴在外力偶矩的作用下，横截面上会产生抵抗变形和破坏的内力。可用截面法求出内力。现用假想平面mm将轴截开，取左段为研究对象，如图12-8b)所示。也可取右段为研究对象（如图12-8 c)所示）来求T。,由平衡关系可知，横截面上的内力合成为内力偶矩，这个内力偶矩称为扭矩或转矩，用T表示。平衡条件： M=0 TM=0 所以 T=M,图12-8扭转时横截面上的扭矩和扭矩图,为了使取左段或右段所求得的扭矩在符号上一致，采用右手螺旋法则来规定扭矩的正负。如图12-9所示，以右手四指弯曲表示扭矩的转向，则拇指指向
10、离开截面时扭矩为正，反之为负。,单元12 轴,当轴上作用多个外力偶矩时，任一截面上的扭矩等于该截面左段（或右段）所有外力偶矩的代数和。,图12-9扭矩正负的判定,（3）扭矩图 工程上，为了形象地表示各截面扭矩的大小和正负，以便分析危险截面，常需画出各截面扭矩随截面位置变化的分析图，称为扭矩图。 其画法为：以平行于轴线的横坐标x表示各截面位置，垂直于轴线的纵坐标表示相应截面上的扭矩T，正扭矩画在x轴上方，负扭矩画在x轴下方。,2.扭转时横截面上应力,单元12 轴,横截面上没有正应力,只有切应力，且与半径垂直。圆轴扭转时横截面上任意点处的切应力计算公式:,式中: 横截面上任意点的切应力，MP； T
11、 横截面上的扭矩，Nm； 截面任意点到圆心的距离，mm； 截面的极惯性矩，mm4，与截面的形状和尺寸有关。,图12-10 圆轴扭转时的应力,单元12 轴,由公式可见, 当=R时，切应力最大，轴的强度校核公式为：,式中: Wp圆轴的抗扭截面模量，单位为mm3。 惯性矩所抗扭截面模量的大小，与截面的形状和尺寸有关。工程上常用的实心圆轴与空心轴的极惯性矩与抗扭截面模量计算如下。 （1）实心圆轴： 式中: d轴径，mm。 （2）空心圆轴： 式中: D1空心圆轴的外径；=d1/D1，d1为内径，mm。,当 时,则有,3.传动轴扭转时的强度计算,单元12 轴,圆轴扭转时，为了保证轴能正常工作，应限制轴上危
12、险截面的最大切应力不超过材料的许用切应力，即：,式中： 危险截面的最大切应力（MPa; 材料的许用切应力,MPa，见表10-2； T轴所承受的转矩,Nmm； 轴危险截面的抗扭截面模量,mm3; P 轴的传递功率,Kw； n 轴的转速,r/min； d 轴危险截面的直径,mm。 轴的设计计算公式为：,式中: A是由轴的材料和承载情况确定的常数，见表12-2 。,单元12 轴,若在计算面处有键槽，则应将直径加大5%（单键）或10%（双键），以补偿健槽对轴强度削弱的影响。轴的标准直径系列，见表12-8。 表12-8 轴的标准直径 单位:mm,4.转轴的直径估算,单元12 轴,对承受弯曲和扭转复合作用
13、的转轴,由于轴上零件的位置和两轴承间的距离尚未确定,所以对轴所承受弯矩无法进行计算。因此常用扭矩法作轴径的估算。 轴扭转时的强度条件为 ， 其中扭矩 ，抗扭截面系数 ，则轴直径的设计式为： 式中： P轴所传递的功率，kw； n轴的转速，r/min； C由轴的材料和许用切应力所确定的因数,可按表12-9确定。 表12-9 常用材料值和C值,5.校核转轴的强度,单元12 轴,轴的最小轴径确定后,可依次确定其他各段轴径,轴上零件位置得以确定,轴各截面的弯矩即可算出.这时可按弯 扭组合作用校核轴的强度.弯、扭组合强度条件为： 由于一般转轴的弯矩M为对称循环变应力,而T的循环特性与M不同.考虑两者不同循
14、环特性的影响,对上式中的扭矩乘以折算系数,即得危险截面处强度校核式： 由上式可得，轴危险截面处直径d的计算公式： 式中: 当量弯矩(MPa)； 折算系数，取 = 0.6； 许用弯曲应力，可查表12-3，或查阅机械设计手册。,6.轴的强度实例,单元12 轴,图12-6所示为实心轴与空心轴通过牙嵌式离合器联接传递转矩，已知轴的转速n=120r/min，传递的功率P=lOkW，材料的许用切应力=40MPa，空心轴内径为d1，外径为D。空心轴内外径之比=d1/D=0.6，设计实心轴的直径d和空心轴的外径D。,图12-6 实心轴与空心轴通过牙嵌式离合器联接,设计分析见表12-10。,单元12 轴,表12-10 轴的强度计算,练习题,单元12 轴,1.选择题： .与轴配合的轴段是（ ） A.轴头 B.轴颈 C.轴身 .哪种轴只承受弯矩而不受扭矩？（ ） A.心轴 B.传动轴 C.转轴 .对轴进行强度校核时，应选定危险截面，通常危险截面为（ ） A.受集中载荷最大的截面 B.截面积最小的截面 C.受截大，截面小，应力集中的截面 .适当增加轴肩或轴环处圆角半径的目的在于：（
