机械设计基础(少学时)第14讲

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1、旧课回顾本讲重点学习内容：1、链速与传动比的不均匀性2、链传动受力分析3、链传动的主要失效形式4、链传动的设计计算步骤2、轴的强度计算1、轴的结构设计第七章轴第一节概述第二节轴的结构设计第三节轴的强度设计本讲小结1、了解轴的分类及设计的主要问题2、了解轴的常用材料及力学性能3、熟练掌握轴的结构设计4、熟练掌握轴的强度设计步骤指出图示轴结构中的错误1、轴上没有退刀槽，不便于螺纹加工，另外直径太大，不便于装轴承2、左边轴承的右边轴肩过高，无法拆下轴承3、中间的键太长，右边套筒无法装入4、套筒对中间轮毂起不到定位

2、作用5、右边轴颈太长，不便于加工6、连轴器无法完成轴向定位7、两个平键应在同一母线上，便于加工首钢矿业公司培训中心第一节概述轴是组成机器的重要零件，它主要用于支承作回转运动的零件(如带轮、齿轮、叶轮以及各种车轮等)，并传递运动和动力。一、轴的分类二、轴设计的主要问题三、轴的材料返回本章轴的分类按照轴线形状分轴的分类方法很多，其中常用的有以下两种：按照轴的受载情况分直轴曲轴挠性轴传动轴心轴转轴返回本节传动轴工作时只传递转矩而不承受弯矩，或承受很小弯矩的轴称为传动轴。返回心轴工作时只承受弯矩而不传递转矩的轴称为

3、心轴。心轴可以是固定不动的，也可以是转动的。在静载荷作用下，固定的心轴产生静应力，转动的心轴产生对称循环应力。固定心轴转动心轴返回转轴工作时既承受弯矩又传递转矩的轴称为转轴。返回转轴是机械中最常见的轴，如带轮轴、齿轮轴等直轴直轴用于一般的机械传动中，按其外形不同可分为光轴(a)和阶梯轴(b)。阶梯轴便于轴上零件的安装与固定，应用最广。返回按心部结构不同，直轴又可分为实心轴和空心轴。空心轴主要用于机械中的特殊要求，也可以减轻零件的质量。曲轴曲轴常用于往复式机械中，实现运动方式的转换。由于曲轴属于专门机械(如曲

4、柄压力机、内燃机等)中的专用零件，故本课程不予讨论。返回挠性轴挠性轴是由几层紧贴在一起的钢丝卷绕而成(图a)，可以将转矩和回转运动传递到空间任意位置(图b)，它常用于医疗器械和小型机具等移动设备上。返回轴设计的主要问题返回本节轴设计的主要问题是选择轴的适宜材料，合理确定轴的结构，计算轴的工作能力。在一般情况下，轴的工作能力主要取决于它的强度。为了防止轴的断裂，应根据使用条件对轴进行强度计算；对于有刚度要求的轴，还要进行刚度计算，以防止产生不允许的变形量。此外，对于高速运转的轴，还应进行振动稳定性计算，以防止

5、共振现象产生。本章重点讨论轴的结构设计和强度计算问题。轴的材料返回本节轴工作时产生的应力多为交变应力，使得轴的损坏常具有疲劳性质。因此，轴的材料应具有较高的抗疲劳强度、较低的应力集中敏感性和良好的加工性能等特点。轴的主要材料有碳素钢合金钢球墨铸铁、合金铸铁轴的常用材料及其主要力学性能见表7-1碳素钢碳素钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，而且可以用热处理的方法提高其耐磨性和抗疲劳强度，应用较广。返回常用的有35、45、50等优质中碳钢，其中以45钢应用最广。合金钢合金钢具有较高的力学性能和较好的可淬性，

6、常用于受力较大而且要求直径较小、质量较轻或要求耐磨性较好的轴。值得注意的是：各种碳钢和合金钢的弹性模量相差无几，因此，用合金钢代替碳素钢并不能提高轴的刚度。返回常用的有20Cr、40Cr、40MnB等。球墨铸铁、合金铸铁球墨铸铁、合金铸铁具有良好的吸振性和耐磨性，便于铸成复杂的形状，而且对应力集中不敏感。有的生产厂家已经用它来代替钢材，制造形状复杂的轴，如曲轴、凸轮轴等；其缺点是冲击韧度低、铸造品质不易控制，可靠性较差。返回表7-1轴的常用材料及其主要力学性能和许用弯曲应力下一页表7-1（续）下一页轴的常用

7、材料及其主要力学性能和许用弯曲应力表7-1（续）返回轴的常用材料及其主要力学性能和许用弯曲应力第二节轴的结构设计返回本章轴的结构设计就是根据轴的受载情况和工作条件确定轴的形状和全部结构尺寸。综上所述，轴结构设计的总原则是：在满足工作能力的前提下，力求轴的尺寸小，质量轻，工艺性好。影响轴结构的主要因素轴结构设计的基本要求现结合右图小齿轮轴的设计，讨论一下轴的构成和轴结构设计中需要解决的主要问题。影响轴结构的主要因素5、其他要求，如在车床中为减轻轴的质量和进料需要而设计空心轴等。1、轴上零件的类型(如带轮、齿轮

8、、轴承等)、尺寸和数量。2、轴上零件的布置及所受载荷的大小、方向和性质。3、轴上零件的定位和固定方法。4、轴的加工及装配工艺。返回本节轴结构设计的基本要求4、具有良好的加工和装配工艺性能。1、轴及轴上零件要有确定的工作位置，而且固定可靠。2、有的轴径须符合标准直径系列。3、有利于提高轴的强度和刚度，力求轴的受力合理，尽量避免或减小应力集中。返回本节小齿轮轴的设计图a所示的光轴虽然便于加工，但轴上齿轮装拆困难，齿轮