河科大機械零件教案第15章 軸

河北科技大學(xué)教案用紙第6頁第28次課2學(xué)時上次課復(fù)習(xí)：聯(lián)軸器的類型與特點本次課題（或教材章節(jié)題目）：第15章軸§1～2概述、結(jié)構(gòu)設(shè)計教學(xué)要求：1）掌握軸的類型與特點；掌握軸的常用材料；3)掌握軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求、固定方式、尺寸確定。重點：軸的常用材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計難點：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計教學(xué)手段及教具：多媒體或課堂講授講授內(nèi)容及時間分配：軸的類型與特點20分鐘軸的常用材料15分鐘軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求、固定方式、尺寸確定55分鐘課后作業(yè)15-1615-17參考資料《機械設(shè)計》談嘉禎主編中國標準出版社《機械設(shè)計》朱文堅主編高等教育出版社《機械設(shè)計試題精選與答題技巧》姜洪源主編哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社注：本頁為每次課教案首頁第十五章軸第一節(jié)概述一、軸的用途與分類軸的功用:主要用于支撐旋轉(zhuǎn)零件，如齒輪、帶輪等。軸的分類:1、按軸的幾何形狀分類→直軸、曲軸、鋼絲軟軸2、按軸承受的載荷分類→心軸、傳動軸、轉(zhuǎn)軸二、軸設(shè)計的主要內(nèi)容（1）根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。（2）軸的承載能力驗算指的是軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面的驗算。三、軸的材料(P355表15-1)基本要求：足夠的強度、剛度；韌性↑，對應(yīng)力集中敏感性↓，熱處理、加工性能↑常用材料：碳鋼、合金鋼、鑄鐵1）碳鋼→綜合機械性能↑、對應(yīng)力集中↓→應(yīng)用廣泛；一般場合：Q235、Q255；較重要的場合：45鋼→正火或調(diào)質(zhì)，或軸頸處淬火；2）合金鋼→綜合機械性能↑↑、對應(yīng)力集中敏感↑、價格↑；→重載、重要的場合；常用→40Cr、40MnB、35SiMn調(diào)質(zhì)；→20Cr、20CrMnTi表面滲碳；3）鑄鐵→吸振性↑、價格↓、應(yīng)力集中↓、易澆注→曲軸等。注意：碳素鋼、合金鋼的彈性模量基本相同，所以兩類材料的軸剛度一樣。§15～2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計目的：確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。解決的問題：合理的外形、全部結(jié)構(gòu)尺寸軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該保證：◆軸和裝在軸上的零件要有準確的工作位置；◆軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；◆軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。◆節(jié)省材料，減輕重量。設(shè)計方法：“三邊”設(shè)計方法，邊計算、邊畫圖、邊修改。定位：就是保證軸上零件在工作和裝配時具有準確的位置。常用的軸上零件定位方法有軸肩、軸環(huán)、套筒等。固定：是保證軸上零件在載荷作用下不破壞原有的正確定位的措施。軸上零件的固定包括軸向和周向兩個方向的固定，以防止零件在軸上發(fā)生軸向的竄動和圓周方向的相對轉(zhuǎn)動，以致喪失傳遞運動與轉(zhuǎn)矩的功能。一、擬定軸上零件的裝配方案二、軸上零件的定位1、軸上零件的軸向固定軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、軸端擋圈和圓螺母等來保證的。2、軸上零件的周向固定軸上零件的周向定位是通過鍵、花鍵、銷、緊定螺釘以及過盈配合來實現(xiàn)的。四、提高軸強度的常用措施1、合理布置軸上零件，減小軸上載荷2、改進軸上零件的結(jié)構(gòu)，減小軸上載荷3、改進軸的結(jié)構(gòu)，減小應(yīng)力集中4、改進軸的表面質(zhì)量，提高軸的疲勞強度（選擇合理的熱處理工藝）五、軸的結(jié)構(gòu)工藝1、安裝對軸的結(jié)構(gòu)的影響2、加工簡便、工藝合理①同一根軸上有多個鍵槽且直徑大小相近時，應(yīng)盡量使用相同截面尺寸的鍵、并設(shè)置在軸的同一條母線上；②退刀槽、砂輪越程槽的尺寸;倒角、圓角的尺寸也應(yīng)盡量相同，以便用同一把刀具、一次裝夾即可加工完成。3、裝配導(dǎo)角與軸上零件的配合為過盈配合時，該軸段的裝入端應(yīng)加工出10°或30°的裝配導(dǎo)角。第30次課2學(xué)時上次課復(fù)習(xí)：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求、固定方式、尺寸確定。本次課題（或教材章節(jié)題目）：§3軸的計算教學(xué)要求：1）掌握按許用切應(yīng)力計算；掌握按許用彎曲應(yīng)力計算；3)掌握按安全系數(shù)校核計算。重點：按許用彎曲應(yīng)力計算難點：安全系數(shù)校核計算教學(xué)手段及教具：多媒體或課堂講授講授內(nèi)容及時間分配：按許用切應(yīng)力計算20分鐘按許用彎曲應(yīng)力計算40分鐘按安全系數(shù)校核計算30分鐘課后作業(yè)15-1915-21參考資料《機械設(shè)計》談嘉禎主編中國標準出版社《機械設(shè)計》朱文堅主編高等教育出版社《機械設(shè)計試題精選與答題技巧》姜洪源主編哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社注：本頁為每次課教案首頁第十五章軸§15-3軸的計算一、軸的強度校核計算軸的疲勞強度計算方法及其應(yīng)用場合※1.按許用切應(yīng)力計算：適用于：①當軸只傳遞轉(zhuǎn)矩，不承受彎矩或彎矩很小時。②當彎矩值未知時，用來初估軸的最小直徑。強度條件式：設(shè)計公式：◆估算軸徑時，d應(yīng)是軸上轉(zhuǎn)矩作用軸段中的最小軸徑。當軸上有鍵槽時，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對軸強度的削弱，詳見P362。最后將軸徑圓整或取標準值。2.按許用彎曲應(yīng)力計算：適用于：當軸承位置以及作用在軸上的載荷性質(zhì)、大小、方向及作用點已知時。強度條件：a是考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力與彎曲應(yīng)力循環(huán)特性不同的引入折算系數(shù)。通常軸的彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力；而扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則應(yīng)根據(jù)不同情況分析判定。①對于不變的扭矩（如長期、勻速、單向運轉(zhuǎn)的軸）a＝[s-1b]/[s+1b]≈0.3②對于脈動循環(huán)變化的扭矩（如單向運轉(zhuǎn)，但有停車的軸）a＝[s-1b]/[s0b]≈0.6③對于對稱循環(huán)變化的扭矩（如有頻繁正、反轉(zhuǎn)要求的軸）a＝[s-1b]/[s-1b]=1扭矩變化規(guī)律不詳時，通常都按脈動循環(huán)處理3.安全系數(shù)校核計算：適用于：比較重要的、需精確校核的軸。疲勞強度條件：危險截面的判定：采用疲勞安全系數(shù)法進行軸的疲勞強度計算時，不可能、也沒有必要對每一個截面都進行計算。因此，必須對軸上的危險截面進行判斷，以保證滿足軸的強度要求。一般判定依據(jù)主要是：1）軸上載荷（當量彎矩）最大的截面；2）承受當量彎矩較大，而幾何尺寸較小的截面中最嚴重的截面；3）軸徑與初估軸徑最接近的截面。4）應(yīng)力集中最嚴重的截面；計算時，通常只選取2～3個危險截面4.按靜強度條件進行校核：軸在工作過程中若有瞬時尖峰載荷，即使其作用時間很短和出現(xiàn)次數(shù)很少，雖不致引起疲勞破壞，但卻可使軸產(chǎn)生塑性變形（延性材料）或脆性斷裂（脆性材料）。因此，設(shè)計時還應(yīng)對尖峰載荷進行靜強度計算。二、軸的剛度校核計算1、對于一般的轉(zhuǎn)軸來說，如果強度足夠，往往也有了足夠的剛度，即不需再計算剛度。2、但對剛度有要求的軸（如機床主軸），若剛度不足，會在工作中產(chǎn)生過大的變形而影響工作性能。此時需進行剛度計算。3、剛度計算：彎曲剛度：撓度y