传动轴的强度和刚度计算教学内容
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轴的设计计算轴的计算通常都是在初步完成结构设计后进行校核计算,计算准则是满足轴的强度和刚度要求。
一、轴的强度计算进行轴的强度校核计算时,应根据轴的具体受载及应力情况,采取相应的计算方法,并恰当地选取其许用应力。
对于仅仅承受扭矩的轴(传动轴),应按扭转强度条件计算;对于只承受弯矩的轴(心轴),应按弯曲强度条件计算;对于既承受弯矩又承受扭矩的轴(转轴),应按弯扭合成强度条件进行计算,需要时还应按疲劳强度条件进行精确校核。
此外,对于瞬时过载很大或应力循环不对称性较为严重的轴,还应按峰尖载荷校核其静强度,以免产生过量的塑性变形。
下面介绍几种常用的计算方法:按扭转强度条件计算。
1、按扭转强度估算轴的直径对只受转矩或以承受转矩为主的传动轴,应按扭转强度条件计算轴的直径。
若有弯矩作用,可用降低许用应力的方法来考虑其影响。
扭转强度约束条件为:[]式中:为轴危险截面的最大扭剪应力(MPa);为轴所传递的转矩(N.mm);为轴危险截面的抗扭截面模量();P为轴所传递的功率(kW);n为轴的转速(r/min);[]为轴的许用扭剪应力(MPa);对实心圆轴,,以此代入上式,可得扭转强度条件的设计式:式中:C为由轴的材料和受载情况决定的系数。
当弯矩相对转矩很小时,C值取较小值,[]取较大值;反之,C取较大值,[]取较小值。
应用上式求出的值,一般作为轴受转矩作用段最细处的直径,一般是轴端直径。
若计算的轴段有键槽,则会削弱轴的强度,作为补偿,此时应将计算所得的直径适当增大,若该轴段同一剖面上有一个键槽,则将d增大5%,若有两个键槽,则增大10%。
此外,也可采用经验公式来估算轴的直径。
如在一般减速器中,高速输入轴的直径可按与之相联的电机轴的直径估算:;各级低速轴的轴径可按同级齿轮中心距估算,。
几种轴的材料的[]和C值轴的材料Q2351Cr18Ni9Ti354540Cr,35SiMn,2Cr13,20CrMnTi []12~2012~2520~3030~4040~52160~135148~125135~118118~107107~982、按弯扭合成强度条件校核计算对于同时承受弯矩和转矩的轴,可根据转矩和弯矩的合成强度进行计算。
轴的设计计算轴的设计计算【⼀】能⼒⽬标1.了解轴的功⽤、分类、常⽤材料及热处理。
2.能合理地进⾏轴的结构设计。
【⼆】知识⽬标1.了解轴的分类,掌握轴结构设计。
2.掌握轴的强度计算⽅法。
3.了解轴的疲劳强度计算和振动。
【三】教学的重点与难点重点重点:轴的结构设计难点:难点:弯扭合成法计算轴的强度【四】教学⽅法与⼿段采⽤多媒体教学(加动画演⽰),结合教具,提⾼学⽣的学习兴趣。
【五】教学任务及内容任务知识点轴的设计计算1. 轴的分类、材料及热处理2. 轴的结构设计3. 轴的设计计算⼀、轴的分类(⼀)根据承受载荷的情况,轴可分为三类1、⼼轴⼯作时只受弯矩的轴,称为⼼轴。
⼼轴⼜分为转动⼼轴(a)和固定⼼轴(b)。
2、传动轴⼯作时主要承受转矩,不承受或承受很⼩弯矩的轴,称为传动轴。
3、转轴⼯作时既承受弯矩⼜承受转矩的轴,称为转轴。
(⼆)按轴线形状分:1、直轴(1)光轴作传动轴(应⼒集中⼩)(2)阶梯轴优点:1)便于轴上零件定位;2)便于实现等强度2、曲轴另外还有空⼼轴(机床主轴)和钢丝软轴(挠性轴)——它可将运动灵活地传到狭窄的空间位置。
如⽛铝的传动轴。
⼆、轴的结构设计轴的结构设计就是确定轴的外形和全部结构尺⼨。
但轴的结构设计原则上应满⾜如下要求:1)轴上零件有准确的位置和可靠的相对固定;2)良好的制造和安装⼯艺性;3)形状、尺⼨应有利于减少应⼒集中;4)尺⼨要求。
(⼀)轴上零件的定位和固定轴上零件的定位是为了保证传动件在轴上有准确的安装位置;固定则是为了保证轴上零件在运转中保持原位不变。
作为轴的具体结构,既起定位作⽤⼜起固定作⽤。
1、轴上零件的轴向定位和固定:轴肩、轴环、套筒、圆螺母和⽌退垫圈、弹性挡圈、螺钉锁紧挡圈、轴端挡圈以及圆锥⾯和轴端挡圈等。
2、轴上零件的周向固定:销、键、花键、过盈配合和成形联接等,其中以键和花键联接应⽤最⼴。
(⼆)轴的结构⼯艺性轴的结构形状和尺⼨应尽量满⾜加⼯、装配和维修的要求。
2024年机械设计基础课程教案讲义轴的设计教案一、教学内容本节课选自《机械设计基础》教材第四章第二节,主题为轴的设计。
详细内容包括:轴的类型与结构特点、轴的材料选择、轴的强度计算、轴的刚度计算、轴的振动分析等。
二、教学目标1. 理解并掌握轴的类型、结构特点及其在机械系统中的应用。
2. 学会根据工作条件选择合适的轴材料,并进行轴的强度和刚度计算。
3. 了解轴的振动原因及防治措施,提高轴的设计水平。
三、教学难点与重点重点:轴的材料选择、强度计算、刚度计算。
难点:轴的振动分析及防治措施。
四、教具与学具准备1. 教具:PPT、黑板、粉笔。
2. 学具:计算器、教材、笔记本。
五、教学过程1. 实践情景引入(5分钟):通过展示不同类型的轴及其在机械设备中的应用,激发学生对轴设计的学习兴趣。
详细内容:介绍汽车传动轴、涡轮轴、曲轴等轴的类型及结构特点。
2. 理论讲解(15分钟):讲解轴的材料选择、强度计算、刚度计算及振动分析。
详细内容:(1)轴的材料选择:介绍常用轴材料及其性能,如碳钢、合金钢等。
(2)轴的强度计算:讲解轴的扭转强度、弯曲强度计算方法。
(3)轴的刚度计算:介绍轴的扭转刚度、弯曲刚度计算方法。
(4)轴的振动分析:分析轴振动的原因、危害及防治措施。
3. 例题讲解(15分钟):讲解一道轴的设计计算题,巩固所学知识。
详细内容:某汽车传动轴设计计算。
4. 随堂练习(10分钟):布置一道轴设计计算题目,让学生独立完成。
详细内容:某涡轮轴设计计算。
六、板书设计1. 轴的类型与结构特点2. 轴的材料选择3. 轴的强度计算4. 轴的刚度计算5. 轴的振动分析七、作业设计1. 作业题目:(1)简述轴的类型及结构特点。
(2)某轴的材料为45钢,直径为50mm,工作扭矩为1000N·m,试计算其扭转强度。
(3)某轴的材料为40Cr,直径为60mm,工作弯矩为1000N·m,试计算其弯曲强度。
2. 答案:(2)扭转强度计算公式:τ = T/(πd^3/16),其中T为扭矩,d为轴径。