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《机械设计基础》电子教案第十一章轴课题机械设计基础概论授课日期授课类型理论课课时教学目标了解轴的分类及材料的选择熟悉轴的结构设计掌握轴的强度计算了解轴的设计步骤教学内容轴的分类及材料的选择轴的结构设计轴的强度计算轴的设计步骤教学方法教师讲解与学生领悟、练习相结合。
教学资源多媒体教室，多媒体课件教学步骤及主要内容备注教学环节教学内容讲授新知第一节轴的分类及材料的选择轴是组成机器的重要零件，它用来支撑转动零件（如齿轮、带轮等），大多数轴还要承担传递运动和转矩的任务。
一、轴的分类1.按轴在工作时的撑载情况可分为心轴、传动轴和转轴三类。
（1）心轴。
用来支承转动的零件，只承受弯矩而不承受转矩。
（2）传动轴。
主要承受转矩而不承受弯矩或所受弯矩很小的轴，如汽车变速箱与驱动桥（后桥）之间的传动轴。
（3）转轴。
工作时即承受弯矩又承受转矩的轴。
转轴是机械2.轴还可以按轴线形状不同分为直轴和曲轴和挠性轴三类。
轴的材料主要是碳素钢和合金钢。
常用的碳素钢为45号钢，一般应进行正火或调质处理以改善其机械性能。
不重要的或受载较小的轴，可采用Q235、Q237等普通碳钢。
第二节轴的结构设计轴的结构设计是使轴具有合理的形状和尺寸，若结构设计不合理，不能保证正常工作，不能保证足够的刚度，强度，更不能改善加工工艺。
一、轴直径的初步估算1.拟订轴的装配方案，介绍轴各段名称2.确定各段轴径和长度3.轴向固定4.周向固定沿圆周表面的固定，不会空套5.加工工艺性轴的结构形状决定于许多因素，归纳起来，轴的结构应满足的基本要求是：保证轴有足够的承载能力；轴和装在轴上的零件能可靠地定位和固定；轴上零件装拆方便，轴应便于加工。
1.轴上零件的定位和固定为了保证轴上零件能正常工作，零件应具有确定的位置和可靠的紧固。
零件的紧固有轴向和周向紧固两种。
2.装拆和加工要求为便于轴上零件的装拆，轴一般设计成中间粗两端细的阶梯形。
在配合较紧的部位，如装滚动轴承、齿轮等处，当压入距离较长时，轴上应设置一小台阶以便于装拆。
第十一章 轴重点难点内容1．轴的结构设计轴的结构设计就是要合理地确定轴各部分的几何形状和尺寸。
包括各轴段的直径、长度、各个轴肩、圆角和倒角的大小、键槽的位置等等。
轴的结构没有标准形式，应根据具体的情况而定。
一般要考虑以下几个方面的问题：1）轴上零件的布置；2）轴上零件的定位和固定；3）轴上零件的装拆工艺性；4）轴的疲劳强度和刚度要求；5）轴的加工工艺性等。
轴的结构设计应满足以下要求：1）轴上零件的布置除了达到工作要求外，要使轴受力最小；2）轴上的零件要定位准确、固定可靠；3）轴上的零件能方便地装配和拆卸；4）轴的加工工艺性要好；5）要应力集中小、疲劳强度要高。
2．轴的强度计算弯扭合成强度条件：W T M W M caca 22)(ασ+==≤1][-b σ MPaα是根据扭剪应力的变化性质而定的应力校正系数。
用来考虑扭矩T 产生的扭剪应力τ与弯距M产生的弯曲应力b σ的性质不同。
对轴受转矩的变化规律未知时，一般将τ按脉动循环变应力处理。
疲劳强度安全系数的强度条件：22τσστS S S S S ca += ≥ [ S ]如同一截面有几个应力集中源，则取其中最大的一个应力集中系数用于计算该截面的疲劳强度。
重要基本概念1．直轴按承受载荷的性质分为三类传动轴：在工作中主要承受转矩，不承受弯矩或承受弯矩很小。
心轴：在工作中只承受弯矩，不承受转矩。
心轴又分为固定心轴和转动心轴。
转轴：在工作中既承受弯矩，又承受转矩。
2．轴的失效形式和设计准则因轴在弯矩和转矩作用下承受变应力，轴肩处有应力集中，因此轴的主要失效形式是疲劳断裂。
设计准则：一般进行疲劳强度校核计算。
对瞬时过载很大的轴，还应进行静强度校核。
对于有刚度要求的轴，要进行刚度计算。
对转速高或载荷周期性变化的轴，要进行振动稳定性计算。
3．轴设计的主要内容和轴的设计步骤轴的设计包括两个主要内容：轴的结构设计和轴的强度计算。
轴的设计步骤：1）选择轴的材料；2）估算轴的最小直径；3）轴的结构设计；4）轴的强度校核；5）必要时进行轴的刚度计算和振动稳定性计算。
