机械设计基础（第2版） 课件 【ch9】轴

单元九轴“十二五”职业教育国家规划教材机械设计基础（第2版）“十三五”职业教育国家规划教材01轴概述PARTONE9.1轴概述1、按轴的承载情况进行分类：分为传动轴、心轴、转轴。2、按轴线几何形状的不同进行分类：分为直轴和曲轴。一、轴的分类轴工作时的应力都为重复性的交变应力，轴的失效形式多是疲劳破坏,因此轴的材料要求有一定的强度和韧性,且对应力集中的敏感性低。常用材料是碳素钢、合金钢和球墨铸铁。钢轴毛还多为轧制圆钢或锻件。二、轴的材料02传动轴的强度和刚度一一构件的扭转问题PARTtwo9.2传动轴的强度和刚度一一构件的扭转问题一、扭转的基本概念和转矩T1、基本概念。传动轴在传递转矩T时，将产生扭转变形。在垂直于轴线平面(轴的横截面)内有内力偶，即作用着扭矩。变形特点是：各横截面绕轴线发生相对转动。2、转矩T的计算。对于传动轴通常知道轴的转速和传递的功率，在分析截面内力时,往往要计算转矩T,其计算公式为：。9.2传动轴的强度和刚度一一构件的扭转问题二、扭矩和扭矩图1、传动轴的扭矩。传动轴在传递转矩T时,横截面上产生的内力偶矩称为扭矩，以M表示。2、扭矩图。如右图所示。9.2传动轴的强度和刚度一一构件的扭转问题三、传动轴扭转时截面上切应力与变形1、应力的分布规律。为了分析传动轴扭转时横截面上的应力,如图9-11所示,在圆轴的表面画两条圆周线和两条与轴线平行的纵向线，然后在两端施加转矩T,使其产生微小变形。2、切应力的计算公式。由上面的分析可知,传动轴扭转后,在横截面上半径为p的A点处的切应力t的计算公式为：。9.2传动轴的强度和刚度一一构件的扭转问题四、传动轴的强度和刚度校核1、强度校核。为了保证传动轴在传递扭矩时不致因强度不足而破坏,轴内的最大应力不得超过材料的许用切应力，即要求。2、刚度校核。轴扭转时的刚度条件是最大单位扭转角不超过许用扭转角，即。9.2传动轴的强度和刚度一一构件的扭转问题五、轴最小直径的估算转轴在开始设计时,往往需先按传递的扭矩估算出受扭轴段的最小直径,并以其作为基本参数，进行轴的结构设计。03心轴的强度和刚度一一构件的弯曲问题PARTthree9.3心轴的强度和刚度一一构件的弯曲问题一、弯曲的基本概念1、弯曲变形。如图9-13所示的机车车轴,在外力F的作用下,原来的直线变成曲线，这种变形称为弯曲,如图9-13b所示。9.3心轴的强度和刚度一一构件的弯曲问题一、弯曲的基本概念2.轴支撑的简化形式（1）筒支梁；（2）外伸梁；（3）悬臂梁。9.3心轴的强度和刚度一一构件的弯曲问题一、弯曲的基本概念3、轴上载荷的简化。作用在轴上的载荷一般可简化为集中力F、集中力偶M和均布载荷q(单位为N/m)，如图9-17所示。9.3心轴的强度和刚度一一构件的弯曲问题二、弯曲时的内力————剪力和弯矩1.弯曲时的内力————剪力和弯矩。为了对心轴弯曲后的强度和刚度进行校核,需求出心轴在外力作用下,截面上的内力。内力的求法仍可用截面法。9.3心轴的强度和刚度一一构件的弯曲问题二、弯曲时的内力————剪力和弯矩2、弯矩图。为了表达弯矩沿轴线的变化规律,通常以梁的左端为坐标原点,以梁的轴线为轴(取右向为正),纵坐标代表各截面上的弯矩而得到的图形,称为弯矩图。三、弯曲正应力和弯曲强度校核纯弯曲时圆截面轴上的正应力。如图9-22(a)所示在圆轴的外表面上画两圆周线1-1和2-2,并在其间画纵向线ab和cd。在轴的纵向对称平面内施一对大小相等、方向相反的力偶M,使梁发生纯弯曲,如图9-22(b)所示。9.3心轴的强度和刚度一一构件的弯曲问题四、弯曲变形的刚度条件实际工作中的轴，除了要有足够的强度外,还应有足够的刚度。如刚度不足而引起过大的变形，也是不允许的。因此,还要研究轴在弯曲时的变形问题挠座转角和刚度条件。三、弯曲正应力和弯曲强度校核纯弯曲时圆截面轴上的正应力。如图9-22(a)所示在圆轴的外表面上画两圆周线1-1和2-2,并在其间画纵向线ab和cd。在轴的纵向对称平面内施一对大小相等、方向相反的力偶M,使梁发生纯弯曲,如图9-22(b)所示。04转轴的强度一一构件的弯扭组合问题PARTfore9.4转轴的强度一一构件的弯扭组合问题转轴在机械传动中应用十分广泛。转轴既承受扭矩又承受弯矩，是在弯扭组合变形状态下工作的。转轴截面上的应力状态比单纯扭转或弯曲时截面上应力状态要复杂得多。需根据应力状态理论和有关的强度理论才能解决。对于一般钢制的轴，由第三强度理论可知弯扭组合变形的强度条件为：05轴结构尺寸的确定PARTfive9.5轴结构尺寸的确定阶梯轴上截面变化的部位称为轴肩,它对轴上零件起定位作用。在图9-28中,带轮5齿轮3和滚动轴承2都是靠轴肩进行轴向定位的。整根轴由两端轴承盖在箱体中定位。一、轴和轴上零件的定位轴上零件的轴向固定是为了防止在工作中零件沿轴向窜动,常用的定位方法见表9-6。轴上零件周向固定是为了防止零件与轴产生相对转动。二、轴系的固定9.5轴结构尺寸的确定1、加工工艺性。2、装配工艺性的要