机械原理与零件第18单元__轴.ppt

案例导入 如图所示为减速机上的轴和发电机轴结构。轴是组成机器的重要零件之一，轴的功用主要用于支承旋转零件及传递运动和动力，如齿轮、车轮、电动机转子、铣刀等。轴的结构和尺寸由被支持的零件和支承它的轴承的结构和尺寸决定的，是重要的非标准件。通过本单元学习，我们将学会根据轴承受的载荷怕断轴的类型、选择轴的材料、进行轴的结构设计、强度和刚度计算。 请查阅资料解决问题：有没有不需要轴支承的转动零件？ 能力目标 1 能根据轴的受载情况区分轴的类型 2 了解制造轴的主要材料及热处理方法 3 掌握轴的结构设计及 其强度和刚度计算方法 教学重点和难点 1 轴的分类和所用材料、轴的结构设计 2 轴的强度、刚度计算 第18单元 轴 概述 轴的结构设计 综合案例分析 轴的设计计算 1 2 3 4 18.1 概述 18.1.1 轴的分类 按轴的功用和承载不同分类 转轴 传动轴 心轴 减速器中的转轴 汽车中的传动轴 转动心轴和固定心轴 只承受转矩而不承受弯矩的轴 既承受弯矩又承受转矩的轴 只承受弯矩而不承受转矩的轴 18.1 概述 按轴线几何形状的不同分类 直轴 曲轴 挠性轴 ☆ 想一想 练一练 利用所学的知识，试分析自行车的前轴、中轴、后轴承受的载荷 ，并以此判断各轴属于哪种类型的轴？ 18.1 概述 轴的设计的主要内容 (1)具有足够的工作能力:轴应具有足够的强度、刚度的振动稳定性，以保证轴能正常地工作。对于转速不高的轴，只要保证强度和刚度要求就能满足工作需要。因此本单元只讨论轴的强度和刚度问题。 (2)具有合理的结构形状:根据装配和加工等具体情况的要求，在进行轴的设计中，合理定出其各部分的结构和形状尺寸，使轴上零件能可靠地固定和便于装拆。 18.1 概述 18.1.2 轴的材料选择 转轴在工作时轴内应力多为重复性的交变应力，所以轴的失效形式多为疲劳破坏，因而轴的材料要求有一定的疲劳强度，且对应力集中的敏感性低。同时材料的耐磨性、热处理性能、工艺性及经济性也是选用轴材料的重要依据。轴的材料主要是碳素结构钢和合金结构钢。 一般而言，碳素钢比合金结构钢价廉，对应力集中的敏感性低，经高频淬火、渗碳氮化、氰化等热处理及喷丸、滚压等表面强化处理，综合性能可得到改善。因此，采用碳素钢制造轴比较普遍，如30、35、40、45和50号钢，而最常用的是45号钢。对受力小或不重要的轴，可用Q235、Q275等普通碳素钢。为提高其力学性能，应进行调质或正火处理。 合金结构钢比碳素结构钢具有更高的机械强度和更好的淬火性能。在传递大动力，并要求减小尺寸质量，提高轴的耐磨性，或处于非常温状态和有腐蚀介质的场合，常采用合金钢。必须指出的是，在常温工作状态下，各种碳素钢和合金钢的弹性模量均相差不多，故不能以选用合金钢来提高轴的强度和刚度。 18.1 概述 表18-1 轴的常用材料及其力学性能 材料牌号 热处理 毛坯直径 /mm 硬度/HBS 拉伸强度极限σb 拉伸屈服极限σS 弯曲疲劳极限σ-1 剪切疲劳极限τ-1 备注 MPa 45 正火 25 ≤241 610 360 260 150 应用最广泛 正火 ≤100 170~217 600 300 275 140 回火 100~300 162~217 580 290 270 135 调质 ≤200 217~225 650 360 300 155 40Cr 调质 25 1000 800 500 280 用于载荷较大而无很大冲击的重要轴 ≤100 241~286 750 550 350 200 100~300 241~286 700 500 340 185 40CrNi 调质 25 300~320 1000 800 485 280 用于很重要的轴 ≤100 270~300 900 750 470 280 20Cr2Ni4A 调质 ≤150 ≥360 1250 1070 630 320 18.1 概述 表18-1 轴的常用材料及其力学性能 材料牌号 热处理 毛坯直径 /mm 硬度/HBS 拉伸强度极限σb 拉伸屈服极限σS 弯曲疲劳极限σ-1 剪切疲劳极限τ-1 备注 MPa 38SiMnMo 调质 ≤100 229~286 750 600 360 210 用于重要的轴，性能接近40CrNi 100~300 217~269 700 550 335 195 38CrMoAlA 氮化 30 229 1000 850 495 285 用于要求高的耐腐蚀性高强度且热处理变形很小的轴 20Cr 渗碳 淬火 回火 15 表面 HRC 56~62 850 550 375 215 用于要求强度，韧性均较高的轴（如齿轮，蜗轮轴） 30 65