第12章 軸的設計

1、第十二章第十二章 軸的設計軸的設計 教學基本要求教學基本要求 重點與難點分析重點與難點分析 自測試題自測試題 1. 了解軸的功用和類型、軸的常用材料及用途、鍵了解軸的功用和類型、軸的常用材料及用途、鍵 連接的類型和結構特點；連接的類型和結構特點； 2. 了解軸及軸轂連接設計的基本概念、設計方法及了解軸及軸轂連接設計的基本概念、設計方法及 一般設計過程，初步具有分析和綜合能力；一般設計過程，初步具有分析和綜合能力； 3. 掌握軸的結構設計、軸的強度及剛度計算；掌握軸的結構設計、軸的強度及剛度計算； 4. 掌握平鍵連接的尺寸選擇和強度校核。掌握平鍵連接的尺寸選擇和強度校核。 教學基本要求教學基本要

2、求 學習方法指導學習方法指導 1. 在學習軸的相關內容時，要抓住兩個環(huán)節(jié)：在學習軸的相關內容時，要抓住兩個環(huán)節(jié)：一是軸一是軸 的結構設計；二是軸的強度計算的結構設計；二是軸的強度計算。軸的結構設計要著。軸的結構設計要著 重從實例中學習分析問題和解決問題的方法，從而掌重從實例中學習分析問題和解決問題的方法，從而掌 握在考慮軸的結構設計時應注意滿足的要求。平時要握在考慮軸的結構設計時應注意滿足的要求。平時要 注意觀察和分析實物及軸部件裝配圖，以不斷增加感注意觀察和分析實物及軸部件裝配圖，以不斷增加感 性認識。軸的強度計算的理論基礎是工程力學中的性認識。軸的強度計算的理論基礎是工程力學中的 “扭轉扭

3、轉”和和“扭轉與彎曲的組合變形扭轉與彎曲的組合變形”兩部分，因此，兩部分，因此， 在學習本章前應適當復習工程力學中的有關知識。在學習本章前應適當復習工程力學中的有關知識。 2. 在學習鍵連接時，一是要多看結構圖，抓住結構特在學習鍵連接時，一是要多看結構圖，抓住結構特 點；二是要熟悉標準，掌握標準的選用方法。點；二是要熟悉標準，掌握標準的選用方法。 重點與難點分析重點與難點分析 本章重點：本章重點：軸的結構設計、軸的強度及剛度計算；軸的結構設計、軸的強度及剛度計算； 本章難點：本章難點：軸的結構設計及軸的強度計算。軸的結構設計及軸的強度計算。 1. 軸的結構設計軸的結構設計 軸的結構設計就是使軸

4、的各部分具有合理的形狀軸的結構設計就是使軸的各部分具有合理的形狀 和尺寸，軸的結構是由許多因素決定的，實際設計中和尺寸，軸的結構是由許多因素決定的，實際設計中 應滿足的主要要求是：應滿足的主要要求是： (1)(1)制造和安裝要求制造和安裝要求，即軸便于加工，軸上零件易于裝，即軸便于加工，軸上零件易于裝 拆。拆。 (2) 定位和固定要求，定位和固定要求，即軸和軸上零件定位準確軸向和即軸和軸上零件定位準確軸向和 周向固定可靠。周向固定可靠。 （3） 改善軸的受力狀況，減小應力集中改善軸的受力狀況，減小應力集中。 2 .軸的強度計算軸的強度計算 在進行強度計算時，首先應分析軸上載荷的大在進行強度計算

5、時，首先應分析軸上載荷的大 小、方向和作用位置，繪制軸的計算簡圖。繪制簡小、方向和作用位置，繪制軸的計算簡圖。繪制簡 圖時，通?？砂演S視為鉸鏈支承的梁，然后運用材圖時，通?？砂演S視為鉸鏈支承的梁，然后運用材 料力學中的公式進行計算。通常將安裝在軸上的傳料力學中的公式進行計算。通常將安裝在軸上的傳 動零件傳給軸的載荷都簡化為作用在輪轂寬度中點動零件傳給軸的載荷都簡化為作用在輪轂寬度中點 的集中載荷；將支承反力作用點假設在軸承寬度的的集中載荷；將支承反力作用點假設在軸承寬度的 中點上，將作用在軸上的扭矩假設從輪轂中點算起中點上，將作用在軸上的扭矩假設從輪轂中點算起 等。常見的軸的強度計算方法有以下

6、兩種：等。常見的軸的強度計算方法有以下兩種： (1) 按扭轉強度計算按扭轉強度計算 這種方法適用于只承受轉矩這種方法適用于只承受轉矩 的傳動軸的精確計算，對于同時傳遞轉矩和彎矩但的傳動軸的精確計算，對于同時傳遞轉矩和彎矩但 彎矩很小的軸，可只按轉矩估算軸的強度，也可用彎矩很小的軸，可只按轉矩估算軸的強度，也可用 于既受轉矩又受彎矩的軸的估算或近似計算。于既受轉矩又受彎矩的軸的估算或近似計算。 (2 )按彎扭合成強度計算按彎扭合成強度計算 對于同時承受彎矩和轉對于同時承受彎矩和轉 矩的軸，應根據在彎矩和轉矩同時作用下所產生的矩的軸，應根據在彎矩和轉矩同時作用下所產生的 合成應力來計算軸的強度，即

7、須按彎扭合成強度計合成應力來計算軸的強度，即須按彎扭合成強度計 算，因此必須知道軸上的載荷性質、大小、方向、算，因此必須知道軸上的載荷性質、大小、方向、 作用位置和支承點位置，以便求出支反力畫彎矩圖作用位置和支承點位置，以便求出支反力畫彎矩圖 按彎扭合成強度計算之前應初步完成軸的結構設計。按彎扭合成強度計算之前應初步完成軸的結構設計。 自自 測測 試試 題題 一、一、 選擇題選擇題 1. 工作時承受彎矩并傳遞轉矩的軸稱為工作時承受彎矩并傳遞轉矩的軸稱為_。 A. 心軸心軸 B.B. 轉軸轉軸 C.C. 傳動軸傳動軸 2. 工作時只承受彎矩不傳遞轉矩的軸稱為工作時只承受彎矩不傳遞轉矩的軸稱為_。

8、 A. 心軸心軸 B. B. 轉軸轉軸 C.C. 傳動軸傳動軸 3. 自行車的中軸是自行車的中軸是_。 A. 心軸心軸 B.B. 轉軸轉軸 C.C. 傳動軸傳動軸 答答 案案 4. 工作時以傳遞轉矩為主不承受彎矩或彎矩很小的軸工作時以傳遞轉矩為主不承受彎矩或彎矩很小的軸 稱為稱為 。 A. A. 固定心軸固定心軸 B.B.旋轉心軸旋轉心軸 C. C. 轉軸轉軸 D. D. 傳動軸傳動軸 5. 軸環(huán)的用途是軸環(huán)的用途是 。 A. A. 作為軸加工時的定位面作為軸加工時的定位面 B.B. 提高軸的強度提高軸的強度 C. 提高軸的剛度提高軸的剛度 D.D. 使軸上零件獲得軸向定位使軸上零件獲得軸向定

9、位 6. 當軸上安裝的零件要承受軸向力時，采用當軸上安裝的零件要承受軸向力時，采用 來來 進行軸向固定，所能承受的軸向力較大。進行軸向固定，所能承受的軸向力較大。 A. A. 螺母螺母 B. B. 緊定螺釘緊定螺釘 C. C. 彈性擋圈彈性擋圈 答答 案案 7. 增大軸在截面變化處的過渡圓角半徑可以增大軸在截面變化處的過渡圓角半徑可以 。 A. A. 使零件的軸向定位比較可靠使零件的軸向定位比較可靠 B. B. 降低應力集中，提高軸的疲勞強度降低應力集中，提高軸的疲勞強度 C. C. 使軸的加工方便使軸的加工方便 8. 在軸的初步計算中，軸的直徑是先按在軸的初步計算中，軸的直徑是先按 初初 步

10、確定的。步確定的。 A. A. 彎曲強度彎曲強度 B.B.扭轉強度扭轉強度 C.C.復合強度復合強度 D.D.軸端上零件的孔徑軸端上零件的孔徑 9. 轉軸上載荷和支點位置都已確定后，軸的直徑可轉軸上載荷和支點位置都已確定后，軸的直徑可 以根據以根據 來進行計算或校核。來進行計算或校核。 A.A.彎曲強度彎曲強度 B.B.扭轉強度扭轉強度 C.C.扭轉剛度扭轉剛度 D.D.復合強度復合強度 答答 案案 10. 普通平鍵連接的主要用途是使軸與輪轂之間普通平鍵連接的主要用途是使軸與輪轂之間 。 A. A. 沿軸向固定并傳遞軸向力沿軸向固定并傳遞軸向力 B. B. 沿軸向可作相對滑動并具有導向作用沿軸

11、向可作相對滑動并具有導向作用 C. C. 沿周向固定并傳遞轉矩沿周向固定并傳遞轉矩 D. D. 安裝與拆卸方便安裝與拆卸方便 11. 設計鍵連接的幾項主要內容是：設計鍵連接的幾項主要內容是：1)按輪轂長度選擇按輪轂長度選擇 鍵的長度；鍵的長度；2)按使用要求選擇鍵的主要類型；按使用要求選擇鍵的主要類型；3)按按 軸的直徑選擇鍵的剖面尺寸；軸的直徑選擇鍵的剖面尺寸；4)對聯(lián)接進行必要的對聯(lián)接進行必要的 強度校核。在具體設計時一般順序是強度校核。在具體設計時一般順序是 。 A. 2 1 3 4 B. A. 2 1 3 4 B. 2 3 1 4 2 3 1 4 C. 1 3 2 4 D. C. 1

12、3 2 4 D. 3 4 2 1 3 4 2 1 答答 案案 12. 鍵的剖面尺寸通常是根據鍵的剖面尺寸通常是根據 ，按標準選擇。，按標準選擇。 A. A. 傳遞轉矩的大小傳遞轉矩的大小 B. B. 傳遞功率的大小傳遞功率的大小 C. C. 輪轂的長度輪轂的長度 D. D. 軸的直徑軸的直徑 13. 標準平鍵連接的承載能力通常取決于標準平鍵連接的承載能力通常取決于 。 A. A. 輪轂的擠壓強度輪轂的擠壓強度 B. B. 鍵的剪切強度鍵的剪切強度 C. C. 鍵的彎曲強度鍵的彎曲強度 D. D. 鍵工作表面的擠壓強度鍵工作表面的擠壓強度 14. 半圓鍵和切向鍵的應用場合是半圓鍵和切向鍵的應用場

13、合是 。 A. A. 前者多用來傳遞較大轉矩前者多用來傳遞較大轉矩, , 后者多用來傳遞較小轉矩后者多用來傳遞較小轉矩 B. B. 前者多用來傳遞較小轉矩前者多用來傳遞較小轉矩, , 后者多用來傳遞較大轉矩后者多用來傳遞較大轉矩 C. C. 兩者都用來傳遞較小轉矩兩者都用來傳遞較小轉矩 D. D. 兩者都用來傳遞較大轉矩兩者都用來傳遞較大轉矩 答答 案案 15. 楔鍵連接的主要缺點是楔鍵連接的主要缺點是 。 A. A. 鍵的斜面加工困難鍵的斜面加工困難 B. B. 鍵安裝時易損壞鍵安裝時易損壞 C. C. 鍵裝入鍵槽后在輪轂中產生初應力鍵裝入鍵槽后在輪轂中產生初應力 D. D. 軸和軸上的零件

14、對中性差軸和軸上的零件對中性差 16. 花鍵連接的強度主要取決于花鍵連接的強度主要取決于 強度。強度。 A.A.齒根彎曲齒根彎曲 B.B.齒根剪切齒根剪切 C.C.齒側擠壓齒側擠壓 D.D.齒側接觸齒側接觸 二、二、 分析與思考題分析與思考題 1. 軸的常用材料有哪些各適用于何種場合如何選擇？軸的常用材料有哪些各適用于何種場合如何選擇？ 2. 在同一工作條件下，若不改變軸的結構和尺寸，僅在同一工作條件下，若不改變軸的結構和尺寸，僅 將軸的材料由碳鋼改為合金鋼，為什么只提高了軸的將軸的材料由碳鋼改為合金鋼，為什么只提高了軸的 強度而不能提高軸的剛度？強度而不能提高軸的剛度？ 答答 案案 3. 軸

15、的設計應考慮哪些方面的問題？其中哪些問題是軸的設計應考慮哪些方面的問題？其中哪些問題是 必須考慮的？哪些問題有特殊要求時才需考慮？試簡必須考慮的？哪些問題有特殊要求時才需考慮？試簡 述軸的設計步驟。述軸的設計步驟。 4. 軸結構設計的主要內容有哪些？軸結構設計的主要內容有哪些？ 5. 軸上零件的軸向固定方法有哪些各有什么特點？軸上零件的軸向固定方法有哪些各有什么特點？ 6. 軸上零件的周向固定方法有哪些各有什么特點？軸上零件的周向固定方法有哪些各有什么特點？ 7. 為什么轉軸常設計成階梯形結構？為什么轉軸常設計成階梯形結構？ 8. 利用公式利用公式 估算軸的直徑時，應如何選估算軸的直徑時，應如

16、何選 取取C 值？對計算所得結果應如何最后取值？值？對計算所得結果應如何最后取值？ 10. 軸受載以后如，果產生過大的彎曲變形或扭轉變軸受載以后如，果產生過大的彎曲變形或扭轉變 形，對機器的正常工作有什么影響？試舉例說明。形，對機器的正常工作有什么影響？試舉例說明。 11. 校核軸的強度時，如何判斷軸的危險截面？怎校核軸的強度時，如何判斷軸的危險截面？怎 樣確定軸的許用應力？樣確定軸的許用應力？ 12. 鍵連接有哪些主要類型？各有何主要特點？鍵連接有哪些主要類型？各有何主要特點？ 13. 平鍵連接的工作原理是什么？主要失效形式有哪些？平鍵連接的工作原理是什么？主要失效形式有哪些？ 平鍵的剖面尺寸平鍵的剖面尺寸bh 和鍵的長度和鍵的長度L 是如何確定的？是如何確定的？ 14. 普通平鍵的強度條件怎樣普通平鍵的強度條件怎樣( (用公式表示用公式表示) )？如果在？如果在 進行普通平鍵連接強度計算時進行普通平鍵連接強度計算時, ,強度條件不能滿足可強度條件不能滿足可 采用哪些措施采用哪些措施? ? 16. 半圓鍵與普通平鍵連接相比，有什么優(yōu)缺點？它適半圓鍵與普通平鍵連接相比，有什么優(yōu)缺點？它適 用在什么場合用在什么場合? ? 17. 鍵常用的材料有哪些？當軸與輪轂的材料不同時，鍵常用的材料有哪些？當軸與輪轂的材料不同時， 應如何選取鍵