單元九軸“十二五”職業(yè)教育國(guó)家規(guī)劃教材機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第2版）“十三五”職業(yè)教育國(guó)家規(guī)劃教材01軸概述PARTONE9.1軸概述1、按軸的承載情況進(jìn)行分類：分為傳動(dòng)軸、心軸、轉(zhuǎn)軸。2、按軸線幾何形狀的不同進(jìn)行分類：分為直軸和曲軸。一、軸的分類軸工作時(shí)的應(yīng)力都為重復(fù)性的交變應(yīng)力，軸的失效形式多是疲勞破壞,因此軸的材料要求有一定的強(qiáng)度和韌性,且對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低。常用材料是碳素鋼、合金鋼和球墨鑄鐵。鋼軸毛還多為軋制圓鋼或鍛件。二、軸的材料02傳動(dòng)軸的強(qiáng)度和剛度一一構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題PARTtwo9.2傳動(dòng)軸的強(qiáng)度和剛度一一構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題一、扭轉(zhuǎn)的基本概念和轉(zhuǎn)矩T1、基本概念。傳動(dòng)軸在傳遞轉(zhuǎn)矩T時(shí)，將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。在垂直于軸線平面(軸的橫截面)內(nèi)有內(nèi)力偶，即作用著扭矩。變形特點(diǎn)是：各橫截面繞軸線發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。2、轉(zhuǎn)矩T的計(jì)算。對(duì)于傳動(dòng)軸通常知道軸的轉(zhuǎn)速和傳遞的功率，在分析截面內(nèi)力時(shí),往往要計(jì)算轉(zhuǎn)矩T,其計(jì)算公式為：。9.2傳動(dòng)軸的強(qiáng)度和剛度一一構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題二、扭矩和扭矩圖1、傳動(dòng)軸的扭矩。傳動(dòng)軸在傳遞轉(zhuǎn)矩T時(shí),橫截面上產(chǎn)生的內(nèi)力偶矩稱為扭矩，以M表示。2、扭矩圖。如右圖所示。9.2傳動(dòng)軸的強(qiáng)度和剛度一一構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題三、傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)時(shí)截面上切應(yīng)力與變形1、應(yīng)力的分布規(guī)律。為了分析傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的應(yīng)力,如圖9-11所示,在圓軸的表面畫兩條圓周線和兩條與軸線平行的縱向線，然后在兩端施加轉(zhuǎn)矩T,使其產(chǎn)生微小變形。2、切應(yīng)力的計(jì)算公式。由上面的分析可知,傳動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)后,在橫截面上半徑為p的A點(diǎn)處的切應(yīng)力t的計(jì)算公式為：。9.2傳動(dòng)軸的強(qiáng)度和剛度一一構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題四、傳動(dòng)軸的強(qiáng)度和剛度校核1、強(qiáng)度校核。為了保證傳動(dòng)軸在傳遞扭矩時(shí)不致因強(qiáng)度不足而破壞,軸內(nèi)的最大應(yīng)力不得超過(guò)材料的許用切應(yīng)力，即要求。2、剛度校核。軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的剛度條件是最大單位扭轉(zhuǎn)角不超過(guò)許用扭轉(zhuǎn)角，即。9.2傳動(dòng)軸的強(qiáng)度和剛度一一構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題五、軸最小直徑的估算轉(zhuǎn)軸在開始設(shè)計(jì)時(shí),往往需先按傳遞的扭矩估算出受扭軸段的最小直徑,并以其作為基本參數(shù)，進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。03心軸的強(qiáng)度和剛度一一構(gòu)件的彎曲問(wèn)題PARTthree9.3心軸的強(qiáng)度和剛度一一構(gòu)件的彎曲問(wèn)題一、彎曲的基本概念1、彎曲變形。如圖9-13所示的機(jī)車車軸,在外力F的作用下,原來(lái)的直線變成曲線，這種變形稱為彎曲,如圖9-13b所示。9.3心軸的強(qiáng)度和剛度一一構(gòu)件的彎曲問(wèn)題一、彎曲的基本概念2.軸支撐的簡(jiǎn)化形式（1）筒支梁；（2）外伸梁；（3）懸臂梁。9.3心軸的強(qiáng)度和剛度一一構(gòu)件的彎曲問(wèn)題一、彎曲的基本概念3、軸上載荷的簡(jiǎn)化。作用在軸上的載荷一般可簡(jiǎn)化為集中力F、集中力偶M和均布載荷q(單位為N/m)，如圖9-17所示。9.3心軸的強(qiáng)度和剛度一一構(gòu)件的彎曲問(wèn)題二、彎曲時(shí)的內(nèi)力————剪力和彎矩1.彎曲時(shí)的內(nèi)力————剪力和彎矩。為了對(duì)心軸彎曲后的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行校核,需求出心軸在外力作用下,截面上的內(nèi)力。內(nèi)力的求法仍可用截面法。9.3心軸的強(qiáng)度和剛度一一構(gòu)件的彎曲問(wèn)題二、彎曲時(shí)的內(nèi)力————剪力和彎矩2、彎矩圖。為了表達(dá)彎矩沿軸線的變化規(guī)律,通常以梁的左端為坐標(biāo)原點(diǎn),以梁的軸線為軸(取右向?yàn)檎?,縱坐標(biāo)代表各截面上的彎矩而得到的圖形,稱為彎矩圖。三、彎曲正應(yīng)力和彎曲強(qiáng)度校核純彎曲時(shí)圓截面軸上的正應(yīng)力。如圖9-22(a)所示在圓軸的外表面上畫兩圓周線1-1和2-2,并在其間畫縱向線ab和cd。在軸的縱向?qū)ΨQ平面內(nèi)施一對(duì)大小相等、方向相反的力偶M,使梁發(fā)生純彎曲,如圖9-22(b)所示。9.3心軸的強(qiáng)度和剛度一一構(gòu)件的彎曲問(wèn)題四、彎曲變形的剛度條件實(shí)際工作中的軸，除了要有足夠的強(qiáng)度外,還應(yīng)有足夠的剛度。如剛度不足而引起過(guò)大的變形，也是不允許的。因此,還要研究軸在彎曲時(shí)的變形問(wèn)題撓座轉(zhuǎn)角和剛度條件。三、彎曲正應(yīng)力和彎曲強(qiáng)度校核純彎曲時(shí)圓截面軸上的正應(yīng)力。如圖9-22(a)所示在圓軸的外表面上畫兩圓周線1-1和2-2,并在其間畫縱向線ab和cd。在軸的縱向?qū)ΨQ平面內(nèi)施一對(duì)大小相等、方向相反的力偶M,使梁發(fā)生純彎曲,如圖9-22(b)所示。04轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度一一構(gòu)件的彎扭組合問(wèn)題PARTfore9.4轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度一一構(gòu)件的彎扭組合問(wèn)題轉(zhuǎn)軸在機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用十分廣泛。轉(zhuǎn)軸既承受扭矩又承受彎矩，是在彎扭組合變形狀態(tài)下工作的。轉(zhuǎn)軸截面上的應(yīng)力狀態(tài)比單純扭轉(zhuǎn)或彎曲時(shí)截面上應(yīng)力狀態(tài)要復(fù)雜得多。需根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)理論和有關(guān)的強(qiáng)度理論才能解決。對(duì)于一般鋼制的軸，由第三強(qiáng)度理論可知彎扭組合變形的強(qiáng)度條件為：05軸結(jié)構(gòu)尺寸的確定PARTfive9.5軸結(jié)構(gòu)尺寸的確定階梯軸上截面變化的部位稱為軸肩,它對(duì)軸上零件起定位作用。在圖9-28中,帶輪5齒輪3和滾動(dòng)軸承2都是靠軸肩進(jìn)行軸向定位的。整根軸由兩端軸承蓋在箱體中定位。一、軸和軸上零件的定位軸上零件的軸向固定是為了防止在工作中零件沿軸向竄動(dòng),常用的定位方法見(jiàn)表9-6。軸上零件周向固定是為了防止零件與軸產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。二、軸系的固定9.5軸結(jié)構(gòu)尺寸的確定1、加工工藝性。2、裝配工藝性的要