材料力学课程设计-五种传动轴.
轴的常用的材料的及性能
轴的常用的材料的及性能 Revised by Jack on December 14,2020轴常用材料及主要力学性能转轴：支承传动机件又传递转矩，既同时承受弯矩和扭矩的作用。
心轴：只支承旋转机件而不传递转矩，既承受弯矩作用。
(转动心轴：工作时转动；固定心轴：工作时轴不转动)；传动轴：主要传递转矩，既主要承受扭矩，不承受或承受较小的弯矩。
花键轴、空心轴：为保持尺寸稳定性和减少热处理变形可选用铬钢；轴常用材料是优质碳素结构钢，如35、45和50，其中45号钢最为常用。
不太重要及受载较小的轴可用Q235、Q275等普通碳素结构钢；受力较大，轴尺寸受限制，可用合金结构钢。
受载荷大的轴一般用调质钢。
调质钢调质处理后得到的是索氏体组织，它比正火或退火所得到的铁素体混合组织，具有更好的综合力学性能，有更高的强度，较高的冲击韧度，较低的脆性转变温度和较高的疲劳强度。
调质钢：35、45、40Cr、45Mn2、40MnB、35CrMo、30CrMnSi、40CrNiMo；大截面非常重要的轴可选用铬镍钢；高温或腐蚀条件下工作的轴可选用耐热钢或不锈钢；在一般工作温度下，合金结构钢的弹性模量与碳素结构钢相近，为了提高轴的刚度而选用合金结构钢是不合适的。
轴的强度计算轴的强度计算一般可分为三种：1：按扭转强度或刚度计算；2：按弯扭合成强度计算；3：精确强度校核计算1：按扭转强度或刚度计算按扭转强度及刚度计算轴径的公式表6―1―18注：当截面上有键槽时，应将求得的轴径增大，其增大值见表6-1-22。
剪切弹性模量G=时的B值表6―1―20注：1.表中￠P值为每米轴长允许的扭转角；2.许用扭转角的选用，应按实际而定。
参考的范围如下：要求精密，稳定的传动，取￠=～ (°)/mP一般传动，取￠P=0. 5～1 (°)/m；要求不高的传动，可取￠P大于1 (°)/m；起重机传动轴￠P=15′～20′/m；几种常用轴材料的τP及A值表6―1―19注：1. 表中τP值是考虑了弯曲影响而降低了的许用扭转剪应力。
材料力学CH15概要
2、轴的常用材料
碳素钢：常用的优质碳素钢有30、40、45、和50钢，其中45钢应用最多。优质碳 素钢具有较高的综合机械性能，常用于比较重要或承载较大的轴。
合金钢：常用的合金钢有20Cr、40Cr、35SiMn和35CrMo等。合金钢具有较高的综
合力学性能和较好的热处理性能，常用于重要、承载大而尺寸受限或有较高耐磨 性、防腐性要求的轴。
第十五章
§15-1 概述 §15-2 轴的结构设计 §15-3 轴的强度计算
轴
§15-1
一、轴的用途与分类 1、功用：
概述
1）支承回转零件； 2）传递运动和动力 2、分类：
按承载情况分：
◆心 轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。
◆ 传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。 ◆转 轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。
邻零件间必要的空间来确定。 例题中讲的详细，在课程设计中再进行练习。
四、提高轴的强度的常用措施
◆ ◆ ◆ ◆
合理布置轴上零件以减小轴的载荷 改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 改进轴的结构以减小应力集中的影响 改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度
合理布置轴上零件以减小轴的载荷
二、轴上零件的定位
◆ 应保证轴上零件有可靠的轴向和周向固定。 1、 零件的轴向定位 圆螺母定位：定位可靠、能承受较大的轴向力。多用于轴端。
二、轴上零件的定位
◆ 应保证轴上零件有可靠的轴向和周向固定。 1、 零件的轴向定位 弹性挡圈定位：结构简单、紧凑，只能承受很小的轴向力，常用于轴 承定位。
二、轴上零件的定位
二、轴上零件的定位
◆ 应保证轴上零件有可靠的轴向和周向固定。 1、 零件的轴向定位 轴肩、轴环定位：结构简单，定位可靠，能承受较大的轴向力，应用广泛。
传动轴课程设计--轴的设计
机械制造工艺学课程设计说明书课题:轴的设计学生姓名：专业：机械制造及自动化学号：班级：指导教师：机械工程学院2011年12月28日目录1 零件的分析 (3)2 毛坯的选择 (5)2.1 毛坯种类的选择 (5)2.2毛坯形状尺寸的确定 (5)3工艺路线的拟定 (6)3.1 定位基准的选择 (6)3.3 加工顺序的安排 (7)3.31加工阶段的划分 (7)3.32基面先行原则 (7)3.33先粗后精 (7)3.34 工序划分的确定…………………………………………………………………………………………… ..73.35热处理工序的安排 (8)3.4工艺路线的确定 (8)3.5加工路线的确定 (9)4 加工设备的选择 (11)4.1机床的选择 (11)4.2 夹具的选择 (111)4.3 刀具的选用 (111)5 加工余量、工序尺寸及公差的确定 (13)6切屑用量的确定 (15)7设计心得 (188)8 参考文献 (19)1 零件的分析图1-1 零件图从零件图看，该零件结构简单，加工的外圆表面为12.4φ，13φ，0.0050.00114φ+-，140.0055φ±，19φ，图中所给的尺寸精度较高，加工时可以用磨削加工来完成。
有些为IT5级，IT6级，可以在精加工之后加，用磨削加工来完成。
粗糙度方面：沟槽2×0.5两侧面、19φ的两端面、140.0055φ±的端面、两键槽的端面的表面粗糙度为Ra3.2; 140.0055φ±、0.0050.00114φ+-、13φ的外表面的表面粗糙度为Ra1.6，表面粗糙度要求不高，直接用精加工就可以达到要求。
轴线对于轴的直线度为0.01。
热处理方面需要调质处理到220-250HBS,在粗加工之后，精加工之前可以进行调质处理，这样可以保证零件所要求的表面硬度。
通过分析，该零件布局合理，方便加工，通过径向夹紧可保证加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。
传动轴基本知识
传动轴基本知识一、传动轴总成简介(结合具体总成图)传动轴，英文PROPELLER（DRIVING） SHAFT。
在不同轴心的两轴间甚至在工作过程中相对位置不断变化的两轴间传递动力。
传动轴按其重要部件——万向节的不同，可有不同的分类。
如果按万向节在扭转的方向是否有明显的弹性可分为刚性万向节传动轴和挠性万向节传动轴。
前者是靠零件的铰链式联接传递动力的，后者则靠弹性零件传递动力，并具有缓冲减振作用。
刚性万向节又可分为不等速万向节（如十字轴式万向节）、准等速万向节（如双联式万向节、三销轴式万向节）和等速万向节（如球笼式万向节、球叉式万向节）。
等速与不等速，是指从动轴在随着主动轴转动时，两者的转动角速率是否相等而言的，当然，主动轴和从动轴的平均转速是相等的。
主、从动轴的角速度在两轴之间的夹角变动时仍然相等的万向节，称为等速万向节或等角速万向节。
它们主要用于转向驱动桥、断开式驱动桥等的车轮传动装置中，主要用于轿车中的动力传递。
当轿车为后轮驱动时，常采用十字轴式万向节传动轴，对部分高档轿车，也有采用等速球头的；当轿车为前轮驱动时，则常采用等速万向节——等速万向节也是一种传动轴，只是称谓不同而已。
在发动机前置后轮驱动（或全轮驱动）的汽车上，由于汽车在运动过程中悬架变形，驱动轴主减速器输入轴与变速器（或分动箱）输出轴间经常有相对运动，此外，为有效避开某些机构或装置（无法实现直线传递），必须有一种装置来实现动力的正常传递，于是就出现了万向节传动。
万向节传动必须具备以下特点：a 、保证所连接两轴的相对位置在预计范围内变动时，能可靠地传递动力；b 、保证所连接两轴能均匀运转。
由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动和噪声应在允许范围内；c 、传动效率要高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易。
对汽车而言，由于一个十字轴万向节的输出轴相对于输入轴（有一定的夹角）是不等速旋转的，为此必须采用双万向节（或多万向节）传动，并把同传动轴相连的两个万向节叉布置在同一平面，且使两万向节的夹角相等。
传动轴基本知识
传动轴基本知识一、传动轴总成简介(结合具体总成图)传动轴，英文PROPELLER（DRIVING） SHAFT。
在不同轴心的两轴间甚至在工作过程中相对位置不断变化的两轴间传递动力。
传动轴按其重要部件——万向节的不同，可有不同的分类。
如果按万向节在扭转的方向是否有明显的弹性可分为刚性万向节传动轴和挠性万向节传动轴。
前者是靠零件的铰链式联接传递动力的，后者则靠弹性零件传递动力，并具有缓冲减振作用。
刚性万向节又可分为不等速万向节（如十字轴式万向节）、准等速万向节（如双联式万向节、三销轴式万向节）和等速万向节（如球笼式万向节、球叉式万向节）。
等速与不等速，是指从动轴在随着主动轴转动时，两者的转动角速率是否相等而言的，当然，主动轴和从动轴的平均转速是相等的。
主、从动轴的角速度在两轴之间的夹角变动时仍然相等的万向节，称为等速万向节或等角速万向节。
它们主要用于转向驱动桥、断开式驱动桥等的车轮传动装置中，主要用于轿车中的动力传递。
当轿车为后轮驱动时，常采用十字轴式万向节传动轴，对部分高档轿车，也有采用等速球头的；当轿车为前轮驱动时，则常采用等速万向节——等速万向节也是一种传动轴，只是称谓不同而已。
在发动机前置后轮驱动（或全轮驱动）的汽车上，由于汽车在运动过程中悬架变形，驱动轴主减速器输入轴与变速器（或分动箱）输出轴间经常有相对运动，此外，为有效避开某些机构或装置（无法实现直线传递），必须有一种装置来实现动力的正常传递，于是就出现了万向节传动。
万向节传动必须具备以下特点：a 、保证所连接两轴的相对位置在预计范围内变动时，能可靠地传递动力；b 、保证所连接两轴能均匀运转。
由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动和噪声应在允许范围内；c 、传动效率要高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易。
对汽车而言，由于一个十字轴万向节的输出轴相对于输入轴（有一定的夹角）是不等速旋转的，为此必须采用双万向节（或多万向节）传动，并把同传动轴相连的两个万向节叉布置在同一平面，且使两万向节的夹角相等。
材料力学课程设计五种传动轴设计
材料力学课程设计题目：五种传动轴设计(题7.6、 a图、第7组数据)姓名：所在学院：专业班级：学号：指导教师：目录：一、材料力学课程设计的目的 (3)二、材料力学课程设计的任务和要求 (3)三、设计题目（传动轴静强度、变形及疲劳强度计算） (3)设计题目（）、a图、7号数据 (3)四、分析计算进程 (5)1、传动轴受力简图： (5)2、作出扭矩图及弯矩图。
(5)3、依照强度条件设计等直轴的直径。
(8)4、计算齿轮处轴的挠度（均按直径1 的等直杆计算）。
(9)5、对阶梯传动轴进行疲劳强度计算。
(10)5.1 校核的相关数据 (10)5.2 校核类型的确信 (11)5.3 有效应力集中系数 (12)5.4 相关计算公式 (12)5.5 各点校核： (13)五、课程设计总结： (25)六、（附）C语言程序 (26)1、流程图 (26)2、程序代码 (27)一、材料力学课程设计的目的本课程设计是在系统学完材料力学课程以后，结合工程实际中的问题，运用材料力学的大体理论和计算方式，独立的计算工程中的典型零部件，以达到综合利用材料力学知识解决工程实际问题的目的。
同时，能够是同窗将材料力学的理论和现代的计算方式，又提高了分析问题、解决问题的能力；既是对以前所学知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、运算机和材料力学等）的综合应用，又为后续课程（机械设计、专业课等）的学习打下基础，并初步把握工程设计思想和设计方式，使实际工作能力有所提高。
具体有以下六项：一、使所学的材料力学知识系统化、完整化。
二、在系统全面温习的基础上，运用材料力学解决工程实际中的问题。
3、由于选题力求结合专业实际，因此课程设计能够把材料力学知识与专业需要结合起来。
4、综合运用以前所学的各门课程知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、运算机等），使相关学科的知识有机的联系起来。
五、初步了解和把握工程实践中的设计思想和设计方式。
材料力学(I)第三章
扭转
1
第3章 扭 转
§3-1 概述
§3-2 薄壁圆筒的扭转
§3-3 传动轴的外力偶矩·扭矩及扭矩图
§3-4 等直圆杆扭转时的应力·强度条件
§3-5 等直圆杆扭转时的变形·刚度条件
§3-6 等直圆杆扭转时的应变能
§3-7 等直非圆杆自由扭转时的应力和变形
*§3-8 开口和闭口薄壁截面杆自由扭转 时的应力与变形
薄壁圆筒通常指 r0 的圆筒
10
当其两端面上作用有外力 偶时，任一横截面上的内 力偶矩——扭矩(torque)
T Me
材料力学(Ⅰ)电子教案
扭转
6
Ⅰ. 薄壁圆筒横截面上各点切应力的变化规律
表面变形情况：
(1) 周向线绕轴线转动,形状及尺寸不变
(2)周向线间的距离保持不变
(3) 纵向线仍为直线,但发生倾斜
x
—
k x2 2
T (x) 0 kxdx
k x2
2
材料力学(Ⅰ)电子教案
扭转
§3-4 等直圆杆扭转时的应力·强度条件
Ⅰ. 横截面上的应力
(1)变形几何关系
圆轴扭转前的横截面,变形后仍保持为平截面,其形
状和大小不变,半径仍保持为直线,横截面象刚性平
面一样绕轴线转动了一个角度.
dx
从受扭圆轴上同轴截出半径为 A ρ的微段dx,设微段左右端面相 对转角为dφ,其端面上承受的 Tρ 扭矩为Tρ,纵向线AB转角为γρ .
max
max
| T (x) | WP(x)
[
]—强度条件
和拉压强度条件一样，解决强度计算的三类问题.
强度校核
max
max
| T (x) | WP(x)
吉林大学材料力学课设五种传动轴
材料力学课程设计五种传动轴静强度、变形及疲劳强度计算(第6道题、第12组数据)姓名王琛所在学院汽车工程学院专业班级能源与动力（421415班）学号指导教师郭桂凯日期 2016年9 月 23日目录一设计目的 (2)二材料力学课程设计任务和要求 (2)三设计题目 (3)四设计内容 (5)（1）绘出传动轴的受力简图 (5)（2）传动轴扭矩图和弯矩图 (6)（3）设计等直轴的直径 (8)（4）设计D2轮轴处的挠度 (10)（5）对传动轴进行强度校核 (14)五程序计算 (19)六设计感想 (24)七参考文献 (25)一.设计目的：本课程设计的目的是在于系统学习完材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立的计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决实际问题的目的。
同时，可以使学生将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。
既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题、解决问题的能力，又为后继课程（零件、专业课等）打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。
具体的有以下六项：1. 使学生的材料力学知识系统化完整化；2. 在全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程中的实际问题；3. 由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学知识与专业需要结合起来；4. 综合运用以前所学习的各门课程的知识，使相关学科的只是有机的联系起来；5. 初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法；6. 为后续课程的教学打下基础。
二.材料力学课程设计的任务和要求参加设计者要系统复习材料力学课程全部基本理论和方法，独立分析、判断设计题目的已知条件和所求问题，画出受力分析计算简图和内力图列出理论依据并导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出输出结果，并完成设计计算说明书。
三．设计题目：传动轴的材料均为优质碳素结构钢（牌号45），许用应力[σ] =80MPa,经高频淬火处理，σb =650MPa,σ-1 =300MPa，τ-1=155MPa。
吉林大学材料力学课程设计传动轴
材料力学课程设计说明书五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算汽车工程学院车辆工程专业421004 班设计者夏春力学号421004112012 年9 月8 日目录设计目的 (2)设计任务及要求 (2)设计题目 (3)传动轴受力简图 (5)弯矩扭矩图 (6)设计等轴的直径 (9)计算齿轮处轴的挠度 (10)阶梯传动轴进行疲劳强度计算 (12)数据说明 (17)设计感想 (17)附：程序计算结果截图，计算机程序设计材料力学课程设计的目的本课程设计是在系统学完材料力学课程之后，结合工程实际中的问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学知识解决工程实际问题的目的。
同时，可以使学生将材料力学的理论和现代计算方法及手段溶为一体，即从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；即是对以前所学知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等）的综合运用，又为后续课程（机械设计、专业课等）的学习打下基础，并初步掌握工程设计思想和设计方法，使实际工作能力有所提高。
具体有以下六项：1. 使所学的材料力学知识系统化、完整化。
2. 在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际中的问题。
3. 由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学知识与专业需求结合起来。
4. 综合运用以前所学的各门课程的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机等），使相关学科的知识有机地联系起来。
5. 初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法。
6. 为后续课程的教学打下基础。
材料力学课程设计的任务和要求参加设计者要系统复习材料力学课程的全部基本理论和方法，独立分析、判断设计题目的已知条件和所求问题，画出受力分析计算简图和内力图，理出理论依据并导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。
一、设计计算说明书的要求设计计算说明书是该题目设计思想、设计方法和设计结果的说明，要求书写工整，语言简练，条理清晰、明确，表达完整。
传动轴课程设计
传动轴课程设计传动轴是机械传动中的重要组成部分，是将动力从发动机传递到车辆等的装置。
它由若干个接头组成，每个接头都由外套管、内芯轴和万向节组成。
传动轴的设计和制造对整个机械传动系统的可靠性和性能至关重要。
传动轴的设计需要考虑以下几个方面：1. 动力传递能力：传动轴需要承受发动机输出的扭矩和转速的变化，因此，传动轴的表面硬度和内部材质必须能够承受这些力矩。
2. 可靠性：传动轴必须能够长期稳定地运行。
因此，在设计传动轴时，需要特别关注材料的强度和耐久性，以及万向节的设计。
3. 维护和维修：传动轴需要定期维护和检查，以确保其正常运行。
在设计传动轴时，需要考虑如何方便和快速地进行维护和维修。
4. 安全性：传动轴的设计还需要考虑安全性。
传动轴必须能够承受突然的负载和冲击，避免发生断裂和故障，以防止危险的事故发生。
在实际的生产过程中，传动轴的制造需要满足以下几个方面的要求：1. 材料选择：传动轴的材料必须具有高的强度和耐久性。
常用的材料有钢、铝和钛。
2. 工艺流程：传动轴的制造需要采用严格的工艺流程，例如精密加工、热处理等，以确保传动轴的质量和性能。
3. 质量控制：传动轴的制造需要进行严格的质量控制，包括检测和测试以确保传动轴符合设计要求和国家标准。
4. 安全防护：传动轴的制造需要满足安全性要求，在制造过程中需要使用安全设备和工具，避免工人发生意外伤害。
传动轴的应用范围非常广泛，例如汽车、工程机械、电机等领域，因此，传动轴的设计和制造对于国家经济和社会发展具有重要的意义。
同时，在生产过程中也需要注重环保和可持续发展，采用经济、环保和高效的制造方式，推动传动轴产业的健康发展。
材料力学课程设计——五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算
材料力学课程设计说明书设计题目五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算交通学院土木工程（路桥） xx班设计者 xxx学号xxx 选课号169 卡号2013．10.15目录设计目的 (2)设计任务及要求 (2)设计题目 (3)传动轴受力简图 (5)弯矩扭矩图 (6)设计等轴的直径 (9)计算齿轮处轴的挠度 (10)阶梯传动轴进行疲劳强度计算 (12)数据说明 (19)设计感想 (19)附：程序计算结果截图，计算机程序设计材料力学课程设计的目的本课程设计是在系统学完材料力学课程之后，结合工程实际中的问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学知识解决工程实际问题的目的。
同时，可以使学生将材料力学的理论和现代计算方法及手段溶为一体，即从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；即是对以前所学知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等）的综合运用，又为后续课程（机械设计、专业课等）的学习打下基础，并初步掌握工程设计思想和设计方法，使实际工作能力有所提高。
具体有以下六项：1.使所学的材料力学知识系统化、完整化。
2.在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际中的问题。
3.由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学知识与专业需求结合起来。
4.综合运用以前所学的各门课程的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机等），使相关学科的知识有机地联系起来。
5.初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法。
6.为后续课程的教学打下基础。
材料力学课程设计的任务和要求参加设计者要系统复习材料力学课程的全部基本理论和方法，独立分析、判断设计题目的已知条件和所求问题，画出受力分析计算简图和内力图，理出理论依据并导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。
一、设计计算说明书的要求设计计算说明书是该题目设计思想、设计方法和设计结果的说明，要求书写工整，语言简练，条理清晰、明确，表达完整。
传动轴介绍
F2j ＝ ＝
L2
T 2
T1 sin L2
（4-4）
式中， L 为万向节中心至从动叉轴支承间的距离。 此时，万向节也承受与上述力大小相等、方向相反的力。 与此方向相反的反作用力矩则由主动叉轴的支承承受。同 样，T1 使主动叉轴支承承受周期性变化的径向载荷，万向 节也承受与其大小相等、方向相反的力。在从动轴支承和 万向节上造成大小相等、方向相反的侧向载荷为
挠性万向节能减小传动系的扭转振动动载荷和噪声结构简单使用中不需润滑一般用于两轴间夹角不大一般为3和有很小轴向位移的万向传动场合如它常在乘用车三万向节传动中被用来作为靠近变速器的第一万向节或在载质量较大的商用车中用于发动机与变速器之间变速器与分动器之间以消除制造安装误差和车架变形对传动的影响
万向传动轴
分析：1、单十字轴万向节传动 当十字轴万向节的主、从动轴之间的夹角为α时， 主、从动轴的角速度 、 1 2 之间存在如下关系
2 1
=
cos 1 sin
2
cos 1
2
（4-1）
式中, 1为主动叉转角，定义为万向节主动 叉所在平面与万向节主、从动轴所在平面 的夹角。
由于 cos 1是周期为2π的周期函数，所以 也为同周期的周期函数。当ψ1为0、π时， 达最大 值， = cos ；当ψ1为 2 3 2 时， 达最小值， 、 ＝ cos 。因此，当主动轴以等角速度转动时， 从动轴时快、时慢，此即为普通十字轴万向节传 动的不等速性。
2008.4.28
一 . 组成 二 . 用途 三 . 设计要求 四 . 使用范围 五 . 分类（万向节） 六 . 十字轴式万向节(分析)
一.组 成
传动轴的概述
传动轴的概述
传动轴是一种用于传递动力和转矩的机械元件，通常被用于连接两个旋转部件，例如发动机和车辆的驱动轮。
以下是传动轴的一般概述：
1. 结构形式：传动轴通常由金属材料制成，外形呈圆柱形。
它一般由两端的轴头和中间的轴管组成。
2. 功能：传动轴的主要功能是传递动力和扭矩，使得发动机产生的动力能够传递到车辆的驱动轮上，从而推动车辆运动。
3. 类型：根据不同的传动方式，传动轴可以分为直传动轴、万向传动轴和传动联轴器等不同类型。
4. 安装方式：传动轴通常通过安装在各种机械设备中，如车辆的传动系统、工程机械等。
5. 维护：传动轴作为车辆或机械设备的重要零部件，需要定期进行润滑和检修，以确保其正常工作状态。
总的来说，传动轴作为机械传动系统中的重要组成部分，起着连接和传递动力的关键作用，广泛应用于汽车、工程机械、航空航天等领域。
材料力学教案 第3章 扭转
第3章扭转教学目的：理解圆轴扭转的受力和变形特点，剪应力互等定理；掌握圆轴受扭时的内力、应力、变形的计算；熟练掌握圆轴受扭时的强度、刚度计算。
教学重点：外力偶矩的计算、扭矩图的画法；纯剪切的切应力；圆杆扭转时应力和变形；扭转的应变能。
教学难点：圆杆扭转时截面上切应力的分布规律；切应力互等定理，横截面上切应力公式的推导，扭转变形与剪切变形的区别；掌握扭转时的强度条件和刚度条件，能熟练运用强度和刚度计算。
教具：多媒体。
通过工程实例建立扭转概念，利用幻灯片演示和实物演示表示扭转时的变形。
教学方法：采用启发式教学，通过提问，引导学生思考，让学生回答问题。
通过例题、练习和作业熟练掌握强度和刚度计算。
本章中给出了具体情形下具体量的计算公式，记住并会使用这些公式，强调单位的统一，要求学生在学习和作业中体会。
教学内容：扭转的概念；扭转杆件的内力（扭矩）计算和画扭矩图；切应力互等定理及其应用，剪切胡克定律与剪切弹性模量；扭转时的切应力和变形，圆杆扭转时截面上切应力的分布规律；扭转杆件横截面上的切应力计算方法和扭转强度计算方法；扭转杆件变形（扭转角）计算方法和扭转刚度计算方法。
教学学时：6学时。
教学提纲：3.1 扭转的概念和实例工程实际中，有很多构件，如车床的光杆、搅拌机轴、汽车传动轴等，都是受扭构件。
还有一些轴类零件，如电动机主轴、水轮机主轴、机床传动轴等，除扭转变形外还有弯曲变形，属于组合变形。
例如，汽车方向盘下的转向轴，攻螺纹用丝锥的锥杆（图3-1）等，其受力特点是：在杆件两端作用大小相等、方向相反、且作用面垂直于杆件轴线的力偶。
在这样一对力偶的作用下，杆件的变形特点是：杆件的任意两个横截面围绕其轴线作相对转动，杆件的这种变形形式称为扭转。
扭转时杆件两个横截面相对转动的角度，称为扭转角，一般用φ表示（图3-2）。
以扭转变形为主的杆件通常称为轴。
截面形状为圆形的轴称为圆轴，圆轴在工程上是常见的一种受扭转的杆件。
五种传动轴的静强度变形及疲劳强度的计算
材料力学课程设计说明书设计题目五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算学院专业班设计者学号题号7﹣6﹣e﹣22指导教师2012 年10 月18 日目录一材料力学课程设计的目的 (3)二材料力学课程设计的任务和要求 (4)三材料力学课程设计的题目 (4)四设计内容 (6)1.传动轴的受力简图 (6)2.作扭矩图和弯矩图 (7)3.根据强度条件设计等直轴的直径 (8)4.计算D2轮处轴的挠度 (9)5.阶梯轴疲劳强度的计算 (11)6.C语言流程图 (17)7.（附）C语言程序 (18)8. 设计总结及体会 (21)9. 参考文献 (22)一．材料力学课程设计的目的本课程设计的目的是在于系统学完材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。
同时，可以使学生将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。
既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等）综合运用，又为后继课程（机械设计、专业课等）打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。
具体的有以下六项：1.使学生的材料力学知识系统化、完整化；2.在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程中的实际问题；3.由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学知识和专业需要结合起来；4.综合运用了以前所学的个门课程的知识（高数、制图、理力、算法语言、计算机等等）使相关学科的知识有机地联系起来；5.初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法；6.为后继课程的教学打下基础。
二．材料力学课程设计的任务和要求要求参加设计者，要系统地复习材料力学的全部基本理论和方法，独立分析、判断、设计题目的已知条件和所求问题。
画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据和导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。
传动轴的构造
传动轴的构造
传动轴是连接两个旋转装置的轴，其中一个装置将传递动力给另一个装置。
传动轴的构造取决于具体的应用和需求，常见的构造类型包括以下几种：
1. 实心传动轴：由一段实心的金属材料制成，简单且强度较高，适用于一些普通的传动需求。
2. 空心传动轴：内部为空心的结构，用于减轻传动轴的重量，提高传动效率。
常用于汽车和机械工业。
3. 弹性传动轴：由弹性材料制成的轴，可以在传递扭矩的同时吸收一定的振动和冲击力。
常用于汽车、船舶和风力发电等领域。
4. 斜齿传动轴：带有斜齿的轴，与其他传动齿轮咬合，通过齿轮传递动力。
常用于机械和工程设备中。
5. 高性能传动轴：采用先进材料、设计和制造技术制成，具有较高的强度和耐磨性，广泛应用于高性能汽车、航空航天和工程领域。
传动轴的构造还可以根据具体的应用需求进行定制，例如在一些特殊环境下需要防腐蚀、防水或耐高温的传动轴。
另外，还有一些特殊类型的传动轴，如万向节和柔性传动轴，用于解决轴的偏心、角度偏差等问题。
吉林大学材料力学课程设计-五种传动轴设计C轴
材料力学课程设计题目五种传动轴设计C轴姓名所在学院机械科学与工程学院专业班级工业工程（411113班）学号指导教师魏媛日期 2013年9月 14日目录:一、材料力学课程设计的目的二、材料力学课程设计的任务和要求三、设计题目（传动轴静强度、变形及疲劳强度计算）四、受力简图及轴径选择五、挠度计算六、疲劳校核七、心得体会八、计算程序一、材料力学课程设计的目的本课程设计是在系统学完材料力学课程之后，结合工程实际中的问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立的计算工程中的典型零部件，以达到综合利用材料力学知识解决工程实际问题的目的。
同时，可以是同学将材料力学的理论和现代的计算方法，又提高了分析问题、解决问题的能力；既是对以前所学知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等）的综合应用，又为后续课程（机械设计、专业课等）的学习打下基础，并初步掌握工程设计思想和设计方法，使实际工作能力有所提高。
具体有以下六项：1.使所学的材料力学知识系统化、完整化。
2.在系统全面复习的基础上，运用材料力学解决工程实际中的问题。
3.由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学知识与专业需要结合起来。
4.综合运用以前所学的各门课程知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机等），使相关学科的知识有机的联系起来。
5.初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法。
6.为后续课程的教学打下基础。
二、材料力学课程设计的任务和要求参加设计者要系统复习材料力学课程的全部的基本理论和方法，独立分析、判断设计题目的已知条件和所求问题，画出受力分析简图和内力图，列出理论依据并导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。
三、设计题目（传动轴静强度、变形及疲劳强度计算） 设计题目（c 轴）传动轴的材料均为优质碳素结构钢（牌号45），许用应力[]80MP σ=，经高频淬火处理，650b MPa σ=，1300MPa σ-=，1155MPa τ-=。
传动轴基本知识
传动轴基本知识(图)一、传动轴总成简介传动轴总成图传动轴，英文PROPELLER（DRIVING）SHAFT。
在不同轴心的两轴间甚至在工作过程中相对位置不断变化的两轴间传递动力。
传动轴按其重要部件万向节的不同，可有不同的分类。
如果按万向节在扭转的方向是否有明显的弹性可分为刚性万向节传动轴和挠性万向节传动轴。
前者是靠零件的铰链式联接传递动力的，后者则靠弹性零件传递动力，并具有缓冲减振作用。
刚性万向节又可分为不等速万向节（如十字轴式万向节）、准等速万向节（如双联式万向节、三销轴式万向节）和等速万向节（如球笼式万向节、球叉式万向节）。
等速与不等速，是指从动轴在随着主动轴转动时，两者的转动角速率是否相等而言的，当然，主动轴和从动轴的平均转速是相等的。
主、从动轴的角速度在两轴之间的夹角变动时仍然相等的万向节，称为等速万向节或等角速万向节。
它们主要用于转向驱动桥、断开式驱动桥等的车轮传动装置中，主要用于轿车中的动力传递。
当轿车为后轮驱动时，常采用十字轴式万向节传动轴，对部分高档轿车，也有采用等速球头的；当轿车为前轮驱动时，则常采用等速万向节，等速万向节也是一种传动轴，只是称谓不同而已。
在发动机前置后轮驱动（或全轮驱动）的汽车上，由于汽车在运动过程中悬架变形，驱动轴主减速器输入轴与变速器（或分动箱）输出轴间经常有相对运动，此外，为有效避开某些机构或装置（无法实现直线传递），必须有一种装置来实现动力的正常传递，于是就出现了万向节传动。
万向节传动必须具备以下特点：a、保证所连接两轴的相对位置在预计范围内变动时，能可靠地传递动力；b、保证所连接两轴能均匀运转。
由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动和噪声应在允许范围内；c、传动效率要高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易。
对汽车而言，由于一个十字轴万向节的输出轴相对于输入轴（有一定的夹角）是不等速旋转的，为此必须采用双万向节（或多万向节）传动，并把同传动轴相连的两个万向节叉布置在同一平面，且使两万向节的夹角相等。
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材料力学课程设计五种传动轴静强度、变形及疲劳强度计算(b)班级：11级机械城轨二班姓名：林胜军学号：指导老师：任小平2013年6月目录一.设计目的： (3)二.材料力学课程设计的任务和要求 (3)三．设计题目： (3)四．设计内容 (5)五．程序设计 (20)六、课程设计总结 (23)一.设计目的：本课程设计的目的是在于系统学习完材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立的计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决实际问题的目的。
同时，可以使学生将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。
既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题、解决问题的能力，又为后继课程（零件、专业课等）打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。
具体的有以下六项：1. 使学生的材料力学知识系统化完整化；2. 在全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程中的实际问题；3. 由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学知识与专业需要结合起来；4. 综合运用以前所学习的各门课程的知识，使相关学科的只是有机的联系起来；5. 初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法；6. 为后续课程的教学打下基础二.材料力学课程设计的任务和要求参加设计者要系统复习材料力学课程全部基本理论和方法，独立分析、判断设计题目的已知条件和所求问题，画出受力分析计算简图和内力图列出理论依据并导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出输出结果，并完成设计计算说明书。
三．设计题目：传动轴的材料均为优质碳素结构钢（牌号45），许用应力[σ] =80MPa,经高频淬火处理，σb=650MPa,σ-1 =300MPa，τ-1 =155MPa。
磨削面的表面，键槽均为端铣加工，阶梯轴过度圆弧r均为2mm，疲劳安全系数n =2。
要求：1. 绘出传动轴的受力简图；2. 作出扭矩图和弯矩图；3. 根据强度条件设计等直轴的直径；4. 计算齿轮处轴的挠度（均按直径Φ1的等直杆计算）；5. 对阶梯传动轴进行疲劳强度计算。
（若不满足，采取改进措施使其满足疲劳强度要求）；6. 对所采取数据的理论根据作必要的说明。
说明：1.坐标的选取按图1所示。
2.齿轮上的力F与节圆相切。
3.表中P为直径为D的带轮的传递的功率，P1为直径为D1的带轮传递的功率。
G1为小带轮的重量，G2为大带轮的重量；4. Φ1为静强度条件所确定的轴径，以mm为单位，并取偶数。
设Φ1/Φ2=Φ3/Φ4=Φ2/Φ3=1.1图一：转动轴力学图表一：设计计算数据表组数据P/KW P1/KW n/(r/min) D/㎜D1/㎜D2/㎜G2/N G1/N a/㎜α/°222 9.6 19.1 900770022802250665033004400330图二：传动轴零件图四．设计内容（1）绘出传动轴的受力简图：此传动轴为弯扭组合变形，将各力分解得到上图。
由力矩与功率关系式：Me=9549·得，M x =F2·=9549·=101.85(N·m) F2=291.07NM x1= F1·=9549·=202.65 F1=1447.51NM x2=F·= Mx- Mx1=-100.80 F=-806.36NX-Y平面受力分析：在x=a处列弯矩方程，得3F1·a -G1·a-Fy2·3a+F·cosα·a+G2·4a=0解得：Fy2=1981.40N由Y方向受力平衡得，3F1 +Fy2-Fy1-G1G2-F·cosα2=0解得，Fy1=6072.26NX-Z平面受力分析：在x=a处列弯矩方程得，F·sinα·a+3F2·4a-Fz2·3a=0 解得：Fz2=1029.89N由沿z方向受力平衡得，F z1+F·sinα+3F2- Fz2=0 解得：Fz1=559.86N（2）作扭矩图和弯矩图：扭矩图：绕x 轴的扭矩图剪力图在xoy 平面内：y 轴方向的剪力在yoz 平面内:z 轴方向的剪力弯矩图：在xoy 平面内的弯矩，由Fy在xoz 平面内的弯矩，由Fz 产生:（3）根据强度条件设计等直轴的直径：①求解φ1判断φ1直径轴危险截面(1)当x=a时，Mx=202.65 N·m,My=0,Mz=1617.0 N·m=1629.66 N·m(2) 当x=4a时,Mx=101.85 N·m,My=349.28 N·m,Mz=260 N·m=47.18 N·m所以φ1直径轴的危险截面在x=a处由第三强度理论，σ=·≤[σ]即·[σ]≥得φ1≥59.21mm 取φ=60mm1②求解φ2已知φ1／φ2=1.1，得φ2=54.55 mm,所以可能φ2取54 mm或56 mm 判断φ2直径轴危险截面当x=0.5a时,Mx=202.65 N·m,My=0,Mz=808.50 N·m,=833.51 N·m当x=4.5a时, Mx=101.85 N·m,My=147.64 N·m,Mz=130 N·m=240.36 N·m所以φ2直径轴的危险截面在x=0.5a处由第三强度理论，σ=·≤[σ]即·[σ]≥得φ2≥47.35mm,所以φ2=54mm符合强度条件③求解1.05φ11.05φ1=63 mm，所以可取62 mm或64 mm1.05φ1直径轴危险截面在x=2.5a处,Mx=101.85 N·m,My=255.28 N·m,Mz=538.84 N·m由第三强度理论，σ=·≤[σ]即·[σ]≥得1.05φ1≥42.55mm,所以1.05φ1=62mm符合强度条件④求解1.1φ11.1φ1=66 mm,1.1φ1直径轴危险截面在x=1.5a处,Mx=202.65 N·m,My=111.97 N·m,Mz=1211.07 N·m由第三强度理论，σ=·≤[σ]即·[σ]≥得1.1φ1≥53.95mm,所以1.1φ1=66mm符合强度条件（4）计算D2轮处轴的挠度：X-Y平面内：在x=2a处加向下的单位载荷，其单独作用下弯矩图为：3F1-G1单独作用下弯矩图：F·cosα单独作用下弯矩图：G2单独作用下弯矩图：∴在X-Y平面内x=2a处的挠度为f1=·（·1617.01＋··1617.01+·1617.01·2·a-0.5·279.33·a·a-0.5·27 9.33·2a·a-·260a·a-·260·2a·-·260·）=·106.58=·106.58=0.8mm在X-Z平面内：沿z轴在x=2a处加一单位载荷（沿z轴负方向），其单独作用下弯矩图为：F·sinα单独作用下弯矩图：3F2单独作用下弯矩图：在X-Z平面内x=2a处的挠度为：f2=·（-0.5·107.51a ·a-0.5·107.51·2a ·a-·349.28·a ·a-·349.28·2a ·a-·2a ··349.28·a）=·(-36.31)=·(-36.31)=0.27mm综上，f==0.84mm(5)对传动轴进行强度计算：在本题中，考虑到材料通过了高频淬火处理，所以通过强化方法心部强度σ/MPa表面质量系数β光轴低应力集中系数Kσ≤1.5高应力集中系数Kσ≤1.8～20高频淬火600～800 1.5～1.7 1.6～1.7 2.4～2.8 80～1000 1.3～1.5可知，β 与应力集中的系数有关，所以通过插值法求得β ：本题中材料的σb =650MPa当Kσ≤1.5时，由线性插值得：β=1.625当Kσ≤1.8～20时，由线性插值得：β=2.5 对轴肩处进行校核：当x=0.5a时: =1.1，=0.04，d=54mm查表知：Kσ=1.65，εσ=0.81，β=2.5，Kτ=1.4，ετ=0.76，Ψτ=0.08σmax==52.3MPa，得nσ==7.04τmax==6.56MPa，τmin=0，τa=τm=τmax/2得nτ==57.87nστ==6.98≥n=2,所以，在x=0.5a处的截面满足疲劳强度要求。
当x=1.5a时: =1.1，=0.03，d=60mm查表知：Kσ=1.85，εσ=0.81，β=2.5，Kτ=1.45，ετ=0.76，Ψτ=0.08σmax==57.14MPa，得nσ==5.75 τmax==4.78MPa，τmin=0，τa=τm=τmax/2得nτ==76.91nστ==5.73≥n=2,所以，在x=1.5a处的截面满足疲劳强度要求。
当x=2.5a时:=1.05，=0.03，d=62mm查表知：Kσ=1.85，εσ=0.78，β=2.5，Kτ=1.45，ετ=0.74，Ψτ=0.08σmax==25.50MPa，得nσ==12.40τmax==2.18MPa，τmin=0，τa=τm=τmax/2得nτ==164.81nστ==12.37≥n=2,所以，在x=2.5a处的截面满足疲劳强度要求。
当x=3.5a时:=1.05，=0.03，d=60mm查表知：Kσ=1.85，εσ=0.81，β=2.5，Kτ=1.45，ετ=0.76，Ψτ=0.08σmax==13.60MPa，得nσ==24.15τmax==2.18MPa，τmin=0，τa=τm=τmax/2得nτ==168.84nστ==23.91≥n=2,所以，在x=3.5a处的截面满足要求当x=4.5a时:=1.1，=0.03，d=54mm查表知：Kσ=1.65，εσ=0.81，β=2.5，Kτ=1.4，ετ=0.76，Ψτ=0.08σmax==14.09MPa，得nσ==26.13τmax==3.30MPa，τmin=0，τa=τm=τmax/2得nτ==115.15nστ==25.48≥n=2,所以，在x=4.5a处的截面满足疲劳强度要求。