精密机械设计基础 第十章轴
精密机械设计基础答案
1、表征金属材料的力学性能时，主要有哪几项指标？解：表征金属材料的力学性能时，主要指标有：强度（弹性极限、屈服极限、强度极限），刚度、塑性、硬度。
2、金属材料在加工和使用过程中，影响其力学性能的主要因素是什么？解：钢材在加工和使用过程中，影响力学性能的主要因素有：含碳量、合金元素、温度、热处理工艺。
3、常用的硬度指标共有哪些？常用的硬度指标有三种：布氏硬度（HBS）、洛氏硬度（HRC －洛氏C标度硬度）、维氏硬度（HV）。
4、列出低碳钢、中碳钢、高碳钢的含碳量范围是多少？解：低碳钢（ C ≤ 0.25% ）；中碳钢（ 0.25% ＜ C ≤ 0.6% ）；高碳钢（ C ＞0.6% ）5、什么是合金钢？钢中含有合金元素 Mn、Cr、Ni，对钢的性能有何影响？解：冶炼时人为地在钢中加入一些合金元素所形成的钢就是合金钢。
其中加入Mn 可以提高钢的强度和淬透性；加入Cr 可以提高钢的硬度、耐磨性、冲击韧性和淬透性；加入Ni 可以提高钢的强度、耐热性和耐腐蚀性。
6、非铁金属共分几大类？具有哪些主要特性？解：有色金属主要分为以下几类：1 ）铜合金：良好的导电性、导热性、耐蚀性、延展性。
2 ）铝合金：比强度高，塑性好，导热、导电性良好，切削性能良好。
3 ）钛合金：密度小，机械强度高、高低温性能好，抗腐蚀性良好。
7、常用的热处理工艺有哪些类型？解：常用的热处理工艺有：退火、正火、淬火、回火、表面热处理和化学热处理。
8、钢的调质处理工艺过程是什么？其主要目的是什么？解：钢的调质处理工艺指的是淬火加高温回火。
目的是为了获得良好的综合机械性能，即良好的强度、韧性和塑性。
9、镀铬和镀镍的目的是什么？解：镀铬的目的是为了使材料表层获得高的化学稳定性，并具有较高的硬度和耐磨性。
镀镍是为了获得良好的化学稳定性，并具有良好的导电性。
10、选择材料时，应满足哪些基本要求？解：选择材料时主要满足使用要求、工艺要求和经济要求。
11.机构：由两个或两个以上构件通过活动联接形成的构件系统。
《精密机械基础》知识点汇总知识分享
精密机械设计考试重点整理第二章工程材料和热处理低碳钢：含碳≤0.25% 中碳钢：含碳0.25%~0.60% 高碳钢：含碳＞0.60%第四节钢的热处理（P23）普通热处理：退火、正火、淬火、回火表面热处理：表面淬火、化学热处理第四章平面机构的结构分析机构是按一定方式联接的构件组合体。
使两构件直接接触，而又能产生一定相对运动的联接（可动联接）称为运动副。
点接触或线接触的运动副成为高副；面接触的运动副称为低副。
机构运动简图的画法（P67例题4-1）第四节平面机构的自由度构件所具有的独立运动数目称为自由度，做平面运动的自由构件具有三个自由度。
机构自由度计算公式F=3n-2P L-P H自由度等于1的机构，在具有一个原动件时运动是确定的。
机构自由度、原动件数目与机构运动之间的关系：①当F≤0时，构件间不可能具有相对运动；②当F＞0时，原动件数大于机构自由度，机构会遭到损坏；原动件数小于机构自由度，机构运动不确定；③只有当原动件数等于机构自由度时，机构才具有确定的运动。
计算机构自由度时应注意的事项：（P69）①复合铰链：在同一轴线上有两个以上的构件用转动副联接时，则形成复合铰链。
若有m个构件用复合铰链联接时，则应含有（m-1）个转动副。
②局部自由度：在有些机构中，某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动，把这些构件所产生的这种局部运动的自由度称为局部自由度。
③虚约束：在机构中，有些运动副的约束可能与其他运动副的约束重复，因而这些约束对机构的运动实际上并无约束作用，这类约束称为虚约束。
第五节平面机构的组成原理和结构分析高副低代（P71）（什么是高副低代？怎么样代？特殊情况？）不能再拆的最简单的自由度为零的构件称为组成机构的基本杆组。
由二个构件三个低副组成，称之为Ⅱ级杆组，是应用最广的杆组。
平面机构的结构分析（P74）第五章平面连杆机构平面连杆机构是由若干刚性构件用低副（回转副、移动副）联接而成的一种机构，主要作用是用来传递运动、放大位移或改变位移的性质。
机械基础 第十章 轴
转轴的结构
轴向固定
轴肩 或轴环 轴端 挡圈
圆螺母
轴套
弹性 挡圈 紧定螺钉 与挡圈
圆锥面
能消除轴与轮毂间的径向间隙 ，装拆方便，可兼做周向固定。常 与轮端挡圈联合使用，实现零件的 双向固定。适用于有冲击载荷和对 中性要求较高的场合，常用于轴端 零件的固定。
转轴的结构
轴上零件的周向固定
平键 连接
目的——保证轴能可靠地传递运动和转矩， 防止轴上零件与轴产生相对转动。
目的——保证零件在轴上有确定的轴 向位置，防止零件作轴向移动，并能承受 轴向力。
这是一种常用的轴向固定方法。轴 肩或轴环的过渡圆角半径r小于轴上零 件孔端的圆角半径R或倒角C（即r<R或 r<C），这样才能使轴上零件的端面紧 靠定位面。它具有结构简单，定位可靠 和能够承受较大轴向力等优点，广泛应 用于各种轴上零件的固定。
常用于医疗器械和电动手持小 型机具，例如铰孔接头机、刮削机 等。
轴的用途和分类
直轴的分类及特点
心轴
转动心轴 固定心轴
转动心轴
火车轮轴 固定心轴
自行车前轴
用来支承转动的零件，工作 时只承受弯矩作用而不传递动力 。例如车辆用的转动心轴；支承 滑轮用的固定心轴。
轴的用途和分类
直轴的分类及特点
心轴
转轴
传动齿轮轴
传动轴
发动机曲轴
汽车传动轴
轴的用途和分类
二、轴的分类 根据轴心线形状的不同，可以把轴分为直轴、曲轴和挠性钢丝软轴（简称挠性轴）三大类。 生产及生活中常用的是直轴。根据直轴所受的承载情况不同，又可分为心轴、转轴和传动轴三类。
轴的类型及特点
直轴
光轴 阶梯轴
直轴的轴线为一直线。按直轴 外形不同，又分为光轴（直径无变 化）和阶梯轴（直径有变化）。
轴
轴11．1 内容提要本章主要内容包括：1．轴的功用、类型、特点及应用，轴的常用材料；2．轴的结构设计及轴的设计步骤；3．轴的三种强度计算方法：按扭转强度计算；按弯矩、转矩合成强度计算；按疲劳强度进行安全系数校核计算；4．轴的按静强度计算安全系数的方法，轴的刚度计算、振动计算方法。
本章重点内容是轴的结构设计和强度计算，其中结构设计是本章的难点。
11．2 要点分析1．轴的结构设计轴的结构设计，目的就是要确定轴的各段直径d和各段长度l。
确定直径d时，应先根据转矩初算出受转矩段的最小直径，再逐渐放大推出各段直径；各段长度l需根据轴上零件的尺寸及安装要求情况来确定。
轴没有固定的标准结构，设计时应保证：轴和轴上零件有准确的周向和轴向定位及可靠固定；轴上零件便于装拆和调整；轴具有良好的结构工艺性；轴的结构有利于提高其强度和刚度，尤其是减少应力集中。
进行轴的结构设计时，要注意几个具体问题：（以单级斜齿圆柱齿轮减速器输出轴力例）（1）各段配合直径d应符合标准尺寸（GB2822－81），而与滚动轴承、联轴器、油封等标准件配合的轴径（如图1⒈1中轴的①、②、③、⑦段），应符合标准件的内径系列。
（2）注意两种不同台阶的设计：一种台阶是定位用的（如图11－l中轴的①～②段、④～⑤段、⑥～⑦段），这种台阶过低，定位作用差；过高，径向尺寸和应力集中增大，一般高度h＝（2～3）C或R（C、R分别为零件倒角和圆角半径尺寸）。
另一种台阶是为了装配容易通过（如图1⒈1中轴的②～③、③～④段），这种台阶高度很小，一般在直径方向上只差1～3mm 即可。
（3）与轴上零件（如肯轮）相配合的轴段长度l，要比轴上零件的宽度尺寸B短2～3mm （见图11-1），这样才能把轴上零件固定住。
（4）轴的过渡圆角半径r要比相配合的零件的倒角C或圆角半径尺小，这样零件端面才能紧贴轴的台肩，起到定位作用。
（5）为制造方便，同一根轴上的圆角半径、倒角尺寸、中心孔尺寸等应尽量一致，几个平键槽的对称线均应处于同一直线上。
机械设计基础课件_轴
第三节 轴的结构设计
三、结构设计中应考虑的主要问题
（3）轴端挡圈——常与轴肩或锥面联合使用，固定零件 稳定可靠， 能承受较大的轴向力。
注意：轮毂宽度B>轴头长度l ，取l = B- （2~3）mm
第三节 轴的结构设计
三、结构设计中Βιβλιοθήκη 考虑的主要问题（4）圆锥面——装拆方便，可兼作周向固定。宜用于高速、重载及零件对中性
F
F
不合理结构
合理结构
第三节 轴的结构设计
2）使转矩合理分配
输出轮 输入轮
1
下面结构哪个好？
输出轮
输入轮
输出轮
Tmax= T2 + T3 + T4
Tmax= T3 + T4
不合理的布置
合理布置
第三节 轴的结构设计
3）改进轴上零件结构，减轻轴的载荷
卷筒轴既受弯矩又受扭矩
卷筒轴只受弯矩
第三节 轴的结构设计
能，可满足特殊工作要求。多用于高速、重载及要求耐磨性好的场合。
但价格较贵，对应力集中敏感。 20Cr、40Cr、20CrMnTi 3、形状复杂的轴：高强度铸铁及球墨铸铁。球墨铸铁吸振性好， 对应力集中不敏感。常用于凸轮轴、曲轴。
第二节 轴的材料及其选择
注意：钢材
种类 热处理 ∴用 热处理 合金钢 轴的毛坯： 圆钢棒料 锻造毛坯 焊接毛坯 不能提高轴的刚度。
2）轴上零件装配工艺性要求 1.轴的配合直径应圆整为标准值。 2.轴端应有cX45º的倒角。 3.与零件过盈配合的轴端应加工出导向锥面。
° °
a）倒角
b）导向锥面
4.装配段不宜过长。
第三节 轴的结构设计
（四）、提高轴强度和刚度的措施
精密机械设计
精密机械设计第一章精密机械设计的基础知识1、什么是机械？答：一般认为它是“机器”和“机构”的总称2、机器的基本组成要素是什么？答：机械零件3、机器的基本组成部件是什么？答：各种机构4、什么叫部件？答：几个零件的组合体称为部件5、设计精密机械时应满足那些基本要求？答：1、功能要求设计精密机械时首先应满足它的功能要求。
2、可靠性要求要使精密机械在一定的时间内和一定的使用条件下有效的实现预期的功能，则要求其工作安全可靠，操作维修方便。
为此，零件应该具有一定的强度、刚度和振动稳定性等工作能力。
3、精度要求精度是精密机械的一项重要技术指标，设计时必须保证机密机械正常工作时所要求的精度。
4、经济性要求组成精密机械的零、部件能最经济的被制造出来，要求零件结构简单、节省材料、工艺性好，尽量采用标准尺寸和标准件。
5、外观要求设计精密机械时应使其造型美观大方、色泽柔和。
6、强度的概念是什么？答：强度是零件抵抗外载荷作用的能力。
7、什么叫静载荷、变载荷、名义载荷、计算载荷答：静载荷和静应力不随时间变化或变化缓慢的载荷和应力变载荷和变应力随时间作周期性变化的载荷和应力名义载荷在稳定和理想的工作条件下，作用在零件上的载荷计算载荷考虑影响零件强度的各种因素时，将名义载荷乘以某些系数，作为计算时采用的载荷，此载荷称为计算载荷8、什么叫静应力、变应力、应力循环，应力循环的三种形式答：静载荷和静应力不随时间变化或变化缓慢的载荷和应力变载荷和变应力随时间作周期性变化的载荷和应力应力循环应力作周期性变化时，一个周期所对应的应力变化称为应力循环三种形式①当r=-1时，称为对称循环；②当r≠-1时，称为非对称循环；③特例r=0时称为脉动循环9、什么是疲劳极限？何为有限寿命疲劳极限阶段和无限寿命疲劳阶段？答：当循环特性r 一定时，应力循环N 次后，材料不发生疲劳破坏时的最大应力称为疲劳极限，用表示，0N 称为循环基数，0N N ≥区为无限寿命区，0N N ≤区为有限寿命区。
机械基础课件第十章 轴
情感目标
教
学
重
点
难
点
教学重点
轴的分类、结构、要求。
教学难点
轴上零件的固定。
教学
辅助
教具
多媒体
学科资源
课件、模型
教学过程（师生活动、教法、学法）
备注
第一学时：
安全教育：
讲评作业：
复习上讲内容：
讲授新课：§10－1轴的用途和分类
一、轴的分类和应用
作用：用于支承作回转运动的传动零件（如齿轮、带轮、链轮等）、传递运动和动力。
机械基础_学科单元教学计划电子教案10
班级
单元主题
总学时
备注（修改）
轴
2
教
学
内
容
本单元
教学的
主要内容
1.轴的用途与分类。
2.转轴的结构。
教
学
目
标
知识目标
1.了解轴的用途与分类方法。
2了解转轴的结构特点。
1.会分析轴的工艺结构。
2.会判断轴的类型。
1.具备良好的道德品质、职业素养、竞争和创新意识。
2.具有良好的人际交往、团队协作能力及健康的心理。
班级
课题
学时
备注（修改）
§10－1轴的用途和分类§10－2轴的结构
2/2
教
学
内
容
本学时
教学
内容
掌握轴的用途、分类、结构、要求和轴上零件的固定。
教
学
目
标
知识目标
掌握链传动的工作原理
会传动比的计算
1.具备良好的道德品质、职业素养、竞争和创新意识。
2.具有良好的人际交往、团队协作能力及健康的心理。
第10章轴机械设计课件
轴的常用材料及其主要力学性能
应用说明
毛坯直径 硬度 强度极限σb 屈服极限σs 弯曲疲劳极限σ-1 mm HBS MPa
Q235 35 正火 ≤100 ~187
149
440 520
240 270
200 250
用于不重要或 载荷不大的轴 有较好的塑性 和适当的强度， 可用于一般曲 轴、转轴。
自用盘编号JJ321002
双圆螺母
D、轴端到角—保护轴端部、安装导向、确保安全。 见前页图
自用盘编号JJ321002
4、改善轴的受力状况，减小应力集中 1）改善受力状况
图示为起重机卷筒两种布置方案。 A图中大齿轮和卷筒联成一体，转 距经大齿轮直接传递给卷筒，故卷 筒轴只受弯矩而不传递扭矩。图b中 轴同时受弯矩和扭矩作用。故载荷 相同时，图a结构轴的直径要小。
四、轴的主要组成部分： 轴主要由三部分组成： 1、轴颈——轴上被支承的部分； 2、轴头——轴上安装传动件轮毂的部分； 3、轴身——联接轴颈、轴头的部分。 轴身 轴头 轴颈
自用盘编号JJ321002
§10-2
轴的结构设计
一、轴的设计要求 1、保证有足够的强度和适当的刚度； 2、轴上所有零件与轴之间的轴向、周向的定位与固定； 3、轴上零件装、拆方便； 4、良好的工艺性、加工方便、加工精度高、成本低； 二、轴的结构设计 目的：确定轴的合理外形和全部结构尺寸 轴的结构取决于轴上力的大小、方向；轴上零件的固 定、定位要求；轴承的类型及其位置；轴的加工工艺等。 1、轴上零件的周向固定： 固定方式取决于该零件传递扭矩的大小、定心程度要 求、该零件是否需要沿轴向滑移及在轴上的部位等。主要 有以下几种方式：
自用盘编号JJ321002
h C C11 D
《精密机械设计基础》课程教学大纲(本科)
精密机械设计基础(Fundamentals of Precision Machinery Design)课程编号：03410034学分：3.5学时：56 (其中：讲课学时：50实验学时：6上机学时：0)先修课程：工程图学、工程力学适用专业：测控技术与仪器，光信息科学与工程等专业教材：《精密机械设计》，庞振基，机械工业出版社，2004年3月第1版一、课程性质与课程目标(-)课程性质《精密机械设计基础》主要讲授精密机械及仪器仪表中常用机构和零部件的工作原理、适用范围、结构、设计计算方法，以及工程材料、零件几何精度的基础知识等。
具体内容包括精密机械设计的基础知识，工程材料和热处理，零件的几何精度，平面机构的结构分析，平面连杆机构，凸轮机构、摩擦轮和带轮传动，齿轮传动，轴、联轴器、离合器，支承。
本课程强调工程观点、定量运算、实验技能和设计能力的训练，强调理论与实际的结合，提高分析问题、解决问题的能力。
止匕外，由于本课程是一门理论与实践密切结合的设计性课程，在教学过程中，除进行理论讲课外，还安排有习题课、实验课及课程设计等实践性教学环节。
为培养复合型人才奠定了工程基础。
(-)课程目标.能正确描述机械和精密机械的基本概念，及零件的设计方法；1.根据材料的分类，能正确划分常用工程材料；根据各种热处理方法的不同，在实际应用中能正确选用合适的热处理手段；2.能正确计算孔和轴配合的各种尺寸；能在图纸上正确标注形位公差和粗糙度等；.能正确绘制出给定实际机构的运动简图；能对给定的高副机构进行低代处理；能利用机构的组成原理正确进行结构分析；3.根据钱链四杆机构中曲柄存在的条件，由已知条件能求出未知杆长范围；能运用常见钱链四杆机构的设计方法，进行合理设计；.根据凸轮机构从动件常用运动规律，由给定的条件能用图解法设计常见的凸轮机构;4.能正确进行带传动中带的受力分析，能根据给定的工作条件正确选择合适的带传动;.能合理地设计直齿圆柱齿轮传动，并能正确进行校核；能利用适当的方法，正确计算各种轮系的传动比。
机械原理与设计第十章轴
＞100~300 ＞300~500
162~217
580 290 235 560 280 225
135 130
＞500~750 156~217 540 270 215 125
≤200
217~255 650 360 270 155
≤100
241~286 750 550 350 200
＞100~300 229~269 700 500 320 185
轴肩和轴环
轴肩
①定位轴肩 h=(0.07~0.1)d r < C(或R) < h
②非定位轴肩 h=1~2mm 作用：过渡（方便装拆）
轴环 b=1.4h
非定位轴肩
套筒
限制零件间相对位置，不宜用 于较高转速的轴。
轴端挡圈
尺寸要 求
2~3mm 用螺钉将档圈固定在轴的端面； 要与轴肩或锥面配合，固定轴端零件。
转 轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。
按轴的形状分：直轴、曲轴和软轴
光轴 直轴
阶梯轴 曲轴
软轴
原动机
工作机
挠性钢 丝轴
轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航 空发动机的主轴。
二、轴设计的内容
轴的设计：结构设计和工作能力计算。 轴的结构设计——合理地确定轴的结构形式和尺寸； 轴的工作能力计算——轴的强度、刚度和稳定性等方面的计算。
2）不同轴段键槽应布置在同一母线上。
3）装零件的轴端应有倒角。
4）直径相近的轴段，其过渡圆角、倒角、键槽、 退刀槽等结构尺寸尽量统一。
倒角
五、提高轴的强度的措施
（一）改进轴的结构以减少应力集中的影响
在直径变化处，要有过渡圆角， 半径尽可能大，但受到结构限制， 可用内凹圆角结构或加装过渡肩环
精密机械设计基础课后习题简答全
C22-1 表征金属材料的力学性能时，主要有哪几项指标解：表征金属材料的力学性能时，主要指标有：强度（弹性极限、屈服极限、强度极限），刚度、塑性、硬度。
2-2 常用的硬度指标有哪些解：常用的硬度指标有三种：布氏硬度（HBS）、洛氏硬度（HRC－洛氏C标度硬度）、维氏硬度（HV）。
2-3 低碳钢，中碳钢，高碳钢的含碳量范围是多少解：低碳钢（C≤%）；中碳钢（%＜C≤%）；高碳钢（C＞%）2-4 什么是合金钢钢中含合金元素 Mn,Cr,Ni,对钢的性能有何影响解：冶炼时人为地在钢中加入一些合金元素所形成的钢就是合金钢。
其中加入Mn可以提高钢的强度和淬透性；加入Cr可以提高钢的硬度、耐磨性、冲击韧性和淬透性；加入Ni可以提高钢的强度、耐热性和耐腐蚀性。
2-5 非铁金属共分几大类具有哪些主要特性解：有色金属主要分为以下几类：1）铜合金：良好的导电性、导热性、耐蚀性、延展性。
2）铝合金：比强度高，塑性好，导热、导电性良好，切削性能良好。
3）钛合金：密度小，机械强度高、高低温性能好，抗腐蚀性良好。
2-6 常用的热处理工艺有哪些类型解：常用的热处理工艺有：退火、正火、淬火、回火、表面热处理和化学热处理。
2-7 钢的调质处理工艺过程是什么其主要目的是什么解：钢的调质处理工艺指的是淬火加高温回火。
目的是为了获得良好的综合机械性能，即好的强度、韧性和塑性。
2-8 镀铬和镀镍的目的是什么解：镀铬的目的是为了使材料表层获得高的化学稳定性，并具有较高的硬度和耐磨性。
镀镍是为了获得良好的化学稳定性，并具有良好的导电性。
2-9 选择材料时应该满足哪些基本要求解：选择材料时主要满足使用要求、工艺要求和经济要求。
C44-1 何谓运动副和运动副要素运动副如何进行分类解：由两个构件直接接触而组成的可动的连接称为运动副。
两个构件上参与接触而构成运动副的点、线、面等元素被称为运动副要素。
运动副有多种分类方法：按照运动副的接触形式分类：面和面接触的运动副在接触部分的压强较低，被称为低副，而点、线接触的运动副称为高副。
机械设计基础-轴及轴承设计
轴及轴承设计
按照轴的轴线形状,可将轴分为直轴、曲轴和挠性轴。 直轴各轴段轴线为同一直线。 曲轴各轴段轴线不在同一直 线上,主要用于有往复式运动的机械中,如内燃机中的曲轴 (见图10-5)。挠性轴轴线可任意弯曲,可改变运动的传递方向, 常用于远距离控制机构、 仪表传动及手持电动工具中(见图 10-6)。另外还有空心轴、光轴和阶梯轴(见图10-7)。
轴及轴承设计
图10-11 减小轴圆角处应力集中的结构
轴及轴承设计
(2)制造工艺方面。提高轴的表面质量,降低表面粗糙度, 对轴表面采用碾压、喷丸和 表面热处理等强化方法,均可显 著提高轴的疲劳强度。
(3)轴上零件的合理布局。在轴结构设计时,可采取改变 受力情况和零件在轴上的位 置等措施,达到减轻轴载荷,减小 轴尺寸,提高轴强度的目的。
轴及轴承设计
图10-8 轴的结构
轴及轴承设计
在图10-8中,轴各部分的含义: 轴颈:轴与轴承配合处的轴段。 轴头:安装轮毂键槽处的轴段。 轴身:轴头与轴颈间的轴段。 轴肩或轴环:阶梯轴上截面尺寸变化的部位,其中一个尺 寸直径最大称为轴环。
轴及轴承设计
1.轴上零件的定位和固定 轴上零件的定位是为了保证传动件在轴上有准确的安装 位置;固定则是为了保证轴上 零件在运转中保持原位不变。 (1)轴上零件的轴向定位和固定。为了防止零件的轴向 移动,通常采用下列结构形式 实现轴向固定:轴肩、轴环、套 筒、圆螺母和止退垫圈、弹性挡圈、轴端挡圈等。 (2)轴上零件的周向固定。周向固定的目的是为了限制 轴上零件相对于轴的转动,以 满足机器传递扭矩和运动的要 求。常用的周向固定方法有键、花键、销、过盈配合、成型 连 接等,其中以键和花键连接应用最广。
齿轮润滑采用油浴润滑,轴承采用脂润滑。
《精密机械设计基础(第二版)》裘祖荣习题参考答案
第一章 结构设计中的静力学平衡1-1 解：力和力偶不能合成；力偶也不可以用力来平衡。
1-2 解：平面汇交力系可以列出两个方程，解出两个未知数。
取坐标系如图，如图知 ()100q x x = 1-3 解：则载荷q(x) 对A 点的矩为1()()(2)66.7()A M q q x x dx KN m =⋅-≈⋅⎰1-4 解：1）AB 杆是二力杆，其受力方向如图，且 F A ’＝F B ’2）OA 杆在A 点受力F A ，和F A ’是一对作用力和反作用力。
显然OA 杆在O 点受力F O ，F O 和F A 构成一力偶与m 1平衡，所以有 1sin300A F OA m ⋅⋅︒-=代入OA = 400mm ，m 1 = 1N ⋅m ，得 F A =5N 所以F A ’＝F A ＝5N ， F B ’＝ F A ’＝5N ，即 杆AB 所受的力S ＝F A ’＝5N3）同理，O 1B 杆在B 点受力F B ，和F B ’是一对作用力和反作用力，F B ＝F B ’＝5N ；且在O 1点受力F O1，F O1和F B 构成一力偶与m 2平衡，所以有 210B m F O B -⋅= 代入O 1B =600mm ，得 m 2=3N.m 。
1-5 解：1）首先取球为受力分析对象，受重力P ，墙 壁对球的正压力N 2和杆AB 对球的正压力N 1，处于平衡。
有：1sin N P α⋅= 则 1/s i n N P α=2）取杆AB 进行受力分析，受力如图所示， 杆AB 平衡，则对A 点的合力矩为0： 1()cos 0A M F T l N AD α=⋅⋅-⋅=3）根据几何关系有(1cos )sin tan sin a a a AD αααα+=+=最后解得：2211/cos 1sin cos cos Pa Pa T l l αααα+=⋅=⋅- 当2cos cosαα-最大，即α＝60°时，有T min ＝4Pa/l 。
机械基础课件_第十章轴
机械基础 本章小结
总结： 1．轴的用途和分类。
2．转轴的结构要求。 3．轴上零件的轴向固定与周向固定。 4．轴的结构工艺性。
轴身：连接轴头与轴 颈的部分
轴肩或轴环：轴上截 面尺寸变化的部分。
机械基础
轴的结构应满足三方面的要求：
轴上的零件要有可靠的周向固定与轴向固定 轴应便于加工和尽量避免或减小应力集中 便于轴上零件的安装与拆卸
机械基础
一、轴上零件的固定 1．轴上零件的轴向固定
目的：保证零件在轴上有确定的轴向位置，防止零件 作轴向移动，并能承受轴向力。
6）弹性挡圈
7）锁紧挡圈、紧定螺钉或销
机械基础
8）圆锥面（+挡圈、螺母）
2．轴上零件的周向固定
目的：保证轴能可靠地传递运动和转矩，防止轴上零 件与轴产生相对转动。
1）键
2）花键
机械基础
3）紧定螺钉、销
4）过盈配合
机械基础
二、轴上常见的工艺结构
结构工艺性——轴的结构形式应便于加工、便于轴 上零件的装配和便于使用维修，并且能提高生产率，降 低成本。
机械基础
第十章 轴
§10－1 轴的用途和分类 §10－2 转轴的结构
机械基础
机械基础
§10－1 轴的用途和分类
一、用途
支承回转零件（如齿轮、带轮等），传递运动 和动力。
机械基础
二、分类
按轴线形状
直轴
曲轴
挠性钢丝软轴 （简称挠性轴）
按承载情况
心轴 传动轴 转轴
机械基础
§10－2 转轴的结构
轴颈：用于装配轴承的部分 轴头：装配回转零件（如带轮、齿轮）的部分
机械基础
1）轴肩和轴环
精密机械设计基础-第十章轴
图10-3 轴的外形结构设计示例 1—连轴器 2—端盖 3—套筒 4—齿轮 5—滚动轴承 6—调整垫片
3、零件在轴上的固定方法：
（1）轴向固定： 轴肩、轴环、挡环、螺母、套筒等图10－4 （2）周向固定： 用平键、半圆键等 （3）轴向、周向同时固定： 销联接、紧定螺钉联接和压合联接
1）当采用六角头螺栓，
4KT F
(D D1 )zf
式中 D、D1——环形接合面的外径和内径 z —— 螺栓数目 f —— 摩擦系数
根据每个螺栓的预紧力F来校校螺栓的尺寸。
2、套筒联轴器图10－11
3、刚性联轴器优点： 构造简单、价格较低
4、刚性联轴器缺点： •对两轴的对中要求较高 •缺乏缓冲和吸振的能力
Fr
(La Lb
Lv )
48 (15 40
40)
66N
FrB
Fr La Lb
4815 18N 40
校核
FrA Fr FrB
66N (48 18)N
用类似的方法求水平面内的支点反力
FtA 118 .5N FtB 153 .5N
求垂直面内弯矩
M A Fr La 48 15 N mm 720 N mm
三、挠性联轴器
1、无弹性元件挠性联轴器 （1）盘销联轴器图10－12
1）结构
2）空回误差 '
注意： 减小空回误差方法
图10-12 盘销联轴器
（3）轴线不重合引起的传动误差图 10－13
1 2
sin e
sin 2
精密机械设计基础-r10轴、联轴器、离合器
第十章 轴 联轴器 离合器
第十章 轴 联轴器 离合器
第三节 联轴器
特点：结构简单，用于联接两交叉轴。不能传递等 角位移，在转动一周过程中，两轴传动比不能始终 为1。主要用于精度要求不高的传动中。
图 10-15
15
1－万向接头套 2－万向接头环 3－球头轴 4－销杆
第十章 轴 联轴器 离合器
第三节 联轴器
第十章 轴、联轴器、离合器
第十章 轴 联轴器 离合器
参考文献
张策主编，《机械原理与机械设计》 （下册），机械工业出版社，2004
濮良贵主编，《机械设计》，高等教育 出版社，2006
其他机械设计的相关书籍
第十章 轴 联轴器 离合器
第一节 概述
一、轴是轴系的核心零件，一切做回转运动的零件， 只有装在轴上后才能实现其运动。
第二节 轴
轴肩、轴环－简单可靠，不需附加零件，承 受较大轴向力；但使直径增大，阶梯处产生 应力集中。
定位面
内圆角r<R or (C)
a=(0.07~0.1)d, b=1.4a
第十章 轴 联轴器 离合器
第二节 轴
套筒－简单可靠，简化轴的结构且不消弱轴的强度； 常用于轴上两个近距零件间的相对固定；不宜用于 高速转轴；套筒内径与轴的配合较松。
工程－查表法
第十章 轴 联轴器 离合器
第三节 联轴器
联轴器——联结两根轴一同回转，仅在停止时经 拆卸才能将二者分离。
• 联轴器分类： 刚性联轴器——用于两轴严格对中，工作中不
发生相对偏移的地方。 挠性联轴器——用于两轴有相对位移的地方。如
果使用弹性元件，则称弹性联轴器。
• 联轴器的设计选用原则: 拆卸方便、质量较轻、尺寸较小、便于拆卸安装、
机械设计课件 轴
普通碳钢：Q215、Q235、Q255和Q275等
2）合金钢：强度高 ，耐磨性好，可以满足特殊工作要求
20Cr、40Cr、20CrMnTi、35SiMn、38CrMoAlA、 40MnB等 。
3）球墨铸铁：价廉、对应力集中敏感性低，适于复杂外形 的轴
五、轴的结构工艺性
①轴的过渡处应有圆角，为便于加工，过渡圆角处半径尽可 能一致；
②为便于加工，轴上若有两个以上键槽，应布置在同一母线 上，同时键槽的结构尺寸，尽可能一致；
③若轴上有螺纹，应考虑有螺纹推退刀槽；若轴上有磨削， 应有砂轮越程槽;
④轴端应有倒角，便于装拆，Cx450；
⑤轴上零件安装时，所经过的轴段直径都应比该零件孔小；
2、轴的工作能力设计 ①强度计算（防止疲劳折断） ②刚度计算（防止过渡变形） ③磨损计算（防止过量磨损） ④振动计算（防止共振）
3、轴设计的一般过程
估算轴径
初步结构设计
按弯扭合成
强度计算
修正结构设计
按疲劳强度精确核
算
绘制工作图
1.3 轴的材料
对轴材料的要求： 强度、刚度、耐磨性
1）碳素钢：价格低，对应力集中不敏感，可以通过热处理 提高耐磨性
一、拟定轴上零件的装配方 案
对如图所示的圆锥-圆柱齿轮减速 器的输出轴Ⅲ，可拟定如图所 示方案。
二、轴上零件的轴向定位及固定
定位目的 定位方法
(a)轴肩-锁紧挡圈（b）轴肩-弹性挡圈（c）双锁紧挡圈（d）轴肩-套筒
(e)轴肩-圆螺母（f）轴肩-轴端挡圈（g）套筒-轴端挡圈（h）圆锥形轴头-轴端挡圈
（2）以dmin为基础画图，初步确定各段轴直径和长 度
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
写成设计公式，轴的最小直径式：
d ? 3 9.55? 106 P n ? C3 P
0.2[ ?T ]
n
表 10－2中列出几种常用材料的
[τT]
和 C值。
表10-2 轴常用材料的许用切应力和系数C
2、按弯曲和扭转复合强度计算轴径 一般顺序如下（参看图10－7）： 1 ）绘出轴的空间受力简图（见图10－7a）。
求出垂直面和水平面中的支点反力。 2 ）绘出垂直面内的弯矩M 图（见图10－7b）。 3）绘出水平面内的弯矩M 图（见图10－7c）。
图10-7 弯曲和扭转复合强度计算轴I
4 ）利用公式= ，绘出合成弯矩M 图（见图10 －7d）。
5 ）绘出转矩T图（见图10－7e）。
6）利用公式 =，绘出当量弯矩图（见图10 －7f）。
第十章 轴
第一节 第二节 第三节 第四节
概述 轴 联轴器 离合器
第一节 概述
一、轴 1、轴：
零件装在轴上实现回转运动的， 都必须才能其运动。
2、分类： 按所受载荷和应力分为： (1)心轴图10-1a图10-1b (2)转轴图10－2 (3)传动轴
图10-1 心轴
图10-2 转轴
1—端轴头 2—轴头 3—中 轴颈 4—轴身
按轴的中心线形状分： （1 ）直轴 （2 ）曲轴 （3 ）钢丝软轴 二、联轴器和离合器
第二节
轴
一、轴的材料及其选择（表10-1）
根据轴的工作能力，即强度、刚度、和振 动稳定性及耐磨性等要求，以及为实现这 些要求所采用的热处理方式，同时还应考 虑制造工艺等问题。
表10-1 轴常用材料的主要力学性能
式中 ? 据转矩性质而定的校正系数。对于不
? 变矩的，转取矩=，?取??? ?01bb???；=对??于?? ??11bb对；?? 称对循于环脉的动转循矩环，的取转 ? =1。 ?? ?1b ? ?? 0b ? ?? ?分1b ?别为材料在静应力、
脉动循环和对称循环应力状态下的许用弯 曲应力，其值可由表10－3中选取。
绘出轴l的空间受力简图（图10－7a）。
求垂直面内的支点反力：
FrA
?
Fr
? (La Lb
?
Lv )
?
48 ? (15 ? 40) 40
?
66N
FrB
?
Fr ? La Lb
?
表10-3 转轴和心轴的许用弯曲应力
7）计算轴的直径。
由工程力学可知：
受Mv作用时，轴中产生的弯曲应力
? ? b= MV W
?? ?1b ?
式中W——轴的抗弯截面系数，对于实心轴
W= 0.1d 3 Mv——当量弯矩(N·mm)
由上式导出：
d ? ? ? 3 MV 0.1 ? ?1b
当有一个键槽时，将轴径尺寸加大4 ％； 有两个键槽互成 180 时，将轴径尺寸加大 10 ％
图10-4 几种轴向固定的方法
三、轴的强度计算
1、按许用切应力计算轴径
?T?Biblioteka T WT?9.55 ? 106 P n 0.2d 3
? [?T ]
式中?T—— 轴受作用时,轴中产生的切应力
T —— 轴所传递的转矩(N·mm) WT —— (mm3 )
d ——轴的直径
p ——轴传递的功率(Kw)
n ——轴的转速(r/min)
③轴的长度 齿轮轮毅部分长 L1 ? 1.5 d1 ? 15mm取该段轴长。 由标准查出“财? 滚动轴承的宽度
b ? 10mm 。 保证两轴承中心间的距离40mm ，两轴承间
装一套筒，长 L2 ? 30mm。取该段轴的长
l2 ? 49mm
轴环的宽度：
L3
?
1.4 ?
1 2
(d
5
?
d3 )
?
1.4 ?
②轴的直径
上面估算出的d应为轴外伸端d1（图中①处， 余同）和d7的直径，因d1处装有齿轮，d7 处装有皮带轮，故d1和d7，均为配合尺寸， 应取为标准直径，故取d1＝ d7＝ 10mm。 取砂轮越程槽深 O.25mm， d2＝ d6＝ 9.5mm。考虑滚动轴承的装拆，选用滚动 轴承的型号为“6201”，由标准查出装滚动 轴承内圈处的直径d3=12mm，取d4=11.5。 考虑滚动轴承和皮带的轴向固定，取轴环 的直径 d5＝ 16mm。
图10-5 高速摄象机传动简图
解：
1）估算轴的直径
d ? C3 P n
选取轴的材料为45钢，由表10-2取 C=118， 则
d ? 118 ? 3 1.5 ? 9.37mm 3000
2）轴的结构设计 ①轴的外形。 根据轴上零件的定位和装拆要求，设计出 轴的外形结构如图10－6所示。
图10-6 轴I的外形结构图
例题10-1 图10－5为一高速摄影机传动简图。 电动机通过带和齿轮带动反射镜轮转动。 设计Ⅰ轴。已知轴 Ⅰ的输人功率 P ＝ 1.5kW ；轴工的转速 n＝ 3000r ／min ； 张紧带轮时轴 Ⅰ上所受的力=140N ；齿轮 的圆周力＝132N ；齿轮的径向力＝48N ； 两滚动轴承中心间的距离为40mm 。
1 (16 2
? 12)mm ?
2.8mm
故取 l3 ? 3mm
皮带轮轮毂部分长
L3 ? 2d 7 ? 20mm，取该段轴长 l4 ? 19。mm 已知轴的长度，
可定出各力作用点之间的距离
La ? 15mm Lb ? 40mm Lc ? 18mm
3）按弯曲和扭转复合强度计算轴径（图10
l3
－7）。
二、轴的结构设计
1、组成 2、轴的外形结构图10-3a图10-3b 3、零件在轴上的固定方法：
图10-3 轴的外形结构设计示例 1—连轴器 2—端盖 3—套筒 4—齿轮 5—滚动轴承 6—调整垫片
3、零件在轴上的固定方法：
（1）轴向固定： 轴肩、轴环、挡环、螺母、套筒等 图10－4 （2）周向固定： 用平键、半圆键等 （3）轴向、周向同时固定： 销联接、紧定螺钉联接和压合联接
3、轴设计的一般方法：
（1）对于一般形状不甚复杂的轴，直接进行 结构设计。在结构化过程中，进行必要的 校核计算，画出轴的零件工作图。
（2）对于用来传递转矩而不承受弯矩或弯矩 很小的传动轴，按许用切应力计算轴径， 然后进行轴的结构设计。
（3）对于除传递转矩外，还承受弯矩的转轴， 先按许用切应力估算轴的直径（弯矩对轴 的影响用降低许用切应力的方法予以考 虑）。据估算的直径结构设计，再进行弯 扭复合强度计算，最后画出轴的零件工作 图。