轴的分类、常用材料和扭转电子教案

17—9.1 【课题名称】

轴的分类、常用材料和扭转 【教学目标与要求】

一、 知识目标

1 .了解轴的分类和常用材料。

2 .熟悉按扭转强度估算轴径和校核轴的直径。 二、 能力目标

1 .能够正确选择轴的常用材料。 2 .能够按功率和转速估算轴的最小直径。 3 .能够用扭转和弯曲强度校核轴径。 三、 素质目标

1 .能够按载荷方向判断轴的类别。 2 .会估算轴的最小直径。 四、 教学要求

1 .了解轴的功用及分类和常用材料。

2 .熟悉扭矩计算公式，并按扭矩估算最小轴径。 3 .能进行扭转和弯曲应力校核轴径。 【教学重点】

1 .按载荷情况分类和常用材料。

2 .能估算最小轴径，会按剪切应力校核轴径。

【难点分析】

1.铸铁材料的机械性能较差，为什么还能用作轴的材料，学生可能较难理解，要从球墨铸铁的特性来分析。

2.最小直径的估算在轴系设计中的作用也是难点。 【分析学生】

由于学生对球墨铸铁的特性认识不足，对应用球墨铸铁作为轴的材料有些意外。每一种金属都有自己的优点，取之长处为己所用是选用球墨铸铁的原因。按扭矩强度校核轴的直径，实际上是材料力学知识在零件设计中的应用。 【教学思路设计】

多举实例作比较来分析轴的分类。由于轴受扭矩和弯矩的联合作用，有韧性和强度要求，所以常选用中碳钢作为轴的材料。强度设计只是材力知识的复习与实际应用。 【教学安排】

2学时（90分钟） 【教学过程】

一、 轴的功用与分类

轴的功用是支承轴上的零件，并传递运动和动力。按照轴所受载荷的情况不同，可以分为以下三种：

1. 传动轴 如图9—1所示，该传动轴将内燃机的扭矩通过AB传动轴传给后轮，传动轴工作时只受扭矩的作用，并不承受弯矩。如自行车的中轴也是传动轴。

2. 心轴 如图9—2所示。该轴只受弯矩作用而不受扭矩。 3. 转矩 如图9—3所示，该轴不仅受到弯曲作用，同时也受到扭矩的联合作用，大部分阶梯轴都属于转轴。

如果按轴的几何形状，可分为成直轴、曲轴、空心轴和软轴。 二、 轴的材料

轴的失效形式主要是是疲劳破坏，常用的材料为：

1. 碳素钢 以45钢应用最广，常用正火、调质等热处理以提高力学性能。

2. 合金钢 以40Cr为常用，但必须进行调质热处理才能发挥合金钢的优势。

3. 球墨铸铁 由于球墨铸铁具有较高的强度，且有良好的耐磨性和吸振性，常用作曲轴，如表9—1。

三、 轴的扭转 1. 转矩T的计算

T＝9550 P/n n·m

2. 轴的最小直径估算

在作轴的设计时，开始仅知道轴所传递的功率、转速和所用的材料，只能按照扭矩进行估算出最小的直径，然后按结构要求确定各段直径和长度。按材料力学的扭转剪切应力计算满足强度的最小直径为：

max=T/Wn=（9550P/n）/0.2d3

C值取决于轴的材料，见表9—3，常取中间值。

轴的直径上如果开有键槽，将削弱轴的强度，应增大5％左右，计算后要从表9—4中选出标准值。

在实际工作中，常以经验公式取代理论计算，取：d=(0.8—1.2)倍的电机直径，或按齿轮中心距的(0.3—0.4)倍选取。

例题选用书中例9—3。 四、 轴的弯曲

1. 按材料力学计算方法作出弯矩图，确定需要校核某轴段处的最大弯矩值。

2. 校核轴的弯曲强度 Σmax=M/Wz≤[σb]1

通常心轴的弯曲应力按对称循环变化计算，见表9—5。Wz的值查表9—2。对于实心轴，取Wz＝0.1d3，即可以求出满足弯矩条件下的最小直径为：

M/0.1d3≤[σb]1

d310Mb1

例题选用书中例9—7。 五、小结。

1． 轴按承载情况可分为三种类型，以转轴为常用。

2． 轴的常用材料是中碳钢和中碳合金钢，都应进行热处理，以提高力学性能。

3． 轴的弯曲和扭转强度的验算应用材料力学的计算方法。 六、布置作业

P178 习题9—1、2、5、6、7、9