51轴 教案.docx
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51轴教案
四川省乐至县高级职业中学
教
师
备
课
本
科目:
机械基础
班级:
2013级7班
教师:
龙美霞
四川省乐至县高级职业中学教导处制
年季
本课程国家职业标准与岗位(群)职业能力分析
国家职业标准(教学大纲)
岗位(群)职业能力分析
乐至县高级职业中学任务教学教学设计
设计时间:
2013-9-13上课时间:
_______________
任务(课题):
轴
课型:
新授课
课时:
8
任务学习
目标
一、知识目标
1、了解轴的功用、分类、常用材料。
2、理解轴上零件的轴向和周向固定方法,熟悉轴的结构工艺性。
二、能力目标
1、能够合理选择轴的材料。
2、能够正确分析轴上结构设计的目的
三、素质目标
1、了解轴的功用和常用轴的材料选用。
2、能结合实际分析轴上个结构的功用,并提出改进措施。
任务
要求
1、熟悉传动轴、芯轴和转轴的区别和轴的常用材料。
2、了解轴上零件的轴向和周向固定方法的特点和结构工艺性。
重难点分析
重点:
1、直轴的分类、轴的功用、轴的常用材料。
2、轴的结构要求及轴向和周向固定方法。
难点:
轴上零件的固定方法,特别是结构工艺性。
任务
路径
(方法手段)
讲授法、实物教具演示、互动法、归纳法,教学步骤:
讲授与教具或实物演示交叉进行,配以课件或加工实况录像,穿插互动、提问与设问,最后小结。
2学时(90分钟)
任务教学师生活动设计
复习
与
任务
导入
机械零件是组成及其的最基本单元,生产中必须按工艺图纸的要求生产出每一个零件,然后再组装成构件和机器,因此必须掌握常用零件的功用、结构特点和加工工艺,才能生产出适合机器使用的零件来。
常用零件可以分为通用零件和专用零件。
专用零件指某些机器上特有的零件,如直升飞机上的螺旋桨;轮船上的螺旋桨;内燃机上的曲轴等。
通用零件是指在各种设备上都共同具有的通用零件,如螺钉、螺帽、轴承、齿轮等等。
本课程只讲通用零件的结构、特点。
通用零件有部分是标准件,即在市场上可以买到的,不必要自己组织生产;而有一部分必须自己生产,但他们具有统一的标准和规格。
教师演示实物,如有可能放生产录像,了解零件的生产过程。
强调学习本章内容要注意贴近实际,联系生活。
任
务
实
践
任
务
小
结
1、按载荷方向直轴可以分为传动轴、芯轴和转轴三种,大多数轴为转轴。
2、一般常见轴为45钢材料,较重要的轴为40Cr经过调质处理。
3、轴向零件的固定方法可分为轴向固定和周向固定两种。
轴肩和键是常用的两种方法,具体要以实际而选用。
4、轴的加工工艺性是由于加工需要而确定的,使为下一步工序而设置的。
任务
布置
问:
根据承载情况下列各轴分别为哪种类型?
教学
后记
备
注
任
务
学
习
引
导
任
务
学
习
引
导
任务一、轴的功用与分类特点(3课时)
1、轴是机器中最重要的零件之一,主要起支撑轴上零件并用以传递运动和扭矩的作用,一切作旋转运动的传动零件,都必须安装在轴上才能实现旋转和传递动力。
(这里注意运动和扭矩的区别。
)
2、轴的分类
(1)、按照轴的轴线形状不同,可以把轴分为曲轴和直轴两大类。
曲轴可以将旋转运动改变为往复直线运动或者作相反的运动转换。
直轴在生产中应用最为广泛,直轴按照其外形不同,可分为光轴和阶梯轴两种。
此外,还可以有一些特殊用途的轴,如凸轮轴(凸轮与轴连成一体的轴),挠性钢丝软轴(由几层紧贴在一起的钢丝层构成的软轴,它可以把扭矩和旋转运动灵活地传到任何位置)等。
(2)、一般常用的是直轴。
根据轴的所受载荷不同,可将轴分为心轴、转轴和传动轴三类。
a.心轴及其应用特点心轴的应用特点是用来支承转动的零件,只受弯曲作用而不传递动力。
车辆用的转动心轴;支承滑轮用的固定心轴。
心轴:
火车的车轮轴
b.转轴及其应用特点转轴的应用特点是既支承转动零件又传递动力,转轴本身是转动的,同时承受弯曲和扭转两种作用。
转轴:
大部分轴为转轴,如自行车中轴、齿轮、皮带轮的轴等等。
c.传动轴及其应用特点传动轴的应用特点是只传送动力,只受扭转作用而不受弯曲作用,或者弯曲作用很小。
传动轴:
汽车方向盘的轴;电风扇的轴
桥式起重机传动轴,可以认为只受扭转作用的传动轴。
(注意:
轴的分类重要要分清传动轴、心轴和转轴,一般轴都是转轴为多,多举例来说明,但所举实例必须使学生能够感受或体验得到的。
如书上所举的例子,或如下:
这里要注意的是三种轴的共同特点都应当是转动轴为前提,在按受力状态来分,要与不转动的梁区分开。
)
任务二、轴的常用材料
轴的材料选用原则,要根据使用条件来选择,应具有足够的强度,疲劳强度,刚度和耐磨性,对应力集中的敏感性小。
轴的材料一般多用中碳钢,如35,45,50等优质中碳钢,其中以45钢应用最广,因为这类钢材价格便宜,对应力集中的敏感性较好,采用适当的热处理方法(调质、正火、淬火)可以改善和提高机械性能,而且还有良好的切削性能。
轴的材料有时用合金钢,如20Cr、40Cr等,用这类材料制成轴,具有承受载荷较大,强度较高,重量较轻及耐磨性较好等特点。
轴的材料还可以用球墨铸铁,它以吸振性、耐磨性和切削加工性能都很好,对应力集中不敏感,强度也能满足要求,可代替钢制造外形复杂的曲轴和凸轮轴,但铸件的品质不易控制,可靠性较差。
注意:
(应介绍常用中碳钢45钢和合金钢40Cr作轴的材料,但是选择合金钢时,必须进行热处理,才能发挥合金钢的优势,否则合金钢对应力的敏感性对轴的强度反而不利。
)
任务三、轴的结构(3课时)
1.轴的主要组成部分
⑴轴颈与轴承配合的轴段。
轴颈的直径应符合轴承的内径系列
⑵轴头支撑传动零件的轴段。
轴头的直径必须与相配合零件的轮毂内径一致,并符合轴的标准直径系列。
⑶轴身连接轴颈和轴头的轴段。
⑷轴肩和轴环阶梯轴上截面变化之处。
2.轴的结构
对于轴的结构,最简单的是光轴,但实际使用中轴上总是需要安装一些零件,所以往往要做成阶梯轴,而各阶梯都有它一定的作用和目的,使轴的结构和各个部位,都具有合理的形状和尺寸。
在考虑轴的结构时,应满足三个方面的要求,即:
安装在轴上的零件,要牢固而可靠地相对固定;轴的结构应便于加工和尽量减少应力集中:
轴上的零件要便于安装和拆卸。
(1)轴上零件的轴向固定
这种固定的作用和目的是为了保证零件在轴上有确定的轴向位置。
防止零件作轴向移动,并能承受翰向力。
一般采用的方法是,利用轴肩、轴环、轴套、圆螺母和轴端挡圈也称为压板等零件,作为轴上零件的轴向固定用。
①轴肩或轴环固定
这是一种常用的轴向固定方法,它具有结构简单,定位可靠和能够承受较大轴向力等优点。
②用轴端挡圈、轴套和圆螺母等固定
轴端挡圈只适用于轴端零件的固定,而且是受轴向力不大的部位。
但它可以承受振动和冲击载荷
为了防止轴端挡圈和螺钉的松动,应采用带有锁紧装置的固定形式,对于无轴肩的,可采用锥形轴端和轴端挡圈联合使用来固定零件。
圆螺母固定零件:
一般在无法采用轴套,或嫌轴套太长而选用的,这种方法通常用在轴的中部或端部。
用圆螺母的优点是装拆方便,固定可靠,能承受较大的轴向力。
缺点是要在轴上切制螺纹,而且螺纹的大径要比套装零件的孔径小,所以一般都切制细牙螺纹。
为了防止圆螺母的松脱,常采用双螺母或加止退垫圈来防松。
轴套(也称套筒)用来作为轴向固定零件,一般用在两个零件的间距较小的场合,主要是依靠位置己定的零件来固定。
利用轴套定位,可以减少轴的直径的变化,在轴上也不需要开槽、钻孔或切制螺纹等,所以可使轴的结构简化,避免削弱轴的强度。
②其它一些轴向固定形式
对受轴向力不大的或是为了防止零件偶然沿轴向窜动的场合,可用圆锥销固定、紧定螺钉固定和弹性挡圈固定等形式。
(2)轴上零件的周向固定
这种固定的作用和目的,是为了保证零件传递扭矩和防止零件与轴产生相对的转动。
在使用时,大多数是采用键或过盈配合等固定形式。
①用键作周向固定
1、采用键联接作为轴上零件的周向固定应用最广,平键、半圆键、楔键和花键等都有应用。
用平键作周向固定,制造简单、装拆方便和对中性好,可用于较高精度、较高转速及受冲击或变载荷作用下的固定联接。
应用平键联接时,为了加工方便,对于在同一轴上轴径相差不大轴段的键槽,应尽可能采用同一规格的键槽尺寸,并且要安排在同一加工直线上,②用过盈配合作周向固定
2、用过盈配合作周向固定常用于轴与轮毂之间的联接,与孔之间产生压力,工作时依靠此压力所产生的摩擦力来传递扭矩这种联接,结构简单,对轴的削弱少,对中性好,但配合面的加工精度要求也较高。
过盈配合的装配,如过盈量不大,一般可用压入法;当过盈量较大时,常用温差法装配。
为了装配方便,轴与孔的接口处的倒角尺寸,均有一定的要求。
3.轴的结构设计应满足的基本要求:
(1)轴的受力合理,有利于提高轴的强度与刚度,有利于节约材料减轻重量。
(2)保证轴上零件定位准确,固定可靠。
(3)轴上零件便于装拆和调整。
(4)具有良好的制造工艺性。
(注意:
轴上零件的固定方法很多,分为轴向和周向固定两种,常用轴向固定的方法是键联接,它具有可拆性,而且可以传递很大的扭矩,应用广泛。
周向固定方法一般选用轴肩或轴套等,要根据实际情况来决定,但要简单方便可靠,易于加工,因此一般轴为阶梯状。
教学是一定要结合课件或录像、教具进行,否则很枯燥无味,学生没有兴趣。
或组织学生进行一次拆装实习,作实践体会,亲手感受。
轴的加工工艺性更难理解,工艺结构要结合车工实习的内容来讲,请同学谈自己实习加工的体会,就比较好懂,中心孔是加工细长轴和为了下一道工序加工准备的;退刀槽是为了加工螺纹退刀防止破坏零件左端面而用的;越程槽是为了磨削后装配零件到位而用的。
总之各种结构都是由于零件的下一道工序准备的。
装配工艺比较难懂,为了方便装配和准确定位而设计的,如30°大倒角是为了顺利安装;两个零件在轴向和径向只能各有一个配合面,不可能做到一个配合面同时有两个面都同时接触,过度要求适得其反,实际上也是达不到要求的。
这里要培养学生要从实际的要求为出发点来考虑问题,也就是理论要联系实际。
教学中配合课件演示教学,可以提高效果。
)
任务四、轴的结构工艺性(2课时)
轴的结构工艺性是指所设计的轴是否便于加工和装配,轴的结构在设计中应注意以下几个问题。
l、轴的形状力求简单,以便于加工和检验,轴上的台阶数不宜过多。
2、轴肩处的过渡圆角半径r应小于零件孔的圆角半径或倒角C:
3、需经磨削加工的表面,在轴肩处应设置砂轮越程槽。
4、轴上若要车螺纹,在螺纹尾部留有退刀槽。
5、轴端应有倒角,必要时为了便于加工定位,轴的两端应设中心孔。
任务五、提高轴的疲劳强度的措施
1.改进轴的结构,降低应力集中,由于轴上的应力集中源,往往是轴产生疲劳破坏的部位,改善轴的抗疲劳强度的常用方法有:
(1)增大圆角半径,如因轴肩定位要求的限制,轴上不允许采用较大圆角时,可以改用凹切圆角或过渡肩环的办法。
(2)采用增大配合直径、轴上开减载槽和毂端开减载槽等方法,以降低零件过盈配合边缘处的应力集中。
2.提高轴的表面质量
采用的方法:
减小轴表面的粗糙度数值,降低刀痕造成的应力集中,即使是自由表面也不容忽视:
对轴表面进行滚压、喷丸等冷加工:
采用高频淬火、渗碳淬火和氮化等热处理强化轴的表层。
任务六、初步计算轴径
开始设计轴时,轴的尺寸如轴颈和轴身直径,都尚未确定,因此只能先初步计算轴的最小直径,然后再确定轴的其它尺寸。
初步计算轴径的步骤:
根据轴径的计算公式:
式中C——决定于轴的材料并考虑弯曲影响的系数,其值表14—1
P——轴传递的功率(KW)
n——轴的转速(r/min)