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2024年机械设计基础课程教案讲义轴的设计

教案

一、教学内容

本节课选自《机械设计基础》教材第四章第二节，主题为轴的设

计。详细内容包括：轴的类型与结构特点、轴的材料选择、轴的强度

计算、轴的刚度计算、轴的振动分析等。

二、教学目标

1.理解并掌握轴的类型、结构特点及其在机械系统中的应用。

2.学会根据工作条件选择合适的轴材料，并进行轴的强度和刚度

计算。

3.了解轴的振动原因及防治措施，提高轴的设计水平。

三、教学难点与重点

重点：轴的材料选择、强度计算、刚度计算。

难点：轴的振动分析及防治措施。

四、教具与学具准备

1.教具：PPT、黑板、粉笔。

2.学具：计算器、教材、笔记本。

五、教学过程

1.实践情景引入（5分钟）：通过展示不同类型的轴及其在机械

设备中的应用，激发学生对轴设计的学习兴趣。

详细内容：介绍汽车传动轴、涡轮轴、曲轴等轴的类型及结构

特点。

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2.理论讲解（15分钟）：讲解轴的材料选择、强度计算、刚度计

算及振动分析。

详细内容：

（1）轴的材料选择：介绍常用轴材料及其性能，如碳钢、合

金钢等。

（2）轴的强度计算：讲解轴的扭转强度、弯曲强度计算方

法。

（3）轴的刚度计算：介绍轴的扭转刚度、弯曲刚度计算方

法。

（4）轴的振动分析：分析轴振动的原因、危害及防治措施。

3.例题讲解（15分钟）：讲解一道轴的设计计算题，巩固所学知

识。

详细内容：某汽车传动轴设计计算。

4.随堂练习（10分钟）：布置一道轴设计计算题目，让学生独立

完成。

详细内容：某涡轮轴设计计算。

六、板书设计

1.轴的类型与结构特点

2.轴的材料选择

3.轴的强度计算

4.轴的刚度计算

5.轴的振动分析

七、作业设计

1.作业题目：

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（1）简述轴的类型及结构特点。

（2）某轴的材料为45钢，直径为50mm，工作扭矩为

1000N·m，试计算其扭转强度。

（3）某轴的材料为40Cr，直径为60mm，工作弯矩为

1000N·m，试计算其弯曲强度。

2.答案：

（2）扭转强度计算公式：τ=T/(πd^3/16)，其中T为扭

矩，d为轴径。代入数据计算得：τ=1000/(π×50^3/16)≈

0.39MPa。

（3）弯曲强度计算公式：σ=M/(W×d)，其中M为弯矩，W

为轴的抗弯截面模量，d为轴径。40Cr的弯曲疲劳极限σ1=510MPa，

取安全系数n=1.5，则许用应力[σ]=σ1/n=510/1.5≈

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