機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第十五章軸

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第十五章軸匯報(bào)人：AA2024-01-18軸概述軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的材料與熱處理軸的強(qiáng)度與剛度計(jì)算軸的振動與穩(wěn)定性軸的設(shè)計(jì)實(shí)例分析01軸概述軸的定義軸是組成機(jī)械的一個重要零件，它主要用來支承傳動零件（如齒輪、蝸輪等）和傳遞轉(zhuǎn)矩，起著承載、傳遞運(yùn)動和動力的作用。軸的分類根據(jù)軸的承載情況，可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸三類。轉(zhuǎn)軸既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩；心軸只承受彎矩而不承受轉(zhuǎn)矩；傳動軸只承受轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩或彎矩很小。軸的定義與分類軸通過軸承支承在機(jī)架上，使軸上安裝的傳動件得以保持正確的位置并傳遞運(yùn)動和動力。支承作用軸是傳遞運(yùn)動和動力的主要零件，它將原動機(jī)的動力和運(yùn)動傳遞給工作機(jī)，使工作機(jī)得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。傳遞運(yùn)動和動力軸在機(jī)械中的作用軸在傳遞運(yùn)動和動力時，必須承受各種載荷的作用，因此要求軸具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證其正常工作而不發(fā)生失效。足夠的強(qiáng)度和剛度軸與軸承、軸與聯(lián)軸器等零件有相對運(yùn)動，要求軸具有良好的耐磨性，以減少磨損和延長使用壽命。良好的耐磨性軸的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)簡單、易于加工和裝配，以便于生產(chǎn)。同時，軸上各部分的尺寸和形位公差等應(yīng)符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。良好的工藝性軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)合理，以便于安裝和拆卸軸上零件，并盡量減少應(yīng)力集中等不利因素。合理的結(jié)構(gòu)軸的設(shè)計(jì)要求02軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)零件在軸上的位置和工作要求，選擇合適的定位方法，如軸肩定位、套筒定位、圓螺母定位等。為確保零件在軸上的穩(wěn)定性和可靠性，需采用適當(dāng)?shù)墓潭ǚ绞?，如鍵連接、花鍵連接、過盈配合等。軸上零件的定位與固定固定方式定位方法截面形狀根據(jù)軸的受力情況和設(shè)計(jì)要求，選擇合適的截面形狀，如圓形、方形、矩形等。截面尺寸根據(jù)軸的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性要求，確定合適的截面尺寸，并進(jìn)行必要的校核計(jì)算。軸的截面形狀與尺寸結(jié)構(gòu)合理性軸的結(jié)構(gòu)工藝性軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、緊湊、合理，便于加工和裝配。加工精度軸的加工精度直接影響其使用性能和壽命，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇合適的加工方法和精度等級。為提高軸的力學(xué)性能和耐磨性，需進(jìn)行合適的熱處理和表面處理，如淬火、滲碳、噴丸等。熱處理及表面處理03軸的材料與熱處理具有較好的可加工性和強(qiáng)度，常用于一般傳動軸。碳素鋼合金鋼球墨鑄鐵具有高強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性，適用于承受重載或復(fù)雜應(yīng)力的軸。具有較好的鑄造性能、強(qiáng)度和耐磨性，常用于形狀復(fù)雜的軸。030201軸的材料選擇

軸的熱處理工藝正火提高軸的硬度和耐磨性，消除內(nèi)應(yīng)力。調(diào)質(zhì)使軸獲得良好的綜合力學(xué)性能，提高抗疲勞強(qiáng)度。表面淬火提高軸表面的硬度和耐磨性，保持心部韌性。強(qiáng)度剛度韌性硬度軸的材料力學(xué)性能軸在承受載荷時抵抗斷裂的能力。軸在沖擊載荷下抵抗斷裂的能力。軸在受力時抵抗彈性變形的能力。軸表面抵抗局部變形的能力。04軸的強(qiáng)度與剛度計(jì)算軸在承受載荷時，必須滿足一定的強(qiáng)度條件，即軸的最大工作應(yīng)力應(yīng)小于或等于其許用應(yīng)力。軸的強(qiáng)度條件根據(jù)軸的受力分析和強(qiáng)度條件，對軸進(jìn)行強(qiáng)度校核，以確定其是否能夠承受所施加的載荷。軸的強(qiáng)度校核通過采用高強(qiáng)度材料、優(yōu)化軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、降低應(yīng)力集中等措施，可以提高軸的強(qiáng)度。提高軸強(qiáng)度的措施軸的強(qiáng)度計(jì)算軸在承受載荷時，必須滿足一定的剛度條件，即軸的最大變形量應(yīng)小于或等于其許用變形量。軸的剛度條件根據(jù)軸的受力分析和剛度條件，對軸進(jìn)行剛度校核，以確定其是否能夠滿足使用要求。軸的剛度校核通過增加軸的截面尺寸、采用剛性較大的材料、優(yōu)化軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等措施，可以提高軸的剛度。提高軸剛度的措施軸的剛度計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速的概念當(dāng)軸在旋轉(zhuǎn)時，如果其轉(zhuǎn)速達(dá)到某一特定值，軸將會發(fā)生共振現(xiàn)象，此時的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算根據(jù)軸的材料屬性、截面形狀和尺寸、支撐方式等參數(shù)，可以計(jì)算出軸的臨界轉(zhuǎn)速。避免臨界轉(zhuǎn)速的措施在軸的設(shè)計(jì)和使用過程中，應(yīng)采取相應(yīng)的措施以避免軸在臨界轉(zhuǎn)速下工作，如改變軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、調(diào)整支撐方式等。軸的臨界轉(zhuǎn)速05軸的振動與穩(wěn)定性軸的振動類型與原因軸在受到某些特定的外界激勵后，由于系統(tǒng)內(nèi)部的反饋?zhàn)饔枚a(chǎn)生的振動。這種振動的頻率通常與系統(tǒng)的固有頻率相近，且會逐漸增強(qiáng)，直至達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。自激振動當(dāng)軸受到初始干擾后，在沒有任何外界激勵的情況下發(fā)生的振動。這種振動會逐漸衰減，直至消失。自由振動軸在持續(xù)的外界激勵作用下產(chǎn)生的振動。這種振動的頻率與外界激勵的頻率相同，且會一直持續(xù)下去，除非外界激勵消失。受迫振動軸在靜止?fàn)顟B(tài)下，受到外界干擾后能夠恢復(fù)到原來位置的能力。靜態(tài)穩(wěn)定性主要取決于軸的結(jié)構(gòu)剛度、阻尼以及外界干擾的大小。靜態(tài)穩(wěn)定性軸在運(yùn)動狀態(tài)下，受到外界干擾后能夠保持原有運(yùn)動狀態(tài)的能力。動態(tài)穩(wěn)定性不僅與軸的結(jié)構(gòu)剛度、阻尼有關(guān)，還與軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動慣量以及外界激勵的頻率和幅值等因素有關(guān)。動態(tài)穩(wěn)定性軸的穩(wěn)定性分析控制外界激勵減小或消除外界對軸的激勵作用，如平衡旋轉(zhuǎn)部件、降低驅(qū)動電機(jī)的振動等措施，從而減小軸的受迫振動，提高穩(wěn)定性。增加軸的剛度通過改變軸的結(jié)構(gòu)形狀、增大軸的截面尺寸或選用高強(qiáng)度材料等方法，提高軸的剛度，從而減小軸的振動幅度，提高穩(wěn)定性。增加阻尼在軸上安裝阻尼器或采用高阻尼材料等方法，增加軸的阻尼，從而消耗振動的能量，減小振動的幅度，提高穩(wěn)定性。優(yōu)化軸承支撐選用合適的軸承類型、調(diào)整軸承間隙以及優(yōu)化軸承布局等方法，提高軸承對軸的支撐剛度和阻尼，從而減小軸的振動，提高穩(wěn)定性。提高軸穩(wěn)定性的措施06軸的設(shè)計(jì)實(shí)例分析輸入標(biāo)題材料選擇設(shè)計(jì)要求實(shí)例一：汽車傳動軸設(shè)計(jì)汽車傳動軸需要承受扭矩和彎矩的復(fù)合作用，同時要求重量輕、強(qiáng)度高、耐疲勞和振動穩(wěn)定性好。傳動軸的制造工藝包括鍛造、熱處理、機(jī)加工和裝配等步驟。其中，鍛造可以提高材料的致密度和力學(xué)性能，熱處理可以改善材料的組織和性能。傳動軸通常由軸管、伸縮套和萬向節(jié)組成。軸管用于傳遞扭矩，伸縮套可以適應(yīng)傳動軸總成長度的變化，萬向節(jié)則用于改變傳動方向。一般采用合金鋼或優(yōu)質(zhì)碳素鋼，如40Cr、45鋼等，通過調(diào)質(zhì)或淬火等熱處理方式提高強(qiáng)度和韌性。制造工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第二季度第一季度第四季度第三季度設(shè)計(jì)要求材料選擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造工藝實(shí)例二：機(jī)床主軸設(shè)計(jì)機(jī)床主軸需要具有高剛度、高精度、高轉(zhuǎn)速和良好的熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)，以保證加工精度和效率。一般采用優(yōu)質(zhì)合金鋼或軸承鋼，如GCr15、40Cr等，通過淬火和回火等熱處理方式提高硬度和耐磨性。主軸通常采用空心結(jié)構(gòu)以減輕重量，同時配置相應(yīng)的軸承和潤滑系統(tǒng)以支撐和冷卻主軸。此外，還需要考慮主軸的動平衡和剛度優(yōu)化等問題。主軸的制造工藝包括鍛造、熱處理、精密磨削和裝配等步驟。其中，精密磨削是保證主軸精度和表面質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸需要承受復(fù)雜的風(fēng)載和自重作用，同時要求具有低振動、低噪音和良好的耐腐蝕性等特點(diǎn)。一般采用高強(qiáng)度不銹鋼或鈦合金等耐腐蝕材料，以保證在惡劣環(huán)境下的長期穩(wěn)定性。主軸通常采用分段式結(jié)構(gòu)以適應(yīng)不同長度的葉片安裝需求