機械設計課件-軸的概述、結構設計計算及設計實例分析

機械設計課程——軸的概述、結構設計計算及設計實例分析歡迎參加本次機械設計課程，我們將深入探討軸的概述、結構設計計算及設計實例分析。本課程旨在幫助您掌握軸設計的核心知識和實踐技能。1.緒論軸的定義軸是機械中傳遞轉(zhuǎn)矩和承受載荷的重要部件。課程目標掌握軸的設計原理、計算方法和實際應用。學習重點材料選擇、載荷分析、強度計算和結構設計。軸的作用及重要性動力傳遞軸在機械系統(tǒng)中傳遞旋轉(zhuǎn)動力，是動力鏈的關鍵環(huán)節(jié)。承載能力軸承受各種載荷，保證機械系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。連接功能軸連接其他部件，如齒輪、軸承等，構成完整機械結構。軸的分類按形狀分類直軸曲軸凸輪軸按受力情況分類轉(zhuǎn)動軸傳動軸心軸2.軸的材料選擇1材料性能強度、剛度、韌性和耐磨性2加工性能可加工性、熱處理性能3經(jīng)濟性成本效益、可獲得性軸材料的性能要求高強度軸材料必須具有足夠的強度，以承受各種載荷和應力。良好韌性材料應具有適當?shù)捻g性，以防止突然斷裂。耐疲勞性由于軸常受交變載荷，材料必須具有良好的疲勞強度。耐磨性軸與其他部件接觸部位需要具有良好的耐磨性。常用軸材料及其性能材料強度韌性耐磨性碳素鋼中高中合金鋼高中高不銹鋼中高高軸材料的熱處理1退火消除內(nèi)應力，提高加工性能。2正火細化晶粒，提高強度和韌性。3淬火提高硬度和耐磨性。4回火消除脆性，提高韌性。3.軸的載荷分析識別作用力確定軸上所有外部作用力和力矩。建立受力圖繪制軸的受力分析圖，包括軸向力、徑向力和扭矩。計算內(nèi)力利用力學原理計算軸各截面的內(nèi)力和內(nèi)力矩。確定危險截面分析內(nèi)力分布，確定軸的危險截面位置。軸上傳遞的力與力矩軸向力沿軸線方向作用的力，如螺旋槳推力。徑向力垂直于軸線的力，如齒輪嚙合力。扭矩繞軸線旋轉(zhuǎn)的力矩，用于傳遞動力。彎矩由徑向力產(chǎn)生的使軸彎曲的力矩。軸上的應力狀態(tài)分析正應力軸向拉壓應力彎曲正應力切應力扭轉(zhuǎn)切應力剪切應力4.軸的強度設計計算1確定計算模型建立軸的受力模型和簡化假設。2載荷分析計算軸各截面的內(nèi)力和應力。3強度校核進行抗拉、抗彎和抗扭強度校核。4優(yōu)化設計根據(jù)校核結果調(diào)整軸的尺寸和結構?？估瓘姸刃：擞嬎爿S向應力σ=F/A，其中F為軸向力，A為截面面積。確定許用應力[σ]=σs/n，σs為材料屈服強度，n為安全系數(shù)。強度條件σ≤[σ]，確保軸向應力不超過許用應力。抗彎強度校核1計算彎矩利用力學方法計算軸各截面的彎矩M。2確定截面系數(shù)計算軸截面的抗彎截面系數(shù)W。3計算彎曲應力σb=M/W，求得最大彎曲應力。4強度校核確保σb≤[σb]，[σb]為許用彎曲應力。抗扭強度校核扭轉(zhuǎn)切應力計算τ=T/Wp，T為扭矩，Wp為極截面系數(shù)。強度校核條件τ≤[τ]，[τ]為許用切應力。5.軸的剛度設計變形控制確保軸的變形在允許范圍內(nèi)，保證精度。振動控制避免軸的共振，保證運行平穩(wěn)性。強度保證在滿足剛度要求的同時，確保強度充足。軸的最大撓度計算建立模型簡化軸為梁模型，確定支撐和載荷。選擇方法根據(jù)具體情況選擇合適的撓度計算方法。計算撓度利用材料力學公式計算最大撓度。校核確保最大撓度不超過允許值。軸的臨界轉(zhuǎn)速計算臨界轉(zhuǎn)速定義軸的自然頻率與轉(zhuǎn)速相等時的轉(zhuǎn)速，可能導致共振。計算方法利用Dunkerley公式或Rayleigh方法計算臨界轉(zhuǎn)速。安全轉(zhuǎn)速范圍工作轉(zhuǎn)速應遠離臨界轉(zhuǎn)速，通常不超過臨界轉(zhuǎn)速的70%。6.軸的結構設計軸肩、軸頸的設計軸肩設計確定軸肩直徑選擇過渡圓角半徑考慮應力集中軸頸設計根據(jù)軸承選擇軸頸尺寸考慮表面粗糙度要求確保與軸承的配合精度鍵槽、鍵的設計鍵的類型選擇根據(jù)載荷和使用條件選擇平鍵、楔鍵或花鍵。鍵槽尺寸確定根據(jù)軸徑選擇標準鍵槽尺寸。鍵長度計算基于傳遞扭矩計算所需的最小鍵長。強度校核檢查鍵的剪切強度和軸的擠壓強度。軸承座的設計支撐功能為軸承提供穩(wěn)定可靠的支撐。定位精度確保軸承的正確定位和對準。散熱考慮設計適當?shù)纳峤Y構，延長軸承壽命。維護便利便于軸承的安裝、拆卸和維護。7.軸的設計實例分析2設計實例通過實際案例學習軸的設計過程和方法。5設計步驟每個實例包含詳細的設計步驟和計算過程。10設計參數(shù)分析影響軸設計的關鍵參數(shù)和考慮因素。某減速機輸出軸設計1需求分析確定減速機的功率、轉(zhuǎn)速和使用環(huán)境。2初步設計選擇材料，確定軸的初步尺寸。3載荷分析計算軸上的扭矩、彎矩和軸向力。4強度校核進行靜強度和疲勞強度校核。5剛度檢查計算軸的撓度和臨界轉(zhuǎn)速。6結構優(yōu)化根據(jù)計算結果優(yōu)化軸的結構設計。某電機主軸設計設計要點高速運轉(zhuǎn)要求精密加工需求溫升控制關鍵計算動平衡分析熱變形計算軸承選型8.課程總結1軸的重要性軸是機械系統(tǒng)的核心部件2設計原則強度、剛度和結構的綜合考慮3計算方法掌握各種強度和剛度計算技巧4實踐應用通過實例學習實際設計流程軸設計的關鍵要點全面分析考慮軸的工作條件、環(huán)境因素和使用要求。合理選材根據(jù)性能要求和經(jīng)濟性選擇適當?shù)妮S材料。精確計算進行詳細的強度、剛度和振動分析。優(yōu)化結構在滿足功能的前提下，優(yōu)