《軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》課件

軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸系是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中重要的組成部分，它主要用于傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。軸系的設(shè)計(jì)需要考慮多種因素，包括載荷、速度、精度、可靠性等。課程目標(biāo)理論知識(shí)掌握軸系結(jié)構(gòu)的基本概念、設(shè)計(jì)原理和方法。實(shí)際應(yīng)用能夠運(yùn)用軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論，進(jìn)行實(shí)際工程設(shè)計(jì)和計(jì)算。技能提升熟練掌握軸系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)軟件和工具，提高實(shí)際設(shè)計(jì)能力。1.軸系的基本結(jié)構(gòu)軸軸是軸系的中心，負(fù)責(zé)傳遞扭矩和支撐旋轉(zhuǎn)部件。它通常由圓形或方形截面構(gòu)成，表面經(jīng)過(guò)精密加工以確保精度和光滑度。軸承軸承是安裝在軸上的零件，用于減少摩擦、支撐軸，并允許軸自由旋轉(zhuǎn)。它們根據(jù)不同的工作條件和應(yīng)用場(chǎng)景選擇不同的類(lèi)型，如滾珠軸承、滾柱軸承等。連接件連接件用于連接軸和其他零件，如齒輪、飛輪、聯(lián)軸器等。常見(jiàn)連接方式有鍵連接、花鍵連接、螺紋連接等，選擇合適的連接方式取決于具體的應(yīng)用場(chǎng)景和力學(xué)要求。軸的功能與作用傳遞扭矩軸是機(jī)械的重要組成部分，主要用來(lái)傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和扭矩，將動(dòng)力源的能量傳遞到工作部件。支撐旋轉(zhuǎn)部件軸還起著支撐旋轉(zhuǎn)部件的作用，確保機(jī)器的穩(wěn)定運(yùn)行，避免部件之間發(fā)生碰撞或摩擦。定位和引導(dǎo)軸的尺寸和精度決定了旋轉(zhuǎn)部件的精度和定位，為機(jī)器的精細(xì)加工提供必要的保證。連接和固定軸通過(guò)與其他部件的連接，將整個(gè)機(jī)器的各個(gè)部分連接起來(lái)，形成一個(gè)完整的傳動(dòng)系統(tǒng)。軸系的基本構(gòu)成11.軸軸是軸系的核心，傳遞扭矩和支撐旋轉(zhuǎn)部件。22.軸承軸承支撐軸，并允許其自由旋轉(zhuǎn)，減少摩擦。33.鍵鍵連接軸與輪轂，防止它們相對(duì)滑動(dòng)。44.軸承座軸承座固定軸承，并承受來(lái)自軸承的徑向和軸向載荷。軸系的主要參數(shù)1直徑軸的直徑影響強(qiáng)度和剛度。2長(zhǎng)度軸的長(zhǎng)度決定軸承間距。3轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速?zèng)Q定軸的功率。4載荷軸承的載荷決定軸的尺寸。2.軸的強(qiáng)度與剛度設(shè)計(jì)軸在工作中承受扭矩和彎矩，導(dǎo)致應(yīng)力和變形。強(qiáng)度設(shè)計(jì)確保軸在工作負(fù)荷下不發(fā)生斷裂，剛度設(shè)計(jì)確保軸的變形控制在允許范圍內(nèi)。軸的應(yīng)力分析1彎曲應(yīng)力軸的彎曲應(yīng)力是由旋轉(zhuǎn)部件的重量、外力和軸本身的重量引起的，會(huì)導(dǎo)致軸產(chǎn)生彎曲變形。2扭轉(zhuǎn)應(yīng)力軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力由軸傳遞的扭矩引起，會(huì)導(dǎo)致軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形。3組合應(yīng)力軸在實(shí)際工作中通常會(huì)同時(shí)受到彎曲和扭轉(zhuǎn)兩種應(yīng)力的作用，需要考慮組合應(yīng)力的影響。軸的強(qiáng)度校核強(qiáng)度校核是確保軸在工作條件下不會(huì)發(fā)生斷裂或過(guò)大的塑性變形。校核需要考慮軸的材料強(qiáng)度、外力、尺寸等因素，并應(yīng)用相應(yīng)的強(qiáng)度理論進(jìn)行計(jì)算。例如，可以采用最大剪應(yīng)力理論或最大應(yīng)變能理論對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核，確保軸的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。軸的變形及剛度校核軸的剛度指的是軸抵抗變形的能力，是軸系設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)之一。剛度不足會(huì)導(dǎo)致軸產(chǎn)生過(guò)大的變形，影響軸承的正常工作，甚至造成軸的破壞。1最大撓度軸的變形量必須滿足要求2臨界轉(zhuǎn)速軸的轉(zhuǎn)速必須低于臨界轉(zhuǎn)速3剛度校核計(jì)算軸的剛度并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較軸的剛度校核一般包括最大撓度校核和臨界轉(zhuǎn)速校核，確保軸的變形量滿足要求，并避免發(fā)生共振現(xiàn)象。3.軸的材料選擇軸的材料選擇對(duì)軸系的性能至關(guān)重要。合適的材料應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度、耐磨性、耐腐蝕性等要求。軸材料的力學(xué)性能指標(biāo)強(qiáng)度軸材料承受載荷的能力，決定軸的抗彎抗扭強(qiáng)度。硬度軸材料抵抗變形的能力，決定軸的耐磨性和抗疲勞性能。彈性模量軸材料抵抗彈性變形的能力，決定軸的剛度，影響軸的振動(dòng)特性。塑性軸材料承受塑性變形的能力，決定軸的加工性能，影響軸的抗沖擊性能。軸材料的選擇原則強(qiáng)度軸材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，以承受工作載荷和沖擊載荷，防止斷裂或失效。剛度軸材料應(yīng)具有足夠的剛度，以保證軸在工作過(guò)程中不產(chǎn)生過(guò)大的變形，保證運(yùn)轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性。耐磨性軸材料應(yīng)具有良好的耐磨性，以延長(zhǎng)軸的使用壽命，減少磨損和故障。加工性能軸材料應(yīng)具有良好的加工性能，易于切削、磨削和熱處理，提高生產(chǎn)效率。常用軸材料及性能軸材料的選擇直接影響軸系的性能和壽命。常用軸材料包括碳鋼、合金鋼、不銹鋼等。碳鋼具有較好的綜合性能，價(jià)格低廉，適用于一般機(jī)械設(shè)備的軸系。合金鋼具有更高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，適用于高負(fù)荷、高速、高精度要求的軸系。不銹鋼具有良好的耐腐蝕性，適用于腐蝕性環(huán)境下的軸系。4.軸與鍵的連接設(shè)計(jì)軸與鍵的連接是機(jī)械傳動(dòng)中常見(jiàn)的連接方式之一。鍵的作用是傳遞扭矩，并防止軸與輪轂之間發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。鍵的作用和類(lèi)型11.連接軸與輪鍵用來(lái)連接軸與輪轂，使兩者一起旋轉(zhuǎn)，傳遞扭矩和功率。22.防止相對(duì)滑動(dòng)鍵能防止軸與輪轂之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，確保運(yùn)動(dòng)的同步性。33.承受切應(yīng)力鍵承受著軸與輪轂之間傳遞扭矩產(chǎn)生的切應(yīng)力。44.不同類(lèi)型常見(jiàn)的鍵類(lèi)型包括平鍵、半圓鍵、楔鍵、花鍵等，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適類(lèi)型。鍵的強(qiáng)度與尺寸計(jì)算鍵的強(qiáng)度計(jì)算涉及剪切強(qiáng)度和壓潰強(qiáng)度，確保鍵在工作過(guò)程中不會(huì)發(fā)生失效。尺寸計(jì)算則根據(jù)軸的直徑、傳遞扭矩和鍵的材料來(lái)確定鍵的寬度、高度和長(zhǎng)度，以滿足強(qiáng)度要求。計(jì)算參數(shù)公式單位剪切應(yīng)力τ=T/(b*h*d)Pa壓潰應(yīng)力σ=F/(b*l)Pa鍵的寬度b=T/(τ*d*h)mm鍵的高度h=T/(τ*b*d)mm鍵的長(zhǎng)度l=F/(σ*b)mm鍵連接的設(shè)計(jì)要求過(guò)盈配合鍵和軸槽之間應(yīng)采用過(guò)盈配合，保證鍵與軸槽之間緊密接觸，避免松動(dòng)和脫落。尺寸精度鍵和軸槽的尺寸精度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，保證配合精度和傳動(dòng)平穩(wěn)性。強(qiáng)度要求鍵的強(qiáng)度應(yīng)滿足傳動(dòng)扭矩要求，避免因過(guò)載而失效。5.軸承座設(shè)計(jì)軸承座是支撐軸承并將其固定在機(jī)架或機(jī)床上不可缺少的部件。軸承座的主要功能是提供軸承安裝空間，并承受軸承的徑向和軸向載荷。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮軸承座的強(qiáng)度、剛度、密封性能等因素。軸承座的作用和類(lèi)型軸承座用于固定和支撐滾動(dòng)軸承，防止軸承在工作過(guò)程中發(fā)生松動(dòng)和移位。軸承座的類(lèi)型根據(jù)軸承的類(lèi)型、安裝方式、承載能力等因素而有所不同。圓柱形軸承座球面軸承座法蘭式軸承座自對(duì)中軸承座軸承載荷分析徑向載荷(kN)軸向載荷(kN)軸承載荷分析是軸承設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)分析，確定軸承承受的徑向載荷和軸向載荷，為軸承選擇和壽命計(jì)算提供依據(jù)。軸承座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸承座是安裝軸承的支撐結(jié)構(gòu)，承受軸承傳遞的載荷，并確保軸承正常工作。軸承座的設(shè)計(jì)需要考慮軸承類(lèi)型、載荷大小、工作環(huán)境、安裝方式等因素。1材料選擇根據(jù)載荷大小和工作環(huán)境選擇合適的材料。2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)軸承類(lèi)型和安裝方式設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)，保證軸承安裝精度和穩(wěn)定性。3加工精度保證軸承座的加工精度，避免對(duì)軸承造成損傷。4安裝調(diào)試安裝調(diào)試過(guò)程中需要確保軸承座與軸承的配合精度，避免過(guò)緊或過(guò)松。軸系的潤(rùn)滑與密封軸承潤(rùn)滑的目的是減少摩擦，降低磨損，延長(zhǎng)軸系使用壽命。密封的作用是防止?jié)櫥托孤苊馔獠炕覊m和雜質(zhì)進(jìn)入軸承，污染潤(rùn)滑油。軸承潤(rùn)滑方式及選擇潤(rùn)滑方式軸承潤(rùn)滑方式多種多樣，包括油脂潤(rùn)滑、油液潤(rùn)滑、氣體潤(rùn)滑等。選擇潤(rùn)滑方式要考慮軸承類(lèi)型、工作環(huán)境、轉(zhuǎn)速、載荷等因素。選擇原則確保潤(rùn)滑劑能夠有效地降低摩擦、減少磨損、延長(zhǎng)軸承壽命。選擇合適的潤(rùn)滑劑，能夠降低運(yùn)行成本，提高設(shè)備效率。軸系密封的重要性防止泄漏潤(rùn)滑油泄漏，污染環(huán)境，影響設(shè)備性能。防止污染外部灰塵、污垢進(jìn)入軸承，加速磨損，降低使用壽命。保持溫度穩(wěn)定防止熱量散失或外界熱量侵入，影響軸承潤(rùn)滑。常用密封件及其應(yīng)用機(jī)械密封適用于高速、高壓、高溫、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，可有效防止泄漏，提高效率。油封廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、機(jī)械設(shè)備、航空航天等領(lǐng)域，主要用于密封軸承、齒輪、活塞等部件，防止?jié)櫥托孤?。迷宮密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，適用于低壓、低速場(chǎng)合，但密封效果不如機(jī)械密封和油封。7.軸系的制造與裝配軸系制造與裝配是機(jī)械設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)軸系的性能和壽命至關(guān)重要。軸系零件的制造工藝車(chē)削車(chē)削是軸系零件最常用的加工方法之一，用于加工外圓、端面、圓錐面等形狀。銑削銑削適用于加工平面、溝槽、齒輪等形狀，是軸系零件的重要加工手段。磨削磨削可以實(shí)現(xiàn)高精度和高表面光潔度的加工，用于軸系零件的精加工和表面處理。熱處理熱處理可以提高軸系零件的強(qiáng)度和硬度，延長(zhǎng)其使用壽命。軸系的安裝與調(diào)整軸系的安裝過(guò)程需要仔細(xì)操作，確保所有零件準(zhǔn)確對(duì)位，并達(dá)到預(yù)期的間隙和配合要求。安裝過(guò)程中需進(jìn)行必要的調(diào)整，以確保軸系能夠正常