机械设计基础第十五章轴

机械设计基础第十五章轴汇报人：AA2024-01-18轴概述轴的结构设计轴的材料与热处理轴的强度与刚度计算轴的振动与稳定性轴的设计实例分析01轴概述轴的定义轴是组成机械的一个重要零件，它主要用来支承传动零件（如齿轮、蜗轮等）和传递转矩，起着承载、传递运动和动力的作用。轴的分类根据轴的承载情况，可分为转轴、心轴和传动轴三类。转轴既承受弯矩又承受转矩；心轴只承受弯矩而不承受转矩；传动轴只承受转矩而不承受弯矩或弯矩很小。轴的定义与分类轴通过轴承支承在机架上，使轴上安装的传动件得以保持正确的位置并传递运动和动力。支承作用轴是传递运动和动力的主要零件，它将原动机的动力和运动传递给工作机，使工作机得以正常运转。传递运动和动力轴在机械中的作用轴在传递运动和动力时，必须承受各种载荷的作用，因此要求轴具有足够的强度和刚度，以保证其正常工作而不发生失效。足够的强度和刚度轴与轴承、轴与联轴器等零件有相对运动，要求轴具有良好的耐磨性，以减少磨损和延长使用寿命。良好的耐磨性轴的结构形状应简单、易于加工和装配，以便于生产。同时，轴上各部分的尺寸和形位公差等应符合相应的标准和规范。良好的工艺性轴的结构应合理，以便于安装和拆卸轴上零件，并尽量减少应力集中等不利因素。合理的结构轴的设计要求02轴的结构设计根据零件在轴上的位置和工作要求，选择合适的定位方法，如轴肩定位、套筒定位、圆螺母定位等。为确保零件在轴上的稳定性和可靠性，需采用适当的固定方式，如键连接、花键连接、过盈配合等。轴上零件的定位与固定固定方式定位方法截面形状根据轴的受力情况和设计要求，选择合适的截面形状，如圆形、方形、矩形等。截面尺寸根据轴的强度、刚度及稳定性要求，确定合适的截面尺寸，并进行必要的校核计算。轴的截面形状与尺寸结构合理性轴的结构工艺性轴的结构应简单、紧凑、合理，便于加工和装配。加工精度轴的加工精度直接影响其使用性能和寿命，应根据设计要求选择合适的加工方法和精度等级。为提高轴的力学性能和耐磨性，需进行合适的热处理和表面处理，如淬火、渗碳、喷丸等。热处理及表面处理03轴的材料与热处理具有较好的可加工性和强度，常用于一般传动轴。碳素钢合金钢球墨铸铁具有高强度、耐磨性和耐腐蚀性，适用于承受重载或复杂应力的轴。具有较好的铸造性能、强度和耐磨性，常用于形状复杂的轴。030201轴的材料选择

轴的热处理工艺正火提高轴的硬度和耐磨性，消除内应力。调质使轴获得良好的综合力学性能，提高抗疲劳强度。表面淬火提高轴表面的硬度和耐磨性，保持心部韧性。强度刚度韧性硬度轴的材料力学性能轴在承受载荷时抵抗断裂的能力。轴在冲击载荷下抵抗断裂的能力。轴在受力时抵抗弹性变形的能力。轴表面抵抗局部变形的能力。04轴的强度与刚度计算轴在承受载荷时，必须满足一定的强度条件，即轴的最大工作应力应小于或等于其许用应力。轴的强度条件根据轴的受力分析和强度条件，对轴进行强度校核，以确定其是否能够承受所施加的载荷。轴的强度校核通过采用高强度材料、优化轴的结构设计、降低应力集中等措施，可以提高轴的强度。提高轴强度的措施轴的强度计算轴在承受载荷时，必须满足一定的刚度条件，即轴的最大变形量应小于或等于其许用变形量。轴的刚度条件根据轴的受力分析和刚度条件，对轴进行刚度校核，以确定其是否能够满足使用要求。轴的刚度校核通过增加轴的截面尺寸、采用刚性较大的材料、优化轴的结构设计等措施，可以提高轴的刚度。提高轴刚度的措施轴的刚度计算临界转速的概念当轴在旋转时，如果其转速达到某一特定值，轴将会发生共振现象，此时的转速称为临界转速。临界转速的计算根据轴的材料属性、截面形状和尺寸、支撑方式等参数，可以计算出轴的临界转速。避免临界转速的措施在轴的设计和使用过程中，应采取相应的措施以避免轴在临界转速下工作，如改变轴的结构设计、调整支撑方式等。轴的临界转速05轴的振动与稳定性轴的振动类型与原因轴在受到某些特定的外界激励后，由于系统内部的反馈作用而产生的振动。这种振动的频率通常与系统的固有频率相近，且会逐渐增强，直至达到稳定状态。自激振动当轴受到初始干扰后，在没有任何外界激励的情况下发生的振动。这种振动会逐渐衰减，直至消失。自由振动轴在持续的外界激励作用下产生的振动。这种振动的频率与外界激励的频率相同，且会一直持续下去，除非外界激励消失。受迫振动轴在静止状态下，受到外界干扰后能够恢复到原来位置的能力。静态稳定性主要取决于轴的结构刚度、阻尼以及外界干扰的大小。静态稳定性轴在运动状态下，受到外界干扰后能够保持原有运动状态的能力。动态稳定性不仅与轴的结构刚度、阻尼有关，还与轴的转速、转动惯量以及外界激励的频率和幅值等因素有关。动态稳定性轴的稳定性分析控制外界激励减小或消除外界对轴的激励作用，如平衡旋转部件、降低驱动电机的振动等措施，从而减小轴的受迫振动，提高稳定性。增加轴的刚度通过改变轴的结构形状、增大轴的截面尺寸或选用高强度材料等方法，提高轴的刚度，从而减小轴的振动幅度，提高稳定性。增加阻尼在轴上安装阻尼器或采用高阻尼材料等方法，增加轴的阻尼，从而消耗振动的能量，减小振动的幅度，提高稳定性。优化轴承支撑选用合适的轴承类型、调整轴承间隙以及优化轴承布局等方法，提高轴承对轴的支撑刚度和阻尼，从而减小轴的振动，提高稳定性。提高轴稳定性的措施06轴的设计实例分析输入标题材料选择设计要求实例一：汽车传动轴设计汽车传动轴需要承受扭矩和弯矩的复合作用，同时要求重量轻、强度高、耐疲劳和振动稳定性好。传动轴的制造工艺包括锻造、热处理、机加工和装配等步骤。其中，锻造可以提高材料的致密度和力学性能，热处理可以改善材料的组织和性能。传动轴通常由轴管、伸缩套和万向节组成。轴管用于传递扭矩，伸缩套可以适应传动轴总成长度的变化，万向节则用于改变传动方向。一般采用合金钢或优质碳素钢，如40Cr、45钢等，通过调质或淬火等热处理方式提高强度和韧性。制造工艺结构设计第二季度第一季度第四季度第三季度设计要求材料选择结构设计制造工艺实例二：机床主轴设计机床主轴需要具有高刚度、高精度、高转速和良好的热稳定性等特点，以保证加工精度和效率。一般采用优质合金钢或轴承钢，如GCr15、40Cr等，通过淬火和回火等热处理方式提高硬度和耐磨性。主轴通常采用空心结构以减轻重量，同时配置相应的轴承和润滑系统以支撑和冷却主轴。此外，还需要考虑主轴的动平衡和刚度优化等问题。主轴的制造工艺包括锻造、热处理、精密磨削和装配等步骤。其中，精密磨削是保证主轴精度和表面质量的关键环节。设计要求风力发电机主轴需要承受复杂的风载和自重作用，同时要求具有低振动、低噪音和良好的耐腐蚀性等特点。一般采用高强度不锈钢或钛合金等耐腐蚀材料，以保证在恶劣环境下的长期稳定性。主轴通常采用分段式结构以适应不同长度的叶片安装需求