《轴力与应力计算》课件

轴力与应力计算轴力是作用于杆件轴线方向上的外力。应力是杆件截面上单位面积所受到的内力，通常用于衡量杆件的强度。课程介绍课程目标本课程旨在帮助学生理解轴力与应力的概念和计算方法，掌握轴的设计和强度校核方法，为后续学习机械设计课程打下基础。课程内容课程涵盖轴的概念、轴的受力分析、轴的应力计算、轴的强度校核、轴的设计、轴承的选择和轴系分析等内容。课程特色本课程采用理论讲解与案例分析相结合的教学方法，并辅以实验演示，使学生能够更加深入地理解知识。学习建议建议学生认真预习课程内容，积极参与课堂讨论，并认真完成课后作业，以巩固所学知识。主要内容轴承的应力分析分析轴承受到的载荷和应力，确保其正常运行。轴的设计与计算根据工作需求，设计合适的轴，并进行应力、强度校核。轴承的失效分析了解轴承失效的原因，并采取措施，提高其可靠性。轴承寿命评估评估轴承的寿命，以确保机械设备的正常运行。1.轴的概念定义轴是机械传动系统中的重要组成部分。它主要用于支撑旋转部件，传递扭矩和动力。分类轴按其形状、用途和结构可分为多种类型。常见的分类包括：光轴、阶梯轴、曲轴、凸轮轴等。1.1轴的定义旋转支撑轴是机械零件中的重要组成部分，主要用于支撑旋转运动部件，并传递扭矩和载荷。圆柱形或锥形轴通常采用圆柱形或锥形结构，其尺寸根据具体应用和受力情况而定。力传递通道轴通过其上的零件传递力，例如齿轮、轮毂、皮带轮等，将动力传递到其他机构或设备。1.2轴的分类11.光轴光轴是旋转的，它可以用于各种机械设备，如发动机、变速箱和泵。22.传动轴传动轴用于将动力从一个部件传递到另一个部件，例如汽车中的传动轴。33.曲轴曲轴用于将旋转运动转换为往复运动，例如在内燃机中。44.凸轮轴凸轮轴用于控制气门的开启和关闭，例如在发动机中。2.轴的受力分析轴的受力轴承受力的主要形式是轴向力、径向力和扭矩。轴向力是作用在轴线方向上的力，例如齿轮或轴承产生的力。径向力是垂直于轴线方向的作用力，例如轴承的径向载荷。扭矩是作用在轴上的力矩，例如齿轮传递的扭矩。受力分析受力分析是确定轴在各种载荷作用下的应力分布和强度。通过受力分析可以确定轴的强度是否满足设计要求，以及是否需要对轴进行强化设计。2.1轴的作用力轴向力轴向力是指作用在轴线方向上的力。它会导致轴发生轴向拉伸或压缩变形。径向力径向力是指作用在轴线垂直方向上的力。它会导致轴发生弯曲变形。扭矩扭矩是指作用在轴上使轴发生扭转的力矩。它会导致轴发生扭转变形。2.2轴的正应力和切应力正应力当轴受到拉伸或压缩载荷时，会产生正应力，它垂直于轴的横截面。切应力当轴受到扭转载荷时，会产生切应力，它平行于轴的横截面。3.轴的应力计算1应力定义轴的正应力和切应力2应力计算公式公式需考虑材料和载荷3应力分析应力分布和最大应力轴的应力计算是机械设计中的重要环节，它可以帮助我们评估轴的承载能力，并设计出安全可靠的轴。应力计算需要考虑轴的材料、尺寸、载荷以及受力方式等因素。3.1轴的正应力计算1定义轴的正应力是指轴截面上垂直于截面方向的应力，通常用σ表示。2公式轴的正应力计算公式为σ=F/A，其中F为轴所受的轴向力，A为轴的截面积。3应用轴的正应力计算结果可以用于判断轴的强度是否满足要求，并进行强度校核。3.2轴的切应力计算扭矩公式切应力与扭矩、轴半径有关，扭矩越大，切应力越大。极惯性矩切应力与轴的截面形状有关，极惯性矩越大，切应力越小。计算公式切应力等于扭矩乘以半径，除以极惯性矩。4.轴的强度校核强度校核确保轴在工作状态下能够承受外力而不发生断裂或永久变形。应力分析计算轴在工作状态下产生的正应力和切应力。安全系数确保轴的实际强度大于工作状态下产生的应力。4.1许用应力的确定11.材料强度根据材料的抗拉强度、屈服强度等指标，确定材料的许用应力。22.安全系数考虑实际工作条件、加工误差、环境因素等，选择合适的安全系数，降低安全风险。33.加载方式根据轴的受力方式，例如静载荷或动载荷，选择相应的许用应力。44.温度影响高温或低温环境会影响材料的强度，需考虑温度因素，合理调整许用应力。4.2强度校核准则强度校核强度校核是指验证轴在实际工作条件下是否能够承受最大工作载荷，而不发生断裂或屈服的检验过程。它是确保轴安全可靠运行的关键步骤，也是设计轴的重要环节。准则强度校核准则通常采用“许用应力法”，即比较轴的最大应力与材料的许用应力。当轴的最大应力小于材料的许用应力时，轴能够安全工作；反之，则需要调整设计参数。5.轴的设计轴径确定轴径大小影响着轴的强度、刚度和重量。材料选择轴的材料应具有良好的强度、刚度、耐磨性和韧性，并满足使用环境的要求。5.1轴径的确定强度校核轴径应满足强度校核要求，确保轴在工作状态下不会发生断裂或塑性变形。刚度要求轴径应满足刚度要求，确保轴在工作状态下不会发生过大的挠度或振动。制造工艺轴径应考虑制造工艺的可行性，选择合适的材料和加工方法。经济性轴径应兼顾经济性，选择合适的材料和加工方法，以降低成本。5.2轴的材料选择强度要求轴需承受载荷，材料应具有高强度和抗疲劳性。刚度要求材料应具有高弹性模量，以确保轴在承受载荷时不会发生过度变形。加工性材料应易于加工和成形，以降低制造成本。成本因素选择合适的材料需考虑成本，选择经济实惠的材料。6.轴承的选择滚动轴承滚动轴承使用滚动元件，如钢球或滚柱，在内外环之间传递载荷。它们在低摩擦系数和高速度下表现出色，适用于各种应用。滑动轴承滑动轴承使用两个摩擦表面之间的薄油膜传递载荷。它们通常用于低速和重载应用，适用于静止或缓慢移动的轴。轴承选择指南选择轴承时，应考虑轴承的类型、尺寸、负荷能力、速度等级和工作环境等因素，以确保轴承的正常工作。6.1轴承类型滑动轴承滑动轴承由轴承座和轴承瓦组成，两者之间通过润滑油形成油膜来减少摩擦力。滚动轴承滚动轴承通过滚珠或滚针在内圈和外圈之间滚动来传递载荷，减少摩擦力。磁性轴承磁性轴承通过磁场悬浮轴承体，无需润滑油，适合用于高速和洁净环境。气体轴承气体轴承利用压缩空气形成空气膜，支撑轴承体，适合用于高速、低摩擦和低噪音应用。6.2轴承负荷计算1静载荷轴承静止时承受的载荷2动载荷轴承旋转时承受的载荷3等效载荷将静载荷和动载荷等效为一个载荷轴承负荷计算是轴承设计的重要步骤，需要根据轴承的类型、尺寸、材料等因素进行计算。7.轴系分析轴系的结构轴系是多个轴和轴承组成的传动系统，用于传递动力和运动。轴系的受力分析轴系中各部件承受复杂的载荷，包括扭矩、弯矩和轴向力。轴系分析的重要性轴系分析是确保传动系统安全可靠运行的关键步骤，需要进行应力计算和强度校核。7.1轴系的结构轴系是机器中重要的组成部分。由轴、轴承、联轴器等部件组成，用于传递动力和运动。轴系的设计需要考虑轴的受力情况、运动形式、工作环境等因素，以确保轴系的强度和可靠性。7.2轴系的受力分析轴系结构轴系通常包含多个轴承、齿轮、联轴器等组件，并通过轴连接在一起。外力作用轴系受到外力作用，例如扭矩、轴向力、径向力等，这些外力会导致轴系产生应力。应力分布轴系中各个组件的应力分布与外力大小、方向、以及轴系结构等因素有关。计算分析需要通过理论计算或仿真分析来确定轴系中各个组件的受力情况和应力分布。8.案例分析实际应用通过案例分析，可以将理论知识应用于实际工程项目，帮助学生更好地理解和掌握轴力与应力计算方法。问题解决案例分析可以帮助学生识别和分析实际工程中的问题，并提出有效的解决方案。提升能力通过案例分析，学生可以锻炼分析问题、解决问题的能力，并提高工程实践能力。8.1某机械设备轴系设计机械设备该机械设备包含一个旋转轴，用于驱动其他部件。轴系轴系由轴、轴承、齿轮等组成，传递动力并支撑旋转部件。设计目标设计一个安全可靠的轴系，满足设备的运行要求。8.2分析计算过程确定轴的受力首先，要根据机械设备的工况确定轴所承受的载荷，包括轴向力、径向力和扭矩。计算轴的应力根据轴的形状和材料特性，计算轴的正应力和切应力，并根据材料的强度指标进行校核。选择合适的轴承根据轴承的类型和承载能力，选择合适的轴承，并根据轴承的安装方式进行计算和校核。进行轴系分析分析轴系结构，包括轴承、齿轮、联轴器等部件的安装方式，并计