机械设计课件-轴的概述、结构设计计算及设计实例分析

机械设计课程——轴的概述、结构设计计算及设计实例分析欢迎参加本次机械设计课程，我们将深入探讨轴的概述、结构设计计算及设计实例分析。本课程旨在帮助您掌握轴设计的核心知识和实践技能。1.绪论轴的定义轴是机械中传递转矩和承受载荷的重要部件。课程目标掌握轴的设计原理、计算方法和实际应用。学习重点材料选择、载荷分析、强度计算和结构设计。轴的作用及重要性动力传递轴在机械系统中传递旋转动力，是动力链的关键环节。承载能力轴承受各种载荷，保证机械系统的稳定性和可靠性。连接功能轴连接其他部件，如齿轮、轴承等，构成完整机械结构。轴的分类按形状分类直轴曲轴凸轮轴按受力情况分类转动轴传动轴心轴2.轴的材料选择1材料性能强度、刚度、韧性和耐磨性2加工性能可加工性、热处理性能3经济性成本效益、可获得性轴材料的性能要求高强度轴材料必须具有足够的强度，以承受各种载荷和应力。良好韧性材料应具有适当的韧性，以防止突然断裂。耐疲劳性由于轴常受交变载荷，材料必须具有良好的疲劳强度。耐磨性轴与其他部件接触部位需要具有良好的耐磨性。常用轴材料及其性能材料强度韧性耐磨性碳素钢中高中合金钢高中高不锈钢中高高轴材料的热处理1退火消除内应力，提高加工性能。2正火细化晶粒，提高强度和韧性。3淬火提高硬度和耐磨性。4回火消除脆性，提高韧性。3.轴的载荷分析识别作用力确定轴上所有外部作用力和力矩。建立受力图绘制轴的受力分析图，包括轴向力、径向力和扭矩。计算内力利用力学原理计算轴各截面的内力和内力矩。确定危险截面分析内力分布，确定轴的危险截面位置。轴上传递的力与力矩轴向力沿轴线方向作用的力，如螺旋桨推力。径向力垂直于轴线的力，如齿轮啮合力。扭矩绕轴线旋转的力矩，用于传递动力。弯矩由径向力产生的使轴弯曲的力矩。轴上的应力状态分析正应力轴向拉压应力弯曲正应力切应力扭转切应力剪切应力4.轴的强度设计计算1确定计算模型建立轴的受力模型和简化假设。2载荷分析计算轴各截面的内力和应力。3强度校核进行抗拉、抗弯和抗扭强度校核。4优化设计根据校核结果调整轴的尺寸和结构。抗拉强度校核计算轴向应力σ=F/A，其中F为轴向力，A为截面面积。确定许用应力[σ]=σs/n，σs为材料屈服强度，n为安全系数。强度条件σ≤[σ]，确保轴向应力不超过许用应力。抗弯强度校核1计算弯矩利用力学方法计算轴各截面的弯矩M。2确定截面系数计算轴截面的抗弯截面系数W。3计算弯曲应力σb=M/W，求得最大弯曲应力。4强度校核确保σb≤[σb]，[σb]为许用弯曲应力。抗扭强度校核扭转切应力计算τ=T/Wp，T为扭矩，Wp为极截面系数。强度校核条件τ≤[τ]，[τ]为许用切应力。5.轴的刚度设计变形控制确保轴的变形在允许范围内，保证精度。振动控制避免轴的共振，保证运行平稳性。强度保证在满足刚度要求的同时，确保强度充足。轴的最大挠度计算建立模型简化轴为梁模型，确定支撑和载荷。选择方法根据具体情况选择合适的挠度计算方法。计算挠度利用材料力学公式计算最大挠度。校核确保最大挠度不超过允许值。轴的临界转速计算临界转速定义轴的自然频率与转速相等时的转速，可能导致共振。计算方法利用Dunkerley公式或Rayleigh方法计算临界转速。安全转速范围工作转速应远离临界转速，通常不超过临界转速的70%。6.轴的结构设计轴肩、轴颈的设计轴肩设计确定轴肩直径选择过渡圆角半径考虑应力集中轴颈设计根据轴承选择轴颈尺寸考虑表面粗糙度要求确保与轴承的配合精度键槽、键的设计键的类型选择根据载荷和使用条件选择平键、楔键或花键。键槽尺寸确定根据轴径选择标准键槽尺寸。键长度计算基于传递扭矩计算所需的最小键长。强度校核检查键的剪切强度和轴的挤压强度。轴承座的设计支撑功能为轴承提供稳定可靠的支撑。定位精度确保轴承的正确定位和对准。散热考虑设计适当的散热结构，延长轴承寿命。维护便利便于轴承的安装、拆卸和维护。7.轴的设计实例分析2设计实例通过实际案例学习轴的设计过程和方法。5设计步骤每个实例包含详细的设计步骤和计算过程。10设计参数分析影响轴设计的关键参数和考虑因素。某减速机输出轴设计1需求分析确定减速机的功率、转速和使用环境。2初步设计选择材料，确定轴的初步尺寸。3载荷分析计算轴上的扭矩、弯矩和轴向力。4强度校核进行静强度和疲劳强度校核。5刚度检查计算轴的挠度和临界转速。6结构优化根据计算结果优化轴的结构设计。某电机主轴设计设计要点高速运转要求精密加工需求温升控制关键计算动平衡分析热变形计算轴承选型8.课程总结1轴的重要性轴是机械系统的核心部件2设计原则强度、刚度和结构的综合考虑3计算方法掌握各种强度和刚度计算技巧4实践应用通过实例学习实际设计流程轴设计的关键要点全面分析考虑轴的工作条件、环境因素和使用要求。合理选材根据性能要求和经济性选择适当的轴材料。精确计算进行详细的强度、刚度和振动分析。优化结构在满足功能的前提下，优