《軸力與應(yīng)力計算》課件

軸力與應(yīng)力計算軸力是作用于桿件軸線方向上的外力。應(yīng)力是桿件截面上單位面積所受到的內(nèi)力，通常用于衡量桿件的強(qiáng)度。課程介紹課程目標(biāo)本課程旨在幫助學(xué)生理解軸力與應(yīng)力的概念和計算方法，掌握軸的設(shè)計和強(qiáng)度校核方法，為后續(xù)學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計課程打下基礎(chǔ)。課程內(nèi)容課程涵蓋軸的概念、軸的受力分析、軸的應(yīng)力計算、軸的強(qiáng)度校核、軸的設(shè)計、軸承的選擇和軸系分析等內(nèi)容。課程特色本課程采用理論講解與案例分析相結(jié)合的教學(xué)方法，并輔以實(shí)驗(yàn)演示，使學(xué)生能夠更加深入地理解知識。學(xué)習(xí)建議建議學(xué)生認(rèn)真預(yù)習(xí)課程內(nèi)容，積極參與課堂討論，并認(rèn)真完成課后作業(yè)，以鞏固所學(xué)知識。主要內(nèi)容軸承的應(yīng)力分析分析軸承受到的載荷和應(yīng)力，確保其正常運(yùn)行。軸的設(shè)計與計算根據(jù)工作需求，設(shè)計合適的軸，并進(jìn)行應(yīng)力、強(qiáng)度校核。軸承的失效分析了解軸承失效的原因，并采取措施，提高其可靠性。軸承壽命評估評估軸承的壽命，以確保機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行。1.軸的概念定義軸是機(jī)械傳動系統(tǒng)中的重要組成部分。它主要用于支撐旋轉(zhuǎn)部件，傳遞扭矩和動力。分類軸按其形狀、用途和結(jié)構(gòu)可分為多種類型。常見的分類包括：光軸、階梯軸、曲軸、凸輪軸等。1.1軸的定義旋轉(zhuǎn)支撐軸是機(jī)械零件中的重要組成部分，主要用于支撐旋轉(zhuǎn)運(yùn)動部件，并傳遞扭矩和載荷。圓柱形或錐形軸通常采用圓柱形或錐形結(jié)構(gòu)，其尺寸根據(jù)具體應(yīng)用和受力情況而定。力傳遞通道軸通過其上的零件傳遞力，例如齒輪、輪轂、皮帶輪等，將動力傳遞到其他機(jī)構(gòu)或設(shè)備。1.2軸的分類11.光軸光軸是旋轉(zhuǎn)的，它可以用于各種機(jī)械設(shè)備，如發(fā)動機(jī)、變速箱和泵。22.傳動軸傳動軸用于將動力從一個部件傳遞到另一個部件，例如汽車中的傳動軸。33.曲軸曲軸用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為往復(fù)運(yùn)動，例如在內(nèi)燃機(jī)中。44.凸輪軸凸輪軸用于控制氣門的開啟和關(guān)閉，例如在發(fā)動機(jī)中。2.軸的受力分析軸的受力軸承受力的主要形式是軸向力、徑向力和扭矩。軸向力是作用在軸線方向上的力，例如齒輪或軸承產(chǎn)生的力。徑向力是垂直于軸線方向的作用力，例如軸承的徑向載荷。扭矩是作用在軸上的力矩，例如齒輪傳遞的扭矩。受力分析受力分析是確定軸在各種載荷作用下的應(yīng)力分布和強(qiáng)度。通過受力分析可以確定軸的強(qiáng)度是否滿足設(shè)計要求，以及是否需要對軸進(jìn)行強(qiáng)化設(shè)計。2.1軸的作用力軸向力軸向力是指作用在軸線方向上的力。它會導(dǎo)致軸發(fā)生軸向拉伸或壓縮變形。徑向力徑向力是指作用在軸線垂直方向上的力。它會導(dǎo)致軸發(fā)生彎曲變形。扭矩扭矩是指作用在軸上使軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)的力矩。它會導(dǎo)致軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。2.2軸的正應(yīng)力和切應(yīng)力正應(yīng)力當(dāng)軸受到拉伸或壓縮載荷時，會產(chǎn)生正應(yīng)力，它垂直于軸的橫截面。切應(yīng)力當(dāng)軸受到扭轉(zhuǎn)載荷時，會產(chǎn)生切應(yīng)力，它平行于軸的橫截面。3.軸的應(yīng)力計算1應(yīng)力定義軸的正應(yīng)力和切應(yīng)力2應(yīng)力計算公式公式需考慮材料和載荷3應(yīng)力分析應(yīng)力分布和最大應(yīng)力軸的應(yīng)力計算是機(jī)械設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，它可以幫助我們評估軸的承載能力，并設(shè)計出安全可靠的軸。應(yīng)力計算需要考慮軸的材料、尺寸、載荷以及受力方式等因素。3.1軸的正應(yīng)力計算1定義軸的正應(yīng)力是指軸截面上垂直于截面方向的應(yīng)力，通常用σ表示。2公式軸的正應(yīng)力計算公式為σ=F/A，其中F為軸所受的軸向力，A為軸的截面積。3應(yīng)用軸的正應(yīng)力計算結(jié)果可以用于判斷軸的強(qiáng)度是否滿足要求，并進(jìn)行強(qiáng)度校核。3.2軸的切應(yīng)力計算扭矩公式切應(yīng)力與扭矩、軸半徑有關(guān)，扭矩越大，切應(yīng)力越大。極慣性矩切應(yīng)力與軸的截面形狀有關(guān)，極慣性矩越大，切應(yīng)力越小。計算公式切應(yīng)力等于扭矩乘以半徑，除以極慣性矩。4.軸的強(qiáng)度校核強(qiáng)度校核確保軸在工作狀態(tài)下能夠承受外力而不發(fā)生斷裂或永久變形。應(yīng)力分析計算軸在工作狀態(tài)下產(chǎn)生的正應(yīng)力和切應(yīng)力。安全系數(shù)確保軸的實(shí)際強(qiáng)度大于工作狀態(tài)下產(chǎn)生的應(yīng)力。4.1許用應(yīng)力的確定11.材料強(qiáng)度根據(jù)材料的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等指標(biāo)，確定材料的許用應(yīng)力。22.安全系數(shù)考慮實(shí)際工作條件、加工誤差、環(huán)境因素等，選擇合適的安全系數(shù)，降低安全風(fēng)險。33.加載方式根據(jù)軸的受力方式，例如靜載荷或動載荷，選擇相應(yīng)的許用應(yīng)力。44.溫度影響高溫或低溫環(huán)境會影響材料的強(qiáng)度，需考慮溫度因素，合理調(diào)整許用應(yīng)力。4.2強(qiáng)度校核準(zhǔn)則強(qiáng)度校核強(qiáng)度校核是指驗(yàn)證軸在實(shí)際工作條件下是否能夠承受最大工作載荷，而不發(fā)生斷裂或屈服的檢驗(yàn)過程。它是確保軸安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵步驟，也是設(shè)計軸的重要環(huán)節(jié)。準(zhǔn)則強(qiáng)度校核準(zhǔn)則通常采用“許用應(yīng)力法”，即比較軸的最大應(yīng)力與材料的許用應(yīng)力。當(dāng)軸的最大應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力時，軸能夠安全工作；反之，則需要調(diào)整設(shè)計參數(shù)。5.軸的設(shè)計軸徑確定軸徑大小影響著軸的強(qiáng)度、剛度和重量。材料選擇軸的材料應(yīng)具有良好的強(qiáng)度、剛度、耐磨性和韌性，并滿足使用環(huán)境的要求。5.1軸徑的確定強(qiáng)度校核軸徑應(yīng)滿足強(qiáng)度校核要求，確保軸在工作狀態(tài)下不會發(fā)生斷裂或塑性變形。剛度要求軸徑應(yīng)滿足剛度要求，確保軸在工作狀態(tài)下不會發(fā)生過大的撓度或振動。制造工藝軸徑應(yīng)考慮制造工藝的可行性，選擇合適的材料和加工方法。經(jīng)濟(jì)性軸徑應(yīng)兼顧經(jīng)濟(jì)性，選擇合適的材料和加工方法，以降低成本。5.2軸的材料選擇強(qiáng)度要求軸需承受載荷，材料應(yīng)具有高強(qiáng)度和抗疲勞性。剛度要求材料應(yīng)具有高彈性模量，以確保軸在承受載荷時不會發(fā)生過度變形。加工性材料應(yīng)易于加工和成形，以降低制造成本。成本因素選擇合適的材料需考慮成本，選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的材料。6.軸承的選擇滾動軸承滾動軸承使用滾動元件，如鋼球或滾柱，在內(nèi)外環(huán)之間傳遞載荷。它們在低摩擦系數(shù)和高速度下表現(xiàn)出色，適用于各種應(yīng)用?；瑒虞S承滑動軸承使用兩個摩擦表面之間的薄油膜傳遞載荷。它們通常用于低速和重載應(yīng)用，適用于靜止或緩慢移動的軸。軸承選擇指南選擇軸承時，應(yīng)考慮軸承的類型、尺寸、負(fù)荷能力、速度等級和工作環(huán)境等因素，以確保軸承的正常工作。6.1軸承類型滑動軸承滑動軸承由軸承座和軸承瓦組成，兩者之間通過潤滑油形成油膜來減少摩擦力。滾動軸承滾動軸承通過滾珠或滾針在內(nèi)圈和外圈之間滾動來傳遞載荷，減少摩擦力。磁性軸承磁性軸承通過磁場懸浮軸承體，無需潤滑油，適合用于高速和潔凈環(huán)境。氣體軸承氣體軸承利用壓縮空氣形成空氣膜，支撐軸承體，適合用于高速、低摩擦和低噪音應(yīng)用。6.2軸承負(fù)荷計算1靜載荷軸承靜止時承受的載荷2動載荷軸承旋轉(zhuǎn)時承受的載荷3等效載荷將靜載荷和動載荷等效為一個載荷軸承負(fù)荷計算是軸承設(shè)計的重要步驟，需要根據(jù)軸承的類型、尺寸、材料等因素進(jìn)行計算。7.軸系分析軸系的結(jié)構(gòu)軸系是多個軸和軸承組成的傳動系統(tǒng)，用于傳遞動力和運(yùn)動。軸系的受力分析軸系中各部件承受復(fù)雜的載荷，包括扭矩、彎矩和軸向力。軸系分析的重要性軸系分析是確保傳動系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵步驟，需要進(jìn)行應(yīng)力計算和強(qiáng)度校核。7.1軸系的結(jié)構(gòu)軸系是機(jī)器中重要的組成部分。由軸、軸承、聯(lián)軸器等部件組成，用于傳遞動力和運(yùn)動。軸系的設(shè)計需要考慮軸的受力情況、運(yùn)動形式、工作環(huán)境等因素，以確保軸系的強(qiáng)度和可靠性。7.2軸系的受力分析軸系結(jié)構(gòu)軸系通常包含多個軸承、齒輪、聯(lián)軸器等組件，并通過軸連接在一起。外力作用軸系受到外力作用，例如扭矩、軸向力、徑向力等，這些外力會導(dǎo)致軸系產(chǎn)生應(yīng)力。應(yīng)力分布軸系中各個組件的應(yīng)力分布與外力大小、方向、以及軸系結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。計算分析需要通過理論計算或仿真分析來確定軸系中各個組件的受力情況和應(yīng)力分布。8.案例分析實(shí)際應(yīng)用通過案例分析，可以將理論知識應(yīng)用于實(shí)際工程項(xiàng)目，幫助學(xué)生更好地理解和掌握軸力與應(yīng)力計算方法。問題解決案例分析可以幫助學(xué)生識別和分析實(shí)際工程中的問題，并提出有效的解決方案。提升能力通過案例分析，學(xué)生可以鍛煉分析問題、解決問題的能力，并提高工程實(shí)踐能力。8.1某機(jī)械設(shè)備軸系設(shè)計機(jī)械設(shè)備該機(jī)械設(shè)備包含一個旋轉(zhuǎn)軸，用于驅(qū)動其他部件。軸系軸系由軸、軸承、齒輪等組成，傳遞動力并支撐旋轉(zhuǎn)部件。設(shè)計目標(biāo)設(shè)計一個安全可靠的軸系，滿足設(shè)備的運(yùn)行要求。8.2分析計算過程確定軸的受力首先，要根據(jù)機(jī)械設(shè)備的工況確定軸所承受的載荷，包括軸向力、徑向力和扭矩。計算軸的應(yīng)力根據(jù)軸的形狀和材料特性，計算軸的正應(yīng)力和切應(yīng)力，并根據(jù)材料的強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行校核。選擇合適的軸承根據(jù)軸承的類型和承載能力，選擇合適的軸承，并根據(jù)軸承的安裝方式進(jìn)行計算和校核。進(jìn)行軸系分析分析軸系結(jié)構(gòu)，包括軸承、齒輪、聯(lián)軸器等部件的安裝方式，并計