同济大学机械设计第13章

同济大学机械设计第13章演讲人：日期:CONTENTS目录01轴系零部件概述02轴的材料与强度计算03轴的结构设计规范04轴承选择与校核05联轴器与离合器06润滑与密封技术01轴系零部件概述轴的功能与分类轴是机械系统中的重要零件，主要用来传递扭矩、承受弯矩和振动，以及保证机械部件之间的相对位置和一定的运动规律。轴的功能按照轴线形状，轴可以分为直轴、曲轴和挠性轴；按照承载情况，轴可以分为心轴、转轴和传动轴；按照结构特点，轴还可以分为实心轴、空心轴和组合轴等。轴的分类轴系结构组成轴轴承轴承座轴封轴是轴系的核心零件，主要起支撑和传递扭矩的作用。轴承是轴系中的关键零件，用来支撑轴并减少摩擦，分为滑动轴承和滚动轴承两种。轴承座是轴承的支撑部件，主要作用是固定轴承并承受轴承传来的力。轴封是轴系中的重要密封件，主要作用是防止灰尘、水、气等杂质进入轴承，同时防止轴承中的润滑剂泄漏。典型应用场景分析机械设备精密仪器航空航天在各类机械设备中，如汽车、摩托车、机床等，轴系零部件是不可或缺的组成部分，其稳定性和可靠性直接影响到设备的性能和使用寿命。在航空航天领域，轴系零部件需要满足更加严格的要求，如高强度、高精度、高可靠性等，以确保飞行器的安全和稳定。在精密仪器中，如光学仪器、医疗设备等，轴系零部件的精度和稳定性要求极高，需要采用高精度、低摩擦的轴承和精密的制造工艺来保证其性能。02轴的材料与强度计算常用材料与热处理工艺碳素结构钢用于制造受力较小、强度要求较低的轴。01合金结构钢加入合金元素，提高轴的强度和韧性，广泛用于制造重要轴。02热处理工艺通过淬火和回火等热处理工艺，提高轴的力学性能，满足不同的使用要求。03静强度校核方法将轴受力简化为几个集中力，进行静强度校核。简化计算法根据轴的受力情况，计算轴内各点的应力，进行强度校核。应力分析法利用有限元软件对轴进行数值模拟，精确计算应力分布。有限元法疲劳强度设计准则要求轴的疲劳强度无限大，适用于长期运转的轴。无限寿命设计有限寿命设计损伤容限设计根据轴的预期寿命，确定疲劳强度，进行寿命预测。允许轴在疲劳过程中产生一定损伤，但需保证损伤不扩展至危险程度。03轴的结构设计规范阶梯轴设计原则6px6px6px阶梯轴设计应合理确定各轴段的截面尺寸，以满足轴上零件的装配和强度要求。轴截面尺寸变化轴端应有倒角或圆角，以减少应力集中和磨损。轴端结构阶梯轴截面变化处应采用圆角过渡，避免应力集中和断裂。截面变化过渡010302阶梯轴设计应考虑加工工艺性，以便于加工和降低制造成本。加工工艺性04轴上零件通过轴肩定位，适用于轴向力较大或零件定位精度较高的场合。轴上零件采用胀紧套定位，可避免轴肩定位带来的应力集中问题，适用于高精度传动系统。轴上零件通过键连接实现定位，结构简单、工作可靠，适用于传递较大扭矩的场合。轴上零件通过销连接实现定位，定位精度高，但销孔加工要求较高，适用于零件定位精度要求较高的场合。轴上零件定位方式轴肩定位胀紧套定位键连接定位销连接定位装配工艺性优化零件结构轴上零件结构应简单、紧凑，便于装配和拆卸。01装配精度轴上零件的装配精度应满足设计要求，以保证轴系运转的平稳性和可靠性。02润滑与密封轴系应合理设计润滑和密封结构，以减少摩擦和磨损，提高轴系的使用寿命。03维修与更换轴上零件应便于维修和更换，以提高设备的维修性和可维护性。0404轴承选择与校核滑动轴承参数设计轴承材料选择根据轴承工作条件，选择合适的滑动轴承材料，如铜合金、铝合金、铸铁等，考虑材料的摩擦系数、耐磨性、抗咬合性等因素。01轴承结构类型根据轴承承受的载荷和转速，确定轴承结构类型，如圆柱轴承、圆锥轴承、推力轴承等。02轴承间隙调整滑动轴承需要留有一定的间隙，以保证轴承的正常运转和润滑，间隙的大小需要根据轴承的工作条件进行调整。03轴承润滑与密封合理的润滑和密封是保证滑动轴承正常运转和寿命的重要因素，需要根据轴承的工作条件选择适当的润滑剂和密封方式。04滚动轴承寿命计算根据轴承的受力情况和材料性能，计算轴承的基本额定寿命，即轴承在正常工作条件下能承受的疲劳寿命。轴承基本额定寿命轴承修正寿命轴承可靠性分析考虑轴承的实际工作情况，如温度、振动、润滑等条件，对基本额定寿命进行修正，得到更接近实际的轴承寿命。根据轴承的寿命计算结果，分析轴承的可靠性，为设备的设计和选型提供依据。支承结构布置要点支承结构类型选择支承部件设计支承位置布置支承部件的调整与预紧根据设备的整体结构和工作条件，选择合适的支承结构类型，如固定支承、游动支承、悬臂支承等。支承位置的选择应尽可能使轴承受力均匀，减少变形和振动，同时方便安装和维护。支承部件的设计需要满足强度和刚度要求，确保轴承在工作过程中能够稳定地承受各种载荷和力矩。对于某些需要调整预紧力的支承结构，需要在安装时进行适当的调整，以保证轴承的正常运转和精度。05联轴器与离合器联轴器是一种用于连接两根轴并传递扭矩的机械装置，通常用于轴系传动。它分为刚性联轴器和弹性联轴器两种，其中刚性联轴器能够传递较大的扭矩，但缺乏弹性，无法缓冲减震；而弹性联轴器则具有较好的缓冲减震性能，但承载能力相对较弱。联轴器离合器是一种能够在机器运转过程中实现轴与轴之间连接或断开的装置。它通过摩擦、电磁或液压等方式传递扭矩，能够实现轴的快速启停和过载保护。但离合器通常需要在空载状态下进行连接或断开，且摩擦离合器易磨损，需要定期更换。离合器类型与工作原理对比选型匹配计算流程确定传递扭矩根据原动机和工作机的功率、转速等参数，计算出所需传递的扭矩大小。选择类型根据工作条件和要求，选择适合的联轴器或离合器类型。例如，对于需要缓冲减震的场合，应选择弹性联轴器；对于需要快速启停的场合，应选择离合器。确定型号和尺寸根据所选类型和所需传递的扭矩大小，通过选型手册或计算公式确定具体的型号和尺寸。校核选型结果根据所选型号和尺寸，校核其承载能力、转速等参数是否满足工作要求。如有必要，还需进行实际测试或仿真验证。安装调试关键参数安装对中性调整间隙润滑与密封调试与监测联轴器或离合器的安装应保证两轴的同轴度，以避免产生附加的弯矩和应力。对于弹性联轴器，还应考虑其弹性元件的预紧力。对于离合器，应调整其摩擦片之间的间隙，以保证其传递扭矩的稳定性和可靠性。间隙过大易导致离合器打滑，间隙过小则易导致摩擦片过热磨损。对于需要润滑的联轴器或离合器，应定期加注润滑油，并保持良好的密封性能，以减少摩擦和磨损。同时，还应注意润滑油的清洁度和更换周期。安装完成后，应进行调试和监测工作，确保联轴器或离合器的运转平稳、无异常声响和振动。如有异常，应及时停机检查并排除故障。06润滑与密封技术润滑系统设计规范润滑系统的组成与功能润滑系统由润滑油供给装置、润滑管道、润滑油箱、滤清器等组成，具有供给、过滤、冷却、回收等功能。润滑系统设计原则润滑系统的维护与保养根据机器的工作条件和摩擦副的要求，合理确定润滑方式、润滑材料和润滑周期，保证各润滑点得到充分的润滑。定期更换润滑油，清洗润滑管道和滤清器，检查润滑油箱的油位和油质，及时处理润滑系统的故障。123动密封装置类型往复式动密封主要用于直线运动的密封，如活塞与气缸之间的密封，常见的密封形式有橡胶密封圈、填料密封等。01旋转式动密封主要用于旋转运动的密封，如轴承、轴封等，常见的密封形式有机械密封、油封等。02静密封主要用于静止部件之间的密封，如法兰、螺纹等连接处，常见的密封形式有垫片密封、胶密封等。03防污染措施实施润滑系统的维