軸及其聯(lián)接軸是機(jī)械設(shè)備中不可缺少的重要部件，它用于支撐旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部件，例如齒輪、輪轂等。軸聯(lián)接是指將軸與其他部件連接在一起的結(jié)構(gòu)形式，例如軸承、聯(lián)軸器等。課程目標(biāo)掌握軸及其聯(lián)接的相關(guān)知識了解軸的定義、分類、作用、材料選擇、強(qiáng)度設(shè)計(jì)、剛度設(shè)計(jì)、平衡設(shè)計(jì)、軸聯(lián)接類型等內(nèi)容。提升軸系設(shè)計(jì)能力能夠根據(jù)具體應(yīng)用場景選擇合適的軸材料、軸承、軸聯(lián)接方式，進(jìn)行軸系的設(shè)計(jì)計(jì)算和優(yōu)化。培養(yǎng)軸系設(shè)計(jì)分析能力掌握分析軸系工作狀態(tài)、識別潛在問題、提出解決方案的思路和方法。軸的概述軸是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要部件。它主要用于傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和扭矩，同時(shí)支撐其他部件。軸的形狀通常為圓柱形或圓錐形，有時(shí)也采用其他形狀，如曲軸。軸在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它的設(shè)計(jì)和制造直接影響機(jī)械的性能和可靠性。軸的定義旋轉(zhuǎn)部件軸是機(jī)器中用于支撐旋轉(zhuǎn)部件的機(jī)械零件。它用于傳遞扭矩并支撐旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圓柱形或圓錐形軸通常具有圓柱形或圓錐形形狀，以提供最佳的強(qiáng)度和剛度。軸承支撐軸通常通過軸承支撐，以便在旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠自由移動(dòng)。動(dòng)力傳遞軸可以用于傳遞動(dòng)力，例如通過齒輪或皮帶輪。軸的種類轉(zhuǎn)軸主要用于傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和力矩，例如發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、齒輪軸。心軸主要用于支撐旋轉(zhuǎn)部件，例如車輪軸、傳動(dòng)軸。傳動(dòng)軸用于連接兩個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)部件，例如汽車的傳動(dòng)軸。軸的主要作用傳遞力矩軸將動(dòng)力源產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩傳遞到工作部件，實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。軸通過與齒輪、皮帶輪等傳動(dòng)部件的連接，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到其他機(jī)械部件。支撐荷載軸承受著工作部件產(chǎn)生的軸向力和徑向力。軸通常由軸承支撐，軸承將軸的重量和工作負(fù)載傳遞到機(jī)器的底座。軸的主要作用1傳遞力矩軸是機(jī)械中重要的零件，它傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并將力矩傳遞到其他部件。2支撐荷載軸還承擔(dān)來自連接部件的徑向和軸向力，需要足夠強(qiáng)度和剛度以承受這些荷載。3導(dǎo)向機(jī)構(gòu)軸上安裝的軸承和齒輪等部件需要精確的軸向定位和徑向支撐，這由軸的幾何形狀和加工精度決定。軸的主要作用傳遞力矩軸的主要功能之一是傳遞力矩，這通常由安裝在軸上的齒輪或皮帶輪等部件實(shí)現(xiàn)。通過軸傳遞力矩，將動(dòng)力傳遞給其他機(jī)械部件，實(shí)現(xiàn)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)。支撐荷載軸還起到支撐作用，承載來自機(jī)械部件的重量以及運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的各種載荷。軸承是連接軸和機(jī)架的重要部件，起到支撐軸并減少摩擦的作用。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)滑動(dòng)軸承導(dǎo)向滑動(dòng)軸承利用軸承表面之間的摩擦力實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向，適合低速、輕載荷應(yīng)用。滾動(dòng)軸承導(dǎo)向滾動(dòng)軸承使用滾動(dòng)元件實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向，提供較低的摩擦系數(shù)，適用于高速、重載荷應(yīng)用。線性導(dǎo)軌導(dǎo)向線性導(dǎo)軌利用滾動(dòng)元件或滑動(dòng)表面，提供精確的線性運(yùn)動(dòng)，適用于精密機(jī)械和自動(dòng)化設(shè)備。軸的材料軸的材料選擇至關(guān)重要，直接影響軸的性能和使用壽命。選擇合適的軸材料，需要考慮材料的強(qiáng)度、硬度、韌性、耐磨性、耐腐蝕性以及加工性能等因素。常用軸材料碳鋼碳鋼是軸承材料中最常見的材料之一。具有強(qiáng)度高、韌性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但耐磨性和耐腐蝕性較差。合金鋼合金鋼通過添加合金元素，提高強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐腐蝕性，適合高負(fù)荷、高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承。不銹鋼不銹鋼具有優(yōu)異的耐腐蝕性和耐高溫性，適合潮濕環(huán)境或高溫環(huán)境下的軸承，但強(qiáng)度和硬度不如碳鋼。鑄鐵鑄鐵價(jià)格低廉，但強(qiáng)度較低，主要用于低速、低負(fù)荷的軸承，例如：機(jī)床床身、機(jī)床導(dǎo)軌等。軸材料的選擇強(qiáng)度軸材料的強(qiáng)度要滿足承受工作載荷和扭矩的要求。剛度軸材料的剛度要保證軸在工作過程中不發(fā)生過大的變形。耐磨性軸材料的耐磨性要滿足工作環(huán)境的要求，如與軸承接觸等。成本軸材料的成本要符合實(shí)際需求，兼顧性能和經(jīng)濟(jì)性。軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)是保證軸在工作過程中不會發(fā)生斷裂或過大變形的重要環(huán)節(jié)，需要根據(jù)軸的受力情況和工作條件進(jìn)行計(jì)算和選擇合適的材料。1許用應(yīng)力根據(jù)材料的強(qiáng)度和安全系數(shù)確定2靜力強(qiáng)度設(shè)計(jì)主要考慮軸在靜載荷下的強(qiáng)度3疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)主要考慮軸在循環(huán)載荷下的強(qiáng)度許用應(yīng)力11.安全系數(shù)許用應(yīng)力是材料強(qiáng)度除以安全系數(shù)得到的.22.材料特性材料的屈服強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度會影響許用應(yīng)力.33.工作環(huán)境溫度、濕度和載荷類型都會影響許用應(yīng)力.44.設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師會根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整許用應(yīng)力.軸的靜力強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全系數(shù)靜力強(qiáng)度設(shè)計(jì)是確保軸在靜載荷作用下不會發(fā)生斷裂或過大變形。應(yīng)力集中應(yīng)力集中是指在軸的幾何形狀變化處，例如鍵槽或孔，應(yīng)力會明顯增大。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則靜力強(qiáng)度設(shè)計(jì)通常采用許用應(yīng)力法，即保證軸的實(shí)際應(yīng)力小于許用應(yīng)力。軸的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)循環(huán)載荷軸在工作過程中，承受反復(fù)變化的載荷。循環(huán)載荷會導(dǎo)致軸產(chǎn)生疲勞失效。應(yīng)力幅值疲勞失效與應(yīng)力幅值密切相關(guān)。應(yīng)力幅值是最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之差的一半。Soderberg和Goodman設(shè)計(jì)準(zhǔn)則Soderberg準(zhǔn)則和Goodman準(zhǔn)則用于計(jì)算軸的疲勞強(qiáng)度。它們考慮了材料的屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。軸的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)循環(huán)載荷軸在工作過程中承受循環(huán)載荷。循環(huán)載荷是指大小和方向隨時(shí)間周期性變化的載荷。常見的循環(huán)載荷類型包括彎曲循環(huán)、扭轉(zhuǎn)循環(huán)、拉壓循環(huán)等。應(yīng)力幅應(yīng)力幅是指循環(huán)載荷中最大應(yīng)力值和最小應(yīng)力值之差的一半。應(yīng)力幅是影響軸疲勞壽命的關(guān)鍵因素之一。Soderberg和Goodman設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1Soderberg準(zhǔn)則Soderberg準(zhǔn)則更保守，適用于需要高可靠性的場合。它考慮了材料在疲勞極限下的安全性，避免出現(xiàn)過早的疲勞失效。2Goodman準(zhǔn)則Goodman準(zhǔn)則則相對更加寬松，適用于可靠性要求較低的場合，例如某些非關(guān)鍵部件。3疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)Soderberg和Goodman準(zhǔn)則均基于疲勞極限的概念，幫助工程師在循環(huán)載荷下評估軸的強(qiáng)度。軸頸強(qiáng)度設(shè)計(jì)1應(yīng)力集中因素軸頸處的幾何形狀變化會引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致應(yīng)力升高。應(yīng)力集中因素是評估應(yīng)力集中的重要參數(shù)，其值取決于軸頸的形狀和尺寸。2軸頸的疲勞強(qiáng)度軸頸承受循環(huán)載荷時(shí)，會發(fā)生疲勞破壞。軸頸的疲勞強(qiáng)度取決于材料的疲勞強(qiáng)度極限和應(yīng)力集中因素的影響。3安全系數(shù)為了確保軸頸的安全，需要引入安全系數(shù)。安全系數(shù)是設(shè)計(jì)中考慮的實(shí)際應(yīng)力與許用應(yīng)力的比值，通常根據(jù)載荷類型、材料特性和可靠性要求確定。應(yīng)力集中因素軸頸處常存在應(yīng)力集中應(yīng)力集中會降低軸頸強(qiáng)度孔、槽、凹陷等幾何形狀變化會導(dǎo)致應(yīng)力集中應(yīng)力集中系數(shù)K表示實(shí)際應(yīng)力與名義應(yīng)力的比值軸頸的疲勞強(qiáng)度循環(huán)載荷軸頸承受旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的循環(huán)載荷，導(dǎo)致應(yīng)力波動(dòng)，可能導(dǎo)致疲勞斷裂。疲勞極限軸頸材料具有疲勞極限，超過該極限將發(fā)生疲勞斷裂。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮疲勞極限。軸的剛度設(shè)計(jì)1軸的剛度軸的剛度是指軸抵抗彎曲和扭轉(zhuǎn)的能力2彈性變形軸在承受載荷時(shí)會發(fā)生彈性變形3剛度要求保證軸的變形在允許范圍內(nèi)4計(jì)算方法根據(jù)軸的幾何尺寸和材料參數(shù)計(jì)算軸的剛度設(shè)計(jì)主要考慮軸的彈性變形，以保證軸在承受載荷時(shí)不會發(fā)生過大的變形，影響機(jī)器的正常工作。軸的剛度與軸的材料、截面形狀和尺寸有關(guān)。剛度設(shè)計(jì)需要根據(jù)具體情況進(jìn)行計(jì)算，確保軸的變形滿足設(shè)計(jì)要求。軸的剛度設(shè)計(jì)彈性變形軸在承受外力時(shí)會產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后，軸會恢復(fù)到原來的形狀。這種變形稱為彈性變形。剛度設(shè)計(jì)軸的剛度是指軸抵抗變形的能力，剛度設(shè)計(jì)要確保軸在工作過程中不會產(chǎn)生過大的變形，影響機(jī)器的正常工作。臨界轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速軸系在一定轉(zhuǎn)速下，由于軸的彈性變形，會發(fā)生共振現(xiàn)象。共振現(xiàn)象共振會造成軸系劇烈振動(dòng)，甚至導(dǎo)致破壞，需要通過計(jì)算和設(shè)計(jì)避免。軸系的平衡1旋轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)的軸2不平衡質(zhì)量分布不均勻3振動(dòng)造成噪音和損壞軸系的平衡是指旋轉(zhuǎn)軸的質(zhì)量分布均勻，避免在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生振動(dòng)。軸系的平衡對于高速旋轉(zhuǎn)的軸至關(guān)重要，可確保軸的穩(wěn)定性，降低噪音，延長軸的使用壽命。靜平衡11.概念指軸系在靜止?fàn)顟B(tài)下，其重心與旋轉(zhuǎn)軸重合，使軸系在任何位置都處于平衡狀態(tài)。22.目的消除軸系在靜止?fàn)顟B(tài)下的不平衡力矩，防止軸承承受額外的徑向載荷。33.方法通過在軸系上添加或移除配重，使軸系重心與旋轉(zhuǎn)軸重合。44.應(yīng)用適用于低速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸系，例如靜止?fàn)顟B(tài)下的機(jī)器。動(dòng)平衡概念旋轉(zhuǎn)軸系在旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于質(zhì)量分布不均勻，會導(dǎo)致慣性力的作用，進(jìn)而引起振動(dòng)。動(dòng)平衡是指通過調(diào)整質(zhì)量分布，使慣性力相互抵消，從而消除振動(dòng)現(xiàn)象。方法常用方法包括靜態(tài)平衡和動(dòng)態(tài)平衡。靜態(tài)平衡主要通過改變質(zhì)量位置，使軸系在靜止?fàn)顟B(tài)下達(dá)到平衡。動(dòng)態(tài)平衡需要考慮軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，通過添加或移除質(zhì)量，使軸系在旋轉(zhuǎn)時(shí)達(dá)到平衡。軸承的選擇軸承是機(jī)械系統(tǒng)中不可或缺的部件，負(fù)責(zé)承受載荷并降低摩擦，確保設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。1載荷類型徑向載荷、軸向載荷、復(fù)合載荷2運(yùn)行速度低速、高速、超高速3工作環(huán)境溫度、濕度、振動(dòng)4精度要求旋轉(zhuǎn)精度、運(yùn)動(dòng)精度5成本價(jià)格、維護(hù)成本根據(jù)不同的應(yīng)用場景和要求，需要選擇合適的軸承類型，以滿足設(shè)計(jì)要求和延長設(shè)備使用壽命。滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承廣泛應(yīng)用于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，以減小摩擦，并支撐旋轉(zhuǎn)軸。滾動(dòng)元件滾動(dòng)軸承依靠滾珠或滾柱等滾動(dòng)元件來傳遞載荷和運(yùn)動(dòng)。軸承類型滾動(dòng)軸承根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)和用途，可分為深溝球軸承、圓錐滾子軸承等。應(yīng)用領(lǐng)域滾動(dòng)軸承廣泛應(yīng)用于汽車、航空、電力等領(lǐng)域，確保機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行。滑動(dòng)軸承摩擦副滑動(dòng)軸承由軸頸和軸承瓦組成，相互間形成摩擦副。潤滑滑動(dòng)軸承需要潤滑劑，減少摩擦，降低磨損。結(jié)構(gòu)類型滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)多樣，可分為徑向和軸向兩種。應(yīng)用范圍滑動(dòng)軸承適用于低速、重載和沖擊載荷的場合。軸聯(lián)接定義軸聯(lián)接是連接軸與其他機(jī)械零件（如齒輪、皮帶輪、飛輪等）的連接方式，用于傳遞運(yùn)動(dòng)和力矩。類型常見的軸聯(lián)接類型包括鍵聯(lián)接、螺栓聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接和焊接聯(lián)接。選擇原則選擇軸聯(lián)接類型需考慮連接的強(qiáng)度、剛度、精度、裝拆方便性以及成本等因素。應(yīng)用場景不同的軸聯(lián)接方式適用于不同的應(yīng)用場景，例如鍵聯(lián)接常用于傳遞較大載荷，螺栓聯(lián)接則更適合于裝拆方便的場合。鍵聯(lián)接鍵聯(lián)接的種類鍵聯(lián)接是機(jī)械聯(lián)接中常用的方法之一，用來傳遞扭矩并防止軸和輪轂之間的相對轉(zhuǎn)動(dòng)。鍵聯(lián)接的安裝鍵聯(lián)接的安裝需要保證鍵、軸和輪轂之間的配合精度，以確保聯(lián)接的可靠性。鍵聯(lián)接的失效鍵聯(lián)接失效主要是因?yàn)殒I的疲勞斷裂或鍵槽的磨損，導(dǎo)致軸和輪轂之間的連接松動(dòng)。螺栓聯(lián)接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)螺栓聯(lián)接是一種常用的機(jī)械連接方式。它由螺栓、螺母和墊圈組成，通過螺紋的緊固作用，實(shí)現(xiàn)連接件的緊密結(jié)合。螺栓聯(lián)接的優(yōu)點(diǎn)包括結(jié)構(gòu)簡單、拆卸方便、可重復(fù)使用等。分類根據(jù)螺栓的材料、形狀和螺紋形式，螺栓聯(lián)接可分為多種類型。常見的分類包括普通螺栓聯(lián)接、高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接、預(yù)緊螺栓聯(lián)接等。焊接聯(lián)接牢固性焊接聯(lián)接具有高強(qiáng)度，可以承受較大載荷，適用于承受沖擊和振動(dòng)的場合。密封性焊接聯(lián)接能夠形成致密的金屬結(jié)構(gòu)，可以有效地防止液體和氣體的滲透，確保密封性?？煽啃院附勇?lián)接的可靠性高，不易松動(dòng)或失效，可以長期穩(wěn)定地工作。成本效益焊接聯(lián)接的成本較低，在某些情況下比其他聯(lián)接方式更經(jīng)濟(jì)。軸系設(shè)計(jì)實(shí)例1確定軸系結(jié)構(gòu)根據(jù)傳動(dòng)需求選擇合適的軸承、聯(lián)接方式。2進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)負(fù)載情況，選擇合適的軸材料，并進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)。3驗(yàn)證軸系剛度計(jì)算軸的彈性變形，確保軸系滿足剛度要求。4平衡軸系進(jìn)行靜平衡和動(dòng)平衡測試，消除振動(dòng)。5繪圖繪制軸系的三維模型，進(jìn)行加工和裝配。軸系設(shè)計(jì)實(shí)例需求分析確定軸系的功能和工作條件，如轉(zhuǎn)速、載荷、工作環(huán)境等。設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)需求分析結(jié)果，進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和平衡等方面的計(jì)算。圖紙繪制根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，繪制軸系的詳細(xì)圖紙，包括軸、軸承、聯(lián)接等。加工制造根據(jù)圖紙進(jìn)行軸系的加工制造，并進(jìn)行必要的檢驗(yàn)和調(diào)試。設(shè)計(jì)計(jì)算軸的尺寸確定根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定軸的直徑、軸頸的長度等尺寸，并選擇合適的軸承類型。軸承的選擇選擇合適的軸承型號，確保軸承能夠承受預(yù)期的載荷和工作條件。強(qiáng)度校核根據(jù)材料的強(qiáng)度指標(biāo)和計(jì)算結(jié)果，對軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核，確保軸能夠滿足使用要求。課程總結(jié)本次課程介紹了軸及其聯(lián)接的基本知識。重點(diǎn)介紹了軸的定義、種類、作用、材料選擇、強(qiáng)度設(shè)計(jì)、剛度設(shè)計(jì)、平衡、軸承選擇、軸聯(lián)接等。課程總結(jié)軸的定義與種類軸是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要部件，主要用于傳遞扭矩和支撐負(fù)載。常見的軸類型包括實(shí)心軸、空心軸、階梯軸和曲軸。軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)主要考慮靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。根據(jù)實(shí)際工況選擇合適的材料和尺寸，以確保軸在工作過程中不會發(fā)