机械设计基础第十三章
- 格式:ppt
- 大小:563.50 KB
- 文档页数:27
第十三章轴13.1 概述一、轴的功用和分类根据承受载荷的情况,轴可分为三类1、心轴工作时只受弯矩的轴,称为心轴。
心轴又分为转动心轴(a)和固定心轴(b)。
2、传动轴工作时主要承受转矩,不承受或承受很小弯矩的轴,称为传动轴。
3、转轴工作时既承受弯矩又承受转矩的轴,称为转轴。
按轴线形状分:1、直轴(1)光轴作传动轴(应力集中小)(2)阶梯轴优点:1)便于轴上零件定位;2)便于实现等强度2、曲轴另外还有空心轴(机床主轴)和钢丝软轴(挠性轴)——它可将运动灵活地传到狭窄的空间位置。
如牙铝的传动轴。
二、轴的材料轴的材料主要是碳素钢和合金钢。
碳素钢比合金钢价廉,对应力集中敏感性较小,应用较为广泛。
常用的碳素钢有30、40、45和50钢,其中以45钢应用最广。
为改善其机械性能,可进行正火或调质处理。
合金钢具有较好的机械性能,但价格较贵。
当载荷大,要求尺寸小,重量轻或有其它特殊要求的轴,可采用合金钢。
球墨铸铁容易获得复杂的形状,而且吸振性好,对应力集中敏感性低,适用于制造外形复杂的轴,如曲轴和凸轮轴等。
注意:①由于碳素钢与合金钢的弹性模量基本相同,所以采用合金钢并不能提高轴的刚度。
②轴的各种热处理(如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等)以及表面强化处理(喷丸、滚压)对提高轴的疲劳强度有显著效果。
三、轴设计的基本要求和设计步骤1、具有足够的承载能力2、具有合理的结构形状13.2 轴的结构设计轴的结构设计就是确定轴的外形和全部结构尺寸。
但轴的结构设计原则上应满足如下要求:1)轴上零件有准确的位置和可靠的相对固定;2)良好的制造和安装工艺性;3)形状、尺寸应有利于减少应力集中;4)尺寸要求。
一、轴上零件的定位和固定轴上零件的定位是为了保证传动件在轴上有准确的安装位置;固定则是为了保证轴上零件在运转中保持原位不变。
作为轴的具体结构,既起定位作用又起固定作用。
1、轴上零件的轴向定位和固定:轴肩、轴环、套筒、圆螺母和止退垫圈、弹性挡圈、螺钉锁紧挡圈、轴端挡圈以及圆锥面和轴端挡圈等。
第13章滑动轴承一、基本内容及要求本章学习的主要内容是:滑动轴承的摩擦状态,结构型式,轴瓦及轴承衬材料,润滑油的粘度,非液体润滑轴承的计算和动压润滑形成原理。
学习本章应掌握下列内容:1.能对非液体润滑轴承进行必要的校核计算。
2.能按照手册中的标准规范选择适当的轴承结构,如果手册中的轴承结构不合适时,应能自行设计;3.应熟悉润滑油和润滑脂的性能和选用原则。
对润滑装置可作一般了解。
二、自学指导1.干摩擦状态教材中从理论上说明干摩擦的含义。
实际上裸体金属表面,在现实生活中并不存在。
暴露在空气中的金属表面,不可避免地将被氧化膜、水气、油脂等覆盖,这些覆盖层虽然很薄但很牢固,用一般方法不能清除,因此,当金属表面相互滑动时,是表面膜相互接触,而非金属本身。
在载荷作用下,两表面处在压紧状态,实际接触面积只是部分高峰的顶峰发生接触所形成的微面积的总和,接触处应力达很高值。
相互滑动时,相接触的峰顶产生塑性变形,表面覆盖膜被破坏,从而发生两金属局部粘着;在运动中,局部粘着瞬即破坏,但又瞬即产生,这就形成摩擦磨损现象。
2.边界摩擦状态由于润滑油中常含有少量极性分子吸附在摩擦表面上,形成一层极薄的吸附膜,这种吸附膜能承受很高的压力而不破坏。
显然,在这种状态下,两摩擦表面的摩擦系数将比干摩擦时大为减小。
图13.1实际上,由于摩擦表面上均有微观峰顶存在,因此在滑动过程中,当两峰顶相遇时就会把油膜划破,因而形成局部的金属直接接触。
3.油的粘度 根据牛顿所作的实验,大多数流体的内摩擦剪切应力与其速度梯度成正比,即dy du ∝τ,或写为dydu ητ=,此即牛顿液体流动定律。
式中η是比例常数,称为液体的动力粘度。
采用国际单位制,可得η的单位为:η=s P s m N s m m m N ⋅=⋅=⋅a22/。
工业上常用的运动粘度v 可由下式确定 ρη=v 式中ρ为与η同温度下,该液体的密度。
v 的量纲为sm kg m m s s m kg kg m m s N v 232232=⋅⋅⋅=⋅⋅= 实用上,这个单位太大,通常以cm 2/s 为单位。
^=Z/(^A1+^A1)= 15002V
P 2 = f d (X 2F r2 + Y 2F a2) = 1.5 x (0.44 x 2060 +1.3 x 1290) = 3875.1^
(3)计算所需的基本额定动载荷
球轴承时,8=3;并取轴承2的、勺量动载荷为计算依据
C
16670 V 16670 查手册,70208C 的G=36.8册〉C,故合适。
13-12-深沟球轴承6304承受一径向力R = 4kN,载荷平稳,转速n = 960r/min,室溫下 工作,试求该
轴承的基本额定寿命,并说明能达到或超过此寿命的概率。
若载荷变 为R=2kN,轴承的基本额定寿命是多少?
解:室温下工作,载荷平稳,^d=l;球轴承时,8=3;查表得C r =15.8W
13-13根据工作条件,某机械传动装置中轴的两端各采用一个深沟球轴承支承,轴颈〃= 35mm,转速
«=2000r/min,每个轴承径向载荷R = 2000N,常温工作,载荷平稳, 预期寿命为8000h,试选择轴承。
解:室温下工作,载荷平稳,fd=l;球轴承时,8=3;当量动载荷P= fd Fr=2OOO7V 时
查表可选用轴承6207 (基本额定动载荷Cr=25.5W)。
5000x2000
=3268L7;V ^^=3875.1x3 需20呼
2000x8000 16670
⑴十量动载荷P=fd0=4kN 时
在此载荷上,该轴承能达到或超过此寿命的概率是90%。
⑵十量动载荷P=fE=2kN 时。
第十三章机械的平衡与调速习题解答13-1 机械平衡的目的是什么?造成机械不平衡的原因是什么?答:转子的平衡是指绕固定轴回转的构件(即转子)惯性力的平衡。
机械平衡的目的就是合理分配构件的质量,以减少或消除动压力。
造成转子不平衡的主要原因,是由于转子的质量分布不均匀,或由于制造、安装误差造成质心与回转轴线的不重合,从而产生离心惯性力和惯性力矩。
13-2 机械平衡的可分为几类?划分刚性转子和挠性转子的依据是什么?答:机械平衡分为转子的平衡和机构的平衡两类。
转子的工作转速低于(0.6~0.75)c n ,称为刚性转子....,转子的工作转速大于等于(0.6~0.75)c n ,称为挠性转子....。
13-3 何谓静平衡?静平衡的条件是什么?什么样的转子需要静平衡?答:静平衡是对刚性转子惯性力的平衡。
静平衡的条件为:分布于该回转件上各质量的离心力的合力为零或质径积的矢量和等于零。
对于轴向尺寸较小,即转子轴向宽度b 与其直径d 之比b/d < 的盘状转子,例如齿轮、带轮、链轮、叶轮和盘形凸轮等,需进行静平衡计算。
13-4 何谓动平衡?动平衡的条件是什么?什么样的转子需进行动平衡?答:动平衡是对刚性转子惯性力和惯性力矩的平衡。
动平衡的条件是:转子内各质量的离心惯性力的矢量和等于零,且离心惯性力引起的力偶矩矢量和也等于零,即∑F =0和∑m =0。
对于轴向尺寸较大的转子(),例如多缸发动机曲轴、电动机与发电机转子、汽轮机转子和机床主轴等,需进行动平衡计算。
13-5 何谓质径积?答:质径积是质量与向径的乘积。
13-6 要求进行动平衡的回转件,如果只进行静平衡是否一定能减轻不平衡质量造成的不 良影响?答:不能13-7 一般机械的运转过程分为哪三个阶段?每个阶段的特点是什么?答:一般说来,机械运转历经三个阶段:启动阶段、稳定运转阶段和停车阶段。
启动阶段的特点是:驱动力所做的功d W 必须大于克服阻力所消耗的功r W 。