轴系部件的设计
【精品】轴系零件结构设计实验
轴系结构设计与测绘实验轴系结构设计应满足以下要求：1）轴和轴上的零件要有确定的轴向工作位置和可靠的轴向、周向固定；2）轴应便于加工，轴上的零件易于拆装；3）轴的受力合理，并尽量减少应力集中；4）轴承固定方式应符合给定的设计条件，轴承间隙调整方便；5）锥齿轮轴系的位置应能作轴向调整。
一、实验目的1．通过轴系结构的观察分析，理解轴、轴承、轴上零件的结构特点，建立对轴系结构的感性认识2．熟悉和掌握轴的结构设计和轴承组合设计的基本要求和设计方法；3．了解并掌握轴、轴承和轴上零件的结构与功用、工艺要求、装配关系、轴与轴上零件的定位、固定及调整方法等，巩固轴系结构设计理论知识；4．分析并了解润滑及密封装置的类型和机构特点；5．了解并掌握轴承类型、布置和轴承相对机座的固定方式。
二、实验设备1、直齿圆柱齿轮轴系、斜齿圆柱齿轮轴系、圆锥齿轮轴系和蜗杆轴系结构模型。
2.轴上零件：齿轮、蜗杆、带轮、联轴器、轴承、轴承座、端盖、套杯、套筒、圆螺母、止退垫圈、轴端挡板、轴用弹性垫圈、孔用弹性垫圈、螺钉、螺母等。
3.工具包括钢板尺、游标卡尺、内外卡钳、三角板等。
三、实验内容指导教师根据教学要求给每组指定实验内容（圆柱齿轮轴系、小圆锥齿轮轴系或蜗杆分析）；分析并测绘轴系部件，绘制轴系结构草图，测定和标注各部分尺寸，分析轴头、轴颈等各部分结构特点，并提出自己的见解和评价。
对圆柱齿轮轴系、锥齿轮轴系及蜗杆轴系进行以下分析：分析轴的各部分结构、尺寸与强度、刚度、加工装配的关系；1、分析轴上零件的用途、定位及固定方式；2、分析轴承类型、布置和轴系相对机座的固定方式；3、了解润滑及密封装置的类型和结构特点。
轴系测绘1、测绘轴各段直径、长度及主要零件尺寸（对于拆卸困难或无法测量的有关尺寸，可以根据实物相对大小和结构关系估算出结构尺寸）。
2、由手册中查出：滚动轴承、键、密封件等有关标准件的尺寸。
画出轴系结构装配图1、对照轴系实物按机械制图要求画出轴系结构装配图（比例取1：1）；2、对轴承的箱体部分只要求画出与轴承和端盖相配的局部；3、在图上标注必要的尺寸：两支撑间跨距，齿轮分度圆直径及宽度，主要的轴孔配合尺寸及公差；轴系结构设计说明（说明轴上零件的定位与固定、滚动轴承的安装、调整，润滑与密封方法）四、实验步骤1、明确实验内容，复习轴的结构设计及轴承组合设计等内容；2、观察与分析轴承的结构特点；3、测量轴系主要装配尺寸（如支承跨距）和零件主要结构尺寸（支座不用测量）。
轴系设计与分析实验报告
轴系设计与分析实验报告1. 引言轴系设计与分析是机械工程中的重要内容之一。
通过对轴系的设计与分析，可以确保机械系统的运行稳定性和效率。
本实验旨在通过实际操作和分析来学习轴系设计与分析的基本原理和方法。
2. 实验目的本实验的主要目的是掌握轴系设计与分析的基本步骤和方法，包括轴的选择、轴的尺寸设计、轴的强度校核等。
3. 实验步骤本实验的具体步骤如下：3.1 确定传动系统参数根据所给的传动要求和实际情况，确定传动系统的参数，包括输入功率、输出转速、传动比等。
3.2 选择轴材料根据所需承受的载荷和工作环境条件，选择合适的轴材料。
考虑诸如强度、刚度、耐磨性等因素，选择最优的轴材料。
3.3 选择轴的类型和形状根据传动系统的需求和工作条件，选择合适的轴类型和形状。
常见的轴类型有实心轴、空心轴、中空轴等，而轴的形状可以是圆柱形、锥形、多边形等。
3.4 设计轴的尺寸根据轴的类型、轴材料和传动系统参数，进行轴的尺寸设计。
首先确定轴的直径或截面尺寸，然后考虑轴的长度和轴上的零件布置。
3.5 进行强度校核根据轴的尺寸和所受载荷，进行强度校核。
使用适当的强度校核方法，如受弯强度校核、疲劳强度校核等，确保轴的强度满足设计要求。
3.6 进行轴的稳定性分析根据轴的尺寸和受力情况，进行轴的稳定性分析。
通过计算轴的弯曲刚度、扭转刚度等参数，评估轴在工作过程中的稳定性。
3.7 优化设计根据实际分析结果，对轴的尺寸和材料进行优化设计。
通过改变轴的尺寸或材料，达到更好的性能和效果。
4. 实验结果与分析根据实际操作和计算分析，得出了轴的最佳尺寸和材料。
经过强度校核和稳定性分析，确认轴的设计满足要求，并具备良好的性能和可靠性。
5. 结论通过本实验，我们掌握了轴系设计与分析的基本步骤和方法。
我们了解了轴的选择、轴的尺寸设计、轴的强度校核等关键内容，并通过实际操作提升了我们的实际能力。
6. 参考文献•张三等，《机械设计与制造》•李四，《轴系设计与分析基础》以上是本次轴系设计与分析实验报告的内容，通过本次实验，我们深入了解了轴系设计与分析的基本原理和方法，并将其运用到实践中。
第4章轴系的结构设计
第4章轴系的结构设计一、引言轴系是机械传动中最为常见的一种形式，它将动力源的转动运动传递给工作机构，并起到支撑、定位和传递扭矩的作用。
轴系的结构设计是保证传动系统正常运行和提高传动效率的重要环节。
本章将着重介绍轴系结构设计的要点和方法。
二、轴系结构设计的基本原则1.合理选择轴的材料和形状：轴的材料要具有足够的强度、硬度和耐磨性，一般选择优质合金钢。
轴的形状要尽量简单，以减小结构应力集中的程度。
2.合理选择轴的直径：轴的直径要根据传动扭矩和转速选择。
直径过小会导致轴变形和破坏，直径过大则会增加轴的重量和制造成本。
3.合理设计轴的轴向尺寸：轴的轴向尺寸要满足承载力和刚度的要求。
一般情况下，轴的轴向尺寸要宽于直径的1.5-2倍，以提高刚度。
4.合理设计轴的键槽和连接方式：轴与零件之间的连接方式有键连接、花键连接、伸缩套连接等。
要根据实际情况选择合适的连接方式，并合理设计键槽的尺寸和位置。
5.合理设计轴的支撑方式：轴系的支撑方式有轴承支撑、轴承端支撑、轴心支承等。
要根据轴系的具体情况选择合适的支撑方式，并合理设计轴承的型号、安装间隙和润滑方式。
三、轴系结构设计的方法1.确定传动需求：要确定传动的功率、转速和转矩等参数，以便选择合适的轴材料和直径。
2.计算轴的载荷和应力：根据传动功率和转速，计算轴的载荷和应力，以确定轴的直径和轴向尺寸。
3.选择合适的轴材料：根据轴的载荷和应力，选择合适的轴材料，考虑材料的强度、硬度和耐磨性等因素。
4.设计轴的形状和结构：根据轴的载荷和支撑方式，设计轴的形状和结构，使其具有足够的刚度和稳定性。
5.设计轴的连接方式：根据轴与零件之间的连接要求，选择合适的连接方式，并设计合适的键槽和位置。
6.设计轴的支撑方式：根据轴系的支撑方式和轴承的工作要求，选择合适的支撑方式，并设计合适的轴承型号、安装间隙和润滑方式。
四、轴系结构设计的实例分析以汽车发动机的曲轴轴系为例，进行轴系结构设计的实例分析。
轴系及轮类零件结构设计
§1 轮类零件的结构设计
一、轮类零件的结构
二、轮类零件结构设计的基本要求
1. 轮缘的设计 2. 腹板（轮辐）的设计 3. 轮毂的设计
三、常用轮类零件的通用尺寸
§2 轴的结构设计
一、轴上零件的布置方案
轴系及轮 类零件的 结构设计
轴系及轮 类零件的 结构设计
二、轴上零件的固定和轴的外形设计
1. 轴上零件的定位和固定
2. 轴的外形设计
三、各轴段直径和长度的确定
1. 各轴段的直径 2. 各轴段的长度
轴系及轮 类零件的 结构设计
四、轴的结构工艺性 五、提高轴的强度和刚度的措施
1. 改进轴上零件的布置方案 2. 改进轴上零件的结构 3. 减小应力集中
4. 改善轴的表面质量
§3 滚动轴承的组合结构设计
一、轴系支点轴向固定的结构形式
1. 两端单向固定结构 2. 一端固定，一端游动结构 3. 两端游动结构
轴系及轮 类零件的 结构设计
二、滚动轴承组合结构的调整
1. 轴系轴向位置的调整
2. 轴承游隙的调整
轴系及轮 类零件的 结构设计
三、滚动轴承提高轴承座的刚度和精度 2. 合理安排轴承的组合方式 3. 轴承的预紧
轴系零件结构设计大作业任务书和指导书
轴系零件结构设计大作业任务书和指导书一．目的1． 掌握轴系零件结构设计方法； 2． 培养独立设计能力；3． 熟悉有关设计资料，学会查手册。
二．题目单级圆柱齿轮减速器输出轴部件结构设计 原始数据如下：设计方案 项目1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 输出轴转速n （r/min ） 130 130135140145150155160 165 170输出轴功率P （kW ）2 2.22.5 2.83.2 3.5 3.8 44.2 4.5大齿轮齿数Z 2 95 97 101103105107109111 113 115小齿轮齿数Z 118 18 19 20 21 22 23 24 25 26齿轮螺旋角β 9 022'35″齿轮模数m n （mm ）3 大齿轮宽度B （mm ） 80 工作年限（班/年）1/10 工作情况 平稳传动简图：三．设计工作量1． 总装配图一张（A2图纸计算机1：1绘图，图只要求画出下图所示部分）； 2． 计算说明书一份（要求用论文纸手写，格式要求同前，可用涂改液少量涂改）。
减速器四．计算内容1．选择轴的材料及热处理方法2．按扭转强度初算轴的直径3．轴的结构设计(1) 选择联轴器（HL或TL型，要求写出标记）(2) 选择轴承（要求列出轴承各主要参数）(3) 画出轴系结构图（含轴上零件，用铅笔、直尺作图）(4) 简要说明各轴段直径的推导过程并在图上标出各直径(5) 计算跨距（要求图与文字结合写出推导过程）4．按弯扭合成强度条件校核轴的强度（要求受力简图、弯矩图及扭矩图对齐）5．滚动轴承寿命计算及轴承装置设计（寿命计算要求画出必要的示意图）6．键的选择和强度计算（要求写出标记）7．大齿轮结构设计（参考《图册》74页图2(1),要求用铅笔、直尺画出齿轮结构并注明主要尺寸）参考文献：1.吴宗泽罗圣国.机械设计课程设计手册.高等教育出版社2.濮良贵纪名刚.机械设计(第七版). 高等教育出版社.3.龚桂义潘沛霖等. 机械设计课程设计图册. 高等教育出版社。
哈工大机械设计大作业轴系部件设计完美版
Harbin Institute of Technology课程设计说明书课程名称：机械设计设计题目：轴系部件设计院系：班级：设计者：学号：指导教师：郑德志设计时间：2014年11月哈尔滨工业大学目录一、选择轴的材料 (1)二、初算轴径 (1)三、轴承部件结构设计 (2)3.1轴向固定方式 (2)3.2选择滚动轴承类型 (2)3.3键连接设计 (2)3.4阶梯轴各部分直径确定 (3)3.5阶梯轴各部段长度及跨距的确定 (4)四、轴的受力分析 (5)4.1画轴的受力简图 (5)4.2计算支反力 (5)4.3画弯矩图 (6)4.4画转矩图 (6)五、校核轴的弯扭合成强度 (8)六、轴的安全系数校核计算 (9)七、键的强度校核 (10)八、校核轴承寿命 (11)九、轴上其他零件设计 (12)十、轴承座结构设计 (12)十一、轴承端盖（透盖） (13)参考文献 (13)一、 选择轴的材料通过已知条件和查阅相关的设计手册得知，该传动机所传递的功率属于中小型功率。
因此轴所承受的扭矩不大。
故选45号钢，并进行调质处理。
二、 初算轴径对于转轴，按扭转强度初算直径：d ≥√9.55×106P n10.2[τ]=C √P n13式中 d ——轴的直径；P ——轴传递的功率，kW ；n1——轴的转速，r/min;[τ]——许用扭转剪应力，MPa; C ——由许用扭转剪应力确定的系数；由大作业四知P =3.802kw所以：d ≥36.99mm本方案中，轴颈上有一个键槽，应将轴径增大5%，即d ≥36.99×(1+5%)=38.84mm按照GB2822-2005的a R 20系列圆整，取d =40 mm 。
根据GB/T1096—1990，键的公称尺寸b ×h =12×8，轮毂上键槽的尺寸 b=12mm ，1t =3.3mm 3、设计轴的结构3.1轴承机构及轴向固定方式因传递功率小，齿轮减速器效率高、发热小，估计轴不会长，故轴承部件的固定方式采用两端固定方式。
轴类零件课程设计
轴类零件课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握轴类零件的基本概念、分类和用途；2. 使学生了解轴类零件的结构特点，能分析其工作原理；3. 引导学生掌握轴类零件的加工工艺、装配及检修方法；4. 帮助学生了解轴类零件在工程实际中的应用，提高解决实际问题的能力。
技能目标：1. 培养学生运用CAD软件绘制轴类零件图纸的能力；2. 培养学生运用三维建模软件对轴类零件进行建模和分析的能力；3. 提高学生实际操作轴类零件加工设备，进行加工、装配和检修的技能；4. 培养学生团队协作、沟通表达的能力，提高工程实践素养。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械工程领域的兴趣，激发学习热情；2. 引导学生树立正确的工程观念，认识工程对社会发展的意义；3. 培养学生严谨、勤奋、创新的工作态度，提高职业素养；4. 增强学生环保意识，培养绿色制造、可持续发展的理念。
课程性质：本课程为机械制造及自动化专业的一门专业核心课程，旨在培养学生的轴类零件设计、制造和检修能力。
学生特点：学生已具备一定的机械基础知识，具备一定的空间想象能力和动手能力。
教学要求：结合课程性质和学生特点，本课程要求教师采用项目驱动、任务导向的教学方法，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和工程实践能力。
通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，为今后的职业发展奠定基础。
二、教学内容1. 轴类零件概述- 轴类零件的定义、分类及用途- 轴类零件在机械系统中的作用2. 轴类零件的结构与设计- 轴的结构特点及设计原则- 轴类零件的强度计算与校核- 轴承、联轴器等轴系零部件的选用与设计3. 轴类零件的加工工艺- 车削、铣削、磨削等加工方法- 加工工艺参数的选择及优化- 质量控制与检测方法4. 轴类零件的装配与检修- 装配工艺及方法- 轴类零件的故障分析及检修方法- 装配与检修过程中的注意事项5. 轴类零件在实际工程中的应用- 案例分析：典型轴类零件的应用实例- 轴类零件在现代制造业中的发展前景6. 教学实践与技能训练- CAD软件绘制轴类零件图纸- 三维建模软件对轴类零件进行建模和分析- 实际操作轴类零件加工设备，进行加工、装配和检修教学内容安排与进度：第1-2周：轴类零件概述、结构与设计第3-4周：轴类零件的加工工艺第5-6周：轴类零件的装配与检修第7-8周：轴类零件在实际工程中的应用及教学实践教材章节及内容：第一章 轴类零件概述（1-2节）第二章 轴类零件结构与设计（3-4节）第三章 轴类零件加工工艺（5-6节）第四章 轴类零件装配与检修（7-8节）第五章 轴类零件在实际工程中的应用及教学实践（9-10节）三、教学方法1. 讲授法：教师通过系统讲解，使学生掌握轴类零件的基本概念、分类、结构特点及设计原则等理论知识。
轴系零件结构设计实验
轴系零件结构设计实验
轴系零件结构设计是机械工程学中的重要实验之一，其目的是通过对不同的零件结构
进行设计、制造和测试，以从理论上和实践上理解和掌握轴系的基本原理和性能。
本实验分为以下几个步骤：
1、材料准备：为了保证实验结果的准确性和可靠性，需要选用高质量的材料，如高
强度钢、铜、铝等。
2、设计：根据轴系的要求，进行结构设计。
在设计中，需要考虑轴的应力、变形、
强度、硬度和耐热性等因素，同时还需要考虑生产工艺和运作环境等因素。
3、制造：根据设计方案，进行加工、装配和调试。
在制造过程中，需要保证加工精
度和表面质量，避免出现裂纹、划痕等不良情况。
4、测试：采用拉伸、弯曲、扭转、抗疲劳等实验方法进行测试，以验证轴系零件结
构设计的性能。
通过数据实验，得出性能和强度曲线等，可以对轴系进行进一步分析和改进。
通过轴系零件结构设计实验的学习，可以让学生深入理解轴系的工作原理和结构特点，提高工程设计和制造的能力，培养工程实践操作技能，为日后从事相关工作培养专业素养
和能力。
轴系结构设计实验报告
轴系结构设计实验报告一、实验目的本实验旨在让学生通过设计轴系结构，掌握轴系结构的设计方法和技巧，了解轴系结构的基本原理，并能够进行轴系结构的计算和分析。
二、实验原理1. 轴系结构的基本概念轴系结构是由若干个轴承、联接件、传动件等组成的机械传动系统。
它主要用于将旋转运动转化为直线运动或者将直线运动转化为旋转运动。
2. 轴系结构的设计方法（1）确定传递功率和转速（2）选择合适的电机和减速器（3）根据传递功率和转速确定轴承类型和尺寸（4）设计联接件和传动件，保证其强度和刚度满足要求（5）进行轴系结构的计算和分析，检查其可靠性。
三、实验内容及步骤1. 实验材料准备：电机、减速器、联接件、传动件等。
2. 实验步骤：（1）确定传递功率和转速，选择合适的电机和减速器。
（2）根据传递功率和转速确定轴承类型和尺寸。
（3）设计联接件和传动件，保证其强度和刚度满足要求。
（4）进行轴系结构的计算和分析，检查其可靠性。
（5）制作轴系结构样品，进行实验验证。
四、实验结果及分析1. 实验结果：通过实验，我们成功地设计了一台轴系结构，将电机的旋转运动转化为直线运动，并且能够顺利地传递功率和转速。
在实验过程中，我们还发现了一些问题，并进行了相应的调整和改进。
2. 结果分析：通过本次实验，我们深入了解了轴系结构的设计方法和技巧，并掌握了轴系结构的基本原理。
同时，在实际操作中，我们也发现了一些问题并进行了相应的调整和改进。
这不仅增加了我们对机械传动系统的认识，也提高了我们解决问题的能力。
五、实验总结通过本次实验，我们不仅学习到了轴系结构的基本原理和设计方法，还掌握了相关工具的使用技巧。
同时，在实际操作中遇到问题时，我们也学会了如何快速定位并解决问题。
这对于以后从事机械制造行业有着非常重要的意义。
轴类零件设计
目录
例题 习题 小结
作业：思考题
1、轴上零件的轴向定位有那些方法？ 各有何特点？
2、在齿轮减速器中，为什么低速轴的 直径要比高速轴的直径大得多？
目录
例题 习题 小结
六、典型轴的选材
调质220HB~250HB
C620车床主轴简图
1. 机床主轴选材
• 车床主轴可选用45钢。热处理工艺为调质 处理，硬度要求为220HB－250HB；轴颈和 锥孔进行表面淬火，硬度要求为52HRC。
它的工艺路线如下： 锻造→正火→粗加工→调质→半精加工→ 表面淬火及低温回火→磨削加工。
目录
例题 习题 小结
要求r轴<R孔或r轴<C孔
正确
目录
h=R(C)+(0.5~2)mm
例题 习题 小结
2）套筒 用于距离较短、转速不高的场合。
目录
例题 习题 小结
3）圆螺母
双圆螺母
装拆方便，可承受较大的轴向力。
目录
例题 习题 小结
注意：L轴<L毂 （2--3mm)
4）轴端挡圈
用于固定轴 端零件，可 以承受振动 和冲击。
• 材料可选用QT700-2。 • 其工艺路线如下：
铸造→高温正火→切Biblioteka 加工→轴颈 气体渗氮本节课小结
• 1.掌握轴类零件选材的主要依据； • 2.掌握轴类零件的分类及工作条件； • 3.掌握常用的轴类零件材料及典型轴的
选材原则。
§13-2 轴的结构设计
单级圆柱齿轮减速器
本节课主要内容
一、拟定轴上主要零件的装配 二、零件在轴上的定位和固定方法
• 2. 轴与轴上零件有相对运动时相互间存 在摩擦和磨损；
轴系部件的选择与设计
目录轴系部件的选择与设计 (1)1. 轴系设计的基本要求 (1)（1）旋转精度、刚度、抗振性、热变形 (1)（2）机床主轴传动齿轮空间布置比较 (1)2. 轴系(主轴)用轴承的类型与选择 (2)（1）标准滚动轴承； (2)（2）深沟球轴承； (2)（3）双列向心短圆柱滚子轴承； (2)（4）圆锥滚子轴承； (2)（5）推力轴承。
(2)3. 提高轴系性能的措施 (5)（1）提高轴系的旋转精度 (5)（2）提高轴系组件的抗振性 (5)轴系部件的选择与设计1.轴系设计的基本要求轴系由轴及安装在轴上的齿轮、带轮等传动部件组成，有主轴轴系和中间传动轴轴系。
轴系的主要作用是传递转矩及精确的回转运动，它直接承受外力(力矩)。
对于中间传动轴系一般要求不高。
而对于完成主要作用的主轴轴系的旋转精度、刚度、热变形及抗振性等的要求较高。
（1）旋转精度、刚度、抗振性、热变形旋转精度是指在装配之后，在无负载、低速旋转的条件下轴前端的径向跳动和轴向窜动量。
轴系的刚度反映了轴系组件抵抗静、动载荷变形的能力。
轴系的振动表现为受迫振动和自激振动两种形式。
其振动原因有轴系组件质量不匀引起的动不平衡、轴的刚度及单向受力等；它们直接影响旋转精度和轴承寿命。
轴系的受热会使轴伸长或使轴系零件间隙发生变化，影响整个传动系统的传动精度、旋转精度及位置精度。
又由于温度的上升会使润滑油的粘度发生变化，使滑动或滚动轴承的承载能力降低。
（2）机床主轴传动齿轮空间布置比较机床主轴传动齿轮空间布置比较2.轴系(主轴)用轴承的类型与选择（1）标准滚动轴承；（2）深沟球轴承；（3）双列向心短圆柱滚子轴承；（4）圆锥滚子轴承；（5）推力轴承。
双列向心短圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、双列推力球轴承图1）配套应用例上图为其配套应用实例，双列向心短圆柱滚子轴承的径向间隙调整，是先将螺母6松开、转动螺母1,拉主轴7向左推动轴承内圈，利用内圈胀大以消除间隙或预紧。
这种轴承只能承受径向载荷。
轴系结构设计PPT.
疲劳强度校核 刚度验算（如机床主轴）
机械设计 第七章 轴系结构设计
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3. 振动折断 4. 塑性变形
高速轴，自振频率与轴转速接近
短期尖峰载荷
验算屈服强度
设计的主要问题： 今天我们学习了止血的方法请同学们要牢记。但是，我们要避免日常生活中的出现流血事情的发生，课间活动要有秩序，使用锋利的
工具要小心，遇到危险的场面要避开。一旦发生流血事件要冷静，采取正确的方法止血，千万不要忘记上医院治疗。 小提示70：对定期使用的测试要不断更新。
机械设计 第七章 轴系结构设计
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机械设计 第七章 轴系结构设计
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装配方案的比较：
机械设计 第七章 轴系结构设计
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2. 零件在轴上的固定 （1）轴向固定
滚动轴承
齿轮
套筒
轴承端盖
半联轴器
轴端挡圈
Ⅰ Ⅰ
R r
h h
Ⅱ
Ⅲ
Ⅱ
b
r
C
Ⅲ
2-3mm
机械设计 第七章 轴系结构设计
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机械设计 第七章 轴系结构设计
机械设计 第七章 轴系结构设计
11
注意：钢材
种类 热处理
对钢材弹性模量E影响很小
∴用
热处理 合金钢
不能提高轴的刚度。
问：当轴的刚度不足时，如何提高轴的刚度？
3. 合金铸铁、QT：铸造成形，吸振，可靠性低，品质难控制。 常用于凸轮轴、曲轴。
四. 轴设计的主要问题 失效形式：1. 疲劳破坏 2. 变形过大
8
2. 按轴线形状分
直轴
光轴 阶梯轴
又可分为实心、空心（加工困难）
曲轴：发动机专用零件
机械设计 第七章 轴系结构设计
轴系结构设计实训报告
一、实验目的1. 熟悉轴系结构设计的基本原理和方法。
2. 掌握轴、轴承和轴上零件的结构特点及装配关系。
3. 学会轴系结构设计的计算和绘图方法。
4. 培养实际操作能力和工程意识。
二、实验内容1. 实验原理与计算（1）轴的结构设计：根据轴的受力情况，确定轴的材料、直径、长度和形状。
（2）轴承组合设计：根据轴的转速、载荷和润滑条件，选择合适的轴承类型、型号和安装方式。
（3）轴上零件的固定：根据轴上零件的类型和用途，选择合适的固定方法。
2. 实验步骤（1）分析轴的受力情况，确定轴的材料和直径。
（2）根据轴的转速、载荷和润滑条件，选择合适的轴承类型和型号。
（3）设计轴承组合结构，包括轴承的安装方式、轴向定位和轴向固定。
（4）选择轴上零件的固定方法，并绘制装配图。
三、实验过程1. 分析轴的受力情况（1）根据实验要求，确定轴的转速、载荷和转速范围。
（2）根据转速和载荷，选择合适的材料。
（3）计算轴的直径，满足强度、刚度和稳定性要求。
2. 选择轴承类型和型号（1）根据转速、载荷和润滑条件，选择合适的轴承类型。
（2）根据轴承类型，选择合适的轴承型号。
3. 设计轴承组合结构（1）确定轴承的安装方式，如外圈固定、内圈固定等。
（2）设计轴承的轴向定位和轴向固定，确保轴承在轴向方向的稳定。
4. 选择轴上零件的固定方法（1）根据轴上零件的类型和用途，选择合适的固定方法。
（2）绘制装配图，标注固定方式和尺寸。
四、实验结果与分析1. 实验结果（1）根据实验要求，完成了轴的结构设计。
（2）根据实验要求，完成了轴承组合设计。
（3）根据实验要求，完成了轴上零件的固定设计。
2. 分析（1）实验过程中，对轴的结构设计、轴承组合设计和轴上零件的固定方法有了更深入的了解。
（2）通过实验，掌握了轴系结构设计的基本原理和方法。
（3）提高了实际操作能力和工程意识。
五、实验总结1. 实验过程中，遇到了一些问题，如轴承型号的选择、轴上零件的固定方法等。
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H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y机械设计大作业题目：轴系部件设计院系：能源科学与工程学院班级：姓名：学号：©哈尔滨工业大学目录题目:设计行车驱动装置中的齿轮传动行车驱动装置的传动方案如图5.4所示。
室内工作、工作平稳、机器成批生产，其他数据见表5.4。
图5.4表5.4 行车驱动装置中齿轮传动的已知数据方案电动机工作功率Pd/（KW）电动机满载转速/(/min)mn r工作机的转速/(/min)wn r第一级传动比1i轴承座中心高H（mm）最短工作年限5.4.1 2.2 940 55 2.8 250 10年1班5.4.2 3 960 50 3.3 250 3年3班5.4.3 2.2 710 40 2.8 220 3年3班5.4.4 2.2 940 60 3.2 200 5年2班5.4.5 3 1420 75 3.2 200 5年2班由先前的设计可知轴的输入功率P1=2.09KW,转矩T=78713.5 N ·mm ，转速n=253.57 r/min ，斜齿轮圆柱齿轮分度圆直径d=52.14mm 齿宽b=50mm ，带轮宽度B=65mm 。
1. 选择轴的材料因为传递功率不大，且对质量及结构尺寸无特殊要求，故选用常用材料45钢，调质处理。
2.初算轴径dmin ，并根据相配联轴器的尺寸确定轴径d1和长度L1对于转轴，按扭转强度初算轴径，由文献[1]表10.2得C=106~118，考虑轴端弯矩比转矩小，故取C=106，则41.2157.25309.2106nd 33min =⨯==P C考虑键槽的影响，取d min/mm=21.41*1.05=22.48mm ，考虑轴端1与带轮连接，按标准GB2822-81 的R10圆整后，取d1=25mm ，L1=65mm3.结构设计（1）确定轴承部件机体的结构形式及主要尺寸为方便轴承部件的装拆，铸造机体采用部分式结构（图1），取机体的铸造壁厚mm 8=δ，机体上轴承旁连接螺栓直径d2=12mm ，装拆螺栓所需要的扳手空间C1=18mm ，C2=16mm ，故轴承旁内壁至座孔外端距离mm50~47mm )8~5(21=+++=C C L δ，取L=50mm（2）确定轴的轴向固定方式因为行车驱动装置中的齿轮高速传动端的轴的跨距不大，且工作温度变化不大，故轴的轴向固定端采用两段固定方式（图1） （3）选择滚动轴承类型，并确定其润滑及密封方式因为轴受轴向力的作用，故选用角接触球轴承。
齿轮的线速度269.010006057.25314.52100060dnv ≤=⨯⨯⨯=⨯=ππ，齿轮转动时飞溅的润滑油不足于润滑轴承，故滚动轴承采用脂润滑，因为该减速器的工作环境，脂润滑，密封处轴颈的线速度较低，故滚动轴承采用毡圈密封，并在轴上安置挡油板（图1）。
（4）密封圈与轴段2在确定轴段2直径时，应考虑联轴器的固定及密封圈的尺寸两个方面。
当联轴器右端用轴肩固定时，由文献【1】图10.9中公式计算得轴肩高度mm d 5.2~75.1)1.0~07.0h =≈（，相应轴段2的直径d2的范围为28.5~30mm 。
轴段2的直径最终由密封圈确定。
由文献【2】表14.4，可选用毡圈油封F2/T92010-1991中的轴径为30mm 的，则轴段2的直接d2=30mm 。
（5）轴承与轴段3和轴段6轴段3上安装轴承，其直径应既便于轴承安装，有应该符合轴承内径系列。
现暂取轴承型号为7207C ，由文献【2】表12.5，内径d=35mm ，外径D=72mm ，宽度B=17mm ，定位轴肩直径da=42mm ，轴上定位端面的圆角半径mm r as 1=。
故轴段3的直径d3=35mm 。
通常一根轴上的两个轴承取相同型号，故轴段6的直径d6=35mm （6）齿轮与轴段4轴段4上安装齿轮，为便于齿轮的安装，d4应略大于ds ，可取d4=38mm 。
齿轮左端用套筒固定，为了使套筒端面顶在齿轮左端面上，即靠紧，轴段4的长度L4应该比齿轮轴毂长略短，已知齿宽b=50mm ，可以取轴段5的长度L4=48mm 。
（7）轴段5mmd h 8.3~66.2)1.0~07.0(=≈，取ds=45mm ，b=1.4h=1.4（ds-d4）/2=1.4*(45-38)/2=4.9mm（8）机体与轴段2,3,6的长度轴段2,3,6的长度l2,l3,l6除与轴上零件有关，还与机体及轴承盖等零件有关。
通常从齿轮端面开始向两端展开来确定这些尺寸。
为避免转动齿轮与不动体之间相碰，应在齿轮端面与机体内壁之间留有一定距离H ，由文献【1】中表10.3，可取H=15mm 。
为补偿机体的铸造误差，轴承应深入轴承座孔内适当距离，以保证轴承在任何时候都能坐落在轴承坐孔上，为此取轴承上靠近机体内壁的端面与机体内壁间的距离。
为保证拧紧上下轴承座连接螺栓所需扳手空间，轴承座应有足够的宽度C ，可取C=50mm 。
根据轴承7207C 的外圈直径，由文献【2】可查得轴承盖凸缘厚度e=10mm 。
为避免带轮转动时与不动的轴承盖之间发生碰撞，带轮的左端面与轴承盖间应有一定距离K ，可取K=20mm 。
在确定此轮，机体，轴承，轴承盖及带轮的相互位置后，轴段2,3,6的长度就相应确定：326217515239()(50175)102058()155101727sl B H l L B e K l H l B =+∆++=+++==--∆++=--++==+∆-+=+-+=7207轴承力作用点距外环原边15.7mm ，取改点为支点。
取带轮轮毂中点为力作用点，则可得跨距L1=106.2mm ，L2=47.3mm ，L3=45.3mm （图1）（9）键连接带轮及齿轮与轴的周围连接均采用A 型普通平键连接，分别为键10⨯56GB/T 1096-2003及键14⨯56 GB/T 1096-20034.轴的受力分析（1）画轴的受力简图（图3（b ））（2）计算支撑反力 圆周力 31.301914.525.787132d 2t =⨯==πF N径向力 N F F 49.1123cos tan n tr ==βα轴向力 N F F t a 77.641tan ==β带轮压轴力 Q=1199.68N带初次安装在带轮上的时候，所需要的初拉力要比正常工作时大很多，故计算轴和轴承时，通常取N N Q Q 52.179968.11995.15.1max =⨯==NF F Q F Nl l l l l Q d F F F H r H ar H 52.167153.459449.112352.179953.45943.453.47)3.453.472.106(52.17992/4.5277.6413.4549.1123)(212323211-=-+=-+==++++⨯+⨯=+++++=NF F F Nl l l F F v t r t 26.154204.14773.301904.14773.453.473.453.3019123231r =-=-==+⨯=+⨯=轴承I 的总支承反力：N F F F H R 11.482604.147753.45942221r 211=+=+=轴承II 的总支撑力NF F F r H 32.227426.154252.16712222222r =+=+=(3)画弯矩图在水平面上，a-a 剖面左侧，mm 58905)()(2121ah ⋅=⨯-++=N l F l l Q M Ha-a 剖面右侧，mm N l F M H ∙=⨯='7572032ahc-c 剖面 m N h Q M ah ⋅=⋅="191109在垂直面上，弯矩为mmN l F M r ar ⋅=⨯=⋅=698643.4704.147721合成弯矩，a-a 部面左侧mmN M MM arah⋅=+=+=6.9138269864589052222aa-a 剖面右侧mm N M M M araha ⋅=+='+'='7.10302669864757202222（4）画转矩图mm N T ⋅=5.787135.按照弯矩合成强度计算根据文献【1】式10.3得M P aM P a W T W M tb t55][91.45)85755.787136.0()5.4287191109()2(4222121=≤=⨯+=+=σσε）（式中:1M --- c-c 截面处的弯矩，1M =191109N ·mmT------c-c 截面处的转矩，1T =78713.5N ·mm W------抗弯剖面模量，335.428710dmm W ==t W -----抗弯扭剖面模量，33t 85755mm dW ==α-------对单位转动的转轴，按照脉动循环处理，取折合系数α=0.66轴的安全系数校核计算弯曲应力：119110944.574287.5b M M P aWσ===44.57,0a b m M Pa σσσ===,扭剪应力：178713.59.188575T TT M PaW τ===9.18 4.5922Ta m M P aτττ====由参考文献[1]式10.4、10.5、10.6，13001.892.62544.570.200.920.8a mS K σσσσσσψσβε-===⨯+⨯+⨯115512.961.89 4.590.1 4.590.920.82a mS K ττττττψτβε-===⨯+⨯+⨯[]22221.8912.96 1.87 1.5~1.81.8912.96S S S S S S στστ⋅⨯===≥=++式中：σS ——只考虑弯矩时的安全系数； τS ——只考虑转矩时的安全系数；1-σ、1-τ——材料对称循环的弯曲疲劳极限和扭转疲劳极限，由参考文献[1]表10.1，45号钢调质处理，11300,155M Pa M Pa στ--==；τσK K 、——弯曲时和扭转时轴的有效应力集中系数，c--c 截面由配合而产生应力，由参考文献[1]附表10.4，利用插值可得2.625, 1.89K K στ==；τσεε、——零件的绝对尺寸系数，由参考文献[1]附图10.1，82.0,8.0==τσεε；β——表面质量系数，321ββββ=，由参考文献[1]附图10.1、附表10.2，92.0=β；τσψψ、——把弯曲时和扭转时轴的平均应力折算为应力幅的等效系数，由参考文献[1]表10.1，1.0,2.0==τσψψ；m a σσ、——弯曲应力的应力幅和平均应力，35.54,0a m M Pa σσ==； m a ττ、——扭转剪应力的应力幅和平均应力， 4.52a m M Pa ττ==；[]S ——许用疲劳强度安全系数，由参考文献[1]表10.5，[]8.1~5.1=S ；校核通过。