轴结构设计
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。
轴的结构设计
机械设计基础
Machine Design Foundation
轴的结构设计
4 轴的结构工艺性 轴的结构工艺性是指所轴的结构形式应便于加工和
装配轴上的零件，并且生产率高，成本低。为了使轴的 工艺性好，轴的结构设计应注意以下几个问题。
(1) 为便于零件的装拆，轴端应有45°的倒角,零件装 拆时所经过的各段轴径都要小于零件的孔径；
(2) 轴肩或轴环定位时，其高度必须小于轴承内圈端 部的厚度； (3) 用套筒、圆螺母、轴端挡圈作轴向定位时，一般 装配零件的轴头长度应比零件的轮毂长度短2～3mm， 以确保套筒、螺母或轴端挡圈能靠紧零件端面;
机械设计基础
Machine Design Foundation
轴的结构设计
(4) 轴上的圆角、倒角和退刀槽应尽可能取相同尺寸， 以减少刀具数量和换刀时间。为了减少轴的装夹次数， 轴上有两个以上键槽时，应尽可能布置在同一条母线上; (5) 轴上磨削的轴段和车制螺纹的轴段，应分别留有螺 纹退刀槽和砂轮越程槽;且后轴段的直径小于轴颈处的 直径，来减少应力集中，提高疲劳强度; (6) 装配段不宜太长。
机械设计基础
Machine Design Foundation
轴的结构设计
2) 轴段长度的确定 (1) 在安装齿轮时为了使齿轮固定可靠，应使齿轮轮毂 宽度大于与之相配合的轴段长度，一般两者的差取2～ 3 mm。 (2) 装滚动轴承处的轴长，查手册按轴承宽度来确定。 (3) 轴上回转零件与其他零件之间的轴向距离推荐：两 回转件间的距离取10～20 mm；回转件与内壁之距离取 10～20 mm；轴承端面至箱体内壁之距离为当减速器齿轮 圆周速度v＞2 m/s时，轴承采用油液飞溅润滑，取5～ 10 mm；当减速器齿轮圆周速度v＜2 m/s时，轴承采用油 脂润滑，还需加挡油环，防止油脂被稀释，取10～15mm； 外伸件距箱体轴承盖的距离，考虑应留有螺钉装拆及扳 手空间位置，取20～35mm。
轴的结构设计
轴的结构设计
• 1.2 轴的结构设计
轴的结构设计就是确定轴的外型和全部结构尺寸。影响轴结构的因 素很多，设计时应对不同情况进行具体分析。对一般轴结构设计的基 本要求是：
1.便于轴上零件的装配
2.保证轴上零件的准确定位和可靠固定 3. 轴的加工和装配工艺性好 4.减少应力集中，改善轴的受力情况
轴的结构设计
• 1.2 轴的结构设计
1.便于轴上零件的装配 为便于轴上零件的装拆，将轴做成阶梯轴。对于剖分式箱体，轴的
直径由中间向两端逐渐变小。如图1-9所示，首先将平键装在轴上，再 从左端依次装入齿轮、套筒、左端轴承，从右端装入右端轴承，然后 将轴置于箱体的轴承孔内，装上左、右轴承端盖，再从左端装入平键、 带轮。
采用定位套筒代替圆螺母和弹性挡圈使零件轴向固定，可避免在轴上 制出螺纹、环形槽等，能有效地提高轴的疲劳强度。
轴的表面质量对轴的疲劳强度影响很大。因轴工作时，最大应力发生 在轴的表面处，另一方面，由于加工等原因，轴表面易产生微小裂纹， 引起应力集中，因此轴的破坏常从表面开始。减小轴的表面粗糙度，或 采用渗碳，高频淬火等方式进行表面强化处理，均可以显著提高轴的疲 劳强度。
②套筒和圆螺母 当轴上零件距离较近时用套筒作相对固定,可简化轴 的结构，减少轴径的变化，减少轴的应力集中，如图1-9所示。
当套筒太长时，可采用圆螺母作轴向固定。此时须在轴上加工螺纹， 将会引起较大的应力集中，轴段横截面面积减小，影响轴的疲劳寿命， 如图1-11所示。
轴的结构设计
图1-10 轴肩
图1-11 圆螺母定位
d=（0.8~1.2）D； 各级低速轴段直径可按同级齿轮的中心距a估算，
d=（0.3~0.4）a。
轴的结构设计课件
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。
轴的结构设计
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五、轴的设计
类比法
根据轴的工作条件，选择与其相似的轴进行类比及结 构设计，画出轴的零件图。
设计计算法
开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的位置及支点情 况，无法确定轴的受力情况，只有待轴的结构设计基本完 成后，才能对轴进行受力分析及强度计算。因此，一般在 进行轴的结构设计前先按纯扭转受力情况对轴的直径进行 估算。然后进行轴的结构设计后，再按弯扭合成的理论进 行轴危险截面的强度校核。
强度不够，则必须重新修改轴的结构。 （5）绘制轴的零件工作图
轴的结构设计
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六、轴毂联接
轴毂联接主要是用来实现轴和轮毂之间的周向固定并 用来传递运动和扭矩，有些可承受少量轴向力。
轴毂连接
键连接 花键连接
松键连接 紧键连接
过盈配合连接
销连接
平键连接 半圆键连接
楔键连接 切向键连接
轴的结构设计
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（一）键联接
1.轴上零件的轴向定位与固定 常用的轴向固定方法有：轴肩（轴环）、圆螺母（止
动片）、套筒、弹性挡圈、紧定螺钉、轴端挡圈定位等。
轴的结构设计
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轴肩（轴环）
特点：结构简单，定位可靠 ，可承受较大的轴向力 应用：齿轮、带轮、联轴器、 轴承等的轴向定位
轴的结构设计
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圆螺母
特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力 由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降
轴的结构设计
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2.轴上零件的周向固定
为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动， 轴和轴上零件必须可靠地沿周向固定（连接）。常用的周 向固定方法有：销、键、花键、过盈配合和成形联接等， 其中以键和花键联接应用最广。
举例说明轴结构设计的要点
举例说明轴结构设计的要点一、介绍轴结构设计的背景和意义轴是机械传动中的重要部件，其结构设计直接影响到机械性能和使用寿命。
因此，轴结构设计是机械设计中非常重要的一个环节。
合理的轴结构设计可以提高机械设备的工作效率和使用寿命，降低维修成本和故障率。
二、轴结构设计的要点1. 轴的材料选择轴的材料应该具有良好的力学性能、耐磨性和耐腐蚀性。
常用的轴材料有碳素钢、合金钢、不锈钢等。
在选择材料时，还需要考虑到生产成本和可靠性等因素。
2. 轴径和长度确定轴径和长度是根据承载力、转速、工作条件等因素来确定的。
一般来说，轴径越大，承载能力越强，但也会增加制造成本；而轴长度则需要根据具体情况进行合理设置。
3. 轴承选型与布局在进行轴结构设计时，需要根据承载能力及转速等因素来选择合适的轴承类型，并进行合理布局。
同时还需要注意保证轴承的润滑和散热条件。
4. 轴的表面处理轴的表面处理对于其使用寿命和性能有着重要的影响。
常用的表面处理方法包括镀铬、氮化、热处理等。
选择合适的表面处理方法可以提高轴的耐磨性和耐腐蚀性。
5. 轴尺寸公差控制在进行轴结构设计时，需要根据实际情况合理设置轴尺寸公差，以保证轴件之间的配合精度。
过大或过小的公差都会影响到机械设备的工作效率和使用寿命。
6. 轴与其他部件配合设计在进行轴结构设计时，还需要考虑到与其他部件之间的配合关系。
例如，轴与齿轮之间需要保证精准配合，以确保传动效率和稳定性。
三、举例说明以汽车发动机曲轴为例，其结构设计要点包括：1. 材料选择：一般采用高强度铸钢或锻造钢材料。
2. 轴径和长度确定：根据发动机功率、转速等因素来确定曲轴直径和长度。
3. 轴承选型与布局：曲轴采用滚动轴承，需要合理布局以保证润滑和散热条件。
4. 轴的表面处理：曲轴表面经过淬火、磨削等处理，以提高其耐磨性和耐腐蚀性。
5. 轴尺寸公差控制：曲轴尺寸公差需要控制在合理范围内，以确保与其他部件的精准配合。
6. 轴与其他部件配合设计：曲轴与连杆、齿轮等部件之间需要进行精准配合设计，以确保发动机传动效率和稳定性。
机械设计基础-12.2轴的结构设计
第二节轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。
轴的结构主要取决于以下因素：1、轴在机器中的安装位置及形式；2、轴上安装零件的类型、尺寸、数量以及和轴联接的方法；3、载荷的性质、大小、方向及分布情况；4、轴的加工工艺等。
由于影响轴的结构的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。
设计时，必须针对不同情况进行具体的分析。
轴的结构应满足：1、轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；2、轴上的零件应便于装拆和调整；3、轴应具有良好的制造工艺性等。
一、拟定轴上零件的装配方案所谓装配方案，就是预定出轴上主要零件的装配方向、顺序和相互关系。
轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。
设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。
轴主要由轴颈、轴头和轴身三部分组成，轴上被支承的部分叫轴颈，安装轮毂部分叫轴头，连接轴颈和轴头的部分叫轴身。
二、轴上零件的定位轴向固定为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件除了有游动或空转的要求者外，都必须进行必要的轴向和周向定位，以保证其正确的工作位置。
1、轴上零件的轴向固定零件安装在轴上，要有准确的定位。
各轴段长度的确定，应尽可能使结构紧凑。
对于不允许轴向滑动的零件，零件受力后不要改变其准确的位置，即定位要准确，固定要可靠。
与轮毂相配装的轴段长度, 一般应略小于轮毂宽2～3mm。
对轴向滑动的零件, 轴上应留出相应的滑移距离。
轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈和轴承端盖等来保证的。
（1）轴肩与轴环轴肩分为定位轴肩和非定位轴肩两类，利用轴肩定位是最方便可靠的方法，但采用轴肩就必然会使轴的直径加大，而且轴肩处将因截面突变而引起应力集中。
另外，轴肩过多时也不利于加工。
因此，轴肩定位多用于轴向力较大的场合。
定位轴肩的高度h一般取为h=(0.07～0.1)d，d为与零件相配处的轴径尺寸。
为了使零件能靠紧轴肩而得到准确可靠的定位，轴肩处的过渡圆角半径r必须小于与之相配的零件毂孔端部的圆角半径R或倒角尺寸C。
《轴的结构设计》课件
根据轴的用途和受力情况，确定轴的直径和长度 考虑轴的强度、刚度和耐磨性等因素，选择合适的材料和热处理工艺 计算轴的临界转速，避免共振现象 设计轴的键槽、螺纹等结构，保证轴的装配和拆卸方便
轴肩固定：轴肩与轴承外圈配合，轴肩与轴承内圈配合 轴套固定：轴套与轴承外圈配合，轴套与轴承内圈配合 轴肩轴套固定：轴肩与轴承外圈配合，轴套与轴承内圈配合 轴肩轴套轴端固定：轴肩与轴承外圈配合，轴套与轴承内圈配合，轴端与轴承外圈配合
,
汇报人：
01
02
03
04
05
06
轴头：轴的端部，用于安装轴承或 其他零件
轴肩：轴颈与轴头之间的过渡部分， 用于固定轴承
添加标题
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添加标题
添加标题
轴颈：轴的圆柱形部分，用于支撑 和传递扭矩
轴端：轴的末端，用于安装其他零 件或连接其他部件
轴身是轴的主要组 成部分，通常由钢、 铝或其他金属材料 制成
汇报人：
确定轴承的类型： 球轴承、滚子轴承、 滑动轴承等
确定轴承的尺寸： 根据轴的直径和长 度选择合适的轴承 尺寸
确定轴承的数量： 根据轴的载荷和转 速选择合适的轴承 数量
确定轴承的安装方 式：轴向固定、径 向固定、轴向和径 向固定等
固定端：轴的一 端固定在支撑件 上，提供轴的稳
定性和刚度
游动端：轴的另 一端可以自由移 动，提供轴的灵
材料特性：高强 度、高硬度、耐 磨损、耐腐蚀
应用领域：广泛应 用于机械、汽车、 航空、航天等领域
热处理：淬火、 回火、正火等热 处理工艺
合金元素：铬、镍、 钼、钒等元素，提 高材料的性能和稳 定性
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
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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
轴结构设计的基本要求
轴结构设计的基本要求
轴结构设计是指在机械设备中，对于轴的使用和设计方法的总称。
对于轴的结构设计，有以下几个基本要求。
1.强度要求：轴的强度是设计的一个重要方面，需要考虑到承受
的载荷和力矩等因素，才能确定合适的材料和尺寸。
2.刚度要求：轴的刚度直接影响到机械设备的工作性能，刚度越大，失配的可能性就越小，精度也越高。
3.稳定性要求：轴的稳定性就是指轴能够承受震动、突然负载等
外界因素的影响，不会发生任何的变形或破裂现象。
4.平衡要求：轴在使用过程中，如果出现了不平衡现象，就会使
得机械设备的工作出现问题。
因此，设计时需要考虑轴的平衡性。
5.装配配合要求：轴与相邻零件的配合是设计的重要方面，使得
机械设备能够保持稳定和精确的运行。
6.可靠性要求：轴结构设计需要考虑到耐久性、使用寿命、维护
保养等诸多方面，以最大程度地保证设备的可靠性和持久性。
综上所述，轴结构设计的基本要求是强度、刚度、稳定性、平衡、装配配合和可靠性。
只有在满足这些基本要求的基础上，才能有效地
提高机械设备的工作性能。
轴结构设计的基本要求
轴结构设计的基本要求一、概述轴结构设计是工程设计中的一个重要环节，涉及到建筑、机械、航空等领域。
良好的轴结构设计可以提高工程的稳定性、安全性和可靠性，对于工程的整体性能有着至关重要的影响。
本文将从基本要求、设计流程、典型问题以及优化方法等方面，对轴结构设计进行全面、详细、完整且深入地探讨。
二、基本要求轴结构设计的基本要求主要包括以下几个方面：1.强度与刚度轴结构需要具备足够的强度和刚度，以承受外部荷载和自重，同时保证结构的变形在允许范围内。
在设计过程中，需要根据具体的工况和要求，合理选取材料、截面形状和尺寸，并进行强度和刚度的计算和验证。
2.稳定性轴结构设计要考虑结构的稳定性，即在受到外部荷载作用时，能够保持结构的平衡和稳定。
对于长、细比较大的轴结构，常常需要进行稳定性分析，避免产生屈曲失稳。
3.耐久性轴结构设计还要考虑结构的耐久性，包括抗氧化、抗腐蚀、抗疲劳等方面。
对于暴露在恶劣环境中的轴结构，要选择具有良好耐久性的材料，并进行相应的表面处理和防护措施。
4.可维护性轴结构的设计要考虑到结构的可维护性，即方便对结构进行检修和维护。
在设计过程中，要合理安排构件和连接方式，尽可能减少维护工作的难度和成本。
5.经济性轴结构设计要追求经济性，即在满足上述基本要求的前提下，尽可能减少材料消耗和工程造价。
要综合考虑各种因素，选择合适的设计方案，进行经济性评估和比较。
三、设计流程轴结构设计的一般流程包括以下几个步骤：1.确定设计任务和约束条件在设计之前，需要明确设计的任务和约束条件，包括结构类型、荷载要求、使用环境等。
这些信息将对后续的设计决策和计算分析起到重要的指导作用。
2.选取合适的材料根据设计任务和约束条件，选取合适的材料，考虑材料的强度、刚度、耐久性等指标，并结合实际情况进行选择。
3.确定截面形状和尺寸根据选取的材料和设计要求，计算出轴结构的截面形状和尺寸。
在进行计算时，要考虑强度、刚度、稳定性等多个因素，并进行综合比较和优化。
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。
轴的结构设计教案
轴的结构设计教案一、教学目标：1.了解轴的结构和功能。
2.掌握轴的设计原则和方法。
3.能够应用所学知识进行轴的结构设计。
二、教学内容：1.轴的基本概念和分类。
2.轴的结构设计原则和方法。
3.轴的实际设计案例。
4.轴的模拟仿真和优化设计。
三、教学过程：一、轴的基本概念和分类（20分钟）1.引入轴的基本概念和分类。
轴是一种常见的机械零部件，是用于支承、传动或连接其他部件的旋转零件。
根据不同的用途和形状，轴可分为直轴、芯轴、动力轴、中性轴等。
2.介绍轴的结构和功能。
轴的结构包括轴身、端面、轴孔、轴键等。
轴的功能是支撑和传递力矩，保持各部件的相对位置和相互的运动配合。
二、轴的结构设计原则和方法（30分钟）1.讲解轴的结构设计原则。
2.介绍轴的结构设计方法。
三、轴的实际设计案例（30分钟）1.列举一些典型的轴的设计案例。
例如：汽车发动机曲轴、电机转轴、车床主轴等。
2.分析实际设计案例中的问题和解决方法。
例如：曲轴的强度和刚度问题、转轴的平衡和配合问题、主轴的动态平衡和热平衡问题。
四、轴的模拟仿真和优化设计（40分钟）1.介绍轴的模拟仿真方法。
轴的模拟仿真是通过计算机辅助设计软件，实现对轴的结构和性能进行分析和优化。
2.进行轴的模拟仿真实践。
通过实际案例，指导学生使用专业软件进行轴的模拟仿真，优化轴的结构和性能。
四、教学总结和展望（10分钟）1.总结本节课的重点内容和要点。
2.展望下一节课的教学内容和任务。
四、教学方法：1.讲述法：通过讲解轴的概念、原则和方法，使学生理解轴的结构设计的基本知识。
2.案例分析法：通过分析实际设计案例，引导学生运用轴的结构设计原则和方法，解决实际问题。
3.实践操作法：通过轴的模拟仿真实践，让学生运用所学知识进行实际操作和优化设计。
五、教学资源：1.教材：轴的结构设计教材。
2.软件：轴的模拟仿真和优化设计软件。
六、教学评价：1.课堂表现评价：根据学生的参与程度、课堂提问和解答情况进行评价。
举例说明轴结构设计的要点
轴结构设计要点1. 什么是轴结构设计轴结构设计是指在建筑设计中，针对建筑物或结构的轴线进行规划和设计，以确定其中的主轴线、次轴线、平行轴线、对称轴线等。
轴结构设计不仅仅是对建筑形式进行布局，还包括对建筑物功能、空间布局和流线等方面的考虑。
2. 轴结构设计的重要性轴线是建筑设计的基础，它决定了整个建筑物的形式和内部布局。
合理的轴线设计可以使建筑物更加美观、功能布局合理，并且增强建筑的整体性和统一性。
同时，轴线还是建筑物内部空间流线的引导者，可以使人在建筑内部产生直观、连贯的空间感。
3. 轴结构设计的要点3.1 主轴线的确定主轴线是建筑物整体形式和布局的基础，一般沿建筑物的最主要的线性方向进行布置。
确定主轴线时，需要考虑建筑物的用途、功能需求、场地条件等因素，并且要与周围环境和背景相协调。
3.2 次轴线和平行轴线的确定除了主轴线外，还可以通过次轴线和平行轴线来丰富建筑的形式和空间布局。
次轴线可以是相对主轴线垂直或与之成角的线，平行轴线可以沿主轴线的方向延伸。
次轴线和平行轴线的设置要考虑建筑物的功能和空间需求，以及视觉效果的追求。
3.3 轴线的对称性轴线的对称性是轴结构设计中的重要要点之一。
对称轴线可以增强建筑物的整体性和稳定感，使建筑物更加协调。
对称轴线不仅可以体现在建筑物的平面布局上，还可以体现在立面和空间布局中。
3.4 空间流线的引导轴结构设计还要考虑建筑物内部的空间流线，即人在建筑物内部的移动路径。
合理的空间流线设计可以提高建筑物的使用效率和功能性，使人在其中感到舒适和便捷。
空间流线的引导可以通过轴线的设置和空间布局来实现。
4. 轴结构设计的案例举例4.1 欧洲古典建筑的轴线设计欧洲古典建筑中经典的轴线设计可以通过拿破仑的凯旋门来说明。
凯旋门的主轴线延伸至远处的卢浮宫，在主轴线上还设置了平行轴线和次轴线。
整个轴线系统通过对称和空间流线的引导，形成了庄严、壮观的建筑形式和布局。
4.2 现代建筑的轴线设计现代建筑中的轴线设计注重独特性和个性化。
轴的结构设计及计算
轴的结构设计及计算一、轴的结构设计1.轴的外形尺寸设计轴的外形尺寸设计包括轴的直径、长度、轴颈长度、轴草图等方面。
具体设计参数受以下因素影响：（1）载荷：轴的外形尺寸应根据设计负载来确定。
载荷分为轴向负载和弯矩负载两部分。
轴向负载通过轴承来传递，而弯矩负载作用在轴的中部。
（2）材料：轴的外形尺寸受轴材料的强度和刚度限制。
根据材料的特性，考虑到轴的强度、韧性和硬度。
（3）工作条件：轴工作环境的温度、湿度、油脂润滑、振动等因素对外形尺寸的设计有影响。
例如，在高温情况下，轴的线膨胀要考虑，以保证工作正常。
2.轴的内部结构设计轴的内部结构设计包括轴承座设计、防滑设计和轴孔尺寸设计。
（1）轴承座设计：根据所选定的轴承类型和尺寸，设计轴承座结构，以确保轴与轴承之间的协调度。
轴承座结构应具有足够的强度和刚度，能够传递载荷，并保证轴与轴承之间的空隙要求。
（2）防滑设计：轴与零件之间需要使用紧固件进行连接，以避免轴在工作时滑动和脱离。
必须根据设计载荷和接口尺寸来计算紧固件的数量和规格。
（3）轴孔尺寸设计：根据零件的要求和装配要求，设计轴孔尺寸，使得轴能够与其他零件有效连接，并保证装配的质量。
二、轴的计算1.轴的强度计算轴的强度计算一般涉及以下几个方面：（1）轴的弯曲强度计算：根据所受弯矩以及轴的几何形状、材料等参数，计算轴在弯曲工况下的承载能力。
考虑轴的弯矩分布、扭转矩、振动疲劳影响等因素，进行强度计算。
（2）轴的切削强度计算：当轴上存在切削力或切削载荷时，计算轴在切削区域内的切削强度，以确保轴能够承受切削载荷，并避免刀具和轴的损坏。
（3）轴的挤压强度计算：当轴上存在压力或挤压载荷时，计算轴在压力区域内的挤压强度，以确保轴能够承受挤压载荷，并避免轴的变形或破裂。
2.轴的刚度计算轴的刚度计算是为了评估轴的变形情况，以确保设计轴的刚度足够，以满足使用要求。
在刚度计算中，可以应用刚度矩阵法和有限元法计算轴的刚度。
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R B
RHB 2 RVB 2
11822 4302 1258N
R A
RHD 2 RVD 2
11822 4302 1258N
3．计算当量动载荷P 因无轴向力，故： P=RA=1258N
4.计算轴承所需的基本额定动载荷C′ 根据题目要求，减速器运转10年，单班制度工作，即每天工
作8小时。按一年300天计算轴承的预期寿命
（2）型号、尺寸选择 根据轴径与联轴器孔径一致，选型号。
查手册P149表9.3，选孔径为35mm的半联轴器，故取dmin=d1=35mm；半联轴器 与轴配合的毂长度为60mm，标记为：L T6型联轴器 J35×60 GB/T 4324—2002（工 作机端的半联轴器尺寸未考虑）。
（3）该段轴长度 为保证半联轴器固定可靠，应使轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端
4.确定安装轴承处的轴径和轴承型号 安装轴承段的轴径应比d2=40mm大，且是5的倍数，故取d3=45mm。
由于直齿轮无轴向力，故选6类轴承。初选6009。查手册P154：D=75mm， B=16mm，da=51mm，Cr=21KN。
5.确定轴承位置，绘制轴承外形 轴承轴向位置取决于轴承的润滑方式，当 dn值小于2×105时采用脂润滑。 dn=45×n2 =45×270=1.25×104r／min。选脂润滑。 查手册P28图5.6：轴承与箱体内壁距离取10 mm；
解： 一、确定减速器各零部件的轴向相对位置 １.绘出两齿轮的位置
２.确定内、外箱壁位置 齿轮与箱体内壁应有适当的距 离。查手册P20表4.1：齿轮与 箱体内壁距离△2>δ，δ为箱座 壁厚=0.025a+1≥8mm （0.025a+1=3.6），取δ=8， △2=8 mm。 绘出内、外壁。
３.确定轴承座端面位置 外箱壁至轴承座端面的距离l1=C1+C2+（5~10）
由表（12-1）查得[σb] -1=60MPa，由式12-4得：
d 3 M e 3 175034 30.7mm
0.1[ b ] 1 0.1 60
C截面上有一键槽，故应增大5%，即C截面处的所需 轴径d为
d≥d′×1.05=30.7×1.05≈32mm＜48mm 结论：安全。
四、轴承校核 1．作计算简图。 2．求合成径向力
二、轴的结构设计
1．选取轴的材料，初步计算轴径
查教材P196：选取轴的材料为45钢，调质处理。
查教材P210表12-11，取C=112，由式（12-2）初步估算轴的最小直径得
d
m in
3
P2 n2
C 3
7.5 112 33.6 270
mm （ n2= n1/i=970/3.6=270r／min）
输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径d1，此处有一个键槽，故轴径应
增大5%，即dmin=dmin′×1.05=33.6×1.05=35.3mm。为了使所选的轴直径d1与联
轴器的孔径相适应。
2．确定联轴器型号及该段轴尺寸 为了使所选的轴直径d1与联轴器的孔径相适应。故需同时选择联轴器的型号。
（1）类型的选择 转速较高、要求消除冲击、吸振：选弹性套柱销联轴器。
4.确定轴承盖厚度及位置（嵌入式不考虑) 查手册P24表4.5：轴承盖厚度e=1.2 d3=9.6=10 mm d3为轴承盖螺栓直径=（0.4~0.5）df =7.2~9，查螺栓标准，取d3=8 mm。
5.确定联轴器的位置 考虑轴承端盖的装拆及便于对轴承加润滑脂，取端盖外端面与半联轴器端面之间
的距离L/不能太小，查手册P31图5.14，L/应大于15~20 mm，取20 mm。
绘出轴承外形。从而确定出穿越轴承盖轴段长度为L2=20+10+45+8-10-16=57 mm
6.确定安装齿轮段轴径及长度 为了便于安装齿轮，该段轴径应比安装轴承段大，且为标准轴径，查书209页，取 为d4=48 mm。 齿轮与轴承之间用套筒定位。为了定位可靠，安装齿轮段轴径应比齿轮轮毂长
65mm短2mm，即为63mm。
RVB
பைடு நூலகம்
Fr 2
430 N
RVA RVB 430 N
C截面垂直面弯矩MVC为: MVC=RVBL/2=430×122/2=26230N·mm
（3）作合成弯矩图
C截面的合成弯矩MC为：
M C
M HC 2 M VC 2
721022 26232 72150N·mm
4．作扭矩图 T=Ft.d2/2= 23623×225/2=265788N·mm
7.确定齿轮另一侧轴环尺寸 齿轮另一端采用轴肩定位，轴肩高度h＞0.07d=0.07×48=3.4 mm，则轴环处直径 d5=d4+2 h =48+2×3.4=54.8 mm，取d5=55 mm；轴环宽度b≥1.4 h =1.4×3.4=4.8，取L5=5 mm
8.轴上零件的周向定位 半联轴器、齿轮与轴均拟用A型平键联接。
5．计算当量弯矩Me 轴在C截面处左侧的弯矩和扭矩最大，故为轴
的危险截面。因是单向转动，扭矩可认为按脉动 循环变化，故取α =0.6。C截面上的最大当量弯矩 为
M e M C 2 T 2 721502 0.6 2657882 175034N·mm
6．校核轴的强度 进行校核时，通常只校核危险截面的强度。
例：设计【例9-3】（164页）单级直齿圆柱齿轮减速器的大齿轮轴 已知：齿轮转矩 T1=73840 N·mm；n1=970r／min；传动比i=3.6， 传递功率P=7.5KW Z1=25，d1=62.5mm，da1=67.5mm； Z2=90，d2=225mm，da2=230mm； a=143.7mm；b2=65mm, b1=70mm。
三、校核轴的强度
1．根据轴系结构图作出轴的计算简图
确定轴上力的作用点和支点距离：L
=70+（8+10+16/2）×2=122mm
2．计算作用在大齿轮上的力
教材148页得作用在齿轮上的圆周力
Ft、径向力Fr分别为：
Ft
2T1 d1
2 73840 62.5
23623
N
Fr Ft tan 2362.88 tan 20o 860 N
Lh 30010 8 24000 小时
查表12-13 取温度系数fT=1；查表12-14，取载荷系数fP=1.1。
由式12-13得：
n C f P P 60
2 Lh
1.1
10
1258 3
60 269 24000
8270N
C′＜fCT r=21010060N （n12=n1/i=970/3.160=6269rpm）
结论：选择6009轴承安全。
五、键联接的选择及校核 六、校核联轴器
C1、C2分别为轴承旁连接螺栓至外箱壁、凸缘边缘距离。 轴承旁连接螺栓d1=0.75 df, 地脚螺栓直径df=0.036a+12=17 mm，查螺栓标准，取df=18 mm
d1=0.75 df=13.5，取d1=14 mm 查手册P21表4.2：C1=20，C2=18
l1=C1+C2+（5~10）=43~48 mm。取l1=45 mm，绘制轴承座端面。
面上，故取L1=58 mm 。
3.确定穿越轴承盖轴段的直径 为满足联轴器的定位要求，轴段需设计一轴肩。据轴肩高度 h≥0.07d=0.07×35=2.45 mm，故d2=d+2.45×2=35+4.9=39.9 mm。该段要安 密封圈，故手册P131表6.1，取d2=40mm。选用毡圈40JB/ZQ4606-86。
3.求反力，作弯矩图
（1）水平面
RHB • L Ft • L / 2 0
F RHB
T 1182N 2
RHA=RHB= -1182N
C截面处水平面弯矩MHC为：
M HC RHBL / 2 1182 61 72102 N • mm
（2）铅垂面 由RVBL Fr L / 2 0得