轴的设计
机械设计-轴
第十三章 轴 轴设计的基本要求： 1、轴与轴上零件要有准确的相对位置,轴向、 周向定位可靠；
17
2、轴的加工、装配有良好的工艺性； 3、受力合理,轴结构有利于提高轴的强度和刚 度、减少应力集中；
第十三章 轴
18
一、轴上零件的轴向定位和固定
零件轴向定位的方式常取决于轴向力的大小
h h h
1.轴肩和轴环 要求： r＜C＜h r＜R＜h h=(0.07～0.1)d b=1.4h
第十三章 轴
34
四、阶梯轴的结构设计实例分析
F
等强度 1、拟定轴上零件装配方案 轴颈：装轴承处
阶梯轴
尺寸= 轴承内径； 直径与轮毂内径相当；
组成 轴头：装轮毂处
轴身：联接轴颈和轴头部分。
第十三章 轴
35
第十三章 轴
36
装配方案的比较：
第十三章 轴
37
例题：指出图中轴结构设计中的不合理之处，并绘 出改进后的结构图。 1.轴两端均未倒角；
3
Fa Ft tg 1960 tg12o 417N
d 118 3 4 / 130 36.78mm
考虑到联轴器的影响以及联轴器孔径系 列标准，取d=38mm
第十三章 轴 3. 齿轮上作用力的计算
50
T 9.55 106 4 / 130 294 103 Nmm
Ft 2T / d 2 29410 / 300 1960N
2.齿轮右侧未作轴向固定； 3.齿轮处键槽太短； 5.左轴承无法拆卸； 6.齿轮与右轴承装卸不便； 7.轴端挡圈未直接压在轴 端轮毂上。
4.键槽应开在同一条直线上；
第十三章 轴 轴系结构改错
38
四处错误
轴的设计、计算、校核
轴得设计、计算、校核以转轴为例,轴得强度计算得步骤为:一、轴得强度计算1、按扭转强度条件初步估算轴得直径机器得运动简图确定后,各轴传递得P与n为已知,在轴得结构具体化之前,只能计算出轴所传递得扭矩,而所受得弯矩就是未知得。
这时只能按扭矩初步估算轴得直径,作为轴受转矩作用段最细处得直径dmin,一般就是轴端直径。
根据扭转强度条件确定得最小直径为:(mm)式中:P为轴所传递得功率(KW)n为轴得转速(r/min)Ao为计算系数,查表3若计算得轴段有键槽,则会削弱轴得强度,此时应将计算所得得直径适当增大,若有一个键槽,将d min增大5％,若同一剖面有两个键槽,则增大10％。
以dmin为基础,考虑轴上零件得装拆、定位、轴得加工、整体布局、作出轴得结构设计。
在轴得结构具体化之后进行以下计算。
2、按弯扭合成强度计算轴得直径l)绘出轴得结构图2)绘出轴得空间受力图3)绘出轴得水平面得弯矩图4)绘出轴得垂直面得弯矩图5)绘出轴得合成弯矩图6)绘出轴得扭矩图7)绘出轴得计算弯矩图8)按第三强度理论计算当量弯矩:式中:α为将扭矩折合为当量弯矩得折合系数,按扭切应力得循环特性取值:a)扭切应力理论上为静应力时,取α=0、3。
b)考虑到运转不均匀、振动、启动、停车等影响因素,假定为脉动循环应力,取α=0、59。
c)对于经常正、反转得轴,把扭剪应力视为对称循环应力,取α=1(因为在弯矩作用下,转轴产生得弯曲应力属于对称循环应力)。
9)校核危险断面得当量弯曲应力(计算应力):式中:W为抗扭截面摸量(mm3),查表4。
为对称循环变应力时轴得许用弯曲应力,查表1。
如计算应力超出许用值,应增大轴危险断面得直径。
如计算应力比许用值小很多,一般不改小轴得直径。
因为轴得直径还受结构因素得影响。
一般得转轴,强度计算到此为止。
对于重要得转轴还应按疲劳强度进行精确校核。
此外,对于瞬时过载很大或应力循环不对称性较为严重得轴,还应按峰尖载荷校核其静强度,以免产生过量得塑性变形。
机械设计中轴知识点总结
机械设计中轴知识点总结一、轴的基本概念1. 轴的定义轴是一种用来传递动力或转动的机械零件，通常是长条状的。
它一般沿着自己的中心线旋转，用于传递扭矩或者旋转运动。
2. 轴的作用轴能够传递动力和扭矩，使得旋转运动得以实现。
在机械设计中，轴承着重要的作用，它能连接两个或多个旋转部件，并实现传递动力的功能。
3. 轴的分类按材料分：常见的轴材料有铸铁、不锈钢、合金钢、铜和铝等。
按形状分：轴的形状多种多样，圆轴、方轴、六角轴等。
按功能分：传动轴、支承轴、定位轴等。
二、轴的设计与制造1. 轴的设计轴的设计需要考虑到所承受的力、转矩、转速等因素。
通过对使用条件的分析，可以确定轴材料、直径、长度等参数，然后进行轴的结构设计。
2. 轴的制造轴的制造通常采用车削、镗削、铣削、切削等工艺。
根据设计要求选择合适的材料和加工工艺，保证轴的精度和表面质量。
三、轴的安装与配合1. 轴的安装轴的安装通常需要使用轴承或套筒来实现。
在安装时应注意轴与轴承或套筒的配合，保证旋转灵活、无卡滞现象。
2. 轴的配合轴的配合包括干涉配合、过盈配合和间隙配合等。
不同的轴配合方式适用于不同的使用条件，需要根据具体情况进行选择。
四、轴的校核与维护轴的校核通常包括强度校核、刚度校核和动态平衡校核等。
通过对轴的受力分析，计算轴的应力、变形等参数，保证轴的工作可靠。
2. 轴的维护轴的维护包括润滑、防锈、定期检查等。
通过定期的维护，可以延长轴的使用寿命，减少因轴损坏带来的损失。
五、轴的材料选择1. 钢由于钢具有良好的机械性能，耐磨性和刚性，是制造轴的常用材料之一。
2. 不锈钢不锈钢轴具有较好的抗腐蚀性能，适用于一些特殊用途的轴。
3. 铜铜其具有优异的导热性和导电性，在一些特殊应用场合中也会用作轴的材料。
4. 铝合金铝合金轴具有较低的密度，适用于要求轴轻质、高速转动的场合。
六、轴的设计注意事项1. 受力分析在轴的设计过程中，需要对轴的受力进行合理分析，确定受力的作用方向和大小。
轴的结构设计,轴的强度计算,轴的刚度计算
详见 P311 图16.3
16.2 轴的结构设计
轴肩处
r C或R 定位轴肩h 3 ~ 5mm，但 C或R 采用套筒、轴端挡圈、 圆螺母处： l轴 B轮
➢ 轴肩由定位面和内圆角组成
b
D h
d D
h C d
k、k 弯矩和转矩作用的有效 应力集中系数 (见附录表1、2， 配合零件的综合影响系 数见附录表3)
16.3 轴的强度计算
a、 a
a
a弯bb 曲和((扭bb 转WMWM应)力) 幅，
MPa；
b b
m、 m 弯曲和扭转平均应力， MPa；
m 0
m
2
表面状态系数（附录表 4及5）；
bmax b
16.2 轴的结构设计
2.轴上零件的周向固定 常用的周向固定方法有键、花键、成形、弹性环、销和过
盈配合等联接。
配合处＋键可传递较大T 配合处设置大倒角 装方便（对中性 ）
16.3 轴的强度计算
设计思路： (1)类比定结构 必要校核计算 (2)强度计算为依据 逐步结构细化（设计， 节约材料） 轴的强度计算主要由三种方法（据轴受载及对安全要求） （1）按许用切应力计算 （2）许用弯曲应力计算； （3）安全系数校核计算。 16.3.1 按许用切应力计算 1.应用（仅与T有关） (1)传动轴计算（主要T） (2)需初步结构化的转轴（只知T）
现在，又开发了一种可更换式主轴 系统， 具有一 机两用 的功效 ，用户 根据不 同的加 工对象 选择使 用，即 电主轴 和镗杆 可相互 更换使 用。这 种结构 兼顾了 两种结 构的不 足，还 大大降 低了成 本。是 当今卧 式镗铣 床的一 大创举 。电主 轴的优 点在于 高速切 削和快 速进给 ，大大 提高了 机床的 精度和 效率。
轴设计的主要内容和轴的设计步骤
轴设计的主要内容和轴的设计步骤轴设计是机械设计中十分重要的一部分，它直接关系到机械系统的性能和寿命。
轴的设计需要考虑多方面因素，包括载荷、转速、材料强度和刚度等。
在进行轴设计时，一般可以遵循以下步骤：步骤一：确定轴的基本参数在开始设计之前，需要明确轴的功能和使用要求，并确定关键参数，包括轴的类型、长度、直径等。
此外，还要考虑系统的使用条件，如载荷、转速、工作环境等。
步骤二：选择材料材料的选择是轴设计非常重要的一部分。
要选择合适的材料，需要考虑载荷、转速、工作温度等因素。
通常，常用的轴材料有碳钢、合金钢、不锈钢和铝合金等。
步骤三：计算载荷根据轴所承受的载荷，可以进行静力学和强度学的计算。
静力学计算主要包括转矩、弯矩和扭矩等，而强度学计算则包括轴的强度和刚度等。
步骤四：计算尺寸在计算尺寸时，需要根据载荷和材料的强度来确定轴的直径。
直径的选择要满足强度和刚度要求，并考虑到材料的废料和经济性。
步骤五：计算转速转速是轴设计中的重要参数之一。
要保证系统的正常运行，需要根据转速和轴材料的强度来选择合适的直径和材料。
步骤六：进行验算设计完成后，还需进行验算，包括强度验算、刚度验算等。
强度验算主要是对轴的强度进行验证，以确保它能够承受所需的载荷。
而刚度验算主要是对轴的刚度进行验证，以满足系统运动的要求。
步骤七：进行优化根据验算结果，进行必要的优化。
可以通过增加轴的直径、改变材料或者增加支撑点等来改善轴的性能。
步骤八：绘制图纸设计完成后，需要绘制详细的轴图纸。
图纸上应包含轴的主要尺寸、材料、工艺要求等。
步骤九：选择工艺在轴设计完成后，还需要选择合适的工艺进行制造。
常用的轴制造工艺包括铸造、锻造、机械加工等。
轴设计的主要内容包括确定轴的基本参数、选择合适的材料、计算载荷、计算尺寸、计算转速、进行验算、进行优化、绘制图纸以及选择合适的制造工艺。
通过这些步骤，可以设计出满足系统要求的轴，确保机械系统的正常运行。
机械设计第15章轴
轴的尺寸和公差对于安装和使用的准确性 至关重要。
轴与轴套之间的配合对于减小磨损和提高 工作效率非常重要。
轴的强度计算
1
受弯强度
根据轴的几何形状和材料弯曲的强度
扭转强度
2
工程计算。
根据扭矩和轴直径计算轴的扭转强度。
3
受压强度
计算轴在受到压缩力时的强度。
轴的选材原则
1 强度
根据所需强度和负荷条件选择材料。
机械设计第15章轴
轴是机械设计中重要的组件之一，它承受着传递功率和运动的重要任务。本 章将介绍轴的定义、作用以及相关的设计要素和计算方法。
轴的定义和作用Leabharlann 1 定义2 作用轴是一种旋转零件，通常为圆柱形，在机 械中用于传递力和运动。
轴将两个或多个旋转零件连接在一起，传 递动力和承载负载。
轴的分类
按用途分类
3 耐蚀性
在有腐蚀性环境中选择耐蚀性材料。
2 硬度
根据工作环境选择合适的材料硬度以提高 耐磨性。
4 成本
综合考虑材料成本及可用性选择合适的材 料。
轴的制造工艺
1 车削
2 热处理
利用车床和刀具将轴的外形和尺寸加工至 工程要求。
通过热处理工艺改变材料的组织和性能。
3 表面处理
4 装配和检验
对轴进行镀铬、镀锌等表面处理以提高其 耐腐蚀性和装饰性。
传动轴、支撑轴、定位轴等。
按制造材料分类
钢制轴、铜制轴、铝制轴、复合材料轴等。
按工作环境分类
常温轴、高温轴、低温轴、湿环境轴等。
按形状分类
圆轴、方轴、花键轴等。
轴的设计要素
1 刚度
2 强度
轴的刚度对于传递正常工作负荷至关重要。
轴 的 设 计
圆螺母
可承受较大轴向力 螺纹处应力集中较大 两零件的间距较大时，可用圆螺母定位 防松措施
2～3
弹性挡圈、紧钉螺钉、锁紧挡圈
可承受不 大轴向力
锁 紧 挡 圈
弹 性 挡 圈
紧 钉 螺 钉
圆 锥 面 定 位
机械设计基础
②确定各轴段的直径。如下图所示，轴段①（外伸端） 直径最小，d１＝35mm；
考虑到要对安装在轴段①上的联器进行定位， 轴段②上应有轴肩，同时为能很顺利地在轴段②上 安装轴承，轴段②必须满足轴承内径的标准，故取 轴段②的直径d２=40mm；
用相同的方法确定轴段③、④的直径d３＝ 45mm、d４＝55mm；为了便于拆卸左轴承，可 查出6208型滚动轴承的安装高度为35mm，取d５ ＝47mm。
③确定各轴段的长度。齿轮轮毂宽度为60mm， 为保证齿轮固定可靠，轴段③的长度应略短于齿轮轮 毂宽度，取为58mm；为保证齿轮端面与箱体内壁不 相碰，齿轮端面与箱体内壁应留有一定的间距，取该 间距为15mm；为保证轴承安装在箱体轴承座孔中（ 轴承宽度为18mm），并考虑到轴承的润滑，取轴承 端面距箱体内壁的距离5mm，所以轴段④的长度取为 20mm，轴承支点距离d＝118mm；
根据箱体结构及联轴器距轴承盖要有一定距离的 要求，取d′＝75mm；查阅有关的联轴器手册取d″为 70mm；在轴段①③上分别加工出键槽，使两键槽处 于同一圆柱母线上，键槽的长度比相应的轮毂宽度小 约5～10mm，键槽的宽度按轴段直径查手册得到。
④选定轴的结构细节，如圆角、倒角、退刀槽 等的尺寸。按设计结果画出结构草图，如上图 所示。
解： （１）选择轴的材料，确定许用应力。由已知条件 知减速器传递中小功率，对材料无特殊要求，故选 用４５钢并经调质处理。由表10.4查得强度极限σs ＝６５０MPa，由表10.2得许用弯曲应力［σ－１］ ＝６０MPa。
机械设计手册2 轴
机械设计手册2 轴机械设计手册是一本丰富详实的工程参考书，涵盖了机械设计的各个方面，为工程师们提供了宝贵的资源。
其中，轴是机械设计中的重要部件之一，本文将对轴进行详细介绍。
轴是一种长条状的零件，一般呈圆柱形，用来传递动力或承受载荷的力。
轴一般由金属材料制成，如钢、铝合金等。
根据其用途的不同，轴可以分为传动轴、承载轴和定位轴等。
轴的设计需要考虑到多个因素，包括载荷类型、转速、材料强度、刚度等等。
在设计过程中，首先需要计算轴的强度，以确保其能够承受所需的载荷。
常用的轴强度计算方法有挠度法、应力法等。
同时，还需要进行动力学和热力学分析，确保轴在工作过程中不会出现过大的应力和变形。
除了强度外，轴的刚度也是设计中必须要考虑的因素之一。
刚度是指轴在受到载荷时的弹性变形程度。
设计过程中，需要根据受力情况和转速来计算轴的刚度，以确保轴的变形不会影响到整个系统的运行。
此外，需要注意的是轴的表面质量和精度。
表面质量决定了轴的摩擦系数和导向准确度，而表面精度则影响着轴的平行度和垂直度等。
因此，在设计过程中需要选择适当的加工工艺和工具，以确保轴的表面质量和精度符合要求。
除了以上的基本设计要素，轴的设计还需要考虑到各种附件的连接和固定。
常见的连接方式有键连接、抱箍连接、螺纹连接等。
根据具体情况选择适当的连接方式，确保轴与附件之间的连接牢固可靠。
在实际应用中，轴的设计还需要考虑到一些特殊因素，如疲劳寿命、裂纹扩展等。
这些因素可能会对轴的寿命和可靠性造成影响，需要进行相应的评估和优化。
综上所述，轴是机械设计中不可或缺的重要部件，其设计需要综合考虑强度、刚度、表面质量和连接方式等因素。
通过科学合理地设计轴，可以保证机械系统的正常运行和长期稳定性。
机械设计手册为工程师们提供了全面而实用的设计指导，是他们在设计过程中的重要参考资料。
轴的设计
1.轴的用途及分类轴是组成机器的主要零件之一。
一切作回转运动的传动零件（例如齿轮，涡轮等），都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。
因此轴的主要功用是支承回转零件及传递运动的动力。
按照承受载荷的不同，轴可分为转轴、心咒和传动轴三类。
工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。
这类轴在各种机器中最为常见。
只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。
心轴又分为转动心轴和固定心轴。
只承受扭矩而不承受弯矩（或弯矩很小）的轴称为传动轴。
轴还可按照轴线形状的不同，分为曲轴和直轴。
曲轴通过连杆可以将旋转运动改变为往复直线运动，或作相反的运动变换。
直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。
光轴形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上的零件不易装配及定位；阶梯轴则正好与光轴相反。
因此光轴主要用于心轴和传动轴，阶梯轴则常用于转轴。
直轴一般都制成实心的。
在那些由于机器结构的要求而需在轴中装设其他零件或者减小轴的质量具有特别重大作用的场合，则将轴制成空心的。
在空心轴内径与外径的比值通常为0.5~0.6，以保证轴的刚度及扭转稳定性。
此外，还有一种钢丝软轴，又称钢丝挠性轴，它是由多组钢丝分层卷绕而成的，具有良好的挠性，可以把回转运动灵活的传到不开敞的空间位置。
2.轴设计的主要内容轴的设计也和其他零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。
轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。
轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。
因此，轴的结构设计是轴设计中的重要内容。
轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。
多数情况下，轴的工作能力取决于轴的强度。
这时只需要对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。
而对刚度要求高的轴（如车床主轴）和受力很大的细长轴，还应进行刚度甲酸，以防止工作时产生过大的弹性变形。
轴的设计计算
轴的设计计算
轴的设计计算主要包括以下步骤：
１．确定轴上零件的布局：根据工作要求确定轴上零件的位置和装配关系，为后续计算提供依据。
２．确定各轴段的直径：根据轴上零件的布局和载荷情况，确定各轴段的直径。
通常情况下，轴段直径与轴上零件的尺寸有关，需要考虑轴的弯曲刚度和疲劳强度等因素。
３．确定轴的结构细节：根据轴上零件的布局和装配要求，确定轴的结构细节，如轴承盖、密封件、联轴器等。
这些细节对轴的设计计算和制造都有重要影响。
４．计算轴的载荷：根据轴的工作要求和载荷情况，计算轴的载荷。
需要考虑径向载荷、轴向载荷和扭矩等，为后续的强度校核提供依据。
５．强度校核：根据轴的载荷和材料特性，进行强度校核。
通常需要进行弯扭合成校核和剪切校核等，以确保轴的强度满足工作要求。
６．确定支承方式：根据轴的工作要求和载荷情况，确定合适的支承方式。
支承方式的选择对轴的稳定性和疲劳寿命有很大影响。
７．确定润滑方式：根据轴的工作要求和润滑剂特性，选择合适的润滑方式。
润滑方式的选择对轴的摩擦磨损性能和寿命有很大影响。
以上是轴的设计计算的主要步骤，具体计算过程需要根据实际情况进行调整和完善。
轴设计的主要内容和轴的设计步骤
轴设计的主要内容和轴的设计步骤一、轴设计的主要内容轴是指工程、机械、汽车等设备中用来传递动力和承受载荷的一个重要组成部分。
轴的设计是指根据设备的工作原理、运行条件、载荷等要求，确定轴的几何形状、尺寸、材料等参数的过程。
良好的轴设计能够保证设备的稳定运行和寿命，提高设备的性能和效率。
轴设计的主要内容包括轴的几何形状、尺寸、材料和连接方式等方面。
1. 轴的几何形状：轴的几何形状通常是圆柱形，也可以是多边形、椭圆形等。
合理的几何形状能够降低应力集中，提高轴的强度和刚度。
2. 轴的尺寸：轴的尺寸包括直径、长度等参数。
根据设备的功率、转速、载荷等要求，确定轴的尺寸，确保轴的强度和刚度满足设计要求。
3. 轴的材料：轴的材料选择应根据设备的工作条件和要求进行。
常用的轴材料有碳素钢、合金钢、不锈钢等。
根据不同的工作条件，选择合适的轴材料，以满足轴的强度和耐磨性等要求。
4. 轴的连接方式：轴的连接方式是指轴与其他部件（如轴套、轴承、齿轮等）的连接形式。
常见的连接方式有键连接、螺纹连接、温度收缩连接等。
根据设备的工作负荷和要求，选择合适的连接方式，确保连接的牢固性和可靠性。
二、轴的设计步骤轴的设计是一个复杂的过程，需要根据具体设备的工作要求和条件来进行。
一般而言，轴的设计步骤包括设计任务确认、轴的受力分析、轴的尺寸计算、轴的校核和轴的优化设计等。
1. 设计任务确认：在轴的设计前，需要明确设计的任务和要求。
包括设备的工作条件、载荷特点、工作环境等方面的要求。
根据这些要求，确定轴的设计指标，为后续的设计提供依据。
2. 轴的受力分析：根据受力分析原理，对轴的受力情况进行计算和分析。
考虑到设备的工作条件和载荷特点，确定轴的受力形式和大小。
根据受力分析结果，选取合适的材料和几何形状。
3. 轴的尺寸计算：根据轴的受力分析结果，进行轴的尺寸计算。
轴的尺寸计算包括轴径的确定、轴长的确定和轴的过盈量的确定等。
根据设备的工作要求和载荷特点，计算得到轴的合理尺寸。
轴的设计
7
11
10
8
试指出图中结构不合理的地方，并予以改正。
2Leabharlann 35621 10
1 11
4
7 8, 9
正确
§12-4 轴的强度和刚度计算
一、按扭转强度计算——适用于传动轴、转轴初算
价廉，对应力集中不敏感，良好的加工性。
2、合金钢：40Cr、40MnB、20CrMnTi等，强度高、寿命 长，对应力集中敏感，价格较贵。用于重载、
小尺寸的轴。
种类
注意：钢材
对钢材弹性模量E影响很小，
热处理
∴用 热处理 不能提高轴的刚度。 合金钢
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。
正确答案
1
2
3
1. 轮毂宽度上插键槽； 2.套筒无法安装； 3. 轴颈处不应有键槽。
正确答案
2 1
1.左侧键太长， 套筒无法装入
2.多个键应位于 同一母线上
正确答案
下图为双级斜齿圆柱齿轮减速器输出轴的轴系结构图，齿轮用 油润滑，轴承采用脂润滑。试分析轴系结构的错误，在有错误 处标明序号，说明原因并提出改正方法。
F
F
不合理结构
合理结构
2）使转矩合理分配
输出轮 输入轮
1
Tmax= T2 + T3 + T4
不合理的布置
T 4 T 3 T 2
T 1
T 4 T 3
T 1
T 2
输出轮 输入轮 输出轮
Tmax= T3 + T4
合理布置
3）改进轴上零件结构，减轻轴的载荷
齿轮 轴承
齿轮
轴承
卷筒
机械设计基础第12章 轴
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。
14
三 轴的加工和装配工艺性
轴应便于加工、测量，工作量少、生产效率高
通常情况下轴应设计成阶梯直轴
轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽等 尺寸一致
不同轴段的各键槽应布置在同一直线上
磨削或车螺纹应留有越程槽或退刀槽 轴上零件应装拆方便 轴的配合直径应尽量按标准值选取
初算轴的最细处直径
进行结构设计
进行强度验算 刚度验算
有特殊要求 时才进行
振动稳定性计算
作业
P227 12－15 12－13 12－14
34
29
实际上弯曲应力σb和扭转应力σT的性质γ可能不同
对于转轴和转动的心轴：
F
弯曲应力σb γ = -1
扭剪应力 T
n
n
T 大小和方向不变
γ = +1 a = 0.3
T 大小经常变化，方向不变 γ = 0 a = 0.6
T 大小和方向经常变化
γ = -1 a = 1
不同的γ ，对轴疲劳强度的影响程度也不同
31
弯扭合成法计算流程：
轴的简化受力图
重新设计
垂直面受力 垂直面弯矩
强度不满 足要求
水平面受力 水平面弯矩
ca [ 1]b
合成弯矩 扭矩
轴的当量弯矩
32
§12-4 轴的设计方法及综合示例
轴的设计方法：
轴的设计并无固定不变的步骤，视具体情况而定
对于阶梯直轴，一般流程是： 选择轴的材料
d C3 P n
越程槽
15
轴的标准尺寸系列
16
便于轴承的装拆
17
轴的设计步骤
轴的设计步骤轴的设计步骤主要包括以下几个方面：1. 功能和载荷分析：1)分析轴在设备或系统中的工作要求，明确轴所传递的扭矩、承受的弯矩以及承受的其他力和力矩。
2)根据轴的工作条件确定轴可能受到的各种静态和动态载荷。
2. 材料选择：根据轴的受力情况、工作环境（如温度、腐蚀性等）以及经济性考虑，选择合适的金属材料，确保其具有足够的强度、刚度和韧性。
3. 最小直径估算：根据扭转强度理论计算出满足扭矩要求所需的最小直径。
公式通常为：d = (τ_max * J) / (T * C)，其中d是轴的直径，τ_max是许用剪切应力，J是截面极惯性矩，T是作用在轴上的扭矩，C是一个与轴材料和截面形状有关的常数。
4. 结构设计：1)在满足最小直径的基础上，根据轴上连接件的位置、尺寸和固定方式设计轴的各段直径和长度。
2)考虑键槽对轴强度的影响，适当增大轴径以补偿键槽削弱的强度，一般情况下一个键槽增加约5%的直径，两个键槽增加约10%的直径。
3)确定轴上零件（如轴承、齿轮、联轴器等）的安装位置，并考虑配合公差和轴向定位的要求。
5. 强度校核：1)对轴进行弯曲强度校核，计算在弯矩作用下的最大正应力，并确保不超过材料的许用应力。
2)进行扭振、疲劳强度校核，评估轴在交变载荷下的耐久性和可靠性。
3)若有必要，还需考虑轴的临界转速及稳定性问题。
6. 绘制轴的工作图：根据以上计算和设计结果，绘制轴的详细工程图纸，包括主视图、俯视图、局部放大图和必要的剖视图，标注关键尺寸、公差和技术要求。
7. 审查和优化：完成初步设计后，需要对其进行审查和优化，确保设计合理、成本可控且易于制造和维护。
综上所述，轴的设计是一个系统而严谨的过程，涉及力学计算、材料科学、机械设计等多个领域知识的应用。
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。
机械设计第15章轴
轴肩的尺寸要求:
轴肩
定位轴肩 h =（0.07~ 0.1）d 非定位轴肩 h = 1~2 mm
为了使零件能靠紧轴肩而得到准确可靠的定位： r < C1 或 r < R
b
h CC11 D
r d
hh
rR R
D
d
轴和零件上的倒角和圆角尺寸的常用范围见 表15-2
§15-2 轴的结构设计
套筒定位结构简单，定位可靠。一般用于轴上两 个零件之间的定位
§15-2 轴的结构设计
（五）轴的结构工艺性
----指轴的结构形式应便于加工和装配轴上的零 件，且生产率高，成本低。
一般说，轴的结构越简单，工艺性越好。
在满足使用要求的前提下，轴的结构形式应尽量 简化。
为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐 渐向中间增大的阶梯状。
装零件的轴端应有倒角 ， 车螺纹的轴端应有退刀槽 ， 需要磨削的轴端有砂轮越程槽 。
心轴： 用来支承转动零件，只 承受弯矩而不传递转矩。
例：自行车的前轮轴
（一）轴的用途及分类
分类： 按承受载荷分有
转轴---传递扭矩又承受弯矩 传动轴---只传递扭矩 心轴---只承受弯矩而不承受扭矩
直轴 按轴线形状分有
光轴 阶梯轴
一般情况下，直轴做成实心 轴，需要减重时做成空心轴
潘存云教授研制
§15-2 轴的结构设计
4.改善轴的表面质量以提高轴的疲劳强度轴的表面粗糙度和强化处理方 法会对轴的疲劳强度产生影响
1）表面愈粗糙 疲劳强度愈低；减小表面粗糙度；
2）表面强化处理的方法有： ▲ 表面高频淬火； ▲ 表面渗碳、氰化、氮化等化学处理； ▲ 碾压、喷丸等强化处理。
通过碾压、喷丸等强化处理时可使轴的表面产生 预压应力，从而提高轴的抗疲劳能力。
轴的直径和长度设计
轴的直径和长度设计
轴的直径和长度的设计要根据具体的应用需求来确定。
以下是一些常见的设计考虑因素：
1. 承载能力：根据传动或支撑的力矩、转速等参数，确定轴的直径和长度。
通常，承载能力越大，轴的直径和长度也需要相应增加。
2. 刚度要求：轴的直径和长度也会受到刚度要求的影响。
例如，在高速旋转或高精度传动系统中，需要更大的直径和长度来增加轴的刚度，以提高系统的稳定性和精度。
3. 碰撞或冲击负荷：如果轴需要承受碰撞或冲击负荷，需要增加轴的直径和长度，以提高其承载能力和抗冲击性能。
4. 安装空间限制：在一些应用中，轴可能会受到安装空间的限制，因此需要根据实际情况确定轴的直径和长度。
5. 材料选择：轴的直径和长度也会由材料的选择所影响。
不同的材料具有不同的强度和刚度特性，因此会影响轴的直径和长度的设计。
总之，轴的直径和长度设计需要综合考虑承载能力、刚度要求、负荷类型、安装空间限制和材料选择等因素，以确保轴在特定应用中的安全可靠性和性能满足需求。
轴的设计 毕业论文
轴的设计毕业论文轴的设计毕业论文引言：在机械设计中，轴是一种常见的零件，用于传递动力和承载负荷。
轴的设计对于机械系统的性能和可靠性至关重要。
本文将探讨轴的设计原理和方法，以及一些常见的轴设计问题和解决方案。
一、轴的基本原理轴是连接两个旋转部件的零件，其主要功能是传递转矩和承载负荷。
轴的设计需要考虑到以下几个方面：1. 轴的材料选择：轴的材料应具有足够的强度和刚度，以承受工作条件下的负荷和应力。
常见的轴材料包括碳钢、合金钢和不锈钢等。
2. 轴的几何形状：轴的几何形状应根据具体的工作条件和要求进行选择。
常见的轴形状有圆柱形、圆锥形和棒状等。
3. 轴的支撑方式：轴的支撑方式对于轴的稳定性和刚度有重要影响。
常见的轴支撑方式包括轴承支撑、滑动支撑和固定支撑等。
二、轴的设计方法轴的设计通常遵循以下步骤：1. 确定工作条件：首先需要明确轴所处的工作条件，包括转速、负荷和工作环境等。
这些条件将决定轴的材料和尺寸。
2. 计算轴的强度和刚度：根据工作条件和轴的几何形状，可以进行强度和刚度的计算。
这些计算可以通过应力分析和有限元分析等方法进行。
3. 选择轴的材料和尺寸：根据强度和刚度的计算结果，选择合适的轴材料和尺寸。
这需要考虑到材料的可获得性、成本和加工性能等因素。
4. 设计轴的支撑方式：根据轴的工作条件和要求，选择合适的轴支撑方式。
这需要考虑到支撑方式的可靠性、刚度和摩擦损失等因素。
5. 进行轴的结构设计：根据以上步骤的结果，进行轴的结构设计。
这包括轴的几何形状、加工工艺和表面处理等。
三、常见的轴设计问题和解决方案在轴的设计过程中，常会遇到一些问题，如轴的振动、疲劳和磨损等。
以下是一些常见的问题和相应的解决方案：1. 轴的振动问题：轴的振动会导致噪音和能量损失。
解决轴的振动问题可以采用减振措施，如增加轴的刚度、改变支撑方式和使用减振装置等。
2. 轴的疲劳问题：轴的疲劳会导致轴的断裂和失效。
解决轴的疲劳问题可以采用增加轴的强度、改变材料和设计合适的过载保护装置等。
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三、轴的设计（一）、轴的材料选择和最小直径估算根据工作条件，初选轴的材料为45钢，调制处理。
按扭转强度法进行最小直径估算，即：。
初算轴径时，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴强度的影响。
当该轴段键槽截面上有一个键槽时，轴径增大5%~7%；有两个键槽的时，增大10%~15%。
o A 值由《机械设计》表8-3确定：高速轴的1126o A =；中间轴的；低速轴的3110o A =。
高速轴:,1min 12626.72o d A mm ==， 因高速轴最小直径处要安装联轴器，设有一个键槽，则：,1min 1min (10.07)26.72 1.0728.60d d mm mm mm =+=⨯= ，取整数。
中间轴：2min 12042.34o d A mm ===， 因中间轴最小直径处要安装轴承，则取为标准值：2min 45d mm =。
低速轴：,3min 11058.65o d A mm ===， 因低速轴最小直径处要安装联轴器，设有一个键槽，则：,3min 3min (17%)58.65(10.07)62.77d d mm mm mm =+=⨯+= ，取整数 3min 65d mm =。
（二）减速器的装配草图的设计根据轴上的零件结构、定位、装配关系、轴向宽度及零件间的相对位置等要求，设计装配草图：参考《机械设计》图8-9（a ）方案（三）轴的结构设计1、中间轴的结构设计:中间轴轴系的结构如图（1）、各轴段直径的确定：最小直径，滚动轴承处轴段，212min 45d d mm ==。
深沟球轴承选取 6309，其尺寸为：4510025d D B mm mm mm ⨯⨯=⨯⨯。
：低速级小齿轮轴段，由此决定低速小齿轮和轴是分开式的结构。
：轴环，根据齿轮的轴向定位要求，2360d mm = 。
：高速大齿轮轴段，2450d mm =。
：滚动轴承轴段，252145d d mm ==. （2）、各段轴的长度确定：由滚动轴承、挡油环及装配关系等确定，2150L mm =。
：由低速小齿轮的毂孔宽度 347B mm = 确定，2244L mm =。
：轴环的宽度，。
：由高速大齿轮的毂孔宽度 227B mm = 确定，2424L mm =.：由深沟球轴承、挡油环及装配关系等确定，2550L mm =。
（3）、细部结构设计由《械设计课程设计》12-1查得高速大齿轮处取A 键：114918( 5.5, 3.8)b h L mm mm mm t mm t mm ⨯⨯=⨯⨯== 低速小齿轮处取A 键：1161040( 6.0, 4.3)b h L mm mm mm t mm t mm ⨯⨯=⨯⨯== 齿轮轮毂与轴的配合选为7650/H h φ;滚动轴承与轴的配合采用过渡配合，此轴段的直径公差选为456m φ; 参考教材查表8-2，肩处的过渡圆角半径见图，各倒角为C12、高速轴的结构设计:高速轴轴系的结构如图（1）各轴段的直径的确定11d ：最小直径，安装联轴器外伸轴段，111min d d ==30mm 。
12d ：密封处轴段，根据大带轮的轴向定位要求，定位高度11(0.07~0.1)h d =，以及密封圈的标准（拟采用毡圈密封），12d =40mm13d ：滚动轴承处轴段，13d =45mm ，滚动轴承选取6209，其尺寸为d ×D ×B=45mm ×85mm ×19mm14d ：过渡轴段，由于高速齿轮传动的线速度大于2m/s ，滚动轴承可采用飞溅式润滑。
考虑到用轴肩定位轴承，所以14d =55mm齿轮处轴段：由于小齿轮的直径较小，采用齿轮轴结构。
所以轴和齿轮的材料和热处理方式需一样，均为45钢，调质处理15d ：滚动轴承处轴段，151345d d mm ==（2）各轴段长度的确定11l ：由联轴器从动端确定，11l =58mm12l ：由箱体结构、轴承挡圈、装配关系等确定，12l =50mm 13l ：由滚动轴承装配关系决定，13l =29mm 14l ：由装配关系确定，14l =71.5mm15l ：由高速级小齿轮宽度1B =32mm 确定，15l =30mm 16l : 由装配关系确定，1615l mm =17l ：由滚动轴承装配关系等确定1729l mm =（3）细部结构由《机械设计课程设计》12-1可得，联轴器处取C 键：b ×h-L=12mm ×8mm-60mm （t=5.0mm,r=0.3mm ）在处采用过盈配合，起到密封作用：滚动轴承与轴的配合采用过渡配合，此轴段的直径公差选为;参考教材查表8-2得：各轴肩处的过渡圆角半径,若30>d>18取R1 倒角为C1。
若50>d>30mm 取R1.6，C1.2。
3、低速轴的结构设计:低速轴轴系的结构如图（1）各轴段直径的确定31d ：滚动轴承处轴段，31d =80mm 。
滚动轴承选取6216，其尺寸为d ×D ×B=80mm ×140mm×26mm32d ：低速级大齿轮轴段，32d =34d ＝90mm33d ：轴环，根据齿轮的轴向地位要求，33d =100mm 34d ：过渡轴段，考虑挡油盘的轴向定位，34d =90mm 35d ：滚动轴承处轴段，35d =31d ＝80mm36d ：密封处轴段，根据联轴器的轴向定位要求，以及密封圈的标准（拟采用毡圈密封），36d =75mm37d ：最小直径，安装联轴器的外伸轴段，373min 65d d mm ==（2）各轴段长度的确定31l ：由滚动轴承、挡油环以及外伸轴段等确定，31l =53mm 32l ：由低速大齿轮的毂孔宽度442B mm =确定，32l =40mm 33l ：轴环宽度，33l =10.8mm34l ：由装配关系、箱体结构等确定，34l =39mm 35l ：由滚动轴承、挡油盘及装配关系等确定，35l =36mm 36l ：由箱体结构、轴承端盖、装配关系等确定，36l =55mm37l ：，由联轴器的孔宽1107l =确定，37l =105mm 。
（3）细部结构设计低速大齿轮处取键：()22514329.0, 5.4b h L mm mm mm t mm t mm ⨯⨯=⨯⨯==； 齿轮轮毂与轴的配合选为7690/H n φ ；滚动轴承与轴的配合采用过渡配合，此轴段的直径公差选为680m φ;参考教材查表8-2得：各轴肩处的过渡圆角半径，若80>d>50 取R2，C2。
若120>d>80 取R2.5，C2.5四、轴的校核（一）轴上作用力分析1、上力的作用点位置和支点跨距的确定齿轮对轴的力作用点按简化原则应在齿轮宽度的中点，因此可决定中间轴上两齿轮力的作用点位置。
轴上安装的6309轴承，从表12-6可知所以它的负荷作用中心到轴承外端面的距离a=9.5mm ，故可计算出致电跨距和轴上各力作用点相互位置尺寸。
支点跨距L ≈224mm ，低速小齿轮的力作用点C 到左支点A 距离是L 1≈45mm ；两齿轮力作用点之间的距离是L 2≈47mm ；高速大齿轮的力作用点D 到右支点B 的距离是L 3≈34mm。
（二）计算轴上的作用力齿轮2：312112289.59103412.9552.5t t T F F N N d ⨯⨯====21tan 1242.21r r t F F F N α===齿轮3：323322419.53109988.8084t T F N N d ⨯⨯===33tan 3635.62r t F F N α== （三）计算支反力1、垂直面支反力（XZ 平面） 由绕支点B 的力矩和0BVM=∑，得：12323323()()1242.21343635.62(4734)]252250.08RAV r r F L L L F L F L L N =++=-+=⨯-⨯+=-123252250.08/()252250.08/(454734)2001.98RAV F L L L N =-++=-++=-，方向向下。
同理，由绕支点A 的力矩和0AVM=∑，得：12321231()()1242.21(4745)3635.624549319.58RBV r r F L L L F L L F L N=++=+-=⨯+-⨯=-49319.58/(474534)391.42RBV F N =-++=-，方向也向下。
由轴上的合力0VF=∑，校核：23391.432001.981242.213635.620RBV RAV r r F F F F ++-=++-=，计算无误。
2、水平面支反力（XY 平面）12323323()()3412.95349988.80(4734)915953.1NRAH t t F L L L F L F L L ++=++=⨯+⨯+=23323123()915953.1/()915953.1/1267269.46RAH t t F F l F l l L L L N =++=++==，方向向下。
同理，绕支点A 的力矩和0AHM=∑，得：31212123()9988.80453412.95(4745)6059.42N ()126t t RBH F L F L L F L L L ++⨯+⨯+===++由轴上的合力0HF=∑，校核：233412.959988.807269.466059.4272.87t t RAH RBH F F F F +--=+--=，计算无误。
3、A点总支反力7540.09RA F N ===B点总支反力6072.05RB F N ===（四）绘转矩，弯矩图1）．垂直面内的弯矩C 处弯矩：12001.984590089.1CV RAV M F L N mm N mm =-⨯=-⨯⋅=-⋅左190089.1CV RAV M F L N mm =-⨯=-⋅右 D 处弯矩：3391.423413308.28RBV DV M F L N -⨯=-⨯=-左＝ 313308.28RBV DV DV M F L M N -⨯==-右右＝2）．水平面内的弯矩C 处弯矩： 17269.4645327125.7CH RAH M F L N mm N mm =-⨯=-⨯⋅=-⋅D 处弯矩：3206020.28DH RBH M F L N mm =-⨯=-⋅ 3）．合成弯矩 C处：339304.096C M N mm ==⋅左339304.096C M N mm ==⋅右D处：206449.67D M N mm ==⋅左206449.67D M N mm =⋅右4）．转矩 2419530 T T N mm II ==⋅ 5）．当量弯矩 折算系数 α=0.620.6419530251718T N mm N mm α=⨯⋅=⋅C处：C '339304.10M 422479.85C C M M N mmN mm==⋅==⋅左左右D 处: D M'325550.95'325550.95D D mm M M N mm==⋅==⋅左右右（五）弯扭合成强度校核校核危险截面C 的强度33''422479.8540.690.10.147C C ca M M Mpa Mpa W d σ=≈==⨯右右 根据轴选定的材料45钢、调质处理，查得[1-σ]=60Mpa因为][1-<σσca ，故强度足够。