轴设计资料
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
轴设计主要内容1、轴的结构设计：影响轴结构的因素；轴的台阶化设计；轴的设计步骤。
2、轴的强度与刚度计算：轴上载荷及应力分析；轴的强度计算、刚度计算等。
基本要求1、了解轴的功用、类型、特点及应用。
2、掌握轴的结构设计方法。
3、掌握轴的三种强度计算方法：按扭转强度计算、按弯扭合成强度计算、按疲劳强度进行安全系数校核计算。
重点难点1、轴的结构设计，强度计算。
2、转轴设计程序问题。
3、弯扭合成强度计算中的应力校正系数 。
§7-1 轴概述一、轴的功能和分类轴是组成机器的重要零件之一，其主要功能是支持作回转运动的传动零件(如齿轮、蜗轮等)，并传递运动和动力。
1、按受载情况分根据轴的受载情况的不同轴可分为转轴、传动轴和心轴三类。
转轴：既受弯矩又受转矩的轴；传动轴：主要受转矩，不受弯矩或弯矩很小的轴；心轴：只受弯矩而不受转矩的轴；根据轴工作时是否转动，心轴又可分为转动心轴和固定心轴。
转动心轴：工作时轴承受弯矩，且轴转动固定心轴：工作时轴承受弯矩，且轴固定2、按轴线形状分根据轴线形状的不同轴又可分为曲轴、直轴和钢丝软轴。
图7-2 曲轴曲轴：各轴段轴线不在同一直线上，主要用于有往复式运动的机械中，如内燃机中的曲轴(图7-2)。
图7-3 直轴直轴：各轴段轴线为同一直线。
直轴按外形不同又可分为：光轴：形状简单，应力集中少，易加工，但轴上零件不易装配和定位。
常用于心轴和传动轴(图7-3左)。
阶梯轴：特点与光轴相反，常用于转轴(图7-3右)。
图7-4 钢丝软轴钢丝软轴：由多组钢丝分层卷绕而成，具有良好挠性，可将回转运动灵活地传到不开敞的空间位置。
二、轴的材料及选择轴的材料种类很多，选择时应主要考虑如下因素：1、轴的强度、刚度及耐磨性要求；2、轴的热处理方法及机加工工艺性的要求；3、轴的材料来源和经济性等。
轴的常用材料是碳钢和合金钢。
碳钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过热处理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最广，一般用途的轴，多用含碳量为0.25～0.5%的中碳钢。
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。
轴的设计知识范文
轴的设计知识范文轴是一种用于传递和转动动力的机械元件，广泛应用于各个行业和领域。
在轴的设计中，需要考虑到材料的选择、尺寸的确定、结构的设计等因素。
本文将介绍轴的设计知识，并详细讨论这些因素。
首先，材料的选择对轴的设计至关重要。
常见的轴材料有钢、铜、铝等。
钢材具有优异的机械性能，强度高、刚性好，因此常被用于制作轴。
在选择材料时，不仅需要考虑到材料的机械性能，还需要考虑到材料的耐磨性、耐腐蚀性等特性，以满足实际应用的需求。
其次，尺寸的确定也是轴设计的关键。
轴的尺寸设计包括直径、长度、轴颈位置等方面。
首先，轴的直径应根据承载力和刚度要求进行确定。
一般来说，轴的直径越大，其承载能力越高，但同时也会增加轴的重量和制造成本。
此外，轴的长度也需要根据应用需求进行合理设计。
如果轴过长，容易发生挠曲和变形；如果轴过短，会影响其刚度和承载能力。
轴颈位置的确定则与安装和传动装置的设计相关，需要综合考虑到传递力矩和受力平衡等因素。
结构的设计也是轴设计的关键。
具体而言，结构设计包括轴上的各种传动部件（如键槽、轴肩等）和连接方式（如销轴、铆接、焊接等）。
为了确保轴与其他零件的连接可靠性，需要选用合适的连接方式。
例如，大型机械设备通常采用销轴连接，而小型机械设备则常采用铆接或焊接连接。
此外，为了提高轴的刚度和耐疲劳性能，设计者还可以采用加强筋、斜槽等措施。
另外，轴的表面处理也是轴设计的一个重要环节。
轴的表面处理可以改善其表面质量、硬度和耐磨性。
常见的轴表面处理方法包括热处理、渗碳、表面镀层等。
其中，最常用的是热处理，通过控制轴的加热温度和冷却方式，可以改变轴的组织结构，提高其硬度和耐磨性。
除了上述基本的设计知识外，还有一些注意事项需要考虑。
首先，轴与轴承的配合是轴设计中的一个重要环节。
轴与轴承的配合直接影响轴的运转和使用寿命。
其次，需要注意轴的平衡性。
由于轴承的存在，轴在运转时会产生一定的离心力。
如果轴的质量分布不均匀，会导致轴的弯曲和振动，从而影响轴的运转稳定性。
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。
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。
轴的结构设计
轴的结构设计
各轴段直径和长度的确定
1. 直径的确定原则 1）估算的轴径作为轴上最细处的直径。 2）与标准件配合的轴径应根据标准件的尺寸设计。 3） 定位轴肩的高度（半径差） h≈（0.07 ～ 0.1）d＋1～2mm 。 4） 滚动轴承的定位轴肩，应小于轴承内圈的厚度。 5）为便于零件的装拆而设计的非定位轴肩高度（半径差）h ≈ 1～2mm。 2. 长度的确定原则 1） 轴头的长度应比轮毂的宽度小2～3mm ，以保证固定可靠。 2） 轴颈的长度一般等于轴承的宽度。
轴的结构设计
例如：轴的径向尺寸确定
轴的结构设计
轴的轴向尺寸确定
1.箱体内壁位置的确定
H=10~15mmBiblioteka A=b+2HA应圆整
2.轴承座端面位置的确定
C=δ+C1+C2+( 5~10)mm δ--箱体壁厚
C1、C2--螺栓 扳手空间
B=A+2C B应圆整
3.轴承在轴承座孔中位置的确定
Δ 值尽量小
减小支点距离
油润滑时 Δ= (3~8)mm
脂润滑时 Δ= (10~15)mm
4.轴的外伸长度的确定
(1)当轴端安装弹性
套柱销联轴器时
(2)当使用凸缘式轴
(3)当轴承盖与轴端
承盖时 K值由连接 螺栓长 度确定
K值由联轴器的型 号确定
零件都不需拆卸时, 一般取 K=5mm~8mm
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；
机械设计-轴设计
e b2 4 2
M W
2 4 T 2W
2
M2 T2 W
对于直径为 d 的实心轴：
b
M W
M
d 3 / 32
M 0.1d 3
T WT
d
T 3/
16
T 0.2d 3
T 2W
由于b 与 的循环特征可能不同，需引进校正系数α将 折
合成对称循环变应力。
e
M 2 (T )2
W
Me 0.1d 3
轴肩或轴环 定位轴肩：h＝(0.07~0.1)d ＞ R 或 C 非定位轴肩：h＝1～2 mm，作用是 便于轴上零件的装拆 为保证定位准确，R 或 C ＞ r 轴环宽度一般取：b =1.4 h
套筒
对轴上零件起固定作用。 常用于近距离的两个零件间的固定。
注意：
为保证固定可靠， 应使：与轮毂相配 的轴段长度比轮毂 宽度短2～3 mm，
一般的轴
扭转强度
扭剪应力:
T
T
WT
9.55 106 P / n
d 3 /16
9.55 106 P 0.2d 3n
T
轴的抗扭
剖面系数
扭转强度设计式:
d 3
9.55106 3 0.2T
P n
C3
P n
mm
令其为系数 C
系数 C 与轴的材料和承载情况有关
轴的材料 Q235A，20
35
[τT] /MPa 12～20
2、根据初算轴径，进行轴的结构设计。 N
3、按弯扭合成强度校核轴的危险截面。
弯扭合成强度校核
● 画出空间受力图，求出支反力；
● 分别作出水平面受力图和垂直面受力图；
● 分别作出水平面弯矩图MH和垂直面弯矩图MV ；
轴的设计计算及校核实例
轴的设计计算及校核实例
轴是用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。
轴的设计计算主要包括选材、结构设计和工作能力计算。
以下是一个轴的设计计算及校核实例：
1. 按扭矩初算轴径：选用45#调质，硬度217-255HBS。
根据（）2表14-1、P245（14-2）式，并查表14-2，取c=115，得d≥115×(5.07/113.423)1/3mm=40.813mm。
考虑有键槽，将直径增大5%，则d=40.813×(1+5%)=4
2.854mm。
初选d=50mm。
2. 选择轴承：因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列角接触球轴承。
参照工作要求并根据，根据d=50mm，选取单列角接触球轴承7208AC型。
在进行轴的设计时，需要考虑多方面的因素，并进行详细的计算和校核。
如果你需要进行轴的设计计算，建议咨询专业的工程师或查阅相关设计手册。
机械设计基础第十五章轴
弹性挡圈定位
圆螺母定位
轴的结构设计
5）圆锥形轴端与压板定位。定位可靠，装拆方便，适用于 经常装拆或有冲击的场合。
6）圆柱形轴端与轴端挡圈定位。定位可靠，方便，常用。 7）紧定螺钉定位。承受的轴向力较小，不适用于高速。
圆锥形轴端与压板定位 圆柱形轴端与轴端挡圈定
紧定螺钉定位
轴的结构设计
三、确定各轴段的直径和长度
直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。阶梯轴便于轴 上零件的装拆和定位，省材料重量轻，应用普遍。
曲轴是专用零件，主要用在内燃机一类的活塞式机械中。 轴一般是实心轴，有特殊要求时可制成空心轴，如车床主轴。
除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到 不开敞地空间位置，常用于医疗器械和小型机具中。
带式输送机传动简图
轴的结构设计
方 案
一
齿轮与轴分开制造，齿轮与带轮均从轴的左端装入，轴段⑤ 最粗。该方案较常采用。
轴的结构设计
方 案 二
齿轮与轴分开制造，齿轮从轴的右端装入，带轮从轴的左端 装入，轴段⑤最粗。该方案也有采用。
轴的结构设计
方 案 三
齿轮与轴一体，结构简单，强度和刚度高，但工艺性较差， 轴与齿轮同时失效。适用于轴的直径接近齿根圆直径的情况。
轴的常用材料及其力学性能表
第三节 轴的结构设计
轴的结构设计目标：确定轴的结构形状和尺寸。
轴的结构设计应满足： 轴上零件相对于轴、轴相对于机座的定位应准确可靠； 轴应具有良好的制造工艺性，轴上零件应便于装拆和调整； 轴的结构应有利于提高轴的强度和刚度 。
一、拟定轴上零件的装配方案 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。在满足设计要求的情 况下，轴的结构应力求简单。 以下是带式输送机减速器中高速轴的三个装配方案及分析。
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。
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（一）高速轴的设计。
已知参数：kw P 60.3=I ，min 1440r n =I ，mm N T .1039.24⨯=I 1．求作用在齿轮上的力因已知高速级小齿轮的分度圆直径为 mm Z m d t 4021265464.111=⨯=⋅=而 NN F F N N F F NN d T F t a n tr t 29805314tan 1189tan 44605314cos 20tan 1189cos tan 118921.401039.22241='''⨯==='''⨯===⨯⨯==︒︒︒I ββα 圆周力t F ，径向力r F 及轴向力a F 的方向如图3所示。
图3 高速轴结构图2．初步确定轴的最小直径先按参考文献[2]式（15-2）初步估算轴的最小直径。
选取轴的材料为45钢，调质处理。
根据参考文献[2]表15-3，取1120=A ，于是得mm mm n P A d 2.15144060.3112330min =⨯==I I 高速轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径∏-I d （图4）。
为了使所选的轴∏-I d 与联轴器的孔径相适应，需同时选取联轴器型号。
联轴器的计算转距I =T K T A ca ，查参考文献[2]表14-1，考虑到转距变化很小，故取3.1=A K ，则mm N mm N T K T A ca .31070.1039.23.14=⨯⨯==I按照计算转距ca T 应小于联轴器公称转距条件，查参考文献[1]标准GB/T5014-2003，选用LX1型弹性柱销联轴器，其公称转距为250000N.mm 。
半联轴器的孔径mm d 16=I ，故取mm d 16=∏-I ，半联轴器长度L=42mm ，半联轴器与轴配合的毂孔长度mm L 301=。
3．轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案，如图4。
（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，Ⅰ-Ⅱ轴段右端需制出一轴肩，故取 Ⅱ-Ⅲ段的直径mm d 19＝Ⅱ－Ⅲ，左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=22mm 。
半联轴器与轴配合的毂孔长度mm L 301=，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故Ⅰ-Ⅱ段长度应比略短一些，现取mm l 28=Ⅰ－Ⅱ。
2）初步选择滚动轴承。
因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。
参照工作要求并根据mm d 19＝ⅢⅡ-，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30205，其尺寸为的mm mm T D d 25.165225⨯⨯=⨯⨯,故mm d 25=Ⅲ－Ⅳ。
3）由于齿根圆到键槽底部的距离t m e 2<（t m 为端面模数），所以把齿轮做在轴上，形成齿轮轴。
参照工作要求并根据mm d 25=Ⅲ－Ⅳ，左端滚动轴承与轴之间采用套筒定位，故选mm d 31=-ⅤⅣ。
同理右端滚动轴承与轴之间也采用套筒定位，因此，取mm d 31=-ⅧⅥ。
4）轴承端盖的总宽度为20mm ，（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。
根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离mm l 30=,故取mm l 50＝ⅢⅡ-。
5）已知高速级齿轮轮毂长b=45mm,做成齿轮轴， 则mm l 45=-ⅥⅤ。
6）取齿轮距箱体内壁之距离a=16mm,圆柱齿轮与圆柱齿轮之间的距离为c=20mm ，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离是s,取s=8mm 。
已知滚动轴承宽度T=16.25mm ，低速级大齿轮轮毂长L=70mm ，套筒长mm L 20='。
则mmmm L T l mm mm L s a l mm mm L c L a s l mmmm L T l 25.36)2025.16(4)20816(94)202070168(25.36)2025.16(=+='+==-+='-+==+++='+++=+='+=----ⅦⅥⅦⅥⅤⅣⅣⅢ－－＝至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。
（3）轴上零件的周向定位半联轴器与轴的周向定位采用平键连接。
半联轴器与轴连接，按∏-I d 由参数文献[2]表6-1查得平键截面mm mm h b 55⨯=⨯,键槽用键槽铣刀加工，长为25mm ；同时为了保证半联轴器与轴配合有良好的对中性，故选择半联轴器与轴配合为66K H 。
滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。
4）确定轴上圆角和倒角尺寸参考参考文献[2]表15-2，取轴端倒角为︒⨯458.0，各轴肩处的圆角半径见图3。
4．求轴上的载荷首先根据轴的结构图（图3）做出轴的计算简图（图4），在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a 值。
对于30205型圆锥滚子轴承，由参考文献[1]中查得a=12.5mm 。
因此，作为简支梁的轴的支承跨距mm L L 5.19232=+。
根据轴的计算简图做出轴的弯距图和扭距图（图4）。
图4 高速轴弯距图从轴的结构图以及弯距图和扭距图中可以看出截面c 是轴的危险截面。
现将计算出的截面c 处的H M ，V M M 及的值列于下表（参看图4）。
5按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯距和扭距的截面（即危险截面c ）的强度，根据参考文献[2]式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取6.0=α，轴的计算应力()()MPa MPa WT M ca 9.18301.0239006.04886632221=⨯⨯+=+=I αα 前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由参考文献[2]表15-1得MPa 60][1=-σ。
因此][1-<σσca ，故安全。
（二）中速轴的设计 已知参数：kw P 50.3=∏，min 81.361r n =∏，mm N T .1022.94⨯=∏1．求作用在齿轮上的力因已知中速轴小齿轮的分度圆直径为 mm Z m d t 65265.213=⨯=⋅=而 NN F F NN d T F n t r t 103320tan 2837tan 2837651022.92211431=⨯===⨯⨯==︒∏α由受力分析和力的对称性，则中速轴大齿轮的力为N F t 11892=，N F r 4462==，N F a 298=圆周力t F ，径向力r F 及轴向力a F 的方向如图5所示。
图5 中速轴结构图2．初步确定轴的最小直径先按参考文献[2]式（15-2）初步估算轴的最小直径。
选取轴的材料为45钢，调质处理。
根据参考文献[2]表15-3，取1120=A ，于是得m m m m n P A d 9.2381.36150.3112330min =⨯==∏∏ 3．轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案，如图4。
（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）初步选择滚动轴承。
因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。
参照工作要求并根据轴的最小直径，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30207，其尺寸为的mm mm T D d 25.187235⨯⨯=⨯⨯,故mm d d 35==-∏-I ⅦⅤ。
2）取安装小齿轮处的轴段Ⅱ-Ⅲ的直径mm d 39＝ⅢⅡ-，齿轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。
已知齿轮轮毂的宽度为70mm ，为了使套筒可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取mm l 66＝ⅢⅡ-，齿轮右端采用轴肩定位，轴肩高度h>0.07d,故取h=3.5mm ，则轴直径mm d 46＝Ⅲ－Ⅳ。
3) 取安装大齿轮处的轴段Ⅳ-Ⅴ的直径mm d 40＝ⅢⅡ-，齿轮的右端与右轴承之间采用套筒定位。
已知齿轮轮毂的宽度为40mm ，为了使套筒可靠地压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取mm l 37=-ⅤⅣ，齿轮左端采用轴肩定位，取h=3mm ，与小齿轮右端定位高度一样。
4）取小齿轮距箱体内壁之距离mm a 161=，由齿轮对称原则，大齿轮距箱体内壁的距离为mm a 5.18)4045(21162=-+=，齿轮与齿轮之间的距离为c=20mm ，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离是s,取s=8mm.已知滚动轴承宽度T=18.25mm 。
则mmmm a s T l mm mm c l mmmm a s T l 75.47)35.18825.18()3740(5.22)5.220()4045(2125.46)416825.18()6670(21=+++=-+++==+=-+==+++=-+++=--∏-I ⅥⅤⅣⅢ至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。
（3）轴上零件的周向定位齿轮与轴的周向定位采用平键连接。
按ⅢⅡ-d 由参数文献[2]表6-1查得平键截面mm mm h b 812⨯=⨯,键槽用键槽铣刀加工，长为56mm ；同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮与轴配合为66n H 。
同理，由参数文献[2]表6-1查得平键截面mm mm h b 812⨯=⨯,键槽用键槽铣刀加工，长为32mm ；同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮与轴配合为66n H 。
滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。
4）确定轴上圆角和倒角尺寸参考参考文献[2]表15-2，取轴端倒角为︒⨯452，各轴肩处的圆角半径见图5。
4．求轴上的载荷首先根据轴的结构图（图5）做出轴的计算简图（图6），在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a 值。
对于30207型圆锥滚子轴承，由参考文献[1]中查得a=15.5mm 。
因此，作为简支梁的轴的支承跨距mm L L L 5.189321=++。
根据轴的计算简图做出轴的弯距图和扭距图（图6）。
图6 中速轴弯距图从轴的结构图以及弯距图和扭距图中可以看出截面B 和C 是轴的危险截面。
现将计算出的截面B 和C 处的M M M V H ，及，的值列于下表（参看图6）。
5按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯距和扭距的截面（即危险截面c ）的强度，根据参考文献[2]式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取6.0=α，轴的计算应力()()MPa WT M ca 32221401.0922006.0327091⨯⨯+=+=I αα MPa 83.51=前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由参考文献[2]表15-1得MPa 60][1=-σ。