第十二章 轴系结构设计
轴系结构设计
小白进阶篇—电机选型案例集目的：掌握轴系零件设计规范并计算校核轴的强度课程内容：1.轴的分类按所受载荷特点分三种：心轴：只承受弯矩;传动轴：只承受转矩;转轴：同时承受弯矩和转矩;按轴的结构形状分：直轴，曲轴，光轴，阶梯轴，挠性轴。
2.轴的材料碳素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%的优质碳素钢，尤其是45号钢。
合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集中比较敏感，且价格较贵；多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。
如20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳淬火处理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl等合金钢，有良好的高温机械性能，常用于在高温、高速和重载条件下工作的轴。
球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感低，价格低廉，使用铸造制成外形复杂的轴。
例如：内燃机中的曲轴。
对于形状复杂的轴，如曲轴、凸轮轴等，也采用球墨铸铁或高强度铸造材料来进行铸造加工，易于得到所需形状，而且具有较好的吸振性能和好的耐磨性，对应力集中的敏感性也较低。
3.轴的结构设计合理的轴系结构必须满足下列基本要求：1）轴和轴承在预期寿命内不失效；2）轴上零件在轴上准确定位与固定，以及轴系在箱体上的可靠固定；3）轴系结构有良好的工艺性；4）好的经济性。
轴肩与轴环定位优点：方便可靠、不需要附加零件，能承受的轴向力大；缺点：会使轴径增大，阶梯处形成应力集中，阶梯过多将不利于加工。
用途：这种方法广泛用于各种轴上零件的定位。
注意要点：为了保证零件与定位面靠紧，轴上过渡圆角半径应小于零件圆角半径或倒角，一般轴肩定位高度取为（0.07～0.1）d ，轴环宽度b =1.4h 。
套筒定位简化轴的结构，减小应力集中，结构简单、定位可靠。
多用于轴上零件间距离较小的场合。
螺母定位固定可靠，可以承受较大的轴向力，能实现轴上零件的间隙调整。
机械设计基础-----第12章 轴
转动心轴：轴转动 固定心轴：轴固定
问：火车轮轴属于什么类型？
问：自行车前轮轴属于什么类型？
传动轴：只受转矩，不受弯矩M=0，T≠0
如：汽车下的传动轴。
转轴：既传递转矩（T）、又承受弯矩（M）
如：减速器中的轴。
问：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？ 0 轴： 传动轴 Ⅰ轴： 转轴 Ⅱ轴： 转动心轴
表12-2 常用材料的[τT]值和C值
轴的材料 Q235-A, 20 Q275, 35 1Cr18Ni9Ti 45 40Cr, 35SiMn 38SiMnMo, 3Cr13
[τT](N/mm2 )
15~25
20~35
25~45
35~55
C
160~135
135~118
118~107
107~98
注: 当作用在轴上的弯矩比传递的转矩小或只传递转矩、载荷较 平稳、无轴向载荷或只有较小的轴向载荷、减速器的低速轴、轴 只作单向旋转, [τT]取较大值， C取较小值; 否则[τT]取较小值， C取较大值。
第12章 轴
§12-1 §12-2 §12-3 §12-4 概 述
带传动和链传动都是通过中间挠性件传递运 动和动力的，适用于两轴中心距较大的场合。 与齿轮传动相比，它们具有结构简单，成本 低廉等优点。
轴的结构设计 轴的计算 轴的设计实例
§12-1、概述
一、主要功用
1、支承轴上回转零件（如齿轮）
2、传递运动和动力 二、分类 1、按承载分 心轴：只承受弯曲（M），不传递转矩（T=0）
▲ 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，从而提高轴的疲劳能力。
五、轴的结构工艺性 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。在满足使用要求的前提下，轴的结 构越简单，工艺性越好。零件的安装次序 1. 装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有 砂轮越程槽，车螺纹的轴端应有退刀槽。
机械设计基础 第十二章轴
3.
球墨铸铁、合金铸铁 (高强度铸铁)
价廉、吸振性好、耐磨性好，对应力集中的敏感性较低，铸造 成形，但性脆，可靠性低，品质难控制。 常用于制造外形复杂的轴，如曲轴、凸轮轴。
轴的常用材料及其主要力学特性见
轴的结构设计
12
设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。
设计要求： 1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装) 2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位) 3.各零件要牢固而可靠地相对固定；(固定) 4.改善应力状况，减小应力集中。
第十二章
轴的设计
1
第一节 第二节 第三节
概述 轴的设计举例 轴的强度、刚度计算
2
本章重点：
① 轴的类型，轴的常用材料； ② 轴的结构； ③ 轴上零件的轴向定位和固定方法； 轴上零件的周向定位和固定方法；
④ 按扭转强度计算轴的直径。
轴的功用：主要用于支承传动零件 (齿轮、带轮等) 并
传递运动和动力。
越程槽和退刀槽
17
（3）为去掉毛刺，利于装配，轴端应制出45°倒角。
45°倒角 45°倒角
( 4)当采用过盈配合联结时，配合轴段的零件装入端，常加工 成半锥角为30°的导向锥面。若还附加键联结，则键槽的长度 应延长到锥面处，便于轮毂上键槽与键对中。
18
（5）如果需从轴的一端装入两个过盈配合的零件，则轴上两配 合轴段的直径不应相等，否则第一个零件压入后，会把第二个零件 配合的表面拉毛，影响配合。
一般情况下，直轴 做成实心轴，需要 减重时做成空心轴
6
轴的功用和类型
分类： 按承受载荷分有： 类 型 按轴的形状分有：
7
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 直轴 曲轴 光轴 阶梯轴
轴系部件结构设计
轴系部件结构设计本文介绍了轴系部件结构设计的重要性，以及本文的目的和结构安排。
轴系部件结构设计是机械工程领域中重要的设计任务之一。
轴系部件是指连接和传递动力的轴、轴承、联轴器等部件。
它们的结构设计直接影响到机械设备的性能、寿命和可靠性。
良好的轴系部件结构设计能够保证机械设备的正常运转。
首先，合理设计的轴可以实现传递动力和承载负荷的功能；其次，优化设计的轴承能够减少能量损失和机械设备的故障率；还有，恰当选择的联轴器可以实现动力传递的可靠性和高效性。
本文的目的在于深入探讨轴系部件结构设计的关键要素和原则，并提供相关的设计指导。
首先，我们将介绍轴系部件结构设计的基本原则和考虑因素；然后，我们将详细讨论轴的设计要点和注意事项；接着，我们将重点介绍轴承的选择和安装方法；最后，我们将讨论联轴器的选型和安装步骤。
通过阅读本文，读者将了解到轴系部件结构设计的重要性，并可以获得实用的设计指导，以提升机械设备的性能和可靠性。
参考文献请注意，本文引言部分未引用任何内容，其信息为创造性生成）本部分将介绍轴系部件的不同分类和各自的功能。
轴系部件包括轴承、齿轮、连接件等，它们在机械系统中起着重要的作用。
1.轴承轴承是轴系部件中的重要组成部分，它用于支撑轴的旋转运动并减少摩擦。
根据结构和用途的不同，轴承可以分为滚动轴承和滑动轴承。
滚动轴承采用滚动体（如球、柱体、圆锥体）和轴承座的结构，适用于高速转动、小摩擦、高精度要求的场景。
滑动轴承则采用润滑剂在轴和轴承之间形成薄膜，减少摩擦力，适用于低速大负荷的场景。
2.齿轮齿轮是一种通过齿的啮合传递力和运动的机构，常用于机械传动系统中。
齿轮根据齿的形状和用途可以分为直齿轮、斜齿轮、蜗杆齿轮等。
直齿轮是最常见的齿轮形式，它的齿面与轴线平行，适用于传递旋转运动和转矩的工况。
斜齿轮的齿面与轴线倾斜，可以传递更大的力和转矩。
蜗杆齿轮用于角度传动，具有较高的传动比和安全性。
3.连接件连接件用于连接轴系部件和其他机械部件，保证它们协同工作。
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。
实验12-轴系的结构设计
实验12 轴系得结构设计一、概述：二、轴系结构就是机械得重要组成部分, 也就是机械设计课程得核心教学内容。
由于轴系结构设计设计得问题多、实践性强、灵活性大, 因此既就是教师讲授得难点, 也就是学生学习中最不易掌握得内容。
本实验通过学生自己动手, 经过设计、装配、调整、拆卸等全过程, 不仅可以增强学生对轴系零部件结构得感性认识, 还能帮助学生深入理解轴得结构设计、轴承组合结构设计得基本要领, 达到提高设计能力与工程实践能力得目得。
三、实验目得:1.熟悉常用轴系零部件得结构；2.掌握轴得结构设计基本要求；3.掌握轴承组合结构设计得基本方法。
三、实验设备1. 模块化轴段（可组装成不同结构形状得阶梯洲）；2. 轴上零件: 齿轮、蜗杆、带轮、联轴器、轴承、轴乘座、端盖、套杯、套筒、圆螺母、轴端挡板、止动垫圈、轴用弹性垫圈、孔用弹性垫圈、螺钉、螺母等；3、工具: 活搬手、游标卡尺、胀钳。
四、实验准备1. 从轴系结构设计实验方案表中选择设计实验方案号；2. 根据实验方案规定得设计条件确定需要哪些轴上零件；3. 绘出轴系结构设计装配草图（参考教材图15-21—15-25得形式）, 并注意以下几点:①设计应满足轴得结构设计、轴承组合设计得基本要求, 如轴上零件得固定、装拆、轴承间隙得调整、密封、轴得结构工艺性等；（暂不考虑润滑问题）②标出每段轴得直径与长度, 其余零件得尺寸可不标注。
各项准备工作应在进实验室前完成。
五、实验步骤1. 以自己设计得装配草图为依据, 根据阶梯轴得直径与长度尺寸, 逐段选择完全对应或基本对应得模块化轴段, 并用双头螺柱将各轴段组装成一个完整得阶梯轴。
该轴应与装配草图中得设计尺寸尽可能一致；① 2. 根据轴系结构设计装配草图, 选择相应得零件实物, 按装配工艺要求顺序装在轴上, 完成轴系结构设计；②3、自行检查轴系结构方案得合理性, 对不合理之处进行修改, 直到装配出合理得结构。
检查时应考虑以下问题：③轴上各键槽就是否在同一条母线上；④轴上各零件就是否处于指定位置；⑤轴上各零件得固定（周向、轴向）就是否可靠、合理（如防松、轴承拆卸等）；⑥轴系能否实现回转运动, 运动就是否灵活；⑦轴系沿轴线方向得位置就是否固定, 及轴向力能否传到机座上；⑧轴承游隙如何调整；轴系得轴向位置就是否需要调整？需要时, 如何调整；例图: 学生常犯错误注意:渡圆角及润滑问题。
轴系结构设计
装配图完成后，就可量出原先那个“待定”的尺寸。顺
便把各轴段的尺寸公差也定下来了。下一步是绘制轴的工作 图
A3
安装轴承 与挡油环
小齿轮
安装轴承 与挡油环
轴伸
安装V带轮
键槽，为V 带轮作周向 固定
联轴器的选择——
1. 类型的选择 2. 型号的选择
选择时要注意下列几个要求：
（1）计算转矩不超过所选型号的规定值：Tc = KT； （2）工作转速不大于所选型号的规定值； （3）两轴的直径在所选型号的孔径范围内。
关于轴系的结构设计
请在放映状态下观看(F5)
5、轴段精加工面过 长，且整个轴没有轴 向固定，这可是一个 大问题。解决办法是 套筒改为轴肩； 7、轴承透盖的 孔与轴擦碰；
4、外套筒挡边太高，不便轴承拆卸。 3、轴套应做成挡油环； 9 8 2、键与键槽顶面不 相碰，应画两条线； 4 7 2
6
找 错
8、透盖与外套筒之 间应有调整垫，以 便调整轴承的轴向 游隙； 9、外套筒与箱体之间应有调整垫， 以便调整锥齿轮的啮合间隙；
外
圈
这是一种可分离型轴承，可离分为外 圈和内组件（由内圈、滚子和保持架 组成），内组件不可以再分离。同一 型号的外圈和内组件是可以互换的。
内组件
圆锥滚子轴承内圈的大端挡边称为大挡边。大挡边为锥面，滚子的大端面为球 面。在载荷作用下，内圈大挡边和滚子大端面接触应力很大，是所有工作表面中最 易疲劳、磨损失效之处。一直以来，内圈大挡边和滚子大端面均为等径球面，工作 时二者为面接触，无法形成油楔，故润滑状态不佳。1990年代后，将其中之一—— 内圈挡边改为锥面，使二者的接触变为线接触，可形成楔形腔，改善了润滑条件。
3、各轴段长度的确定方法
第12章 轴系结构设计
(12.3)
(4)计算扭矩呱，并画出扭矩图如图12-2(e)所示。 (5)根据第四强度理论按下式计算当量弯矩，并画出当量弯矩图，
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§12.1 轴的结构设计
如图12-2中(f)所示。
(12.4) (6)校核强度，针对某些危险截面(即当量弯矩大而直径小的截面)，
其强度条件为当量弯曲应力不大于许用弯曲应力6-1b，即强度校核公
有一个键槽时，轴径加大5%左右;有两个键槽时，轴径加大10%左 右，然后再按表12-3圆整为标准直径。
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§12.1 轴的结构设计
2.按弯扭组合进行强度校核 在估算出轴的最小直径，并进行轴系结构设计后，即可确定轴上 所受载荷大小、方向、作用点及支承跨距等，再按弯扭组合进行校核。 按弯扭组合进行强度校核的具体步骤如下。 (1)作出轴的计算简图(即力学模型)。 轴所受的载荷是从轴上零件传来的。计算时，常将轴上的分布载
12.1.2轴的设计、计算
通常对于一般轴的设计方法有类比法和设计计算法两种。
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§12.1 轴的结构设计
类比法是根据轴的工作条件，选择与其相似的轴进行类比及结构设计， 画出轴的零件图。这种方法简单、省时，但具有一定的盲目性。设计计 算法是以满足强度(刚度)要求为依据进行轴的结构设计，这种设计方法 可靠、稳妥。本节主要介绍轴的设计计算法。 用设计计算法设计轴的步骤如图12-1所示。 需要指出的是，一般情况下设计轴时不必进行轴的刚度、振动、稳 定性校核，如需进行刚度校核，也只做弯曲刚度校核，对于重要的轴、 高速转动的轴应采用疲劳强度校核计算方法进行轴的强度校核。 1.估算轴的最小直径 开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的位置及支承点位置，无法
式为: (12.5)
轴系结构设计
轴系结构设计轴系结构设计是一种机械设计的重要内容，也是机械装配的基础。
轴系结构是由轴承、联轴器及其他元件组成的动态结构，主要是将机械设备的运动传递到其他部件，并对机械设备的运动进行合理的传动。
在轴系结构中，轴承主要用于支撑轴的转动，联轴器用于将动力传递到轴上，而其他元件则具有固定和定位的作用。
轴系结构设计应考虑轴承、联轴器及其他元件之间的相互关系，以便满足机械设备的运行要求。
在设计时，应该考虑轴承、联轴器及其他元件的尺寸、数量、材料等因素，以确保轴系结构能够正常运行，并且能够满足机械设备的负载、振动、噪声等要求。
轴系结构的设计需要考虑机械设备的运动特性、转速及负载特性。
在设计过程中，应根据机械设备的运动特性，确定轴承、联轴器及其他元件的尺寸、数量、材料等参数。
例如，在高转速情况下，应使用更小尺寸的轴承，以减少摩擦力；在高负载情况下，应使用更大尺寸的轴承，以获得更高的承载能力。
轴系结构的设计还应考虑其结构设计的安全性。
这也是轴系结构设计的重要考量因素，包括检查轴承、联轴器及其他元件的材料是否合格，以及轴系结构的布置是否合理，以避免发生破坏性故障。
此外，轴系结构设计还应考虑机械设备的振动及噪声特性，以及其他质量要求。
通常情况下，在轴系结构设计过程中，应采取适当的措施，如选用合适的轴承、联轴器及其他元件，以降低机械设备的振动及噪声，提高其质量。
轴系结构设计是机械设备的重要内容，也是机械装配的基础。
轴系结构的设计应考虑轴承、联轴器及其他元件的尺寸、数量、材料等参数，以满足机械设备的运行要求；同时也应考虑轴系结构的安全性、振动及噪声特性及其他质量要求。
轴系结构设计是一项技术性工作，需要仔细研究，以确保机械设备的正常运行。
第十二章 轴系结构设计(1)
(二）平键连接的尺寸选择
•尺寸选择原则： 轴毂等强度。按照轴 径d选择键的结构尺寸。 •尺寸： b×h×L L=（1.5～1.8）d（不可过长或过短） L=B毂-（5～10） 标记：键b×L GB1096--1979
•(三）平键连接的强度计算 •键连接----为标准件连接方式。设计时，键不需画 零件图，只要会选择。 • 键选择的内容：
平键连接的强度计算准则：
几点假设： 1）集中载荷F; 2）载荷F作用于挤压面
的中点; 3）挤压面积≈lk l-键的工作长度 k-键与轮毂的接触高度
（键受挤压高度） k≈0.5h
强度条件
1）静连接（普通平键连接）
p
2T dkl
[
p]
p
4T dhl
[
p]
MPa MPa
A型键---l=L-b
1.轴肩或轴环
轴肩处 r C或R
定位轴肩：h≥（0.07～0.1）d＋（1~3）mm＞C或R 非定位轴肩：h视情况而定，无严格规定。
b
轴肩由定位面和内圆角组成
D h
d D
h C d
2.套筒定位 套筒定位可承受较大的轴向载荷，一般
用于两个零件之间的定位，套筒不宜作的过长。
1:100
工作面
1:100
普通斜键
钩头斜键
（四）、切向键
切向键联接.swf
两个斜度为1：100的楔键连接，上、下两面为工作
面（打入）布置在圆周的切向，传递载荷能力强。
工作原理：靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩
b
t
C×45° t
三、平键连接的强度计算
概述轴系的结构方案设计
概述轴系的结构方案设计轴系的结构方案设计和机器的整体质量息息相关，一旦发生轴失效，将导致严重后果。
轴系的结构方案设计和一般零部件的设计存在很大的差异，不仅包括强度设计，还包括结构设计。
1 基于功能元的结构方案设计分析机械产品概念设计内容主要包括下列三个部分：功能抽象化、功能分解、功能结构图设计。
机器可被视作一个大系统，在这个系统中，各种零件按照某种关系组合在一起，以满足客户的特定需求，其基本功能要素如下：（1）轴承集——支撑功能的功能元；（2）齿轮副集——传递运动的功能元；（3）螺栓集——紧固功能元。
在每一类功能元中，又可根据功能特性的差异而做进一步的细分。
以图1所示的单级减速器为例，扭矩通过轴、键、齿轮、轴承、轴承座进行传递，力的传递过程可以用图2表示。
2 轴系主要功能元的特征属性分析2.1 轴的属性轴发挥着支撑以及传递转矩的功能，其决定性能的因素主要有两个：一是刚度，二是强度。
在轴的设计过程中，不仅要以工作能力准则为基础，而且要兼顾如下要求：（1）轴向定位方法的运用；（2）周向固定轴上的各类零件，使其符合转矩传递的要求；（3）轴和其他部分存在相对滑动的表面要具有良好的耐磨性；（4）符合实际工艺生产要求。
2.2 传动类结构功能元两轴间的运动通常依靠齿轮传动来完成。
齿轮传动不仅效率高，而且持续稳定，因而具有很强的适应性。
齿轮副有以下分类：（1）平面齿轮——直齿/斜齿圆柱齿轮传动；（2）空间齿轮——传递相交轴/交错轴运动。
结合齿轮的特点及使用条件，采用功能元划分的方法将齿轮副的十大特征总结如下：（1）传动比；（2）传动平稳性；（3）传动效率；（4）耐磨性；（5）结构紧凑性；（6）轴向力；（7）承载能力；（8）转速要求；（9）两轴线方向；（10）制造成本。
2.3 支撑类结构功能元在机器中，轴承装置是一种应用广泛且相当关键的部件，其设计质量关系着机器是否能够正常运转。
轴承装置的设计涉及多种知识与技术，表现出了一定的复杂性和灵活性。
机械设计中轴系的结构方案设计
机械设计中轴系的结构方案设计机械设计中轴系的结构方案设计在机械设备制造过程中，轴是关键的零部件之一，它不仅支撑着轴上零件、传递运动与动力的重要部件，也在非常大的程度上影响着机器设备的工作能力与工作质量。
如果轴失效，便有可能产生严重的后果，所以轴的设计至关重要。
以下是小编整理的机械设计中轴系的结构方案设计，欢迎阅读。
设计过程：轴系结构的设计没有固定的标准，它根据轴上载荷方向、大小与分布情况，轴上零部件的布置与固定方法，及轴的加工与装配方法等进行灵活决定的，以轴上零部件装拆方便、固定牢靠、定位准确等来衡量轴结构的设计好坏。
因此在设计轴的结构时，一般可以先拟定好几种不同方案通过相互比较后再加以取舍。
轴的结构设计应包括定出轴的合理外形与全部尺寸。
在满足刚度、强度与装配、加工等要求的条件下，轴的结构应该设计的越简单越好。
轴的结构取决于：轴在机器中安装的位置以及形式;轴上安装零部件的类型、数量、尺寸以及联接方法;载荷的性质、方向、大小及分布情况;轴加工的工艺等。
轴系是没有标准结构形式的，设计时一定要针对不同情况而进行具体的分析。
但是，无论何种具体的条件，轴的结构都应该满足：轴及装在轴上的零部件要有精准的工作位置;轴上的零部件应该便于装拆与调整;轴应该具有良好的制造工艺性能等。
（一）拟定轴上零部件的装配方案所谓的装配方案，就是指预定出轴上的主要零部件的装配方向、顺序以及相互关系。
进行轴的结构设计的前提条件便是拟定轴上零部件的装配方案，它确定了轴的基本形式。
在拟定装配方案时，原则上应设计几个方案，然后进行分析比较后再进行选择。
（二）轴上零件的定位一般为了防止轴上零部件受力时发生沿轴向或者周向的相对运动，轴上零部件除了要有空转或游动的要求外，都需要进行轴向以及周向定位，用以保证工作位置的准确性。
1.零件在轴上的轴向定位轴上零部件的轴向定位一般是以套筒、轴肩、圆螺母、轴端挡圈以及轴承端盖等来确保的。
零部件在轴上的轴向定位方法，主要是取决于它所到的受轴向力大小。
第十二章轴系结构设计(1)
思考：轴系的刚度.
Ⅰ
Fr
Ⅱ
Ⅰ
L
(一)
Ⅰ
Ⅱ Fr
Ⅰ
L (二)
Fr
Ⅱ
L
Ⅱ
Fr
L
平键
导键和滑键 --- 磨损 压溃
斜键---压溃 、磨损
(二）平键连接的尺寸选择
?尺寸选择原则： 轴毂等强度。按照轴 径d选择键的结构尺寸。 ?尺寸： b×h×L L=（1.5～1.8）d（不可过长或过短） L=B毂-（5～10） 标记：键b×L GB1096--1979
?(三）平键连接的强度计算 ?键连接----为标准件连接方式。设计时，键不需画 零件图，只要会选择。 ? 键选择的内容：
1）键的强度只与T有关（键只传递扭距）
2）键的尺寸b×h由轴径d确定，而轴的直径 与T和M有关…。
例： 有一9级精度的铸铁齿轮，轮毂宽度 B=90mm，轴孔直径d=55mm，传递扭距 T=600N.m，载荷平稳，试选择此键连接。
解： 9级精度，∴选平键，试选A型平键 查手册，d=55mm的轴径，b=16mm；h=10mm （k≈0.5h）；L=90-（5～10）=80～85；查手册 取L=80mm；l=L-b=80-16=64mm 查表12-1得： [σ p]= 75MPa
1）选键的类型 2）定键的尺寸 3）强度校核
工作原理及特点 ---- （工作面为侧面,对中性好）
例：有一轮毂宽B=80mm，轴径d=30mm，齿 轮为8级精度，试选择此键连接。 解：∵8级精度，∴试选A型平键 查手册，d=30mm的轴径，b=8mm；h=7mm L=80-（5～10）=75～70；查手册取标准系列 L=70mm ∴键8×70 GB1096-1979
轴承，防止润滑剂流失。 密封装置可分为：接触式密封和非接触式密封
轴系结构
实验四轴系结构创意组合一、概述任何回转机械都具有轴系结构，因而轴系结构设计是机器设计中最丰富、最需具有创新意识的内容之一，轴系性能的优劣直接决定了机器的性能与使用寿命。
由于轴承的类型很多，轴上零件的定位与固定方式多样，具体轴系的种类很多。
概括起来主要有：(1)两端单向固定结构；(2)一端双向固定、一端游动结构；(3)两端游动结构(一般用于人字齿轮传动中的一根轴系结构设计)。
如何根据轴的回转转速、轴上零件的受力情况，决定轴承的类型；再根据机器的工作环境决定轴系的总体结构；轴上零件的轴向定位与固定、周向的固定来设计机器的轴系，是机器设计的重要环节。
为了设计出适合于机器的轴系，有必要熟悉常见的轴系结构，在此基础上才能设计出正确的轴系结构，为机器的正确设计提供核心的技术支持。
二、实验目的1．熟悉和掌握轴的结构与其设计，弄懂轴及轴上零件的结构形状及功能、工艺要求和装配关系。
2．熟悉并掌握轴及轴上零件的定位与固定方法。
3．熟悉和掌握轴系结构设计的要求与常用轴系结构。
4．了解轴承的类型、布置、安装及调整方法，以及润滑和密封方式。
三、实验设备和工具1．模块化轴段，用其可组装成不同结构形状的阶梯轴。
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、轴端挡圈、止动垫圈、轴用弹性挡圈、孔用弹性挡圈、螺钉、螺母等。
3．工具：扳手、游标卡尺、内外卡钳、300mm钢板尺、铅笔、三角板等。
四、实验内容与要求1．从轴系结构设计实验方案表中选择设计实验方案号。
2．进行轴的结构设计与滚动轴承组合设计。
每组学生根据实验方案规定的设计条件和要求，确定需要哪些轴上零件，进行轴系结构设计。
解决轴承类型选择，轴上零件的固定、装拆、轴承游隙的调整、轴承的润滑、密封、轴的结构工艺性等问题。
3．绘出轴系结构设计装配草图，并应使设计结构满足轴承组合设计的基本要求，即采用何种轴系基本结构。
4．考虑滚动轴承与轴、滚动轴承与轴承座的配合选择问题。
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。
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2T p [ p ] zd m hl
dm=（d+D）/2
2T p [ p] zd m hl
Dd h 2c 2
C--花键的倒角 ψ---载荷分配不均系数 Z---花键的齿数
§12-2 轴系结构设计 一、轴系结构设计基本原则
1.强度足够
2.拆装方便
强度 拆装 标准化
3.标准化、系列化、通用化（键、轴
平键双键1800布置
斜键1200布置
五）键选择步骤
1.根据工作要求定类型
2.根据轴径d定尺寸：b和h（查手册）
3.根据轮毂宽B定键长L
4.强度校核
四、半圆键连接强度计算
•只进行挤压强度计算，k值查标准，l≈L
五、斜键连接强度计算
六、花键连接 • （一）、分类
矩形花键
300渐开线花键
450渐开线花键
1:100
工作面
1:100
普通斜键
钩头斜键
（四）、切向键
切向键联接.swf
两个斜度为1：100的楔键连接，上、下两面为工作 面（打入）布置在圆周的切向，传递载荷能力强。 工作原理：靠工作面与轴及轮毂相挤压来传递扭矩
b t
C × 45° t
三、平键连接的强度计算
一）失效形式 平键
普通平键---压溃、(剪切)
承、联轴器、倒角、中心孔……等等）
4.直径系列化-- 轴头尺寸以2、5、8、0
结尾，轴身（非配合轴段）取整数， 5.轴颈处符合轴承要求。
6.定位和固定可靠
7.良好的工艺 8.利于提高强度和刚度。
二、轴上零件的轴向定位可固定
1.轴肩或轴环 2.套筒 3.圆螺母定位 4.弹性挡圈
轴上零件定位方法.swf
1）键的强度只与T有关（键只传递扭距）
2）键的尺寸b×h由轴径d确定，而轴的直径 与T和M有关…。
例： 有一9级精度的铸铁齿轮，轮毂宽度
B=90mm，轴孔直径d=55mm，传递扭距
T=600N.m，载荷平稳，试选择此键连接。
解： 9级精度，∴选平键，试选A型平键 查手册，d=55mm的轴径，b=16mm；h=10mm （k≈0.5h）；L=90-（5～10）=80～85；查手册 取L=80mm；l=L-b=80-16=64mm 查表12-1得： [σ p]= 75MPa
2T 2 600103 p 68.18MPa [ p ] 75MPa dkl 55 5 64
∴键16×80 GB1096-1979 如果载荷有冲击则[σ p]= 55MPa，该如何解决？
算 例
四）双键连接：
2T p [ p ] 1.5dkl 2T p [ p] 1.5dkl
第十二章 轴系结构设计 各部分名称
轴 颈
轴 头
轴 颈
轴 身
轴 头
§12-1轴毂连接
一、功用：传递扭距；固定和定位。
平键 斜键 键 圆轴 无预应力 半圆键 切向键 销 紧定螺钉 成型轴 有预应力---过盈联接 材料性联接---粘、焊 方轴 型轴 A型平键 B型平键 C型平键
轴 毂 连 接
型面连接
型面连接是用非圆截面的柱面体或锥面体的轴与 相同轮廓的毂孔配合以传递运动和转矩的可拆连接， 它是无键连接的一种型式。 由于型面连接要用到非 圆形孔，以前因其加工困难，
5.紧定螺钉
6.轴端挡圈
7.锥形轴头
1.轴肩或轴环
轴肩处
r C或R
定位轴肩：h≥（0.07～0.1）d＋（1~3）mm＞C或R 非定位轴肩：h视情况而定，无严格规定。
b h
h C
d
轴肩由定位面和内圆角组成
L=70mm
∴键8×70 GB1096-1979
平键连接的强度计算准则：
几点假设： 1）集中载荷F; 2）载荷F作用于挤压面 的中点; 3）挤压面积≈lk l-键的工作长度 k-键与轮毂的接触高度 （键受挤压高度） k≈0.5h
强度条件
1）静连接（普通平键连接）
2T p [ p ] MPa dkl 4T p [ p ] MPa dhl
键连接
A型平键
1、普通平键连接
B型平键 C型平键
2、导向平键—动连接。键和轴固联，轮毂（盘类）零 件在轴上作一定量的移动。 3、滑键---动连接。毂和键固联并沿轴作大距离的 移动。
导向键
滑键
二）半圆键
多用于轴端锥面 的辅助连接。传递较小的载荷。
（三）斜键
•＞1：100的斜度。工作面为上下面。
限制了型面连接的应用。
在家用机械、办公机械等中，采用了大量的压铸、注塑 零件。要注塑出各种各样的非圆形孔是毫无困难的，故、键连接的类型和工作原理 （一）平键连接 功用：传递转矩；周向定位--限制轴上零 件的周向运动，一般不限制轴向运动。
零件图，只要会选择。
• 键选择的内容：
1）选键的类型
2）定键的尺寸
3）强度校核
工作原理及特点---- （工作面为侧面,对中性好）
例：有一轮毂宽B=80mm，轴径d=30mm，齿
轮为8级精度，试选择此键连接。 解：∵8级精度，∴试选A型平键 查手册，d=30mm的轴径，b=8mm；h=7mm L=80-（5～10）=75～70；查手册取标准系列
导键和滑键---
磨损
压溃
斜键---压溃 、磨损
(二）平键连接的尺寸选择
•尺寸选择原则： 轴毂等强度。按照轴 径d选择键的结构尺寸。 •尺寸： b×h×L L=（1.5～1.8）d（不可过长或过短）
L=B毂-（5～10）
标记：键b×L GB1096--1979
•(三）平键连接的强度计算
•键连接----为标准件连接方式。设计时，键不需画
花键的标记 •INT ---内花键 • EXT---外花键 •例渐开线花键：
INT/EXT Z×m× 齿根形式 × 配合精度
INT 24 Z×2.5M× 30P × 5H GB/T3478.1-1995
EXT 24 z×2.5m× 30P × 5h GB/T3478.1-1995
花键连接的强度计算
A型键---l=L-b l B型键---l=L C型键---l=L-b/2
2）动连接（导键、滑键）
2T p [ P ] MPa dkl
[p]、 [σp]--- 许用压强和许用挤压应力。选择 键、轴、毂三者中的弱者。见表12--1
分析：
2T p [ p ] dkl
和
2T p [P] dkl