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。
轴的结构设计要点
轴的结构设计要点学习轴的结构设计这么久，今天来说说关键要点。
首先呢，我理解轴的结构设计要考虑它承受的载荷类型。
就像是咱们盖房子，如果是盖那种小平房，可能屋顶的重量对于墙的压力就比较小，比较好设计；但要是盖高楼大厦，就要考虑承受很重的重量、风力等等。
对于轴来说，如果是只受扭矩的轴，像汽车里光负责传递动力的那部分轴，设计就相对简单些。
可要是个既受弯矩又受扭矩的轴，比如车床的主轴，那就复杂多啦。
轴的材料选择很重要。
我总结了一下，要综合考虑强度、韧性和成本这些因素。
你比如说，45号钢比较常用，强度还行，价格也比较亲民；要是要求特别高的强度又不差钱，那就可以选择合金钢。
我之前就很困惑，为啥不能都用便宜的材料呢？后来才明白，不同的使用环境对轴的要求不一样。
要是在一些高负荷、高精度的设备里头，便宜材料可能满足不了要求，容易出问题呀。
还有啊，轴的直径设计是个要点。
这可不能瞎定，得根据它承担的力量来算。
对了，计算这个力的时候一定要准确，我以前就忽略了一些小部分的力，结果算出来的直径就不对，还好后来发现了。
这就好比咱们估算买东西的钱，还差个零头没算进去，咋算都对不上账。
确定轴的直径，有很多公式可以用，这个在机械设计手册上都能查到，那可是个好东西，里面有很多详细的例子。
轴上键槽的设计也不能小看。
键槽是用来连接其他零件的，它的尺寸、位置能影响到整个轴系的传动性能。
我理解键槽要是开得不合适，就像鞋不合脚，跑起来肯定不舒服。
比如说，键槽开太深了，可能会削弱轴的强度；要是位置偏了，和配合的零件就难以正确装配。
再说轴颈的设计吧，这部分跟轴承配合。
它的表面粗糙度、尺寸公差都得考虑好。
我就想啊，这就跟找对象一样讲究配对，要是轴颈的尺寸公差、表面质量不符合轴承的要求，那可就没法好好配合工作了。
在轴的结构设计里，还得考虑会不会发生共振。
要是轴转起来像个发疯的振动器一样全场都抖，那设备肯定要废了。
为了避免这个，就要计算轴的临界转速，不能让工作转速太接近临界转速。
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。
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
添加标题
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。
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机械制造课程设计课题：轴类零件加工工艺专业：数控班级：0713班姓名：学号：指导老师：熊文学设计时间：2009.06.19目录一．设计任务………………………………………………二．零件工艺过程的分析与计算…………………………三．选择定位基准……………………………………四．拟定工艺路线…………………………………………五．确定各工序的设备，刀具，量具和辅助量工具……六．确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差…七．确定各工序的切削用量和时间定额……………八．确定各主要工序的技术要求及自检方法…………九．进行技术经济分析，选择最佳方案……………十．填写工艺文件…………………………………………十一．附录……………………………………………………序言机械制造工艺及设备毕业设计是我们完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使我们综合运用所学过的基本课程，基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。
我们在完成毕业设计的同时，也培养了我们正确使用技术资料，国家标准，有关手册，图册等工具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力，也为我们以后的工作打下坚实的基础，所以我们要认真对待这次综合能力运用的机会！其主要目的是：1.培养学生综合分析和解决本专业的一般工程问题的独立能力，拓宽和深化所学的知识。
2.培养学生树立正确的设计思想，设计思维，掌握工程设计的一般程序，规范和方法。
3.培养学生正确的使用技术知识，国家标准，有关手册，图册等工具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力和技巧。
4. 培养学生进行调整研究，面向实际，面向生产，向工人和工程技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。
一、设计任务如图号（1）为阶梯轴简图。
该轴材料为45钢，进行热处理硬度为235HBW。
在中批生产条件下制订该轴加工工艺过程。
二、零件工艺过程分析与计算〈一〉分析研究产品的装配图和零件图1、审查图纸的完整性和正确性2、分析零件的技术要求〈1〉尺寸精度的分析：轴类零件的支承轴颈一般与轴承配合，是轴类零件的主要表面，通常对其精度要求较高，为IT5~IT7，如该阶梯轴的￠其它尺寸相对而言精度要求较低。
〈2〉位置精度的分析轴类零件的形状精度主要有轴颈之间的圆柱度或跳动度（该阶梯轴两对基准A-B的跳动度为0.012），（还有轴承颈各端面的圆柱度都是0.004）键槽对轴线的对称度等。
〈3〉形状精度的分析：轴类零件的形状精度主要是指支承轴颈的圆度、圆柱度，一般应将其限制在公差范围内，对形状精度要求高的轴，应在图样上标注其形状公差。
〈4〉表面粗糙度的分析：一般与传动件相配合的轴颈的表面粗糙度Ra值为2.5~0.63um，与轴承向配套的支承轴颈的表面粗糙度Ra值为0.63~0.16um。
该阶梯轴的轴颈之间的表面粗糙度为0.8，为传动件配合的轴类。
3 、审查零件材料是否恰当本阶梯轴是在高转速，重载荷的条件下工作，选用45钢，并进行热处理，这样可提高表面硬度，较软的芯部，因此冲击韧性好。
4 、审查零件的结构工艺性本阶梯轴的结构工艺性符合要求。
〈二〉毛胚的选择：本阶梯轴材料为45钢，力学性能要求较高；生产类型为中批生产；零件的尺寸相差不大。
因此选用￠55*300圆钢作为毛胚。
三、选择定位基准选择定位基准就确定了加工的方法。
为了满足工件的设计要求，一般都选择两顶尖孔作为定位基准。
根据定位基准不同，相应的安装方法也不同，一般有以下几种安装方法：1、用两顶尖安装。
2、用三爪卡盘安装。
3、用三爪卡盘和尾顶尖安装。
4、用带齿顶尖和光滑顶尖安装。
5、用V型块安装。
在采用顶尖孔定位时，为了定位准确，减少定位误差对加工精度的影响，顶尖孔应加工精确。
由于顶尖孔在许多工序中都要使用，它会磨损、拉毛，以及热处理后的氧化、变形，因此在粗加工、热处理后，精加工前要修整顶尖孔。
（研磨中心孔）本阶梯孔定位基准选择如下：粗加工（加工两端面、打顶尖孔）采用外圆表面作为定位基准面（用V型块安装）；精加工采用外圆表面和一个顶尖孔作为定位基准面（用三爪卡盘和尾顶尖安装）；键槽的加工和磨削采用两顶尖孔作为定位基准（用两顶尖安装）。
四、拟定工艺路线根据轴的结构特点，轴的加工主要是用车削和磨削，个别质量要求较高的表面还需要进行光整加工。
一般轴类零件加工的典型工艺路线如下：1、预备加工轴的毛坯经过热处理和安装方法进行分析后，就应对轴进行预备加工。
预备加工包括：校直、切断、切端面和打中心孔等。
2．粗车外圆，粗加工空心轴的内孔为了保证轴在车削过程中的刚度，应先车大直径外圆，然后再车小直径外圆。
对于空心轴还要粗加工（如钻、镗）内孔。
3．热处理对质量要求较高的轴，在粗车后应进行正火，调质等热处理，以清除工件的内应力和提高其机械性能。
4．半精车外圆对一些精度要求较高的主要表面，需要安排半精车来为粗车做好准备，如精车前必要的精度和加工余量等，5．精车外圆为了保证定位精度，精车前要修整顶尖孔或改打带保护锥的B型顶尖孔。
对一些精度要求更高的主要表面，还必须留有足够的磨削或光整加工余量。
6．粗磨两端轴颈或中间轴颈当需要更换精基准或提高工件的刚度时，应先把精基准（两端轴颈）和中心架支撑表面（中间轴颈）加工出来。
7．粗加工成形表面或非同轴线的表面轴上的成形表面、非同轴线的表面是指齿轮、花键、螺纹、锥孔和偏心轴颈等表面表面。
8．加工次要表面表面轴上的次要表面是指键槽、小孔等表面。
9．热处理对轴上一些要求耐磨表面进行淬火或渗碳淬火处理。
10．磨削和光整加工11．清洗、检验由上分析：本阶梯轴的工艺路线拟定为：下料——热处理——铣两端面打顶夹孔——粗车外圆——精车外圆——铣键槽——热处理——磨各轴颈外圆——清洗、检验。
五、确定各工序的设备、刀具、量具和辅助工具1．设备的选择根据上面的要求，机床设备选用普通机床、普通磨床、铣端面打顶尖孔的专用机床，键槽铣床；工艺装备主要是夹具，本阶梯轴尽量选用通用夹具如三爪卡盘、顶尖、V型块等。
2．刀具的选择根据加工所采用的加工方法，加工表面尺寸，工件材料、加工精度、生产率和经济性，应尽量选用标准刀具3．量具的选择尽量选用通用夹具。
六．确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差1．加工余量的确定确定加工余量的方法：经验估计法、查表法、分析计算法。
根据查表可知：粗车外圆（长度 300）的加工余量一般为（1-1.5mm）；粗加工外圆（长度 300）的加工余量一般为（0.4-0.5mm）；磨削外圆的加工余量一般为0.15-0.25mm。
2.计算工序尺寸及公差φKb外圆的加工工艺路线：粗车→精车→热处理→磨削，毛坯是圆钢，具体确定过程如下：（1）确定各工序余量。
（2）计算各工序尺寸。
（3）确定各工序尺寸的公差。
（4）确定各工序的表面粗糙度。
工序名称工序余量工序的经济精度工序尺寸工序尺寸及公差表面粗糙度磨削0.2×10次K6(+0.018) 40 φ40+0.018Ra=0.8um精车0.5×10次K5(+0.013) 40+2=42 φ42+0.013Ra=3.2um粗车 1.5×8次K7(+0.027) 42+6=48 φ48+0.027Ra=12.5um毛坯15次 (+0.2) 40+15=55 φ55+0.2七、确定各工序的切削用量和时间定额1、切削用量的选择阶段轴φ40K6外圆的车削的切削用量的选择机床：CA6140刀具：焊接式硬度合金外圆车刀，刀片材料为YT14，刀杆截面尺寸为16mm×25mm，刀具的几何参数：R0=100 α0=80 kr=750 λs=00 rε=1mm粗车时的切削用量。
背吃刀量：取背吃刀量等于加工余量1.5mm。
进给量：根据工件材料，刀杆截面尺寸工件直径及背吃刀量，查表得f=0.3~0.5 按机床说明书选取实际进给量f=0.31切削速度：切削速度可用公式计算得到，也可通过查表得到。
先根据已知条件查表得vc=80m/min根据Uc和已知条件，计算工件转速n=1000vc/πd=463r/min按机床说明书选取实际主轴转速n=420r/min为此，实际切削速度vc=πdn/1000=72.5m/min机床功率效验FC=9.81cfcapxffyfvcnfk=9.81×270×1.5×0.310.75×72.50.15×0.75×0.92×1×1×0.93 =20132、时间定额的计算阶梯轴φ40外圆的粗车时间定额的计算（1）基本时间的计算：ta =πd(l+l1+l2)/1000vcf×Ii/ap=21.6S（2）辅助时间的计算：辅助时间一般是基本时间的（0.150.2），则粗车φ40外圆的基本时间为：ta=（0.150.2）tb=（0.221.6）S=4.3S作业时间TB=ta+tb=(21.6+4.3)S26S(3) 其他时间的计算：布置工作地时间ts一般按作业时间的2%7%计算（取4%的计算），休息与生理需要时间tr一般按作业时间的2%4%计算（取3%计算），忽略准备终结时间te，则其他时间为：26（4%+3%）=1.8S粗车φ40外圆的时间定额即单件时间tp=tb+ta+ts+tr=27.8S八．确定各主要工序的技术要求及检验方法1、实操加工时影响尺寸精度的主要因素是是否正确选择对刀点，在进行对刀操作时，必须要选定一对刀点，对刀点可选在工件上也可选在工件外（如：选在夹具上或机床上）但必须与零件的定位基准有一定的尺寸关系，这样才能确定机床坐标系和工件坐标系的位置，但为了提高加工精度和计算关键点方便，对刀点应尽可能选在工件的设计基准上，如：轴类零件可选在轴线上。
加工完成后用25-50mm的外径千分尺和内径百分表，检测零件1、2的径向尺寸，两零件的总长度尺寸精度要求分别是零件1为：2、对刀数据的处理及加工方法，数控车床对刀的目的是为了调整每把刀的刀位点，这样在刀架转位后刀具的刀尖不在同一点上，量通过刀具补偿，将使每把刀的刀位点都重合在某一理想位置上，编程者只按工件的轮廓编制加工程序而不必考虑不同刀具长度和刀尖半径的影响。
数控车床对刀的方法较多，通常在单件小批量生产中以试切对刀应用居多，其具体操作方法如下：（1）试切端面后，保证Z轴方向不移动，在刀偏表中将“试切长度”栏回零。
（2）试切直径（外圆、内孔），用游标卡尺或内径百分表量出试切值，注意：在加工过程中必须浇注切削液，以免因加工时切削热升高，造成工件热变形，最终导致测量不准确。
（3）将测得值输入到刀偏表相应的刀具栏中。
（4）在刀偏表磨损值栏中给定修整值（轮廓加工：+0.3—0.5mm内孔加工：-0.2—0.4mm）。