机械设计基础第六版第14章-轴(new)ppt课件
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机械设计全套课件 ppt课件
凡具备上述（1）、（2）两个特征的实物组合体称为机构。 机器能实现能量的转换或代替人的劳动去做有用的机械功，而 机构则没有这种功能。
仅从结构和运动的观点看，机器与机构并无区别，它们 都是构件的组合，各构件之间具有确定的相对运动。因此，通 常人们把机器与机构统称为机械。
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7
机械设计基础
绪论
如图1-1所示的内燃机，
图1-5（a）闭式运动链
机械设计基础
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图1-5（a）开式运动链
16
• 将运动链中的一个构件固定，并且它的一个 或几个构件作给定的独立运动时，其余构件 便随之作确定的运动，此时，运动链便成为 机构。
• 机构的组成:
• 机 架：固定不动的构件
• 原动件：输入运动的构件
• 从动件：其余的活动构件
1)运动副：两构件之间直接接触并能产生一定的相对
运动的连接称为运动副。
运动副元素：两构件上直接参与接触而构成运动副的部分— —点、线或面。
2) 运动副的分类
平面
运 运动副 动 副
空间 运动副
机械设计基础
高副：点、线接触 低副：面接触
球面副 螺旋副
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运动副 转动副
13
图1-2 转动副
图1-3 移动副
是由汽缸体1、活塞2、连杆3、曲轴4、 小齿轮5、大齿轮6、凸轮7、推杆8等系列 构件组成，其各构件之间的运动是确定的。
0.1.2 构件与零件
机构是由具有确定运动的单元体组成的，这 些运动单元体称为构件。
组成构件的制造单元体称为零件。 零件则是指机器中不可拆的一个最基本的 制造单元体。构件可以由一个或多个零件组成。
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20
机械设计基础
机械设计基础：第14章轴
700
170 200
230
静应力状态下的 75 45 许用弯曲应力
95 55 110 65
800
270
300
130
140
75
80
合金钢 铸钢
自用盘编号JJ321002
900
1000 400 500
330 100 120
150 50 70
90 30 40
折合系数取值：α= 设计公式： d 3
材 料
轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类： 转轴---传递扭矩又承受弯矩 按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩 类 心轴---只承受弯矩 型 按轴的形状分有：
车厢重力 自行车 前轮轴 前叉
转动心轴 支撑反力
自用盘编号JJ321002
前轮轮毂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。
轴端挡圈 带轮 轴承盖 套筒 齿轮 滚动轴承
§14-3
轴的结构设计
4、5间的轴肩使齿轮在轴上定位，1、2间的轴肩使带轮定位，6、7间的轴肩使右端滚动轴承定位。
套筒
轴肩
自用盘编号JJ321002
三、轴上零件的固定 轴向固定由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。
齿轮受轴向力时，向右是通过4、5间的轴肩，并由6、7间的轴肩顶在滚动轴承的内圈上； 向左则通过套筒顶在滚动轴承的内圈上。带轮的轴向固定是靠1、2间的轴肩和轴端当圈。
用途：碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较 多，尤其是45钢应用最广。合金钢具有较高的力学性能， 但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。 轴的毛坯:一般用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。
170 200
230
静应力状态下的 75 45 许用弯曲应力
95 55 110 65
800
270
300
130
140
75
80
合金钢 铸钢
自用盘编号JJ321002
900
1000 400 500
330 100 120
150 50 70
90 30 40
折合系数取值：α= 设计公式： d 3
材 料
轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类： 转轴---传递扭矩又承受弯矩 按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩 类 心轴---只承受弯矩 型 按轴的形状分有：
车厢重力 自行车 前轮轴 前叉
转动心轴 支撑反力
自用盘编号JJ321002
前轮轮毂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。
轴端挡圈 带轮 轴承盖 套筒 齿轮 滚动轴承
§14-3
轴的结构设计
4、5间的轴肩使齿轮在轴上定位，1、2间的轴肩使带轮定位，6、7间的轴肩使右端滚动轴承定位。
套筒
轴肩
自用盘编号JJ321002
三、轴上零件的固定 轴向固定由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。
齿轮受轴向力时，向右是通过4、5间的轴肩，并由6、7间的轴肩顶在滚动轴承的内圈上； 向左则通过套筒顶在滚动轴承的内圈上。带轮的轴向固定是靠1、2间的轴肩和轴端当圈。
用途：碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较 多，尤其是45钢应用最广。合金钢具有较高的力学性能， 但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。 轴的毛坯:一般用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。
2024年度-机械基础第六版PPT课件
22
06 液压与气压传动 技术 23
液压传动原理及系统组成
液压传动原理
利用帕斯卡原理，通过密闭液体传递力和运动的一种传动方式。
液压系统组成
动力元件（液压泵）、执行元件（液压缸、液压马达）、控制元件（方向控制阀、压力控制阀、流量控制 阀）和辅助元件（油箱、滤油器、管路等）。
24
气压传动原理及系统组成
机械基础第六版PPT课件
1
目 录
• 引言 • 机械概述 • 机械设计基础 • 传动系统原理及类型 • 联接件和轴系零部件 • 液压与气压传动技术 • 机械制造工艺基础 • 课程总结与展望
2 contents
01 引言
3
课程背景与意义
机械基础课程是机械类专业的重要基础课程之一，对于培养学生的机械设计、制造、 创新能力具有重要意义。
的重要发展方向，推动节能减排、资源循环利用等方面的发展。
03
服务型制造
随着制造业与服务业的不断融合，服务型制造将成为机械制造行业的新
模式，提供个性化定制、全生命周期管理等服务，提升客户体验和满意
度。
34
THANKS
感谢观看
35
26
07 机械制造工艺基 础 27
铸造、锻造和焊接工艺简介
铸造工艺
将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能的铸件。铸造工艺广泛应用于制造各种复 杂形状的零件和毛坯。
锻造工艺
在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定 几何尺寸、形状和质量的锻件。锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化 微观组织结构。
学习要求：认真听讲、积 极思考、勤于实践、勇于 创新。
6
02 机械概述
06 液压与气压传动 技术 23
液压传动原理及系统组成
液压传动原理
利用帕斯卡原理，通过密闭液体传递力和运动的一种传动方式。
液压系统组成
动力元件（液压泵）、执行元件（液压缸、液压马达）、控制元件（方向控制阀、压力控制阀、流量控制 阀）和辅助元件（油箱、滤油器、管路等）。
24
气压传动原理及系统组成
机械基础第六版PPT课件
1
目 录
• 引言 • 机械概述 • 机械设计基础 • 传动系统原理及类型 • 联接件和轴系零部件 • 液压与气压传动技术 • 机械制造工艺基础 • 课程总结与展望
2 contents
01 引言
3
课程背景与意义
机械基础课程是机械类专业的重要基础课程之一，对于培养学生的机械设计、制造、 创新能力具有重要意义。
的重要发展方向，推动节能减排、资源循环利用等方面的发展。
03
服务型制造
随着制造业与服务业的不断融合，服务型制造将成为机械制造行业的新
模式，提供个性化定制、全生命周期管理等服务，提升客户体验和满意
度。
34
THANKS
感谢观看
35
26
07 机械制造工艺基 础 27
铸造、锻造和焊接工艺简介
铸造工艺
将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能的铸件。铸造工艺广泛应用于制造各种复 杂形状的零件和毛坯。
锻造工艺
在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定 几何尺寸、形状和质量的锻件。锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化 微观组织结构。
学习要求：认真听讲、积 极思考、勤于实践、勇于 创新。
6
02 机械概述
机械设计基础 轴系PPT课件
3）连续正反转、载荷不稳定：切应力接近对称循环，r ＝ -1；
[ 1b 第] 2[1页/1共b ]25页1
6）确定危险截面。
7）强度条件：
c
M W
M 2 ( T )2 [ ] MPa
0.1d 3
d 3 M
mm
0.1 [ ]
式中： W —— 轴的抗弯截面系数； [σ] —— 轴的许用弯曲应力，见表 14-1。
四、轴设计的主要问题 失效形式： 1、疲劳破坏 2、变形过大 3、振动折断 4、塑性变形
疲劳强度校核 刚度验算（如机床主轴） 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
第8页/共25页
设计的主要问题： 1、合理的结构设计 —→ 保证轴上零件有可靠的工作位置，装配、拆卸方便，
周向、轴向固定可靠，便于轴上零件的调整； 2、工作能力计算 a、有足够的强度
轴圆角半径 r ＜ 轴上零件倒角尺寸 c ＜ 轴肩高度 h 或：轴圆角半径 r ＜ 轴上零件圆角半径 R ＜ 轴肩高度 h
第13页/共25页
轴肩 定位轴肩： h ＝ ( 0.07 ～ 0.1 ) d ； d ：轴颈尺寸 非定位轴肩： h ＝ ( 1 ～ 2 ) mm
（2）周向固定 键、花键、成形联接、弹性环联接、过盈、销等 —— 轴毂联接
强度条件：
T WT
9.55106 0.2 d 3
P n
MPa
d 3 9.55106 P mm
0.2[ ]n
式中：WT —— 抗扭截面系数，mm3 [τ ] —— 许用切应力，MPa
第17页/共25页
公式应用： a）传动轴精确计算； b）转轴的初估轴径 dmin —— 结构设计，逐步阶梯化 di
α —— 根据转矩性质不同而引入的应力校正系数。 σ —— 一般为对称循环变化（弯矩引起的弯曲应力） 1）单向旋转、载荷稳定：切应力接近不变 r ＝ +1；
[ 1b 第] 2[1页/1共b ]25页1
6）确定危险截面。
7）强度条件：
c
M W
M 2 ( T )2 [ ] MPa
0.1d 3
d 3 M
mm
0.1 [ ]
式中： W —— 轴的抗弯截面系数； [σ] —— 轴的许用弯曲应力，见表 14-1。
四、轴设计的主要问题 失效形式： 1、疲劳破坏 2、变形过大 3、振动折断 4、塑性变形
疲劳强度校核 刚度验算（如机床主轴） 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
第8页/共25页
设计的主要问题： 1、合理的结构设计 —→ 保证轴上零件有可靠的工作位置，装配、拆卸方便，
周向、轴向固定可靠，便于轴上零件的调整； 2、工作能力计算 a、有足够的强度
轴圆角半径 r ＜ 轴上零件倒角尺寸 c ＜ 轴肩高度 h 或：轴圆角半径 r ＜ 轴上零件圆角半径 R ＜ 轴肩高度 h
第13页/共25页
轴肩 定位轴肩： h ＝ ( 0.07 ～ 0.1 ) d ； d ：轴颈尺寸 非定位轴肩： h ＝ ( 1 ～ 2 ) mm
（2）周向固定 键、花键、成形联接、弹性环联接、过盈、销等 —— 轴毂联接
强度条件：
T WT
9.55106 0.2 d 3
P n
MPa
d 3 9.55106 P mm
0.2[ ]n
式中：WT —— 抗扭截面系数，mm3 [τ ] —— 许用切应力，MPa
第17页/共25页
公式应用： a）传动轴精确计算； b）转轴的初估轴径 dmin —— 结构设计，逐步阶梯化 di
α —— 根据转矩性质不同而引入的应力校正系数。 σ —— 一般为对称循环变化（弯矩引起的弯曲应力） 1）单向旋转、载荷稳定：切应力接近不变 r ＝ +1；
机械设计基础课件第十四章 轴
第十四章
• • • • • • 轴的功用和类型 轴的材料 轴的结构设计 轴的强度计算 轴的刚度计算 轴的临界转速的概念
轴
第一节 轴的功用和类型
一、轴的功用
● 支撑回转零件，如齿轮、带轮； 传递运动和转矩 ●
二、轴的类型
● 心轴 — 只承受弯矩 按受载 ● 传动轴 — 只承受转矩 ● 转轴 — 既受弯矩、又受转矩 ● 直 轴（光轴、阶梯轴） ●曲 轴
第三节 轴的结构设计
倒角
砂轮越程槽
第三节 轴的结构设计
轴环
第三节 轴的结构设计
• 三、轴上零件的轴向定位和固定 • 定位 － 使轴上零件处于正确的工作位置；
• 固定 － 使轴上零件牢固地保持这一位置。 阶梯轴上截 • 目的 － 防止轴上零件工作时发生轴向蹿动。 面变化处 • 常用的轴向定位和固定方法：
第三节 轴的结构设计
为保证轴上零件紧靠在定位面（轴肩），轴 肩的圆角须大于C1或R。
第三节 轴的结构设计
• 四、改善轴的受力状况，减小应力集中 • 合理布置轴上零件可以改善轴的受力状况。
第三节 轴的结构设计
• 减小应力集中 • 零件截面发生突 然变化的地方， 都会产生应力集 中。合金钢对应 力集中比较敏感， 尤需加以注意。
第四节 轴的强度计算
第四节 轴的强度计算
第四节 轴的强度计算
第四节 轴的强度计算
第四节 轴的强度计算
• 若计算的截面有一个键槽，则将计算出的轴的直 径 d加大4%左右，若两个键槽，则增大8%，然 后圆整成标准直径。 • 对于一般用途的轴，按上述方法设计计算即可。 对于重要的轴，还需进一步的强度校核（如安全 系数法） • 安全系数的校核计算包括疲劳强度和静力强度两 项内容。 • 疲劳强度的校核即计入应力集中、表面状态和绝 对尺寸影响以后的精确校核。 • 静强度校核的目的在于校核轴对塑性变形的抵抗 能力。
• • • • • • 轴的功用和类型 轴的材料 轴的结构设计 轴的强度计算 轴的刚度计算 轴的临界转速的概念
轴
第一节 轴的功用和类型
一、轴的功用
● 支撑回转零件，如齿轮、带轮； 传递运动和转矩 ●
二、轴的类型
● 心轴 — 只承受弯矩 按受载 ● 传动轴 — 只承受转矩 ● 转轴 — 既受弯矩、又受转矩 ● 直 轴（光轴、阶梯轴） ●曲 轴
第三节 轴的结构设计
倒角
砂轮越程槽
第三节 轴的结构设计
轴环
第三节 轴的结构设计
• 三、轴上零件的轴向定位和固定 • 定位 － 使轴上零件处于正确的工作位置；
• 固定 － 使轴上零件牢固地保持这一位置。 阶梯轴上截 • 目的 － 防止轴上零件工作时发生轴向蹿动。 面变化处 • 常用的轴向定位和固定方法：
第三节 轴的结构设计
为保证轴上零件紧靠在定位面（轴肩），轴 肩的圆角须大于C1或R。
第三节 轴的结构设计
• 四、改善轴的受力状况，减小应力集中 • 合理布置轴上零件可以改善轴的受力状况。
第三节 轴的结构设计
• 减小应力集中 • 零件截面发生突 然变化的地方， 都会产生应力集 中。合金钢对应 力集中比较敏感， 尤需加以注意。
第四节 轴的强度计算
第四节 轴的强度计算
第四节 轴的强度计算
第四节 轴的强度计算
第四节 轴的强度计算
• 若计算的截面有一个键槽，则将计算出的轴的直 径 d加大4%左右，若两个键槽，则增大8%，然 后圆整成标准直径。 • 对于一般用途的轴，按上述方法设计计算即可。 对于重要的轴，还需进一步的强度校核（如安全 系数法） • 安全系数的校核计算包括疲劳强度和静力强度两 项内容。 • 疲劳强度的校核即计入应力集中、表面状态和绝 对尺寸影响以后的精确校核。 • 静强度校核的目的在于校核轴对塑性变形的抵抗 能力。
【机械设计基础】课件第14章
第14章 轴本章主要介绍直轴的结构设计和计算的 基本方法，掌握轴结构设计中轴上零件 的轴向及周向定位方法及其结构的工艺 性，并掌握轴上零件安装方法以及受力 分析。
14.1 轴的功能及类型轴是组成机器的重要零件之一。
轴是用来支承轴上零件及传递转矩和运动的。
1. 分类 • 按照轴线形状分类：轴可分为直轴、曲轴和软轴 (1)直轴：直轴按外形不同可分为光轴、阶梯轴及一些 特殊用途的轴，如凸轮轴、花键轴及蜗杆轴等。
(2)曲轴：曲轴是内燃机、曲柄压力机等机器上的专用 零件，用以将往复运动转变为旋转运动。
(3)软轴(挠性钢丝轴)：软轴主要用于传动两轴线不在 同一直线或工作时彼此有相对运动的空间传动， 也可用于受连续振动的场合，以缓和冲击。
直轴曲轴挠性钢丝轴按照所受载荷性质分类：轴可分为心轴、 转轴和传动轴。
(1)心轴：通常指只承受弯矩而不承受转矩的轴 （M）。
如自行车前、后轮轴，汽车轮轴。
(2)传动轴：只受转矩不受弯矩或受很小弯矩的 轴(T)。
车床上的光轴、连接汽车发动机输出 轴和后桥的轴，均是传动轴 (3)转轴：既受弯矩又受转矩的轴(M+T)。
转轴 在各种机器中最为常见。
•14.2 轴的材料轴的材料选取原则：首先应有足够的强 度，对应力集中敏感性低；还应满足刚 度、耐磨性、耐腐蚀性及良好的加工 性、经济性。
常用的材料主要有碳钢、合金钢、球墨 铸铁和高强度铸铁。
• 选择轴的材料时，应考虑轴所受载荷的大小和性 质、转速高低、周围环境、轴的形状和尺寸、生产 批量、重要程度、材料机械性能及经济性等因素， 选用时注意如下几点： • （1） 碳钢有足够高的强度，对应力集中敏感性较 低，便于进行各种热处理及机械加工，价格低、供 应充足，故应用最广。
一般机器中的轴，可用30、 40、45、50等牌号的优质中碳钢制造，尤以45号 钢经调质处理最常用。
• （2） 合金钢机械性能更高，常用于制造高速、重 载的轴，或受力大而要求尺寸小、重量轻的轴。
机械设计基础课件-jx06-14
α1
2α
C
α1
浙江大学专用
C
2α
3. 3 小型双万向联轴器 结构如图所示，通常采用合金钢制造。
A
α
α
A
α
A--A
浙江大学专用
万向联轴节
浙江大学专用
万向联轴节
浙江大学专用
滚子链联轴器
浙江大学专用
三、弹性联轴器
1、弹性套柱销联轴器 结构特点：外观与凸缘联轴器相似，用带橡胶弹性套 的柱销联接两个半联轴器。
浙江大学专用
3、圆锥式摩擦离合器
结构：锥台表面为摩擦接触面。
优点：由于采用了槽面摩擦原理， 因此只需要很小的操纵力即能使 离合器传递较大的转矩。
缺点： 径向尺寸较大，不如多盘式紧凑。
机械力
离合器的操纵方式
电磁力 气动力 液压力
浙江大学专用
8~10˚
摩擦离合器
浙江大学专用
摩擦离合器
浙江大学专用
电磁摩擦离合器
应用实例：手腕驱动机构、汽车后桥驱动、车辆启停等。
浙江大学专用
一、固定式刚性联轴器
结构：半联轴器通过键与轴相联，用螺栓将两个半联 轴器的凸缘联接在一起。
型式： 普通凸缘联轴器 ---靠铰制孔螺栓对中。 有对中榫的凸缘联轴器 ---靠榫头对中。
绞制孔螺栓
普通螺栓
对中榫
普通凸缘联轴器
浙江大学专用
凸缘联轴器
浙江大学专用
§ 14-4 安全联轴器与安全离 合器
• 一、剪切销安全联轴器 d 8KT
Dm z[ ]
• 二、滚珠安全离合器
浙江大学专用
剪切销安全联轴器
浙江大学专用
滚珠安全离合器
浙江大学专用
《机械设计基础》第十四章-轴
通常M→σ，T→τ， 两者在轴上的循环特性不同 ——引入折合系数α
ca 2 4( )2
对于直径为d 的圆轴:
M, T T
W
WT 2W
ca
Mca W
M 2 (T )2
W
[ 1]
Mca M 2 (T )2 ——当量弯矩
∴
M
M
2 H
MV2
对于转轴：已知支点，扭矩、弯矩可求；以斜齿轮轴为例
Sca
S S S S2 S2
S 1 (K a m )
S 1 (K a m )
2、静强度校核——校核轴对塑性变形的抵抗能力（略）
§14.4 轴的刚度及振动稳定性
一、轴的刚度计算 1、弯曲刚度 挠曲线方程：
d2 y M(x) dx2 EI
挠 度： y [ y]
偏转角： [ ]
Rv2 ——将扭矩折算为等效
)
FMr v1
Ft
Fa
M v2
))
T
R' v1
M1 M2
A
B Rv1 RH1
C
弯矩的折算系数。
Mv
D
RH2
RMv2
L1
L2
L3
T
)
Ft
M
(c)
6、作(d当) 量弯矩图——Mca
MM v1 2
Mca
M v2 M1
M2 (d)
M 2 (T )2 M v
M
M
TT
((ee))
r
6）加大配合部轴径 7）选择合理的配合 8）盘铣刀铣键槽比用指铣刀铣，应力集中小 9）渐开线花键比矩形花键应力集中小 10）避免在受载较大处切制螺纹。
二、合理布置轴上零件以减少轴的载荷
ca 2 4( )2
对于直径为d 的圆轴:
M, T T
W
WT 2W
ca
Mca W
M 2 (T )2
W
[ 1]
Mca M 2 (T )2 ——当量弯矩
∴
M
M
2 H
MV2
对于转轴：已知支点，扭矩、弯矩可求；以斜齿轮轴为例
Sca
S S S S2 S2
S 1 (K a m )
S 1 (K a m )
2、静强度校核——校核轴对塑性变形的抵抗能力（略）
§14.4 轴的刚度及振动稳定性
一、轴的刚度计算 1、弯曲刚度 挠曲线方程：
d2 y M(x) dx2 EI
挠 度： y [ y]
偏转角： [ ]
Rv2 ——将扭矩折算为等效
)
FMr v1
Ft
Fa
M v2
))
T
R' v1
M1 M2
A
B Rv1 RH1
C
弯矩的折算系数。
Mv
D
RH2
RMv2
L1
L2
L3
T
)
Ft
M
(c)
6、作(d当) 量弯矩图——Mca
MM v1 2
Mca
M v2 M1
M2 (d)
M 2 (T )2 M v
M
M
TT
((ee))
r
6）加大配合部轴径 7）选择合理的配合 8）盘铣刀铣键槽比用指铣刀铣，应力集中小 9）渐开线花键比矩形花键应力集中小 10）避免在受载较大处切制螺纹。
二、合理布置轴上零件以减少轴的载荷
机械设计基础ppt课件完整版
液压与气压传动的设计方法与步骤
设计方法
根据实际需求选择合适的传动方式， 进行系统设计。
设计步骤
明确设计任务和要求、选择执行元件、 确定系统工作压力和流量、设计液压或 气压回路、选择液压或气压元件、进行 系统性能验算等。
液压与气压传动系统的维护与保养
日常维护 保持系统清洁、定期更换液压油或空 气滤清器滤芯等。
机械设计的定义与重要性
重要性
机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最 主要因素。
好的设计能降低成本，提高生产效率，增加产品竞争力。
机械设计的基本原则
01
02
03
04
功能需求原则
设计应满足机器或 性，即在规定条件下和规定时
表面处理技术
在保持材料心部性能不变的前提下，通过改变材料表面的化学 成分或组织结构，提高其耐磨性、耐蚀性和疲劳强度等。常见 的表面处理技术有表面淬火、化学热处理（渗碳、渗氮等）、 电镀和喷涂等。
06
机械设计中的精度设计 与公差配合
精度设计的概念与意义
精度设计的定义
在机械设计中，精度设计是指根据产品使用要求、制造工艺和经济性等因素， 合理确定零部件的尺寸、形状和位置等精度要求的过程。
从手工设计到计算机辅助设计 （CAD），再到现在的数字化、 智能化设计。
智能化设计
利用人工智能、机器学习等技 术进行自动化、智能化的设计。
人机融合设计
注重人机交互、人体工程学等 方面的设计，提高产品的易用 性和舒适性。
02
机械零件设计基础
机械零件的分类与功能
传动零件
齿轮、带轮、链轮等， 用于传递动力和扭矩。
07
机械设计中的创新方法 与实例
机械设计基础_第14章
2-带轮、1-轴端挡圈
阶梯轴：其形状通常是中间大、两端小，
右端：6-右端轴承、3-左端轴 承端盖
中间向两端依次减小，以便于拆装。
箱体，剖分式箱体
齿轮定位安装
1）齿轮轴向定位： 右侧定位轴肩，高于轴径(4) 3mm~5mm； 左端套筒定位。
2）齿轮周向定位：键连接； 键的长度小于轴段（4）的长度
3）轴段（4）的长度要小于齿轮轮毂 的长度
第14章 轴
2. 符合零件的安装、固定、调整原则以及轴的 加工工艺规范
3. 轴的结构应满足：轴和装在轴上的零件要有准确
的工作位置；轴上零件应便于拆装和调整；轴应具有良 好的工艺性。
轴的组成
• 轴头：轴和旋转零件的配合部分
• 轴颈：轴和轴承配合的部分
• 轴身：连接轴颈与轴头部分 • 轴肩(轴环)：轴的直径变
1.钢 ┌碳素钢 ┌优质碳素钢：35、45、50
│
└普通碳素钢：Q235、Q255、Q275
└合金钢 20Cr、20CrMnTi、40Cr、40CrNi、 35SiMn、 35CrMo
2.球墨铸铁: QT500-5、QT600-2 →曲轴、凸轮轴
注意：①采用合金钢并不能提高轴的刚度，只能提高其强度
和耐磨性。
②零件在轴上的周向定位及固定: 键联接、花键联接、过盈配合、销联接、成形联接
※2.轴上零件要便于装拆、调整
3. 轴应有良好的制造工艺
→ 轴的设计要便于加工及热处理, 因而要注意: 1.轴肩处要有过渡圆角
2.键槽应位于同一母线上 3.螺纹退刀槽 4.砂轮越程槽 • 加工方法不同，轴的结构也可能不同 • 键槽应位于同一母线上；螺纹退刀槽；砂轮越程槽
3) 左端轴承处挡圈去掉
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2. 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽; 3. 重要结构可增加卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角、
增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。
30˚
B R d/4
B位置d/4
r
d 卸载槽 也可以在轮毂上增加卸载槽 .
过渡肩环
凹切圆角
轴系结构设计中常见错误实例分析
指出图示结构设计的错误，并绘出正确的结构图。
2.多个键应位于 同一母线上
正确答案
.
§14-4 轴径的初步设计
一、按扭转强度计算
根据轴所传递的扭矩进行初步计算。强度条件为：
3 — 缺少键联接，齿轮未周向固定。
.
1
2, 3
4
错误原因：
1.螺母无法安装； 2.应有螺纹退刀槽； 3. 轴承宽度应比轴段长度大2~3mm； 4.轴肩高度应低于轴承内圈高度。
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
轴端挡圈
轴肩的尺寸要求: r <C1 或 r < R b
h CC11 D
r d
h D
rR R
d
h≈(0.07d+3)~(0.1d+5)mm b≈1.4h(与滚动轴承相配合.处的h和b值,见轴承标准)
轴向力较小时，可采弹性挡圈或紧定螺钉来实现。
周向固定大多采用键、花键、或过盈配合等联接形 式来实现。为了加工方便，键槽应设计成同一加工直线
上，且紧可能采用同一规格的键槽截面尺寸。
键槽应设计成同一加工直线
.
四、改善轴的受力状况，减小应力集中 1.改善受力状况
输出 输入 输出
方案 a
T 方案b
Q
Q
输出 输出 输入
T1
合理
T2
Tmax = T1
T2
T1+T2 T1
. 不合理
T1+T2
Tmax= T1+T2
2.减小应力集中 合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。 应力集中出现在截面突然发生变化的。 措施： 1. 用圆角过渡；
机械设计基础
第十四章 轴
.
自用盘编号JJ321002
第14章 轴
要解决的问题： ➢ 结构问题—确定轴的形状和尺寸 ➢ 强度问题—防止轴发生疲劳断裂或塑性
变形 ➢ 刚度问题—防止轴发生过大的弹性变形 ➢ 振动稳定性问题—防止轴系发生共振
.
§14-1 轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
前轮轮毂
支撑反力 火车轮轴
固定心轴
.
§14-1 轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩
类
心轴---只承受弯矩
型
直轴
按轴的形状分有：
.
§14-1 轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
轴的毛坯:一般用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。
表14-1 轴的常用材料及其主要力学性能
材料及热处理
毛坯直径 mm
硬度 强度极限σb 屈服极限σs 弯曲疲劳极限σ-1
HBS
MPa
应用说明
Q235
440
240
用于不重要或
200
载荷不大的轴
35 正火
≤100
149 ~187
520
.
270
有较好的塑性
型
直轴 本章只研究直轴
按轴的形状分有： 曲轴
钢丝软轴
设计任务：选材、结构设计、强度和刚度设计、确 定尺寸等
.
§14-2 轴的材料 为了改善力学性能
种 碳素钢：35、45、50、Q235 正火或调质处理。 类 合金钢: 20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等
用途：碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较 多，尤其是45钢应用最广。合金钢具有较高的力学性能， 但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。
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。
轴端挡圈 带轮 轴承盖 套筒 齿轮 滚动轴承
典型 轴系 结构
.
一、制造安装要求 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。零件的安装次序 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。
250
和适当的强度， 可用于一般曲
轴、转轴。
§14-3 轴的结构设计
典型轴系结构
轴承盖 滚动轴承 齿轮
滚动轴承 轴承盖 键槽
联轴器
轴颈
轴身
轴头 . 轴颈
轴身
轴头
.
自用盘编号JJ321002
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)
倒角
①②
③
④ ⑤⑥ ⑦
.
二、轴上零件的定位 轴肩----阶梯轴上截面变化之处。 零件的轴向定位由轴肩或套筒来实现。
套筒
轴肩
.
三、轴上零件的固定 轴向固定由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。
双. 向固定
无法采用套筒或套筒太长时，可采用双圆螺母加以固定。 装在轴端上的零件往往采用轴端挡圈固定。
双圆螺母
传动轴
后桥
.
§14-1 轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩
类 型
心轴---只承受弯矩 按轴的形状分有：
转动心轴 固定心轴
自行车
车厢重力
前轮轴
前叉
转动心轴
问题：自行车前轮轴 属于什么类型？
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩。
按承受载荷分有：
类 型 按轴的形状分有：
带式运 输机
电动机
减速器 . 转轴
§14-1 轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类：Βιβλιοθήκη 转轴---传递扭矩又承受弯矩。按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩
类
型 按轴的形状分有：
发动机
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩
类
心轴---只承受弯矩
型
直轴
按轴的形状分有： 曲轴
.
§14-1 轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩
类
心轴---只承受弯矩
轴 齿轮 套筒
滚动轴承
1
2
3
错误原因： 错误分析图
正确结构图
1 — 缺少键联接，齿轮未周向固定； 2 — 轴头配合长度等于齿轮轮毂宽度，齿轮固定不可靠； 3 — 轴端无倒角，轴承不便安装。
.
连轴齿轮
齿轮
12
32
错误分析图
正确结构图
错误原因： 1 — 连轴齿轮两端无倒角轮廓线；
2 — 齿轮左右两端均未轴向固定；
增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。
30˚
B R d/4
B位置d/4
r
d 卸载槽 也可以在轮毂上增加卸载槽 .
过渡肩环
凹切圆角
轴系结构设计中常见错误实例分析
指出图示结构设计的错误，并绘出正确的结构图。
2.多个键应位于 同一母线上
正确答案
.
§14-4 轴径的初步设计
一、按扭转强度计算
根据轴所传递的扭矩进行初步计算。强度条件为：
3 — 缺少键联接，齿轮未周向固定。
.
1
2, 3
4
错误原因：
1.螺母无法安装； 2.应有螺纹退刀槽； 3. 轴承宽度应比轴段长度大2~3mm； 4.轴肩高度应低于轴承内圈高度。
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
轴端挡圈
轴肩的尺寸要求: r <C1 或 r < R b
h CC11 D
r d
h D
rR R
d
h≈(0.07d+3)~(0.1d+5)mm b≈1.4h(与滚动轴承相配合.处的h和b值,见轴承标准)
轴向力较小时，可采弹性挡圈或紧定螺钉来实现。
周向固定大多采用键、花键、或过盈配合等联接形 式来实现。为了加工方便，键槽应设计成同一加工直线
上，且紧可能采用同一规格的键槽截面尺寸。
键槽应设计成同一加工直线
.
四、改善轴的受力状况，减小应力集中 1.改善受力状况
输出 输入 输出
方案 a
T 方案b
Q
Q
输出 输出 输入
T1
合理
T2
Tmax = T1
T2
T1+T2 T1
. 不合理
T1+T2
Tmax= T1+T2
2.减小应力集中 合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。 应力集中出现在截面突然发生变化的。 措施： 1. 用圆角过渡；
机械设计基础
第十四章 轴
.
自用盘编号JJ321002
第14章 轴
要解决的问题： ➢ 结构问题—确定轴的形状和尺寸 ➢ 强度问题—防止轴发生疲劳断裂或塑性
变形 ➢ 刚度问题—防止轴发生过大的弹性变形 ➢ 振动稳定性问题—防止轴系发生共振
.
§14-1 轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
前轮轮毂
支撑反力 火车轮轴
固定心轴
.
§14-1 轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩
类
心轴---只承受弯矩
型
直轴
按轴的形状分有：
.
§14-1 轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
轴的毛坯:一般用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。
表14-1 轴的常用材料及其主要力学性能
材料及热处理
毛坯直径 mm
硬度 强度极限σb 屈服极限σs 弯曲疲劳极限σ-1
HBS
MPa
应用说明
Q235
440
240
用于不重要或
200
载荷不大的轴
35 正火
≤100
149 ~187
520
.
270
有较好的塑性
型
直轴 本章只研究直轴
按轴的形状分有： 曲轴
钢丝软轴
设计任务：选材、结构设计、强度和刚度设计、确 定尺寸等
.
§14-2 轴的材料 为了改善力学性能
种 碳素钢：35、45、50、Q235 正火或调质处理。 类 合金钢: 20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等
用途：碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较 多，尤其是45钢应用最广。合金钢具有较高的力学性能， 但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。
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。
轴端挡圈 带轮 轴承盖 套筒 齿轮 滚动轴承
典型 轴系 结构
.
一、制造安装要求 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。零件的安装次序 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。
250
和适当的强度， 可用于一般曲
轴、转轴。
§14-3 轴的结构设计
典型轴系结构
轴承盖 滚动轴承 齿轮
滚动轴承 轴承盖 键槽
联轴器
轴颈
轴身
轴头 . 轴颈
轴身
轴头
.
自用盘编号JJ321002
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)
倒角
①②
③
④ ⑤⑥ ⑦
.
二、轴上零件的定位 轴肩----阶梯轴上截面变化之处。 零件的轴向定位由轴肩或套筒来实现。
套筒
轴肩
.
三、轴上零件的固定 轴向固定由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。
双. 向固定
无法采用套筒或套筒太长时，可采用双圆螺母加以固定。 装在轴端上的零件往往采用轴端挡圈固定。
双圆螺母
传动轴
后桥
.
§14-1 轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩
类 型
心轴---只承受弯矩 按轴的形状分有：
转动心轴 固定心轴
自行车
车厢重力
前轮轴
前叉
转动心轴
问题：自行车前轮轴 属于什么类型？
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩。
按承受载荷分有：
类 型 按轴的形状分有：
带式运 输机
电动机
减速器 . 转轴
§14-1 轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类：Βιβλιοθήκη 转轴---传递扭矩又承受弯矩。按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩
类
型 按轴的形状分有：
发动机
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩
类
心轴---只承受弯矩
型
直轴
按轴的形状分有： 曲轴
.
§14-1 轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩
类
心轴---只承受弯矩
轴 齿轮 套筒
滚动轴承
1
2
3
错误原因： 错误分析图
正确结构图
1 — 缺少键联接，齿轮未周向固定； 2 — 轴头配合长度等于齿轮轮毂宽度，齿轮固定不可靠； 3 — 轴端无倒角，轴承不便安装。
.
连轴齿轮
齿轮
12
32
错误分析图
正确结构图
错误原因： 1 — 连轴齿轮两端无倒角轮廓线；
2 — 齿轮左右两端均未轴向固定；