机械设计：轴系结构的设计
哈工大机械设计——轴系部件设计
Harbin Institute of Technology大作业设计说明书课程名称：机械设计设计题目：设计带式运输机中的齿轮传动高速轴的轴系部件院系：机电工程学院班级：1008106班设计者：林君泓学号：1100800130指导教师：郑德志设计时间：2012、10、22哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学机械设计作业任务书题目：设计带式运输机中的高速轴的轴系部件题号：5.1.5设计原始数据：机器工作平稳、单向回转、成批生产，其他数据如表所示。
目录一、选择轴的材料 (1)二、初算轴径 (1)三、轴承部件结构设计 (2)3.1轴向固定方式 (2)3.2选择滚动轴承类型 (2)3.3键连接设计 (2)3.4阶梯轴各部分直径确定 (3)3.5阶梯轴各部段长度及跨距的确定 (4)四、轴的受力分析 (5)4.1画轴的受力简图 (5)4.2计算支反力 (5)4.3画弯矩图 (6)4.4画转矩图 (6)五、校核轴的弯扭合成强度 (8)六、轴的安全系数校核计算 (9)七、键的强度校核 (10)八、校核轴承寿命 (11)九、轴上其他零件设计 (12)十、轴承座结构设计 (12)十一、轴承端盖（透盖） (13)参考文献 (13)目录一、选择轴的材料 (1)二、初算轴径 (1)三、轴承部件的结构设计 (1)1.各轴段直径的确定 (1)2.各轴段长的确定 ......................................... 错误！未定义书签。
四、轴的受力分析 (4)1.轴的受力简图及各点力的计算 (4)2.弯矩图 (4)3.扭矩图 (5)五、轴的强度校核 (5)1.弯扭合成强度 (5)2.安全系数 (6)六、键的强度校核 (6)七、校核轴承寿命 (6)八、轴承端盖的设计 (7)九、轴承座的设计 (7)十、轴系部件装配图 (7)参考文献 (9)一、 选择轴的材料因传递的功率不大，且对质量和尺寸无特殊要求，故选择常用材料45钢，调质处理。
轴系结构设计实验报告
轴系结构设计实验报告轴系结构设计实验报告引言轴系结构是机械工程中的一个重要概念，它涉及到机械装置中的轴、轴承和传动装置等元件。
轴系结构的设计对于机械装置的稳定性和性能有着重要的影响。
本实验旨在通过设计和测试不同轴系结构的性能，探索轴系结构的设计原则和优化方法。
实验目的本实验的目的是研究不同轴系结构的设计对于机械装置性能的影响，具体包括以下几个方面：1. 了解不同轴系结构的基本原理和特点；2. 掌握轴系结构的设计方法和步骤；3. 测试和分析不同轴系结构的性能差异；4. 探索轴系结构的优化方法。
实验装置和方法本实验使用了一台模拟机械装置，包括轴、轴承和传动装置等元件。
实验过程如下：1. 选择不同类型的轴承，包括滚动轴承和滑动轴承，并安装在不同的轴上；2. 设计和制造不同类型的轴系结构，包括单支撑轴系、双支撑轴系和悬臂轴系等；3. 测试不同轴系结构的转动摩擦力、刚度和振动等性能指标；4. 分析和比较不同轴系结构的性能差异；5. 根据实验结果，进行轴系结构的优化设计。
实验结果和讨论通过实验测试和数据分析，我们得到了以下结果和讨论：1. 不同类型的轴承对轴系结构的性能有着显著的影响。
滚动轴承具有较小的摩擦力和较高的刚度，适用于高速和高负荷的工况；而滑动轴承具有较大的摩擦力和较低的刚度，适用于低速和低负荷的工况。
2. 不同类型的轴系结构对机械装置的性能也有着显著的影响。
单支撑轴系具有较大的刚度和较小的振动，适用于要求较高精度和稳定性的工况；双支撑轴系具有较小的刚度和较大的振动，适用于要求较高速度和动态响应的工况；悬臂轴系则适用于较小负荷和较简单的工况。
3. 轴系结构的优化设计需要综合考虑不同性能指标之间的矛盾和平衡。
例如，在追求较大刚度的同时，需要注意振动的控制和减小摩擦力的影响。
结论通过本实验，我们深入了解了轴系结构的设计原理和方法，并通过实验测试和数据分析，探索了不同轴系结构的性能差异和优化设计。
我们发现不同类型的轴承和轴系结构对机械装置的性能有着重要的影响，需要根据具体工况和要求进行选择和设计。
机械设计：轴系设计方案
7.参考文献------------------------------------------------------8
1.设计题目及要求
图示二级斜齿圆柱齿轮减速器，已知中间轴Ⅱ的输入功率P＝40kW，转速nⅠ＝100r/min，齿轮2的分度圆直径d２＝688mm，螺旋角β２＝12°50′，齿轮3的分度圆直径d３＝170mm，螺旋角β３＝10°29′。本设计报告要求完成：
3.4.3.校核薄弱截面---------------------------------------6
3.5.轴的安全系数校核计算-----------------------------------6
4.轴承的选型与校核---------------------------------------------7
传递到轴系部件上的转矩为：
计算齿轮2有关系数：
圆周力:
径向力:
轴向力:
计算齿轮3有关系数：
圆周力:
径向力:
轴向力:
3.4.2绘制轴受力图
我们可以根据上一步的齿轮受力结果绘制节点受力简图，后根据节点受力简图即可方便得到轴的分段弯矩公式，最后利用Excel表格的x-y坐标图工具由弯矩公式求得水平与垂直两方向的弯矩图，如下图4.2.1，4.2.2。
[2]机械设计手册/闻邦椿主编-机械工业出版社
[3]机械工程师设计手册-电子版/北京英科宇科技开发中心
本例中轴键主要用于在扭转方向固定齿轮与轴，考虑到减速器需要良好的对中性，并且应该能够适应变载荷受力情况，普通型平键可以满足设计需求。参阅GB/T 1096-2003标准，为保证键连接的强度，选用尺寸为28×16的键较为适宜，最终得到初步设计结果。
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。
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。
轴系结构设计实验
正确结构：
机械设计实验室
天津大学
轴系结构设计实验
错误结构案例：
机械设计实验室
天津大学
轴系结构设计实验
正确结构案例：
机械设计实验室
天津大学
轴系结构设计实验
错误结构案例：
机械设计实验室
天津大学
轴系结构设计实验
正确结构案例：
机械设计实验室
天津大学
轴系结构设计实验
错误结构案例：
机械设计实验室
机械设计实验室
天津大学
轴系结构设计实验
正确结构案例：ຫໍສະໝຸດ 机械设计实验室天津大学
轴系结构设计实验
实验报告要求:
机械设计实验室
1、按1：1的比例画出完整的轴系结构装 配图（包括：阶梯轴、轴承、调整垫 片、轴承端盖、密封形式、轴承座、
套筒等）； 2、欢迎提出实验改进意见或感想。
天津大学
机械设计实验室
轴系结构设计实验 讲评
天津大学
轴系结构设计实验
错误结构案例之一：
机械设计实验室
天津大学
轴系结构设计实验
错误结构案例之一：
机械设计实验室
天津大学
轴系结构设计实验
正确结构：
机械设计实验室
天津大学
轴系结构设计实验
错误结构案例之二：
机械设计实验室
天津大学
轴系结构设计实验
正确结构：
机械设计实验室
天津大学
轴系结构设计实验
错误结构案例之三：
机械设计实验室
天津大学
轴系结构设计实验
天津大学
轴系结构设计实验
正确结构案例：
机械设计实验室
天津大学
轴系结构设计实验
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一、前言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，其设计方法不同于普通零件的设计，它包含了强度设计与结构设计。
为了确保安装在轴上的零部件能够正确地定位与固定并且符合轴的加工与装配要求，需要合理地确定轴各部分的形状与结构尺寸，即进行正当的结构设计。
二、基于功能元结构方案的设计分析（一）基本功能的要素机械产品概念设计内容包含以下三部分：一是功能的抽象化;二是功能的分解;三是功能的结构图设计。
机器是许多零部件按照特定的关系组合而形成用以实现某些客户需求的系统，客户需求一般转化成设计功能，通过找寻满足功能的特定结构元件来完成方案的设计过程。
基本功能的要素如：用来实现传递运动的齿轮副集;用来实现支撑功能的滚动轴承集;用作实现紧固功能的螺栓集这些都是各类型的功能元，每一类的功能元又因其功能特性的不同可以细分成很多类型。
通过系统工程的观点，以变速箱的结构设计为特例，通过先对这个大的产品实行分解，而后对分解形成的最基本单元再按特征的观点实行分类处理。
（二）结构方案的设计流程轴系结构方案的设计首先是对特征属性分析，这不仅是后续设计的基本，而且是对设计功能元要素的关键管理，并且可以解决设计中不明确、难于找到适用的数学语言与方式维护问题。
在方便有效的运行前提下，一旦滚动轴承作为国际标准件，则可以通过事先的设计手册与相关的设计资料总结出其相对应特征，由于滑动轴承的设计要素比较复杂而且其特征信息不好提取，其应用场合能够并用现有的系统描述，所以将滑动轴承分开列出，并没有纳入到特征系统统一管理中，接下来便是齿轮副的一些特征属性，以及轴系可能的一些支撑方案的计算公式，相应地把轴系中可能用到的零部件键等也做相同的总结以取得有关的数据库。
基础数据的成功建立为后续设计打下了基础。
《机械设计》实验四（轴系结构实验）
综合性实验指导书实验名称：轴系结构实验实验简介：轴系主要包括轴、轴承和轴上零件，它是机器的重要组成部分。
轴的主要功用是支持旋转零件和传递扭矩。
轴的设计一方面要保证具有足够的工作能力，即满足强度、刚度和振动稳定性等要求。
另一方面，要根据制造、装拆使用等要求定出轴的合理外形和全都结构尺寸，即进行轴的结构设计。
轴承是轴的支承，分为滚动轴承和滑动轴承两大类。
滚动轴承已标准化，设计时只需根据工作条件选择合适的类型和尺寸，并进行轴承装置的设计。
通过本实验学生将进一步定性地对轴系设计结构理论进行深入了解。
适用课程：机械设计实验目的：了解并正确处理轴、轴承和轴上零件间的相关关系，如轴与铀承及轴上零件的定位、固定、装拆及调整方式等，以建立对抽系结构的感性认识并加深对轴系结构设计理论的理解。
面向专业：机械类实验项目性质：综合性（课内必做）计划学时： 2学时实验要求：A预习《机械设计》等课程的相关知识点内容；B预习《机械设计实验指导书》中实验目的、原理、设备、操作步骤或说明，并写出预习报告；实验前没有预习报告者不能够进行实验；C 进行实验时衣着整齐，遵守实验室管理规定、学生实验守则、仪器设备操作规定等相关规定，服从实验技术人员或实验教师的指导与管理。
知识点：A《机械设计》课程传动轴内容；B 《机械设计》课程键、螺纹连接内容；C《机械设计》课程滚动轴承内容；D 《机械设计》课程齿轮传动内容； E 《机械设计》课程蜗轮蜗杆传动内容；F《机械设计》课程润滑、密封内容；G《机械制图》课程相关知识内容。
实验分组：1人/组《机械设计》课程实验实验四轴系结构实验一、概述轴系主要包括轴、轴承和轴上零件，它是机器的重要组成部分。
轴的主要功用是支持旋转零件和传递扭矩。
它与轴承孔配合的轴段称为轴颈，安装传动件轮毂的轴段称为轴头，联接轴颈和轴头的轴段称为轴身。
轴颈和轴头表面都是配合表面，须有相应的加工精度和表面粗糙度。
轴的设计一方面要保证具有足够的工作能力，即满足强度、刚度和振动稳定性等要求。
机械制造与自动化专业《轴系的结构尺寸设计》
d3 d2
d1 D
二、确定各段轴的直径 按定位、装拆要求确定轴肩高度及直径。
定位轴肩a =007~01d ，非定位轴肩1~2mm。
有配合要求的轴段，应采用标准直径。
三、确定轴段长度 轴段长度应与配合零件的宽度相适应。 零件间轴向应留适当的运动、装拆和调整空间。 尽量减小跨矩或悬臂长度，提高轴的刚度和强度。
107~98
注：弯矩小或只传递转矩时，C取小值；否那么C取较大值 。
键槽修正值
轴的直径d/mm
<30
有一个键槽时
的增加值（ %）
7
有两个相隔180°键
槽时的增加值（ %）
15
30 ~ 100 5 10
修正后，圆整为标准直径。
>100 3 7
按经验公式估算最小轴径dmin
a1 a2
d1=08~12D d2= 03~04a1 d3= 03~04a2
一、估算轴的最小直径 输入轴装配方案1
按扭矩估算最小轴径
dmin
T WT
9.55 106
轴常用材料值和C值
轴的材料 Q235，20 35
45
40Cr，35SiMn
[ τ ]/MPa 12~20 20~30 30~40
40~52
C
160~135 135~118 118~107
δ =〔2~3〕mm
轴系设计实验报告
实验者：[姓名]同组者：[姓名]班级：[班级名称]日期：[日期]一、实验目的1. 熟悉并掌握轴系结构设计中轴的结构设计方法。
2. 熟悉并掌握滚动轴承组合设计的基本方法。
3. 了解轴、轴上零件的结构形状及功用。
4. 掌握轴及轴上零件的定位与固定方法。
5. 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。
二、实验设备1. 组合式轴系结构设计分析试验箱。
2. 测量工具：300mm钢直尺、游标卡尺、内外卡钳、铅笔、三角板等。
3. 绘图工具：绘图仪器、A3白纸若干。
三、实验原理轴系结构设计是机械设计中重要的一环，它关系到整个机械设备的性能和寿命。
轴系设计主要包括轴的结构设计、轴承组合设计、轴上零件的定位与固定、轴承的安装与调整、润滑与密封等方面。
四、实验步骤1. 明确实验内容，理解设计要求首先，根据实验指导书，明确实验内容，包括已知条件、设计要求等。
绘制传动零件支撑原理简图，了解传动系统的基本参数。
2. 复习有关轴的结构设计与轴承组合设计的内容与方法复习《机械设计》教材中有关轴与滚动轴承设计的内容，了解轴的结构设计原则、轴承组合设计方法、轴上零件的定位与固定方法等。
3. 构思轴系结构方案根据齿轮类型选择滚动轴承型号，确定支承轴向固定方式，根据齿轮圆周速度确定轴承润滑方式，确定密封方式，解决轴承间隙调整等问题。
4. 绘制轴系结构方案示意图根据构思的轴系结构方案，绘制轴系结构方案示意图，包括轴、轴承、轴上零件等。
5. 组装轴系部件根据轴系结构方案，从实验箱中选取合适的零件，组装成轴系部件。
6. 检查所设计组装的轴系结构检查所设计组装的轴系结构是否满足设计要求，包括轴的结构、轴承的安装、轴上零件的定位与固定等。
五、实验结果与分析1. 轴的结构设计根据实验要求，设计了满足传动系统要求的轴结构，包括轴的材料、直径、长度等。
2. 轴承组合设计根据齿轮类型和转速，选择了合适的轴承型号，确定了轴承的布置、安装、拆卸、配合、定位、紧固、调整、润滑和密封等问题。
轴系结构设计实验报告
轴系结构设计实验报告一、实验目的本实验旨在让学生通过设计轴系结构，掌握轴系结构的设计方法和技巧，了解轴系结构的基本原理，并能够进行轴系结构的计算和分析。
二、实验原理1. 轴系结构的基本概念轴系结构是由若干个轴承、联接件、传动件等组成的机械传动系统。
它主要用于将旋转运动转化为直线运动或者将直线运动转化为旋转运动。
2. 轴系结构的设计方法（1）确定传递功率和转速（2）选择合适的电机和减速器（3）根据传递功率和转速确定轴承类型和尺寸（4）设计联接件和传动件，保证其强度和刚度满足要求（5）进行轴系结构的计算和分析，检查其可靠性。
三、实验内容及步骤1. 实验材料准备：电机、减速器、联接件、传动件等。
2. 实验步骤：（1）确定传递功率和转速，选择合适的电机和减速器。
（2）根据传递功率和转速确定轴承类型和尺寸。
（3）设计联接件和传动件，保证其强度和刚度满足要求。
（4）进行轴系结构的计算和分析，检查其可靠性。
（5）制作轴系结构样品，进行实验验证。
四、实验结果及分析1. 实验结果：通过实验，我们成功地设计了一台轴系结构，将电机的旋转运动转化为直线运动，并且能够顺利地传递功率和转速。
在实验过程中，我们还发现了一些问题，并进行了相应的调整和改进。
2. 结果分析：通过本次实验，我们深入了解了轴系结构的设计方法和技巧，并掌握了轴系结构的基本原理。
同时，在实际操作中，我们也发现了一些问题并进行了相应的调整和改进。
这不仅增加了我们对机械传动系统的认识，也提高了我们解决问题的能力。
五、实验总结通过本次实验，我们不仅学习到了轴系结构的基本原理和设计方法，还掌握了相关工具的使用技巧。
同时，在实际操作中遇到问题时，我们也学会了如何快速定位并解决问题。
这对于以后从事机械制造行业有着非常重要的意义。
机械原理与机械设计 (下册) 第4版 第26章 轴系及轮类零件的结构设计
12
轴的结构设计
二、轴上零件的固定和轴的外形设计
1轴. 轴的上形零状件、的轴定上位零与件固的定装拆方向与顺序不同。 尽定可位能：减保少证零零件件数在目轴，上缩有短确零定件的装工配作路位线置长；度、改善轴的受力情况
与轴强度校核及轴承寿命计算交替进行，逐步完善。
① 按当量弯矩法校核时，可在各轴段直径和长度确定后进行，同时计算 轴承寿命，进而决定是否需改进轴的结构设计。
② 按安全因数法校核时，应在细化轴的结构完成之后进行。
22
例题
轴的结构设计
23
滚动轴承的组合结构设计
第三节 滚动轴承的组合结构设计
内容：(1) 轴系支点的轴向固定； (2) 滚动轴承组合结构的调整；
第二十六章 轴系及轮类零件的结构设计
轮类零件的结构设计
第一节 轮类零件的结构设计
一、轮类零件的结构
盘状 结构
轮缘：实现特定传动功能的部分； 轮毂：与轴连接的部分； 腹板/轮辐：连接轮缘与轮毂的部分。
腹板式
轮辐式
实心式
1
轮类零件的结构设计
二、轮类零件结构设计的基本要求
内容/任务
合理确定轮缘、腹板/轮辐、轮毂的结构形式及相关尺寸。
为防止轴承脱落，不可分离型轴承的内圈两侧面均轴向固定。
27
套杯
滚动轴承的组合结构设计
固定端：向心角接触轴承，成对使用，反向安装于同一支点； 游动端：可分离型轴承，外圈两侧面亦需轴向固定，防止其脱落。28滚动轴承的组合结构设计
4. 改善轴的表面质量，提高轴的疲劳强度。 提高表面粗糙度； 表面强化处理（辗压、喷丸、渗碳淬火、渗氮、高频感应加热淬火等）。
轴系结构设计PPT.
疲劳强度校核 刚度验算（如机床主轴）
机械设计 第七章 轴系结构设计
12
3. 振动折断 4. 塑性变形
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
设计的主要问题： 今天我们学习了止血的方法请同学们要牢记。但是，我们要避免日常生活中的出现流血事情的发生，课间活动要有秩序，使用锋利的
工具要小心，遇到危险的场面要避开。一旦发生流血事件要冷静，采取正确的方法止血，千万不要忘记上医院治疗。 小提示70：对定期使用的测试要不断更新。
机械设计 第七章 轴系结构设计
16
机械设计 第七章 轴系结构设计
17
装配方案的比较：
机械设计 第七章 轴系结构设计
18
2. 零件在轴上的固定 （1）轴向固定
滚动轴承
齿轮
套筒
轴承端盖
半联轴器
轴端挡圈
Ⅰ Ⅰ
R r
h h
Ⅱ
Ⅲ
Ⅱ
b
r
C
Ⅲ
2-3mm
机械设计 第七章 轴系结构设计
19
机械设计 第七章 轴系结构设计
机械设计 第七章 轴系结构设计
11
注意：钢材
种类 热处理
对钢材弹性模量E影响很小
∴用
热处理 合金钢
不能提高轴的刚度。
问：当轴的刚度不足时，如何提高轴的刚度？
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。
四. 轴设计的主要问题 失效形式：1. 疲劳破坏 2. 变形过大
8
2. 按轴线形状分
直轴
光轴 阶梯轴
又可分为实心、空心（加工困难）
曲轴：发动机专用零件
机械设计 第七章 轴系结构设计
轴系结构设计实训报告
一、实验目的1. 熟悉轴系结构设计的基本原理和方法。
2. 掌握轴、轴承和轴上零件的结构特点及装配关系。
3. 学会轴系结构设计的计算和绘图方法。
4. 培养实际操作能力和工程意识。
二、实验内容1. 实验原理与计算（1）轴的结构设计：根据轴的受力情况，确定轴的材料、直径、长度和形状。
（2）轴承组合设计：根据轴的转速、载荷和润滑条件，选择合适的轴承类型、型号和安装方式。
（3）轴上零件的固定：根据轴上零件的类型和用途，选择合适的固定方法。
2. 实验步骤（1）分析轴的受力情况，确定轴的材料和直径。
（2）根据轴的转速、载荷和润滑条件，选择合适的轴承类型和型号。
（3）设计轴承组合结构，包括轴承的安装方式、轴向定位和轴向固定。
（4）选择轴上零件的固定方法，并绘制装配图。
三、实验过程1. 分析轴的受力情况（1）根据实验要求，确定轴的转速、载荷和转速范围。
（2）根据转速和载荷，选择合适的材料。
（3）计算轴的直径，满足强度、刚度和稳定性要求。
2. 选择轴承类型和型号（1）根据转速、载荷和润滑条件，选择合适的轴承类型。
（2）根据轴承类型，选择合适的轴承型号。
3. 设计轴承组合结构（1）确定轴承的安装方式，如外圈固定、内圈固定等。
（2）设计轴承的轴向定位和轴向固定，确保轴承在轴向方向的稳定。
4. 选择轴上零件的固定方法（1）根据轴上零件的类型和用途，选择合适的固定方法。
（2）绘制装配图，标注固定方式和尺寸。
四、实验结果与分析1. 实验结果（1）根据实验要求，完成了轴的结构设计。
（2）根据实验要求，完成了轴承组合设计。
（3）根据实验要求，完成了轴上零件的固定设计。
2. 分析（1）实验过程中，对轴的结构设计、轴承组合设计和轴上零件的固定方法有了更深入的了解。
（2）通过实验，掌握了轴系结构设计的基本原理和方法。
（3）提高了实际操作能力和工程意识。
五、实验总结1. 实验过程中，遇到了一些问题，如轴承型号的选择、轴上零件的固定方法等。
机械设计中轴系的结构方案设计探讨
的温 湿度 数 值 、 开关 控 制器 情 况 ； 取 当前 时 间 （ 、 、 时 、 、 读 年 月 日、 分
秒） ，并 读 取用 户 设 置 的 ４个 定 点 闹钟 数值 及 闹 钟 的开 关 情 况 ； 读 取 当 前 的温 湿度 数 值 … …一切 读 取 时间 共 有 １ 左右 。 Ｓ 紧接 着进 入 显示 模块 初 始 化状 态 ， 显示 制 作者 的信 息等 。 显示 结 束 后开 机音 乐 同时 结束 ……进 入 主 菜单 显 示模 式 。程 序流 程 图如 图 ５ 示 。 所 ３ 结 语
等待 从 机 上 电 。这 是十 分 必 要 的 ， 果没 有 等待 ， 如 在下 面 的 主机 发 送 开 机音 乐 的情 况 下 ， 从机 很 有 可 能接 收不 到信 号 。 待 １ 后 ， 等 Ｓ 从
图 ５ 主 程 序 流 程 图
机 上 电结 束 ， 机 向从 机 发送 开机 音 乐 命 令 ， 机 开 始执 行 命 令 。 主 从
３ 计 以及 结 构 布 局 设计 等 ， 本 文 的 主 要 研 究 内 容 是 结 构 布 局
设计。
机 械 产 品 的概 念设 计 包 括 功 能抽 象化 、功 能分 解 和 功 能 结构 图 设计 ３个 部分 ，机 械 产 品 是 由很 多 零件 组 成来 实现 用 户特 定需 求 的 复杂 系 统 ， 了 设计 的 需要 ， 为 我们 可 以把 整 个 机械 产 品分 解 为
属性 、 他功能 元的特 征提取和功 能元特征属性 映射 。并 以轴 系结构布局方案设计 为例， 其 介绍 了链式运输机 基于结构功 能元的轴 系设计过程 ， 该 结构 设计方法对提 高机械产 品的设计水平具有重 要的现实意义 。 关键词 ： 机械设计 ： 功能元 ； 轴系布 局； 结构布局
轴系的组合结构设计机械学基础课程电子教案
多做练习和案例分析
学生应多做练习和案例分析，通过不断的实践提高 自己的设计能力和解决问题的能力。
关注学科前沿和发展动态
学生应关注学科前沿和发展动态，了解最新 的设计理念和技术，以适应不断变化的市场 需求。
下一步行动计划
深入学习相关课程
学生应深入学习与轴系组合结构 设计相关的课程，如机械设计基 础、材料力学等，以全面提升自 己的设计能力。
设计实例三
某电机转子轴系组合结构， 采用油润滑方式，实现高 效散热和减振降噪。
04
轴系组合结构应用与发展
轴系组合结构应用领域
工业制造
轴系组合结构广泛应用于各种工 业制造领域，如机械、汽车、航 空等，作为传动系统的重要组成 部分，实现动力的传递和转换。
船舶与海洋工程
在船舶和海洋工程领域，轴系组合 结构用于驱动船只和各种海洋设施， 保证其稳定运行。
根据实际需求，设计合理的轴系组合 结构，包括轴承配置、支承方式、润 滑方式等。
04
强度和刚度计算
对设计的轴系组合结构进行强度和刚 度计算，确保其满足实际使用要求。
轴系组合结构设计技巧
合理选择轴承类型
根据实际需求和工况，选择合适的轴承 类型，如滚动轴承、滑动轴承等。
考虑润滑方式
根据实际工况和轴承类型，选择合适 的润滑方式，如油润滑、脂润滑等。
轻量化
为了满足环保和节能的要 求，轴系组合结构的设计 趋向于轻量化，降低设备 重量，减少材料消耗。
轴系组合结构未来展望
新材料的应用
随着新材料技术的不断发展，未 来轴系组合结构将更多地采用新 型材料，如高强度轻质材料、耐 磨材料等，提高结构性能和使用
寿命。
模块化设计
为了便于生产和维护，未来轴系 组合结构将趋向于模块化设计， 各个模块可独立制造和替换，降
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轴头：安装轮毂
轴径：支承部分
轴身：联接部分
任务5.1 轴的结构设计
2.轴的设计 轴的结构和形状取决于下面几个因素： ①轴的毛坯种类。 ②轴上作用力的大小及其分布情况。 ③轴上零件的位置、配合性质以及联结固定的方法。 ④轴承的类型、尺寸和位置。 ⑤轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求。
任务5.1 轴的结构设计
3.轴的材料
（1）碳素钢：30、35、45、50(正火或调质)； 45应用最广，价廉，对应力集中不敏感，良好的加工性。
（2）中、低碳合金钢： 强度高、寿命长，对应力集中敏感，用于重载、小尺寸的轴。
（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。
275～ 235 270 300 300 360 800 550 750 520 750 520 470 800 500 350 550 500
420
用于不重要的轴
用于一般轴
用于强度高、韧性中 等的较重要的轴 用于强度要求高、有 强烈磨损而无很大冲 击的重要轴 可代替40Cr，用于中、 小型轴
与35SiMn相同，但专 供表面淬火之用
轴的设计步骤 (1)根据轴的工作条件选择材料，确定许用应力。 (2)按扭转强度估算出轴的最小直径。
轴是机械设备中的重要零件之一，它的主要功能是直接支承 回转零件，如齿轮、车轮和带轮等，以实现回转运动并传递动力,轴 要由轴承支承以承受作用在轴上的载荷。这种起支持作用的零部件 称为支承零部件。而且有很多的轴上零件需要彼此联接，它们的性 能互相影响，所以将轴及轴上零部件统称为轴系零部件。
任务5.1 轴的结构设计
轴是组成机器的重要零件之一，轴的主要功能是支承传动 件并通过轴承传递转矩和运动，如齿轮、带轮等。轴工作状况 的好坏直接影响到整台机器的性能和质量。
任务5.1 轴的结构设计
5.1.1轴的分类及材料 1.轴的分类
(1)按承受载荷分 转轴 ：既承受弯矩又承受扭矩 心轴 ：只承受弯矩不承受扭矩 传动 ：主要承受扭矩而不承受弯矩 （或弯矩很小） 轴
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能力目标：
❖1.能选择合适的轴的材料。 ❖2.能设计典型轴结构。 ❖3.掌握轴承的选择和使用。 ❖4.根据实际情况选择轴间联接件。 ❖
项目导读
在生产生活实际中，无论机械结构复杂或者简单，其内部都有轴 类零件的存在，说明轴是组成机器的重要零件之一，各种作回转或 摆动的零件（如齿轮、带轮等），都必须安装在用轴承正确支撑的 轴上才能正常运动及传递动力，本章主要介绍轴、轴承、轴间联接 件的结构特点及设计计算。
热处理 毛坯直径
类型
mm
硬度HBS
抗拉强度 /MPa
屈服点 /MPa
应用说明
正火 调质 正火 调质 调质
调质
调质
调质
调质
≤100 ≤100 ≤100 ≤200
25 ≤100
25 ≤100
25 ≤100 ＞100~200
25 ≤200
25 ≤100 ＞100~300
149~187 156~207 170~217 217~255
轴的毛坯 d小——圆钢（棒料）：车制； d大——锻造毛坯； 结构复杂——铸造毛坯，如曲轴； 空心轴：无缝管，减轻质量，但加工相对困难。
任务5.1 轴的结构设计
材料牌号 Q275~Q235
35 45 40Cr 35SiMn 42SiMn 40MnB 35CrMo QT600-2
轴的常用材料及其主要力学性能
可见影响轴的结构与尺寸的因素很多，设计轴时要全面综合的 考虑各种因素。设计时应拟定几种不同的装配方案，以便进行比较 与选择，以轴的结构简单，轴上零件少为佳。
任务5.1 轴的结构设计
一般在进行结构设计时的已知条件有：机器的装配简图、轴 的转速、传递的功率、轴上零件的主要参数和尺寸等。
初步设计时，还不知道轴上支反力的作用点，故不能按轴 的弯矩计算轴径。通常按扭转强度来初步估算轴的最小直径，求 得最小直径后可按拟订的装配方案，从最小直径起逐一确定各段 轴的直径和长度。设计时应考虑各轴径应与装配在该轴段上的传 动件、标准件的孔相匹配。
可代替40Cr，用于小 型轴
用于重载的轴
用于发动机的曲轴 和凸轮等
任务5.1 轴的结构设计
5.1.2轴的结构设计 轴的结构设计的任务，就是在满足强度、刚度和振动稳定性
的基础上，根据轴上零件的定位要求及轴的加工、装配工艺性要 求，合理地定出轴的结构形状和全部尺寸。为了便于装拆，一般 的转轴均为中间大、两端小的阶梯轴。
减速器轴—转轴
任务5.1 轴的结构设计
自行车前轴—固定心轴
火车轮轴—转动心轴
任务5.1 轴的结构设计
汽车下的传动轴
任务5.1 轴的结构设计
(2)根据轴线的形状不同
直轴
光轴 阶梯轴
曲轴 ：发动机专用零件
挠性（软）轴：轴线可任意弯曲，传动灵活。
任务5.1 轴的结构设计
2.失效形式与设计准则
轴的失效形式：主要有因疲劳强度不足而产生的疲劳簖裂、因静强 度不足而产生的塑性变形或脆性断裂、磨损、超过允许范围的变形和 振动等。
轴系结构的设计
1
任务5.1 轴的结构设计
2
任务5.2 轴系通用件的选用
3
任务5.3 轴间联接件的认识
4
巩固训练
知识目标：
❖1.理解轴的分类，掌握轴的材料。 ❖2.掌握轴的结构设计，掌握轴的强度计算。 ❖3.了解滑动轴承，掌握滚动轴承的组成，掌握滚动 轴承的代号。
❖4.掌握轴承的设计准则和寿命计算。 ❖5.理解联轴器、离合器的工作原理。
≤207 241~286
≤229 229~286
≤220 229~286 217~269
≤207 241~286
≤229
207~269
229~302
600～440
520 560 600 650 1000 750 900 800 900 800 750 1000 750 1000 750 700
600
轴的设计应满足如下准则： ①根据轴的工作条件、生产批量和经济性原则，选取适合的材料、 毛坯形式及热处理方法。 ②根据轴的受力情况、轴上零件的安装位置、配合尺寸及定位方 式、轴的加工方法等具体要求，确定轴的合理结构形状及尺寸，即进 行轴的结构设计。 ③轴的强度计算或校核。对受力大的细长轴（如蜗杆轴）和对刚 度要求高的轴，还要进行刚度计算。在对高速工作下的轴，因有共振 危险，故应进行振动稳定性计算。