机械设计中轴的详解
机械设计中轴知识点
机械设计中轴知识点机械设计中的轴是一种常见的工程零件，广泛应用于各种机械设备中。
轴的质量和几何形状直接关系到设备的性能和寿命。
在机械设计中，轴的选择、设计和制造都是非常重要的环节。
本文将介绍机械设计中轴的知识点，包括轴的功能、分类、材料选择、几何形状设计和加工工艺等内容。
1. 轴的功能轴在机械设备中承担着传递动力和转动运动的重要作用。
具体功能包括：(1) 传递动力：轴通过联接装置将动力从一个部件传递到另一个部件，实现机械设备的正常运转。
(2) 支撑承载：轴能够承受来自设备工作时产生的载荷，保证设备的稳定运行。
(3) 定位定向：通过轴的几何形状和配合结构，实现部件的定位和相对位置的固定。
(4) 传递制动力矩：在需要制动的设备中，轴可以通过制动器将能量转化为制动力矩，实现设备的制动效果。
(5) 实现工作间传递物料或介质：轴可以作为传输装置，在机械设备中传递物料或介质。
2. 轴的分类根据轴的用途和工作环境，轴可以按以下方式进行分类：(1) 传输轴：用于传递动力和转动运动，如发动机的曲轴。
(2) 支撑轴：用于承担设备工作时产生的载荷，如机床的主轴。
(3) 导向轴：用于定位和固定部件位置，如滑动轴承支承的导轨。
(4) 螺旋传输轴：用于实现物料或介质的传输，如输送带上的轴。
3. 轴的材料选择轴的材料选择要考虑载荷、工作环境和制造成本等因素。
常见的轴材料包括：(1) 碳素钢：适用于较低载荷和一般工作环境，制造成本低。
(2) 合金钢：具有较高的强度和耐磨性，适用于高载荷和恶劣工作环境。
(3) 不锈钢：具有良好的耐腐蚀性能，适用于潮湿、酸碱性较强的工作环境。
(4) 铜合金：具有良好的导热性和抗磨性，适用于高速转动轴承等高要求场合。
4. 轴的几何形状设计轴的几何形状设计需要考虑以下几个方面：(1) 直径和长度：根据轴的承载和传递动力需求，确定轴的直径和长度。
(2) 定位面：根据设备需要进行定位的部件，设计轴上的定位面，保证装配的精度和稳定性。
第十一章+轴解析
（7）强度计算（确定危险剖面、强度校验或轴径
计算）
e
Me W
Me 0.1d 3
[ 1]W
返回
其中α 为考虑转矩与弯矩引起的应力性质不同而设立 的应力校正系数：
对于不变化的转矩：α=0.3
对于脉动变化转矩：α=0.6 对于对称循环转矩：α=1
Me M 2 (T )2 ;
判断轴结构设计中的错误
第十一章 轴
轴是机器中的重要零件之一，用来支 承轴上的零件，并传递运动和动力。
带式运输机
二级圆柱齿轮减速器
蜗杆传动
轮系
11、1 概 述
一、轴的分类 1、按轴的轴线形状分：
直轴、曲轴、挠性轴。
2、按轴承受的载荷性质分：
转轴、心轴、传动轴。
3、按轴的外部结构形状分：
光轴、阶梯轴。
4、按轴的截面形状分：
挤压强度
返回
键的强度校验
假设：键的侧面的作用力沿键的工作长度和高
度均匀分布。
挤压强度条件为：
p
F kl
2T dkl
4T dhl
[ P ]
返回
2、花键联接
定义：轴和轮毂周向均布的多个键齿构成的联接称为
花键联接。
特点：比平键联接具有承载能力高，对轴削弱程度小
（齿浅、应力集中小），定心好和导向性能好。
普通楔键和钩头楔键
返回
4、平键联接的尺寸选择和强度校核
键的材料及尺寸选择： 键的材料：抗拉强度不低于600MPa钢材。 尺寸选择：键的截面尺寸 bh 根据键所在轴径d由
标准中查取。键长L根据轮毂的宽度确 定，但应符合标准系列。
平键联接的失效形式：
工作面的压溃和键的剪断。
强度计算：对于标准材料的标准连接，通常只校验
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。
机械设计基础轴
机械设计基础轴简介在机械设计中，轴承起着至关重要的作用。
它们连接和支撑各种机械元件，使机械设备能够顺利运转。
轴承的设计必须考虑到载荷、转速、摩擦、轴向和径向间隙等因素。
本文将介绍机械设计中常见的轴及其基本特点。
一、轴的定义轴是机械设计中一种常见的零件，用于支撑和传递旋转运动。
它通常是一个细长的圆柱体，有时还会有变径、变形等特殊形状。
二、轴的分类按照轴的用途和形状可以将轴分为以下几类：固定轴是机械设备中最常见的轴。
它通常是直径均匀的细长圆柱体，用于支撑和传递旋转运动。
固定轴的直径大小取决于所需承载能力和转速。
2. 胀套轴胀套轴是一种特殊的轴，它上面设有一个螺旋槽。
胀套可以通过螺栓或其他方式固定在轴上，并可以根据需要在轴上调整位置。
它通常用于需要调整轴位置的场合。
3. 锥形轴锥形轴是一种具有锥形的轴。
它由一个或多个直径逐渐减小的圆台组成。
锥形轴常用于传递变速传动或需要在轴上调整位置的设备。
推力轴是一种用于承受轴向载荷的轴。
它通常由直径较大的圆柱体和直径较小的圆锥体组成，以承受轴向载荷。
三、轴的材料选择轴的材料选择必须考虑到载荷、转速、工作环境等因素。
常见的轴材料包括碳素钢、合金钢、不锈钢、铝合金、钛合金等。
不同材料的优点和缺点可以根据具体要求来选择。
碳素钢具有良好的强度和刚性，适用于大部分机械设备。
合金钢具有更高的强度和硬度，适用于承受更大载荷和高速运转的设备。
不锈钢具有良好的耐腐蚀性能，适用于在潮湿或腐蚀性环境中使用的设备。
铝合金具有轻质和良好的导热性能，适用于要求轻质和散热性能的设备。
钛合金具有高强度和耐腐蚀性能，适用于高强度和要求耐腐蚀性能的设备。
四、轴的设计考虑因素在设计轴时，需要考虑以下因素：1. 轴的强度轴的强度必须满足所需承载能力。
强度计算可以利用弹性力学原理进行。
2. 轴的刚度轴的刚度对于传递旋转运动和减小转动误差非常重要。
刚度计算可以利用有限元分析等方法进行。
3. 轴的表面粗糙度轴的表面粗糙度对于摩擦和磨损有重要影响。
机械设计中轴知识点总结
机械设计中轴知识点总结机械设计中轴是一种常见的连接元件，用于实现两个或多个旋转零件之间的转动传动。
在机械设计中，轴承着重要的作用，因为它们不仅需要传递转矩和旋转运动，还需要承受负载以及提供良好的导向性。
本文将总结机械设计中轴的相关知识点，包括轴的材料选取、轴的类型、轴的设计要点及轴的安装与保养。
1. 轴的材料选取轴的材料选取是机械设计中至关重要的环节，主要考虑以下几个因素：a. 强度和刚度：轴必须具有足够的强度和刚度来承受工作负荷和避免挠曲或弯曲。
b. 耐磨性：选择具有良好耐磨性的材料，以减少轴与轴套或轴承之间的磨损。
c. 耐腐蚀性：根据工作环境选择耐腐蚀性能好的材料。
d. 加工性和成本：考虑材料的可加工性和成本，选择工艺适宜的材料。
2. 轴的类型机械设计中常见的轴类型包括以下几种：a. 直轴/实心轴：直轴是一种最简单的轴类型，没有任何中空部分。
它常用于需要承受较大转矩的情况。
b. 中空轴：中空轴是指具有中空部分的轴，可以减轻轴的重量并节省材料。
c. 穿孔轴：穿孔轴是一种具有多个孔洞的轴，通过这些孔洞可以连接其他零件或传递液体或气体。
d. 锥形轴：锥形轴是一种具有圆锥形截面的轴，常用于需要实现轴向位置调整的情况。
3. 轴的设计要点在进行轴的设计时，需要考虑以下几个要点：a. 直径和长度的选择：根据承载能力和轴上载荷的分布选择合适的直径和长度。
b. 轴承的选择：根据工作条件选择适当的轴承类型和尺寸。
c. 轴的配合与间隙：确保轴与轴承或配合零件之间的配合和间隙符合工作要求。
d. 表面处理和润滑：经过适当的表面处理和使用适当的润滑剂可以降低轴与轴承之间的摩擦和磨损。
4. 轴的安装与保养a. 轴的安装：在安装轴时，要确保轴与轴承或其他相关零件的配合准确，避免过紧或过松。
b. 轴的对中：保证轴的良好对中，减小不平衡和振动。
c. 合理润滑：根据工作条件选择适当的润滑剂，并定期对轴进行润滑维护，以减少磨损与摩擦。
机械设计-轴的类型
机械设计-轴的类型轴是机械设计中常见的几何元素之一，它是机械传动系统的重要组成部分，在许多工业领域得到广泛应用。
根据不同的工作应用，轴可以分为多种类型。
本文将介绍几种常见的轴类型及其特点。
1. 普通轴普通轴是最常用的轴类型。
其截面通常是圆形，具有均匀分布的负载能力，适用于各种中小型传动系统。
普通轴可根据应用要求配备各种轴承和联轴器，保证机械传动系统的顺畅运转。
2. 键轴键轴，顾名思义，是在轴身上装有键槽的轴型。
键槽可以用来固定轴承或是连接其它部件，通常被用于高负载的机械传动系统中。
键轴的优点在于能够承受大量的转矩，且易于装配和拆卸。
3. 花键轴花键轴又称齿轴。
它与键轴相似，但花键的形状是斜齿状的。
花键轴通常用于需要承受较大扭矩的高功率传动系统中，它的斜齿形能提供更强的连接力和垂直方向上的剪切扭矩。
4. 球轴球轴是一种将球组成的元件嵌入轴体内的锥形轴。
它主要用于具有紧凑空间限制的应用程序。
由于球轴在高扭矩应用中表现出非常大的抗曲率能力，因此常常被用作齿轮箱的输出轴。
5. 螺旋轴螺旋轴是将螺旋线作为轴体的一种轴型。
相比于传统的圆形轴，螺旋轴的构造更强；这使得它在使用时能够减少振动和噪音，同时提供更大的扭矩传递能力。
螺旋轴通常用于高速和高扭矩应用程序中。
6. 中空轴中空轴是具有中空孔的轴型。
在一些应用中，允许轴与管道或丝杆相连接，以便传输气体、液体或其他物质。
中空轴通常用于旋转机器、涡轮机及涡轮喷气发动机等高技术应用领域。
总之，不同类型的轴具有各自独特的特点和应用范围。
了解不同类型的轴有助于确保设计的机械传动系统能够正常运行和提高效率。
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。
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
机械设计--14 轴
3 、铸铁： 特点：高强度铸铁和球墨铸铁有良好的工艺性，并具有价廉、 吸振性和耐磨性好以及对应力集中敏感性小等优点。 用途：适用于制造结构形状复杂的轴（如曲轴、凸轮轴等）。 轴的常用材料及其主要力学性能见表14-1. 4、轴的毛坯选择 当轴的直径较小而又不太重要时，可采用轧制圆钢； 当轴的直径较小而又不太重要时，可采用轧制圆钢； 重要的轴应当采用锻造坯件； 重要的轴应当采用锻造坯件； 对于大型的低速轴，也可采用铸件。 对于大型的低速轴，也可采用铸件。
1、各段直径 ⑴与滚动轴承配合的轴颈的直径必须符合滚动轴承内 与滚动轴承配合的轴颈的直径必须符合滚动轴承内 径的标准系列 ⑵轴上车制螺纹部分的直径必须符合外螺纹大径的标 轴上车制螺纹部分的直径必须符合外螺纹大径的标 准系列 ⑶安装联轴器的轴段直径必须与联轴器的内孔直径范 安装联轴器的轴段直径必须与联轴器的内孔直径范 围相适应 ⑷与非标准件（如齿轮、带轮等）相配合的轴段直径 与非标准件（如齿轮、带轮等）相配合的轴段直径 应采用标准系列
２、轴向固定方法
对于标准件的定位尺寸要查有关标准件的标准。 （如滚动轴承、联轴器等）
（１）轴肩
轴肩圆角半径r <圆角半径R 轴肩高a > R
轴 圆 半 r < 倒 C1 肩 角 径 角 轴 高 > C1 肩 a
(2) 套筒固定
(3) 圆螺母固定
(4) 轴端挡圈
(5) 弹性挡圈
(6) 紧定螺钉
14.4 轴的强度计算
设计要求和设计步骤: 设计要求和设计步骤: 合理的结构和足够的强度是轴的设计必须满足的基 合理的结构和足够的强度是轴的设计必须满足的基 本要求。 轴的设计步骤： 1）选材 2）估算轴的直径 3）轴的结构设计 4）轴的强度校核 5）必要时作刚度和稳定性校核
机械设计基础之轴详解
输出 输入 输出
Ft
设计：潘存云
方案 a
T 方案b
Q
输出 输出 输入 Q
T
T
T
T TT
T1
合理
设计：潘存云
T2
Tmax = T1
T1+T2 T1
不合理
T2
设计：潘存云
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；
M’a
1400 N m
M2 M2F 927 N m
a
P231
设计：潘存云
8) 求轴传递的转矩
d
T Ft d2 /T22 17400 0.146 / 2
L/2
a L
K
1 Ft Fr Fa 2
F
1270 N m
9)求危险截面的当量弯矩
d2 Fr Fa FA =Fa
F1v M’av Mav
149 ~187
520
270
有较好的塑性
250
和适当的强度， 可用于一般曲
轴、转轴。
§14-3 轴的结构设计
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。
强度条件为：在完成单级减速器草图设计后，外载荷与支撑 反力的位置即可确定，从而可进行受力分析。
对于一般钢制轴，可用第三
机械设计中轴的详解
碳钢 合金钢 （见表12－1） 毛坯多用圆钢或锻件。 常用热处理
轴的概述2
正火 调质 淬火等
球墨铸铁： 用于外形复杂的轴。价廉、吸振性和耐磨性好， 对应力集中的敏感性较低，但是质较脆。 合金钢比碳钢有更高的强度和更好的淬火性能。一般情况下用碳钢， 重要的轴用合金钢。 合金钢代替碳钢并不能提高轴的刚度。 轴的常用材料及其主要力学特性表
轴的概述
三、轴设计的主要内容
轴的概述3
结构设计： 根据轴上零件的安装、固定及轴的制造工艺等 方面的要求，合理地确定轴的结构和尺寸。 轴的设计包括： 承载能力计算： 校核轴的强度、刚度和振动稳定性等。 轴的设计过程：
选材料 估算轴的直径 轴的结构设计 轴的承载能力计算
no
验算合格? yes 结 束
§15-2 轴的结构设计
四、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。
轴的刚度计算2
轴的刚度计算
挠度 偏转角 y ≤ [y] θ ≤ [θ ]
2. 轴的弯曲刚度校核计算
弯曲刚度条件：
F
y
详细说明
[y]和[θ ]－分别为轴的许用挠度及许用偏转角，见表12－7 。
对于光轴，可直接用材料力学中的公式计算其挠度或偏转角。 对于阶梯轴，可用当量轴径法转化为当量光轴计算其挠度和偏转角。 当量轴径：
轴的结构设计：即确定轴的合理形状和全部结构尺寸。
机械轴定义及设计概述
机械轴定义及设计概述1、轴的定义轴基本上是任何机器的旋转部件，其横截面为圆形，用于将动力从一个部分传递到另一个部分或从动力产生机到动力吸收机。
为传递动力，轴的一端与动力源相连，另一端与机器相连。
轴可以根据需要是实心或空心的，空心轴有助于减轻重量并提供优势。
轴是机器中使用的非常重要的元件之一。
它们用于支撑旋转部件，例如滑轮和齿轮，它们由位于刚性机器外壳中的轴承支撑。
位于轴上的齿轮和皮带轮有助于传递运动。
许多其他旋转元件通过键安装在轴上。
由于轴所支撑的构件的反作用力和动力传递产生的扭矩，它们承受弯矩和扭矩。
轴总是具有圆形横截面，可以是空心的或实心的。
轴可分为曲柄轴、直线轴、铰接轴或柔性轴，但直线轴通常用于传递动力。
轴通常设计为陡峭的圆柱杆，因此它们在整个长度上具有不同的直径，尽管具有恒定直径的轴易于生产。
阶梯轴中的应力大小随其长度而变化。
具有统一直径的轴不适合拆卸、组装、维护，并且这些轴在紧固安装在它们上的零件时会产生复杂性，特别是轴承。
2、轴的类型：1）传动轴：这些轴是阶梯轴，用于在一个源之间传递动力到另一个吸收动力的机器。
在轴齿轮、轮毂或皮带轮的阶梯部分上安装用于传递运动。
示例：高架轴、线轴、副轴和所有工厂的轴。
2）机械轴：这些轴位于组件的内部，是机器的组成部分。
示例：汽车发动机中的曲轴是机器轴。
3）车桥轴这些轴支撑旋转元件，例如轮子，可以安装在带有轴承的外壳中，但轴是非旋转元件。
这些主要用于车辆。
示例：汽车中的车轴。
4）主轴轴这些是机器的旋转部分；它容纳工具或工作空间。
它们是短轴，在机器中使用，它们是用于机器的短轴。
示例：车床中的主轴。
3、轴用材料通常低碳钢是用于轴的材料。
如果需要高强度，则使用合金钢，如镍铬、镍、铬钒钢。
它们通常是通过热轧和冷拔和研磨形成的。
通常用于常规轴的材料是50 C12、50 C4、45 C8、40 C8级的碳钢。
1）用于轴的材料应具有以下特性：①材料应具有高强度②材料应具有高耐磨性③材料应具有热处理特性④材料应具有良好的机械性能⑤材料必须具有低缺口敏感系数2）轴的标准尺寸①机械轴可达25 毫米，步长为 0.5 毫米。
机械设计基础 第13章 轴
图13-3 转动心轴
图13-4 固定心轴
13.1.1 轴的分类
（2）传动轴 主要承受扭矩的轴 称为传动轴。上图所示为汽车上从 变速箱到后桥的传动轴。下图为挖 树坑机上的传动轴。
图13-5 传动轴
挖树坑机上的传动轴
13.1.1 轴的分类
（3）转轴 图示为单级圆柱齿轮减速器中的转轴，该轴上两个轴承之间的轴 段承受弯矩，联轴器与齿轮之间的轴段承受扭矩，这种既承受弯矩又承受转矩 的轴称为转轴。
球墨铸铁有成本低廉、吸振性较好、对应力集中的敏感较低、强度较好等优点。
13.1.2 轴的材料与毛坯
2 轴的毛坯
轴的毛坯可用轧制圆钢材、锻造、焊接、铸造等方法获得。 对要求不高的轴或较长的轴，毛坯直径小于150mm 时，可用 轧制圆钢材;对受力大、生产批量大的重要轴的毛坯，可由锻 造提供;对直径特大而件数很少的轴，可用焊件毛坯;对生产 批量大、外形复杂、尺寸较大的轴，可用铸造毛坯。轴的常 用材料及其主要力学性能见表13-1。
机械设计基础
目录 CONTENTS
01 概述 02 轴的结构设计 03 轴的强度计算 04 轴的设计方法
01 概述
13.1.1 轴的分类
我们日常生活和工业生产实践的设备中用到很多轴，可以说有转动的部位就有 轴。日常生活中的自行车就有前轮轴、后轮轴、中轴和脚蹬子轴等。图13-1所 示为单级斜齿圆柱齿轮减速器的外形图，减速器就主要是靠工作轴（阶梯轴） 来传递运动和转矩。
图13-6 转轴
13.1.1 轴的分类
2.按轴线的几何形状分类
按轴线的几何形状，可分为直轴、曲轴和挠性轴三类。 下图为曲轴，常用于往复式机械（如曲柄压力机、内燃机）中， 以实现运动的转换和动力的传递。
图13-7 曲轴
机械设计中轴的详解
心轴
定义
心轴是机械中用于固定和支撑转 动零件的轴。
功能
心轴的主要功能是固定和支撑旋转 零件，确保其稳定旋转。
应用
在各种机械装置中，如轴承、齿轮 等，心轴都是重要的支撑部件。
03
轴的材料与选择
钢材
钢材强度高，能够承受较大的载荷和 冲击力，是机械设计中常用的轴材料 之一。
钢材成本相对较低，适用于大规模生 产和应用。
THANKS
感谢观看
机械设计中轴的重要性
轴是机械设备中的核心部件之一，其 设计是否合理、制造是否精确直接影 响到整个机械系统的性能和稳定性。
在许多机械设备中，轴的失效会导致 整个系统的瘫痪，因此，对轴的设计 、制造和维护都需要高度的专业知识 和技能。
02
轴的种类与功能
转轴
01
02
03
定义
转轴是机械中用于支撑和 传递转动的轴。
润滑剂可以减小轴承内部的摩擦阻力，降低磨损，并起到散热的作用。常用的 润滑剂有润滑油和润滑脂，根据不同的使用场合选择合适的润滑方式。
轴承的密封
为了防止灰尘、水分和其他杂质进入轴承内部，需要对轴承进行密封。常用的 密封方式有接触式密封和非接触式密封，根据不同的使用环境和要求选择合适 的密封方式。
06
机械设计中轴的详解
• 引言 • 轴的种类与功能 • 轴的材料与选择 • 轴的设计与计算 • 轴的支撑与轴承选择 • 轴的维护与保养 • 案例分析
01
引言
主题简介
01
机械设计中的轴是机械传动系统 中的重要组成部分，它承担着传 递扭矩和旋转运动的任务。
02
轴的设计和制造质量直接影响着 机械设备的性能、寿命和可靠性 。
以采用有效的散热系统；为了提高加工精度，可以采用先进的控制技术。
机械基础_第三章轴解析
按轴线形状分 直轴： 光轴 阶梯轴
曲轴
§3—1 轴
1、光轴特点：形状简单，加工容易，应力集中源较 少；轴上零件不易装配及定位。如自行车心轴、车床 光杠。
§3—1 轴
2、阶梯轴特点：加工复杂，应力集中源较多，容易 实现轴上零件装配及定位。如减速器中的轴。
§3—1 轴
3、曲轴特点：常用于将回转运动转变为直线往复运 动或将直线往复运动转变为回转运动。主要用于各类 发动机中，如内燃机、空气压缩机、活塞泵及冲床中 的轴等。
轴向固定方法 —— 圆螺母定位
特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大轴向力； 应用：常用于轴的中部和端部；
轴向固定方法 —— 轴端挡圈固定
特点：工作可靠，结构简单； 应用：用于轴端定位，可承受剧烈振动和冲击；
正
错确Βιβλιοθήκη 误套筒轴用圆螺母
螺纹退刀槽, 砂轮越程槽
圆锥面（+挡圈、螺母）
适用于有冲击载荷和对中性 要求较高的场合，常用于轴端
3、具有结构简单、定位可靠、能承受较大的轴向力等特点，广泛
应用于各种轴上零件的轴向固定是（B ）。
A.紧定螺钉
B. 轴肩与轴环 C.键连接
4、接触面积大、承载能力强、对中性和导向性都好的周向固定是
（ B）。
A.紧定螺钉
B. 花键连接
C.平键连接
5、加工容易、装拆方便，应用最广泛的周向固定是 （ A ）。
注意：①采用合金钢并不能提高轴的刚度。 ②轴的热处理和表面强化可提高轴的疲劳强度
三、轴的结构工艺性
1、阶梯轴的直径应该是中间大，两端小，以 便于轴上零件的装拆；
2、轴端、轴颈与轴肩（或轴环）的过渡部位 应有倒角或过渡圆角，并应尽可能使倒角大小 一致和圆角半径相同，以便于加工；
机械设计轴
1）有配合段：应选用标准直径。 2）安装标准件段：应取相对应的标准直径。 3）定位轴肩或轴环高度：h≈(0.07-0.1)d。 4）非定位轴肩高度：为方便拆装和减小配合面擦伤，通常为1～2mm。 5）滚动轴承定位轴肩高度：查阅《机械设计手册》的轴承安装尺寸章节 。 6）轴头段轴长：为保证定位准确，应短于轮毂2-3mm。
图1.2 按所受载荷轴的分类
1.1 概述
1.1.2 轴的材料及选择
1.1 概述
1.2 轴的结构设计
1.2.1 轴上各部分的名称
如图6.4所示，轴上安装轴承的部位称为轴颈，安装传动零件的部位称为轴 头，连接轴颈与轴头的部分称为轴身，用作轴上零件轴向定位的台阶部分称 为轴肩，轴上轴向尺寸较小直径最大的环形部分称为轴环，仅为了方便零件 的安装而设置的阶梯称为非定位轴肩。
1.2 轴的结构设计
图6.5 轴的结构工艺
1.2 轴的结构设计
1.2.5 减小应力集中，改善受力状况
轴的结构形状和轴上零件的固定，会使轴的某些部位引起应力集中，从而 降低轴的强度，因此，设计时应注意以下几点： 1.改善轴的受力状况，减小轴所受的弯矩或转矩
为了减小轴所受的弯矩，轴上受力较大的零件应尽可能装在靠近轴承处， 并应尽量不采用悬臂支承方式，且力求缩短支承跨度和悬臂长度。 2.合理布置轴上零件，以减小最大转矩
1.2 轴的结构设计
1.2.4 轴的结构工艺性
1）形状力求简单，便于加工和检验。 2）为减小应力集中，轴肩处应有过渡圆角，r应小于零件孔的圆角r1。 3）为便于零件的安装，轴端应有倒角，多用45°（或30°、60°）。 4）需磨削处，应设越程槽。 5）若有螺纹处，应设退刀槽。 6）键槽应在同一母线上。 7）与零件过盈配合时，装入端需加工出导向圆锥面。 8）轴两端应设中心孔。 9）轴肩高度不能妨碍零件的拆卸。 10）应能保证各零件装配时不损伤其他零件的配合表面。 上述的4）、5）、6）、7）见图6.5。
机械制造中的轴线与轴线标记
机械制中的轴线与轴线标记机械制造中的轴线与轴线标记在机械制造中，轴线（Axis）是指物体或零件的旋转中心线。
轴线的准确定位和标记对于机械设计和制造非常重要，它直接关系到零件的组装和运动精度。
本文将介绍机械制造中轴线的概念以及轴线标记的方法和要点。
一、轴线的概念轴线是机械零件运动或形状的基准线，它有以下几个特点：1. 轴线是一条无限延伸的直线，可以是水平的、垂直的或者倾斜的。
2. 轴线是通过物体的旋转中心的理想轨迹。
3. 轴线是连接零件各部位运动或形状关系的几何线。
在实际制造过程中，通常使用轴线的几何元素（如点、直线、平面等）来准确定位轴线。
二、轴线标记的方法为了便于制造和组装，轴线需要进行标记。
轴线标记的方法主要有以下几种：1. 直径标记法直径标记法是指使用字母“Ø”表示轴线，后接标注的尺寸值。
例如：“Ø20”，表示轴线直径为20mm。
直径标记法适用于圆柱体或圆筒表面的轴线标记。
2. 中心线标记法中心线标记法是指使用一条虚线来表示轴线，同时在虚线上标注相应的尺寸值。
例如，在图纸上绘制一条虚线，并且在虚线上方标注“20”，表示轴线的尺寸为20。
中心线标记法适用于平面或曲面的轴线标记。
3. 分度标记法分度标记法是指使用圆角符号“°”表示轴线，并在其旁边标注相应的尺寸值。
例如：“20°”，表示轴线的角度为20度。
分度标记法适用于倾斜或非垂直轴线的标记。
除了以上三种常用的标记方法，还可以根据具体情况选择其他标记方法，如圆心标记法、切点标记法等。
根据标记方法的不同，确保标记符号与轴线相连且清晰可见是十分重要的。
三、轴线标记的要点在进行轴线标记时，需要注意以下几个要点：1. 标记必须准确无歧义，以便读者能够清晰地理解轴线的位置和特征。
2. 标记应与轴线相连，字母、数字或符号与轴线成一体，不得与轴线相交或重叠。
3. 标记应具备良好的可读性和清晰度，避免模糊不清或混淆的现象。
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轴的概述
三、轴设计的主要内容
轴的概述3
结构设计： 根据轴上零件的安装、固定及轴的制造工艺等 方面的要求，合理地确定轴的结构和尺寸。 轴的设计包括： 承载能力计算： 校核轴的强度、刚度和振动稳定性等。 轴的设计过程：
选材料 估算轴的直径 轴的结构设计 轴的承载能力计算
no
验算合格? yes 结 束
§15-2 轴的结构设计
S S S S S
2 2
S
K
a m
详细内容
式中各参数的选取见表12－5。
轴的强度计算5
轴强度的计算
2）轴的静强度校核
对于瞬时过载很大的轴，应进行静强度校核。
S s s max
s S s max
详细内容
峰值载荷产生的弯曲应力
轴的结构设计3
轴的结构设计
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。
五、提高轴的强度的常用措施
◆合理布置轴上零件以减小轴的载荷 ◆ ◆ ◆ 详细说明
改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 改进轴的结构以减小应力集中 改善轴的表面质量以提高轴的疲劳强度
（WT= πd 3／16；
W＝ πd 3／32）
用应力校正系数 a 考虑扭切应力与弯曲应力循环特性不同的影响。
（ α 的值见 P240）
强度条件：
M 2 (aT ) 2 M e ≤ 1b e W W
详细内容
式中：[σ-1b]－对称循环应力下轴的许用弯曲应力（可查表12－3选取）； W－轴的抗弯截面系数（mm3）。
定位轴肩： 用于确定轴上零件位置的轴肩。 非定位轴肩： 为便于安装零件而设计的轴肩。
二、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。
轴的结构设计2
轴的结构设计
轴肩 套筒 轴端挡圈 圆螺母
三、轴上零件的固定
轴向固定方法： （见图12－8） 周向固定方法：
详细介绍
弹性挡圈等
键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。
轴的强度计算4
轴强度的计算
静应力 扭切应力 脉动循环变应力 对称循环变应力
弯曲应力为对 称循环应力
a ≈0.3
a ≈0.６
a =1
3．安全系数法
1）轴的疲劳强度校核 根据轴上危险截面的循环应力，计算疲劳强度安全系数：
S
K N 1
安全条件：
K
S
K N 1
a m
详细推导
§12-5 轴 的振动及 临界转速
c1
g （rad/s）； y0
nc1 964
1 （r/min） y0
刚性轴：工作转速 n 低于 nc1 的轴， 要求： n < 0.75nc1 挠性轴：工作转速 n 超; 0.7nc2 满足上述条件的轴就是具有了弯曲振动的稳定性。
转动心轴 固定心轴
◆ ◆
传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。
转 轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。
图例
按轴线形状的不同，轴可分： 直轴 曲轴 光轴 阶梯轴 实心轴
空心轴: 有特殊要求时，如航空发动机 的主轴。
钢丝软轴： 可以随意弯曲，把回转运动灵活地传到任意空间位置。
轴的概述
二、轴的材料
六、轴的结构工艺性
在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单越好。
轴上应设计加工和装配所需要的倒角、螺纹退刀槽和砂轮越程槽等。 不同轴段的键槽应设计在同一母线上。
详细说明
§15-3 轴的强度计算
§15-3轴的强度计算1 结构设计结束之后，对轴进行适当简化，并进行受力分析，计算出轴 所受的载荷，即可对轴进行校核计算。
轴的刚度计算2
轴的刚度计算
挠度 偏转角 y ≤ [y] θ ≤ [θ ]
2. 轴的弯曲刚度校核计算
弯曲刚度条件：
F
y
详细说明
[y]和[θ ]－分别为轴的许用挠度及许用偏转角，见表12－7 。
对于光轴，可直接用材料力学中的公式计算其挠度或偏转角。 对于阶梯轴，可用当量轴径法转化为当量光轴计算其挠度和偏转角。 当量轴径：
1．转矩法
这种方法用于只受转矩或主要受转矩作用轴的强度计算。通常按这种 方法估算转轴的直径。 P
扭转强度条件为：
T
T WT
9550 103 0.2d 3
n [ ] T
实心轴的直径为：
d 3
9550 103 P P C3 0.2[ T ] n n
式中：C－计算常数，见表12－2。 T －许用扭应力，见表12－2。 考虑到键槽的影响，应适当加大轴径： 有1个键槽，轴径加大3％； 有2个键槽，轴径加大7％；
钢
碳钢 合金钢 （见表12－1） 毛坯多用圆钢或锻件。 常用热处理
轴的概述2
正火 调质 淬火等
球墨铸铁： 用于外形复杂的轴。价廉、吸振性和耐磨性好， 对应力集中的敏感性较低，但是质较脆。 合金钢比碳钢有更高的强度和更好的淬火性能。一般情况下用碳钢， 重要的轴用合金钢。 合金钢代替碳钢并不能提高轴的刚度。 轴的常用材料及其主要力学特性表
第十五章 轴
§15-1 概述 §15-2 轴的结构设计 §15-3 轴的强度计算 §15-4 轴的刚度计算 §15-5 轴的振动及临界转速
§15-1 概 述
一、轴的用途及分类
轴的功用：1）支承回转件； 2）传递运动和动力。
按所受载荷的不同，分为：
◆
§15-1轴的概述1
心 轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。
四、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。
轴强度的计算
2．当量弯矩法
这种方法适用于转轴的计算。计算步骤如下： 1） 轴的弯矩与扭矩分析
轴的强度计算2
轴的强度计算3
轴强度的计算
2） 校核轴的强度 根据弯矩图和转矩图（或当量弯矩图）确定可能的危险截面。可按 第三强度理论计算危险截面的弯扭合成强度。
M 2 (T ) 2 M 2 T 2 当量应力： e 2 4 2 ( ) 4( ) W WT W
更多内容
[φ ]－为轴的许用扭角，见表12－7。
§15-4轴的刚度计算1
光轴
57.3Tl GI p
式中：T、l－分别为轴的转矩（N.mm）和受扭长度（mm）。
G－为轴材料的切变模量，钢：G＝8.1×104 MPa。
Ip－为轴的截面极惯性矩（mm4），实心圆轴：Ip＝πd 4／32；
阶梯轴
57.3 n Ti li G i 1 I pi
轴的结构设计：即确定轴的合理形状和全部结构尺寸。
轴的结构设计应该保证： ◆ 轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；
◆ ◆
便于轴上零件的装拆和调整； 轴应具有良好的制造工艺性等。 §15-2轴的结构设计1
一、轴的各部名称及其功能
1）轴头： 轴上安装轮毂的轴段。
图例
2）轴颈： 轴上安装轴承的轴段。 3）轴肩：
峰值载荷产生的扭切应力
强度条件为：
SS
S S S S S
2 S
S
2 S
S s
许用安全系数［Ss］的选取见表12－6。
§15-4 轴的刚度计算
对刚度有要求的轴，需进行刚度计算。例如：电动机的转子轴、内燃 机的凸轮轴等。
1．轴的扭转刚度计算
扭转刚度条件： 扭角
[ ]
详细说明
de
d i li li
式中：di、li－第 i 个轴段的轴径和长度。
§15-5 轴的振动及临界转速
◆ 轴是一弹性体，旋转时，会产生弯曲振动、扭转振动及纵向振动。 ◆ 当轴的振动频率与轴的自振频率相同时，就会发生共振。 ◆ 共振时轴的转速称为临界转速。 ◆ 临界转速有多个，其中一阶临界转速（其转速最低）下的共振最激烈。 一般通用机械中的轴很少发生共振。高速轴易共振，多为弯曲共振。 1. 单圆盘轴的一阶临界转速 nc1
装配过程演示
三、轴的设计实例 轴的设计包括结构设计和工作能力计算两方面的内容，下面通过设 计一个圆锥─圆柱齿轮减速器的输出轴来说明一具体轴的设计内容。
轴的设计实例
2. 多圆盘轴的一阶临界转速 －见教材P253。
轴的设计实例
一、轴的结构分析
轴的设计实例
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 的零件应便于装拆和调整，轴应具有良好的制造工艺性等。下面通过一 具体轴系结构的改错加以说明。 二、装配顺序演示
轴系结构的改错 轴的结构分析
轴上装有多种零件时，各零件有其正确的装配顺序，下面通过一 具体实例来说明装配顺序。