轴的结构设计
轴的分类与结构设计及其应用
②保证零件所需的装配空间、调整空间。应考虑轴 上零件之间的距离及轴上零件与机架之间的距离
4 轴的结构工艺性
主要考虑以下因素： （1） 为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出45的倒角。
（2）需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽。 （3） 需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。
（4） 为了减少装夹工件的时间，同一轴上不同轴段的键 槽应布置在轴的同一母线上。
双圆螺母
④轴端挡圈 只适用于定位轴端零件。
⑤弹性挡圈、紧钉螺钉、锁紧挡圈作轴向定位
特点：承受轴向力能力较差，适用于轴向力不大 的场合。
弹性挡圈
紧钉螺定
锁紧挡圈
6圆锥面定位 特点： ⑥多用于承受冲击
载荷和同心度要求较高的 轴端零件。
⑦ 轴承盖 特点：可承受较大的轴
向力，通常通过螺钉或榫 槽与箱体联接，通过轴承可对整个轴起轴向定位 作用
按纯扭T确定dmin
从dmin (处于轴端)开始
轴中间(d )
在确定各轴段直径时应注意的问题；
（1）安装标准件的部位的轴径，应取为相应的标准值。
（2）为了使齿轮、轴承等零件装拆方便，可设置非定位 轴肩。
⑵各轴段长度的确定
轴的各段长度主要是根据轴上零件的宽度及它 们的相对位置来确定。
在确定轴长时注意： ① 为了保证轴向定位可靠，与齿轮和 联轴器等零件相配合部分的轴段长度一 般应比轮毂长度短2 ~ 3mm。
no 验算合格?
yes
结束
3 轴的材料
轴的材料：主要是碳钢和合金钢 轴的毛坯：轧制圆钢：d<100mm，锻件d>100mm ①②..一 传般 递应 大用 动力:4，5钢要(求35减、少50尺代寸用及)，重调量质，正提火 高
轴的结构设计
机械设计基础
Machine Design Foundation
轴的结构设计
4 轴的结构工艺性 轴的结构工艺性是指所轴的结构形式应便于加工和
装配轴上的零件，并且生产率高，成本低。为了使轴的 工艺性好，轴的结构设计应注意以下几个问题。
(1) 为便于零件的装拆，轴端应有45°的倒角,零件装 拆时所经过的各段轴径都要小于零件的孔径；
(2) 轴肩或轴环定位时，其高度必须小于轴承内圈端 部的厚度； (3) 用套筒、圆螺母、轴端挡圈作轴向定位时，一般 装配零件的轴头长度应比零件的轮毂长度短2～3mm， 以确保套筒、螺母或轴端挡圈能靠紧零件端面;
机械设计基础
Machine Design Foundation
轴的结构设计
(4) 轴上的圆角、倒角和退刀槽应尽可能取相同尺寸， 以减少刀具数量和换刀时间。为了减少轴的装夹次数， 轴上有两个以上键槽时，应尽可能布置在同一条母线上; (5) 轴上磨削的轴段和车制螺纹的轴段，应分别留有螺 纹退刀槽和砂轮越程槽;且后轴段的直径小于轴颈处的 直径，来减少应力集中，提高疲劳强度; (6) 装配段不宜太长。
机械设计基础
Machine Design Foundation
轴的结构设计
2) 轴段长度的确定 (1) 在安装齿轮时为了使齿轮固定可靠，应使齿轮轮毂 宽度大于与之相配合的轴段长度，一般两者的差取2～ 3 mm。 (2) 装滚动轴承处的轴长，查手册按轴承宽度来确定。 (3) 轴上回转零件与其他零件之间的轴向距离推荐：两 回转件间的距离取10～20 mm；回转件与内壁之距离取 10～20 mm；轴承端面至箱体内壁之距离为当减速器齿轮 圆周速度v＞2 m/s时，轴承采用油液飞溅润滑，取5～ 10 mm；当减速器齿轮圆周速度v＜2 m/s时，轴承采用油 脂润滑，还需加挡油环，防止油脂被稀释，取10～15mm； 外伸件距箱体轴承盖的距离，考虑应留有螺钉装拆及扳 手空间位置，取20～35mm。
轴结构的设计步骤
轴结构的设计步骤轴的结构设计须在经过初步强度计算，已知轴的最小直径以及轴上零件尺寸（主要是毂孔直径及宽度）后才进行。
其主要步骤为：1．确定轴上零件装配方案：轴的结构与轴上零件的位置及从轴的哪一端装配有关。
2．确认轴上零件定位方式：根据具体内容工作情况，对轴上零件的轴向和周向的定位方式展开挑选。
轴向定位通常就是轴肩或轴环与套筒、螺母、挡圈等女团采用，周向定位多使用平键、花键或过盈协调连结。
3．确定各轴段直径：轴的结构设计是在初步估算轴径的基础上进行的，为了零件在轴上定位的需要，通常轴设计为阶梯轴。
根据作用的不同，轴的轴肩可分为定位轴肩和工艺轴肩（为装配方便而设），定位轴肩的高度值有一定的要求；工艺轴肩的高度值则较小，无特别要求。
所以直径的确定是在强度计算基础上，根据轴向定位的要求，定出各轴段的最终直径。
4．确认各轴段长度：主要根据轴上协调零件毂孔长度、边线、轴承宽度、轴承斜槽的厚度等因素确认。
5．确定轴的结构细节：如倒角尺寸、过渡圆角半径、退刀槽尺寸、轴端螺纹孔尺寸；选择键槽尺寸等6．确认轴的加工精度、尺寸公差、形位公差、协调、表面粗糙度及技术建议：轴的精度根据协调建议和加工可能性而的定。
精度越高，成本越高。
通用型机器中轴的精度多为it5～it7。
轴应当根据加装建议，厘定合理的形位公差，主要存有：协调轴段的直径相对于轴颈（基准）的同轴度及它的圆度、圆柱度；定位轴肩的垂直度；键槽相对于轴心线的平行度和等距度等。
7．画出轴的工作图：轴的结构设计常与轴的强度计算和刚度计算、轴承及联轴器尺寸的选择计算、键联结强度校核计算等交叉进行，反复修改，最后确定最佳结构方案，画出轴的结构图。
轴的结构设计须在经过初步强度排序，未知轴的最轻直径以及轴上零件尺寸（主要就是毂孔直径及宽度）后才展开。
其主要步骤为：1．确定轴上零件装配方案：轴的结构与轴上零件的位置及从轴的哪一端装配有关。
2．确认轴上零件定位方式：根据具体内容工作情况，对轴上零件的轴向和周向的定位方式展开挑选。
轴的结构设计
轴的结构设计
• 1.2 轴的结构设计
轴的结构设计就是确定轴的外型和全部结构尺寸。影响轴结构的因 素很多，设计时应对不同情况进行具体分析。对一般轴结构设计的基 本要求是：
1.便于轴上零件的装配
2.保证轴上零件的准确定位和可靠固定 3. 轴的加工和装配工艺性好 4.减少应力集中，改善轴的受力情况
轴的结构设计
• 1.2 轴的结构设计
1.便于轴上零件的装配 为便于轴上零件的装拆，将轴做成阶梯轴。对于剖分式箱体，轴的
直径由中间向两端逐渐变小。如图1-9所示，首先将平键装在轴上，再 从左端依次装入齿轮、套筒、左端轴承，从右端装入右端轴承，然后 将轴置于箱体的轴承孔内，装上左、右轴承端盖，再从左端装入平键、 带轮。
采用定位套筒代替圆螺母和弹性挡圈使零件轴向固定，可避免在轴上 制出螺纹、环形槽等，能有效地提高轴的疲劳强度。
轴的表面质量对轴的疲劳强度影响很大。因轴工作时，最大应力发生 在轴的表面处，另一方面，由于加工等原因，轴表面易产生微小裂纹， 引起应力集中，因此轴的破坏常从表面开始。减小轴的表面粗糙度，或 采用渗碳，高频淬火等方式进行表面强化处理，均可以显著提高轴的疲 劳强度。
②套筒和圆螺母 当轴上零件距离较近时用套筒作相对固定,可简化轴 的结构，减少轴径的变化，减少轴的应力集中，如图1-9所示。
当套筒太长时，可采用圆螺母作轴向固定。此时须在轴上加工螺纹， 将会引起较大的应力集中，轴段横截面面积减小，影响轴的疲劳寿命， 如图1-11所示。
轴的结构设计
图1-10 轴肩
图1-11 圆螺母定位
d=（0.8~1.2）D； 各级低速轴段直径可按同级齿轮的中心距a估算，
d=（0.3~0.4）a。
轴的结构设计课件
球墨铸铁容易获得复杂的形状，而且吸振性好，对应 力集中敏感性低，适用于制造外形复杂的轴，如曲轴和凸 轮轴等。
轴的结构设计
27
五、轴的设计
类比法
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。
设计计算法
开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的位置及支点情 况，无法确定轴的受力情况，只有待轴的结构设计基本完 成后，才能对轴进行受力分析及强度计算。因此，一般在 进行轴的结构设计前先按纯扭转受力情况对轴的直径进行 估算。然后进行轴的结构设计后，再按弯扭合成的理论进 行轴危险截面的强度校核。
强度不够，则必须重新修改轴的结构。 （5）绘制轴的零件工作图
轴的结构设计
29
六、轴毂联接
轴毂联接主要是用来实现轴和轮毂之间的周向固定并 用来传递运动和扭矩，有些可承受少量轴向力。
轴毂连接
键连接 花键连接
松键连接 紧键连接
过盈配合连接
销连接
平键连接 半圆键连接
楔键连接 切向键连接
轴的结构设计
30
（一）键联接
1.轴上零件的轴向定位与固定 常用的轴向固定方法有：轴肩（轴环）、圆螺母（止
动片）、套筒、弹性挡圈、紧定螺钉、轴端挡圈定位等。
轴的结构设计
12
轴肩（轴环）
特点：结构简单，定位可靠 ，可承受较大的轴向力 应用：齿轮、带轮、联轴器、 轴承等的轴向定位
轴的结构设计
13
圆螺母
特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力 由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降
轴的结构设计
17
2.轴上零件的周向固定
为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动， 轴和轴上零件必须可靠地沿周向固定（连接）。常用的周 向固定方法有：销、键、花键、过盈配合和成形联接等， 其中以键和花键联接应用最广。
举例说明轴结构设计的要点
举例说明轴结构设计的要点一、介绍轴结构设计的背景和意义轴是机械传动中的重要部件，其结构设计直接影响到机械性能和使用寿命。
因此，轴结构设计是机械设计中非常重要的一个环节。
合理的轴结构设计可以提高机械设备的工作效率和使用寿命，降低维修成本和故障率。
二、轴结构设计的要点1. 轴的材料选择轴的材料应该具有良好的力学性能、耐磨性和耐腐蚀性。
常用的轴材料有碳素钢、合金钢、不锈钢等。
在选择材料时，还需要考虑到生产成本和可靠性等因素。
2. 轴径和长度确定轴径和长度是根据承载力、转速、工作条件等因素来确定的。
一般来说，轴径越大，承载能力越强，但也会增加制造成本；而轴长度则需要根据具体情况进行合理设置。
3. 轴承选型与布局在进行轴结构设计时，需要根据承载能力及转速等因素来选择合适的轴承类型，并进行合理布局。
同时还需要注意保证轴承的润滑和散热条件。
4. 轴的表面处理轴的表面处理对于其使用寿命和性能有着重要的影响。
常用的表面处理方法包括镀铬、氮化、热处理等。
选择合适的表面处理方法可以提高轴的耐磨性和耐腐蚀性。
5. 轴尺寸公差控制在进行轴结构设计时，需要根据实际情况合理设置轴尺寸公差，以保证轴件之间的配合精度。
过大或过小的公差都会影响到机械设备的工作效率和使用寿命。
6. 轴与其他部件配合设计在进行轴结构设计时，还需要考虑到与其他部件之间的配合关系。
例如，轴与齿轮之间需要保证精准配合，以确保传动效率和稳定性。
三、举例说明以汽车发动机曲轴为例，其结构设计要点包括：1. 材料选择：一般采用高强度铸钢或锻造钢材料。
2. 轴径和长度确定：根据发动机功率、转速等因素来确定曲轴直径和长度。
3. 轴承选型与布局：曲轴采用滚动轴承，需要合理布局以保证润滑和散热条件。
4. 轴的表面处理：曲轴表面经过淬火、磨削等处理，以提高其耐磨性和耐腐蚀性。
5. 轴尺寸公差控制：曲轴尺寸公差需要控制在合理范围内，以确保与其他部件的精准配合。
6. 轴与其他部件配合设计：曲轴与连杆、齿轮等部件之间需要进行精准配合设计，以确保发动机传动效率和稳定性。
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。
轴的结构设计
轴的结构设计
轴的结构设计是指在机械设备中使用的轴的形状、尺寸、材料、加工工艺等方面的设计。
轴是一种常见的机械零件，用于传递旋转运动和承受力矩。
在轴的结构设计中，需要考虑以下几个方面：
1. 轴的形状和尺寸：根据传递的力矩和转速要求，确定轴的直径、长度、几何形状等。
轴的形状可以是圆柱形、圆锥形、轮廓复杂的曲线形等。
2. 轴的材料：选择合适的材料，以满足轴的强度、刚度和耐磨性等要求。
常用的轴材料有结构钢、合金钢、不锈钢等。
3. 轴的加工工艺：确定轴的加工工艺，包括车削、磨削、冷挤压等。
根据轴的尺寸和形状，选择合适的加工方法，以保证轴的精度和表面质量。
4. 轴的键槽和轴承座设计：考虑轴与其他部件的连接方式和承载情况，设计合适的键槽形状和尺寸，以及轴承座的布局和结构。
5. 轴的表面处理：根据使用环境和要求，对轴进行表面处理，如镀铬、钝化、渗碳等，以提高轴的耐磨性和防腐蚀性。
总之，轴的结构设计需要兼顾轴的强度、刚度、耐磨性、轴与
其他部件的连接方式等方面的要求，以保证轴在工作过程中的可靠性和寿命。
轴的结构设计
轴的设计1.轴的功用1）支撑回转零件2）传递运动和转矩。
2.轴设计时要解决的问题1）结构问题，确定轴的形状和尺寸；2）强度问题，防止轴发生疲劳断裂；3）刚度问题，防止轴发生过大的弹性变形；4）振动稳定性问题，防止轴发生共振。
3.轴结构应满足的要求1）加工工艺性好；2）便于轴上零件装拆；3）轴上零件要有准确的定位；4）轴上零件要有可靠的固定。
4.轴上零件的轴向定位和固定1）轴肩或轴环定位轴肩：h＝(0.07~0.1)d＞R或C；非定位轴肩：h＝1～2 mm，作用是便于轴上零件的装拆；轴环宽度一般取：b =1.4 h；滚动轴承的定位轴肩或轴环高度－查标准；2）套筒对轴上零件起固定作用，常用于近距离的两个零件间的固定。
3）圆螺母用于轴上两零件距离较远时，或轴端。
需切制螺纹，削弱了轴的强度。
4）弹性挡圈需切环槽，削弱了轴的强度。
承受不大的轴向力。
5）轴端挡圈用于固定轴端零件，能承受较大的轴向力。
常配合锥面使用。
5.轴上零件的周向固定防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩。
常用的周向固定方法：平键、花键、紧定螺钉。
6.轴的强度计算1）按扭转强度计算式中，系数C 与轴的材料和承载情况有关，查表。
弯矩相对转矩较小或只受转矩时，C 取小值；弯矩较大时，C 取大值；扭转强度公式一般用来初算轴的直径，计算出的d 作为受扭段的最小直径d min；若该轴段有一个键槽，d 值增大5% ，有两个键槽，增大10%。
2）按弯扭合成强度计算由于σb 与τ的循环特征可能不同，需引进校正系数α将τ折合成对称循环变应力。
式中，M e为当量弯矩。
7.轴的设计步骤1）根据功率P 和转速n ，用扭转强度公式初算受扭段的最小直径d min；2）根据初算轴径，进行轴的结构设计；3）按弯扭合成强度校核轴的危险截面（N则返回步骤2）；4）将d min 圆整成标准直径。
轴系的结构设计
四、轴上零件的周向定位
运转时，为了传递转矩或避免与轴发生相对转动， 零件在轴上必须周向固定。
轴上零件的周向定位方法主要有键联接（平键、 半圆键、楔键等）、花键联接、弹性环联接、过 盈配合联接、销联接、成型联接等等。
a)平键
制造简单、装拆方便。用 于传递转矩较大，对中性 要求一般的场合
b)花键
锥顶重合于轴承回转 轴线
七、轴的结构工艺性
1、关于轴的形状：阶梯轴
• 由于阶梯轴接近于等强度，而且便于加工和轴 上零件的定位和拆装，所以实际上的轴多为阶 梯形.
2、关于轴的有关尺寸
➢ 为了能选用合适的圆钢和减少切削用量，阶梯轴 各轴段的直径不宜相差过大，一般取为5~10MM。
➢ 为了便于切削加工，一根轴上的圆角应尽可能取 相同的半径；
轴系结构的设计
第一节 轴 一、轴的功用和分类
1、功用：支承其他回转件，承受转矩与弯矩， 并传递运动和动力。
2.轴的分类
1）按所受载荷特点分三种： 心轴： 只承受弯矩;如 传动轴：只承受转矩;如 转轴：同时承受弯矩和转矩;如
2）按轴的结构形状分：
直轴，曲轴； 光轴，阶梯轴； 空心轴，实心轴； 刚性轴，挠性轴。
3、用带螺纹的端盖调整；
4、用圆螺母调整轴承内圈调整游隙。
预紧的定义：
对某些可调游隙的轴承，为提高旋转精度和 刚度，常在安装时施加一定的轴向作用力（预紧 力）消除轴承游隙，并使内、外圈和滚动体接触 处产生微小弹性变形。
预紧的方法有：
一般采用移动轴承套圈的方法；对一些支承 的轴承组合，还可用金属垫片或磨窄外圈等方法 获得预紧。
内圈滚道、滚子和外圈滚道这三个圆锥面的锥顶必须重合于轴承回 转轴线上——说着玩的！
《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
轴的结构设计
轴旳毛坯:一般用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。
如用球墨铸铁制造曲轴和凸轮轴，具有成本低廉、吸振性很好、相应力集中旳敏感较低、强度很好等优点。
表15-1 轴旳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
HBS
MPa
弯曲疲劳极限σ-1
应用阐明
Q235
440
240
类
型 按轴旳形状分有：
发动机
传动轴
后桥
青岛科技大学专用
潘存云教授研制
§15-1 概 述
一、轴旳用途及分类
功用：用来支撑旋转旳机械零件，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 按轴旳形状分有：
自行车
车厢重力
前轮轴
对于只传递扭转旳圆截面轴，强度条件为：
T
T WT
9.55106 P 0.2d 3n
[ T ]
解释各符
MPa 号旳意义
及单位
设计公式为：d 3
9.55 106
0.2[ ]
3
P n
A0 3
P n
mm
计算成果为：最小直径！ 考虑键槽对轴有减弱，可按下列方式修正轴径：
轴径d＞100mm
轴径d≤100mm
按轴旳形状分有：
阶梯轴
青岛科技大学专用
潘存云教授研制
§15-1 概 述
一、轴旳用途及分类
功用：用来支撑旋转旳机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
轴结构设计的基本要求
轴结构设计的基本要求
轴结构设计是指在机械设备中，对于轴的使用和设计方法的总称。
对于轴的结构设计，有以下几个基本要求。
1.强度要求：轴的强度是设计的一个重要方面，需要考虑到承受
的载荷和力矩等因素，才能确定合适的材料和尺寸。
2.刚度要求：轴的刚度直接影响到机械设备的工作性能，刚度越大，失配的可能性就越小，精度也越高。
3.稳定性要求：轴的稳定性就是指轴能够承受震动、突然负载等
外界因素的影响，不会发生任何的变形或破裂现象。
4.平衡要求：轴在使用过程中，如果出现了不平衡现象，就会使
得机械设备的工作出现问题。
因此，设计时需要考虑轴的平衡性。
5.装配配合要求：轴与相邻零件的配合是设计的重要方面，使得
机械设备能够保持稳定和精确的运行。
6.可靠性要求：轴结构设计需要考虑到耐久性、使用寿命、维护
保养等诸多方面，以最大程度地保证设备的可靠性和持久性。
综上所述，轴结构设计的基本要求是强度、刚度、稳定性、平衡、装配配合和可靠性。
只有在满足这些基本要求的基础上，才能有效地
提高机械设备的工作性能。
轴结构设计的基本要求
轴结构设计的基本要求一、概述轴结构设计是工程设计中的一个重要环节，涉及到建筑、机械、航空等领域。
良好的轴结构设计可以提高工程的稳定性、安全性和可靠性，对于工程的整体性能有着至关重要的影响。
本文将从基本要求、设计流程、典型问题以及优化方法等方面，对轴结构设计进行全面、详细、完整且深入地探讨。
二、基本要求轴结构设计的基本要求主要包括以下几个方面：1.强度与刚度轴结构需要具备足够的强度和刚度，以承受外部荷载和自重，同时保证结构的变形在允许范围内。
在设计过程中，需要根据具体的工况和要求，合理选取材料、截面形状和尺寸，并进行强度和刚度的计算和验证。
2.稳定性轴结构设计要考虑结构的稳定性，即在受到外部荷载作用时，能够保持结构的平衡和稳定。
对于长、细比较大的轴结构，常常需要进行稳定性分析，避免产生屈曲失稳。
3.耐久性轴结构设计还要考虑结构的耐久性，包括抗氧化、抗腐蚀、抗疲劳等方面。
对于暴露在恶劣环境中的轴结构，要选择具有良好耐久性的材料，并进行相应的表面处理和防护措施。
4.可维护性轴结构的设计要考虑到结构的可维护性，即方便对结构进行检修和维护。
在设计过程中，要合理安排构件和连接方式，尽可能减少维护工作的难度和成本。
5.经济性轴结构设计要追求经济性，即在满足上述基本要求的前提下，尽可能减少材料消耗和工程造价。
要综合考虑各种因素，选择合适的设计方案，进行经济性评估和比较。
三、设计流程轴结构设计的一般流程包括以下几个步骤：1.确定设计任务和约束条件在设计之前，需要明确设计的任务和约束条件，包括结构类型、荷载要求、使用环境等。
这些信息将对后续的设计决策和计算分析起到重要的指导作用。
2.选取合适的材料根据设计任务和约束条件，选取合适的材料，考虑材料的强度、刚度、耐久性等指标，并结合实际情况进行选择。
3.确定截面形状和尺寸根据选取的材料和设计要求，计算出轴结构的截面形状和尺寸。
在进行计算时，要考虑强度、刚度、稳定性等多个因素，并进行综合比较和优化。
举例说明轴结构设计的要点
轴结构设计要点1. 什么是轴结构设计轴结构设计是指在建筑设计中，针对建筑物或结构的轴线进行规划和设计，以确定其中的主轴线、次轴线、平行轴线、对称轴线等。
轴结构设计不仅仅是对建筑形式进行布局，还包括对建筑物功能、空间布局和流线等方面的考虑。
2. 轴结构设计的重要性轴线是建筑设计的基础，它决定了整个建筑物的形式和内部布局。
合理的轴线设计可以使建筑物更加美观、功能布局合理，并且增强建筑的整体性和统一性。
同时，轴线还是建筑物内部空间流线的引导者，可以使人在建筑内部产生直观、连贯的空间感。
3. 轴结构设计的要点3.1 主轴线的确定主轴线是建筑物整体形式和布局的基础，一般沿建筑物的最主要的线性方向进行布置。
确定主轴线时，需要考虑建筑物的用途、功能需求、场地条件等因素，并且要与周围环境和背景相协调。
3.2 次轴线和平行轴线的确定除了主轴线外，还可以通过次轴线和平行轴线来丰富建筑的形式和空间布局。
次轴线可以是相对主轴线垂直或与之成角的线，平行轴线可以沿主轴线的方向延伸。
次轴线和平行轴线的设置要考虑建筑物的功能和空间需求，以及视觉效果的追求。
3.3 轴线的对称性轴线的对称性是轴结构设计中的重要要点之一。
对称轴线可以增强建筑物的整体性和稳定感，使建筑物更加协调。
对称轴线不仅可以体现在建筑物的平面布局上，还可以体现在立面和空间布局中。
3.4 空间流线的引导轴结构设计还要考虑建筑物内部的空间流线，即人在建筑物内部的移动路径。
合理的空间流线设计可以提高建筑物的使用效率和功能性，使人在其中感到舒适和便捷。
空间流线的引导可以通过轴线的设置和空间布局来实现。
4. 轴结构设计的案例举例4.1 欧洲古典建筑的轴线设计欧洲古典建筑中经典的轴线设计可以通过拿破仑的凯旋门来说明。
凯旋门的主轴线延伸至远处的卢浮宫，在主轴线上还设置了平行轴线和次轴线。
整个轴线系统通过对称和空间流线的引导，形成了庄严、壮观的建筑形式和布局。
4.2 现代建筑的轴线设计现代建筑中的轴线设计注重独特性和个性化。
轴的结构设计及计算
轴的结构设计及计算一、轴的结构设计1.轴的外形尺寸设计轴的外形尺寸设计包括轴的直径、长度、轴颈长度、轴草图等方面。
具体设计参数受以下因素影响：（1）载荷：轴的外形尺寸应根据设计负载来确定。
载荷分为轴向负载和弯矩负载两部分。
轴向负载通过轴承来传递，而弯矩负载作用在轴的中部。
（2）材料：轴的外形尺寸受轴材料的强度和刚度限制。
根据材料的特性，考虑到轴的强度、韧性和硬度。
（3）工作条件：轴工作环境的温度、湿度、油脂润滑、振动等因素对外形尺寸的设计有影响。
例如，在高温情况下，轴的线膨胀要考虑，以保证工作正常。
2.轴的内部结构设计轴的内部结构设计包括轴承座设计、防滑设计和轴孔尺寸设计。
（1）轴承座设计：根据所选定的轴承类型和尺寸，设计轴承座结构，以确保轴与轴承之间的协调度。
轴承座结构应具有足够的强度和刚度，能够传递载荷，并保证轴与轴承之间的空隙要求。
（2）防滑设计：轴与零件之间需要使用紧固件进行连接，以避免轴在工作时滑动和脱离。
必须根据设计载荷和接口尺寸来计算紧固件的数量和规格。
（3）轴孔尺寸设计：根据零件的要求和装配要求，设计轴孔尺寸，使得轴能够与其他零件有效连接，并保证装配的质量。
二、轴的计算1.轴的强度计算轴的强度计算一般涉及以下几个方面：（1）轴的弯曲强度计算：根据所受弯矩以及轴的几何形状、材料等参数，计算轴在弯曲工况下的承载能力。
考虑轴的弯矩分布、扭转矩、振动疲劳影响等因素，进行强度计算。
（2）轴的切削强度计算：当轴上存在切削力或切削载荷时，计算轴在切削区域内的切削强度，以确保轴能够承受切削载荷，并避免刀具和轴的损坏。
（3）轴的挤压强度计算：当轴上存在压力或挤压载荷时，计算轴在压力区域内的挤压强度，以确保轴能够承受挤压载荷，并避免轴的变形或破裂。
2.轴的刚度计算轴的刚度计算是为了评估轴的变形情况，以确保设计轴的刚度足够，以满足使用要求。
在刚度计算中，可以应用刚度矩阵法和有限元法计算轴的刚度。
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例1 已知传递的功率P=3.32kw，从动轮的转速n=76.4r/min,直齿圆柱齿轮分度圆直
径d2=250mm,传递的转矩T=415.82Nm
（1）选择轴的材料确定许用应力
由已知条件知减速器传递的功率属于中小功率，材料无特殊要求，故选用45#钢调质处理，由表6-1查得强度极限σB=650Mpa，许用弯曲应力【σ-1b】=60Mpa
（2）按扭矩强度估算直径
根据表6-2得C=118～107，又由式（6-5）得d≥c(p/n)1/3
=(107～118)×(3.32/76.4)1/3=37.6～41.5mm
考虑到轴的最小直径处要求安装联轴器，会有键槽存在，故将计算直径加3%～5%取38.73～41.5mm,由设计手册取标准直径d1=42mm
（3）设计轴的结构并绘制草图
由于设计的是单级减速器，可将齿轮布置在箱体内部中央，将轴承对称安装在齿轮两
侧轴的外伸端安装半联轴器。
1）、确定轴上零件的位置和固定方式，要确定轴的结构形状，必须确定轴上零件的装
拆顺序和固定方式，确定齿轮从右端装入，齿轮的左端用轴肩（或轴环）定位，右端
用套筒固定，这样齿轮在轴上的轴向位置完全被确定，齿轮的周向固定采用平键联接，
轴承对称安装于齿轮的两侧，其轴向用轴肩固定，周向固定采用过盈配合。
2）、确定各轴段的直径，如图所示，轴段a（外伸端）直径最小，d1=42mm,考虑到要对
安装在轴段a上的联轴器进行定位，轴段b上应有轴肩，同时为能很顺利地在轴段c、
f 上安装轴承，轴段c、f必须满足轴承的内径的标准，故取轴段c、f的直径分别为
d3=55mm d6=55mm,用相同的方法确定轴段b、d、e的直径d2=50mm d4 =60mm d5=68mm,选用6211轴承。
3）、确定各轴段的长度，齿轮的轮毂宽为72mm，为保证齿轮固定可靠，轴段d的长度
应略短于齿轮轮毂宽，取L4=70mm。
为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱
体内壁间应留有一定的间距取该间距为13mm。
为保证轴承安装在轴承座孔中（轴承宽
度为21mm）并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁的距离为5mm。
所以轴段e的
长度L5=18mm, 轴段f的长度L6=20mm。
轴段c由轴承安装的对称性知，L3=40mm,轴段
b的长度L2=66mm,轴段 a的长度由联轴器的长度确定得L1=83mm(由轴颈d1=42mm知联
轴器和轴配合部分的长度为84mm),在轴段a 、d 上分别加工出键槽，使两键槽处于轴
的同一圆柱母线上，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，a处选用平键12×8×70，d处选用平键18×11×60。
4）、选定轴的结构细节，如圆角、倒角、退刀槽等的尺寸。
（4）按弯扭合成强度校核轴径：
Ft2=2T2/d2=2×415.82/250N=3326.56N
Fr2=Ft2 tgα’=3326.56×tg200N=1210.77N 如图在水平面内：
FHA=FHB= Ft2/2=3326.56/2N=1663.28N
I—I截面处的弯矩为：
MHI=MHC=1663.28×128/2 Nm=106.45Nm
II—II 截面处的弯矩为：
MHII=1663.28×28 Nm=46.57Nm
在垂直面内：
FVA=FVB=Fr2/2=1210.77/2N=605.39N
I—I截面处的弯矩为
MVI=MVC=605.39×128/2 Nm=38.74Nm
II—II截面处的弯矩为
MVII=605.39×28 Nm=16.95Nm
I—I截面：
MI=(MVI2+MHI2)1/2=(106.452+38.742)1/2 Nm=113.28Nm
II—II截面：
MII=(MHII2+MVII2)1/2=(16.572+16.952)1/2 Nm=49.56Nm
T=9550 p/n=9550×3.32/76.4 Nm=415Nm
I—I截面：
M e I=(MI2+(αt)2)1/2=(113.282+(0.6×415)2)1/2 Nm=273.56Nm
II—II截面：
M e III=(MII2+(αt)2)1/2=(49.562+(0.6×415)2)1/2 Nm=253.88Nm I--I截面：
σe I=Me I/w=273.56/(0.1×603) Mpa =12.66Mpa<[σ-1b]
II--II截面:
σe II=Me II/w=253.88/(0.1×553) Mpa =15.26Mpa<[σ-1b]。