机械设计基础之轴详解
机械设计基础轴PPT课件
心轴的弯曲强度条件：
w
M W
M 0.1d 3
w
设计公式：
式中
d
3
M
0.1
w
静应力状态下：
w 1 w
脉动应力状态下：
ห้องสมุดไป่ตู้
w
0
w
轴转动时：
w
1
w
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三、转轴的强度计算
钢轴危险截面的当量弯曲应力强度条件：
Me M 2 (T )2
当量弯矩
ew
1 0.1d 3
T
T WT
T 0.2d 3
9.55106 0.2d 3n
p
T
设计公式：
d
3
T
0.2T
3
9.55 106
0.2T
3
p n
C3
P n
注： ①一般开一个键槽：
d 开1两.0个3键槽：
d 1.07
②上式为轴颈的初步估算值，是轴上受扭段的最小直径。
③将轴径取为标准值。
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二、心轴的强度计算
例题
单级斜齿圆柱齿轮减速器 已知：轴上齿轮的分度圆直径，作用在齿轮上的切向力，径向力，
轴向力，传动不逆转，轴的材料为45钢，进行调质处理。 试校核：该轴的强度。
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例题（续）
第19页/共26页
例题（续）
解：这是一转轴：弯扭组合，
1．求水平面反力
FAH ,FBH
Ft ——产生扭矩，其余产生弯矩。
M c
0 FAH
80
FBH
80 FAH
FBH
FAH FBH Ft 0FAH = FBH = 2750N
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。
机械设计基础课件_轴
第三节 轴的结构设计
三、结构设计中应考虑的主要问题
（3）轴端挡圈——常与轴肩或锥面联合使用，固定零件 稳定可靠， 能承受较大的轴向力。
注意：轮毂宽度B>轴头长度l ，取l = B- （2~3）mm
第三节 轴的结构设计
三、结构设计中Βιβλιοθήκη 考虑的主要问题（4）圆锥面——装拆方便，可兼作周向固定。宜用于高速、重载及零件对中性
F
F
不合理结构
合理结构
第三节 轴的结构设计
2）使转矩合理分配
输出轮 输入轮
1
下面结构哪个好？
输出轮
输入轮
输出轮
Tmax= T2 + T3 + T4
Tmax= T3 + T4
不合理的布置
合理布置
第三节 轴的结构设计
3）改进轴上零件结构，减轻轴的载荷
卷筒轴既受弯矩又受扭矩
卷筒轴只受弯矩
第三节 轴的结构设计
能，可满足特殊工作要求。多用于高速、重载及要求耐磨性好的场合。
但价格较贵，对应力集中敏感。 20Cr、40Cr、20CrMnTi 3、形状复杂的轴：高强度铸铁及球墨铸铁。球墨铸铁吸振性好， 对应力集中不敏感。常用于凸轮轴、曲轴。
第二节 轴的材料及其选择
注意：钢材
种类 热处理 ∴用 热处理 合金钢 轴的毛坯： 圆钢棒料 锻造毛坯 焊接毛坯 不能提高轴的刚度。
2）轴上零件装配工艺性要求 1.轴的配合直径应圆整为标准值。 2.轴端应有cX45º的倒角。 3.与零件过盈配合的轴端应加工出导向锥面。
° °
a）倒角
b）导向锥面
4.装配段不宜过长。
第三节 轴的结构设计
（四）、提高轴强度和刚度的措施
杨可桢《机械设计基础》复习笔记和课后习题(含考研真题)详解(轴)
第14章轴14.1 复习笔记一、轴的功用和类型轴是机器中的重要零件之一，用来支持旋转的机械零件和传递转矩。
1．按承受载荷的不同分类（1）转轴既传递转矩又承受弯矩的轴。
（2）传动轴只传递转矩而不承受弯矩或弯矩很小的轴。
（3）心轴只承受弯矩而不传递转矩的轴。
2．按轴线的形状不同分类按轴线的形状可分为直轴、曲轴、挠性钢丝轴。
二、轴的材料轴的材料常采用碳钢和合金钢。
1．碳钢45号钢应用最为广泛，为了改善其力学性能，应进行正火或调制处理。
不重要或受力较小的轴，则可采用Q235、Q275等碳素结构钢。
2．合金钢合金钢具有较高的力学性能与较好的热处理性能，但价格高。
三、轴的结构设计1．制造安装要求（1）为便于轴上零件的装拆，常将轴做成阶梯形；（2）对于一般剖分式箱体中的轴，其直径从轴端逐渐向中间增大；（3）为使轴上零件易于安装，轴端及各轴段的端部应有倒角；（4）轴上磨削的轴端，应有砂轮越程槽；（5）车制螺纹的轴端，应有螺纹退刀槽；（6）在满足使用要求的情况下，轴的形状和尺寸应力求简单，以便于加工。
2．轴上零件的定位安装在轴上的零件，必须有确定的轴向定位。
阶梯轴上的截面尺寸变化处称为轴肩，可起到轴向定位的作用。
3．轴上零件的固定（1）轴上零件的轴向固定零件轴向固定的方法主要有轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈等。
①当无法采用套筒或套筒太长时，可采用圆螺母加以固定。
②为保证轴上零件紧靠轴肩，轴肩的圆角半径r必须小于相配零件的倒角C1或圆角半径R，轴肩高h必须大于C1或R。
③轴向力较小时，零件在轴上的固定可采用弹性挡圈或紧定螺钉。
（2）轴上零件的周向固定轴上零件的周向固定，大多采用键、花键或过盈配合等连接形式。
采用键连接时，为加工方便，各轴段的键槽宜设计在同一加工直线上，并应尽可能采用同一规格的键槽截面尺寸。
4．轴的各段直径和长度的确定（1）轴径的确定①有配合要求的轴段应尽量采用标准直径；②安装有标准件的轴径，应符合各标准件内径系列的规定；③套筒内径应与相配的轴径相同，并采用过渡配合。
机械设计基础课件第十四章 轴
• • • • • • 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。
机械设计基础第11章 轴
§11-1 概述 §11-2 轴的结构设计 §11-3 轴的强度计算
小结
第一节 概述
作用：支承作回转运动的零件（如齿轮、带轮、链轮、凸轮、 车轮、蜗轮等）； 传递运动和动力。
一、轴的分类
1.按轴线的形状，分为：
直轴
（通用件）
光轴:形状简单，加工
容易，应力集中源少， 实心轴
但轴上的零件不易装
r ＜ R （或倒角C）＜h
滚动轴承的定位轴肩，应小于轴承内圈 的厚度，以方便轴承的拆卸。
3）为便于零件的装拆而设计的非定位轴肩高度（半径差）h ≈
0.5～1.5mm。
第二节 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 ，以保证套筒、圆螺 母、轴端挡圈能靠紧轮毂端面，固定可靠。 2） 轴颈的长度一般等于轴承的宽度。 3）回转零件与机体等固定零件之间要留有适当的间隙，以免相碰
合金钢只能提高轴的强度和耐磨性，但不 能提高轴的刚度，刚度可通过增大轴径，减小 跨度来提高；
第二节 轴的结构设计
轴的结构设计
轴的结构 没有固定 模式，设 计较灵活
即确定轴的合理形状和全部结构尺寸。 工作部分
轴头
轴颈 安装部分
轴身 连接部分
第二节 轴的结构设计
轴的结构设计应主要满足以下要求： ◆满足制造、安装要求
轴应便于加工，轴上零件要方便装拆 ◆满足零件定位固定要求
轴和轴上零件有准确的工作位置，各零件要牢固而可靠地 相对固定。 ◆满足强度要求，受力合理尽量减少应力集中等
第二节 轴的结构设计
一、便于制造和装配
1、在满足使用要求前提下，轴的结构应尽量简单，段数尽可能 少，且相邻轴段的直径差不宜过大，以减小应力集中。
《机械设计基础》第十四章-轴
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
机械设计基础第14章轴
输出
T
T1
设计:潘存云
合理
T2
T1+T2
T1
设计:潘存云
T1+T2
Tmax = T1
不合理 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;
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,凹切圆角以 增大圆角半径,减小局部应力.
α----折合系数 Me---当量弯矩
折合系数取值:α=
0.3 ----转矩不变; 0.6 ----脉动变化; 1 ----频繁正反转.
mm
设计公式: d 3
材 料 碳素钢
Me 0.1[ 1b ]
表14-3 σb
400 500 600 700
800
轴的许用弯曲应力 [σ+1b] [σ0b]
130 170 200 230
C×45,C=0.2,0.5,0.8,1,1.5,2
4)磨削加工的轴段,应留有砂轮越程槽
5)切制螺纹的轴段,应留有退刀槽
6)同一轴上不同轴段的键槽布置在同一母线上 —— 以减少装夹工件的时间
7)轴上直径相近的圆角,倒角,键槽宽度,砂轮越 程槽宽度和退刀槽宽度等应尽可能采用相同的尺 寸 —— 以减少刀具种类和提高生产率
840 N m
6) 求F力产生的弯矩图
927 N m
a
设计:潘存云
P231
M 2 F FMK 4500 0.206 aV
d
a-a 截面F力产生的弯矩为:
M2 M aF F1F L / aV 4803 0.193 / 2
机械设计基础-12.1轴的概述
一、轴的功能和分类轴是组成机器的重要零件之一，其主要功能是支持作回转运动的传动零件(如齿轮、蜗轮等)，并传递运动和动力。
1、按受载情况分根据轴的受载情况的不同轴可分为转轴、传动轴和心轴三类。
a_1 a_2转轴 b传动轴 c 心轴轴的分类转轴：既受弯矩又受转矩的轴(图a_1、图a_2)；传动轴：主要受转矩，不受弯矩或弯矩很小的轴；心轴：只受弯矩而不受转矩的轴；根据轴工作时是否转动，心轴又可分为转动心轴和固定心轴。
转动心轴：工作时轴承受弯矩，且轴转动；固定心轴：工作时轴承受弯矩，且轴固定2、按轴线形状分根据轴线形状的不同轴又可分为曲轴、直轴和钢丝软轴。
曲轴曲轴：各轴段轴线不在同一直线上，主要用于有往复式运动的机械中，如内燃机中的曲轴(图7-2)。
直轴直轴：各轴段轴线为同一直线。
直轴按外形不同又可分为：光轴：形状简单，应力集中少，易加工，但轴上零件不易装配和定位。
常用于心轴和传动轴(左图)。
阶梯轴：特点与光轴相反，常用于转轴(右图)。
钢丝软轴：由多组钢丝分层卷绕而成，具有良好挠性，可将回转运动灵活地传到不开敞的空间位置。
钢丝软轴二、轴设计的主要内容轴的设计包括结构设计和工作能力验算两方面的内容。
（1）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。
（2）轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算。
三、轴的材料及选择轴的材料种类很多，选择时应主要考虑如下因素：1、轴的强度、刚度及耐磨性要求；2、轴的热处理方法及机加工工艺性的要求；3、轴的材料来源和经济性等。
轴的常用材料是碳钢和合金钢。
碳钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过热处理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最广，一般用途的轴，多用含碳量为0.25～0.5%的中碳钢。
尤其是45号钢，对于不重要或受力较小的轴也可用Q235A等普通碳素钢。
合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。
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
机械设计基础第十五章轴
弹性挡圈定位
圆螺母定位
轴的结构设计
5）圆锥形轴端与压板定位。定位可靠，装拆方便，适用于 经常装拆或有冲击的场合。
6）圆柱形轴端与轴端挡圈定位。定位可靠，方便，常用。 7）紧定螺钉定位。承受的轴向力较小，不适用于高速。
圆锥形轴端与压板定位 圆柱形轴端与轴端挡圈定
紧定螺钉定位
轴的结构设计
三、确定各轴段的直径和长度
直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。阶梯轴便于轴 上零件的装拆和定位，省材料重量轻，应用普遍。
曲轴是专用零件，主要用在内燃机一类的活塞式机械中。 轴一般是实心轴，有特殊要求时可制成空心轴，如车床主轴。
除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到 不开敞地空间位置，常用于医疗器械和小型机具中。
带式输送机传动简图
轴的结构设计
方 案
一
齿轮与轴分开制造，齿轮与带轮均从轴的左端装入，轴段⑤ 最粗。该方案较常采用。
轴的结构设计
方 案 二
齿轮与轴分开制造，齿轮从轴的右端装入，带轮从轴的左端 装入，轴段⑤最粗。该方案也有采用。
轴的结构设计
方 案 三
齿轮与轴一体，结构简单，强度和刚度高，但工艺性较差， 轴与齿轮同时失效。适用于轴的直径接近齿根圆直径的情况。
轴的常用材料及其力学性能表
第三节 轴的结构设计
轴的结构设计目标：确定轴的结构形状和尺寸。
轴的结构设计应满足： 轴上零件相对于轴、轴相对于机座的定位应准确可靠； 轴应具有良好的制造工艺性，轴上零件应便于装拆和调整； 轴的结构应有利于提高轴的强度和刚度 。
一、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。设计 时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。在满足设计要求的情 况下，轴的结构应力求简单。 以下是带式输送机减速器中高速轴的三个装配方案及分析。
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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。
如用球墨铸铁制造曲轴和凸轮轴，具有成本低廉、吸振性较好、对应力集中的敏感较低、强度较好等优点。
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
200
用于不重要或 载荷不大的轴
35 正火
≤100
当轴上有两处动力输出时，为了减小轴上的载荷， 应将输入轮布置在中间。
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；
③
④ ⑤⑥ ⑦
二、轴上零件的定位
轴肩----阶梯轴上截面变化之处。起轴向定位作用。 零件的轴向定位由轴肩或套筒来实现。
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
设计：潘存云
设计：潘存云
1~2
1~2
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。
带式运 输机
设计：潘存云
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：源自转轴---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
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。
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。
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
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。
设计：潘存云
键槽应设计成同一加工直线
设计：潘存云
四、改善轴的受力状况，减小应力集中
1.改善受力状况 Ft
图示为起重机卷筒两种布置方案。 A图中大齿轮和卷筒联成一体，转 距经大齿轮直接传递给卷筒，故卷 筒轴只受弯矩而不传递扭矩。图b中 轴同时受弯矩和扭矩作用。故载荷 相同时，图a结构轴的直径要小。
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。
设计：潘存云
设计：潘存云
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
设计：潘存云
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：
自行车
车厢重力
前轮轴
前叉
支撑反力
转动心轴 火车轮轴
设计：潘存云
前轮轮毂 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
对于只传递扭转的圆截面轴，强度条件为：
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˚
BR
设计：潘存云
d/4
B位置d/4
设计：潘存云
d
卸载槽 也可以在轮毂上增加卸载槽
设计：潘存云
过渡肩环
r
设计：潘存云
凹切圆角
§14-4 轴的强度设计
一、 按扭转强度计算 轴的强度设计应根据轴的承载情况，采 用相应的计算方法，常用方法有两种。
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 本章只研究直轴
按轴的形状分有： 曲轴
设计：潘存云
挠性钢丝轴
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
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。
轴端挡圈 带轮 轴承盖 套筒 齿轮 滚动轴承
典型 轴系 结构
设计：潘存云
设计：潘存云
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。
倒角
取值见P119
①②
设计：潘存云
设计：潘存云
设计：潘存云
轴肩的尺寸要求: r <C1 或 r < R
取值见P119
h CC11
r
设计：潘存云
D
d
D
轴端挡圈
b
rR
h
R设计：潘存云
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。
设计：潘存云 设计：潘存云
第14章 轴
§14-1 §14-2 §14-3 §14-4 §14-5
轴的功用和类型 轴的材料 轴的结构设计 轴的强度设计 轴的刚度设计
§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：
类 型 按轴的形状分有：