机械设计-轴系部件设计
哈工大机械设计-轴系部件设计
一、概述 (2)1、任务来源 (3)2、技术要求 (3)二、结构参数设计 (3)1、受力分析及轴尺寸设计 (11)2、轴承选型设计、寿命计算 (11)3、轴承结构设计 (12)三、精度设计 (12)轴颈轴承配合 (12)四、总结 (13)Harbin Institute of Technology课程设计说明书课程名称：机械设计设计题目：轴系部件设计院系：航天学院自动化班级：11104104设计者：学号：1110410420指导教师：设计时间：2013年12月10日哈尔滨工业大学机械设计作业任务书一、概述1、任务来源：老师布置的大作业课题：轴系的组合结构设计。
2、题目技术要求：一钢制圆轴,装有两胶带轮A和B，两轮有相同的直径D=360mm，重量为P=1KN，A轮上胶带的张力是水平方向的，B轮胶带的张力是垂直方向的，它们的大小如图所示。
设圆轴的许用应力[]=80MPa，轴的转速n=960r/min，带轮宽b=60mm，寿命为50000小时。
设计要求：1.按强度条件求轴所需要的最小直径；2.选择轴承的型号（按受力条件及寿命要求）；3.按双支点单向固定的方法，设计轴承与轴的组合装配结构，画出装配图（3号图纸）4.从装配图中拆出轴，并画出轴的零件图（3号图纸）5.设计说明书1份二、结构参数设计1选择材料，确定许用应力通过已知条件和查阅相关的设计手册得知，该传动机所传递的功率属于中小型功率。
因此轴所承受的扭矩不大。
故选45号钢，并进行调质处理。
2按扭转强度估算轴径对于转轴，按扭转强度初算直径：3min d mP Cn ≥ 其中2P ——轴传递的功率，η=⨯=⨯=3.70.96 3.55m P P kW m n ——轴的转速，r/min912285/min 3.2m n r == C ——由许用扭转剪应力确定的系数。
查表10.2得C=106～118，考虑轴端弯矩比转矩小，取C=106。
≥=⨯=33min 3.55d 10624.57285mPCmm n 由于考虑到轴的最小直径处要安装大带轮，会有键槽存在，故将其扩大5%，得 min d 1.0525.8k d mm ≥⨯=，按标准GB2822-81的10R 圆整后取130d mm =。
毕业设计 机械设计轴系部件大作业(完整版)
●与齿轮配合的轴段4
取d4=48mm,
l4=b-2=62-2=60mm
●轴环-轴段5
齿轮右端轴肩高 h=(0.07~0.1)d=3.36~4.8mm,取
d5=55mm，轴环长度为
l=1.4h=1.4(d5-d4)/2=1.4x(5548)/2=4.9mm,可取轴段5的长度 l5=10mm
●机体与轴段2，3，6的长度
轴承部件设计习题课
轴承部件设计过程主要包括： 1. 初估轴径： 2. 轴的结构设计： 3. 校核计算： （1）轴的强度；（2）键的强度；（3）轴承的寿命
4. 完成部件图设计：
5. 完成零件图设计(不做)。
轴承部件设计例题：
试设计斜齿圆柱齿轮减速器的输出轴轴承部件。
已知输出轴功率P=2.34 kW,转速n=76.5r/min，输出轴上的齿轮 模数 mn 2.5 mm，齿数Z=81，螺旋角β=12.63o ,齿宽b=62mm, 载荷平稳，单向转动，工作环境清洁，两班工作制，使用5年， 大批量生产。
齿轮所受径向力
齿轮所受轴向力
Fa Ft tan 2815.3tan12.63 630.8N
（2） 计算支承反力 在水平面
d Fr L3 Fa 1050.1 60.5 630.8 207.52 / 2 2 R1H 1066N L2 L3 60.5 60.5 R2H Fr R1H 1050.6 1066 15.4N
齿轮端面与机体间留有足够的间 距（ ≥箱体壁厚），取H=15mm. 轴承采用脂润滑，取轴承上靠近 机体内壁的端面与机体内壁间的
距离Δ=10mm，
轴承座应有足够的宽度L=δ（壁 厚）+C1（扳手空间）+C2（连 接边距）+（5~10） =8+18+16+8=50 mm。 调整垫片的厚度取为2mm。
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。
哈工大机械设计大作业轴系部件设计完美版
（4）轴段1和轴段7：
轴段1和7分别安装大带轮和小齿轮，故根据大作业3、4可知轴段1长度 ，轴段7长度 。
（5）计算
， ，
， ，
4、轴的受力分析
4.1画轴的受力简图
轴的受力简图见图3。
4.2计算支承反力
传递到轴系部压轴力
带初次装在带轮上时，所需初拉力比正常工作时大得多，故计算轴和轴承时，将其扩大50%，按 计算。
图2
3.2选择滚动轴承类型
因轴承所受轴向力很小，选用深沟球轴承，因为齿轮的线速度小于2m/s，齿轮转动时飞溅的润滑油不足于润滑轴承，采用油脂对轴承润滑，由于该减速器的工作环境有尘，脂润滑，密封处轴颈的线速度较低，故滚动轴承采用唇形圈密封，由于是悬臂布置所以不用轴上安置挡油板。
3.3键连接设计
齿轮及带轮与轴的周向连接均采用A型普通平键连接，齿轮、带轮所在轴径相等，两处键的型号均为12 8GB/T 1096—1990。
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
在水平面上：
在垂直平面上
轴承1的总支承反力
轴承2的总支承反力
4.3画弯矩图
竖直面上，II-II截面处弯矩最大， ；
水平面上，I-I截面处弯矩最大， ；
合成弯矩，I-I截面：
II-II截面： ；
竖直面上和水平面上的弯矩图，及合成弯矩图如图5.4所示
4.4画转矩图
轴系部件结构设计
轴系部件结构设计本文介绍了轴系部件结构设计的重要性，以及本文的目的和结构安排。
轴系部件结构设计是机械工程领域中重要的设计任务之一。
轴系部件是指连接和传递动力的轴、轴承、联轴器等部件。
它们的结构设计直接影响到机械设备的性能、寿命和可靠性。
良好的轴系部件结构设计能够保证机械设备的正常运转。
首先，合理设计的轴可以实现传递动力和承载负荷的功能；其次，优化设计的轴承能够减少能量损失和机械设备的故障率；还有，恰当选择的联轴器可以实现动力传递的可靠性和高效性。
本文的目的在于深入探讨轴系部件结构设计的关键要素和原则，并提供相关的设计指导。
首先，我们将介绍轴系部件结构设计的基本原则和考虑因素；然后，我们将详细讨论轴的设计要点和注意事项；接着，我们将重点介绍轴承的选择和安装方法；最后，我们将讨论联轴器的选型和安装步骤。
通过阅读本文，读者将了解到轴系部件结构设计的重要性，并可以获得实用的设计指导，以提升机械设备的性能和可靠性。
参考文献请注意，本文引言部分未引用任何内容，其信息为创造性生成）本部分将介绍轴系部件的不同分类和各自的功能。
轴系部件包括轴承、齿轮、连接件等，它们在机械系统中起着重要的作用。
1.轴承轴承是轴系部件中的重要组成部分，它用于支撑轴的旋转运动并减少摩擦。
根据结构和用途的不同，轴承可以分为滚动轴承和滑动轴承。
滚动轴承采用滚动体（如球、柱体、圆锥体）和轴承座的结构，适用于高速转动、小摩擦、高精度要求的场景。
滑动轴承则采用润滑剂在轴和轴承之间形成薄膜，减少摩擦力，适用于低速大负荷的场景。
2.齿轮齿轮是一种通过齿的啮合传递力和运动的机构，常用于机械传动系统中。
齿轮根据齿的形状和用途可以分为直齿轮、斜齿轮、蜗杆齿轮等。
直齿轮是最常见的齿轮形式，它的齿面与轴线平行，适用于传递旋转运动和转矩的工况。
斜齿轮的齿面与轴线倾斜，可以传递更大的力和转矩。
蜗杆齿轮用于角度传动，具有较高的传动比和安全性。
3.连接件连接件用于连接轴系部件和其他机械部件，保证它们协同工作。
机械设计轴系结构设计思索
机械设计轴系结构设计思索机械设计轴系结构设计思索在机械设计中，轴系结构设计是一个非常重要的环节。
正确的轴系结构设计能够保证整个机械系统的稳定性和精度，避免因为轴系结构设计不当而导致的设备寿命降低、故障频繁等问题。
在进行轴系结构设计时，需要经过多方面因素的综合考虑，包括轴系传递力矩的能力、转轴的直线度、轴的扭转刚度等等。
从传递力矩的角度来看，轴系结构设计的第一个问题是如何选择轴承。
轴承的选择主要考虑其极限载荷和寿命，以满足系统传递力矩的要求。
一般而言，需要根据系统传递力矩的大小来确定所需轴承的承载能力。
同时，也需要注意轴承的寿命问题，避免轴承因过早失效而导致整个机械系统发生故障。
除了轴承的选择外，还需要考虑轴的直线度和轴的扭转刚度等因素。
轴的直线度是指在轴运转时，轴的轴线是否保持直线，且在一定范围内不存在任何偏差。
当轴运转时，如果轴的轴线存在偏离现象，就会引起传递到下游装置的力矩发生变化，从而影响整个机械系统的运转精度和寿命。
因此，在轴系结构设计时，需要考虑如何在轴的制造过程中控制轴的直线度，以确保轴的轴线保持直线，偏离范围较小。
另一方面，轴系结构设计还需要考虑轴的扭转刚度。
如果轴在运输或安装过程中遭受外力的作用，就会发生弯曲变形，从而影响轴的扭转刚度。
扭转刚度的大小直接影响轴系结构传递力矩的能力。
一般而言，轴的扭转刚度越大，则其传递力矩的能力就越强。
因此，在轴系结构设计中，需要注意避免轴的扭转变形，采用合适的材质和加工工艺，提高轴的扭转刚度。
轴系结构设计还需要考虑轴的精度。
轴的精度通常包括轴的根偏差、圆度偏差、台面偏差、圆锥度和同轴度等。
在轴系结构设计中，需要针对这些精度要求，采用合适的加工工艺，以确保轴的精度符合设计要求。
此外，在轴系结构设计中，还需要考虑轴系的集中润滑与分散润滑等问题。
这些问题既包括轴承的润滑，也包括轴齿轮、轴箱等部件的润滑。
在轴系结构设计中，需要合理规划整个润滑系统，选择适当的润滑方式和润滑油品，以确保整个机械系统的良好运转。
第2章 机械系统设计(7轴系部件)
图8-3 整体式向心滑动轴承
2 机械系统设计—轴系部件
3、自动调心式 若轴承的宽径比 l/d 较大，当轴的弯曲变形或轴孔倾 斜时，易造成轴颈与轴瓦端部的局部接触，引起剧烈的磨损 和发热。因此，当 l/d >1.5时，宜采用自动调心轴承(图8-4)， 这种轴承的特点是：轴瓦外表面做成球面形状，与轴承盖和 轴承座的球状内表面相配合，球面中心通过轴颈的轴线。因 此轴瓦可以自动调位以适应轴颈在轴弯曲时产生的偏斜。
2 机械系统设计—轴系部件
2 机械系统设计—轴系部件
滑动轴承概述
用于支撑旋转零件(转轴，心轴等 的装置通称为轴承 的装置通称为轴承。 用于支撑旋转零件 转轴，心轴等)的装置通称为轴承。 转轴 按其承载方向分为： 按其承载方向分为： 径向轴承： 径向轴承：轴承上的反作用力与轴心线垂直的轴 承称为径向轴承； 承称为径向轴承； 推力轴承： 推力轴承：轴承上的反作用力与轴心线方向一致 的轴承称为推力轴承。 的轴承称为推力轴承。 按轴承工作时的摩擦性质分为： 按轴承工作时的摩擦性质分为： 滑动轴承和滚动轴承。 滑动轴承和滚动轴承。
2 机械系统设计—轴系部件
在选择轴承时，一般的选择流程如图下 在选择轴承时，一般的选择流程如图下:
确定轴承形式及组合
确定尺寸及精度
确定安装尺寸
确定配合及内部间隙
确定最终轴承规格
确定润滑及密封
2 机械系统设计—轴系部件
三、提高轴系性能的措施
1．提高轴系旋转精度 ．
轴承(如主轴 的旋转精度中的径向跳动主要由 轴承 如主轴)的旋转精度中的径向跳动主要由： 如主轴 的旋转精度中的径向跳动主要由： 被测表面的几何形状误差； ①被测表面的几何形状误差； ②被测表面对旋转轴线的偏心； 被测表面对旋转轴线的偏心； 旋转轴线在旋转过程中的径向漂移等因素引起。 ③旋转轴线在旋转过程中的径向漂移等因素引起。 轴系轴端的轴向窜动主要由： 轴系轴端的轴向窜动主要由： 被测端面的几何形状误差； ①被测端面的几何形状误差； ②被测端面对轴心线的不垂直度； 被测端面对轴心线的不垂直度； 旋转轴线的轴向窜动等三项误差引起。 ③旋转轴线的轴向窜动等三项误差引起。
哈工大机械设计大作业-轴系部件-5.1.3
一、设计题目设计带式运输机中的齿轮传动：带式运输机的传动方案如下图所示，机器运行平稳、单向回转、成批生产，其他数据参见下方表格。
二、选择齿轮材料、热处理方式、精度等级考虑到带式运输机为一般机械，且仅有一级齿轮减速传动，故大、小齿轮均选用40Cr 合金钢，调质处理，采用软齿面。
大小齿面硬度为241~286HBW，平均硬度264HBW。
由要求，该齿轮传动按8级精度设计。
三、初步计算传动主要尺寸本装置的齿轮传动为采用软齿面开式传动，齿面磨损是其主要失效形式。
其设计准则按齿根疲劳强度进行设计，并考虑磨损的影响将模数增大10%~15%。
齿根弯曲疲劳强度设计公式;m≥2KT1ϕd z12∙Y F Y s Yε[σ]F 3式中Y F——齿形系数，反映了轮齿几何形状对齿根弯曲应力σF的影响。
Y s——应力修正系数，用以考虑齿根过度圆角处的应力集中和除弯曲应力以外的其它应力对齿根应力的影响。
Yε——重合度系数，是将全部载荷作用于齿顶时的齿根应力折算为载荷作用于单对齿啮合区上界点时的齿根应力系数。
[σ]F——许用齿根弯曲应力。
1.小齿轮传递的转矩T1=9.55×106×P1 n1p1=η1η2P d根据参考文献[2]表9.1，取η1=0.96，η2=0.97。
由此P1=η1η2P d=0.96×0.97×3=2.7936KWT1=9.55×106×P1n1=9.55×106×2.79369602=55581N∙mm2.齿数Z的初步确定为了避免根切，选小齿轮z1=17，设计要求中齿轮传动比i=n1n w =960/2110=4.3636，故z2=i×z1=4.3636×17=74.1818，取z2=75。
此时的传动比误差为ε=i−i0×100%=4.3636−75/17×100%=1.1%<5%满足误差要求，故可用。
机械设计-轴的结构设计
D h
d D
h C d
r为过渡圆角 R为圆角
C 零件倒角
应使： r < R < h 或 r <C < h
要求轴肩零件的定位与固定
1、轴向定位和固定
2）套筒
（简单可靠、常用于近距离，且承受轴向力大） 多用于转速不高的场合。
轴的结构设计
3 轴上零件的定位与固定
轴的结构设计
1 基本要求 2 轴的结构和轴上零部件 3 轴上零件的定位与固定 4 轴的直径和长度确定 5 轴的结构工艺性 6 提高轴强度的措施
CONTENTS
目 录
轴的结构设计
1 基本要求 ①轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置； ②轴上零件装拆、调整方便； ③轴应具有良好的制造工艺性等； ④尽量避免应力集中。
1、各轴段直径确定 1) 按应力估算轴段直径d min 。 2) 按轴上零件安装、定位要求确定各段轴径，经验值 3~5 1~2
d1 d2 d3 d4 d5 d6 d
7
轴的结构设计
4 轴的直径和长度的确定
2、各轴段长度
①各轴段与其上相配合零件宽度相对应； ②转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。
轴的结构设计
轴的结构应便于加工、装配、拆卸、测量和维修等。 5）同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，尺寸尽量相同。
轴的结构设计
6 提高轴强度的措施
1、合理布置轴上零件以减少轴的载荷
MB
MC
MA
MD
MB
MC
B
C
A
T
700N.mm
D
B
C
T
B
C
A
Dx B
C
MD
MA
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。
机械设计课程设计轴系部件设计说明书
机械 设计 大作 业课程名称： 设计题目： 机械设计 轴系部件设计机械设计大作业 轴系部件设计说明书题目：行车驱动装置的传动方案如下图所示。
室内工作、工作平稳、机器成批生产，其他数据见下表。
电动机工作 功率 2.2 电动机满载转速 工作机得转速 第一级传动比 轴承座中心 高 H/mm 200方 案 5.4.1最短工作年限 10 年 1 班940603.2一选择轴的材料因为传递功率不大，轴所承受的扭矩不大，故选择 45 号钢，调质处理。
二初算轴径对于转轴，按扭转强度初算直径式中P——轴传递的功率； C——由许用扭转剪应力确定的系数； n——轴的转速，r/min。
由参考文献[1] 表 10.2 查得 输出轴所传递的功率：，考虑轴端弯矩比转矩小，故取带 轴承 齿轮。
输出轴的转速：代入数据，得考虑键的影响，将轴径扩大 5%，。
三结构设计为了方便轴承部件的装拆， 减速器的机体采用剖分式结构。
取机体的铸造壁厚 δ=8mm，1. 轴承部件机体结构形式及主要尺寸机体上的轴承旁连接螺栓直径 ， 所需要的扳手空间，轴承座内壁至坐孔外端面距离 ， ，为保证装拆螺栓 取 L=48 mm。
2．轴的结构设计本设计方案是有 8 个轴段的阶梯轴，轴的径向尺寸（直径）确定，以外伸轴径 、 为 基础，考虑轴上零件的受力情况、轴上零件的装拆与定位固定、与标准件孔的配合、轴的 表面结构及加工精度等要求，逐一确定其余各轴段的直径；而轴的轴向尺寸（长度）确定， 则考虑轴上零件的位置、配合长度、支承结构情况、动静件间的距离要求等因素，通常从 与传动件的轴段开始，向两边展开。
（1） 联轴器及轴段①和轴段⑧ 本设计中，轴段①和轴段⑧为轴的最小尺寸 。
因此，轴段①和轴段⑧与联轴器 的设计同时进行。
为了补偿联轴器所连接的两轴的安装误差，隔离振动，选用弹性柱销联轴器。
由参考文献[1] 表 13.1 查得 ，则计算转矩带 轴承 齿轮由参考文献[2] 表 13.1 可以查得 GB/T 5014-2003 中的 LX3 型弹性柱销联轴器符合要求。
毕业设计(典型轴类零件)
毕业设计(典型轴类零件)1000字本文将以“典型轴类零件”的毕业设计为例进行展开。
在机械制造领域中，轴类零件是非常重要的一种零件，它们一般用于连接两个或多个旋转零件，使其能够共同旋转。
在本毕业设计中，我们将研究了解到轴类零件设计中的一些关键要素及其应用，包括材料选择、轴的尺寸、轴的制造工艺等方面。
设计目标通常情况下，轴类零件的设计目标包括如下几个方面：1. 力学性能：轴的力学性能是其中最为重要的因素之一，通常包括强度、刚度、韧性等方面。
在设计过程中，需要确定轴在使用过程中需要承受多大的载荷，并进行强度校核，以避免物体破裂的可能性。
2. 尺寸确定：轴的尺寸是另一个要考虑的因素，通常包括轴的直径、长度、表面粗糙度，以及其他相关的几何参数。
这些参数通常需要依据轴的使用条件来进行确定，以确保轴能够顺利地完成使用任务。
3. 选择材料：材料的选择一定程度上会影响轴零件的性能。
常用的材料包括钢、铜、铝、塑料以及复合材料等。
选择适当的材料将有助于提高轴零件的强度、刚度或韧性等性能。
4. 加工工艺：轴的加工工艺是决定轴质量的关键因素之一。
决定加工工艺的因素包括轴的材料、几何形状、尺寸精度等。
为保证轴的制造精度，通常需要使用高精度的工艺技术，如磨削、切削、电加工等。
设计步骤在进行轴类零件设计时，按照以下步骤进行：1. 确定设计条件：在开始进行设计之前，必须确定设计条件。
例如，轴需要承受多大的载荷、转速、制造工艺限制等等。
2. 选择材料：在确定设计条件后，应考虑合适的材料。
根据轴的性能要求以及制造成本、工艺等方面的因素，选择合适的材料。
3. 计算核算：在确定材料后，需要进行设计计算。
计算包括轴的长度、直径、载荷等等。
通过计算，可以得到轴的尺寸参数，以及轴的强度、刚度等指标。
4. 参考标准：在设计过程中，为了确保轴满足质量要求，应当参考相应的国家标准、技术标准等。
例如，国家标准《机械工程零件加工技术规范》等。
5. 模拟仿真：在计算核算完成之后，可以通过模拟仿真的方式，对轴的受力情况、振动等进行分析。
机械设计课件-轴系
§ 15-2 轴的材料
§ 15-2
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
1.一般应用:45钢(35、50代用)，调质正火 2.传递大动力，要求减少尺寸及重量，提高强度、 耐磨性时：40Cr 40CrNi 40MnB等，调质或轴颈 表面淬火。
3.高速、冲击载荷时，应提高轴的抗疲劳强度 20Cr 20CrMnTi 20Cr 2Ni4A等，表面处理 （渗碳淬火、氧化、氮化），表面强化处理 （喷丸、滚压）。
结构设计方法：以圆锥——圆柱齿轮减 速器的输出轴为例。
（一）拟定轴上零件的装配方案 不同的装配方案可以得出不同的轴的结 构形式。应拟定几种不同的装配方案，进行 分析对比与选择。 （二）确定轴的基本直径和各段长度 1.最小直径的确定 首先按扭转强度初步估算轴的直径
dmin A0
3
P n
A0值查表确定
4.形状复杂的轴（曲轴、齿轮轴、空心轴）： 球墨铸铁、合金铸铁。
潘存云教授研制
§ 15-3 轴的结构设 计
§ 15-3
轴的结构设计
a ,c为1015mm s为：脂3 5 ；油10 15 l：根据零件拆装的要求确定。 轴的结构设计：确定轴的合理外形和全部 结构尺寸。 结构设计应满足：轴和装在轴上的零件要 有准确的位置；轴上零件应便于拆装，调整； 轴具有良好的制造工艺性。 已知条件：装配简图、轴的转速、传递 的功率、传动零件的主要尺寸。
400 500 600 700 800 130 170 200 230 270 300 330 100 120 70
[σ-1b]
40
静应力状态下的 75 45 许用弯曲应力
机械设计基础-轴及轴承设计
轴及轴承设计
按照轴的轴线形状,可将轴分为直轴、曲轴和挠性轴。 直轴各轴段轴线为同一直线。 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 (见图10-5)。挠性轴轴线可任意弯曲,可改变运动的传递方向, 常用于远距离控制机构、 仪表传动及手持电动工具中(见图 10-6)。另外还有空心轴、光轴和阶梯轴(见图10-7)。
轴及轴承设计
图10-11 减小轴圆角处应力集中的结构
轴及轴承设计
(2)制造工艺方面。提高轴的表面质量,降低表面粗糙度, 对轴表面采用碾压、喷丸和 表面热处理等强化方法,均可显 著提高轴的疲劳强度。
(3)轴上零件的合理布局。在轴结构设计时,可采取改变 受力情况和零件在轴上的位 置等措施,达到减轻轴载荷,减小 轴尺寸,提高轴强度的目的。
轴及轴承设计
图10-8 轴的结构
轴及轴承设计
在图10-8中,轴各部分的含义: 轴颈:轴与轴承配合处的轴段。 轴头:安装轮毂键槽处的轴段。 轴身:轴头与轴颈间的轴段。 轴肩或轴环:阶梯轴上截面尺寸变化的部位,其中一个尺 寸直径最大称为轴环。
轴及轴承设计
1.轴上零件的定位和固定 轴上零件的定位是为了保证传动件在轴上有准确的安装 位置;固定则是为了保证轴上 零件在运转中保持原位不变。 (1)轴上零件的轴向定位和固定。为了防止零件的轴向 移动,通常采用下列结构形式 实现轴向固定:轴肩、轴环、套 筒、圆螺母和止退垫圈、弹性挡圈、轴端挡圈等。 (2)轴上零件的周向固定。周向固定的目的是为了限制 轴上零件相对于轴的转动,以 满足机器传递扭矩和运动的要 求。常用的周向固定方法有键、花键、销、过盈配合、成型 连 接等,其中以键和花键连接应用最广。
齿轮润滑采用油浴润滑,轴承采用脂润滑。
机械设计15_轴系结构
轴受弯、扭？
39
3.改进轴的结构以减小应力集中的影响
内凹圆角 隔离杯
40
4.改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度
41
(五)轴的结构工艺性
42
43
轴装配方案比较
44
§15-3 轴的计算
1.按扭转强度条件计算：简便、计算
p 9.5510 T n [ ] 校核式： T T 3 WT 0.2d
46
键槽对轴径的影响
>100mm时： 有一个键槽时，轴径增大3%； 有二个键槽时，轴径增大7%； d ≤100mm时： 有一个键槽时，轴径增大5%-7%； 有二个键槽时，轴径增大10%-15%； 注意： （1）轴径圆整至标准值；
d
47
（2）只作为承受扭矩作用轴段的dmin
2.按弯扭合成强度条件计算
4
心轴:只承受弯矩,不承受扭矩
5
传动轴:只承受扭矩,不承受弯矩
6
北京航空航天大学考研试题 如将轴类零件按受力方式分 类,可将受 作用的轴 称为心轴, 受 作用的 轴称为传动轴,受 作 用的轴称为转轴, 自行车的后轮 轴是 轴。
7
机器、机构、构件、零件
8
按轴线分为：
曲轴、直轴（光轴、阶梯轴）
2 2
注意：心轴计算时：T=0
转动心轴用[σ-1]；固定心轴用[σ0]
[σ0]≈1.7 53
[σ-1]
华中科技大学考研试题
转轴计算时，当量弯矩公式
ca 4( )
2
2
中，为什么要
引入系数α？试说明α≈0.3；
α≈0.6和 α=1各适用于什么场 合？
54
55
3.按疲劳强度条件进行精确校核
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因为齿轮减速器输出轴的跨距不大，且工作温度变化不大，故轴的轴向固定采用两端固定方式。
（3）选择滚动轴承类型，确定其润滑与密封方式
由于此处轴不受轴向力的作用，故选用深沟球轴承支承。齿轮的线速度
m/s < 2 m/s
故齿轮转动时飞溅的润滑油不足以润滑轴承，轴承采用脂润滑。由于该减速器工作环境清洁，采用脂润滑，密封处轴颈的线速度较低，故滚动轴承采用毡圈密封，并在轴上安置挡油板。
Harbin Institute of Technology
机械设计大作业
题目：轴系部件设计
院系：机械制造及其自动化
班级：0936105
*****
学号：**********
设计题目
设计行车驱动装置中的齿轮传动高速轴的轴系部件
已知条件
行车驱动装置在室内工作、工作平稳、机器成批生产，其他数据见下表
电动机工作功率Pd/kW
（5）键连接设计
大带轮与轴之间采用A型普通平键连接，键尺寸为6 45GB/T 1096—2003。
完成的结构草图如下所示。
4.轴的受力分析
（1）画轴的受力简图
（2）计算支承反力
齿轮传递功率为P=2.2KW，转速为
故转矩
齿轮对轴的作用力为
由带传动设计可知，压轴力
水平面上
竖直面上
轴承1所受的总支承反力为
（4）轴的结构设计
根据实际需要，由于采用齿轮轴设计，此处选用5段式的轴，轴的径向尺寸的群定，以外伸轴径（最小轴径） 为基础，考虑轴上零件的受力情况、轴上零件的装拆与定位固定、与标准间孔径的配合、轴表面结构及加工精度等要求，逐一确定其余各轴段的直径；轴的轴向尺寸的确定，需要考虑轴上零件的位置、配合长度、支承结构情况、动静件的距离要求等因素，通常从与传动件相配的轴段开始，然后向两边展开。
[3]新编机械设计手册张黎骅郑严主编人民邮电出版社2008.1
轴系部件设计
1.选择齿轮材料
因传递功率不大，且对质量与结构尺寸无特殊要求，故选用45钢并进行调制处理。
2.初步轴径 ，并根据相配联轴器的尺寸确定轴径 和长度
对于转轴，按扭转强度初算轴径，由参考文献[3]第759页得，C=103~126，考虑轴端弯矩比转矩小，取C= 103，则
其中
故
考虑键槽影响，取 ，取 。使用A型键。此处轴与大带轮配合，取长度为 ，同时需要将大带轮轴向进行固定，使用螺栓紧固轴段挡圈固定，查阅参考文献[3]751页，根据GB/T 892-1986可知，紧固螺栓采用M5 16的，安装尺寸根据标准设计。
由参考文献[1]表10.5得许用安全系数[S]=1.3~1.5，显然S>[S]，故a-a截面安全。
轴承1处弯矩大，有转矩，为危险截面。
该截面抗弯模量为
该截面的抗扭截面模量为
弯曲应力
扭剪应力
调质处理的45钢，由参考文献[3]可以查得 ， ， =155MPa；材料等效系数 ， 。
尺寸突变引起应力集中，应力集中系数可由参考文献[1]附表10.3得： ， =1.57。
根据以上要求，可以确定各轴段的直径为： ， ， ， ， 。根据轴承的类型和轴径 ，初选滚动轴承型号为6208，其基本尺寸为： , , .因为轴承采用脂润滑，轴上安装挡油板，所以轴承内端面与机体内壁间要有一定的距离 ，取 。
为避免齿轮与机体内壁碰撞，在齿轮端面与机体内壁间留足够的间距H，H=15mm。
查参考文献[1]附图10.1得 ， 。
查参考文献[1]附图10.1与附表10.2得 。
由此，安全系数计算如下：
由参考文献[1]表10.5得许用安全系数[S]=1.3~1.5，显然S>[S]，故a-a截面安全。
6.校核键连接的强度
皮带带轮与轴连接处为键连接,挤压应力
式中：d——键连接处的轴径，mm；
T——传递的转矩，N·mm；
电动机满载转速nm/(r/min)
工作机转速nw/(r/min)
第一级传动比i1
轴承座中心高H/mm
最短工作年限
2.2
940
55
2.8
250
10年1班
设计要求
1.绘制轴系部件装配图一张，按照装配图要求标注尺寸、序号及填写明细栏、标题栏，编写技术要求。
2.撰写设计说明书一份，主要是齿轮传动高速轴的结构设计及其强度计算。轴上的滚动轴承额定寿命计算及键连接的校核计算。
采用凸缘式轴承盖，其凸缘厚度e=10mm。为避免大带轮与轴承盖连接螺栓碰撞，大带轮端面与轴承盖之间应该留有足够的间隙K，取K=20mm。
在确定齿轮、机体、轴承、轴承盖的相互位置与尺寸之后，即可从轴段4开始，确定各轴段的长度。
轴段4的长度L4与小齿轮宽度相同，L4=b1= 55mm。
轴段3的长度L3=H+ +B =（15+10+18）mm= 45mm。
则
（2）校核轴承寿命
轴承在100℃下工作， 。根据其载荷性质，取 。
轴承寿命为
已知减速器使用十年，一班工作制，则预期寿命为
轴承寿命满足使用条件。
8.绘制轴系部件装配图见下图，下图仅为参考，具体尺寸以手绘大图为准。
参考文献
[1]机械设计陈铁鸣等主编哈尔滨工业大学出版社2006
[2]机械设计课程设计王连明 宋宝玉主编 哈尔滨工业大学出版社2005
h——键的高度，mm；
l——键连接长度，mm；
故
键、轴材料均为钢，[ ]= 120~150MPa。 ，故强度满足需要。
7.校核键连接的强度
核轴承强度
由参考文献[3]查得6208轴承的 。轴承工作环境无轴向力，轴承1的工作环境比轴承2工作环境恶劣，故只需校核轴承2。
（1）计算当量动载荷
其中，X为动载荷径向系数， 为轴承径向载荷。由参考文献[1]表11.12可知，X=1。
3.结构设计
（1）确定轴承部件机体的结构形式及主要尺寸
为方便轴承部件的装拆，铸造机体采用整体式结构，取机体的铸造壁厚 ，机体上的轴承旁连接螺栓直径 ，装拆螺栓所需用的扳手空间C1=18mm，C2=16mm，故轴承座内壁至座孔外端面距离L= + C1+C2+5~8mm= 47~50mm，取L=50mm。
该截面的抗扭截面模量为
弯ห้องสมุดไป่ตู้应力
扭剪应力
调质处理的45钢，由参考文献[3]可以查得 ， ， =155MPa；材料等效系数 ， 。
尺寸突变引起应力集中，应力集中系数可由参考文献[1]附表10.3得： ， =1.57。
查参考文献[1]附图10.1得 ， 。
查参考文献[1]附图10.1与附表10.2得 。
由此，安全系数计算如下：
轴承2所受的总支承反力为
（3）画弯矩图
在水平面上,轴承1处
a-a面左侧
=
a-a面右侧
垂直面上，弯矩为
合成弯矩，轴承1处
a-a面左侧
a-a面右侧
（4）画转矩图
5.校核轴的强度
a-a剖面左侧弯矩大，有转矩，为危险截面。
该截面抗弯模量为
其中，d为截面处的直径，该处为齿轮轴，不妨取齿根圆直径为d，d=43.5mm。
轴段2的长度L2=（L-B- ）+ e + K =（50-18-10+10+20）mm= 52mm
轴段1的长度L1=50mm
轴段5的长度L5=L3=H+ +B=（15+10+18）mm =45mm。
至此，轴的各部分尺寸均确定。取大带轮轮毂中间位置为力的作用点，可得跨距l1=86mm,l2=63.5mm,l3=63.5mm。