《机械设计基础》：项目5 轴系结构的设计
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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
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
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。
≤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。
1.轴的结构
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。
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
TEXT
TEXT
TEXT
TEXT
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。
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。
项目5 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。
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
Байду номын сангаас
(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。
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。
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
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
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
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。
≤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。
1.轴的结构
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。
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
TEXT
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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。
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。
项目5 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。
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
Байду номын сангаас
(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。
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。
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