轴的设计
轴设计的主要内容和轴的设计步骤
轴设计的主要内容和轴的设计步骤轴设计是机械设计中十分重要的一部分，它直接关系到机械系统的性能和寿命。
轴的设计需要考虑多方面因素，包括载荷、转速、材料强度和刚度等。
在进行轴设计时，一般可以遵循以下步骤：步骤一：确定轴的基本参数在开始设计之前，需要明确轴的功能和使用要求，并确定关键参数，包括轴的类型、长度、直径等。
此外，还要考虑系统的使用条件，如载荷、转速、工作环境等。
步骤二：选择材料材料的选择是轴设计非常重要的一部分。
要选择合适的材料，需要考虑载荷、转速、工作温度等因素。
通常，常用的轴材料有碳钢、合金钢、不锈钢和铝合金等。
步骤三：计算载荷根据轴所承受的载荷，可以进行静力学和强度学的计算。
静力学计算主要包括转矩、弯矩和扭矩等，而强度学计算则包括轴的强度和刚度等。
步骤四：计算尺寸在计算尺寸时，需要根据载荷和材料的强度来确定轴的直径。
直径的选择要满足强度和刚度要求，并考虑到材料的废料和经济性。
步骤五：计算转速转速是轴设计中的重要参数之一。
要保证系统的正常运行，需要根据转速和轴材料的强度来选择合适的直径和材料。
步骤六：进行验算设计完成后，还需进行验算，包括强度验算、刚度验算等。
强度验算主要是对轴的强度进行验证，以确保它能够承受所需的载荷。
而刚度验算主要是对轴的刚度进行验证，以满足系统运动的要求。
步骤七：进行优化根据验算结果，进行必要的优化。
可以通过增加轴的直径、改变材料或者增加支撑点等来改善轴的性能。
步骤八：绘制图纸设计完成后，需要绘制详细的轴图纸。
图纸上应包含轴的主要尺寸、材料、工艺要求等。
步骤九：选择工艺在轴设计完成后，还需要选择合适的工艺进行制造。
常用的轴制造工艺包括铸造、锻造、机械加工等。
轴设计的主要内容包括确定轴的基本参数、选择合适的材料、计算载荷、计算尺寸、计算转速、进行验算、进行优化、绘制图纸以及选择合适的制造工艺。
通过这些步骤，可以设计出满足系统要求的轴，确保机械系统的正常运行。
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。
轴的结构设计要点
轴的结构设计要点学习轴的结构设计这么久，今天来说说关键要点。
首先呢，我理解轴的结构设计要考虑它承受的载荷类型。
就像是咱们盖房子，如果是盖那种小平房，可能屋顶的重量对于墙的压力就比较小，比较好设计；但要是盖高楼大厦，就要考虑承受很重的重量、风力等等。
对于轴来说，如果是只受扭矩的轴，像汽车里光负责传递动力的那部分轴，设计就相对简单些。
可要是个既受弯矩又受扭矩的轴，比如车床的主轴，那就复杂多啦。
轴的材料选择很重要。
我总结了一下，要综合考虑强度、韧性和成本这些因素。
你比如说，45号钢比较常用，强度还行，价格也比较亲民；要是要求特别高的强度又不差钱，那就可以选择合金钢。
我之前就很困惑，为啥不能都用便宜的材料呢？后来才明白，不同的使用环境对轴的要求不一样。
要是在一些高负荷、高精度的设备里头，便宜材料可能满足不了要求，容易出问题呀。
还有啊，轴的直径设计是个要点。
这可不能瞎定，得根据它承担的力量来算。
对了，计算这个力的时候一定要准确，我以前就忽略了一些小部分的力，结果算出来的直径就不对，还好后来发现了。
这就好比咱们估算买东西的钱，还差个零头没算进去，咋算都对不上账。
确定轴的直径，有很多公式可以用，这个在机械设计手册上都能查到，那可是个好东西，里面有很多详细的例子。
轴上键槽的设计也不能小看。
键槽是用来连接其他零件的，它的尺寸、位置能影响到整个轴系的传动性能。
我理解键槽要是开得不合适，就像鞋不合脚，跑起来肯定不舒服。
比如说，键槽开太深了，可能会削弱轴的强度；要是位置偏了，和配合的零件就难以正确装配。
再说轴颈的设计吧，这部分跟轴承配合。
它的表面粗糙度、尺寸公差都得考虑好。
我就想啊，这就跟找对象一样讲究配对，要是轴颈的尺寸公差、表面质量不符合轴承的要求，那可就没法好好配合工作了。
在轴的结构设计里，还得考虑会不会发生共振。
要是轴转起来像个发疯的振动器一样全场都抖，那设备肯定要废了。
为了避免这个，就要计算轴的临界转速，不能让工作转速太接近临界转速。
轴 的 设 计
圆螺母
可承受较大轴向力 螺纹处应力集中较大 两零件的间距较大时，可用圆螺母定位 防松措施
2～3
弹性挡圈、紧钉螺钉、锁紧挡圈
可承受不 大轴向力
锁 紧 挡 圈
弹 性 挡 圈
紧 钉 螺 钉
圆 锥 面 定 位
机械设计基础
②确定各轴段的直径。如下图所示，轴段①（外伸端） 直径最小，d１＝35mm；
考虑到要对安装在轴段①上的联器进行定位， 轴段②上应有轴肩，同时为能很顺利地在轴段②上 安装轴承，轴段②必须满足轴承内径的标准，故取 轴段②的直径d２=40mm；
用相同的方法确定轴段③、④的直径d３＝ 45mm、d４＝55mm；为了便于拆卸左轴承，可 查出6208型滚动轴承的安装高度为35mm，取d５ ＝47mm。
③确定各轴段的长度。齿轮轮毂宽度为60mm， 为保证齿轮固定可靠，轴段③的长度应略短于齿轮轮 毂宽度，取为58mm；为保证齿轮端面与箱体内壁不 相碰，齿轮端面与箱体内壁应留有一定的间距，取该 间距为15mm；为保证轴承安装在箱体轴承座孔中（ 轴承宽度为18mm），并考虑到轴承的润滑，取轴承 端面距箱体内壁的距离5mm，所以轴段④的长度取为 20mm，轴承支点距离d＝118mm；
根据箱体结构及联轴器距轴承盖要有一定距离的 要求，取d′＝75mm；查阅有关的联轴器手册取d″为 70mm；在轴段①③上分别加工出键槽，使两键槽处 于同一圆柱母线上，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。
④选定轴的结构细节，如圆角、倒角、退刀槽 等的尺寸。按设计结果画出结构草图，如上图 所示。
解： （１）选择轴的材料，确定许用应力。由已知条件 知减速器传递中小功率，对材料无特殊要求，故选 用４５钢并经调质处理。由表10.4查得强度极限σs ＝６５０MPa，由表10.2得许用弯曲应力［σ－１］ ＝６０MPa。
轴的设计知识范文
轴的设计知识范文轴是一种用于传递和转动动力的机械元件，广泛应用于各个行业和领域。
在轴的设计中，需要考虑到材料的选择、尺寸的确定、结构的设计等因素。
本文将介绍轴的设计知识，并详细讨论这些因素。
首先，材料的选择对轴的设计至关重要。
常见的轴材料有钢、铜、铝等。
钢材具有优异的机械性能，强度高、刚性好，因此常被用于制作轴。
在选择材料时，不仅需要考虑到材料的机械性能，还需要考虑到材料的耐磨性、耐腐蚀性等特性，以满足实际应用的需求。
其次，尺寸的确定也是轴设计的关键。
轴的尺寸设计包括直径、长度、轴颈位置等方面。
首先，轴的直径应根据承载力和刚度要求进行确定。
一般来说，轴的直径越大，其承载能力越高，但同时也会增加轴的重量和制造成本。
此外，轴的长度也需要根据应用需求进行合理设计。
如果轴过长，容易发生挠曲和变形；如果轴过短，会影响其刚度和承载能力。
轴颈位置的确定则与安装和传动装置的设计相关，需要综合考虑到传递力矩和受力平衡等因素。
结构的设计也是轴设计的关键。
具体而言，结构设计包括轴上的各种传动部件（如键槽、轴肩等）和连接方式（如销轴、铆接、焊接等）。
为了确保轴与其他零件的连接可靠性，需要选用合适的连接方式。
例如，大型机械设备通常采用销轴连接，而小型机械设备则常采用铆接或焊接连接。
此外，为了提高轴的刚度和耐疲劳性能，设计者还可以采用加强筋、斜槽等措施。
另外，轴的表面处理也是轴设计的一个重要环节。
轴的表面处理可以改善其表面质量、硬度和耐磨性。
常见的轴表面处理方法包括热处理、渗碳、表面镀层等。
其中，最常用的是热处理，通过控制轴的加热温度和冷却方式，可以改变轴的组织结构，提高其硬度和耐磨性。
除了上述基本的设计知识外，还有一些注意事项需要考虑。
首先，轴与轴承的配合是轴设计中的一个重要环节。
轴与轴承的配合直接影响轴的运转和使用寿命。
其次，需要注意轴的平衡性。
由于轴承的存在，轴在运转时会产生一定的离心力。
如果轴的质量分布不均匀，会导致轴的弯曲和振动，从而影响轴的运转稳定性。
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。
轴的设计
1.轴的用途及分类轴是组成机器的主要零件之一。
一切作回转运动的传动零件（例如齿轮，涡轮等），都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。
因此轴的主要功用是支承回转零件及传递运动的动力。
按照承受载荷的不同，轴可分为转轴、心咒和传动轴三类。
工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。
这类轴在各种机器中最为常见。
只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。
心轴又分为转动心轴和固定心轴。
只承受扭矩而不承受弯矩（或弯矩很小）的轴称为传动轴。
轴还可按照轴线形状的不同，分为曲轴和直轴。
曲轴通过连杆可以将旋转运动改变为往复直线运动，或作相反的运动变换。
直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。
光轴形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上的零件不易装配及定位；阶梯轴则正好与光轴相反。
因此光轴主要用于心轴和传动轴，阶梯轴则常用于转轴。
直轴一般都制成实心的。
在那些由于机器结构的要求而需在轴中装设其他零件或者减小轴的质量具有特别重大作用的场合，则将轴制成空心的。
在空心轴内径与外径的比值通常为0.5~0.6，以保证轴的刚度及扭转稳定性。
此外，还有一种钢丝软轴，又称钢丝挠性轴，它是由多组钢丝分层卷绕而成的，具有良好的挠性，可以把回转运动灵活的传到不开敞的空间位置。
2.轴设计的主要内容轴的设计也和其他零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。
轴的结构设计是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。
轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。
因此，轴的结构设计是轴设计中的重要内容。
轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。
多数情况下，轴的工作能力取决于轴的强度。
这时只需要对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。
而对刚度要求高的轴（如车床主轴）和受力很大的细长轴，还应进行刚度甲酸，以防止工作时产生过大的弹性变形。
轴设计的主要内容和轴的设计步骤
轴设计的主要内容和轴的设计步骤一、轴设计的主要内容轴是指工程、机械、汽车等设备中用来传递动力和承受载荷的一个重要组成部分。
轴的设计是指根据设备的工作原理、运行条件、载荷等要求，确定轴的几何形状、尺寸、材料等参数的过程。
良好的轴设计能够保证设备的稳定运行和寿命，提高设备的性能和效率。
轴设计的主要内容包括轴的几何形状、尺寸、材料和连接方式等方面。
1. 轴的几何形状：轴的几何形状通常是圆柱形，也可以是多边形、椭圆形等。
合理的几何形状能够降低应力集中，提高轴的强度和刚度。
2. 轴的尺寸：轴的尺寸包括直径、长度等参数。
根据设备的功率、转速、载荷等要求，确定轴的尺寸，确保轴的强度和刚度满足设计要求。
3. 轴的材料：轴的材料选择应根据设备的工作条件和要求进行。
常用的轴材料有碳素钢、合金钢、不锈钢等。
根据不同的工作条件，选择合适的轴材料，以满足轴的强度和耐磨性等要求。
4. 轴的连接方式：轴的连接方式是指轴与其他部件（如轴套、轴承、齿轮等）的连接形式。
常见的连接方式有键连接、螺纹连接、温度收缩连接等。
根据设备的工作负荷和要求，选择合适的连接方式，确保连接的牢固性和可靠性。
二、轴的设计步骤轴的设计是一个复杂的过程，需要根据具体设备的工作要求和条件来进行。
一般而言，轴的设计步骤包括设计任务确认、轴的受力分析、轴的尺寸计算、轴的校核和轴的优化设计等。
1. 设计任务确认：在轴的设计前，需要明确设计的任务和要求。
包括设备的工作条件、载荷特点、工作环境等方面的要求。
根据这些要求，确定轴的设计指标，为后续的设计提供依据。
2. 轴的受力分析：根据受力分析原理，对轴的受力情况进行计算和分析。
考虑到设备的工作条件和载荷特点，确定轴的受力形式和大小。
根据受力分析结果，选取合适的材料和几何形状。
3. 轴的尺寸计算：根据轴的受力分析结果，进行轴的尺寸计算。
轴的尺寸计算包括轴径的确定、轴长的确定和轴的过盈量的确定等。
根据设备的工作要求和载荷特点，计算得到轴的合理尺寸。
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。
典型轴系结构教学PPT轴的结构设计
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14.7 滚动轴承的组Байду номын сангаас设计
3.两端游动式
b
D h r R
d D
h
C
r d
13.2 轴的结构设计
➢用轴肩或轴环固定零件时，常需采用其他附件来防止零件向另一方向 移动。
13.2 轴的结构设计
➢当轴向力不大而轴上零件间的距离较大时，可采用弹性挡圈固定。
13.2 轴的结构设计
➢当轴向力很小，转速很低或仅为防止零件偶然沿轴向滑动时，可采用 紧定螺钉固定。
13.2 轴的结构设计
13.2.2 零件在轴上的固定
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，轴上零件的周向
固定必须可靠。常用的周向固定方法有键、花键、销和过盈配合等联接。
13.2 轴的结构设计
轴向固定 零件在轴上的轴向定位要准确而可靠，以使其安装位置确定，能
承受轴向力而不产生轴向位移 ➢轴肩由定位面和内圆角组成
13.2 轴的结构设计
13.2.3 轴的加工和装配工艺性
轴的形状要力求简单，阶梯轴的级数应尽可能少，轴上各段的键槽、 圆角半径、倒角、中心孔等尺寸应尽可能统一，以利于加工和检验
轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴段应有退 刀槽
当轴上有多处键槽时，应使各键槽位于轴的同一母线上
为使轴便于装配，轴端应有倒角
14.7.1 轴承的轴向固定
14.7 滚动轴承的组合设计
14.7.2 轴承组的轴向固定
除了合理选择轴承的类型和尺寸外，还必须正确、合理地进行轴承的 组合设计。即正确解决轴承的轴向位置固定、轴承与其它零件的配合、轴 承的调整与装拆等问题。
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
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
轴的设计步骤
轴的设计步骤轴的设计步骤主要包括以下几个方面：1. 功能和载荷分析：1)分析轴在设备或系统中的工作要求，明确轴所传递的扭矩、承受的弯矩以及承受的其他力和力矩。
2)根据轴的工作条件确定轴可能受到的各种静态和动态载荷。
2. 材料选择：根据轴的受力情况、工作环境（如温度、腐蚀性等）以及经济性考虑，选择合适的金属材料，确保其具有足够的强度、刚度和韧性。
3. 最小直径估算：根据扭转强度理论计算出满足扭矩要求所需的最小直径。
公式通常为：d = (τ_max * J) / (T * C)，其中d是轴的直径，τ_max是许用剪切应力，J是截面极惯性矩，T是作用在轴上的扭矩，C是一个与轴材料和截面形状有关的常数。
4. 结构设计：1)在满足最小直径的基础上，根据轴上连接件的位置、尺寸和固定方式设计轴的各段直径和长度。
2)考虑键槽对轴强度的影响，适当增大轴径以补偿键槽削弱的强度，一般情况下一个键槽增加约5%的直径，两个键槽增加约10%的直径。
3)确定轴上零件（如轴承、齿轮、联轴器等）的安装位置，并考虑配合公差和轴向定位的要求。
5. 强度校核：1)对轴进行弯曲强度校核，计算在弯矩作用下的最大正应力，并确保不超过材料的许用应力。
2)进行扭振、疲劳强度校核，评估轴在交变载荷下的耐久性和可靠性。
3)若有必要，还需考虑轴的临界转速及稳定性问题。
6. 绘制轴的工作图：根据以上计算和设计结果，绘制轴的详细工程图纸，包括主视图、俯视图、局部放大图和必要的剖视图，标注关键尺寸、公差和技术要求。
7. 审查和优化：完成初步设计后，需要对其进行审查和优化，确保设计合理、成本可控且易于制造和维护。
综上所述，轴的设计是一个系统而严谨的过程，涉及力学计算、材料科学、机械设计等多个领域知识的应用。
轴的直径和长度设计
轴的直径和长度设计
轴的直径和长度的设计要根据具体的应用需求来确定。
以下是一些常见的设计考虑因素：
1. 承载能力：根据传动或支撑的力矩、转速等参数，确定轴的直径和长度。
通常，承载能力越大，轴的直径和长度也需要相应增加。
2. 刚度要求：轴的直径和长度也会受到刚度要求的影响。
例如，在高速旋转或高精度传动系统中，需要更大的直径和长度来增加轴的刚度，以提高系统的稳定性和精度。
3. 碰撞或冲击负荷：如果轴需要承受碰撞或冲击负荷，需要增加轴的直径和长度，以提高其承载能力和抗冲击性能。
4. 安装空间限制：在一些应用中，轴可能会受到安装空间的限制，因此需要根据实际情况确定轴的直径和长度。
5. 材料选择：轴的直径和长度也会由材料的选择所影响。
不同的材料具有不同的强度和刚度特性，因此会影响轴的直径和长度的设计。
总之，轴的直径和长度设计需要综合考虑承载能力、刚度要求、负荷类型、安装空间限制和材料选择等因素，以确保轴在特定应用中的安全可靠性和性能满足需求。
简述轴的设计步骤
简述轴的设计步骤轴是工程设计中常见的机械元件，用于传输动力、支撑旋转部件或作为支撑轴承的固定轴。
在设计轴时，需要考虑多个因素，包括轴的材料选择、直径和长度的确定、轴上的零件配合等。
以下是轴的设计步骤及其拓展：1. 确定设计需求：首先，需要明确设计轴的用途和要求。
例如，是用于承载重量还是传输动力？这将决定轴的材料和尺寸选择。
2. 材料选择：根据设计需求和工作环境，选择合适的材料。
常见的轴材料包括钢、铝、合金等。
材料的硬度、强度、韧性和耐腐蚀性都是需要考虑的因素。
3. 计算轴的最大转矩和弯曲应力：根据设计的用途和工作条件，计算轴所需承受的最大转矩和弯曲应力。
这有助于确定轴的直径和长度，以确保轴能够承受所需载荷而不会发生变形或破裂。
4. 确定轴的直径和长度：根据计算得出的最大转矩和弯曲应力，结合材料的强度和刚度，确定轴的直径和长度。
通常情况下，轴的直径会随着所需承受的力矩增大而增大，长度会根据轴的支撑点和载荷分布情况而确定。
5. 设计轴的螺纹和键槽：如果轴上需要与其他零件连接，则需要设计螺纹或键槽。
螺纹和键槽的尺寸和位置需要根据实际应用需求和连接零件的要求来确定。
6. 进行应力分析和优化：使用有限元分析等工具对轴进行应力分析，以确保轴的强度和刚度满足设计要求。
如果有必要，可以进行多次优化设计，以达到最优的设计效果。
7. 轴的制造和加工：根据设计图纸，进行轴的制造和加工。
制造工艺包括车削、铣削、钻孔、磨削等，以确保轴的尺寸和形状精度满足设计要求。
8. 轴的表面处理和装配：为了提高轴的耐磨性和耐腐蚀性，可以进行表面处理，例如镀铬、镀锌、氮化等。
完成表面处理后，将轴与其他零件进行装配，以完成整个机械系统的设计。
以上是轴的设计步骤及其拓展。
轴的设计需要考虑多个因素，包括使用条件、材料选择、尺寸计算、零件配合等，以确保轴能够满足设计要求并具备足够的强度和刚度。
轴的设计 毕业论文
轴的设计毕业论文轴的设计毕业论文引言：在机械设计中，轴是一种常见的零件，用于传递动力和承载负荷。
轴的设计对于机械系统的性能和可靠性至关重要。
本文将探讨轴的设计原理和方法，以及一些常见的轴设计问题和解决方案。
一、轴的基本原理轴是连接两个旋转部件的零件，其主要功能是传递转矩和承载负荷。
轴的设计需要考虑到以下几个方面：1. 轴的材料选择：轴的材料应具有足够的强度和刚度，以承受工作条件下的负荷和应力。
常见的轴材料包括碳钢、合金钢和不锈钢等。
2. 轴的几何形状：轴的几何形状应根据具体的工作条件和要求进行选择。
常见的轴形状有圆柱形、圆锥形和棒状等。
3. 轴的支撑方式：轴的支撑方式对于轴的稳定性和刚度有重要影响。
常见的轴支撑方式包括轴承支撑、滑动支撑和固定支撑等。
二、轴的设计方法轴的设计通常遵循以下步骤：1. 确定工作条件：首先需要明确轴所处的工作条件，包括转速、负荷和工作环境等。
这些条件将决定轴的材料和尺寸。
2. 计算轴的强度和刚度：根据工作条件和轴的几何形状，可以进行强度和刚度的计算。
这些计算可以通过应力分析和有限元分析等方法进行。
3. 选择轴的材料和尺寸：根据强度和刚度的计算结果，选择合适的轴材料和尺寸。
这需要考虑到材料的可获得性、成本和加工性能等因素。
4. 设计轴的支撑方式：根据轴的工作条件和要求，选择合适的轴支撑方式。
这需要考虑到支撑方式的可靠性、刚度和摩擦损失等因素。
5. 进行轴的结构设计：根据以上步骤的结果，进行轴的结构设计。
这包括轴的几何形状、加工工艺和表面处理等。
三、常见的轴设计问题和解决方案在轴的设计过程中，常会遇到一些问题，如轴的振动、疲劳和磨损等。
以下是一些常见的问题和相应的解决方案：1. 轴的振动问题：轴的振动会导致噪音和能量损失。
解决轴的振动问题可以采用减振措施，如增加轴的刚度、改变支撑方式和使用减振装置等。
2. 轴的疲劳问题：轴的疲劳会导致轴的断裂和失效。
解决轴的疲劳问题可以采用增加轴的强度、改变材料和设计合适的过载保护装置等。
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d
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h
b
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c
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轴肩 3）轴肩轴 环高度h
轴环
定位轴肩：高度h>C(或R) ,通常取h=(2～3)C或(2
～3)R或h=0.07d+(2～3) mm 滚动轴承：轴肩高度<滚动轴承内圈高度
非定位轴肩：为使零件装拆方便， 取h=(1～2)mm
d
2．套筒----常用于两个距离相近的零件之间，起定位和固 定的作用。套筒与轴之间配合较松，不宜用于转速较高 的轴上。 套筒 B
2）表面强化处理的方法有：
▲ 表面高频淬火； ▲ 表面渗碳、氰化、氮化等化学处理； ▲ 碾压、喷丸等强化处理。 通过碾压、喷丸等强化处理时可使轴的表面产生预压应力， 从而提高轴的疲劳能力。
轴系结构设计中常见错误实例分析
指出图示结构设计的错误，并绘出正确的结构图。
轴 齿轮 套筒 滚动轴承
1
2
3 正确结构图
a）截面尺寸变化处 的应力集中
b）过盈配合处的应力集中
c）小孔处的应力集中
减小应力集中的措施： 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、
增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。
B d/4 B
30˚ r
d
卸载槽
过渡肩环
凹切圆角
4）避免相邻轴径相差太大；
5、转动的轴，受不变的载荷作用，其所受的弯曲应力的性质为＿ ＿。 A、脉动循环 B、对称循环 C、静应力 D、非对称 循环 6、对于受对称循环转矩作用的转轴，计算当量弯矩 ， α应取＿＿。 A、0.3 B、0.6 C、1 D、1.3 7、设计减速器中的轴，其一般设计步骤为＿＿。 A、先进行结构设计，再按转矩、弯曲应力和安全系数校核 B、按弯曲应力初算轴径，再进行结构设计，最后校核转矩和 安全系数 C、根据安全系数定出轴径和长度，冉校核转矩和弯曲应力 D、按转矩初估轴径，再进行结构设计，最后校核弯曲应力和 安全系数 8、根据轴的承载情况，＿＿的轴称为转轴。 A、既承受弯矩又承受转矩 B、只承受弯矩不承受转矩 C、不承受弯矩只承受转矩 D、承受较大轴向载荷
2 轴的主要组成
•轴颈 ——轴上被支承的部分。
•轴头——安装轮毂部分。
•轴伸——外伸的轴头。
•轴身——联接轴颈和轴头的部分。
•轴肩或轴环——阶梯轴上截面尺寸变化的部位
为了便于安装和拆卸，一般的转轴均为中间大、两头小 的阶梯轴。轴肩和轴环便于轴上零件的安装，常做为轴向定 位、固定的手段，其高度取决于它的用途。
销联接——用于固定不太重要，受力 不大，但同时需要轴向固定的零件。
五、轴的结构工艺性 ——便于加工、测量、维修及轴上零件的拆装 一）轴的加工工艺性要求
1. 不同轴段的键槽，应布置轴的同一母线上，以减少键槽加工 时的装卡次数；
a. 正确结构
b.不正确结构
2.需磨制轴段时，应留砂轮越程槽；需车制螺纹的轴段，应
第六章 轴的设计
主要内容 1、轴的结构设计：影响轴结构的因素；轴的台阶化设计；轴 的设计步骤。 2、轴的强度与刚度计算：轴上载荷及应力分析；轴的强度计 算、刚度计算等。 基本要求 1、了解轴的功用、类型、特点及应用。 2、掌握轴的结构设计方法。 3、掌握轴的三种强度计算方法：按扭转强度计算、按弯扭合 成强度计算、按疲劳强度进 行安全系数校核计算。
装”（“背对背”安装），轴承外圈窄边不应固定，而
外圈宽边应予固定； 5．齿轮无法装拆； 6．键槽应与联轴器处键 槽设置在同一方位上， 且键顶部与轮毂键槽之 间应有间隙,键应局部剖 开； 2 6 1 3 4 5 4 3
7．轴过长；
8．不应该开键槽，且此段轴过长，顶住了端盖； 9．轴肩过高，不便于轴承拆卸； 10．轴承没有轴向定位，可设轴套定位，且轴承内圈外侧未 固定； 11．键过长，并且与齿轮处的键不在同一方位。 9
以铁代钢 特点 吸振性、耐磨性好 对应力集中敏感性较小 可以做成复杂形状 价廉 冲击韧性低、质量不易控制 毛坯
圆钢棒料 尺寸小的轴
锻造毛坯 焊接毛坯 铸造毛坯
尺寸较大或为提高强度的轴 大件锻造困难 形状复杂的轴、空心轴等
二、轴的结构设计
1. 轴的结构设计原则
(1) 满足强度、刚度、防振的要求，并通过 结构设计提高这些方面的性能 (2) 保证轴上零件定位且固定可靠 (3) 便于轴上零件装拆和调整 (4) 轴的加工工艺性好
正确答案
下图为双级斜齿圆柱齿轮减速器输出轴的轴系结构图，齿轮用
油润滑，轴承采用脂润滑。试分析轴系结构的错误，在有错误 处标明序号，说明原因并提出改正方法。
1．联轴器顶住端盖，产生摩擦磨损，应设计一定位轴肩；
2．轴承盖与轴应有间隙，并设有密封件； 3．应加调整垫片，箱体加工面与非加工面应分开； 4．轴承端面距箱体内壁应有一定距离，30000类轴承“反
l
注意：轮毂宽度B > 轴头长度l，取l = B -（2~3）mm
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。
B 止动销 止动垫片 轴肩 止动垫片 止动销
螺钉
轴端挡圈 l 轴端挡圈 螺钉
注意：轮毂宽度B>轴头长度l ，取l = B- （2~3）mm
4．圆锥面----装拆方便，可兼作周向固定。宜用于高速、重 载及零件对中性要求高的场合。只用于轴端，常与轴端挡圈联 合使用，实现零件的双向固定。
2~3
2~3
四、轴上零件的周向固定
一）零件周向固定的目的 使零件能同轴一起转动，传递转矩。 二）常用周向固定 周向固定大多采用键、花键、过盈配合或销等联接形式来 实现。
键槽应设计成同一加工直线。
键联接——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，应用最为广泛。
花键联接——承载能力高，定心好， 导向性好，但制造较困难，成本较 高。用于传递转矩大，对中性要求 高或导向性好的场合。 过盈配合联接——结构简单，定心 好，承载能力高，工作可靠，但装 配困难，对配合尺寸的精度要求较 高。
锥面
止动垫片
螺钉 轴端挡圈
5．圆螺母与止动垫圈----固定可靠，可承受较大的轴向力， 但需切制螺纹和退刀槽，会削弱轴的强度。常用于轴上两零件 B 间距较大处，也可用于轴端。 圆螺母
l
止动垫圈
注意：零件宽度B > 轴长度l ，取l = B-（2~3）mm
为防松，需加止动垫圈或使用双螺母。
止动垫圈
6．弹性挡圈-----结构简单，但在轴上需切槽，会ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ起应力 集中，一般用于轴向力不大的零件的轴向固定。
留螺纹退刀槽。
0.8
砂轮越程槽
螺纹退刀槽
3.相近直径轴段的过渡圆角、键槽、越程槽、退刀槽尺寸
尽量统一。
二）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。
六、提高轴强度和刚度的措施 1.减小应力集中 合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。 a）截面尺寸变化处的应力集中 轴的应力集中 b）过盈配合处的应力集中 发生的位置 c）小孔处的应力集中
错误分析图
错误原因： 1 — 缺少键联接，齿轮未周向固定； 2 — 轴头配合长度等于齿轮轮毂宽度，齿轮固定不可靠； 3 — 轴端无倒角，轴承不便安装。
连轴齿轮
齿轮
1
2
3
2 正确结构图
错误分析图
错误原因： 1 — 连轴齿轮两端无倒角轮廓线；
2 — 齿轮左右两端均未轴向固定；
3 — 缺少键联接，齿轮未周向固定。
B 弹性挡圈
l
注意：零件宽度B > 轴长度l ，取l = B-（2~3）mm
7．紧定螺钉----结构简单，可兼作周向固定，传递不大的 力或力矩，不宜用于高速。
紧定螺钉
必须注意： 1）轴上零件一般均应作双向固定，可将各种方法联合使用。 2）保证固定可靠，防止过定位，L轴段长度=B轮毂宽-(2~3)mm。
一、轴设计概述
1. 轴的功用及分类
支撑回转零件 功用 传递运动和转矩
转动心轴 心轴：只承受弯矩、不承受转矩 分类
按载荷分类
固定心轴
转轴：既承受弯矩、又承受转矩
传动轴：主要承受转矩、不承受或承受很小弯矩
光轴 分类 阶梯轴
直径无变化
直径有变化
光轴
按轴的外形分类
阶梯轴
空心轴
2. 轴的设计步骤 选材 初定轴的最小直径
轴上零件的定位和固定 加工和装配的工艺性 提高轴强度的结构措施
轴的结构设计
轴的强度计算 轴的刚度计算
有特殊要求时
轴的稳定性计算
3. 轴的材料
(1) 碳素钢 优质碳素钢：35、45、50等 普通碳素钢：Q235A等 特点 强度、刚度、塑性和韧性等综合机械性能好 应力集中敏感性小 热处理后提高耐磨性、疲劳强度 45钢使用最广泛
齿轮 齿轮
轴承
轴承
卷筒
螺栓
卷筒
齿轮 齿轮
卷筒轴既受弯矩又受扭矩
卷筒轴只受弯矩
4）采用力平衡或局部相互抵消的办法减少轴的载荷。
斜齿轮： 两斜齿轮旋向应相同
行星齿轮减速器：多个行星轮均布
3.改变支点位置，改善轴的强度和刚度。
a)悬臂支承方案
b)简支支承方案
c)悬臂支承方案(正安装）
4.改善轴的表面质量 表面粗糙度和表面强化处理会对轴的疲劳强度产生影响。 1）表面愈粗糙疲劳强度愈低； 提高表面粗糙度。
2.合理布置轴上零件，改善轴的受力情况 1）使弯矩分布合理——把轴、毂配合分成两段，减小最大弯 矩值。 F F