轴的设计及校核
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1. 零件在轴上的轴向定位和固定——
应考虑——零件所受轴向力的大小，轴的制造，轴上零件 装拆的难易程度，对轴强度的影响，工作可靠性等因素。
轴上零件轴向定位与固定的常用方法——轴肩和轴环，轴 套(套筒) ，圆螺母，圆锥面，轴端挡板，弹性挡圈，锁紧 挡圈、紧定螺钉等
SEU-QRM
16
轴向定位和固定——
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12
Structure Design of Shafts 轴的结构设计
轴结构设计的任务——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，合理地确定轴的结构形状和全部尺寸。
轴的组成—— 轴颈(journal)——轴上被支承部分； 轴头——安装轮毂(hub)部分； 轴身——连接轴颈和轴头的部分。
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r
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轴向定位和固定——
②
轴套（套筒）
轴套适用于轴上两个相距较近零件之间的定位，其两个 端面为定位面，应有较高的平行度和垂直度。为使轴上 零件定位可靠，应使轴段长度比零件毂长短2~3mm。
1
23
4
SEU-QRM
18
轴向定位和固定——
③
可用圆螺母与轴肩、 1 轴环等的组合实现零 件在轴上的双向定位 2 和固定。
轴的结构设计主要解决以下几个问题： 轴上零件的布置；零件在轴上的轴向定位和固定，零件在 轴上的周向定位；轴结构的工艺性；提高轴强度的措施。
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13
Arranging Scheme of Elements on a Shaft 轴上零件的布置方案
轴上零件的布置——预定出轴上零件的装配方向、顺序和 相互关系，它决定了轴的结构形状。
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6
转动心轴
不转心轴
SEU-QRM
不转心轴
7
Lifte
1
r
Motor
2 3
×
1——传动轴：T 2——转轴：T + M 3——转轴：T + M 4——心轴 ：M
×
×
×
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8
Stresses in shafts——
()
静应力
o
t
脉动循环应力 () o
t
对称循环应力 ()
o
t
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；
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；
生产批量大、外形复杂、尺寸较大的轴，可用铸造毛坯。
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10
Failure Forms and Design Requirements of Shafts
装配方案——以轴最大直径处的轴环为界限，轴上零件分 别从两端装入。按安装顺序即可形成各轴段粗细和结构形 式的初步布置方案。
在拟定方案时，可以考虑几个方案，以供比较选择。
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2 3 4
1 56 7 8 91 1
0
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1 2
1 3
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Location and Fixing of Elements on a Shaft 零件在轴上的定位和固定
Straight Shaft——
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3
Crankshaft—— Flexible Shaft——
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4
按所受载荷性质分——心轴、转轴和传动轴。
Rotating Shaft( 转 轴 )—— 指 既 受 弯 矩 (bending moment)又受转矩(torsional moment)的轴，转轴在各 种机器中最为常见。
Mandrel(心轴)——只承受弯矩而不承受转矩的轴，如 自行车轮轴。按轴转动与否，又可分为转动心轴和固定 心轴。
Transmitting Shaft(传动轴)——指只受转矩不受弯矩 或受很小弯矩的轴，如连接汽车发动机输出轴和后桥的 轴。
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5
Rotating shaft
Transmitting shaft
①
轴肩和轴环
轴肩与轴环——由定位面和过度圆角组成。
为保证零件端面能靠紧定位面，轴肩(环)圆角半径r必须 小于零件毂孔的圆角半径R或倒角高度C1; 轴肩(环)高度 h应大于C1和R，为了有足够的强度来承受轴向力，通常 取h=(0.07~0.1)d。轴环宽度b≥1.4h。
轴肩
轴环
b
R
D h
C1 d
D h
(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。
转轴—— 弯矩：对称循环应力 扭矩：脉动循环应力
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9
Materials and Roughs of Shafts 材料与毛坯
Shaft Materials ——
碳钢，合金钢，球墨铸铁，高强度铸铁等 热处理，化学处理，表面强化处理等
Shaft Roughs ——
可用轧制圆钢材、锻造、焊接、铸造等方法获得。
圆螺母定位装拆方便， 通常用细牙螺纹来增 强防松能力和减小对 轴的强度消弱及应力 集中。
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圆螺母
19
轴向定位和固定——
④
圆锥面
将轴与零件的配合面加工成圆锥面，可以实现轴向定位。 圆锥面的锥度小时，所需轴向力小，但不易拆卸，通常 取锥度1:30～1:8。
轴的失效形式与设计要求
Failure Forms ——
因疲劳强度不足而产生的疲劳断裂; 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。
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11
Design Requirements ——
轴与轴上零件组成一个组合体称为轴系部件。轴的设计必 须与轴系零部件整体结构紧密联系起来。
轴的设计及校核
授课：大山 时间：12月2日
Hale Waihona Puke Baidu
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1
Introduction 概述
轴用于安装传动零件(如齿轮、凸轮、带轮等)，使其有确 定的工作位置，实现运动和动力的传递，并通过轴承支承 在机架或机座上。
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2
Classification of Shafts 轴的分类
按 轴 线 形 状 分 —— 直 轴 (straight shaft) 、 曲 轴 (crankshaft)和软轴(flexible shaft)。
应考虑——零件所受轴向力的大小，轴的制造，轴上零件 装拆的难易程度，对轴强度的影响，工作可靠性等因素。
轴上零件轴向定位与固定的常用方法——轴肩和轴环，轴 套(套筒) ，圆螺母，圆锥面，轴端挡板，弹性挡圈，锁紧 挡圈、紧定螺钉等
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轴向定位和固定——
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12
Structure Design of Shafts 轴的结构设计
轴结构设计的任务——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，合理地确定轴的结构形状和全部尺寸。
轴的组成—— 轴颈(journal)——轴上被支承部分； 轴头——安装轮毂(hub)部分； 轴身——连接轴颈和轴头的部分。
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轴向定位和固定——
②
轴套（套筒）
轴套适用于轴上两个相距较近零件之间的定位，其两个 端面为定位面，应有较高的平行度和垂直度。为使轴上 零件定位可靠，应使轴段长度比零件毂长短2~3mm。
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轴向定位和固定——
③
可用圆螺母与轴肩、 1 轴环等的组合实现零 件在轴上的双向定位 2 和固定。
轴的结构设计主要解决以下几个问题： 轴上零件的布置；零件在轴上的轴向定位和固定，零件在 轴上的周向定位；轴结构的工艺性；提高轴强度的措施。
SEU-QRM
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Arranging Scheme of Elements on a Shaft 轴上零件的布置方案
轴上零件的布置——预定出轴上零件的装配方向、顺序和 相互关系，它决定了轴的结构形状。
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转动心轴
不转心轴
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不转心轴
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Lifte
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Motor
2 3
×
1——传动轴：T 2——转轴：T + M 3——转轴：T + M 4——心轴 ：M
×
×
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Stresses in shafts——
()
静应力
o
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脉动循环应力 () o
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对称循环应力 ()
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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；
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；
生产批量大、外形复杂、尺寸较大的轴，可用铸造毛坯。
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10
Failure Forms and Design Requirements of Shafts
装配方案——以轴最大直径处的轴环为界限，轴上零件分 别从两端装入。按安装顺序即可形成各轴段粗细和结构形 式的初步布置方案。
在拟定方案时，可以考虑几个方案，以供比较选择。
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Location and Fixing of Elements on a Shaft 零件在轴上的定位和固定
Straight Shaft——
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Crankshaft—— Flexible Shaft——
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按所受载荷性质分——心轴、转轴和传动轴。
Rotating Shaft( 转 轴 )—— 指 既 受 弯 矩 (bending moment)又受转矩(torsional moment)的轴，转轴在各 种机器中最为常见。
Mandrel(心轴)——只承受弯矩而不承受转矩的轴，如 自行车轮轴。按轴转动与否，又可分为转动心轴和固定 心轴。
Transmitting Shaft(传动轴)——指只受转矩不受弯矩 或受很小弯矩的轴，如连接汽车发动机输出轴和后桥的 轴。
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Rotating shaft
Transmitting shaft
①
轴肩和轴环
轴肩与轴环——由定位面和过度圆角组成。
为保证零件端面能靠紧定位面，轴肩(环)圆角半径r必须 小于零件毂孔的圆角半径R或倒角高度C1; 轴肩(环)高度 h应大于C1和R，为了有足够的强度来承受轴向力，通常 取h=(0.07~0.1)d。轴环宽度b≥1.4h。
轴肩
轴环
b
R
D h
C1 d
D h
(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。
转轴—— 弯矩：对称循环应力 扭矩：脉动循环应力
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Materials and Roughs of Shafts 材料与毛坯
Shaft Materials ——
碳钢，合金钢，球墨铸铁，高强度铸铁等 热处理，化学处理，表面强化处理等
Shaft Roughs ——
可用轧制圆钢材、锻造、焊接、铸造等方法获得。
圆螺母定位装拆方便， 通常用细牙螺纹来增 强防松能力和减小对 轴的强度消弱及应力 集中。
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圆螺母
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轴向定位和固定——
④
圆锥面
将轴与零件的配合面加工成圆锥面，可以实现轴向定位。 圆锥面的锥度小时，所需轴向力小，但不易拆卸，通常 取锥度1:30～1:8。
轴的失效形式与设计要求
Failure Forms ——
因疲劳强度不足而产生的疲劳断裂; 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。
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11
Design Requirements ——
轴与轴上零件组成一个组合体称为轴系部件。轴的设计必 须与轴系零部件整体结构紧密联系起来。
轴的设计及校核
授课：大山 时间：12月2日
Hale Waihona Puke Baidu
SEU-QRM
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Introduction 概述
轴用于安装传动零件(如齿轮、凸轮、带轮等)，使其有确 定的工作位置，实现运动和动力的传递，并通过轴承支承 在机架或机座上。
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Classification of Shafts 轴的分类
按 轴 线 形 状 分 —— 直 轴 (straight shaft) 、 曲 轴 (crankshaft)和软轴(flexible shaft)。