轴设计
轴设计
轴设计主要内容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。
重点难点1、轴的结构设计，强度计算。
2、转轴设计程序问题。
3、弯扭合成强度计算中的应力校正系数 。
§7-1 轴概述一、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。
转轴：既受弯矩又受转矩的轴；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。
图7-2 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)。
图7-3 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(图7-3左)。
阶梯轴：特点与光轴相反，常用于转轴(图7-3右)。
图7-4 钢丝软轴钢丝软轴：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。
二、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。
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。
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。
轴的设计
d
r
r
h
b
R
h
c
D
d
D
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
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。
机械设计手册软件关于轴的设计
机械设计手册软件关于轴的设计1. 背景介绍机械设计是一门综合性的工程学科，其重要性不言而喻。
在机械设计中，轴是一种常见的零件，用于传递动力和承受载荷。
轴的设计对于机械设备的性能和可靠性至关重要。
2. 轴的基本原理轴是一种用于支撑旋转部件和传递动力的机械零件。
轴的设计需要考虑到其受力情况、材料选择、尺寸确定等方面。
3. 机械设计手册软件机械设计手册软件是一种专业的工程设计软件，提供了丰富的设计功能和计算工具，可以大大简化工程师的设计工作。
4. 轴的设计在机械设计手册软件中的功能在机械设计手册软件中，通常包含了轴的设计功能模块，该模块可以帮助工程师进行轴的尺寸计算、受力分析、材料选择等工作。
5. 轴的尺寸计算机械设计手册软件可以根据输入的载荷、转速、材料强度等参数，自动计算出轴的最优尺寸，包括直径、长度等。
6. 轴的受力分析除了尺寸计算，机械设计手册软件还可以进行轴的受力分析，包括弯曲应力、剪切应力等的计算，从而确保轴在工作时不会发生断裂或变形。
7. 轴的材料选择机械设计手册软件还提供了丰富的材料数据库，工程师可以根据不同的工作环境和要求，选择适合的材料进行轴的设计。
8. 轴的设计实例通过机械设计手册软件，工程师可以快速、准确地完成轴的设计工作。
软件提供了丰富的设计实例和案例，可以帮助工程师学习和应用轴的设计理论。
9. 结语机械设计手册软件为工程师提供了强大的设计工具和资源，轴的设计模块能够帮助工程师高效地完成轴的设计工作，提高设计效率和设计质量。
随着科技的不断发展，机械设计手册软件将会在机械设计领域发挥日益重要的作用。
由于轴在机械设备中的重要性，其设计必须倚赖于先进的工程知识和技术。
在过去，工程师们需要依靠繁琐的手算和复杂的数学公式来完成轴的设计工作，然而，随着机械设计手册软件的出现，这一情况发生了巨大的改变。
机械设计手册软件具有强大的计算能力和丰富的材料数据库，使得工程师可以准确快速地完成轴的设计要考虑到多个因素，包括受力情况、耐磨性、材料强度、载荷类型等。
轴类零件设计
目录
例题 习题 小结
作业：思考题
1、轴上零件的轴向定位有那些方法？ 各有何特点？
2、在齿轮减速器中，为什么低速轴的 直径要比高速轴的直径大得多？
目录
例题 习题 小结
六、典型轴的选材
调质220HB~250HB
C620车床主轴简图
1. 机床主轴选材
• 车床主轴可选用45钢。热处理工艺为调质 处理，硬度要求为220HB－250HB；轴颈和 锥孔进行表面淬火，硬度要求为52HRC。
它的工艺路线如下： 锻造→正火→粗加工→调质→半精加工→ 表面淬火及低温回火→磨削加工。
目录
例题 习题 小结
要求r轴<R孔或r轴<C孔
正确
目录
h=R(C)+(0.5~2)mm
例题 习题 小结
2）套筒 用于距离较短、转速不高的场合。
目录
例题 习题 小结
3）圆螺母
双圆螺母
装拆方便，可承受较大的轴向力。
目录
例题 习题 小结
注意：L轴<L毂 （2--3mm)
4）轴端挡圈
用于固定轴 端零件，可 以承受振动 和冲击。
• 材料可选用QT700-2。 • 其工艺路线如下：
铸造→高温正火→切Biblioteka 加工→轴颈 气体渗氮本节课小结
• 1.掌握轴类零件选材的主要依据； • 2.掌握轴类零件的分类及工作条件； • 3.掌握常用的轴类零件材料及典型轴的
选材原则。
§13-2 轴的结构设计
单级圆柱齿轮减速器
本节课主要内容
一、拟定轴上主要零件的装配 二、零件在轴上的定位和固定方法
• 2. 轴与轴上零件有相对运动时相互间存 在摩擦和磨损；
轴结构设计的基本要求
轴结构设计的基本要求
轴结构设计是指在机械设备中，对于轴的使用和设计方法的总称。
对于轴的结构设计，有以下几个基本要求。
1.强度要求：轴的强度是设计的一个重要方面，需要考虑到承受
的载荷和力矩等因素，才能确定合适的材料和尺寸。
2.刚度要求：轴的刚度直接影响到机械设备的工作性能，刚度越大，失配的可能性就越小，精度也越高。
3.稳定性要求：轴的稳定性就是指轴能够承受震动、突然负载等
外界因素的影响，不会发生任何的变形或破裂现象。
4.平衡要求：轴在使用过程中，如果出现了不平衡现象，就会使
得机械设备的工作出现问题。
因此，设计时需要考虑轴的平衡性。
5.装配配合要求：轴与相邻零件的配合是设计的重要方面，使得
机械设备能够保持稳定和精确的运行。
6.可靠性要求：轴结构设计需要考虑到耐久性、使用寿命、维护
保养等诸多方面，以最大程度地保证设备的可靠性和持久性。
综上所述，轴结构设计的基本要求是强度、刚度、稳定性、平衡、装配配合和可靠性。
只有在满足这些基本要求的基础上，才能有效地
提高机械设备的工作性能。
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。
轴的设计计算(主动轴)
d1 =25 (mm ) ， d 2 = d1 +2h=25+2×1.5=28 (mm )
考虑到该轴段上的密封件尺寸，取 d 2 =28 (mm )
轴承初选 6306 深沟球轴承。轴承宽度 B=19 (mm )
d 3 =30mm
d 4 =32mm
d 7 =30mm
d 6 =37mm
d 5 = d 4 +2h=32+2×(0.07～0.1)×37
联轴器处
4T = 22.64 <[ σ p ]=(100～120)MPa dhl
L=40mm
l=40- =36 h=7 l=40-4=36 h=7mm
σp =
4 × 43500 = 27.62 <[ σ p ]=(100～120)MPa 25 × 7 × 36
故所选键连接合适
3
则 从动轴 d ≥ c
P =(118～107) n
3
2.23 =19.55～17.73 490
考虑键槽 d×1.05≥18.62～20.53
该轴外端安装有联轴器，选用弹性套柱销联轴器
T
C
=KT=1.5×9550 2.23 =261.84
122
孔径为 25 (mm )
3 轴的结构设计 根据轴上零件的定位、装拆方便的需要，同时考虑到强度的原则，主动轴和从 动轴均设计为阶梯轴。 (1) 轴径确定
R VA = RVB =0.5 Ft =836.5N
M HC = 49.5 × 304.5 = 15073 ( N ⋅ mm)
M VC =49.5×836.5=41407 ( N ⋅ mm) 转矩 T=43500 ( N ⋅ m)
M C = M HC + M VC = 15073 2 + 41407 2 =44065 ( N ⋅ mm)
轴的设计计算及校核实例
轴的设计计算及校核实例
轴是用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。
轴的设计计算主要包括选材、结构设计和工作能力计算。
以下是一个轴的设计计算及校核实例：
1. 按扭矩初算轴径：选用45#调质，硬度217-255HBS。
根据（）2表14-1、P245（14-2）式，并查表14-2，取c=115，得d≥115×(5.07/113.423)1/3mm=40.813mm。
考虑有键槽，将直径增大5%，则d=40.813×(1+5%)=4
2.854mm。
初选d=50mm。
2. 选择轴承：因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列角接触球轴承。
参照工作要求并根据，根据d=50mm，选取单列角接触球轴承7208AC型。
在进行轴的设计时，需要考虑多方面的因素，并进行详细的计算和校核。
如果你需要进行轴的设计计算，建议咨询专业的工程师或查阅相关设计手册。
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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设计某搅拌机用的单级斜圆柱齿轮减速器中的低速轴（包括选择轴两端的轴承及外伸端的联轴器），如下图所示。
已知：电动机额定功率P=4kW ，转速m in /7501r n =，低速轴转速m in /1302r n =，大齿轮节圆直径mm d 3002'=，宽度mm B 90=，齿轮螺旋升角︒=12β，法相压力角︒=20α。
要求：1）完成轴的全部结构设计：2）根据弯扭合成理论验算轴的强度；3）精确校核轴的危险截面是否安全；4)画出轴的零件图。
1.求出低速轴上的功率2P 和转矩2T若取轴承传动的效率（包括轴承效率在内），则97.0=η2.求作用在齿轮上的力因知低速级大齿轮的节圆直径为mm d 3002= 而N N d T F t 19003002580312222=⨯== 圆周力t F ，径向力r F 及轴向力a F 的方向如图所示3.初步确定轴的最小直径先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。
选取轴的材料为45钢，调质处理。
根据表15-3，取1120=A ，于是得考虑轴与联轴器连接有键槽，轴径增加3%。
mm d d 7.35%3min =≥输出轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径（图）。
为了使所选用的轴径与联轴器的孔径相适应，故同时选取联轴器型号。
联轴器的计算转矩2T K T A ca =，查表14-1，考虑是搅拌器，故取7.1=A K ，则： 按照计算转矩ca T 应小于联轴器的公称转矩的条件，查机械设计手册，选用LX3的弹性柱销联轴器，其公称转矩为1250000N ·mm 。
半联轴器的孔径为mm d 381=，故取mm d 3821=-，半联轴器的长度mm L 82=，半联轴器于轴配合的毂孔长度mm L 601=。
4.轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案设计参考图15-22a 的装配方案（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1)为了满足半联轴器的轴向定位要求，1-2段轴右端需制出一轴肩，轴肩高度)(,)3~2(R C h =，参照表15-2得，)6.1(2.1==R mm C ，故取2-3段的直径mm d 4132=-；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径mm D 42=。
半联轴器与轴配合的毂孔长度mm L 601=，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比略短一些，现取mm l 9321=-。
2）初步选择滚动轴承，因轴承同时受轴向载荷与径向载荷的作用，故选取接触角较小的角接触球轴承。
参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取0组基本游隙组，标准精度等级的角接触球轴承7009C ，其基本尺寸为mm mm mm B D d 167545⨯⨯=⨯⨯，故取mm d d 457632==--，而mm l 1676=-。
右端滚动轴承采用轴肩定位。
查机械设计手册的7009C 型的轴承的定位轴肩直径mm d a 51min =，因此取mm d 5265=-。
3)取安装齿轮处的轴段4-5的直径mm d 5043=-；齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位。
已知齿轮轮毂宽度为90mm ，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此处轴段应略短于轮毂宽度，故取mm l 8643=-。
齿轮左端采用轴肩定位，轴肩高度)(,)3~2(R C h =，由轴径查表15-2，得mm R 6.1=，故取mm h 8.4=，则轴环处直径mm d 6.5954=-。
轴环宽度72.64.1=≥h b ，取mm l 1065=-。
4）轴承端盖的总宽度15（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。
根据轴承端盖的装拆及便于对轴添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面的距离mm l 20=（参看图），故取mm l 3532=-。
5）取齿轮距箱体的距离a=10mm ，考虑箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体一段距离s ，取mm s 2=，（参看图），已知滚动轴承宽度mm B 16=，则 至此，已初步确定轴的各段直径和长度。
（3）轴上零件的周向定位齿轮，半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。
按由表查的平键截面尺寸mm mm h b 1016⨯=⨯，键槽用键槽铣刀加工，长度56mm ，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选用齿轮轮毂与轴的配合为78m H ；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键为mm mm h b 810⨯=⨯，半联轴器与轴的配合为78k H 。
滚动轴承与轴的周向定位是有过渡配合来保证的，此处选用轴的直径尺寸公差m7。
（4）确定轴上圆角与倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角为2⨯C ，各轴肩处的圆角半径按表15-2查取5.求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算载荷图。
在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a 值。
对于7009C 型角接触球轴承，由手册中查的mm a 16=。
因此，作为简支梁的轴的支撑跨距mm a l l l l l L 16228776655443=-++++=-----，根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。
（1）做出轴的受力简图。
（2）求支反力：水平支反力 N F F F t HB HA 9502=== 垂直面支反力 N Ld F L F F a r VA 8202/2/'2=+-= 水平弯矩 mm N L F M HB HC ⋅=⋅=617502 垂直弯矩C 点左边mm N L F M VA VC ⋅=⋅=533002' C 点右边mm N L F M VB VC ⋅=⋅=73452合成弯矩 C 点左边mm N M M M VC HC C⋅=+=815722'2' C 点右边mm N M M M VC HC C ⋅=+=6218522扭矩 mm N T ⋅=2850312做合成弯矩ca M 图，该轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取59.0=αC 点左边 ()mm N T M M C ca ⋅=+=8157222''αC 点右边 ()mm N T M M C ca ⋅=+=26918522α6.按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度，根据式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取59.0=α，轴的计算应力C 截面 ()MP W T M caC 53.62221=+=ασ D 截面 MPa d T caD 9.511.03212==-σ 前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查的MPa 601=-σ，MPa B 640=σ，MPa 2751=-σ，MPa 1551=-τ。
因此[]1-≤σσcaC ，故安全。
7.精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面C 截面应力最大且有键槽，D 截面有键槽有扭矩，故需要校核C,D 两个截面（2）截面C 由表15-4计算抗弯，抗扭截面系数抗弯界面系数 125001.03233=≈=d d W π （圆形截面）抗扭界面系数 250002.01633=≈=d d W T π（圆形截面）截面C 左侧的弯矩 ()mm N T M M C ca⋅=+=8157222''α 截面C 上的扭矩 mm N T ⋅=2850312截面上的弯曲应力 MPa WM b 53.6==σ 截面上的扭转切应力 MPa W T T T 4.112==σ 轴的材料为45钢，调质处理。
由表15-1查得MPa B 640=σ，MPa 2751=-σ，MPa 1551=-τ。
查附表3-4，C 截面因键槽引起的应力集中系数65.1=σk ，55.1=τk 。
查表附表3-2得绝对尺寸影响截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数σα及τα按附表3-2查取。
因=d r ，=dD ，经插值计算后可得=σα，=τα又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为=σq ，=τq故有效应力集中系数按式（附3-4）为由附图3-2的尺寸系数74.0=σε；由附图3-3的扭转尺寸系数85.0=τε 轴按磨削加工，由附图3-4的表面质量系数为 92.0==τσββ轴未经表面强化处理，即1=q β，则按式（3-12）及式（3-14b ）的综合系数为： 又由§3-1和§3-2得碳钢的特性系数为：2.0~1.0=αϕ，取15.0=σϕ1.0~05.0=τϕ，取08.0=τϕ于是计算安全系数ca S 值，按式（15-6）~(15-8)则得：故可知C 左安全。
(3)截面C 右侧由表15-4计算抗弯，抗扭截面系数抗弯界面系数 125001.03233=≈=d d W π （圆形截面）抗扭界面系数 250002.01633=≈=d d W T π（圆形截面）截面C 左侧的弯矩M 及弯曲应力截面C 上的扭矩2T 及扭转应力轴按磨削加工，由附图3-4的表面质量系数为故综合系数为：所以轴在截面4右侧的安全系数为故轴在截面4右侧的强度也是足够的。
轴的静强度校核略去，至此，轴的设计计算即结束。
8.绘制轴的零件图（3）D 截面（只校核扭矩） 抗扭截面系数4.109742.01633=≈=d d W T π扭矩 mm N T ⋅=2850312扭转应力 97.252==TT W T σ 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数τα按附表3-2查取。
因052.0=dr ，184.1=d D ，经插值计算后可得 又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为故有效应力集中系数按式（附3-4）为由附图3-2的尺寸系数74.0=σε；由附图3-3的扭转尺寸系数86.0=τε 本轴段按精车加工，由附图3-4的表面质量系数为88.0=τβ故综合系数为：所以轴在截面D 的安全系数为所以D 截面安全。