机械设计大作业轴系PPT
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机械设计(第八版)第15章 轴 PPT
其它直径
长度： 长度： 毂的长度和相邻零件间必要的间隙决定
轴
装配方案的比较： 装配方案的比较：
轴
四．提高轴的强度的措施： 提高轴的强度的措施：
30˚ B R d/4 d 卸载槽 也可以在轮毂上增加卸载槽 轴 过渡肩环 凹切圆角 B位置d/4 r
三、确定轴的基本直径和各段长度
1.按扭转强度计算(初算轴径) 1.按扭转强度计算(初算轴径) 按扭转强度计算
仅考虑 T 的强度条件 τ T = T ≤ [τ T ] WT
955 × 10 4 P n τT = ≤ [τ T ] 3 0.2d
性，而不是轴的弯曲和扭转刚度。 而不是轴的弯曲和扭转刚度。
注意： ）各种钢材、热处理前后其弹性模量差别不大， 注意：1）各种钢材、热处理前后其弹性模量差别不大， 因此要提 的方法获得。 高刚度不能用合金钢或通过热处理 的方法获得。 2）合金钢对应力集中敏感性高，设计时必须从结构上采取措施，减轻应 ）合金钢对应力集中敏感性高，设计时必须从结构上采取措施， 力集中，并降低表面粗糙度。 力集中，并降低表面粗糙度。 轴
当轴上有两处动力输出时，为了减小轴上的载荷， 应将输入轮布置在中间。
Ft
T 方案 a 输出 T
Q
方案b 方案 输出 输入 T T2 T T T1+T2
Q
输出
输入 T T
输出
T1
合理
T2
T1+T2轴源自T1Tmax = T1
不合理
Tmax= T1+T2
2.减小应力集中 减小应力集中 合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。 合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。 应力集中出现在截面突然发生变化的。 应力集中出现在截面突然发生变化的。 措施： 措施： 1. 用圆角过渡； 用圆角过渡； 2. 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽 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 、过渡肩环、凹切圆角、 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。 增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力
机械设计大作业课程演示
WUHAN UNIVERSITY OF SCINECE AND TECHNOLOGY
机械设计课程演示
——轴系结构的应力和变形分析
日期：
组别：
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目录
01. 选 题 内 容 及 问 题 描 述 02. 模 型 创 建 03. 模 型 分 析 04. 分 析 结 论
6.运行算例 应力分布图 最大应力点的应力值达到124.1MPa
（8）变形分布图 最大变形量约为0.07997mm
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04 分析结论 根据分析结果与材料数据比较
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轴系结构的应力和变形分析
受力分析：轴左侧受到转矩T=9600N*mm 两侧轴承的支反力 以及键连接（斜齿轮） 所带来的作用力
分析目标和内容：完成三维建模，并根据 轴上所受的载荷，进行应力和应变分析， 获得应力分布图，分析结果。
02 模型创建 采用SolidWorks建模
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3.添加夹具 ①轴末端链接负载，则在末端添加固定夹 具 ②轴的第3及第7段固定轴承，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ添加轴承 夹具 ③轴第4段与齿轮连接，则添加轴承夹具
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4.施加外部载荷：轴与齿轮采用 键连接，则在键出添加应力 5.添加网格
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——轴系结构的应力和变形分析
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目录
01. 选 题 内 容 及 问 题 描 述 02. 模 型 创 建 03. 模 型 分 析 04. 分 析 结 论
6.运行算例 应力分布图 最大应力点的应力值达到124.1MPa
（8）变形分布图 最大变形量约为0.07997mm
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04 分析结论 根据分析结果与材料数据比较
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轴系结构的应力和变形分析
受力分析：轴左侧受到转矩T=9600N*mm 两侧轴承的支反力 以及键连接（斜齿轮） 所带来的作用力
分析目标和内容：完成三维建模，并根据 轴上所受的载荷，进行应力和应变分析， 获得应力分布图，分析结果。
02 模型创建 采用SolidWorks建模
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3.添加夹具 ①轴末端链接负载，则在末端添加固定夹 具 ②轴的第3及第7段固定轴承，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ添加轴承 夹具 ③轴第4段与齿轮连接，则添加轴承夹具
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4.施加外部载荷：轴与齿轮采用 键连接，则在键出添加应力 5.添加网格
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机械设计--14轴-PPT课件
过渡肩环
内凹圆角
轴肩过渡和内凹圆角结构
配合轴段上的卸载槽
轮毂上的卸载槽
2、改善轴的受力状况
合理布置轴上的零件可以改善轴的受力状况。 起重机卷筒中，大齿轮和卷筒应联成一体； 当动力从两轮输出时，应将输入轮布置在中 间。
合理布置轴上的零件可以改善轴的受力状况。例如，下图 所示为起重机卷筒的两种布置方案，图a的结构中，大齿轮和卷 筒联成一体，转矩经大齿轮直接传给卷筒，故卷筒轴只受弯矩 而不传递扭矩，在起重同样载荷W时，轴的直径可小于图b的结 构。
轴的结构设计的主要要求是：
1、满足使用要求： ａ、准确定位；轴和轴上零件要有准确的工作位置； ｂ、固定要求：各零件要牢固、可靠地相对固定(周向固定，轴向固定)； c、 尺寸合理性要求：轴各部分的直径和长度尺寸要合理。 2、良好的结构工艺性：
ａ、加工工艺性：所设计的轴便于加工； ｂ、装配工艺性：轴上零件便于装拆 ； 3、提高轴的疲劳强度： ａ、改善受力状况，减少应力集中； ｂ、改善轴的表面状态。
再如，当动力从两轮输出时，为了减小轴上载荷，应 将输入轮布置在中间，如右图a所示，这时轴的最大转 矩为T1；而在图b的布置中，轴的最大转矩为T1十T2。
14.3.4 各轴段直径和长度的确定
1、各段直径 ⑴与滚动轴承配合的轴颈的直径必须符合滚动轴承内 径的标准系列 ⑵轴上车制螺纹部分的直径必须符合外螺纹大径的标 准系列 ⑶安装联轴器的轴段直径必须与联轴器的内孔直径范 围相适应 ⑷与非标准件（如齿轮、带轮等）相配合的轴段直径 应采用标准系列
14.3 轴的结构设计
传动零件必须被支承起来才能工作。轴就是 用来支承传动零件的。轴本身也必须被支承 起来，轴上被支承的部分称为轴颈，支承轴 颈的支座称为轴承。 轮毂与轴之间的联接称为轴毂联接，常用的 有键联接和花键联接，还有销联接、过盈配 合联接等，这些联接均属于可拆联接。
《机械设计》教学PPT课件 第九章 轴
练习4
指出图中结构不合理的地方，并予以改正。
练习5
§9-3 轴的工作能力计算
轴的强度计算应根据轴的承载情况，采用相应的计 算方法。常见的轴的强度计算有以下两种
一、按扭转强度计算
对于只传递扭转的圆截面轴，强度条件为
T
WT
9.55 10 6 0.2d 3n
P
[ ]
MPa
设计公式为
9.55106 P
三、轴的结构工艺性
1.轴端倒角C×45°(1C、2C等) 2.螺纹退刀槽——切制螺纹 3.砂轮越程槽——磨削 4.同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，且取相同 尺寸。圆角半径r也尽量一致。
1.轴端倒角C 2.螺纹退刀槽——切制螺纹
3.砂轮越程槽——磨削
4.同一轴上键槽位于圆柱同 一母线上，且取相同尺寸。 圆角半径r也尽量一致。
1.轴向固定 —— 轴肩定位
r轴<C孔
r轴<R孔
特点：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力
应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位
r轴>C孔
固定滚动轴承的轴肩高度 ─-查轴承的安装尺寸
da
轴向固定
2-3
轴长应略短于轮毂宽度(保证零件固定)
套筒用于两个零件间距离较小时 不宜用于高速旋转
轴向固定 圆螺母
2. 按轴线形状分
直轴 曲轴
光轴 阶梯轴
空心轴: 有特殊要求时，如航空发 动机的主轴。
实心轴
钢丝软轴：可以随意弯曲，把回转运动灵活地传到任意 空间位置。
钢丝软轴
选用合适的材料 结构设计
强度计算 轴的结构形状和尺寸
一、碳钢
1.对应力集中敏感性低，强度、塑性和韧性均较好； 2.般经调质或正火热处理，如40、45； 3.不重要或承受载荷较小的轴，可用普通碳素钢，Q235等
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
机械设计大作业轴系ppt课件
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表1. 直齿圆柱齿轮减速器的已知数据
可一张，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，主要是输出轴的轴、键及轴承的设计 计算。
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3
三. 本次作业的设计步骤
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4
（4）校核轴和键的强度；验算滚动轴承寿命。 （5）修改和完善轴系部件的结构设计。 （6）完成轴系部件装配图。
机械设计大作业一级圆柱齿轮输出轴轴系部件可编辑课件ppt一已知条件一级圆柱齿轮减速器已知数据直齿圆柱齿轮减速器的已知数据可编辑课件ppt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
机械设计大作业
一级圆柱齿轮输出轴轴系部件
可编辑课件PPT
1
一、已知条件
一级圆柱齿轮减速器已知数据
四. 设计要点
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5
轴承中油润滑，这时必须在端盖上开缺口并将端盖端部直径取小一 些，如图a所示。
图a
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6
4. 当齿轮圆周速度小于2m/s时 ，宜用脂润滑，应加挡油板以防止 箱体内润滑油流入轴承将润滑脂稀释，这时轴承端面与箱体内 壁距离应取大些，如图 b（上）所示。当用润滑油润滑，则轴 承端盖与箱体内壁距离可取小些，如图 b（下）所示。
图b
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7
图c
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8
6. 轴的外伸长度与外接零件及轴承端盖结构要求，本作业输出轴 采用凸缘联轴器，仅要求联轴器端面（转动件）距轴承端盖（ 不转动件）有10~15mm的距离，当采用嵌入式轴承端盖时，则 外伸端长度可更小些。
机械制造基础课件-轴的设计
1、 轴向定位 、
承受很小的轴向力 紧定螺钉
第二节 轴的结构设计
1、 轴向定位 、
第二节 轴的结构设计
2、周向定位
键
花 键
弹性环
第二节 轴的结构设计
2、周向定位 、
销
成形联接
过盈配合
第二节 轴的结构设计
四、轴上各轴段的尺寸确定 1）直径确定依据 ） ①满足强度和刚度要求 ②轴颈直径必须符合相配轴承的内径 ③安装联轴器、离合器等零件的轴头直径应与相应孔径范 安装联轴器、 围相适应 ④与齿轮等零件相配合的其它轴头直径，应采用标准直径 与齿轮等零件相配合的其它轴头直径， ⑤轴上需车制螺纹的部分，其直径必须符合外螺纹大径的 轴上需车制螺纹的部分， 标准系列
。
绘制出合成弯矩图。 3）计算出合成弯矩 M = M 2 + M 2 ，绘制出合成弯矩图。 H V 作出扭矩（ ） 4）作出扭矩（T）图。 式中α为考虑弯曲应力与扭转切 5）计算当量弯矩 M e = M + (αT ) ，式中 为考虑弯曲应力与扭转切 应力循环特性的不同而引入的修正系数。 应力循环特性的不同而引入的修正系数。
（二）轴的结构设计内容 轴的合理外形和全部结构尺寸
第二节 轴的结构设计
三、 轴上零件的固定
定位： 定位：指零件在轴上安装到位 位置准确） （位置准确） 固定： 固定：指工作时零件与轴之间相对 位置保持不变（位置不动） 位置保持不变（位置不动）
第二节
1、轴向定位 、 轴肩和轴环
轴的结构设计
特点： 特点：能承受较大的轴向力 常用于齿轮、 常用于齿轮、链轮等轴向定位
传动轴
点击图动画演示
汽车中联接变速箱与后桥之间的轴
第一节 概述
轴的应用和分类 轴的应用
承受很小的轴向力 紧定螺钉
第二节 轴的结构设计
1、 轴向定位 、
第二节 轴的结构设计
2、周向定位
键
花 键
弹性环
第二节 轴的结构设计
2、周向定位 、
销
成形联接
过盈配合
第二节 轴的结构设计
四、轴上各轴段的尺寸确定 1）直径确定依据 ） ①满足强度和刚度要求 ②轴颈直径必须符合相配轴承的内径 ③安装联轴器、离合器等零件的轴头直径应与相应孔径范 安装联轴器、 围相适应 ④与齿轮等零件相配合的其它轴头直径，应采用标准直径 与齿轮等零件相配合的其它轴头直径， ⑤轴上需车制螺纹的部分，其直径必须符合外螺纹大径的 轴上需车制螺纹的部分， 标准系列
。
绘制出合成弯矩图。 3）计算出合成弯矩 M = M 2 + M 2 ，绘制出合成弯矩图。 H V 作出扭矩（ ） 4）作出扭矩（T）图。 式中α为考虑弯曲应力与扭转切 5）计算当量弯矩 M e = M + (αT ) ，式中 为考虑弯曲应力与扭转切 应力循环特性的不同而引入的修正系数。 应力循环特性的不同而引入的修正系数。
（二）轴的结构设计内容 轴的合理外形和全部结构尺寸
第二节 轴的结构设计
三、 轴上零件的固定
定位： 定位：指零件在轴上安装到位 位置准确） （位置准确） 固定： 固定：指工作时零件与轴之间相对 位置保持不变（位置不动） 位置保持不变（位置不动）
第二节
1、轴向定位 、 轴肩和轴环
轴的结构设计
特点： 特点：能承受较大的轴向力 常用于齿轮、 常用于齿轮、链轮等轴向定位
传动轴
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第一节 概述
轴的应用和分类 轴的应用
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机械设计大作业
一级圆柱齿轮输出轴轴系部件
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一、已知条件
一级圆柱齿轮减速器已知数据
表1. 直齿圆柱齿轮减速器的已知数据
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2
二. 设计要求ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（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，主要是输出轴的轴、键及轴承的设计 计算。
图b
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图c
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8
6. 轴的外伸长度与外接零件及轴承端盖结构要求，本作业输出轴 采用凸缘联轴器，仅要求联轴器端面（转动件）距轴承端盖（ 不转动件）有10~15mm的距离，当采用嵌入式轴承端盖时，则 外伸端长度可更小些。
7. 轴系部件转配图示例如下图。
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三. 本次作业的设计步骤
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（4）校核轴和键的强度；验算滚动轴承寿命。 （5）修改和完善轴系部件的结构设计。 （6）完成轴系部件装配图。
四. 设计要点
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5
轴承中油润滑，这时必须在端盖上开缺口并将端盖端部直径取小一 些，如图a所示。
图a
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6
4. 当齿轮圆周速度小于2m/s时 ，宜用脂润滑，应加挡油板以防止 箱体内润滑油流入轴承将润滑脂稀释，这时轴承端面与箱体内 壁距离应取大些，如图 b（上）所示。当用润滑油润滑，则轴 承端盖与箱体内壁距离可取小些，如图 b（下）所示。
一级圆柱齿轮输出轴轴系部件
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一、已知条件
一级圆柱齿轮减速器已知数据
表1. 直齿圆柱齿轮减速器的已知数据
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2
二. 设计要求ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（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，主要是输出轴的轴、键及轴承的设计 计算。
图b
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7
图c
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8
6. 轴的外伸长度与外接零件及轴承端盖结构要求，本作业输出轴 采用凸缘联轴器，仅要求联轴器端面（转动件）距轴承端盖（ 不转动件）有10~15mm的距离，当采用嵌入式轴承端盖时，则 外伸端长度可更小些。
7. 轴系部件转配图示例如下图。
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三. 本次作业的设计步骤
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（4）校核轴和键的强度；验算滚动轴承寿命。 （5）修改和完善轴系部件的结构设计。 （6）完成轴系部件装配图。
四. 设计要点
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5
轴承中油润滑，这时必须在端盖上开缺口并将端盖端部直径取小一 些，如图a所示。
图a
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6
4. 当齿轮圆周速度小于2m/s时 ，宜用脂润滑，应加挡油板以防止 箱体内润滑油流入轴承将润滑脂稀释，这时轴承端面与箱体内 壁距离应取大些，如图 b（上）所示。当用润滑油润滑，则轴 承端盖与箱体内壁距离可取小些，如图 b（下）所示。