机械设计轴
机械设计-轴
第十三章 轴 轴设计的基本要求： 1、轴与轴上零件要有准确的相对位置,轴向、 周向定位可靠；
17
2、轴的加工、装配有良好的工艺性； 3、受力合理,轴结构有利于提高轴的强度和刚 度、减少应力集中；
第十三章 轴
18
一、轴上零件的轴向定位和固定
零件轴向定位的方式常取决于轴向力的大小
h h h
1.轴肩和轴环 要求： r＜C＜h r＜R＜h h=(0.07～0.1)d b=1.4h
第十三章 轴
34
四、阶梯轴的结构设计实例分析
F
等强度 1、拟定轴上零件装配方案 轴颈：装轴承处
阶梯轴
尺寸= 轴承内径； 直径与轮毂内径相当；
组成 轴头：装轮毂处
轴身：联接轴颈和轴头部分。
第十三章 轴
35
第十三章 轴
36
装配方案的比较：
第十三章 轴
37
例题：指出图中轴结构设计中的不合理之处，并绘 出改进后的结构图。 1.轴两端均未倒角；
3
Fa Ft tg 1960 tg12o 417N
d 118 3 4 / 130 36.78mm
考虑到联轴器的影响以及联轴器孔径系 列标准，取d=38mm
第十三章 轴 3. 齿轮上作用力的计算
50
T 9.55 106 4 / 130 294 103 Nmm
Ft 2T / d 2 29410 / 300 1960N
2.齿轮右侧未作轴向固定； 3.齿轮处键槽太短； 5.左轴承无法拆卸； 6.齿轮与右轴承装卸不便； 7.轴端挡圈未直接压在轴 端轮毂上。
4.键槽应开在同一条直线上；
第十三章 轴 轴系结构改错
38
四处错误
机械设计中轴知识点
机械设计中轴知识点机械设计中的轴是一种常见的工程零件，广泛应用于各种机械设备中。
轴的质量和几何形状直接关系到设备的性能和寿命。
在机械设计中，轴的选择、设计和制造都是非常重要的环节。
本文将介绍机械设计中轴的知识点，包括轴的功能、分类、材料选择、几何形状设计和加工工艺等内容。
1. 轴的功能轴在机械设备中承担着传递动力和转动运动的重要作用。
具体功能包括：(1) 传递动力：轴通过联接装置将动力从一个部件传递到另一个部件，实现机械设备的正常运转。
(2) 支撑承载：轴能够承受来自设备工作时产生的载荷，保证设备的稳定运行。
(3) 定位定向：通过轴的几何形状和配合结构，实现部件的定位和相对位置的固定。
(4) 传递制动力矩：在需要制动的设备中，轴可以通过制动器将能量转化为制动力矩，实现设备的制动效果。
(5) 实现工作间传递物料或介质：轴可以作为传输装置，在机械设备中传递物料或介质。
2. 轴的分类根据轴的用途和工作环境，轴可以按以下方式进行分类：(1) 传输轴：用于传递动力和转动运动，如发动机的曲轴。
(2) 支撑轴：用于承担设备工作时产生的载荷，如机床的主轴。
(3) 导向轴：用于定位和固定部件位置，如滑动轴承支承的导轨。
(4) 螺旋传输轴：用于实现物料或介质的传输，如输送带上的轴。
3. 轴的材料选择轴的材料选择要考虑载荷、工作环境和制造成本等因素。
常见的轴材料包括：(1) 碳素钢：适用于较低载荷和一般工作环境，制造成本低。
(2) 合金钢：具有较高的强度和耐磨性，适用于高载荷和恶劣工作环境。
(3) 不锈钢：具有良好的耐腐蚀性能，适用于潮湿、酸碱性较强的工作环境。
(4) 铜合金：具有良好的导热性和抗磨性，适用于高速转动轴承等高要求场合。
4. 轴的几何形状设计轴的几何形状设计需要考虑以下几个方面：(1) 直径和长度：根据轴的承载和传递动力需求，确定轴的直径和长度。
(2) 定位面：根据设备需要进行定位的部件，设计轴上的定位面，保证装配的精度和稳定性。
机械设计基础轴
机械设计基础轴简介在机械设计中，轴承起着至关重要的作用。
它们连接和支撑各种机械元件，使机械设备能够顺利运转。
轴承的设计必须考虑到载荷、转速、摩擦、轴向和径向间隙等因素。
本文将介绍机械设计中常见的轴及其基本特点。
一、轴的定义轴是机械设计中一种常见的零件，用于支撑和传递旋转运动。
它通常是一个细长的圆柱体，有时还会有变径、变形等特殊形状。
二、轴的分类按照轴的用途和形状可以将轴分为以下几类：固定轴是机械设备中最常见的轴。
它通常是直径均匀的细长圆柱体，用于支撑和传递旋转运动。
固定轴的直径大小取决于所需承载能力和转速。
2. 胀套轴胀套轴是一种特殊的轴，它上面设有一个螺旋槽。
胀套可以通过螺栓或其他方式固定在轴上，并可以根据需要在轴上调整位置。
它通常用于需要调整轴位置的场合。
3. 锥形轴锥形轴是一种具有锥形的轴。
它由一个或多个直径逐渐减小的圆台组成。
锥形轴常用于传递变速传动或需要在轴上调整位置的设备。
推力轴是一种用于承受轴向载荷的轴。
它通常由直径较大的圆柱体和直径较小的圆锥体组成，以承受轴向载荷。
三、轴的材料选择轴的材料选择必须考虑到载荷、转速、工作环境等因素。
常见的轴材料包括碳素钢、合金钢、不锈钢、铝合金、钛合金等。
不同材料的优点和缺点可以根据具体要求来选择。
碳素钢具有良好的强度和刚性，适用于大部分机械设备。
合金钢具有更高的强度和硬度，适用于承受更大载荷和高速运转的设备。
不锈钢具有良好的耐腐蚀性能，适用于在潮湿或腐蚀性环境中使用的设备。
铝合金具有轻质和良好的导热性能，适用于要求轻质和散热性能的设备。
钛合金具有高强度和耐腐蚀性能，适用于高强度和要求耐腐蚀性能的设备。
四、轴的设计考虑因素在设计轴时，需要考虑以下因素：1. 轴的强度轴的强度必须满足所需承载能力。
强度计算可以利用弹性力学原理进行。
2. 轴的刚度轴的刚度对于传递旋转运动和减小转动误差非常重要。
刚度计算可以利用有限元分析等方法进行。
3. 轴的表面粗糙度轴的表面粗糙度对于摩擦和磨损有重要影响。
机械设计-轴的类型
机械设计-轴的类型轴是机械设计中常见的几何元素之一，它是机械传动系统的重要组成部分，在许多工业领域得到广泛应用。
根据不同的工作应用，轴可以分为多种类型。
本文将介绍几种常见的轴类型及其特点。
1. 普通轴普通轴是最常用的轴类型。
其截面通常是圆形，具有均匀分布的负载能力，适用于各种中小型传动系统。
普通轴可根据应用要求配备各种轴承和联轴器，保证机械传动系统的顺畅运转。
2. 键轴键轴，顾名思义，是在轴身上装有键槽的轴型。
键槽可以用来固定轴承或是连接其它部件，通常被用于高负载的机械传动系统中。
键轴的优点在于能够承受大量的转矩，且易于装配和拆卸。
3. 花键轴花键轴又称齿轴。
它与键轴相似，但花键的形状是斜齿状的。
花键轴通常用于需要承受较大扭矩的高功率传动系统中，它的斜齿形能提供更强的连接力和垂直方向上的剪切扭矩。
4. 球轴球轴是一种将球组成的元件嵌入轴体内的锥形轴。
它主要用于具有紧凑空间限制的应用程序。
由于球轴在高扭矩应用中表现出非常大的抗曲率能力，因此常常被用作齿轮箱的输出轴。
5. 螺旋轴螺旋轴是将螺旋线作为轴体的一种轴型。
相比于传统的圆形轴，螺旋轴的构造更强；这使得它在使用时能够减少振动和噪音，同时提供更大的扭矩传递能力。
螺旋轴通常用于高速和高扭矩应用程序中。
6. 中空轴中空轴是具有中空孔的轴型。
在一些应用中，允许轴与管道或丝杆相连接，以便传输气体、液体或其他物质。
中空轴通常用于旋转机器、涡轮机及涡轮喷气发动机等高技术应用领域。
总之，不同类型的轴具有各自独特的特点和应用范围。
了解不同类型的轴有助于确保设计的机械传动系统能够正常运行和提高效率。
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。
机械设计轴的计算与校核
机械设计轴的计算与校核
首先，轴的强度计算是指根据轴的受力情况，计算轴的承载能力，以确定轴的直径和材料选用。
轴的受力主要包括弯曲应力和剪切应力。
弯曲应力是由于受到力矩的作用而产生的，剪切应力是由于受到转矩的作用而产生的。
轴的弯曲应力可以根据梁的弯曲公式进行计算。
根据梁的受力和几何形状，可以得到轴的最大弯曲应力。
通过查表或计算，可以选择合适的材料，确定轴的直径。
轴的剪切应力可以通过剪切强度计算得到。
根据轴的直径和受力，可以计算出轴的剪切应力。
通过查表或计算，可以确定轴的直径和材料。
此外，还需要考虑轴的刚度计算。
轴的刚度是指轴在受力时产生的变形程度。
根据轴的长度、直径和材料的弹性模量，可以计算出轴的刚度。
刚度计算可以用刚度公式和有限元分析方法进行。
在进行轴的计算与校核时，还需要考虑轴的转速和使用寿命。
转速会对轴产生一定的动态载荷，需对轴的疲劳寿命进行评估。
根据轴的工作条件和材料的疲劳极限，可以计算出轴的理论寿命。
如果轴的实际使用寿命小于要求的寿命，需要进行轴的优化设计，以提高轴的寿命。
综上所述，机械设计轴的计算与校核是机械设计中的重要环节。
需要考虑轴的强度和刚度，并结合轴的转速和使用寿命进行综合评估。
通过合理的计算与校核，可以保证轴在工作过程中的稳定性和可靠性。
《机械设计》实验四（轴系结构实验）
综合性实验指导书实验名称：轴系结构实验实验简介：轴系主要包括轴、轴承和轴上零件，它是机器的重要组成部分。
轴的主要功用是支持旋转零件和传递扭矩。
轴的设计一方面要保证具有足够的工作能力，即满足强度、刚度和振动稳定性等要求。
另一方面，要根据制造、装拆使用等要求定出轴的合理外形和全都结构尺寸，即进行轴的结构设计。
轴承是轴的支承，分为滚动轴承和滑动轴承两大类。
滚动轴承已标准化，设计时只需根据工作条件选择合适的类型和尺寸，并进行轴承装置的设计。
通过本实验学生将进一步定性地对轴系设计结构理论进行深入了解。
适用课程：机械设计实验目的：了解并正确处理轴、轴承和轴上零件间的相关关系，如轴与铀承及轴上零件的定位、固定、装拆及调整方式等，以建立对抽系结构的感性认识并加深对轴系结构设计理论的理解。
面向专业：机械类实验项目性质：综合性（课内必做）计划学时： 2学时实验要求：A预习《机械设计》等课程的相关知识点内容；B预习《机械设计实验指导书》中实验目的、原理、设备、操作步骤或说明，并写出预习报告；实验前没有预习报告者不能够进行实验；C 进行实验时衣着整齐，遵守实验室管理规定、学生实验守则、仪器设备操作规定等相关规定，服从实验技术人员或实验教师的指导与管理。
知识点：A《机械设计》课程传动轴内容；B 《机械设计》课程键、螺纹连接内容；C《机械设计》课程滚动轴承内容；D 《机械设计》课程齿轮传动内容； E 《机械设计》课程蜗轮蜗杆传动内容；F《机械设计》课程润滑、密封内容；G《机械制图》课程相关知识内容。
实验分组：1人/组《机械设计》课程实验实验四轴系结构实验一、概述轴系主要包括轴、轴承和轴上零件，它是机器的重要组成部分。
轴的主要功用是支持旋转零件和传递扭矩。
它与轴承孔配合的轴段称为轴颈，安装传动件轮毂的轴段称为轴头，联接轴颈和轴头的轴段称为轴身。
轴颈和轴头表面都是配合表面，须有相应的加工精度和表面粗糙度。
轴的设计一方面要保证具有足够的工作能力，即满足强度、刚度和振动稳定性等要求。
机械设计轴的设计计算
机械设计轴的设计计算
机械设计轴的设计计算主要包括以下几个方面：
1. 轴的尺寸计算：根据所需的扭矩及转速计算轴的直径及轴长，选择合适的轴材料及表面加工方式。
2. 轴的强度计算：根据轴材料的抗拉强度、抗压强度、弹性模量等参数，计算轴的最大等效应力及安全系数。
3. 轴的转动稳定性计算：根据轴的几何形状、转动速度、转动方向等参数，计算轴的临界转速及转动稳定性。
4. 轴的支撑方式计算：根据轴的重量及受力情况，计算轴的支撑方式以及所需的轴承类型、尺寸及数量。
5. 轴的动态平衡设计：根据轴的转动速度、质量分布情况等参数，计算轴的动态不平衡力，并设计相应的平衡装置。
6. 轴的表面处理设计：根据轴的使用环境及要求，选择适当的表面处理方式，如镀铬、喷涂、硬化等，以提高轴的耐磨性及抗腐蚀性。
以上是机械设计轴的设计计算的主要内容，要根据具体情况进行细致的计算与设
计。
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400~420 225 170
105
375~390 215
≤ 100 170~217 590 295 255
140
正火
45
> 100~300 162~217 570
285 245
135
调质
≤ 200 217~255
640
355
275
155
40Cr
调质
≤ 100
735
241~286
> 100~300
685
1、设计任务：选材、结构设计、工作能力计算。 （根据工作要求和制造的因素，选择合适的材料）
2、轴的结构设计：
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。
选择材料
3、工作能力计算： 轴的承载能力验算指的
第16章 轴
§16-1 概 述 §16-2 轴的结构设计 §16-3 轴的计算 §16-4 轴的刚度计算 §16-5 轴的临界转速 §16-6 提高轴的强度、刚度和减轻
重量的精品课措件 施
§16-1 概 述
一、轴的用途及分类
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、
链轮、凸轮等。
传递转矩
分类： 按承受载荷分有
轴的毛坯:一般用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。
表16-1 轴的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 弯曲疲劳极限σ-1
/HBS
MPa
应用说明
Q235
440
240
200
用于不重要或 载荷不大的轴
35 正火
……
≤100
149 ~187
……
520
270
精品课件
§16-1 概 述
一、轴的用途及分类
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、
链轮、凸轮等。
传递转矩
分类： 按承受载荷分有
类 型 按轴的形状分有
转轴——传递扭矩又承受弯矩 传动轴——只传递扭矩 心轴——只承受弯矩 直轴 光轴
阶梯轴 曲轴
挠性钢丝轴(软轴）
光轴：直径一样大
按轴的外形分有阶梯精轴 品课： 件 按照， 结做 构成 需阶 要梯 不 考形 同 虑状 零 等件 强的 度
潘存云教授研制
精品课件
§16-1 概 述
一、轴的用途及分类
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、
链轮、凸轮等。
传递转矩
分类： 按承受载荷分有
类 型 按轴的形状分有
转轴——传递扭矩又承受弯矩 传动轴——只传递扭矩 心轴——只承受弯矩 直轴 光轴
阶梯轴 曲轴
挠性钢丝轴(软轴）
按轴的外形存云教授研制
精品课件
§16-1 概 述
一、轴的用途及分类
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。 传递转矩
分类： 按承受载荷分有
类 型
按轴的形状分有
按轴的外形分有
转轴——传递扭矩又承受弯矩 传动轴——只传递扭矩 心轴——只承受弯矩 直轴 光轴
阶梯轴 曲轴
潘存云教授研制
潘存云教授研制
支撑反力
转动心轴 火车轮轴
精品课件
前轮轮毂 固定心轴
§16-1 概 述
一、轴的用途及分类
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。 传递转矩
分类： 按承受载荷分有
类 型
按轴的形状分有
转轴——传递扭矩又承受弯矩 传动轴——只传递扭矩 心轴——只承受弯矩 直轴 光轴
阶梯轴
540 355 200 490 335 185
40CrNi
调质
≤ 100 270~300
> 100~300 240~270
900 785
735 430 260 570 370 210
38SiMnMo
调质
≤ 100 229~286 > 100~300 217~269
735 685
590 540
365 345
490
180
600 精品3课70件 215
800 480 290
280 270 220
160
230 115 110 185 250
用于要求高耐磨性， 75 高强度且热处理变
形很小的轴
用于要求强度及韧 60 性均较高的轴
75 用于腐蚀条件下的轴
45
用于高、低温及腐 蚀条件下的轴
用于制造复杂外形 的轴
三、轴设计的主要内容-----轴的设计中解决的主要问题
类 型 按轴的形状分有
按轴的外形分有
转轴——传递扭矩又承受弯矩。
带式运 输机
电动机 潘存云教授研制 减速器
精品课件
转轴
§16-1 概 述
一、轴的用途及分类
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、
链轮、凸轮等。
传递转矩
分类：
按承受载荷分有
类 型 按轴的形状分有
按轴的外形分有
转轴——传递扭矩又承受弯矩。 传动轴——只传递扭矩
精品课件
…
…
有较好的塑性
250
和适当的强度， 可用于一般曲
…
… 轴、转轴。
表16-2 轴的常用材料及其主要力学性能
材料牌号
热处理 毛坯直径 /mm
硬度 /HBS
抗拉强 度极限
σb
屈服强 度极限
σs
弯曲疲 劳极限
σ-1
MPa
剪切疲 劳极限
σ-1
许用弯 曲应力 [σ-1]
备注
Q235A
热轧或锻 ≤ 100 后空冷 > 100~250
210 195
40
用于不太重要及受 载荷不大的轴
55 应用最为广泛
60
70
用于载荷较大，而无 大的冲击的重要轴
75 用于很重要的轴
用于重要轴，性能 70 近于40CrNi
38CrMoAlA 调质
20Cr
3Cr13 1Cr18NiTi
QT600-3 QT800-2
渗碳 淬火 回火 调质
淬火
≤ 60 293~321
发动机
传动轴
后桥
潘存云教授研制
精品课件
§16-1 概 述
一、轴的用途及分类
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。 传递转矩
分类： 按承受载荷分有
类 按轴的形状分有 型
按轴的外形分有
车厢重力
转轴——传递扭矩又承受弯矩 传动轴——只传递扭矩 心轴——只承受弯矩
自行车 前轮轴
前叉
潘存云教授研制
二、 轴的材料-------刚度、强度、经济性要求：
种 碳素钢：35、45、50、Q235 正火或调质处理。 类 合金钢: 20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA
用途：碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较 多，尤其是45钢应用最广。合金钢具有较高的力学性能， 但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。
> 60~100 277~302
> 100~160 241~277
渗碳
≤ 60
56~62
HRC
≤ 100 ≥ 241
≤ 100 ≤ 192
> 100~200
190~270
245~335
930 785 440
835
685 410
785
590 375
640
390 305
835
635 395
530
190
195