机械设计中轴的强度设计与校核
机械设计中轴的强度设计与校核
机械设计中轴的强度设计与校核轴是在机械设施中的主要构成零件之一。
全部在机械设施上，用于作展转运动的传动零件，都要先把其装入于轴上才能够把运动和动力传达出去，与此同时，还要经过轴承和机架联接，因此就构成了一个以轴为基准的组合体—轴系零件。
因为在不一样的机器里，轴发挥的作用常常不一样。
而轴的构造主假如由以下的要素决定的：轴在整个设施中的安装地点和发挥的作用，轴上安装的全部零件的种类和大小，载荷的性质、大小、方向和详细散布状况，以及轴的加工流程等。
进行合理的轴的构造设计就要保证：轴上全部零件能够合理地部署，在合理的受力的状况下，轴能够进一步提升强度和刚度；轴和轴上零件要有比较固定的工作地点；轴上零件能够方便地进行装拆调整。
一般来说，在设计时，我们首当其冲的就是考虑轴的作用。
依据作用，为轴选择相应的资料，一般轴的毛坯主假如由圆钢、锻造或焊接获取，因为锻造质量难以保证轴有足够的强度和刚度，因此轴极少会采纳铸件作毛坯。
轴的构成部分有三大块。
轴上被支承，安装轴承的部分叫轴颈；支承轴上零件，安装轮毂的部分称为轴头；联络轴头和轴颈的部分称为轴身。
轴颈上安装转动轴承时，直径尺寸必定要依据转动轴承的国标尺寸来选择，尺寸公差和表面粗拙度必定要依据国家规定的标准来选用；轴头的尺寸必定要联合轮毂的尺寸来做出选择，轴身尺寸确准时要尽可能地保证轴颈与轴头的过渡合理，特别是要根绝截面尺寸变化过大，与此同时，还要有较好的工艺性。
假如在设计时，我们从装置能否简单这一角度来考虑：则合理的设计非定位轴肩，使轴上不一样零件在安装时尽可能减少不用要的配合面；为了保证简单装置，轴端要设计成45°的倒角；在装键的轴段，要保证键槽凑近轴与轮毂先接触的直径变化处，以保证在安装时，零件上的键槽与轴上的键简单瞄准；采纳过盈配合时，考虑到装置的方便性，直径变化能够用于锥面过渡等。
2.轴的强度校核方法2.1 强度校核的定义：强度校核实质上就是对轴的资料或设施的力学性能做好检测工作，并改良轴的设计的一种方式，而且这类方式是不会损坏资料和设计性能的。
机械设计轴的校核
轴的强度校核1、 轴的受力分析：(1) 画轴的受力图 轴的受力图如下图所示(2) 支承反力 在水平面上为N R AH 78.1537-=式中负号表示与图中受力的方向相反，以下相同N F R Q R r AH HB 98.11601=+--=在垂直平面上为NR R BV AV 90.1011-==轴承A 的总支撑反力为 N N R R R AV AH A 97.184090.101178.15372222=+=+=轴承B 的总支撑反力为N R R R BV BH B 154090.101198.11602222=+=+=(3) 弯矩计算mm N M mm N M H AH ⋅=⋅=85.75457,83.1029971 在垂直平面上为mm N M V ⋅-=5.657731合成弯矩，有21211,83.102997V H AH A M M M mm N M M +=⋅== mm N mm N ⋅=⋅+=15.1001005.6577385.7545722（4） 画出弯矩图（5） 转矩和转矩图mm N T ⋅=3353321画出弯矩图如图所示2、 校核轴的强度齿轮轴与A 点处弯矩最大，且轴颈较小，故点A 剖面为危险剖面。
其抗弯截面系数为3311.420732mm d W ==π抗扭截面系数为3322.841416mm d W T ==π最大弯曲应力为MPa WW A A 36.25==σ 扭剪应力为MPa W T T23.71==τ 按弯钮合成强度进行校核计算，对于单向转动的转轴，转动按脉动循环处理，故取折合系数,6.0=α则当量应力为 MPa a e 87.25)(422=+=ατσσ有表8-26查得45号钢调质处理抗拉强度极限,650MPa B =σ有表8-32用插值法查得轴的许用弯曲应力[],.60][11b e B MPa --<=σσσ强度满足需求。
3、 校核键连接的强度带轮处键连接的挤压切应力为MPa d T hl p )845(725586904411-⨯⨯⨯==σ 取键、轴及带轮的材料都为钢，有表8-33查得[][]p p p MPa σσσ<=,150~125，强度满足4、 校核轴的寿命(1) 当量动载荷 有表8-28查得6207轴承得C=25500N ，N C 152000=,轴承的受力图如图所示，因为轴承不受轴向力，轴承A 、B 当量动载荷为 ,97.1840N R P A A ==N R P B B 1540==(2) 轴承寿命 因,B A P P >故只需校核轴承A ，A P P =.轴承在100C o以下工作，由表8-35查得载荷系数2.1=P f .h h P f C f n L p T h 36.5340097.18402.12550014806010)(601036316=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯== 减速器预期寿命为 h h L h 400001025082/=⨯⨯⨯=,/h h L L >故轴承寿命足够。
机械设计轴的计算与校核
校核主轴在工作过程中的热稳定性，防止 因温度变化导致精度损失。
精密机床主轴的预紧力调整
精密机床主轴的材料选择与处理
根据工作需求调整主轴的预紧力，提高回 转精度和刚度。
选择合适的材料和表面处理技术，提高主 轴的性能和使用寿命。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
变形。
校核方法通常包括计算轴的径向 刚度、分析径向力的分布和大小， 以及比较计算结果与轴的承载能
力。
径向刚度校核对于确保机械设备 的稳定性和精度至关重要，特别 是在高精度和高转速的机械设备
中。
轴向刚度校核
01
02
03
轴向刚度校核是指对轴 的轴向刚度进行评估， 以确保其能够承受外部 轴向力的作用而不发生
角刚度校核对于确保机械设备的稳定性和精度至关重要，特别是在需要承受较大扭 矩的机械设备中。
05 轴的稳定性校核
临界转速校核
01
02
03
临界转速定义
指轴在运转过程中，所承 受的转速达到一定值时， 会发生共振，导致轴的稳 定性下降。
临界转速计算
根据轴的长度、直径、转 动惯量等参数，通过计算 得到临界转速值。
临界载荷校核
将轴的实际工作载荷与临 界载荷进行比较，确保工 作载荷小于临界载荷，以 保证轴的安全性。
06 案例分析
案例一：减速器主轴的计算与校核
减速器主轴的承载能力计算
根据工作条件和材料特性，计算主轴 的承载能力，确保其能够承受工作过 程中的最大载荷。
减速器主轴的刚度校核
校核主轴的刚度，确保在正常工作时 不会发生过大的变形，影响传动精度。
减速器主轴的振动分析
分析主轴的振动特性，预防共振和振 动过大对设备性能的影响。
轴强度校核方法
轴的强度校核方法摘要轴是机械中非常重要的零件，用来支承回转运动零件，如带轮、齿轮、蜗轮等，同时实现同一轴上不同零件间的回转运动和动力的传递。
轴的设计时应考虑多方面因素和要求，其中主要问题是轴的选材、结构、强度和刚度。
其中对于轴的强度校核尤为重要，通过校核来确定轴的设计是否能达到使用要求，最终实现产品的完整设计。
本文根据轴的受载及应力情况采取相应的计算方法，对于1、仅受扭矩的轴2、仅受弯矩的轴3、既承受弯矩又承受扭矩的轴三种受载情况的轴的强度校核进行了具体分析，并对如何精确计算轴的安全系数做了具体的简绍。
校核结果如不满足承载要求时，则必须修改原结构设计结果，再重新校核。
轴的强度校核方法可分为四种：1）按扭矩估算2）按弯矩估算3）按弯扭合成力矩近视计算4）精确计算（安全系数校核）关键词：安全系数；弯矩；扭矩目录第一章引言--------------------------------------- 11.1轴的特点---------------------------------------------1 1.2轴的种类---------------------------------------------1 1.3轴的设计重点-----------------------------------------15）轴的强度校核方法----------------------------42.1强度校核的定义-------------------------------------42.2轴的强度校核计算-----------------------------------42.3几种常用的计算方-----------------------------------52.3.1按扭转强度条件计算-------------------------------52.3.2按弯曲强度条件计算-------------------------------62.3.3按弯扭合成强度条件计算---------------------------72.3.4精确计算（安全系数校核计算）----------------------92.4 提高轴的疲劳强度和刚度的措施---------------------12 第三章总结------------------------------------------13参考文献--------------------------------------------14第一章引言1.1轴的特点：轴是组成机械的主要零件之一。
轴的设计与校核
轴的设计与校核轴是一种常见的机械元件，其功能是将机械能从一个部件传递到另一个部件。
轴承受着多种负载，例如转矩、弯曲和剪切力，因此轴的设计与校核至关重要。
本文将介绍轴的设计与校核的基本概念和步骤。
1. 轴的设计轴的设计应该考虑到其所处的应用环境和负载类型。
在设计轴时需要考虑以下因素：1.1 操作条件轴所处的应用环境会影响其设计。
例如，轴可能暴露在腐蚀、高温或高湿度的环境中，此时需要选择相应的材料进行设计。
仔细分析操作条件是设计安全、可靠轴的第一步。
1.2 构造要素轴的长度、直径、几何形状和连接方式都会影响其设计。
例如，长而细的轴可能需要增加强度以避免扭曲，而大直径的轴可能需要更多的材料才能承受负载。
1.3 负载类型设计轴的最重要的因素是负载类型。
例如，将风机的力转换成排气段中的风压会产生弯曲和扭矩负载。
加强轴的弯曲刚度是应对此类负载的一种解决方案。
1.4 材料轴的材料通常是金属，且通常是钢。
轴的材料应该优先考虑强度和韧性。
强度指轴在负载下不会破裂的能力，而韧性指轴在承受重力时不会断裂的能力。
在选择材料时，还需要考虑轴是否需要抗疲劳。
2. 轴的校核校核是确定轴是否安全承受负荷的计算和实验过程。
当确定轴的设计后，需要进行校核以确保轴能够在操作条件下正常工作。
2.1 轴的应力分析轴的应力分析是校核的第一步。
应力分析确定轴受到的应力类型、大小和分布。
轴所需承受的负载类型将决定考虑什么样的应力（例如弯曲，剪切，轴向拉伸或压缩）。
2.2 轴的强度计算在进行强度计算时，需要考虑轴的几何形状、材料和应力情况。
在轴设计中，我们通常会为轴选择一种合适的材料，然后计算它在应用环境和负载条件下受到的应力。
然后，我们将应力值与轴材料的强度值进行比较，以确定轴是否能满足负载条件并安全操作。
校核轴应该考虑在负载下发生的弯曲和扭矩情况。
应该计算轴所需要的弯曲刚度和扭矩刚度以确保轴不会在负载下弯曲或扭曲过度。
轴的疲劳寿命计算是校核的最后一步。
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。
轴的校核(机械设计用)
轴的校核(机械设计用)一、引言轴是机械设计中重要的传动元件，其作用是将动力、扭矩或转动运动从一个部分传输到另一个部分，常用于制动、传动、液力传动、液压传动等装置中。
因此，轴的承载能力和稳定性对机械运转的安全性、正常性、可靠性起着关键性作用。
因此，在机械设计中，轴的校核显得尤为重要。
二、轴的校核轴的校核是指通过计算和检验的方法确定轴的受力状态和轴材的适宜性，在满足应力、变形、刚度、内部摩擦和动平衡等准则下评定轴的几何形状、尺寸和轴型的适宜性。
轴的挠度、变形和正反扭矩的产生将直接影响到机械的精度、运行可靠性和寿命，因此轴的安全性和可靠性是机械设计中必须考虑的关键因素。
轴的校核分为以下几个步骤：1. 确定轴的负载轴所承受的负载通常包括弯矩、剪力和轴向力。
在计算轴的承载能力时，需要将这些负载量化。
2. 计算轴所承受的应力应力就是单位面积上的力，轴所承受的应力与轴的几何形状、载荷以及材料的强度有关。
常用的轴应力计算方法有三种：弯曲应力、切割应力和轴向应力。
3. 判断轴的变形和挠度通过计算、分析和测试来判断轴材在所受负载下的弯曲变形和挠度。
需要将这些变形量化，以确定轴材的波纹度、平面度和圆度等几何指标的适宜性。
轴在承受负载时，其刚度会影响机器的频率响应和振动性能，同时也影响轴的几何强度。
常见的刚度指标包括挠度刚度、扭矩刚度和轴向刚度等。
5. 判断轴的内部摩擦和动平衡轴材的内部摩擦和动平衡将直接影响到机械运转的稳定性和可靠性，因此这些因素在轴的校核中也需要进行考虑。
1. 确认轴材的强度与硬度：轴材的强度与硬度将直接影响到轴材的承载能力和易损性，所以在轴的校核过程中需要先对轴材的材质、强度和硬度等参数进行确认。
2. 注意轴的材料性质：轴的材料性质将决定轴的几何尺寸和形状的合理性，同时也将影响到轴的寿命和易损性。
因此，在轴的校核中，需要特别注意轴材的硬度、韧性、延展性和强度等物理性质。
3. 考虑不同的负载类型：轴所承受的负载类型、位置和大小也会对轴的应力和变形产生不同的影响。
轴的强度校核方法
轴的强度校核方法轴是指承受转矩或轴向载荷的机械零件，其强度校核是为了保证轴在工作过程中不产生变形、断裂等失效情况，从而确保机械系统的可靠运行。
轴的强度校核方法可以分为理论计算方法和实验测试方法两类。
一、理论计算方法1.强度校核理论基础：强度校核的理论基础是材料力学和工程力学，其中最基本的理论是应力和应变的关系，即胡克定律。
按照强度校核的要求，轴的应力必须小于其材料的抗拉强度，即σ<σt。
其中，σ为轴上的应力值，σt为材料的抗拉强度。
2.强度校核方法：强度校核方法根据所受力的不同可以分为两类：弯曲强度校核和扭转强度校核。
-弯曲强度校核：弯曲强度校核是指轴在承受弯曲力矩时的强度校核。
轴在工作过程中往往会受到弯曲力矩的作用，而产生弯曲应力。
弯曲强度校核需要计算轴的最大弯曲应力值σb和抗拉强度σt比较，其中σb计算公式为：σb=(M*c)/I其中，M为轴所受的弯曲力矩，c为轴上一点到中性轴的距离，I为轴的截面惯性矩。
-扭转强度校核：扭转强度校核是指轴在受扭矩作用时的强度校核。
轴在工作过程中也会受到扭矩的作用，而产生扭转应力。
扭转强度校核需要计算轴的最大扭转应力值τt和剪切强度τs比较，其中τt计算公式为：τt=(T*r)/J其中，T为轴所受的扭矩，r为轴的半径，J为轴的极限挠率。
3.动载荷和疲劳强度校核：在实际工作中，轴往往还会承受动载荷并产生疲劳应力，因此需要对轴进行动载荷和疲劳强度校核。
动载荷强度校核需要考虑轴在受动载荷作用下的应力变化情况，疲劳强度校核需要考虑轴在工作过程中的疲劳寿命。
动载荷和疲劳强度校核方法与静载荷强度校核方法类似，但需要考虑应力的变化规律。
二、实验测试方法1.材料强度测试：2.离心试验：离心试验是指将轴样品固定在离心试验机上，并施加拉力或扭矩进行加载，观察轴的变形情况，以评估轴的强度性能。
3.振动试验：振动试验是指给轴样品施加振动载荷，观察轴的疲劳寿命。
振动试验可以模拟轴在实际工作环境中的振动情况，从而评估轴的疲劳性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
机械设计中轴的强度设计与校核
摘要：在机械工厂中，进行小改小革是非常重要的。
而要从事这样的工作，我们就要学会简单地设计其中的某些部件，如我们见得最为常见的轴，可以说在机械的很多零件中都必须要使用。
而且，根据轴的受载及应力情况，我们可以发现有三种不同的情况的轴：1、仅受扭矩的轴2、仅受弯矩的轴3、既承受弯矩又承受扭矩的轴，其实轴处于每一种情况，我们要采用不同的校核方法，以便准确地计算出轴的受力情况，防止由于正常使用而超过必要的承受力而引起变形。
关键词：机械设计；轴；强度设计；校核
1.引言
轴是在机械设备中的主要组成零件之一。
所有在机械设备上，用于作回转运动的传动零件，都要先把其装入于轴上才可以把运动和动力传递出去，与此同时，还要通过轴承和机架联接，所以就构成了一个以轴为基准的组合体—轴系部件。
由于在不同的机器里，轴发挥的作用往往不同。
而轴的结构主要是由以下的因素决定的：轴在整个设备中的安装位置和发挥的作用，轴上安装的所有零件的类型和大小，载荷的性质、大小、方向和具体分布状况，以及轴的加工流程等。
进行合理的轴的结构设计就要保证：轴上所有零件可以合理地布置，在合理的受力的情况下，轴可以进一步提高强度和刚度；轴和轴上零件要有比较固定的工作位置；轴上零件可以方便地进行装拆调整。
一般来说，在设计时，我们首当其冲的就是考虑轴的作用。
根据作用，为轴选择相应的材料，一般轴的毛坯主要是由圆钢、锻造或焊接获得，由于铸造品质难以保证轴有足够的强度和刚度，所以轴很少会采用铸件作毛坯。
轴的组成部分有三大块。
轴上被支承，安装轴承的部分叫轴颈；支承轴上零件，安装轮毂的部分称为轴头；联结轴头和轴颈的部分称为轴身。
轴颈上安装滚动轴承时，直径尺寸一定要根据滚动轴承的国标尺寸来选择，尺寸公差和表面粗糙度一定要根据国家规定的标准来选取；轴头的尺寸一定要结合轮毂的尺寸来做出选择，轴身尺寸确定时要尽可能地保证轴颈与轴头的过渡合理，特别是要杜绝截面尺寸变化过大，与此同时，还要有较好的工艺性。
如果在设计时，我们从装配是否容易这一角度来考虑：则合理的设计非定位轴肩，使轴上不同零件在安装时尽可能减少不必要的配合面；为了保证容易装配，轴端要设计成45°的倒角；在装键的轴段，要保证键槽靠近轴与轮毂先接触的直径变化处，以保证在安装时，零件上的键槽与轴上的键容易对准；采用过盈配合时，考虑到装配的方便性，直径变化可以用于锥面过渡等。
2.轴的强度校核方法
2.1强度校核的定义：
强度校核实质上就是对轴的材料或设备的力学性能做好检测工作，并改进轴的设计的一种方式，并且这种方式是不会破坏材料和设计性能的。
2.2轴的强度校核计算：
在进行轴的强度校核计算时，必须要按照轴的具体受载及应力情况，采用相应的方法，并恰当地对许用应力做出选择。
对于传动轴应按扭转强度条件计算。
对于心轴应按弯曲强度条件计算。
对于转轴应按弯扭合成强度条件计算。
2.3几种常用的计算方法：
2.3.1按扭转强度条件计算：
这是一种根据轴所受的扭矩来计算轴的强度的方法，若是在轴上还作用较小的弯矩时，我们往往会利用减少扭转切应力的途径来达到这一目的。
一般而言，在设计轴的结构时，我们常这样来估算轴径。
实心轴的扭转强度条件为：
根据上式，我们可以得到轴的直径：
为扭转切应力，MPa
在上式中，各物理量的含义如下：
T为轴多受的扭矩，N·mm
为轴的抗扭截面系数，
n为轴的转速，r/min
P为轴传递的功率，KW
d为计算截面处轴的直径，mm
为许用扭转切应力，MPa，
轴的材料Q235
20 35 45 1Cr18Ni9Ti 40Cr，35SiMn，2Cr13，42SiMn
空心轴扭转强度条件为：
其中，即空心轴的内径与外径d之比，我们往往取=0.5-0.6
而按照这样的方法，求出来的直径只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径。
2.3.2按弯曲强度条件计算：
考虑到启动、停车等诸多因素的影响，弯矩在轴截面上锁引起的应力可视为脉动循环变应力。
则
其中：
M-轴所受的弯矩，N·mm
W-危险截面抗扭截面系数（）
-脉动循环应力时许用弯曲应力（MPa）
2.3.3按弯扭合成强度条件计算
考虑到轴的设计的前期阶段，轴的主要结构尺寸轴上零件位置及外载荷和支反力的作用位置都基本上已经确定了，则轴上载荷完全可以通过我们计算得出，所以，我们可以根据弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。
2.4 提高轴的疲劳强度和刚度的措施
在设计时，除合理选材以外，我们还可以通过结构和工艺二方面的措施来提高轴的承载能力。
（1）对轴上零件特点进行分析，减小轴受载荷
按照轴上安装的零件的具体状况，合理布置和合理设计，从而减少轴所受的载荷。
而对于受弯矩和转矩联合作用的转轴，我们可以采用调整轴和轴上零件结构，从而减少轴的承载。
（2）调整轴的结构，避免出现应力集中
避免轴的剖面尺寸会有大量的变化，我们可以使用大一些的过渡圆角半径，
当装配零件的倒角不是很大时，可以利用内凹圆角或加装隔离环；尽少地在轴的受载区段切制螺纹；同时考虑在允许的情况下，合理放松零件与轴的配合。
（3）提高轴的表面质量和疲劳强度
减小表面及圆角处的表面粗糙度；对轴进行表面淬火、渗氮、渗碳、碳氮共渗等处理，都可以增加轴的承载力和提高轴的使用寿命。
3.结束语
综上所述，本文按照轴的受载及应力情况，阐述了相应的计算方法，对于轴的三种受载情况的轴的强度校核都做了简单的描述和分析，并就如何使用这些方法做了初步的介绍。
在具体的设计时，我们不仅仅可以考虑如何通过选材来达到这一结果，同时还可以通过从结构安排和工艺等方面来采取必要的措施，从而提高轴的承载能力，为此在本文中，笔者甚至还就如何强化轴的疲劳强度和刚度的措施也做了少量的阐述。
参考文献：
[1]季玉茹，王德忠.应用Excel进行转轴的强度校核及轴径设计[J].化工机械，2011（01）
[2]高万军，邱志平，张玲，毕立彩.二级直齿圆柱齿轮减速器中间轴的强度校核[J].科技信息，2009（13）
[3]李鹏举，王永新.机械销轴强度计算[J].机械工程师，2013（02）。