轴系结构设计
第十二章轴系结构设计(1)
思考：轴系的刚度.
Ⅰ
Fr
Ⅱ
Ⅰ
L
(一)
Ⅰ
Ⅱ Fr
Ⅰ
L (二)
Fr
Ⅱ
L
Ⅱ
Fr
L
平键
导键和滑键 --- 磨损 压溃
斜键---压溃 、磨损
(二）平键连接的尺寸选择
?尺寸选择原则： 轴毂等强度。按照轴 径d选择键的结构尺寸。 ?尺寸： b×h×L L=（1.5～1.8）d（不可过长或过短） L=B毂-（5～10） 标记：键b×L GB1096--1979
?(三）平键连接的强度计算 ?键连接----为标准件连接方式。设计时，键不需画 零件图，只要会选择。 ? 键选择的内容：
1）键的强度只与T有关（键只传递扭距）
2）键的尺寸b×h由轴径d确定，而轴的直径 与T和M有关…。
例： 有一9级精度的铸铁齿轮，轮毂宽度 B=90mm，轴孔直径d=55mm，传递扭距 T=600N.m，载荷平稳，试选择此键连接。
解： 9级精度，∴选平键，试选A型平键 查手册，d=55mm的轴径，b=16mm；h=10mm （k≈0.5h）；L=90-（5～10）=80～85；查手册 取L=80mm；l=L-b=80-16=64mm 查表12-1得： [σ p]= 75MPa
1）选键的类型 2）定键的尺寸 3）强度校核
工作原理及特点 ---- （工作面为侧面,对中性好）
例：有一轮毂宽B=80mm，轴径d=30mm，齿 轮为8级精度，试选择此键连接。 解：∵8级精度，∴试选A型平键 查手册，d=30mm的轴径，b=8mm；h=7mm L=80-（5～10）=75～70；查手册取标准系列 L=70mm ∴键8×70 GB1096-1979
轴承，防止润滑剂流失。 密封装置可分为：接触式密封和非接触式密封
第4章轴系的结构设计
第4章轴系的结构设计一、引言轴系是机械传动中最为常见的一种形式，它将动力源的转动运动传递给工作机构，并起到支撑、定位和传递扭矩的作用。
轴系的结构设计是保证传动系统正常运行和提高传动效率的重要环节。
本章将着重介绍轴系结构设计的要点和方法。
二、轴系结构设计的基本原则1.合理选择轴的材料和形状：轴的材料要具有足够的强度、硬度和耐磨性，一般选择优质合金钢。
轴的形状要尽量简单，以减小结构应力集中的程度。
2.合理选择轴的直径：轴的直径要根据传动扭矩和转速选择。
直径过小会导致轴变形和破坏，直径过大则会增加轴的重量和制造成本。
3.合理设计轴的轴向尺寸：轴的轴向尺寸要满足承载力和刚度的要求。
一般情况下，轴的轴向尺寸要宽于直径的1.5-2倍，以提高刚度。
4.合理设计轴的键槽和连接方式：轴与零件之间的连接方式有键连接、花键连接、伸缩套连接等。
要根据实际情况选择合适的连接方式，并合理设计键槽的尺寸和位置。
5.合理设计轴的支撑方式：轴系的支撑方式有轴承支撑、轴承端支撑、轴心支承等。
要根据轴系的具体情况选择合适的支撑方式，并合理设计轴承的型号、安装间隙和润滑方式。
三、轴系结构设计的方法1.确定传动需求：要确定传动的功率、转速和转矩等参数，以便选择合适的轴材料和直径。
2.计算轴的载荷和应力：根据传动功率和转速，计算轴的载荷和应力，以确定轴的直径和轴向尺寸。
3.选择合适的轴材料：根据轴的载荷和应力，选择合适的轴材料，考虑材料的强度、硬度和耐磨性等因素。
4.设计轴的形状和结构：根据轴的载荷和支撑方式，设计轴的形状和结构，使其具有足够的刚度和稳定性。
5.设计轴的连接方式：根据轴与零件之间的连接要求，选择合适的连接方式，并设计合适的键槽和位置。
6.设计轴的支撑方式：根据轴系的支撑方式和轴承的工作要求，选择合适的支撑方式，并设计合适的轴承型号、安装间隙和润滑方式。
四、轴系结构设计的实例分析以汽车发动机的曲轴轴系为例，进行轴系结构设计的实例分析。
轴系结构设计实验报告
轴系结构设计实验报告轴系结构设计实验报告引言轴系结构是机械工程中的一个重要概念，它涉及到机械装置中的轴、轴承和传动装置等元件。
轴系结构的设计对于机械装置的稳定性和性能有着重要的影响。
本实验旨在通过设计和测试不同轴系结构的性能，探索轴系结构的设计原则和优化方法。
实验目的本实验的目的是研究不同轴系结构的设计对于机械装置性能的影响，具体包括以下几个方面：1. 了解不同轴系结构的基本原理和特点；2. 掌握轴系结构的设计方法和步骤；3. 测试和分析不同轴系结构的性能差异；4. 探索轴系结构的优化方法。
实验装置和方法本实验使用了一台模拟机械装置，包括轴、轴承和传动装置等元件。
实验过程如下：1. 选择不同类型的轴承，包括滚动轴承和滑动轴承，并安装在不同的轴上；2. 设计和制造不同类型的轴系结构，包括单支撑轴系、双支撑轴系和悬臂轴系等；3. 测试不同轴系结构的转动摩擦力、刚度和振动等性能指标；4. 分析和比较不同轴系结构的性能差异；5. 根据实验结果，进行轴系结构的优化设计。
实验结果和讨论通过实验测试和数据分析，我们得到了以下结果和讨论：1. 不同类型的轴承对轴系结构的性能有着显著的影响。
滚动轴承具有较小的摩擦力和较高的刚度，适用于高速和高负荷的工况；而滑动轴承具有较大的摩擦力和较低的刚度，适用于低速和低负荷的工况。
2. 不同类型的轴系结构对机械装置的性能也有着显著的影响。
单支撑轴系具有较大的刚度和较小的振动，适用于要求较高精度和稳定性的工况；双支撑轴系具有较小的刚度和较大的振动，适用于要求较高速度和动态响应的工况；悬臂轴系则适用于较小负荷和较简单的工况。
3. 轴系结构的优化设计需要综合考虑不同性能指标之间的矛盾和平衡。
例如，在追求较大刚度的同时，需要注意振动的控制和减小摩擦力的影响。
结论通过本实验，我们深入了解了轴系结构的设计原理和方法，并通过实验测试和数据分析，探索了不同轴系结构的性能差异和优化设计。
我们发现不同类型的轴承和轴系结构对机械装置的性能有着重要的影响，需要根据具体工况和要求进行选择和设计。
轴系结构的设计 福州大学-文档资料
第十五章 轴系结构设计
15.2 滚动轴承轴系结构设计 15.2.4 滚动轴承的配合 1．滚动轴承配合的特点 a.基准制 b.公差带位置
内圈公差带
外圈公差带
G7
H8 H7 H6 J7 J6 K6 K7 M6 M7 N6 N7 P7 P6
第十五章
轴系结构设计
第十五章 轴系结构设计
15.2 滚动轴承轴系结构设计 15.2.1 滚动轴承轴系的轴向定位方法 1.两端单向固定（面对面）（正安装）
第十五章 轴系结构设计
15.2 滚动轴承轴系结构设计 15.2.1滚动轴承轴系的轴向定位方法 1.两端单向固定（背靠背）（反安装）
第十五章 轴系结构设计
第十五章 轴系结构设计
15.2 滚动轴承轴系结构设计 15.2.4 滚动轴承的配合 2．滚动轴承配合的选择 （1）载荷的大小和方向 （2）轴承工作温度 （3）轴承的固定形式
第十五章 轴系结构设计
15.2 滚动轴承轴系结构设计 15.2.4 滚动轴承的配合 2．滚动轴承配合的选择 （1）载荷的大小和方向 （2）轴承工作温度 （3）轴承的固定形式 （4）轴承的装拆条件 （5）轴承精度等级
第十五章 轴系结构设计
15.2 滚动轴承轴系结构设计 15.2.3 轴承游隙及轴上零件位置的调整
第十五章 轴系结构设计
15.2 滚动轴承轴系结构设计 15.2.3 轴承游隙及轴上零件位置的调整
第十五章 轴系结构设计
15.2 滚动轴承轴系结计
第十五章 轴系结构设计
15.2 滚动轴承轴系结构设计 15.2.2滚动轴承及轴上零件的轴向定位与固定 8．紧定套
第十五章 轴系结构设计
实验12-轴系的结构设计
实验12 轴系得结构设计一、概述：二、轴系结构就是机械得重要组成部分, 也就是机械设计课程得核心教学内容。
由于轴系结构设计设计得问题多、实践性强、灵活性大, 因此既就是教师讲授得难点, 也就是学生学习中最不易掌握得内容。
本实验通过学生自己动手, 经过设计、装配、调整、拆卸等全过程, 不仅可以增强学生对轴系零部件结构得感性认识, 还能帮助学生深入理解轴得结构设计、轴承组合结构设计得基本要领, 达到提高设计能力与工程实践能力得目得。
三、实验目得:1.熟悉常用轴系零部件得结构；2.掌握轴得结构设计基本要求；3.掌握轴承组合结构设计得基本方法。
三、实验设备1. 模块化轴段（可组装成不同结构形状得阶梯洲）；2. 轴上零件: 齿轮、蜗杆、带轮、联轴器、轴承、轴乘座、端盖、套杯、套筒、圆螺母、轴端挡板、止动垫圈、轴用弹性垫圈、孔用弹性垫圈、螺钉、螺母等；3、工具: 活搬手、游标卡尺、胀钳。
四、实验准备1. 从轴系结构设计实验方案表中选择设计实验方案号；2. 根据实验方案规定得设计条件确定需要哪些轴上零件；3. 绘出轴系结构设计装配草图（参考教材图15-21—15-25得形式）, 并注意以下几点:①设计应满足轴得结构设计、轴承组合设计得基本要求, 如轴上零件得固定、装拆、轴承间隙得调整、密封、轴得结构工艺性等；（暂不考虑润滑问题）②标出每段轴得直径与长度, 其余零件得尺寸可不标注。
各项准备工作应在进实验室前完成。
五、实验步骤1. 以自己设计得装配草图为依据, 根据阶梯轴得直径与长度尺寸, 逐段选择完全对应或基本对应得模块化轴段, 并用双头螺柱将各轴段组装成一个完整得阶梯轴。
该轴应与装配草图中得设计尺寸尽可能一致；① 2. 根据轴系结构设计装配草图, 选择相应得零件实物, 按装配工艺要求顺序装在轴上, 完成轴系结构设计；②3、自行检查轴系结构方案得合理性, 对不合理之处进行修改, 直到装配出合理得结构。
检查时应考虑以下问题：③轴上各键槽就是否在同一条母线上；④轴上各零件就是否处于指定位置；⑤轴上各零件得固定（周向、轴向）就是否可靠、合理（如防松、轴承拆卸等）；⑥轴系能否实现回转运动, 运动就是否灵活；⑦轴系沿轴线方向得位置就是否固定, 及轴向力能否传到机座上；⑧轴承游隙如何调整；轴系得轴向位置就是否需要调整？需要时, 如何调整；例图: 学生常犯错误注意:渡圆角及润滑问题。
轴的结构设计改错
图示为小锥齿轮轴系部件结构图（小锥齿轮与轴一体，成为齿轮轴）。试改 正图中不合理或错误的结构，并简述原因。（注：1）直接在原图上改或另绘 结构图均可；2）不得改成锥齿轮与轴分离的结构。）
套杯凸缘不 应在左边， 应在右边；
箱体孔的中部直 径应加大，以减 少精加工面；
透盖与套杯配合段过 长，透盖与右轴承外 圈之间应有大的间隙；
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。您的内容已 经简明扼要，字字珠玑，但信息却千丝万缕、错综复杂，需要用更多的文字来表述；但请您尽可能提炼思想的精 髓，否则容易造成观者的阅读压力，适得其反。正如我们都希望改变世界，希望给别人带去光明，但更多时候我 们只需要播下一颗种子，自然有微风吹拂，雨露滋养。恰如其分地表达观点，往往事半功倍。当您的内容到达这 个限度时，或许已经不纯粹作用于演示，极大可能运用于阅读领域；无论是传播观点、知识分享还是汇报工作， 内容的详尽固然重要，但请一定注意信息框架的清晰，这样才能使内容层次分明，页面简洁易读。如果您的内容 确实非常重要又难以精简，也请使用分段处理，对内容进行简单的梳理和提炼，这样会使逻辑框架相对清晰。为 了能让您有更直观的字数感受，并进一步方便使用，我们设置了文本的最大限度，当您输入的文字到这里时，已 濒 临 页 面 容 纳 内 容 的 上 限 ， 若 还 有 更 多 内 容 ， 请 酌 情 缩 小 字 号 ， 但 我 们 不 建 议 您 的 文 本 字 号 小 于1 4 磅 ， 请 您 务 必 注意。单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。您的 内容已经简明扼要，字字珠玑，但信息却千丝万缕、错综复杂，需要用更多的文字来表述；但请您尽可能提炼思 想的精髓，否则容易造成观者的阅读压力，适得其反。正如我们都希望改变世界，希望给别人带去光明，但更多 时候我们只需要播下一颗种子，自然有微风吹拂，雨露滋养。恰如其分地表达观点，往往事半功倍。当您的内容 到达这个限度时，或许已经不纯粹作用于演示，极大可能运用于阅读领域；无论是传播观点、知识分享还是汇报 工作，内容的详尽固然重要，但请一定注意信息框架的清晰，这样才能使内容层次分明，页面简洁易读。如果您 的内容确实非常重要又难以精简，也请使用分段处理，对内容进行简单的梳理和提炼，这样会使逻辑框架相对清 晰。为了能让您有更直观的字数感受，并进一步方便使用，我们设置了文本的最大限度，当您输入的文字到这里 时 ， 已 濒 临 页 面 容 纳 内 容 的 上 限 ， 若 还 有 更 多 内 容 ， 请 酌 情 缩 小 字 号 ， 但 我 们 不 建 议 您 的 文 本 字 号 小 于1 4 磅 ， 请 您务必注意。单击此处添加正文，
轴系设计实验报告
实验者：[姓名]同组者：[姓名]班级：[班级名称]日期：[日期]一、实验目的1. 熟悉并掌握轴系结构设计中轴的结构设计方法。
2. 熟悉并掌握滚动轴承组合设计的基本方法。
3. 了解轴、轴上零件的结构形状及功用。
4. 掌握轴及轴上零件的定位与固定方法。
5. 了解轴承的类型、布置、安装及调整方法以及润滑和密封方式。
二、实验设备1. 组合式轴系结构设计分析试验箱。
2. 测量工具：300mm钢直尺、游标卡尺、内外卡钳、铅笔、三角板等。
3. 绘图工具：绘图仪器、A3白纸若干。
三、实验原理轴系结构设计是机械设计中重要的一环，它关系到整个机械设备的性能和寿命。
轴系设计主要包括轴的结构设计、轴承组合设计、轴上零件的定位与固定、轴承的安装与调整、润滑与密封等方面。
四、实验步骤1. 明确实验内容，理解设计要求首先，根据实验指导书，明确实验内容，包括已知条件、设计要求等。
绘制传动零件支撑原理简图，了解传动系统的基本参数。
2. 复习有关轴的结构设计与轴承组合设计的内容与方法复习《机械设计》教材中有关轴与滚动轴承设计的内容，了解轴的结构设计原则、轴承组合设计方法、轴上零件的定位与固定方法等。
3. 构思轴系结构方案根据齿轮类型选择滚动轴承型号，确定支承轴向固定方式，根据齿轮圆周速度确定轴承润滑方式，确定密封方式，解决轴承间隙调整等问题。
4. 绘制轴系结构方案示意图根据构思的轴系结构方案，绘制轴系结构方案示意图，包括轴、轴承、轴上零件等。
5. 组装轴系部件根据轴系结构方案，从实验箱中选取合适的零件，组装成轴系部件。
6. 检查所设计组装的轴系结构检查所设计组装的轴系结构是否满足设计要求，包括轴的结构、轴承的安装、轴上零件的定位与固定等。
五、实验结果与分析1. 轴的结构设计根据实验要求，设计了满足传动系统要求的轴结构，包括轴的材料、直径、长度等。
2. 轴承组合设计根据齿轮类型和转速，选择了合适的轴承型号，确定了轴承的布置、安装、拆卸、配合、定位、紧固、调整、润滑和密封等问题。
典型轴系结构教学PPT轴的结构设计
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14.7 滚动轴承的组Байду номын сангаас设计
3.两端游动式
b
D h r R
d D
h
C
r d
13.2 轴的结构设计
➢用轴肩或轴环固定零件时，常需采用其他附件来防止零件向另一方向 移动。
13.2 轴的结构设计
➢当轴向力不大而轴上零件间的距离较大时，可采用弹性挡圈固定。
13.2 轴的结构设计
➢当轴向力很小，转速很低或仅为防止零件偶然沿轴向滑动时，可采用 紧定螺钉固定。
13.2 轴的结构设计
13.2.2 零件在轴上的固定
周向固定 为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动，轴上零件的周向
固定必须可靠。常用的周向固定方法有键、花键、销和过盈配合等联接。
13.2 轴的结构设计
轴向固定 零件在轴上的轴向定位要准确而可靠，以使其安装位置确定，能
承受轴向力而不产生轴向位移 ➢轴肩由定位面和内圆角组成
13.2 轴的结构设计
13.2.3 轴的加工和装配工艺性
轴的形状要力求简单，阶梯轴的级数应尽可能少，轴上各段的键槽、 圆角半径、倒角、中心孔等尺寸应尽可能统一，以利于加工和检验
轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴段应有退 刀槽
当轴上有多处键槽时，应使各键槽位于轴的同一母线上
为使轴便于装配，轴端应有倒角
14.7.1 轴承的轴向固定
14.7 滚动轴承的组合设计
14.7.2 轴承组的轴向固定
除了合理选择轴承的类型和尺寸外，还必须正确、合理地进行轴承的 组合设计。即正确解决轴承的轴向位置固定、轴承与其它零件的配合、轴 承的调整与装拆等问题。
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小白进阶篇—电机选型案例集
目的：掌握轴系零件设计规范并计算校核轴的强度
课程内容：
1.轴的分类
按所受载荷特点分三种：
心轴：只承受弯矩;
传动轴：只承受转矩;
转轴：同时承受弯矩和转矩;
按轴的结构形状分：
直轴，曲轴，光轴，阶梯轴，挠性轴。
2.轴的材料
碳素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%的优质碳素钢，尤其是45号钢。
合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集中比较敏感，且价格较贵；
多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。
如20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳淬火处理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl等合金钢，有良好的高温机械性能，常用于在高温、高速和重载条件下工作的轴。
球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感低，价格低廉，使用铸造制成外形复杂的轴。
例如：内燃机中的曲轴。
对于形状复杂的轴，如曲轴、凸轮轴等，也采用球墨铸铁或高强度铸造材料来进行铸造加工，易于得到所需形状，而且具有较好的吸振性能和好的耐磨性，对应力集中的敏感性也较低。
3.轴的结构设计
合理的轴系结构必须满足下列基本要求：
1）轴和轴承在预期寿命内不失效；
2）轴上零件在轴上准确定位与固定，以及轴系在箱体上的可靠固定；3）轴系结构有良好的工艺性；
4）好的经济性。
轴肩与轴环定位
优点：方便可靠、不需要附加零件，能承受的轴向力大；
缺点：会使轴径增大，阶梯处形成应力集中，阶梯过多将不利于加工。
用途：这种方法广泛用于各种轴上零件的定位。
注意要点：
为了保证零件与定位面靠紧，轴上过渡圆角半径应小于零件圆角半径或倒角，一般轴肩定位高度取为（0.07～0.1）d ，轴环宽度b =1.4h 。
套筒定位
简化轴的结构，减小应力集中，结构简单、定位可靠。
多用于轴上零件间距离较小的场合。
螺母定位
固定可靠，可以承受较大的轴向力，能实现轴上零件的间隙调整。
弹性挡圈定位
结构紧凑、简单、装拆方便，但受力较小，且轴上切槽会引起应力集中，常用于轴承的定
位。
张紧套定位
张紧套定位方便与调试
紧定螺钉固定
紧定螺钉多用于光轴上零件的固定，并兼有周向固定的作用。
适用于轴向力小，转速低的
场合。
轴上零件的周向定位
运转时，为了传递转矩或避免与轴发生相对转动，零件在轴上必须周向固定。
轴上零件的
周向定位方法主要有键联接（平键、半圆键、楔键等）、花键联接、弹性环联接、过盈配合
联接、销联接、成型联接等等。
平键制造简单、装拆方便。
用于传递转矩较大，对中性要求一般的场合。
花键承载能力高，定心好、导向性好。
适用于传递转矩较大，要求导向性良好的场合。
销链接用于固定不太重要、受力不大，但同时需要周向或轴向固定的零件。
轴的轴向定位
机器中的轴的位置是靠轴承来定位的。
当轴工作时，既要防止轴向窜动，又要保证轴承工作受热膨胀时的影响（不致受热膨胀而卡死），轴承必须有适当的轴向固定措施。
1）双支撑单向固定（两端固定式）
这种方法是利用轴肩和端盖的挡肩单向固定内、外圈，每一个支撑只能限制单方向移动，两个支撑共同防止轴的双向移动。
这种安装主要用在两个对成布置的角接触球轴承或圆锥滚子轴承的情况，同时考虑温度升高后轴的伸长，为使轴的伸长不致引起附加应力，在轴承盖与外圈端面之间留出热补偿间隙c＝0.2～0.4mm（如图b）。
游隙的大小是靠端盖和外壳之间的调整垫片增减来实现的。
这种支撑方式结构简单，便于安装，适用于工作温度不高变化的短轴。
2）单支撑双向固定式（一端固定、一端游动）
对于工作温度较高的长轴，受热后伸长量比较大，应该采用一端固定，而另一端游动的支撑结构。
作为固定支撑的轴承，应能承受双向载荷，故此内、外圈都要固定（如左端图）。
作为游动
支撑的轴承，则其内圈应固定（如右端图）。
若使用的是可分离型的圆柱滚子轴承等，则其内、外圈都应固定。
轴系结构设计找错
正确的轴系结构。