四轴系结构设计与分析
轴系部件结构分析
轴系部件结构分析知识要点一、轴结构应满足的要求(1)要装在轴上的零件，要能牢固而可靠地相对固定(轴向或周向固定)(2)便于加工和减少应力集中(3)轴上零件要便于装拆二、分析结构的几个方面其结构是否合理，主要考虑：(1)轴上零件的轴向、周向固定；(2)轴上零件的装拆；(3)轴的加工工艺性和减少应力集中等。
(4)轴承和轴的外伸端；三、分析结构的大致步骤：(1)从整体上看懂图中轴系结构的组成，了解传动件、轴承、端盖、箱体等件的分布情况；(2)按图从左到右(或从右到左)据轴结构的三个要求详细分析轴的各部分结构。
四、轴系结构常见错误(1)与轴支撑的转动件相关的问题：①轴上零件无双向轴向定位、固定。
②轴上零件无周向固定。
(2)与轴承相关的问题：①轴承要有双向轴向固定，并要能调整轴承游隙。
②定位轴承内圈的定位件（如轴肩轴环、轴套等）高度超过轴承内圈高度，不利于轴承装拆。
(3)与定位件相关的问题：①用轴套定位时，装零件的轴段长度超过零件轮毂长。
②用轴端挡圈定位时，装零件的轴段长度超过零件轮毂长；少防松装置；③用圆螺母定位时，螺纹大径超过零件的孔径；少退刀槽，少防松装置；④键过长。
有多处键联接时，键槽没有安排在同一直线上。
(4)与轴外伸端相关的问题：①端盖与轴间无间隙，引起动、静件相碰。
②外伸端无密封。
(5)与工艺有关的问题：①箱体、端盖、轴精加工面过大。
②轴直径不按中间大，两端小的结构安排，零件无法装拆；③轴承用脂润滑时无挡油环；④用6、7号轴承时，安装方向没相对应。
练习1.下图为一输出轴的结构草图，要求轴上斜齿轮与轴向采用H7/r6配合，齿轮内孔径为￠65，宽度为80mm, 选用轴承内孔口圆角r1.5，内孔径为∮69mm，试回答下列问题；(1)轴段L1的直径为_______mm ，长度为________ mm (75，78，80)。
(2)为保证该轴能传递大载荷，承受冲击，齿轮和轴间应采用_________和______作周向固定。
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。
轴系结构设计及分析
题15-4，轴系结构改错题
Байду номын сангаас
4 2 3
4
1
5 6
7
3
轴和轴上零件结构错误辨析
注：参考《机械设计课程设计》P43~P45的错误示例
4
轴系零件结构错误分析
一。转动件与静止件接触 1。轴与右端盖接触，应留间隙 2。套筒与右轴承外圈接触，应减少套筒的外径尺寸 二。轴上零件的定位与固定 3。齿轮轴向固定不可靠，套筒顶不紧齿轮 8，4。联轴器的轴向缺少定位与固定 5。联轴器周向无固定 6。弹性挡圈为多余定位（已采用两端固定方式） 三。制造，安装，调整等工艺不合理 7。右轴段精加工面过长，装坼轴承不方便 9，12。缺少垫片，无法调整轴承间隙 10。轴间过高，无法坼卸轴承 11。键槽过长，套筒无法装入 13。齿轮用油润滑，轴承用脂润滑，缺少挡油环 14。轴的伸出端无密封 注：参考《机械设计课程设计》P43~P45的错误示例
轴系结构设计及分析
一。 轴系结构设计步骤： 齿轮、带轮设计 轴的结构设计 选轴承 键校核 选键 轴强度校核 滚动轴承寿命校核
1
△'
问题 ? 1.去掉：轴端挡板，轴 承盖，套筒，垫片，平键， 螺栓，行吗？ 2.轴设计为光轴? 3.第 段轴d能够随意定? 为什么? 4.第 段轴的长度L4= b齿轮吗? 为什么? 5.△2=0 ? 6. △’=0 ? 7. 图中两个支点的轴承 若为3000或7000类，为什 么要成对使用?
5
轴系部件设计与分析实验
06 注意事项
合理的轴系结构应满足下述要求： 1、轴上零件定位准确、固定（轴向、周向）
可靠； 2、轴上零件装拆方便，轴的加工工艺性良
好； 3、轴承的固定、润滑及密封方式应符合给
定的设计条件，轴承间隙调整方便； 4、轴受力合理，尽量减少应力集中。
国家工科机械基础教学基地
National basic teaching base for engineering machinery
国家工科机械基础教学基地
National basicneering machinery
04 实验步骤
3 按方案要求组装轴系部件； 4 用铅笔绘制草图； 5 测量非标准件所需尺寸； 6 将各部件装入箱中，工具放在桌面上，实验结束
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轴系布置简图
轴承固定方式 两端固定
传动件 直齿轮
润滑 方式
密封 方式
轴承 端盖
油润滑 橡胶圈 凸缘式
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05 实验方案及轴系部件装配图示例
轴系布置简图 轴承固定方式 两端固定
05 实验方案及轴系部件装配图示例
轴系布置简图
轴承固定方式 两端固定
传动件
润滑 方式
密封 方式
轴承 端盖
斜齿轮 脂润滑 毛毡 凸缘式
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轴系设计与分析实验报告
轴系设计与分析实验报告1. 引言轴系是工程中常见的机械传动元件，其设计和分析对于确保机械系统的正常运转至关重要。
本实验旨在通过对轴系的设计和分析，加深对机械传动的理解，并掌握轴系设计的基本方法和分析技巧。
2. 实验目标本实验的主要目标是设计一个满足给定工况要求的轴系，并对其进行强度和稳定性分析。
具体要求如下： 1. 设计一根适合的轴，使其满足给定的转速、扭矩和工作温度要求； 2. 进行轴的强度分析，确保其能够承受设计工况下的载荷； 3. 进行轴的稳定性分析，判断轴在高速转动时是否会发生振动。
3. 实验步骤3.1 确定设计参数根据给定的工况要求，确定设计轴的转速、扭矩和工作温度。
在设计过程中，还需要考虑材料的强度和热膨胀系数等因素。
3.2 选择轴的材料根据设计参数和要求，选择合适的轴材料。
考虑材料的强度、韧性、热膨胀系数等因素，并进行材料力学性能的分析和比较。
3.3 进行轴的受力分析根据设计参数和轴的几何形状，进行轴的受力分析。
计算轴在设计工况下的受力情况，包括弯矩、剪力和轴向力等。
3.4 进行轴的强度分析基于轴的受力情况和选择的材料，进行轴的强度分析。
计算轴的应力和变形，检查轴的强度是否满足设计要求。
3.5 进行轴的稳定性分析根据轴的几何形状和转速，进行轴的稳定性分析。
计算轴的临界转速和临界转矩，判断轴在高速转动时是否会发生振动。
3.6 优化设计根据强度和稳定性分析的结果，对轴的设计进行优化。
可以调整轴的几何形状、材料和工艺等因素，以满足设计要求并提高轴的性能。
4. 实验结果与分析根据实验步骤中的分析和计算，得到了轴的设计参数、材料选择、受力分析、强度分析和稳定性分析的结果。
经过优化设计后，得到了满足给定工况要求的轴系。
5. 结论通过本实验，我们深入了解了轴系设计和分析的方法和技巧。
通过实际计算和分析，我们成功设计了一个满足工况要求的轴系，并对其进行了强度和稳定性分析。
实验结果证明了我们设计和分析方法的有效性和可靠性。
4个轴承包住导柱的机构-概述说明以及解释
4个轴承包住导柱的机构-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在本文中，我们将探讨一种由四个轴承包住导柱的机构。
导柱作为机械装置中的重要组成部分，常用于支撑和引导运动元件的运动轨迹。
为了提高导柱的精度和稳定性，往往需要采用一种特殊的结构来保证其运动的平稳性和准确性。
该机构由四个轴承组成，分别位于导柱的四个方向上，即上、下、左、右四个方向。
轴承通过包住导柱的方式来支撑导柱的运动，从而确保其在运动过程中的稳定性和准确性。
这种结构的设计灵感源自于四面体的形状，通过将四个轴承分别放置在导柱的各个方向上，可以使得导柱的受力均衡，从而提高了整个机构的运动效果。
在实际应用中，这种由四个轴承包住导柱的机构可以广泛应用于各种机械装置中，如机床、自动化设备等。
通过这种结构的设计，不仅可以提高装置的运动平稳性和准确性，还可以有效地减少因为导柱受力不均而引起的振动和噪音问题。
本文将从多个角度对这种由四个轴承包住导柱的机构进行分析和讨论，包括其结构特点、工作原理等。
通过深入研究这种机构的设计和应用，相信能够为相关领域的工程师和研究人员提供一定的参考和借鉴，从而促进相关技术的发展和应用。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以描述文章的章节分布和内容安排，以帮助读者更好地理解全文的组织结构和内容要点。
对于该篇文章，你可以参考以下内容进行撰写：文章结构：本文主要包括引言、正文和结论三个部分。
其中，引言部分对该机构的概述、目的和文章结构进行介绍；正文部分分为三个要点，分别讨论机构中的第一个要点、第二个要点和第三个要点；结论部分总结了要点，并对结果进行讨论，最后展望了未来的发展前景。
具体内容可以参考如下：1.2 文章结构本文按照以下方式进行组织和安排：引言部分将首先对所讨论的机构进行概述，介绍其基本原理和应用领域。
接着，将对文章的结构进行说明，以帮助读者了解全文组织和各个部分的内容。
最后，明确本文的目的，阐明我们对该机构的深入研究和讨论的意义。
《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。
四轴旋翼飞行器结构设计与模态分析_田卫军
[1] 刘峰,吕强,王国胜.四轴飞行器姿态控制系统设计[J].江 西科学,2011,29(1):66-69.
[2] 杨明志,王敏.四旋翼微型飞行器控制系统设计[J].计算 机测量与控制,2008,(4):1671-4598.
[3] 沈春根,王贵成,王树林.UGNX7.0有限元分析入门与实 例精讲[M].北京:机械工业出版社,2011.
（1. 西北工业大学 现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，西安 710072；
2. 西北工业大学 明德学院，西安 710124）
摘 要：通过分析四轴旋翼飞行器的飞行原理,基于UG NX环境进行了四轴旋翼飞行器的自顶向下的机
械结构总体设计，并在FEM集成模式下对机架的结构模态进行了求解，得到了机架的10阶模
（a）胶合连接方式
（b）单元网格划分
图4 有限元网格模型
2.2 后处理结果分析 系统模态特性，它是结构本身的特性与材料
特性所决定的，与外载条件等无关。模态分析分 为计算模态分析和实验模态分析，计算模态分析 实际上是一种理论建模过程，主要是运用有限元 法对结构进行离散，建立系统特征值数学模型， 用各种近似方法求解系统的特征值和特征矢量。 本文基于UG的CAE高级仿真模块，利用高级仿真 NASTRAN SEMODES 103求解器，采用兰索斯算 法对机架进行模态求解。模态分析结果如下：对 整个四轴机架不施加任何约束计算，即对有限元 模型进行自由状态下的模态提取，得到的机架前
依据上述设计要求与原则，本文基于UG设 计环境，采用“自顶向下”设计模式。即在装配 设计环境下，根据推重比和控制电子设备结构尺 寸，通过对设计零部件的结构设计协调和实时设 计变更，确定轴距550mm的1kg级别，满足航拍设 计需求。设计过程中，力求突出小巧、紧凑、强 度高的结构特点。因此，整体结构广泛的采用了 快速插接形式，实现了结构快速组装和保证了机 械强度，最终完成设计结构如图3所示。
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实验四轴系结构设计与分析实验
实验１轴系结构设计实验指导书
一、实验目的
熟悉并掌握轴系结构设计中有关轴的结构设计、滚动轴承组合设计的基本方法。
二、实验设备
1、创意组合式轴系结构设计与分析实验箱。
实验箱由8类40种168件零件组成，能方便的组合出数十种轴系结构方案。
具有开设轴系结构设计和轴系结构分析两大项实验功能，对培养和提高学生的机械设计能力、机械结构能力及机构创新能力的具有明显的效果。
2、绘图工具
铅笔、三角板等。
三、实验内容与要求
1、指导教师根据下表可以选择性安排每组的实验内容( 实验题号)或学生自行确定实验方案。
2、进行轴的结构设计与滚动轴承组合设计。
每组学生根据实验题号的要求，进行轴系结构设计，解决轴承类型选择,轴上零件定位固定轴承安装与调节、润滑及密封等问题。
3、绘制轴系结构装配图。
4、每人编写实验报告一份。
四、实验步骤
1、明确实验内容，理解设计要求。
2、复习有关轴的结构设计与轴承组合设计
的内容与方法(参看教材有关章节)。
3、构思轴系结构方案
(1)根据齿轮类型选择滚动轴承型号。
(2)确定支承轴向固定方式(两端固定；一端固定、一端游动)。
(3)根据齿轮圆周速度(高、中、低)确定轴承润滑方式(脂润滑、油润滑)。
(4)选择轴承端盖形式(凸缘式、嵌入式)并考虑透盖处密封方式(毡圈、皮碗、
油沟等)。
(5)考虑轴上零件的定位与固定，轴承间隙调整等问题。
(6)绘制轴系结构方案示意图。
4、组装轴系部件
根据轴系结构方案，从实验箱中选取合适零件并组装成轴系部件、检查所设计组装的轴系结构是否正确。
5、绘制轴系结构草图。
6、将所有零件放入实验箱内的规定位置。
7、写出实验报告。
附：部分轴系结构装配图
轴系结构设计实验报告
实验者：同组者：
班级：日期：
一、实验目的
二、实验内容
实验题号
已知条件
三、实验结果
1、轴系结构装配图（附3号图）
2、轴系结构设计说明（说明轴上零件的定位固定，滚动轴承的安装、调整、
润滑与密封方法）
实验２轴系结构分析实验指导书
一、实验目的
1、熟悉并掌握轴、轴上零件的结构形状及功用、工艺要求和装配关系；
2、熟悉并掌握轴及轴上零件的定位与固定方法；
3、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、轴系结构设计与分析实验箱。
箱内提供可组成圆柱齿轮轴系小圆锥轴系
和蜗杆轴系三类结构模型的成套零件。
2、测量及绘图工具。
三、实验内容
1、指导老师根据教学要求给每组指定实验内容（圆柱齿轮轴系、小圆锥齿
轮轴系或蜗杆分析）；
2、分析并测绘轴系部件，画出轴系部件；
3、每人编写出实验报告。
四、实验步骤
1、明确实验内容，复习轴的结构设计及轴承组合设计等内容；
2、观察与分析轴承的结构特点；
3、绘制轴系装配示意图或结构草图。
4、测量轴系主要装配尺寸（如支撑跨距）和零件主要结构尺寸（支座不用
测量）。
5、装配轴系部件恢复原状，整理工具，实验结束。
6、根据装配草图和测量数据，绘制轴系部件装配图；
7、便写实验报告书。
轴系结构分析实验报告
实验者：同组者：
班级：日期：
四、实验目的
五、实验内容
实验题号
已知条件
六、实验结果
1、轴系结构装配图（另附）
2、轴系结构分析（简要说明轴上零件的定位固定，滚动轴承的安装、调整、
润滑与密封等问题）。