轴系结构设计实例
机械基础-案例13 轴的结构设计
轴的结构设计轴是非标准零件，它没有固定的、一层不变的结构形式。
轴的结构设计就是根据具体的工作条件，确定出轴的合理结构和结构尺寸。
一、安装蜗轮的轴设计计算1、初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45刚，调质处理。
根据《机械设计》式15-3，取A 。
=110，于是得mm n P A d92.454091.21103322min '=⨯== 。
由于轴上要有键槽，故取min 'd =50mm,查《课程设计》表6.8，选联轴器型号为HL4的弹性联轴器，孔直径D=50，轴孔长l=84mm 。
2、求作用在蜗轮上的力已知蜗轮的分度圆直径为2d =226.8mm ，所以得2t F =222d T =N 62538.2267090902=⨯， N d T F Fa t 93.46821112===， N F F F t r r 42.2276tan 212===α。
3、蜗轮轴的设计蜗轮轴草图①确定各段直径和长度为满足半联轴器的轴向定位要求，Ⅶ-Ⅷ安装联轴器，其左端要制成一轴肩，Ⅵ-Ⅶ段安装轴承端盖，采用毡油封，故Ⅶ-Ⅷ段直径为d 1=50mm ，l 1应比轴孔长l=84mm 略短一些，故取l 1=82mm ，Ⅵ-Ⅶ段直径为d 2=58mm 。
初选滚子轴承，因轴承同时承受径向和轴向的力作用，故选圆锥滚子轴承，从《课程设计》表5.12中选轴承30312，其基本尺寸d ×D ×T=60mm ×130mm ×33.5mm ，故d 3=d 7=60mm ，而l 7=33.5mm 。
左端滚子轴承采用轴肩进行轴向定位，查表 5.12得h=72-60=12mm ，因此d 6=72mm 。
轴承端盖总宽度为16mm ，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖与半联轴器左端面的距离为L=30mm ，故l 2=16+30=46mm 。
取安装蜗轮处的轴段IV-V 的直径d 4=65mm ，蜗轮的右端与右端轴承之间采用套筒定位，，为使套筒端面可靠的压紧蜗轮，则此段长度应略短于蜗轮宽度，故取l 4=81mm ，蜗轮的左端采用轴肩定位，轴肩高度h=(0.07~0.1) d 4，则取d 5=75mm ，宽度b ≥1.4h ，则l 5=10mm 。
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。
轴的结构设计范例
四、低速轴系的结构设计1、根据轴的工作条件，选择材料及热处理方法，确定许用应力，由（二）（三）已算得从动齿轮转速n 2=71.7r/min 。
齿轮分度圆直径d 2=360mm 。
选用45号钢调质。
查①表11－1得抗拉强度MPa 650b =σ，查①表11－9得许用弯曲应力[]MPa 60b 1=-σ。
2、按扭转强度估算最小直径由（二）知，P 2=3.87kw ，T 2＝516.1N.m查①表11－5取A=110，按①式（11－3）计算得：mm 57.417.7187.3110n P A d 332==≥ 考虑轴和联轴器用一个键联接，故将轴放大5％并取标准值，即取d=45mm 。
3、轴的结构设计（1）将轴设计成阶梯轴，按T=516.1N.m ，从②查用TL8型弹性联轴器，孔径为45mm ，长L=112mm ，与轴头配合长度为84mm 。
取轴头直径为45mm ，故靠近轴头的轴身直径为52mm ，轴颈直径取55mm 。
轴两端选用6011型轴承，轴承宽度B=18mm ，外径D=90mm 。
轴承由套筒和轴肩实现轴向定位，圆角r=1mm 。
取齿轮轴头直径为60mm ，定位环高度h=5mm ，其余圆角r=1.5mm ，挡油盘外径取D=89mm 。
（2）在（三）已经求得轮毂长为90mm ，因此轴头长度为88mm ，轴颈长度与轴承宽度相等为18mm ，齿轮两端与箱体内壁间距离各取15mm ，由于转速较低，故轴承用润滑脂，所以轴承端面与箱体内壁距离取10mm 。
这样可定出跨距为158mm 。
伸出箱体的轴段长度取44mm 。
为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上，应将头长度取短一些，故取轴头长度为75mm 。
3、由于是单级齿轮减速器，因此齿轮布置在中央，轴承对称布置，齿轮与轴环、套筒实现轴向定位，以平键联接及选用过渡配合H7/n6实现周向固定。
齿轮轴头有装配锥度，两端轴承分别以轴肩和套筒实现轴向定位，采用过盈配合k6实现周向固定。
轴系结构的设计实例 福州大学精品文档
在轴的伸出端根据所安装零件设计轴段的直径、长度及轴毂连接。
根据轴端零件的定需要设置轴向定位结构，本实例选用轴端挡圈。 完成结构设计后应根据结构尺寸分析轴及轴承的工作能力，如工作 能力不满足要求，应修改结构尺寸。
传动零件通过内孔与轴的配合关系确定与轴的径向位置关系
齿轮通过轮毂端面与轴肩的接触，确定与轴的轴向位置关系，轴 肩的位置决定齿轮的安装方法，通常将轴肩安排在远离箱体壁的 一侧，这样设计可以方便装配。
相邻轴段直径应稍小，这样设计既有利于加工，又有利于装配。
与传动零件配合的轴段长度应略小于传动件轮毂宽度，这样可以使 定为零件（图中套筒）可靠地与齿轮端面接触；否则可能由于制造 误差，使得套筒与轴上的台阶端面接触，使齿轮实际并未定位。
根据载荷及转速情况选择滚动轴 承的类型、组合及尺寸。
本实例选择角接触球轴承，正安装，为使轴承与轴承孔接触良好， 轴承的安装位置应深入轴承孔一定距离。滚动轴承与轴之间通过轴 肩定位，轴肩高度应保证轴承的定位需要，同时保证轴承可拆卸。
左端轴承通过套筒定轴向位置，既要保证齿轮定位的需要，同时又 要保证轴承的定位需要，可以将套筒设计为台阶形状。
在端盖与箱体之间设置螺栓连接，以固定端盖位置。
右侧端盖有通孔。
为防止润滑油泄漏，在端盖孔与轴之间设置油封。
为保证油封可拆卸，在端盖上设置工艺孔。
这里安剖分式箱体设计，安排上、下箱体连接螺栓。
为保证轴承润滑需要，在箱体上安排油沟，引导从箱体壁上流下的 润滑油流向轴承。
为保证润滑油流入轴承外侧，在轴承端盖内侧开设油槽。
根据需要确定滚动轴承的润滑方式，如果采用油润滑应保证轴承可 以得到足够的润滑油流量，如果采用脂润滑应保证润滑脂不被流动 的润滑油带走，本实例选择油润滑。
轴系结构设计实验
轴系结构设计实验
了解基本轴系结构是制造行业最重要的技能之一。
它由轴承、轴承座、套筒、键和螺母等组成，可以用来支撑、支撑和旋转元件，以传输力、动力或输出位置。
有些轴系结构可以承受振动，而在其他情况下则可以支撑负载和定位。
此外，它们可以通过传动力学在机械系统中转换和传输能量。
因此，有效的轴系结构设计能够改善这些元件的功能和性能，以满足工作要求。
结构和力学特性是轴系结构设计的关键，而这也是轴系结构实验课程的核心内容。
本实验旨在探讨实验轴系结构的基本结构和分析以及用其设计中的力学应用。
实验课程的第一部分将建立基本的轴系结构设计的概念，并分析不同类型的螺栓连接设计用于连接不同类型的轴承。
它将涵盖螺母和螺栓设计，以及如何选择最佳螺栓连接。
实验总数将向学生解释各种轴承阵列、凸轮轴及其属性如位移、轴承力、回转力矩等的概念，以及如何计算每个属性，以便选择最佳轴系结构。
为了验证实验结果，实验课程的第三部分将着重介绍用于检查轴系结构性能的实验。
学生将学习用于衡量摩擦的温湿度、偏心度和储能的持久力的测试设计，以及用于某些应用的FAT、SAT和流体测试方法。
实验总数还将概述应用轴系结构设计的常用分析工具，例如几何建模、力学分析、有限元分析等，并使用软件来建模并执行这些工具。
本实验将探究轴系结构设计的基础知识，以及如何设计合理的轴承方案，以及如何通过实验和计算来验证设计结果。
本实验所涵盖的主题非常实用，熟练掌握将对一般工程设计有很大帮助。
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。
轴设计（优秀范文五篇）
轴设计（优秀范文五篇）第一篇：轴设计设计某搅拌机用的单级斜圆柱齿轮减速器中的低速轴（包括选择轴两端的轴承及外伸端的联轴器），如下图所示。
已知：电动机额定功率P=4kW，转速n1=750r/min，低速轴转速n2=130r/min，大齿轮节圆直径d'2=300mm，宽度B=90mm，齿轮螺旋升角β=12︒，法相压力角α=20︒。
要求：1）完成轴的全部结构设计：2）根据弯扭合成理论验算轴的强度；3）精确校核轴的危险截面是否安全；4)画出轴的零件图。
1.求出低速轴上的功率P2和转矩T2若取轴承传动的效率（包括轴承效率在内），则η=0.97P2=Pη=4⨯0.97kW=3.88kWP23.88⨯103T2=9550=9550⨯N⋅mm=285031N⋅mmn21302.求作用在齿轮上的力因知低速级大齿轮的节圆直径为d2=300mm 而Ft=2T22⨯258031=N=1900Nd2300Fr=Fttanαntan20︒=1900⨯=707Ncosβcos12︒Fa=Fttanβ=1900⨯tan12︒=404N圆周力Ft，径向力Fr及轴向力Fa的方向如图所示3.初步确定轴的最小直径先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。
选取轴的材料为45钢，调质处理。
根据表15-3，取A0=112，于是得P23.88=112⨯3=34.7mm n2130dmin≥A03考虑轴与联轴器连接有键槽，轴径增加3%。
d≥3%dmin=35.7mm输出轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径（图）。
为了使所选用的轴径与联轴器的孔径相适应，故同时选取联轴器型号。
联轴器的计算转矩Tca=KAT2，查表14-1，考虑是搅拌器，故取KA=1.7，则：Tca=KAT2=1.7⨯258031N⋅mm=484553N⋅mm按照计算转矩T ca应小于联轴器的公称转矩的条件，查机械设计手册，选用LX3的弹性柱销联轴器，其公称转矩为1250000N·mm。
轴系结构设计
PＢ＝1.1 × (0.56 × 1778 + 1.99 × 579 )＝2125 N
3）
P＝max (PA，PB )＝PA＝6621 N） （
（三）轴承的寿命
10 L h10＝ 60 n
6
10 C 31500 • ＝ • P 60 × 89.2 6621
6
Ⅰ Ⅱ
A
Ⅰ Ⅱ
5、 校核安全系数
S ＝ S S ＝ ＝
S S
σ 2 σ
S
τ 2 τ
+ S ）D ）D
≥ [S ]
σ
（ K （ K
σ
σ － 1 × σ a + ψ τ － 1 × τ a + ψ
σ
σ τ
m
τ
τ
τ
m
(1) σ a、σ m、τ a、τ m 一般转轴σ b 对称循环， 按脉动循环考虑 τ σ a＝M σ m＝0 τ a＝τ m＝ T 2WT ＝T ＝237679 8 3 ＝ .02MPa 4W 4 × 0.1× 42 W ＝286672.5 0.1× 42
ε
3
＝20121 h）（5000～20000） （ ∈
若选30209轴承（圆锥滚子轴承） 若选30209轴承（圆锥滚子轴承） 30209轴承
（一）查手册： 查手册：
C＝67800N Y=1.5 ε＝10/3 ＝ e=0.4
（二）当量动负荷的计算
1、 内部轴向力 （S＝R/2Y） R/2Y）
SA RA
li ）
初算 d'min=35.56 与链轮孔相配
取d1=36mm
② l1＝b1-(1～3)mm =52-2 =50mm =52-
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根据载荷及转速情况选择滚动轴 承的类型、组合及尺寸。
本实例选择角接触球轴承，正安装，为使轴承与轴承孔接触良好， 轴承的安装位置应深入轴承孔一定距离。滚动轴承与轴之间通过轴 肩定位，轴肩高度应保证轴承的定位需要，同时保证轴承可拆卸。
左端轴承通过套筒定轴向位置，既要保证齿轮定位的需要，同时又 要保证轴承的定位需要，可以将套筒设计为台阶
右侧端盖有通孔。
为防止润滑油泄漏，在端盖孔与轴之间设置油封。
为保证油封可拆卸，在端盖上设置工艺孔。
这里安剖分式箱体设计，安排上、下箱体连接螺栓。
为保证轴承润滑需要，在箱体上安排油沟，引导从箱体壁上流下的 润滑油流向轴承。
为保证润滑油流入轴承外侧，在轴承端盖内侧开设油槽。
根据需要确定滚动轴承的润滑方式，如果采用油润滑应保证轴承可 以得到足够的润滑油流量，如果采用脂润滑应保证润滑脂不被流动 的润滑油带走，本实例选择油润滑。
根据箱体的结构设计需要，合理确定轴承孔长度。
在轴承外侧设置轴承端盖，确定轴承外圈与箱体孔的轴向位置，在 端盖与箱体之间设置调整垫片，用于调整轴承间隙。
传动零件通过内孔与轴的配合关系确定与轴的径向位置关系
齿轮通过轮毂端面与轴肩的接触，确定与轴的轴向位置关系，轴 肩的位置决定齿轮的安装方法，通常将轴肩安排在远离箱体壁的 一侧，这样设计可以方便装配。
相邻轴段直径应稍小，这样设计既有利于加工，又有利于装配。
与传动零件配合的轴段长度应略小于传动件轮毂宽度，这样可以使 定为零件（图中套筒）可靠地与齿轮端面接触；否则可能由于制造 误差，使得套筒与轴上的台阶端面接触，使齿轮实际并未定位。
在轴的伸出端根据所安装零件设计轴段的直径、长度及轴毂连接。
根据轴端零件的定位需要设置轴向定位结构，本实例选用轴端挡圈。 完成结构设计后应根据结构尺寸分析轴及轴承的工作能力，如工作 能力不满足要求，应修改结构尺寸。
与齿轮配合的轴段通过平键连接确定与轴的周向位置并传递转矩， 为避免由于键槽所造成的应力集中和由于轴上的台阶造成的应力集 中不出现在同一个位置，键槽两端应与台阶之间留有必要的距离。
齿轮另一侧通过套筒定位。
根据功能需要合理选择轴系结构类型， 由于减速器轴系跨距较小，优先选择 两端单向固定结构。
选择正安装或反安装，优先选择正安装，因为结构较简单。
这是一个两级圆柱齿轮减速器传 动原理图，下面以这个减速器的 低速级齿轮轴系为例，分析轴系 结构设计的过程。
轴系结构设计是在传动零件设计的基础上进行的，为使传动零件转动中不与箱体 零件相干涉，传动零件与箱体之间应有一定距离，这个距离的大小与传动件的尺 寸有关，与箱体零件的制造方法有关，传动零件的尺寸越大，距离也应越大，箱 体零件的制造精度越低，距离应越大。具体数值可参考有关设计手册。