12轴系结构设计
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。
12轴的结构及计算
12.2 轴的结构和材料
2）轴的材料
碳素钢
较重要的轴或承受载荷较大的轴，常选用35、45、50
等优质中碳钢，因其具有较高的强度、塑性和韧性，其中 45钢用的最广泛。应进行正火或调质处理。
不重要的或承载较小的轴，可用Q235、Q275等普通碳
素钢。 合金钢 合金钢强度高、耐磨性好，可满足特殊工作要求。但
按弯矩、转矩合成强度计算轴时，对于影响强度的许多重要因素，
如应力集中等都只在许用应力中考虑。
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12.3 轴的计算
弯矩方程和弯矩图
M M(x)
这种内力随截面位置变化的函数关系式，分别称 为梁的弯矩方程。梁的内力随截面位置变化的图线，
称为弯矩图。在绘制梁的内力图时，正弯矩绘在 ｘ
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12.2 轴的结构和材料
4）轴的结构工艺性
（1）加工工艺性：结构应便于加工。
键槽的布置
砂轮越程槽和螺纹退刀槽
（2）装配工艺性：便于轴上零件的装拆。
轴的装配锥度
采用不同的尺寸公差
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12.3 轴的计算
1）轴的强度计算 （1）计算过程
绘制轴的计算简图：确定轴的长度和轴上零件的位置，并 附有载荷的简图。通常可把轴视为铰链支承的梁。 当轴既承受弯矩也承受转矩且均已知时，按弯矩、转矩合 成强度计算。 当轴只承受转矩、不承受弯矩，或承受很小的弯矩，可按 转矩计算强度；当承受较大弯矩且未知时，先按转矩进行初步
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12.3 轴的计算
1）轴的强度计算
（3）按弯矩、转矩合成强度计算
7）根据当量弯矩，由强度条件计算这一截面的直径：
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。
十二轴数控车床的设计与实现
十二轴数控车床的设计与实现曹鹏杰（广东高新凯特精密机械股份有限公司，广东江门 529100）摘要：主要介绍十二轴数控车床的加工工艺的确定、机床结构、采用的创新设计与关键技术，并简要分析了技术经济效益。
关键词：十二轴数控车床设计与实现Design and realize for Twelve-axis CNC LatheCAO Pengjie（Guang Dong Gao Xin Height Precision Machine Co.,LTD，Jiangmen529100，CHN）Abstract：For the twelve-axis CNC lathe，the machining process，the construction， the key technologies and innovative designs adoptedhave been instroduced，The technical and economic efficiency of ithas been analuzed..Keywords： Twelve-axis ；CNC Lathe；Design and realize十二轴数控车床是广州市敏嘉制造技术有限公司根据客户需求设计的一种加工密封垫机床。
该机床可对多个（最多十二个）工件同时加工，一次加工出比现有机床多倍量密封垫圈，它大大提高了机床的生产效率。
同时提高了机床的自动化程度，实现了工件的自动上下料。
1 设计方案简介1.1 加工工艺的确定十二轴数控车床的加工对象是中间为铁芯的橡胶棒，将带有心轴的橡胶棒固定在机床的旋转主轴上，通过刀具的切削进给，将棒料工件切削成一定厚度的密封垫圈。
要求切削后的密封垫圈厚度误差小于0.1mm。
加工工件图见图1。
主轴采用变频电机驱动，同步带轮传动。
工件的定位是由主轴前端的滑动顶尖和与主轴相对应的尾座顶尖顶在工件两端的中心孔上。
机床的尾座可以根据工件的长度调整并固定。
机械制造与自动化专业《轴系的结构尺寸设计》
d3 d2
d1 D
二、确定各段轴的直径 按定位、装拆要求确定轴肩高度及直径。
定位轴肩a =007~01d ，非定位轴肩1~2mm。
有配合要求的轴段，应采用标准直径。
三、确定轴段长度 轴段长度应与配合零件的宽度相适应。 零件间轴向应留适当的运动、装拆和调整空间。 尽量减小跨矩或悬臂长度，提高轴的刚度和强度。
107~98
注：弯矩小或只传递转矩时，C取小值；否那么C取较大值 。
键槽修正值
轴的直径d/mm
<30
有一个键槽时
的增加值（ %）
7
有两个相隔180°键
槽时的增加值（ %）
15
30 ~ 100 5 10
修正后，圆整为标准直径。
>100 3 7
按经验公式估算最小轴径dmin
a1 a2
d1=08~12D d2= 03~04a1 d3= 03~04a2
一、估算轴的最小直径 输入轴装配方案1
按扭矩估算最小轴径
dmin
T WT
9.55 106
轴常用材料值和C值
轴的材料 Q235，20 35
45
40Cr，35SiMn
[ τ ]/MPa 12~20 20~30 30~40
40~52
C
160~135 135~118 118~107
δ =〔2~3〕mm
轴系结构设计实验报告答案
轴系结构设计实验报告答案轴系结构设计实验报告答案引言：轴系结构设计是工程领域中的重要课题，它涉及到机械工程、土木工程、航空航天工程等多个领域。
本实验旨在通过对轴系结构设计的实验研究，探索轴系结构的设计原理和优化方法，以提高轴系结构的性能和可靠性。
一、实验目的本实验的主要目的是通过对轴系结构的设计和测试，掌握轴系结构的设计原理和优化方法，以及相关实验技术。
具体目标包括：1. 理解轴系结构的基本原理和设计要求；2. 掌握轴系结构设计的基本步骤和方法；3. 了解轴系结构的性能测试方法和数据分析技术。
二、实验原理轴系结构是由轴、轴承、联轴器和传动装置等组成的机械传动系统。
它的设计目标是实现传递扭矩和转速的稳定和可靠。
轴系结构的设计原理主要包括以下几个方面：1. 轴的选材和尺寸设计：轴的选材要求具有足够的强度和刚度，同时考虑到轴的重量和成本等因素。
轴的尺寸设计要满足承受扭矩和转速的要求。
2. 轴承的选型和布置：轴承的选型要考虑到轴的转速、负荷和工作环境等因素。
轴承的布置要保证轴的旋转平稳和轴向移动的自由度。
3. 联轴器的选择和设计：联轴器的选择要考虑到轴的转速、转矩和轴向位移等因素。
联轴器的设计要满足传递扭矩和转速的要求。
4. 传动装置的设计：传动装置的设计要满足轴的转速和扭矩的要求，同时考虑到传动效率和传动比等因素。
三、实验步骤1. 确定轴的工作条件：根据轴的应用场景和工作要求，确定轴的转速、转矩和工作环境等参数。
2. 选择轴的材料：根据轴的工作条件和要求，选择合适的材料，如钢、铝合金等。
3. 计算轴的尺寸：根据轴的工作条件和材料的力学性能，计算轴的尺寸，如直径、长度等。
4. 选择轴承：根据轴的转速、转矩和工作环境等参数，选择合适的轴承，如滚动轴承、滑动轴承等。
5. 设计轴承的布置：根据轴的工作条件和轴承的要求，设计轴承的布置方式，如前后轴承、径向轴承等。
6. 选择联轴器：根据轴的转速、转矩和轴向位移等参数，选择合适的联轴器，如弹性联轴器、齿轮联轴器等。
【优秀毕设】汽车后桥十二轴组合机床液压系统设计
三江学院本科毕业设计（论文）题目汽车后桥十二轴组合机床液压系统设计高职系机械设计制造及其自动化专业学号 G095152038 学生姓名周秋晨指导教师刘凯起讫日期 2012年12月17日—2013年4月5日设计地点东校区摘要本文首先介绍了应用在组合机床上的液压系统的工作过程。
介绍了液压技术的发展现状和趋势。
详细了解了液压技术在我国的发展情况和应用的状况。
仔细的阐述了设计液压系统的过程及步骤：液压系统原理图的绘制、液压参数的计算（其中详尽的列出了所有的计算过程和公式）、液压总装图的绘制以及零件图的绘制。
设计出了液压系统的原理图，并对他作出详尽的阐述，简要说明了液压的工作原理，具有高效、节能的作用。
设计使液压技术向高压、高速、大功率、高效率、低噪声和高度集成化等方向发展，有广泛的应用前景和实际意义。
最后讲述了液压系统的维护。
关键词：组合机床，液压系统，原理设计AbstractThis paper firstly introduces the working process of the hydraulic system of modular machine tool used in the. Introduced the present situation and development trend of hydraulic technology. A detailed understanding of the hydraulic technology in the development and application of our country 's situation. Carefully describes the process and steps of the design of hydraulic system: Calculation and drawing, hydraulic parameters of hydraulic system principle diagram ( including the detailed list of the calculation process and formula of all ), hydraulic assembly drawing and part drawing. Design the schematic diagram of hydraulic system, and makes a detailed exposition of his, a brief description of the working principle of hydraulic, has the advantages of high efficiency, energy saving effect. Design of the hydraulic technology development to the high pressure, high speed, high power, high efficiency, low noise and high integration direction, and has wide application prospect and practical significance. Finally on the maintenance of hydraulic system.Keywords: circuit, hydraulic system, principles of design目录第一章绪论................................................................................................................................... １1.1组合机床........................................................................................................................... １1.2液压技术........................................................................................................................... １1.3液压技术在国外的发展趋势........................................................................................... ２1.4液压技术在我国的发展趋势........................................................................................... ３第二章拟定液压原理图............................................................................................................... ５2.1工况分析........................................................................................................................... ５2.2选择基本油路................................................................................................................... ５（1）确定供油方式....................................................................................................... ５（2）调速方式的选择................................................................................................... ５（3）速度换接方式的选择........................................................................................... ５（4）夹紧回路的选择................................................................................................... ６2.3 拟定原理图...................................................................................................................... ６第三章液压元件的计算和选择................................................................................................... ７3.1液压系统设计任务书的要求........................................................................................... ７3.2液压系统设计计算........................................................................................................... ７（一）由滑台HY40B油缸尺寸： .............................................................................. ７（二）主要参数的确定：............................................................................................. ７（三）油泵及电动机的选择：..................................................................................... ８(四)选择液压元件: .................................................................................................... １０（五）系统分析......................................................................................................... １１3.3液压原理图................................................................................................................... １１结束语 ........................................................................................................................................ １２致谢 ........................................................................................................................................ １３参考文献..................................................................................................................................... １４。
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b)方头
c)一端圆头一端方头
机械设计 第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
5
（4）特点
静联接，周向固定，传递转矩T；不能承受轴向力及轴向固定。 2、导向平键
动联接，键固定在轴上，毂可沿键移动。
3、滑键 承载能力：耐磨性。 动联接，键固定在毂上，一起沿键槽移动。 移动距离大时，采用滑键。
机械设计 第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
18
根据用途不同可分为：
定位销：确定相对位置
联接销：用于联接，可传递不大的载荷
安全销：安全装置中的过载剪断元件
2、成形联接 “非圆截面轴与毂孔组合”
特点：无应力集中；定心好；承载能力强；加工困难。
机械设计 第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
19
§2、滚动轴承轴系结构设计
靠摩擦和互压传载：T和单向轴向力
方便拆卸：钩头楔键
机械设计 第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
11
2、切向键：两个单面斜楔构成 工作面：上、下两面 靠互压传载，有一个面必须与轴线共面， 双向T需用双键(120°)。
工作面
毂
轴
1:100
机械设计 第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
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（五）花键联接
1、组成：内花键、外花键
圆锥销具有1:50的锥度， 安装方便，定位精度高。
开尾圆锥销在联接时的防松 效果好，适用于有冲击、振 动的场合的联接。
机械设计 第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
17
端部带螺纹的圆锥销 可用于盲孔或拆卸困 难的场合；
销轴用于两零件的铰 接处，构成铰链联接 销轴通常用于开口销 锁定，工作可靠，装 拆方便。 槽销上有辗压或模锻出的三条纵向沟槽， 将槽销打入销孔后，由于材料的弹性使销 挤压在销孔中，不易松脱，因而能承受振 动和变载荷。
轴承不是单一的个体，它是用来支承轴 的，而轴又要带动轴上零件工作。所以轴承 的设计一定包含合理设计轴承的组合。
组合设计内容： 正确合理考虑轴承安装、固定、调整、密封、润滑、
轴系刚度、精度问题。 组合设计要求：
固定可靠、运转灵活、保证精度、调整方便。
机械设计 第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
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主要失效形式 工作面过度磨损（动联接）
键剪断（过载才发生）
机械设计 第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
7
普通平键的主要尺寸
机械设计 第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
8
强度条件：
普通平键： p
2T / d h l
[
p]
（压溃）
压强： p 2T / d [ p]
h l
（耐磨）
3、↑强度的方法
若σp>[σp]，可采用如下措施： （1）↑键长L，但Lmax=（1.6~1.8)d，否则承载不均。 （2）采用双键，按180°布置，考虑承载不均，按 1.5个计算。但对轴削弱大。
机械设计 第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
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（三）半圆键 1、特性
1）键的摆动适应毂键槽的斜度；
2）侧面为工作面，传T，不能传轴向力；
15
2、圆锥面过盈联接——轴端
液压装卸法：装、卸时注入高压油（过盈量大、重载）
螺纹联接 毂微量移动（过盈小、轻载）
四、弹性环（胀套联接） 装拆方便
力闭合特点：优——定心性好、结构简单、无应力集中 缺——装拆困难（弹性环除外）、尺寸精度高
机械设计 五、销联接
第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
16
圆柱销靠过盈配合固定在销 孔中，经多次装拆会降低定 位精度和可靠性。
机械设计 第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
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§1 轴毂连接设计
一、 键联接
（一）平键联接 1、普通平键
（1）工作面：两侧面 工作时靠键与键槽侧面的挤压 来传递扭矩
（2）承载能力： 压溃——主要失效形式 键剪断
机械设计 第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
4
圆头：指状铣刀，应力集中大
（3）结构形式 方头：盘状铣刀，应力集中小，紧定螺钉固定
Δ 不大的轴。
每个轴承承受一个方向的轴向力。
组合后，限制轴双向移动，承受双向轴向力FA。
轴承类型
承载↑， 定心精度高，宜用于
（4）定心好；
载荷大、尺寸大场合。
机械设计 第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
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三、过盈联接
1、圆柱面过盈联接
零件强度 承载能力取决于
过盈量大小δ
压入法：δ小 温差法：δ大
接合面压强p
摩擦
力 力矩
轴向固定 周向固定
F/2
F
p
p
F/2TBiblioteka 机械设计 第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
机械设计 第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
6
（二）平键的选择计算
1、选择 类型尺寸： （b×h）×L
由轴径d 由轮毂宽
从标准中选b×h 选键长L（系列值）
由结构确定，而
不是由强度确定。
l L b (圆头平键)
校核
lL
l Lb 2
(方头平键) (单圆头平键)
2、强度计算
工作面被压溃（通常为轮毂）（静联接
• 本章的学习要点 – 了解键、花键、销联接的类型、特点和应用 – 了解滚动轴承轴系结构设计 – 了解轴系润滑、密封的方法
机械设计 第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
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– 如何考虑轴毂连接？ – 如何滚动轴承轴系结构设计？ – 如何对轴上零部件进行定位与固定？ – 如何实现机器的润滑和密封的？ – 如何考虑支架和箱体的结构？
2、类型：
矩形花键 齿形
渐开线花键 毂
B毂
C
轴
轴
d
D
机械设计 第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
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3、定心方式：矩形——内径定心；渐开线——齿面定心；
其 它 定 心 方 式
4、特性：
（1）齿对称布置，受载均匀； （5）可用于“动”、“静”；
（2）齿浅，应力集中↓； （6）渐开线较矩形根部↑，
（3）承载↑；
一、滚动轴承轴系的固定 在轴向载荷、附加轴向力作用下，滚动轴承轴系有
“左移”、“右移”趋势，防止轴向窜动，三种固定结 构：
6类 1、两端单向固定（双支点单向固定）
机械设计 第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
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3类和7类
机械设计 第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
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用于 l 400mm
t℃不高
3）特别适于锥形轴端；
4）对轴削弱大，用于轻载。
2、布置
采用双键时，不能相隔180°,应位于轴的同一母线上。
3、强度条件
为什么？
主要失效：键剪断
∴ 2T 1 [ ]
d bl
机械设计 第三十章二章轴轴毂系联结接构设计
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（四）斜键联接
键的一个工作面为斜面：斜度1:100
1、楔键工作面：上下面，两侧面有间隙