轴结构设计
合集下载
轴的结构设计
a）截面尺寸变化处 的应力集中
b）过盈配合处的应力集中
c）小孔处的应力集中
减小应力集中的措施： 1）用圆角过渡； 2）尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽； 3）重要结构可增加卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角、
增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。
B d/4 B
30˚ r
d
卸载槽
过渡肩环
凹切圆角
4）避免相邻轴径相差太大；
① ② ③
⑧ ⑩ ⑥ ⑤ ③ ⑦
⑧ ⑩
①
④
⑨
① 轴承端盖与箱体间无调整垫片；② 键顶部与键槽顶部接触；③ 两键槽不在 轴的同一母线上；④ 端盖孔与轴径间无间隙； ⑤ 多键槽；⑥ 轴的长度等于 轮毂长度；⑦ 无定位轴肩；⑧ 轴承未相对安装；⑨ 轴颈长度与端盖相接触； ⑩ 无挡油环。
三、轴的强度计算
轴上零件的定位和固定 加工和装配的工艺性 提高轴强度的结构措施
轴的结构设计
轴的强度计算 轴的刚度计算
有特殊要求时
轴的稳定性计算
二、轴的结构设计
1. 轴的结构设计原则
(1) 满足强度、刚度、防振的要求，并通过 结构设计提高这些方面的性能 (2) 保证轴上零件定位且固定可靠 (3) 便于轴上零件装拆和调整 (4) 轴的加工工艺性好
尽量统一。
二）轴上零件装配工艺性要求 1.轴的配合直径应圆整为标准值。 2.轴端应有cX45º的倒角。 3.与零件过盈配合的轴端应加工出导向锥面。
°
°
a）倒角
b）导向锥面
4.装配段不宜过长。
六、提高轴强度和刚度的措施 1.减小应力集中 合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。 a）截面尺寸变化处的应力集中 轴的应力集中 b）过盈配合处的应力集中 发生的位置 c）小孔处的应力集中
轴的分类与结构设计及其应用
结构不合理！
②保证零件所需的装配空间、调整空间。应考虑轴 上零件之间的距离及轴上零件与机架之间的距离
4 轴的结构工艺性
主要考虑以下因素： （1） 为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出45的倒角。
（2）需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽。 （3） 需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。
（4） 为了减少装夹工件的时间，同一轴上不同轴段的键 槽应布置在轴的同一母线上。
双圆螺母
④轴端挡圈 只适用于定位轴端零件。
⑤弹性挡圈、紧钉螺钉、锁紧挡圈作轴向定位
特点：承受轴向力能力较差，适用于轴向力不大 的场合。
弹性挡圈
紧钉螺定
锁紧挡圈
6圆锥面定位 特点： ⑥多用于承受冲击
载荷和同心度要求较高的 轴端零件。
⑦ 轴承盖 特点：可承受较大的轴
向力，通常通过螺钉或榫 槽与箱体联接，通过轴承可对整个轴起轴向定位 作用
按纯扭T确定dmin
从dmin (处于轴端)开始
轴中间(d )
在确定各轴段直径时应注意的问题；
（1）安装标准件的部位的轴径，应取为相应的标准值。
（2）为了使齿轮、轴承等零件装拆方便，可设置非定位 轴肩。
⑵各轴段长度的确定
轴的各段长度主要是根据轴上零件的宽度及它 们的相对位置来确定。
在确定轴长时注意： ① 为了保证轴向定位可靠，与齿轮和 联轴器等零件相配合部分的轴段长度一 般应比轮毂长度短2 ~ 3mm。
no 验算合格?
yes
结束
3 轴的材料
轴的材料：主要是碳钢和合金钢 轴的毛坯：轧制圆钢：d<100mm，锻件d>100mm ①②..一 传般 递应 大用 动力:4，5钢要(求35减、少50尺代寸用及)，重调量质，正提火 高
②保证零件所需的装配空间、调整空间。应考虑轴 上零件之间的距离及轴上零件与机架之间的距离
4 轴的结构工艺性
主要考虑以下因素： （1） 为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出45的倒角。
（2）需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽。 （3） 需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。
（4） 为了减少装夹工件的时间，同一轴上不同轴段的键 槽应布置在轴的同一母线上。
双圆螺母
④轴端挡圈 只适用于定位轴端零件。
⑤弹性挡圈、紧钉螺钉、锁紧挡圈作轴向定位
特点：承受轴向力能力较差，适用于轴向力不大 的场合。
弹性挡圈
紧钉螺定
锁紧挡圈
6圆锥面定位 特点： ⑥多用于承受冲击
载荷和同心度要求较高的 轴端零件。
⑦ 轴承盖 特点：可承受较大的轴
向力，通常通过螺钉或榫 槽与箱体联接，通过轴承可对整个轴起轴向定位 作用
按纯扭T确定dmin
从dmin (处于轴端)开始
轴中间(d )
在确定各轴段直径时应注意的问题；
（1）安装标准件的部位的轴径，应取为相应的标准值。
（2）为了使齿轮、轴承等零件装拆方便，可设置非定位 轴肩。
⑵各轴段长度的确定
轴的各段长度主要是根据轴上零件的宽度及它 们的相对位置来确定。
在确定轴长时注意： ① 为了保证轴向定位可靠，与齿轮和 联轴器等零件相配合部分的轴段长度一 般应比轮毂长度短2 ~ 3mm。
no 验算合格?
yes
结束
3 轴的材料
轴的材料：主要是碳钢和合金钢 轴的毛坯：轧制圆钢：d<100mm，锻件d>100mm ①②..一 传般 递应 大用 动力:4，5钢要(求35减、少50尺代寸用及)，重调量质，正提火 高
轴的结构设计
机械设计基础
Machine Design Foundation
轴的结构设计
4 轴的结构工艺性 轴的结构工艺性是指所轴的结构形式应便于加工和
装配轴上的零件，并且生产率高，成本低。为了使轴的 工艺性好，轴的结构设计应注意以下几个问题。
(1) 为便于零件的装拆，轴端应有45°的倒角,零件装 拆时所经过的各段轴径都要小于零件的孔径；
(2) 轴肩或轴环定位时，其高度必须小于轴承内圈端 部的厚度； (3) 用套筒、圆螺母、轴端挡圈作轴向定位时，一般 装配零件的轴头长度应比零件的轮毂长度短2～3mm， 以确保套筒、螺母或轴端挡圈能靠紧零件端面;
机械设计基础
Machine Design Foundation
轴的结构设计
(4) 轴上的圆角、倒角和退刀槽应尽可能取相同尺寸， 以减少刀具数量和换刀时间。为了减少轴的装夹次数， 轴上有两个以上键槽时，应尽可能布置在同一条母线上; (5) 轴上磨削的轴段和车制螺纹的轴段，应分别留有螺 纹退刀槽和砂轮越程槽;且后轴段的直径小于轴颈处的 直径，来减少应力集中，提高疲劳强度; (6) 装配段不宜太长。
机械设计基础
Machine Design Foundation
轴的结构设计
2) 轴段长度的确定 (1) 在安装齿轮时为了使齿轮固定可靠，应使齿轮轮毂 宽度大于与之相配合的轴段长度，一般两者的差取2～ 3 mm。 (2) 装滚动轴承处的轴长，查手册按轴承宽度来确定。 (3) 轴上回转零件与其他零件之间的轴向距离推荐：两 回转件间的距离取10～20 mm；回转件与内壁之距离取 10～20 mm；轴承端面至箱体内壁之距离为当减速器齿轮 圆周速度v＞2 m/s时，轴承采用油液飞溅润滑，取5～ 10 mm；当减速器齿轮圆周速度v＜2 m/s时，轴承采用油 脂润滑，还需加挡油环，防止油脂被稀释，取10～15mm； 外伸件距箱体轴承盖的距离，考虑应留有螺钉装拆及扳 手空间位置，取20～35mm。
轴的结构设计
图1-9 阶梯轴结构示例
轴的结构设计
• 1.2 轴的结构设计
轴的结构设计就是确定轴的外型和全部结构尺寸。影响轴结构的因 素很多，设计时应对不同情况进行具体分析。对一般轴结构设计的基 本要求是：
1.便于轴上零件的装配
2.保证轴上零件的准确定位和可靠固定 3. 轴的加工和装配工艺性好 4.减少应力集中，改善轴的受力情况
轴的结构设计
• 1.2 轴的结构设计
1.便于轴上零件的装配 为便于轴上零件的装拆，将轴做成阶梯轴。对于剖分式箱体，轴的
直径由中间向两端逐渐变小。如图1-9所示，首先将平键装在轴上，再 从左端依次装入齿轮、套筒、左端轴承，从右端装入右端轴承，然后 将轴置于箱体的轴承孔内，装上左、右轴承端盖，再从左端装入平键、 带轮。
采用定位套筒代替圆螺母和弹性挡圈使零件轴向固定，可避免在轴上 制出螺纹、环形槽等，能有效地提高轴的疲劳强度。
轴的表面质量对轴的疲劳强度影响很大。因轴工作时，最大应力发生 在轴的表面处，另一方面，由于加工等原因，轴表面易产生微小裂纹， 引起应力集中，因此轴的破坏常从表面开始。减小轴的表面粗糙度，或 采用渗碳，高频淬火等方式进行表面强化处理，均可以显著提高轴的疲 劳强度。
②套筒和圆螺母 当轴上零件距离较近时用套筒作相对固定,可简化轴 的结构，减少轴径的变化，减少轴的应力集中，如图1-9所示。
当套筒太长时，可采用圆螺母作轴向固定。此时须在轴上加工螺纹， 将会引起较大的应力集中，轴段横截面面积减小，影响轴的疲劳寿命， 如图1-11所示。
轴的结构设计
图1-10 轴肩
图1-11 圆螺母定位
d=（0.8~1.2）D； 各级低速轴段直径可按同级齿轮的中心距a估算，
d=（0.3~0.4）a。
轴的结构设计
• 1.2 轴的结构设计
轴的结构设计就是确定轴的外型和全部结构尺寸。影响轴结构的因 素很多，设计时应对不同情况进行具体分析。对一般轴结构设计的基 本要求是：
1.便于轴上零件的装配
2.保证轴上零件的准确定位和可靠固定 3. 轴的加工和装配工艺性好 4.减少应力集中，改善轴的受力情况
轴的结构设计
• 1.2 轴的结构设计
1.便于轴上零件的装配 为便于轴上零件的装拆，将轴做成阶梯轴。对于剖分式箱体，轴的
直径由中间向两端逐渐变小。如图1-9所示，首先将平键装在轴上，再 从左端依次装入齿轮、套筒、左端轴承，从右端装入右端轴承，然后 将轴置于箱体的轴承孔内，装上左、右轴承端盖，再从左端装入平键、 带轮。
采用定位套筒代替圆螺母和弹性挡圈使零件轴向固定，可避免在轴上 制出螺纹、环形槽等，能有效地提高轴的疲劳强度。
轴的表面质量对轴的疲劳强度影响很大。因轴工作时，最大应力发生 在轴的表面处，另一方面，由于加工等原因，轴表面易产生微小裂纹， 引起应力集中，因此轴的破坏常从表面开始。减小轴的表面粗糙度，或 采用渗碳，高频淬火等方式进行表面强化处理，均可以显著提高轴的疲 劳强度。
②套筒和圆螺母 当轴上零件距离较近时用套筒作相对固定,可简化轴 的结构，减少轴径的变化，减少轴的应力集中，如图1-9所示。
当套筒太长时，可采用圆螺母作轴向固定。此时须在轴上加工螺纹， 将会引起较大的应力集中，轴段横截面面积减小，影响轴的疲劳寿命， 如图1-11所示。
轴的结构设计
图1-10 轴肩
图1-11 圆螺母定位
d=（0.8~1.2）D； 各级低速轴段直径可按同级齿轮的中心距a估算，
d=（0.3~0.4）a。
轴的结构设计课件
球墨铸铁容易获得复杂的形状，而且吸振性好，对应 力集中敏感性低，适用于制造外形复杂的轴，如曲轴和凸 轮轴等。
轴的结构设计
27
五、轴的设计
类比法
根据轴的工作条件，选择与其相似的轴进行类比及结 构设计，画出轴的零件图。
设计计算法
开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的位置及支点情 况，无法确定轴的受力情况，只有待轴的结构设计基本完 成后，才能对轴进行受力分析及强度计算。因此，一般在 进行轴的结构设计前先按纯扭转受力情况对轴的直径进行 估算。然后进行轴的结构设计后，再按弯扭合成的理论进 行轴危险截面的强度校核。
强度不够，则必须重新修改轴的结构。 （5）绘制轴的零件工作图
轴的结构设计
29
六、轴毂联接
轴毂联接主要是用来实现轴和轮毂之间的周向固定并 用来传递运动和扭矩，有些可承受少量轴向力。
轴毂连接
键连接 花键连接
松键连接 紧键连接
过盈配合连接
销连接
平键连接 半圆键连接
楔键连接 切向键连接
轴的结构设计
30
（一）键联接
1.轴上零件的轴向定位与固定 常用的轴向固定方法有：轴肩（轴环）、圆螺母（止
动片）、套筒、弹性挡圈、紧定螺钉、轴端挡圈定位等。
轴的结构设计
12
轴肩（轴环）
特点：结构简单，定位可靠 ，可承受较大的轴向力 应用：齿轮、带轮、联轴器、 轴承等的轴向定位
轴的结构设计
13
圆螺母
特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力 由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降
轴的结构设计
17
2.轴上零件的周向固定
为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动， 轴和轴上零件必须可靠地沿周向固定（连接）。常用的周 向固定方法有：销、键、花键、过盈配合和成形联接等， 其中以键和花键联接应用最广。
举例说明轴结构设计的要点
举例说明轴结构设计的要点一、介绍轴结构设计的背景和意义轴是机械传动中的重要部件，其结构设计直接影响到机械性能和使用寿命。
因此，轴结构设计是机械设计中非常重要的一个环节。
合理的轴结构设计可以提高机械设备的工作效率和使用寿命，降低维修成本和故障率。
二、轴结构设计的要点1. 轴的材料选择轴的材料应该具有良好的力学性能、耐磨性和耐腐蚀性。
常用的轴材料有碳素钢、合金钢、不锈钢等。
在选择材料时，还需要考虑到生产成本和可靠性等因素。
2. 轴径和长度确定轴径和长度是根据承载力、转速、工作条件等因素来确定的。
一般来说，轴径越大，承载能力越强，但也会增加制造成本；而轴长度则需要根据具体情况进行合理设置。
3. 轴承选型与布局在进行轴结构设计时，需要根据承载能力及转速等因素来选择合适的轴承类型，并进行合理布局。
同时还需要注意保证轴承的润滑和散热条件。
4. 轴的表面处理轴的表面处理对于其使用寿命和性能有着重要的影响。
常用的表面处理方法包括镀铬、氮化、热处理等。
选择合适的表面处理方法可以提高轴的耐磨性和耐腐蚀性。
5. 轴尺寸公差控制在进行轴结构设计时，需要根据实际情况合理设置轴尺寸公差，以保证轴件之间的配合精度。
过大或过小的公差都会影响到机械设备的工作效率和使用寿命。
6. 轴与其他部件配合设计在进行轴结构设计时，还需要考虑到与其他部件之间的配合关系。
例如，轴与齿轮之间需要保证精准配合，以确保传动效率和稳定性。
三、举例说明以汽车发动机曲轴为例，其结构设计要点包括：1. 材料选择：一般采用高强度铸钢或锻造钢材料。
2. 轴径和长度确定：根据发动机功率、转速等因素来确定曲轴直径和长度。
3. 轴承选型与布局：曲轴采用滚动轴承，需要合理布局以保证润滑和散热条件。
4. 轴的表面处理：曲轴表面经过淬火、磨削等处理，以提高其耐磨性和耐腐蚀性。
5. 轴尺寸公差控制：曲轴尺寸公差需要控制在合理范围内，以确保与其他部件的精准配合。
6. 轴与其他部件配合设计：曲轴与连杆、齿轮等部件之间需要进行精准配合设计，以确保发动机传动效率和稳定性。
轴的结构设计
轴的结构设计
轴的结构设计是指在机械设备中使用的轴的形状、尺寸、材料、加工工艺等方面的设计。
轴是一种常见的机械零件，用于传递旋转运动和承受力矩。
在轴的结构设计中，需要考虑以下几个方面：
1. 轴的形状和尺寸：根据传递的力矩和转速要求，确定轴的直径、长度、几何形状等。
轴的形状可以是圆柱形、圆锥形、轮廓复杂的曲线形等。
2. 轴的材料：选择合适的材料，以满足轴的强度、刚度和耐磨性等要求。
常用的轴材料有结构钢、合金钢、不锈钢等。
3. 轴的加工工艺：确定轴的加工工艺，包括车削、磨削、冷挤压等。
根据轴的尺寸和形状，选择合适的加工方法，以保证轴的精度和表面质量。
4. 轴的键槽和轴承座设计：考虑轴与其他部件的连接方式和承载情况，设计合适的键槽形状和尺寸，以及轴承座的布局和结构。
5. 轴的表面处理：根据使用环境和要求，对轴进行表面处理，如镀铬、钝化、渗碳等，以提高轴的耐磨性和防腐蚀性。
总之，轴的结构设计需要兼顾轴的强度、刚度、耐磨性、轴与
其他部件的连接方式等方面的要求，以保证轴在工作过程中的可靠性和寿命。
机械设计-轴的结构设计
b
D h
d D
h C d
r为过渡圆角 R为圆角
C 零件倒角
应使： r < R < h 或 r <C < h
要求轴肩零件的定位与固定
1、轴向定位和固定
2）套筒
（简单可靠、常用于近距离，且承受轴向力大） 多用于转速不高的场合。
轴的结构设计
3 轴上零件的定位与固定
轴的结构设计
1 基本要求 2 轴的结构和轴上零部件 3 轴上零件的定位与固定 4 轴的直径和长度确定 5 轴的结构工艺性 6 提高轴强度的措施
CONTENTS
目 录
轴的结构设计
1 基本要求 ①轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置； ②轴上零件装拆、调整方便； ③轴应具有良好的制造工艺性等； ④尽量避免应力集中。
1、各轴段直径确定 1) 按应力估算轴段直径d min 。 2) 按轴上零件安装、定位要求确定各段轴径，经验值 3~5 1~2
d1 d2 d3 d4 d5 d6 d
7
轴的结构设计
4 轴的直径和长度的确定
2、各轴段长度
①各轴段与其上相配合零件宽度相对应； ②转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。
轴的结构设计
轴的结构应便于加工、装配、拆卸、测量和维修等。 5）同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，尺寸尽量相同。
轴的结构设计
6 提高轴强度的措施
1、合理布置轴上零件以减少轴的载荷
MB
MC
MA
MD
MB
MC
B
C
A
T
700N.mm
D
B
C
T
B
C
A
Dx B
C
MD
MA
D h
d D
h C d
r为过渡圆角 R为圆角
C 零件倒角
应使： r < R < h 或 r <C < h
要求轴肩零件的定位与固定
1、轴向定位和固定
2）套筒
（简单可靠、常用于近距离，且承受轴向力大） 多用于转速不高的场合。
轴的结构设计
3 轴上零件的定位与固定
轴的结构设计
1 基本要求 2 轴的结构和轴上零部件 3 轴上零件的定位与固定 4 轴的直径和长度确定 5 轴的结构工艺性 6 提高轴强度的措施
CONTENTS
目 录
轴的结构设计
1 基本要求 ①轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置； ②轴上零件装拆、调整方便； ③轴应具有良好的制造工艺性等； ④尽量避免应力集中。
1、各轴段直径确定 1) 按应力估算轴段直径d min 。 2) 按轴上零件安装、定位要求确定各段轴径，经验值 3~5 1~2
d1 d2 d3 d4 d5 d6 d
7
轴的结构设计
4 轴的直径和长度的确定
2、各轴段长度
①各轴段与其上相配合零件宽度相对应； ②转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。
轴的结构设计
轴的结构应便于加工、装配、拆卸、测量和维修等。 5）同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，尺寸尽量相同。
轴的结构设计
6 提高轴强度的措施
1、合理布置轴上零件以减少轴的载荷
MB
MC
MA
MD
MB
MC
B
C
A
T
700N.mm
D
B
C
T
B
C
A
Dx B
C
MD
MA
- 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)。
蜗杆传动
轮系
15.1.1 轴的分类
转 轴: 工作时既承受弯矩M又承受转矩T
按
载 荷
只承受弯矩M，不传递 转动心轴
心 轴: 转矩T或转矩很小
分
固定心轴
类
传动轴 : 传递转矩T而不承受弯矩M
转轴——减速器的轴
心轴——转动心轴与固定心轴
传动轴——汽车的传动轴
直: 轴线是直线 按 轴 线 曲轴: 轴线是平行线 分 类
错误
(3)圆螺母固定
(4) 轴端挡圈
特别注意：选用套筒、圆螺母、轴端挡圈作轴向固定时，应 把装零件的轴段长度设计得比轮毂短 2-3mm，以确保套筒、 圆螺母、轴端挡圈能靠紧轴上零件端面。
(5) 弹性挡圈 (6)紧定螺钉
2、轴上零件的周向固定
为了传递运动和转矩,或因需要,轴上零件还需 有周向固定：键、花键、销、型面等
③
④ ⑤⑥ ⑦
? 制造要求：台阶数尽可能少； 多个键槽最好同线 必要的退刀槽和越程槽
? 安装要求：台阶； 倒角； 圆角；
15.2.3 固定要求 1、轴上零件的轴向固定方法
错误
(1) 轴肩固定
轴肩圆角半径 r ? 圆角半径 R 轴肩圆角半径r ? 倒角C1
轴肩高 h ? R
轴肩高h ? C1
(2)套筒固定
1、轴的疲劳强度安全系数的校核计算
危险剖面是指发生破坏 可能性最大的截面: （1）M、T较大 （2）尺寸较小或突变 （3）应力集中
软轴: 轴线可大幅度改变
按 实心轴: 常用 轴 芯 分 空心轴: 在航空、导弹、航天领域。 为什么？ 类
15.1.2 轴的材料及热处理
轴的材料主要采用
碳素钢
合金钢
常用的优质碳素钢有
36、46、45、和56钢， 其中45钢应用最多
常用的合金钢有 26Cr、46Cr、
35SiMn 和35CrMo 等
? 热处理
?e ?
?
2 b
?
4(??
)2
?
[?
]? 1b
? ? ? 根据转矩循环性质确定的折合系 数
对于不变的转矩 ,? ? [? ]?1b ? 0.3 [? ]?1b
当转矩脉动变化时 ,? ? [? ]?1b ? 0.6 [? ]0b
对于频繁正反转的轴,? ? [? ]?1b ? 1 [? ]? 1b
15.3.3 轴的安全系数校核计算
齿轮受轴向力时，向右是通过4、5间的轴肩，并由6、7间的 轴肩顶在滚动轴承的内圈上；向左则通过套筒顶在滚动轴承 的内圈上。带轮的轴向固定是靠1、2间的轴肩和轴端当圈。
15.3 轴的强度校核计算
15.3.1 轴的计算简图
轴的受力和支点的简化
15.3.2 按弯扭合成强度计算
强度条件式 :第三强度理论
1）中碳钢：调质或者淬火 2）低碳钢：渗碳后淬火 3）重要的轴：深冷尺寸稳定、或高温回火
注意： 1. 合金钢对应力集中敏感。 2.在一般工作温度下（低于200℃），各种碳 钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此 相同尺寸的碳钢和合金钢的刚度相差不多。
即不能靠选合金钢来提高轴的刚度。
15.1.3 轴的设计（Shaft design）
3) 进行校核计算。
已知 条件
选择 轴的 材料
初算 轴径
结构 设计
计算 弯矩 转矩
修改直径
校核 完善 计算 设计
不满足
转轴设计程序框图
15.2 轴的结构设计
15.2.1 轴颈、轴头、轴身
轴主要有轴颈、轴头、轴身组成。 轴颈——轴上被支承的部分。 轴头——安装轮毂的部分。 轴身——联接轴颈和轴头的部分。
r ? ? min ? ? max
? r ? 1, 静应力
? ?
r ? 0， 脉动应力
? ?
r
?
? 1,
对称循环应力
其中：?
a
?
?
max
??
2
min
?
m
?
?
max
??
2
min
r =1
r =0
r =-1
第十五章 轴（Shaft）
15.1 概述 功用：支撑传动件、传递动力和运动
两级直齿圆柱齿轮减速器
轴系零部件设计 Shafts and associated parts
? 零件：轴、轴毂联结零件（键、花键、销）
? 内容：受力，设计中考虑的问题，结构上 如何实现
复习：机械零件的载荷 Loads on the machine elements
? 载荷过程分类（ Load classification ） 1) 静载荷或变化过程十分缓慢（ Static load） 2) 始终不变，如重力（ Sustained load ） 3) 周期性动载荷（ Cyclic load） 4) 冲击载荷（ Impact load）
? 横向力V：剪切应力 τ Transverse load: shear stress
? 弯矩M：拉（压）应力 σ Bending moment: tensile (compressive) stress
? 扭矩T：扭转剪切应力 τ Torque: torsional shear stress
? 循环特性r
轴的设计主要解决两个方面的问题： 设计计算： 保证危险截面不发生预期的失效 结构设计： 保证工艺性、装配性、维护性能等
? 轴的设计流程（ Shaft design procedure ）
轴的设计分三步进行 :
1) 初定轴径： 2) 结构设计: 画草图, 确定轴的各段尺寸,
得到轴的跨距和力的作用点;
注意： 轴颈和轴头的直径应按规范圆整取标准值，特
别是安装滚动轴承 的轴颈必须按照轴承的孔径选取。 轴身的形状和尺寸主要按轴颈和轴头的结构决定。
设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。 设计要求：
1) 轴应便于加工，轴上零件应便于装拆 （制造安装要求）
2) 轴和轴上零件应有正确而可靠的工作位置 （定位固定要求）
? 载荷形式分类(Types): 法向力(Normal)、 剪切力(shear force)、弯矩(bending moment)和转矩/扭矩(torque)
载荷与应力及其循环特性 r ? ? min ? max
? 轴向力F：拉（压）应力 σ Axial load: tensile (compressive) stress
3) 轴的受力合理，尽量减少应力集中等
以减速器的低速轴 为例加以说明
减速器低速轴结构图
15.2.2 制造安装要求 为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐
渐向中间增大的阶梯状。 零件的安装次序 装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽， 车螺纹的轴端应有退刀槽。
倒角
①②
设计：陈德淑
设计：陈德淑