轴类强度计算
机械设计基础 第十二章轴
3.
球墨铸铁、合金铸铁 (高强度铸铁)
价廉、吸振性好、耐磨性好，对应力集中的敏感性较低，铸造 成形，但性脆，可靠性低，品质难控制。 常用于制造外形复杂的轴，如曲轴、凸轮轴。
轴的常用材料及其主要力学特性见
轴的结构设计
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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.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装) 2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位) 3.各零件要牢固而可靠地相对固定；(固定) 4.改善应力状况，减小应力集中。
第十二章
轴的设计
1
第一节 第二节 第三节
概述 轴的设计举例 轴的强度、刚度计算
2
本章重点：
① 轴的类型，轴的常用材料； ② 轴的结构； ③ 轴上零件的轴向定位和固定方法； 轴上零件的周向定位和固定方法；
④ 按扭转强度计算轴的直径。
轴的功用：主要用于支承传动零件 (齿轮、带轮等) 并
传递运动和动力。
越程槽和退刀槽
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（3）为去掉毛刺，利于装配，轴端应制出45°倒角。
45°倒角 45°倒角
( 4)当采用过盈配合联结时，配合轴段的零件装入端，常加工 成半锥角为30°的导向锥面。若还附加键联结，则键槽的长度 应延长到锥面处，便于轮毂上键槽与键对中。
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（5）如果需从轴的一端装入两个过盈配合的零件，则轴上两配 合轴段的直径不应相等，否则第一个零件压入后，会把第二个零件 配合的表面拉毛，影响配合。
一般情况下，直轴 做成实心轴，需要 减重时做成空心轴
6
轴的功用和类型
分类： 按承受载荷分有： 类 型 按轴的形状分有：
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转轴---传递扭矩又承受弯矩
传动轴---只传递扭矩 心轴---只承受弯矩 直轴 曲轴 光轴 阶梯轴
滚动轴承设计
实体保持架：用铜合金、 实体保持架：用铜合金、铝合金或酚醛树脂等制 与滚动体间的间隙较小，允许轴承有较高转速。 成，与滚动体间的间隙较小，允许轴承有较高转速。
第二节 滚动轴承的主要类型及选择
一．滚动轴承的结构特性
1．公称接触角 ．
α角的大小反映了轴承承受轴向载荷的能力。α角越 角的大小反映了轴承承受轴向载荷的能力。 角越 角的大小反映了轴承承受轴向载荷的能力 轴承承受轴向载荷的能力越大。 大，轴承承受轴向载荷的能力越大。
第二节 滚动轴承的主要类型及选择
3、调心轴承（外圈滚道为球面 ） 、调心轴承（ （1）调心球轴承 ） 类型代号 ：1 承载方向： 承载方向：可同时承受径 向载荷及少量双向轴向载荷 极限转速： 极限转速：中 额定负荷比： 0.6～0.9 额定负荷比： ～ 角偏位能力： ° 角偏位能力：1.5°～3° ° 使用条件： 使用条件：刚性小及难以对中的轴 类型代号 ：2 （2）调心滚子轴承 承载方向： 承载方向：可同时承受径向载荷及少量双向轴向载荷 额定负荷比： 额定负荷比： 1.8～4 ～ 极限转速： 极限转速：低 角偏位能力： 角偏位能力： 1.5°～3° ° ° 使用条件： 使用条件：其他轴承不能胜任的重负荷
主要区别： 主要区别：承受轴向外载荷的能力
第二节 滚动轴承的主要类型及选择
三、滚动轴承的性能和特点
◆ 按轴承的结构形式不同分类： 按轴承的结构形式不同分类：
在实际应用中，滚动轴承的结构形式有很多。作为标准件的滚动轴承，在 在实际应用中，滚动轴承的结构形式有很多。作为标准件的滚动轴承， 标准件的滚动轴承 国家标准中分为13 13种 其中，最为常用的轴承大约有下列６ 国家标准中分为13种，其中，最为常用的轴承大约有下列６种:
深沟球轴承
轴总结范文
轴总结轴总结1. 简介在机械工程中，轴是一种常用的机械元件，用于支撑和传动旋转运动。
轴通常由金属制成，具有高强度和硬度，以承受工作负荷和传递动力。
轴广泛应用于各种机械设备中，如汽车发动机、风力发电机等。
本文将对轴的类型、设计、制造以及故障检测等方面进行总结。
2. 轴的类型根据轴的不同用途和结构特点，可以分为以下几种类型：2.1. 直轴直轴是最常见的一种轴类型，形状为直线，通常用于传递旋转运动。
2.2. 中空轴中空轴具有中空的内部空间，通常用于传递旋转运动的同时还需要通过轴内部进行其他操作，如流体传输等。
2.3. 锥形轴锥形轴的形状呈锥形，可以用于传递转动运动和力的传递。
2.4. 空心轴空心轴也是一种具有中空结构的轴，但其空心部分通常用于减轻重量而非进行其他操作。
2.5. 组合轴组合轴是由多个轴组合而成的，通常用于传递复杂的运动和力。
3. 轴的设计轴的设计需要考虑以下几个方面：3.1. 强度计算在设计轴时，需要考虑所承受的工作负荷和转速，以计算轴的强度。
常用的计算方法包括静力学和动力学计算，以及有限元分析等。
3.2. 材料选择轴的材料选择通常需要考虑强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性等因素。
常见的轴材料包括碳钢、合金钢、不锈钢等。
3.3. 轴的直径和长度轴的直径和长度取决于所需的工作负荷和转速，需要根据强度计算结果进行调整。
3.4. 表面处理为了提高轴的耐磨性和表面光洁度，常进行表面处理，如镀铬、热处理、抛光等。
4. 轴的制造4.1. 材料准备制造轴之前，需要准备合适的材料，根据设计要求选择合适的材料进行加工。
4.2. 加工工艺轴的制造通常包括以下几个加工工艺：车削、铣削、钻孔、磨削等。
根据轴的要求和材料特性选择合适的加工工艺。
4.3. 热处理热处理是提高轴强度和硬度的重要步骤。
常用的热处理方法包括淬火、回火、表面渗碳等。
4.4. 表面处理在轴的制造过程中，常常需要进行表面处理，如镀铬、抛光等，以提高轴的表面质量和耐磨性。
曲柄轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算
材料力学课程设计设计计算说明书设计题目：曲柄轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算序号: 160题号: 10 - 16教学号:专业: 土木工程（路桥）姓名：指导教师：目录一、材料力学课程设计的目的—————————2二、材料力学课程设计的任务和要求——————3三、设计计算说明书的要求——————————3四、分析讨论及说明部分的要求————————4五、程序计算部分的要求———————————4六、设计题目————————————————5七、设计内容————————————————6 （一）画出曲柄轴的内力图------------------ 7 （二）设计曲柄颈直径d，主轴颈直径D------- 9 （三）校核曲柄臂的强度--------------------10 （四）校核主轴颈的疲劳强度--------------- 14 （五）用能量法计算A截面的转角----------- 15 （六）计算机程序------------------------- 17八、设计体会——————————————----21九、参考文献——————————————----21一、课程设计的目的材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。
同时，可以使我们将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。
既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既能对以前所学的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等）的综合应用，又为后继课程（机械设计、专业课等）得学习打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。
1、使所学的材料力学知识系统化，完整化。
2、在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际问题。
机械设计基础课件第十四章 轴
• • • • • • 轴的功用和类型 轴的材料 轴的结构设计 轴的强度计算 轴的刚度计算 轴的临界转速的概念
轴
第一节 轴的功用和类型
一、轴的功用
● 支撑回转零件，如齿轮、带轮； 传递运动和转矩 ●
二、轴的类型
● 心轴 — 只承受弯矩 按受载 ● 传动轴 — 只承受转矩 ● 转轴 — 既受弯矩、又受转矩 ● 直 轴（光轴、阶梯轴） ●曲 轴
第三节 轴的结构设计
倒角
砂轮越程槽
第三节 轴的结构设计
轴环
第三节 轴的结构设计
• 三、轴上零件的轴向定位和固定 • 定位 － 使轴上零件处于正确的工作位置；
• 固定 － 使轴上零件牢固地保持这一位置。 阶梯轴上截 • 目的 － 防止轴上零件工作时发生轴向蹿动。 面变化处 • 常用的轴向定位和固定方法：
第三节 轴的结构设计
为保证轴上零件紧靠在定位面（轴肩），轴 肩的圆角须大于C1或R。
第三节 轴的结构设计
• 四、改善轴的受力状况，减小应力集中 • 合理布置轴上零件可以改善轴的受力状况。
第三节 轴的结构设计
• 减小应力集中 • 零件截面发生突 然变化的地方， 都会产生应力集 中。合金钢对应 力集中比较敏感， 尤需加以注意。
第四节 轴的强度计算
第四节 轴的强度计算
第四节 轴的强度计算
第四节 轴的强度计算
第四节 轴的强度计算
• 若计算的截面有一个键槽，则将计算出的轴的直 径 d加大4%左右，若两个键槽，则增大8%，然 后圆整成标准直径。 • 对于一般用途的轴，按上述方法设计计算即可。 对于重要的轴，还需进一步的强度校核（如安全 系数法） • 安全系数的校核计算包括疲劳强度和静力强度两 项内容。 • 疲劳强度的校核即计入应力集中、表面状态和绝 对尺寸影响以后的精确校核。 • 静强度校核的目的在于校核轴对塑性变形的抵抗 能力。
轴的功用和类型-教(学)案
教案轴的结构可以分为实心轴和空心轴，如图常用于往复式机械中，例如燃机、空气压缩机等。
可以实现直线运动与旋转运它不受任何空间的限制，可以将扭转或旋转运动灵活地传到任何所需的位置，常用于医疗设备、操纵机构、⎩⎨⎧无弯矩传动轴：只承受扭矩而固定转动受弯矩心轴：只承受扭矩不承受弯矩（常见）转轴：既承受扭矩又承图14－1图14－2图14－3 图14－4图14－5 图14－6图14－7图14－8轴的材料由于轴工作时产生的应力多为变应力，所以轴的失效多为疲劳损坏，因此轴的材料应具有足够的疲劳强度、较小的应力集中敏感性和良好的加工性能等。
要合理考虑机器的总体布局，轴上零件的类型及其定位方式，轴上载荷的大小、性质、方向和分布情况等，同时要考虑轴的加工和装配工艺等，合理地确定轴的结构形状和尺寸。
总体来说，轴的结构应该满足：轴和装配在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上零件应便于拆装和调整；轴应该具有良好的制造工艺性等。
下面我们就来讨论轴的结构设计中的几个主要问题。
一、拟订轴上零件的装配方案在进行结构设计时，首先应按传动简图上所给出的各主要零件的相互位置关系拟订轴上零件的装配方案。
轴上零件的装配方案不同，轴的结构形状也不同。
在实际设计过程中，往往拟订几种不同的装配方案进行比较，从中选出一种最佳方案。
如图所示为一单级圆柱齿轮减速器简图。
其输出轴上装有齿轮、联轴器和滚动轴承。
可以采用如下的装配方案：将齿轮、左端轴承和联轴器从轴的左端装配，右端轴承从轴的右端装配。
在考虑了轴的加工及轴和轴上零件的定位、装配与调整要求后，确定轴的结构形式如图所示。
二、轴上零件的轴向定位轴上零件的定位和固定是两个不同的概念。
定位是针对装配而言的，为了保证准确的安装位置；固定是针对工作而言的，为了使运转中保持原位不变。
但二者之间又有联系，通常作为结构措施，既起固定作用尤其定位作用。
为了传递运动和动力，保证机械的工作精度和使用可靠，零件必须可靠地安装在轴上，不允许零件沿轴向发生相对运动。
2024年机械设计基础课程教案讲义轴的设计教案
2024年机械设计基础课程教案讲义轴的设计教案一、教学内容本节课选自《机械设计基础》教材第四章第二节，主题为轴的设计。
详细内容包括：轴的类型与结构特点、轴的材料选择、轴的强度计算、轴的刚度计算、轴的振动分析等。
二、教学目标1. 理解并掌握轴的类型、结构特点及其在机械系统中的应用。
2. 学会根据工作条件选择合适的轴材料，并进行轴的强度和刚度计算。
3. 了解轴的振动原因及防治措施，提高轴的设计水平。
三、教学难点与重点重点：轴的材料选择、强度计算、刚度计算。
难点：轴的振动分析及防治措施。
四、教具与学具准备1. 教具：PPT、黑板、粉笔。
2. 学具：计算器、教材、笔记本。
五、教学过程1. 实践情景引入（5分钟）：通过展示不同类型的轴及其在机械设备中的应用，激发学生对轴设计的学习兴趣。
详细内容：介绍汽车传动轴、涡轮轴、曲轴等轴的类型及结构特点。
2. 理论讲解（15分钟）：讲解轴的材料选择、强度计算、刚度计算及振动分析。
详细内容：（1）轴的材料选择：介绍常用轴材料及其性能，如碳钢、合金钢等。
（2）轴的强度计算：讲解轴的扭转强度、弯曲强度计算方法。
（3）轴的刚度计算：介绍轴的扭转刚度、弯曲刚度计算方法。
（4）轴的振动分析：分析轴振动的原因、危害及防治措施。
3. 例题讲解（15分钟）：讲解一道轴的设计计算题，巩固所学知识。
详细内容：某汽车传动轴设计计算。
4. 随堂练习（10分钟）：布置一道轴设计计算题目，让学生独立完成。
详细内容：某涡轮轴设计计算。
六、板书设计1. 轴的类型与结构特点2. 轴的材料选择3. 轴的强度计算4. 轴的刚度计算5. 轴的振动分析七、作业设计1. 作业题目：（1）简述轴的类型及结构特点。
（2）某轴的材料为45钢，直径为50mm，工作扭矩为1000N·m，试计算其扭转强度。
（3）某轴的材料为40Cr，直径为60mm，工作弯矩为1000N·m，试计算其弯曲强度。
2. 答案：（2）扭转强度计算公式：τ = T/(πd^3/16)，其中T为扭矩，d为轴径。
轴类零件的结构设计和利用弯扭合成强度理论设计转轴
对大型、结构复杂且对强度要求高的轴可采用铸钢制 造。
轴的常用材料及主要力学性能见P241表14-1。
§14-3 轴的结构设计
一. 轴的结构设计内容 1. 确定轴的支承跨距； 2. 确定各段轴的直径和长度； 3. 确定轴沿轴向的形状、工艺结构及尺寸。
2) 轴肩过渡处，在满足定位高度要求条件下，轴 的直径变化应尽量小。
3) 避免应力集中源重叠，键槽的端部与轴肩的距 离不宜过小。
4）降低表面粗糙度。 5） 对重要的轴可采用强化处理，如：滚压、喷丸等表 面强化处理，高频淬火，或采用渗碳、氰化、氮化等化学处 理。
5. 改善轴的受力状况，减小应力集中 合理布置轴上的零件可以改善轴的受力状况： 1）起重机卷筒的 布置方案
轴
§14-1 轴的功用和类型
轴是组成机器的重要零件，轴的设计、制造质量直接影 响机器的工作质量和性能。
一. 轴的作用 1. 支承回转零件，使其具有确定的工作位置。 2. 传递运动和扭矩。
二. 轴的分类 1. 按轴的形状分
1）直轴
光轴 阶梯轴
实心轴 空心轴
2) 曲轴
曲轴是内燃机、冲、 剪等机器设备中的轴，属 专用机械零件。
三. 轴的设计内容 1. 选择轴的制造材料及热处理方法； 2. 进行轴的结构设计，确定轴的形状和尺寸；
3. 对轴进行强度计算； 4. 必要时进行轴的刚度计算及振动稳定性计算；
5. 绘制轴的工作图。 正确设计轴的结构，利用弯扭合成强度理论设计转轴 是本章的学习重点。
§14-2 轴的材料
一. 轴的选材要求 1. 具有良好的机械性能。（强度、刚度、冲击韧性、 耐磨性、耐腐蚀性等）
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282.5618203
24.16
59.18417
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圆周力Ft 10465.19圆周力Ft 9548.499径向力Fr 3809.016径向力Fr 3809.016法向力Fn 11136.82轴向力Fa 4283.255
法向力Fn 11136.82
齿轮模数mn d 斜齿轮受力齿轮受力分析
转角σL支座间的距离垂直面内挠齿轮基本参数
压力角α/αn（°）转矩(N.M)螺旋角β（°）直齿轮受力齿轮齿数Zx 轴的直径（垂直面内挠轴的惯性矩I（m
齿轮上的作用力距支座齿轮上的作用力距支座
弹性模量E（水平面内挠
转角σ轴的全挠
轴的全挠水平面内挠
3521000073661.757
60200286
0.04132630.10359740.00048210.01244030.04132630.11354310.00048210.0145999
[fs]=0.10~0.15转角σ的距离（mm）面内挠度fc 直径（mm）面内挠度fc [fc]=0.05~0.10轴的挠度和转角矩I（mm4）
距支座A的距离a(mm)距支座B的距离b(mm)量E（Mpa）面内挠度fs [fc]=0.05~0.10转角σ转角不应超过0.002rad
的全挠度f
应在0.04内
的全挠度f 转角不应超过0.002rad
应在0.04内面内挠度fs [fs]=0.10~0.15。