机械设计基础课件 第12章 轴和联轴器
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机械设计基础课件第12章
12.1 常用润滑剂及选择
• 12.1.1 润滑油及其选择
3.选用润滑油的原则 选用润滑油主要是确定油品的种类和牌号（运动粘度）。一般根据机 械设备的工作条件、载荷和速度，先确定合适的粘度范围，再选择适当 的润滑油品种。选择的原则是： 选择粘度高的润滑油： （1）高温重载、低速场合； （2）机器工作中有冲击、振动、运转不平稳，并经常启动、停车、反 转、变载变速的场合； （3）轴与轴承间的间隙较大，加工表面粗糙的场合。 在高速、轻载、低温、采用压力循环润滑、滴油润滑等情况下，可选 用粘度低的润滑油。
12.1 常用润滑剂及选择
• 12.1.2 润滑剂及其选择
3.润滑脂的特点和选用原则 （1）润滑脂的特点 润滑脂和润滑油都是优良的润滑材料，但因两者性能不同，各有特 点，使用时不能完全相互代替。与润滑油相比，润滑脂具有： ①粘度随温度变化小，因此使用温度范围较润滑油广； ②粘附能力强，油膜强度高，且有耐高压和极压性，故承载能力较 大，在高温、极压、低速、冲击、振动、间歇运转、变换转向等苛刻 条件下耐用； ③粘性大，不易流失、容易密封，密封装置和使用维护都较简单； ④使用寿命长，消耗量少； ⑤因其流动性和散热能力差，摩擦阻力大，启动力矩较大，故不宜 用于高速高温场合； ⑥不能带走摩擦表面的污物，脂中污物不易除去。
12.1 常用润滑剂及选择
• 12.1.2 润滑剂及其选择
（4）氧化安定性 氧化安定性是指在储存和使用中抵抗氧化的能力。 （5）机械安定性 机械安定性是指在机械工作条件下抵抗稠度变化的能力。机械安定性 差，易造成润滑脂的稠度下降。 （6）蒸发损失 蒸发损失是指在规定条件下，其损失量所占总量的百分数。它是影响 润滑脂使用寿命的一项重要因素。 （7）抗水性 抗水性是指在水中不溶解、不从周围介质中吸收水分和不被水洗掉等 的能力。 （8）相似粘度 相似粘度是指其非牛顿流体流动时的剪应力与剪速之比值。转速高时 其粘度低，反之则粘度较大。
机械设计基础第12章 轴
第12章 轴
轴是机械传动中的重要零件。轴的功用是支承转动 零件(如凸轮、带轮、齿轮等)及传递运动和动力，它的 结构和尺寸是由被支承的零件和支承它的轴承的结构和 尺寸决定的。本章主要研究轴的分类、设计轴的基本要 求、轴的结构设计、轴的强度计算与刚度计算等。
1
12.1 轴的分类、轴设计的基本准则
12.1.1 轴的分类 根据轴在工作中承受载荷的特点，轴可分为传动轴、 心轴和转轴。 (1)传动轴 (2)心轴 (3)转轴
2
图12.1.1 汽车传动轴
3
图12.1.2 转动心轴和固定心轴
4
图12.1.3 减速器传动装臵中的转轴
5
图12.1.4 曲轴
6
图12.1.5 挠性轴
7
12.1.2 轴设计的基本准则及设计步骤 (1)设计准则 设计轴时应考虑多方面的因素和要求，不同机械对 轴有不同的要求。一般情况，轴设计的基本准则应该满 足如下两个要求： ①具有足够的承载能力，即要求轴具有足够的强度、 刚度和振动稳定性，以保证正常的工作能力。 ②具有合理的结构，使轴加工方便、成本低，轴上 的零件定位和固定可靠，便于装拆。 (2)设计步骤 轴的设计步骤如图12.1.6所示。
21
12.3 传动轴的强度和刚度计算
12.3.1 基本概念 如图12.3.1(a)所示的汽车转向盘轴、图12.3.1(b)所 示的传动系统的传动轴等，这些轴在工作时，其两端都 受到两个大小相等、方向相反且作用面垂直于轴线的力 偶作用，致使轴的任意两截面都绕轴线产生相对转动， 这种变形称为扭转变形。传动轴在传递动力时，主要产 生扭转变形。
12
图12.2.1 单级圆柱齿轮减速器输出轴
13
(2)轴上零件的轴向固定 (3)轴上零件的周向固定 轴上零件周向固定的目的是为了传递转矩，防止零 件与轴产生相对转动。常用的固定方法有键联接、花键 联接和过盈配合等。图12.2.4中用花键实现了对齿轮的 周向固定。当传递转矩很小时，可采用紧定螺钉或销钉 (图12.2.5)实现轴向和周向固定。 (4)轴的结构工艺性
轴是机械传动中的重要零件。轴的功用是支承转动 零件(如凸轮、带轮、齿轮等)及传递运动和动力，它的 结构和尺寸是由被支承的零件和支承它的轴承的结构和 尺寸决定的。本章主要研究轴的分类、设计轴的基本要 求、轴的结构设计、轴的强度计算与刚度计算等。
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12.1 轴的分类、轴设计的基本准则
12.1.1 轴的分类 根据轴在工作中承受载荷的特点，轴可分为传动轴、 心轴和转轴。 (1)传动轴 (2)心轴 (3)转轴
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图12.1.1 汽车传动轴
3
图12.1.2 转动心轴和固定心轴
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图12.1.3 减速器传动装臵中的转轴
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图12.1.4 曲轴
6
图12.1.5 挠性轴
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12.1.2 轴设计的基本准则及设计步骤 (1)设计准则 设计轴时应考虑多方面的因素和要求，不同机械对 轴有不同的要求。一般情况，轴设计的基本准则应该满 足如下两个要求： ①具有足够的承载能力，即要求轴具有足够的强度、 刚度和振动稳定性，以保证正常的工作能力。 ②具有合理的结构，使轴加工方便、成本低，轴上 的零件定位和固定可靠，便于装拆。 (2)设计步骤 轴的设计步骤如图12.1.6所示。
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12.3 传动轴的强度和刚度计算
12.3.1 基本概念 如图12.3.1(a)所示的汽车转向盘轴、图12.3.1(b)所 示的传动系统的传动轴等，这些轴在工作时，其两端都 受到两个大小相等、方向相反且作用面垂直于轴线的力 偶作用，致使轴的任意两截面都绕轴线产生相对转动， 这种变形称为扭转变形。传动轴在传递动力时，主要产 生扭转变形。
12
图12.2.1 单级圆柱齿轮减速器输出轴
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(2)轴上零件的轴向固定 (3)轴上零件的周向固定 轴上零件周向固定的目的是为了传递转矩，防止零 件与轴产生相对转动。常用的固定方法有键联接、花键 联接和过盈配合等。图12.2.4中用花键实现了对齿轮的 周向固定。当传递转矩很小时，可采用紧定螺钉或销钉 (图12.2.5)实现轴向和周向固定。 (4)轴的结构工艺性
《机械设计基础 》课件第12章
4.内齿轮与齿条
图12-14所示为一内齿圆柱齿轮，内齿轮的轮齿是分 布在空心圆柱体的内表面上的。与外齿轮相比，内齿轮有 下列几个不同点：
(1)内齿轮的齿厚相当于外齿轮的齿槽宽，内齿轮的齿 槽宽相当于外齿轮的齿厚。
(2)内齿轮的齿顶圆在它的分度圆之内，齿根圆在它的 分度圆以外。
图12-15所示为一齿条，它可以看作为齿轮的一种特 殊形式。与齿轮相比，齿条有下列两个主要特点：
图12-1 外啮合齿轮传动
图12-2 内啮合齿轮传动
图12-3 齿轮齿条传动
(2)斜齿圆柱齿轮传动。斜齿圆柱齿轮简称斜齿轮。 斜齿轮的轮齿与轴线成一定角度，如图12-4所示。斜齿轮 传动也可分为外啮合、内啮合和齿轮齿条传动。
(3)人字齿轮传动。人字齿轮的轮齿成人字形，如图 12-5所示。
图12-4 斜齿圆柱齿轮传动
图12-5 人字齿轮传动
2．空间齿轮传动
空间齿轮传动用于相交轴和交错轴之间的传动。 (1)圆锥齿轮传动。圆锥齿轮传动用于相交轴之间的传 动，有直齿圆锥齿轮传动(如图12-6所示)和曲齿圆锥齿轮 传动(如图12-7所示)。 (2)螺旋齿轮传动。螺旋齿轮传动用于交错轴之间的传 动，如图12-8所示。 (3)蜗轮蜗杆传动。蜗轮蜗杆传动用于垂直交错轴之间 的传动，如图12-9所示。
a
r1
r2
r1
r2
m 2
(Z1
Z2)
标准安装时两齿轮留有径向间隙c
c (ha* c*)m ha*m c*m
3.连续传动条件
1)渐开线齿轮的啮合过程
图12-19
1为
主动轮，轮2为从动轮，两轮的角速度方向如图所示。
N1N2为啮合线。开始进入啮合时，先是主动轮的齿根部分 与从动轮的齿顶部分接触，啮合的起点为从动轮的齿顶圆
机械设计基础第12章
601000
12
⒋确定中心距a和带的基准长度Ld 设计时，应用具体情况参照下式初步确定中心距a0
0.7(dd1 dd 2 ) a0 2(dd1 dd 2 )
按下式计算所需要的基准长度Ld0值
Ld 0
2a0
2
(dd1
dd2)
1 4a0
(dd 2
dd1)2
由下式近似计算带传动的实际中心距a
F1 e fV F2
若近似认为带工作时其总长度不变，则圆周力F和紧边拉
力的关系为
F
F1
1
1 e fV
故V带传动不打滑条件下所能传递的最大圆周力为
Fm a x
F1
1
1 e fV
二、带传动的应力分析
⒈拉应力
、
1
2
紧边拉应力 1 F1 / A MPa
Lp
z1
z2 2
Lp
z1
2
z2
2
8
z2 z1
2
2
近似计算
a
a0
Lp
Lp0 2
p
12
第九节 链传动的润滑及布置
一、链传动的润滑
良好的润滑有利于缓和冲击、减少磨擦、降低磨损、是 延长链条使用寿命和发挥传动工作能力的最重要因素。
二、带传动的正确使用和维护 Nhomakorabea12
⒈安装时，两轴必须平齐，两轮相对应的V型槽要对齐。 ⒉V带在轮槽中应有一正确位置，带顶面应与带轮外缘相平 ⒊多根V带传动时，带的配组代号应相同 ⒋定期检查V带，发现一根松弛或损坏就应全部更换 ⒌严防转动带与矿务油、酸、碱等介质接触
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⒋确定中心距a和带的基准长度Ld 设计时，应用具体情况参照下式初步确定中心距a0
0.7(dd1 dd 2 ) a0 2(dd1 dd 2 )
按下式计算所需要的基准长度Ld0值
Ld 0
2a0
2
(dd1
dd2)
1 4a0
(dd 2
dd1)2
由下式近似计算带传动的实际中心距a
F1 e fV F2
若近似认为带工作时其总长度不变，则圆周力F和紧边拉
力的关系为
F
F1
1
1 e fV
故V带传动不打滑条件下所能传递的最大圆周力为
Fm a x
F1
1
1 e fV
二、带传动的应力分析
⒈拉应力
、
1
2
紧边拉应力 1 F1 / A MPa
Lp
z1
z2 2
Lp
z1
2
z2
2
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z2 z1
2
2
近似计算
a
a0
Lp
Lp0 2
p
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第九节 链传动的润滑及布置
一、链传动的润滑
良好的润滑有利于缓和冲击、减少磨擦、降低磨损、是 延长链条使用寿命和发挥传动工作能力的最重要因素。
二、带传动的正确使用和维护 Nhomakorabea12
⒈安装时，两轴必须平齐，两轮相对应的V型槽要对齐。 ⒉V带在轮槽中应有一正确位置，带顶面应与带轮外缘相平 ⒊多根V带传动时，带的配组代号应相同 ⒋定期检查V带，发现一根松弛或损坏就应全部更换 ⒌严防转动带与矿务油、酸、碱等介质接触
机械设计基础第十二章联轴器离合器和制动器PPT课件
4.难点 各种联轴器、离合器的选用。
5
二、学习指导
⒈ 联轴器、离合器和制动器的功用 联轴器和离合器是用来联接两轴（或轴与转动件），并传 递运动和转矩的部件。两者的区别是：用联轴器联接的两轴只 有在机器停车后，通过拆卸才能彼此分离；而用离合器联接的 两轴则可在机器转动过程中随时使两轴分离和接合。制动器是 对机械的运动件施加阻力或阻力矩，使其减速、停止或保持静 止状态的部件。
类别 型 式
特点
使用条件
刚联 性 可轴 移 式器
十字滑块联轴 器
径向尺寸 较长，但制 需要润滑
小 造
， 复
寿命 杂，
用于低速传动，两轴同 轴度误差较大的情况
齿式联轴器
承载能力大，工作 可靠，但制造成本高
可在高温重载条件下工 作，常用在起动频繁，正 反转变化较多的场合
万向联轴器
紧个所以使径凑常用向，成有尺维对附寸护使加小方用动便，载结，荷构单，轴合平用行于但两连轴接夹距角离大大、18的或场两
制造容 ，寿命 使用温
用于正反转 较多，起动频 高、低速传动
变 繁
化 的
19
四、复习题
1. 问答题
⑴ 联轴器和离合器的功用是什么？两者的功用有何异同？
⑵ 刚性固定式联轴器和刚性可移式联轴器有何区别？各适 合于什么工作条件？
⑶ 刚性可移式联轴器和弹性联轴器有何区别？各适合于什 么工作条件？
⑷ 刚性凸缘式联轴器有哪几种对中方法？各有什么特点？
7
二、学习指导
图13-1
图13-2
8
二、学习指导
⑵ 联轴器的选择 ① 通常对于载荷平稳、转速低且稳定、刚性大的短 轴可选用刚性固定式联轴器；对于载荷平稳、转速低且稳 定、刚性小的长轴，为了补偿安装误差和轴或其他相连接 件的变形，可选用无弹性元件挠性联轴器；对传递转矩较 大的重型机械，选用齿轮联轴器；对于高速且有冲击振动 的轴应选用有弹性元件挠性联轴器。
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二、学习指导
⒈ 联轴器、离合器和制动器的功用 联轴器和离合器是用来联接两轴（或轴与转动件），并传 递运动和转矩的部件。两者的区别是：用联轴器联接的两轴只 有在机器停车后，通过拆卸才能彼此分离；而用离合器联接的 两轴则可在机器转动过程中随时使两轴分离和接合。制动器是 对机械的运动件施加阻力或阻力矩，使其减速、停止或保持静 止状态的部件。
类别 型 式
特点
使用条件
刚联 性 可轴 移 式器
十字滑块联轴 器
径向尺寸 较长，但制 需要润滑
小 造
， 复
寿命 杂，
用于低速传动，两轴同 轴度误差较大的情况
齿式联轴器
承载能力大，工作 可靠，但制造成本高
可在高温重载条件下工 作，常用在起动频繁，正 反转变化较多的场合
万向联轴器
紧个所以使径凑常用向，成有尺维对附寸护使加小方用动便，载结，荷构单，轴合平用行于但两连轴接夹距角离大大、18的或场两
制造容 ，寿命 使用温
用于正反转 较多，起动频 高、低速传动
变 繁
化 的
19
四、复习题
1. 问答题
⑴ 联轴器和离合器的功用是什么？两者的功用有何异同？
⑵ 刚性固定式联轴器和刚性可移式联轴器有何区别？各适 合于什么工作条件？
⑶ 刚性可移式联轴器和弹性联轴器有何区别？各适合于什 么工作条件？
⑷ 刚性凸缘式联轴器有哪几种对中方法？各有什么特点？
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二、学习指导
图13-1
图13-2
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二、学习指导
⑵ 联轴器的选择 ① 通常对于载荷平稳、转速低且稳定、刚性大的短 轴可选用刚性固定式联轴器；对于载荷平稳、转速低且稳 定、刚性小的长轴，为了补偿安装误差和轴或其他相连接 件的变形，可选用无弹性元件挠性联轴器；对传递转矩较 大的重型机械，选用齿轮联轴器；对于高速且有冲击振动 的轴应选用有弹性元件挠性联轴器。
机械设计基础第12单元内容
降低槽底应力集中。 3．提高轴表面的质量
模块三 轴的强度计算
轴在工作时应有足够的疲劳强度，所以设计时必须验算轴的强度。 常用的强度验算方法有：对仅传递扭转的传动轴，按扭转强度条 件计算；对于既受弯矩又受扭矩的转轴应按弯扭合成强度条件计 算。
知识点1 按扭转强度计算
对于圆截面传动轴，其扭转剪切强度条件为：
a
a
模块二 轴系的结构设计
知识点1 轴上零件的轴向定位和固定
1、零件的轴向定位
⑴轴肩和轴环
⑵轴端挡圈与圆锥面固 定
a
a
模块二 轴系的结构设计
知识点1 轴上零件的轴向定位和固定
1、零件的轴向定位
（3）弹性挡圈、紧定 螺钉
（4）圆螺母与定位轴 套
模块二 轴系的结构设计
知识点2 轴上零件的周向定位和固定
模块一 轴的分类和材料
知识点1 轴的功用
1、轴的功用 轴是机械中的一种重要零件。它用作支持回转零件
(如齿轮、带轮、链轮等)，使回转零件具有确定的工 作位置，并传递运动和转矩 。
模块一 轴的分类和材料
知识点1 轴的分类
直
1.按轴线的形状分
轴
曲轴
挠性钢丝轴
模块一 轴的分类和材料
按轴段所起的作用不同，阶梯轴的轴段可分为三类：
模块二 轴系的结构设计
知识点4 轴系的结构工艺性
5．磨削时应设置砂轮越程槽，如图a切制螺纹时应设置退刀槽，如 图b以便于加工，其尺寸可查手册。 对于采用过盈配合的轴段，压 入端应常加工出导向锥面，如图c。
6．对于轴承，轴系结构应考虑留出便于拆卸轴承的空间。
模块二 轴系的结构设计
知识点5 提高轴疲劳强度的措施
模块三 轴的强度计算
轴在工作时应有足够的疲劳强度，所以设计时必须验算轴的强度。 常用的强度验算方法有：对仅传递扭转的传动轴，按扭转强度条 件计算；对于既受弯矩又受扭矩的转轴应按弯扭合成强度条件计 算。
知识点1 按扭转强度计算
对于圆截面传动轴，其扭转剪切强度条件为：
a
a
模块二 轴系的结构设计
知识点1 轴上零件的轴向定位和固定
1、零件的轴向定位
⑴轴肩和轴环
⑵轴端挡圈与圆锥面固 定
a
a
模块二 轴系的结构设计
知识点1 轴上零件的轴向定位和固定
1、零件的轴向定位
（3）弹性挡圈、紧定 螺钉
（4）圆螺母与定位轴 套
模块二 轴系的结构设计
知识点2 轴上零件的周向定位和固定
模块一 轴的分类和材料
知识点1 轴的功用
1、轴的功用 轴是机械中的一种重要零件。它用作支持回转零件
(如齿轮、带轮、链轮等)，使回转零件具有确定的工 作位置，并传递运动和转矩 。
模块一 轴的分类和材料
知识点1 轴的分类
直
1.按轴线的形状分
轴
曲轴
挠性钢丝轴
模块一 轴的分类和材料
按轴段所起的作用不同，阶梯轴的轴段可分为三类：
模块二 轴系的结构设计
知识点4 轴系的结构工艺性
5．磨削时应设置砂轮越程槽，如图a切制螺纹时应设置退刀槽，如 图b以便于加工，其尺寸可查手册。 对于采用过盈配合的轴段，压 入端应常加工出导向锥面，如图c。
6．对于轴承，轴系结构应考虑留出便于拆卸轴承的空间。
模块二 轴系的结构设计
知识点5 提高轴疲劳强度的措施
机械设计基础第12章 轴
13
轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可 拟定几种装配方案，进行分析与选择。
14
三 轴的加工和装配工艺性
轴应便于加工、测量，工作量少、生产效率高
通常情况下轴应设计成阶梯直轴
轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽等 尺寸一致
不同轴段的各键槽应布置在同一直线上
磨削或车螺纹应留有越程槽或退刀槽 轴上零件应装拆方便 轴的配合直径应尽量按标准值选取
初算轴的最细处直径
进行结构设计
进行强度验算 刚度验算
有特殊要求 时才进行
振动稳定性计算
作业
P227 12－15 12－13 12－14
34
29
实际上弯曲应力σb和扭转应力σT的性质γ可能不同
对于转轴和转动的心轴：
F
弯曲应力σb γ = -1
扭剪应力 T
n
n
T 大小和方向不变
γ = +1 a = 0.3
T 大小经常变化，方向不变 γ = 0 a = 0.6
T 大小和方向经常变化
γ = -1 a = 1
不同的γ ，对轴疲劳强度的影响程度也不同
31
弯扭合成法计算流程：
轴的简化受力图
重新设计
垂直面受力 垂直面弯矩
强度不满 足要求
水平面受力 水平面弯矩
ca [ 1]b
合成弯矩 扭矩
轴的当量弯矩
32
§12-4 轴的设计方法及综合示例
轴的设计方法：
轴的设计并无固定不变的步骤，视具体情况而定
对于阶梯直轴，一般流程是： 选择轴的材料
d C3 P n
越程槽
15
轴的标准尺寸系列
16
便于轴承的装拆
17
轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可 拟定几种装配方案，进行分析与选择。
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三 轴的加工和装配工艺性
轴应便于加工、测量，工作量少、生产效率高
通常情况下轴应设计成阶梯直轴
轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽等 尺寸一致
不同轴段的各键槽应布置在同一直线上
磨削或车螺纹应留有越程槽或退刀槽 轴上零件应装拆方便 轴的配合直径应尽量按标准值选取
初算轴的最细处直径
进行结构设计
进行强度验算 刚度验算
有特殊要求 时才进行
振动稳定性计算
作业
P227 12－15 12－13 12－14
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实际上弯曲应力σb和扭转应力σT的性质γ可能不同
对于转轴和转动的心轴：
F
弯曲应力σb γ = -1
扭剪应力 T
n
n
T 大小和方向不变
γ = +1 a = 0.3
T 大小经常变化，方向不变 γ = 0 a = 0.6
T 大小和方向经常变化
γ = -1 a = 1
不同的γ ，对轴疲劳强度的影响程度也不同
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弯扭合成法计算流程：
轴的简化受力图
重新设计
垂直面受力 垂直面弯矩
强度不满 足要求
水平面受力 水平面弯矩
ca [ 1]b
合成弯矩 扭矩
轴的当量弯矩
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§12-4 轴的设计方法及综合示例
轴的设计方法：
轴的设计并无固定不变的步骤，视具体情况而定
对于阶梯直轴，一般流程是： 选择轴的材料
d C3 P n
越程槽
15
轴的标准尺寸系列
16
便于轴承的装拆
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机械设计基础全套教学ppt课件清华大学
第1章 平面机构的运动简图和自由度
1.1 机构的组成
1.1.1 自由度、运动副与约束
•
构件：机构中
运动的单元体，是组
成机构的基本要素。
•
• 自由度：构件可能出 现的独立运动。
• 对于一个作平面运动 的构件，则只有三个
机械设计基础
图1-1 自由度
1.1.2 运动副及其分类
1)运动副：两构件之间直接接触并能产生一定的相对
根据用途不同，机器可分为：
动力机器：实现能量转换，如内燃机、电动机、蒸汽机、发电机、压气机等。
加工机器：完成有用的机械功或搬运物品，如机床、织布机、汽车、飞机、起重
机、输送机等。
信息机器：完成信息的传递和变换，如复印机、打印机、绘图机、传真机、照相
机等。
绪论
虽然机器的种类繁多，构造、用途和功能也各不相同。 但具有相同的基本特征： （1）人为的实物（构件）组合体。 （2）各个运动实物之间具有确定的相对运动。 （3）代替或减轻人类劳动，完成有用功或实现能量的转换。
在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需要绘出其机构 运动简图。
1. 机构运动简图的定义 为了便于分析，人们不考虑机器的复杂外形和结构，仅用规 定的线条和符号按一定的比例表示构件的尺寸和各运动副的位置， 这种将机构中各构件间相互运动关系表示出来并反映机构特征的 简图称为机构运动简图。
机械设计基础
1.2.1 运动副及构件的表示方法 • 1．构件 • 构件均用直线或小方块来表示，如图1-6示。
机械设计基础
机械设计基础
图1-10 凸轮副的表示方法
1.2.2 平面机构运动简图的绘制
• 绘制机构运动简图的步骤：
• （1）分析机构的组成，观察相对运动关系， 了解其工作原理。
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1. 拟定轴上零件的装配方案
方 案 一
方 案 二
2．轴上零件的定位
周向定位（键、花键、过盈配合、销和紧定螺钉等）
轴向定位
轴肩、轴环 用于轴向力比较大的场合。
套筒 用于零件之间尺寸较小的场合，与轴间隙配合。
圆螺母 +止动垫片 用于较大轴向力的轴端及不宜用定位套筒的场合。 轴端挡圈 用于轴端。
弹性挡圈 紧定螺钉
3）为便于滚动轴承的拆卸，安装滚动轴承处的定位轴肩高度应低 于轴承内圈端面厚度，具体尺寸可查阅相关滚动轴承标准。
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(2)确定各轴段的长度 各轴段的长度尺寸，主要由轴上零件与轴配合部
分的轴向尺寸、相邻零件之间的距离、轴向定位以 及轴上零件的装配和调整空间等因素决定。
l1＝l2＋（2～3）mm
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1158'8"
求：设计此轴结构，并校核其强度。
解题步骤
解
1.选择轴的材料及热处理方式
45钢，调质，查表13-1
B 640 MPa S 355 MPa 1 275MPa
1 155 MPa [ 1] 60MPa
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2. 最小轴径估算
d C3 P n
P=15 kW, C=115
②按轴线形状可分为曲轴、直轴和钢细软轴。
③按传递载荷分为心轴、传动轴和转轴。
心轴：只承受弯矩 M ；不受转矩 T 。 传动轴：只承受转矩 T；只承受弯矩M 。 转轴：既受弯矩 M 又受转矩 T 。
心轴、光轴
固定心轴
钢细软轴 曲轴
转轴
二、轴设计的主要内容
1.设计内容：结构设计和工作能力计算。 2.设计步骤:
n＝500 r/min
dmin
115 3
15 500
35.73
mm
取dmin＝40mm
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3.轴的结构设计 （1）确定轴上零件的装配方案。
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（2）确定各轴段的直径 。
1）由于斜齿轮会产生轴向力，因此，支承选用角接 触球轴承7308AC，此轴段（左轴颈）直径取为dⅠ ＝40mm。
用于较小载荷
轴肩
轴环
套筒 圆螺母
轴端挡圈
弹性挡圈
紧定螺钉
3.确定各轴段直径和长度
(1) 确定各轴段的直径
1）与标准零件（如滚动轴承、联轴器、密封圈等）有配合要求的 轴段，应按照标准直径来确定该轴段直径的大小。例如，安装滚 动轴承处轴段的直径必须等于所选滚动轴承的内孔直径。
2）与非标准零件（如齿轮、带轮等）有配合要求的轴段，由于该 零件的结构已经确定，因此，应按照非标准零件毂孔的直径来确 定该轴段直径的大小。例如，安装齿轮处轴段的直径必须等于齿 轮毂孔的直径。
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五、轴的结构设计
1．拟定轴上零件的装配方案 2．轴上零件的定位 3．确各轴段直径和长度 4．轴的结构工艺性 5. 提高轴的强度
轴结构设计的主要任务——是根据工作条件和要求，合理确定出 轴的具体结构形状和全部尺寸。 组成
轴的结构应满足的要求
轴上零件应便于装拆和调整。 轴上零件应定位准确，固定可靠。 轴应具有良好的加工和装配工艺性。 轴应受力合理，尽量减小应力集中，并有利于提高轴的强度和刚度。
（0.3～0.4）a来进行估算，式中a为同级齿轮传动的中心距。
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3. 扭转强度法
(1) 扭转强度条件
T WT
9.55106 P 0.2d 3n
(2) 直径设计公式
d
3
9.55 106 3 0.2
P n
C3
P n
注意：当轴上有一个键槽时，将轴径增大4％～5％，有两个键槽 时，将轴径增大7％～10％。增大轴径后，应将其圆整为标准直径。
第十二章 轴和联轴器
第一节 轴 第二节 联轴器、离合器和制动器
第一节 轴
一、轴的用途及分类 二、轴设计的主要内容 三、轴的材料和热处理 四、轴的初算直径 五、轴的结构设计 六、轴的强度计算
一、轴的用途及分类
1.用途
①支撑回转零件（如卷筒、齿轮、皮带轮、联轴器等）。 ②传递转矩。
2.分类
①按轴的外形分为光轴、阶梯轴、空心轴和实心轴。
越程槽、退刀槽
键槽的布置
轮的不同布局
零件的不同结构
六、 轴的强度计算
1. 方法
实例
①弯扭合成法（一般用途轴）；②安全系数法（重要轴）。
2. 步骤（弯扭合成法） 1. 建立力学模型。
2. 计算弯矩，并画出弯矩图。
3. 计算转矩（T），并画出转矩图。
4. 确定危险截面，校核轴的强度
ca
2 4 2
2）为了便于齿轮2的装拆，并不损伤左轴颈表面，与 齿轮2配合的轴段直径取为dⅡ＝45mm。
M W
2
4
T WT
2
1
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ca
2 4 2
M W
2
4
T
WT
2
1
对于圆轴
弯扭合成强度条件
ca
M 2 T 2
W
1
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实例
已知： Ⅱ轴的传递功率P=15 kW，转速 n＝500 r/min，齿轮2、3的分度 圆 直 径 分 别 为 ： d2 ＝ 286mm ， d3 ＝ 92mm ， 宽 度 分 别 为 ： B2 ＝ 75mm，B3＝115mm，螺旋角
三、轴的材料和热处理
1.对轴材料的性能要求 ①具有足够的强度； ②对应力集中敏感性小； ③良好的加工工艺性和经济性。
2. 轴的常用材料 轴的常用材料为碳素钢、合金钢。 ①碳素钢 价格便宜，对应力集中敏感性小，应用最广。如45调制。 ②合金钢 机械强度高，热处理性能好，淬火性好。如40Cr40CrNi， 42CrMo等调制处理； 20CrMnTi渗碳淬火。常用于高速、 重载，要求结构紧凑，耐磨性好的工况下。 ③铸铁 流动性好,吸振性耐磨性强,对应力集中敏感性较低，易得到 复杂结构。发动机曲轴。
四、 轴的初算直径
1. 类比法 参考同类型已有机器的轴的结构和尺寸，并进行分析
对比，从而最终确定所设计的轴的直径。 2. 经验公式法
对于一般减速器，高速输入轴与电动机轴通过联轴器相连， 其直径d可按照公式d =（0.8～1.2）D来估算（其中D为电动机外
伸轴的轴端直径）。而各级低速轴的直径d’可根据公式：d =
4．轴的结构工艺性
①加工工艺性 越程槽、退刀槽 所有轴段的键槽应布置在轴的同一母线上。
②装、拆工艺性 轴端加工 45o倒角。 轴肩高度 导锥。 5.提高轴的强度
①合理布置轴上零件，以减少轴的载荷； ②改进轴上零件的结构，以减少轴的载荷； ③改进轴的结构，减少应力集中; ④改进轴的表面质量，以提高轴的疲劳强度。