轴的结构设计最新版本

轴的设计计算

第四章：轴的设计计算第一节：输入轴的设计：输入轴的设计：：选取轴的材料和热处理方法：选取轴的材料为45钢，经过调质处理，硬度240=HB 。

：初步估算轴的直径：30min nP A d ≥ 根据选用材料为45钢，0A 的范围为103~126，选取0A 值为120，高速轴功率kW P 81.7=，min /500r n =，代入数据：mm d .85.4150081.71203min =⨯≥ 考虑到轴的外伸端上开有键槽，将计算轴颈增大3%～7%后，取标准直径为45mm 。

输入轴的结构设计：输入轴系的主要零部件包括一对深沟球轴承，考虑到轴的最小直径为45mm ，而差速器的输入齿轮分度圆为70mm ，设计输入轴为齿轮轴，且外为了便于轴上零件的装卸，采用阶梯轴结构。

（1）外伸段：输入轴的外伸段与带轮的从动齿轮键连接，开有键槽，选取直径为mm 45，长为mm 78。

（2）密封段：密封段与油封毡圈5019974406/-ZQ JB 配合，选取密封段长度为mm 60，直径为mm 50。

（3）齿轮段：此段加工出轴上齿轮，根据主动轮mm B 70=，选取此段的长度为mm 100，齿轮两端的轴颈为mm 5.12，轴颈直径为mm 63。

（4）左右两端轴颈段：左右两端轴颈跟深沟球轴承6309配合，采用过度配合k6，实现径向定位，根据轴承,25mm B =端轴颈直径为mm 60，长度左端为mm 30和右端为mm 28。

（5）退刀槽：为保证加工到位，和保证装配时相邻零件的端面靠紧，在齿轮段两端轴颈处加工退刀槽，选取槽宽为mm 5，槽深为mm 2。

（7）倒角：根据推介值（mm ）：50~30>d ，6.15.1或取C 。

80~50>d ，2取C 。

输入轴的基本尺寸如下表：输入轴的结构图：：输入轴的受力分析：：画出受力简图：：计算支座反力：（1）作用于齿轮上的圆周力：N d T F I t 85.4589065.017.149222=⨯== （2）作用于齿轮上的径向力：N F F o t r 33.149120tan 85.458920tan ===ο（3）计算在水平面上的反力：N .F F F r NV NV 67.7452331491221====（4）计算在垂直面上的反力：N F F F t NH NH 93.2294285.4389221====：计算弯矩：（1）计算水平面上的弯矩：m N .L F M NV V ⋅=⨯=⨯=33.50356767.745111m N .L F M NV V ⋅=⨯=⨯=33.50356767.74522221V V V M M M ==（2）计算垂直面上的弯矩：m N L F M NH H ⋅=⨯=⨯=08.15495.6793.2294111m N .L F M NH H ⋅=⨯=⨯=08.154956703.229422221H H H M M M ==（3）计算合成弯矩：m N M M M H V ⋅=+=+=80.162808.154933.5032221211 m N M M M H V ⋅=+=+=80.162808.154933.503222222221M M M ==（4）计算转矩：m N n P T I I ⋅=⨯==17.14950081.795509550 （5）计算截面当量弯矩： ()()m N ..αT M M ⋅=⨯+=+=89.163217.149608016282222 取应力校正系数6.0=α。

机械设计基础第2版学习情境十三轴的结构与承载能力设计

➢ 各轴段直径和长度的确定方法：
1）各轴段所需的直径与轴上载荷的大小有关。
2）初步设计时，可按轴所受的转矩初步估算轴所需的最小直径。
3）按装配方案和定位要求，从最小直径处起逐采用标准直径及所选配合的公差。
5）为了使齿轮、轴承等有配合要求的零件装拆方便，并减少配合表面的擦伤，在配合轴段前应采用较小的直径。
1）根据工作要求选择轴的材料和热处理方式。 2）按扭转强度条件或与同类机器类比，初步确定轴的最小直径。 3）考虑轴上零件的定位和装配及轴的加工等条件，进行轴的结构设计，画出草图，确定轴的几何尺寸，得到轴的跨距和力的作用点。 4）根据结构尺寸和工作要求，进行承载能力计算。如不满足，则修改初定的最小轴径，重复3）、4）步骤，直到满足设计要求。
转动心轴
问：自行车的前轮轴属于什么类型？固定心轴
自行车前轮轴
➢按轴线的几何形状分类
可分为直轴、曲轴和挠性钢丝轴。
光轴直轴
阶梯轴
曲轴
挠性钢丝轴
二、轴的材料
轴的材料种类很多，常用材料有：
1）碳素钢：对较重要或传递载荷较大的轴，30、35、45、50优质碳素结构钢等，45钢应用最广。
对一般不重要或传递载荷较小的轴, 可用Q235、Q275 等普通碳素结构钢。 2）合金钢：对于用于在高温、高速和重载条件下、结构紧凑、质量小等使用要求的轴，20Cr、20CrMnTi、35CrMo、 38CrMoAl等。 3）球墨铸铁：价廉、吸振性好、耐磨、容易制成形状复杂的轴(如曲轴), 如QT600-3。
6．弹性挡圈定位
➢结构紧凑、简单、装拆方便； ➢但受力较小，可靠性较差； ➢常用于固定滚动轴承和滑移齿轮的限位。
7．紧定螺钉定位
➢受力较小，可靠性较差； ➢多用于轴向力不大与速度不高的场合。

轴的结构设计方法探讨

Ｏ）
图３用圆锥销和紧定螺钉固定在选用键作轴上零件周向固定时，应考虑在不同的场合选用不同种类的键。平键联接常用于旋转精度要求较高、转速较高及承受冲击或变载荷作用的场合；锲键作周向固定时，在传递转矩的同时，能承受单向还的轴向力，但对中性较差；用花键联接作周向定时，其具有较高的承载能力，中性和导向性均好，对但成本高。过盈配合联接是利用轴和孔间的过盈配合构成的联接，装配后在两者之间产生较大的压力，通过此压力所产生的摩擦力来传递转矩。这种方法结构简单，对轴的削弱小，对中性好，能承受较大的载荷，具有较好的抗冲击性能。其过盈量的大小应由其所传递的扭矩的大小来确定。除此之外，还要考虑配合表面的加工质量，面精度等级要高，表表面粗糙度的数值要低。对于那些对中性要求高、承受较大振动和冲击载荷的周向固定，可以考虑发挥键联接和过盈配合联接各自的优点，将二者组合起来使用，从面使周向固定更加牢固。３具有良好制造工艺性的措施．需要磨削加工的轴段，为了保证全部轴径都能达到磨削的精度，在轴的阶梯之间应设有砂轮越程槽；车削螺纹的轴段应留有螺纹退刀槽，如图６所示，以保证安全车削出全部螺纹，便于螺纹车刀的退出。当轴上有多个退刀槽或砂轮越程槽时，应尽可能取相同的结构尺寸，以便于加工。轴上有多处过渡圆角和倒角时，应尽可能使过渡圆角半径相同和倒角大小一致，以减少刀具规格及换刀的次数。根轴上若有两个以上的键联接，在设计时，则必须考虑简化轴加工的难度。首先应使几个键的键槽布置在同一母线上，这样加工时轴只需要一次装卡，免去分度过程；其次还应尽可能采用同一规格的键联接，这样可以使键槽的截面尺寸一致，加工时只须～次走刀即可完成加

第十章轴的设计

二、轴的结构设计主要解决以下几个问题
（1）轴上零件的布置；（2）零件在轴上的轴向定位和固定，零件在轴上的周向定位；
（3）轴结构的工艺性；（4）轴受力合理并尽量减小应力集中等。（5）提高轴强度的措施。
三、拟定轴上零件的装配方案
轴上零件的布置——预定出轴上零件的装配方向、顺序和相互关系，它决定了轴的结构形状。
式中 T––––轴的扭转切应力，（MPa）； T––––轴所受的扭矩，（N·m）； WT––––抗扭截面模数，(mm3)，对实心圆W 轴T:1d63 0.2d
P––––轴传递的功率，（ n–kW–）–；–轴的转速，(r/min)； d––––计算截面处轴的直径，（mm）； [T]––––轴的材料的许用扭转切应力，（MPa），见表
10-2。
由式10-1可得轴的设计公式：
d3
905.2[5 T 10]0 3 3
PC3 n
P n
(10-2)
式中:C为由轴的材料和承载情况确定的常数，见表
10–2。
注意：
（1）由式（10–2）计算出的直径为轴受扭段的最小直径。
（2）若该剖面有一个键槽时，应将轴径增大4%5% ；
（3）若同一截面上开两个键槽时，应将轴径增大7%10%
并可调整，周向定位比轴
向定位更重要。
七、轴结构的工艺性
轴结构的工艺性——是指轴的结构应尽量简单，有良好的加工和装配工艺性，以利减少劳动量，提高劳动生产率及减少应力集中，提高轴的疲劳强度。 1.轴的加工工艺性
(1)为减少加工时换刀时间及装夹工件时间，同一根轴上所有圆角半径、倒角尺寸、退刀槽宽度应尽可能统一；当轴上有两个以上键槽时，应置于轴的同一条母线上，以便一次装夹后就能加工。

机械设计基础轴的设计

转动心轴
传动轴
转轴
章头
直轴 (光轴，阶梯轴，空心轴) 3.按轴线的形状分类曲轴
挠性轴
章头
§14-2 轴的材料
轴的常用材料及性能见表14-1
章头
§14-3轴的结构设计
一. 轴结构设计的内容
1.轴的结构组成
┌合理外型
2.轴结构设计的内容 └各段直径和长度
二. 轴结构设计的要求
1.轴与轴上零件要有准确的工作位置
②由内向外确定各段长度
例
宽度定
宽度定
标准
Ø60 Ø68 Ø70 Ø72 Ø70
Ø80
Ø82
章头
§14-4 轴的强度计算
一、按扭转强度计算
T
T WT
T 0.2d 3
T
(14-1)
d 3
T
0.2

3
9.55106 P
0.2 n
C3
P n
(14-2)
说明:①轴上有单键,直径增大4 % ;有双键,直径增大7 % ②P－传递的功率(kw) ; n－轴的转速(r/min) ; d－轴的直径(mm) ； C－系数→表(14-2) [τ] －材料的许用扭剪应力 (Mpa)
错误
正确
章头
r轴<C孔
错误 c)要求轴肩高度<滚动轴承内圈高度
错
正
误
确
正确
章头
2）套筒 3）轴用圆螺母
章头
4）轴端挡圈
5）弹性挡圈
注意；当用套筒、圆螺母、轴端挡圈进行零件的轴向定位时，为保证轴向定位可靠，要求L轴<L毂（2-3）mm
6）紧定螺钉或销
章头
2、零件的周向定位 1）键

轴设计中键槽、轴肩等的结构设计要点

设计轴的结构时，应使轴的结构形状便于加工、装配、测量和维修。

（1）在同一轴上直径相差不大的轴段上的键槽应尽可能采用同一规格的键槽截面尺寸，并应分布在同一加工直线上。

（2）轴上退刀槽，轴上键宽尽量采用同等宽，以减少刀具数量。

（3）同一轴上的倒角、R圆弧半径也尽量一致。

（4）对于需要磨削的轴段，应留有砂轮越程槽（见GB/T6403.5-1986）；对于需要切削螺纹的轴段，应留有螺纹退刀槽（见GB/T3-1997）。

阶梯型轴，用砂轮磨削小直径的根部，该直径尺寸很难保证。

为此在轴的根部需要车出越程槽，使砂轮有越程尺寸，保证轴的根部尺寸符合图样要求。

在有砂轮越程槽的轴与孔零件进行装配时，还可避免装配零件的根部产生干涉。

砂轮越程槽的形状、尺寸直接影响轴的强度和应力，一般应按标准设计。

砂轮越程槽的形式如图1 所示，其尺寸按表1 选用。

图1 磨回转面及端面砂轮越程槽表1 磨回转面及端面砂轮越程槽(mm)注:1.越程槽内两直线相交处,不允许产生尖角。

2.越程槽深度h与圆弧半径r，应满足r≤3h3. 磨削具有数个直径的工件时,可使用同一规格的越程槽4. 直径d 值大的零件,允许选择小规格的砂轮越程槽.5. 砂轮越程槽的尺寸公差和表面粗糙度根据该零件的结构、性能决定。

轴上螺纹的收尾、肩距、退刀槽、倒角也应按标准设计。

轴上普通螺纹的收尾、肩距、退刀槽、倒角如图2、表2 所示。

图2 普通外螺纹表2 普通外螺纹(mm)注：1、外螺纹倒角和退刀槽过渡角一般按450，也可按600 或300。

当螺纹按600 或300 倒角时，倒角深度约等于螺纹深度。

2、肩距a 是螺纹收尾L 加螺纹空白的总长。

设计时应优先考虑一般肩距尺寸，短的肩距只在结构需要时采用。

3、细牙螺纹按本表螺距P 选用。

（5）为便于轴上零件的装配，轴端应加工成450（或300、600）倒角；轴上过盈配合部分的装入端常加工出半锥100的导向锥面。

（6）轴的配合直径应按GB/T2822-2005 圆整为标准值。

轴的设计和计算

轴一般做成阶梯轴，原因是：
固定；
⑴为了便于轴上零件轴向定位和 ⑵为了便于轴上零件的拆装； ⑶使各轴段达到或接近等强度； ⑷为了实现尺寸分段，以满足不同配合特性、精度和光洁度的要求。

轴的失效形式是： ① 因疲劳强度不足而产生疲劳断裂； ② 因静强度不足而生产塑性变形或脆性断裂；③ 因刚度不足而产生过大弯曲及扭转变形；④高速时发生共振破坏

性、耐磨性好，对应力集中敏感性低、价格廉等优点，
多用于制作外形复杂的曲轴、凸轮轴等。

轴的常用材料及其主要机械性能见表14-1。
§14-3 轴的结构设计

轴的结构设计就是使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。

影响轴的结构形状的因素有：轴上零件的类型、数量和
尺寸及其安装位置、定位方法；载荷的大小、方向和性质及分布情况；轴的制造工艺性等。在进行结构设计时，必须满足如下要求：轴应便于加工，轴上零件要易于装拆（制造安装要求）；
的最大转短为T1；而在图14-15b的布置中，轴的最
大转矩为T1+T2。

改善轴的受力状况的另一重要方面就是减小应力集中。合金钢对应力集中比较敏感，尤需加以注意。
零件截面发生突然变化的地方，都会产生应力集中现象。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ

对阶梯轴来说，在截面尺寸变化处应采用圆角过渡，圆角半径不宜过小，并尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽。必须开横孔时，孔边要倒圆。在重要的结构中，可采用卸载槽B（图14-16a）、过渡肩环（图b）或凹切圆角（图c）增大轴肩圆角半径，以减小局部应力。在轮毂上做出卸载槽B（图d），也能减小过盈配合处的局部应力。

轴向力较小时，零件在轴

轴的结构设计改错

图示为小锥齿轮轴系部件结构图（小锥齿轮与轴一体，成为齿轮轴）。试改正图中不合理或错误的结构，并简述原因。（注：1）直接在原图上改或另绘结构图均可；2）不得改成锥齿轮与轴分离的结构。）
套杯凸缘不应在左边，应在右边；
箱体孔的中部直径应加大，以减少精加工面；
透盖与套杯配合段过长，透盖与右轴承外圈之间应有大的间隙；
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。您的内容已经简明扼要，字字珠玑，但信息却千丝万缕、错综复杂，需要用更多的文字来表述；但请您尽可能提炼思想的精髓，否则容易造成观者的阅读压力，适得其反。正如我们都希望改变世界，希望给别人带去光明，但更多时候我们只需要播下一颗种子，自然有微风吹拂，雨露滋养。恰如其分地表达观点，往往事半功倍。当您的内容到达这个限度时，或许已经不纯粹作用于演示，极大可能运用于阅读领域；无论是传播观点、知识分享还是汇报工作，内容的详尽固然重要，但请一定注意信息框架的清晰，这样才能使内容层次分明，页面简洁易读。如果您的内容确实非常重要又难以精简，也请使用分段处理，对内容进行简单的梳理和提炼，这样会使逻辑框架相对清晰。为了能让您有更直观的字数感受，并进一步方便使用，我们设置了文本的最大限度，当您输入的文字到这里时，已濒临页面容纳内容的上限，若还有更多内容，请酌情缩小字号，但我们不建议您的文本字号小于1 4 磅，请您务必注意。单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。您的内容已经简明扼要，字字珠玑，但信息却千丝万缕、错综复杂，需要用更多的文字来表述；但请您尽可能提炼思想的精髓，否则容易造成观者的阅读压力，适得其反。正如我们都希望改变世界，希望给别人带去光明，但更多时候我们只需要播下一颗种子，自然有微风吹拂，雨露滋养。恰如其分地表达观点，往往事半功倍。当您的内容到达这个限度时，或许已经不纯粹作用于演示，极大可能运用于阅读领域；无论是传播观点、知识分享还是汇报工作，内容的详尽固然重要，但请一定注意信息框架的清晰，这样才能使内容层次分明，页面简洁易读。如果您的内容确实非常重要又难以精简，也请使用分段处理，对内容进行简单的梳理和提炼，这样会使逻辑框架相对清晰。为了能让您有更直观的字数感受，并进一步方便使用，我们设置了文本的最大限度，当您输入的文字到这里时，已濒临页面容纳内容的上限，若还有更多内容，请酌情缩小字号，但我们不建议您的文本字号小于1 4 磅，请您务必注意。单击此处添加正文，

阻止旋转轴转动的结构设计

阻止旋转轴转动的结构设计
1. 锁紧装置，最简单的方法是使用锁紧装置来固定旋转轴，例
如螺栓、螺母或者销钉。

这种方法适用于需要定期固定轴的情况，
但不适用于需要频繁转动的场合。

2. 制动器，制动器可以通过施加摩擦力或者其他方式来阻止旋
转轴的转动。

常见的制动器包括摩擦制动器、电磁制动器和液压制
动器。

这种方法适用于需要在特定位置停止旋转轴的场合。

3. 机械限位装置，通过设计机械结构来限制旋转轴的转动范围，例如安装限位销或者限位块。

这种方法适用于需要在特定角度停止
旋转轴的情况。

4. 磁性或电磁结构，利用磁性或电磁原理来阻止旋转轴的转动。

可以使用电磁铁或者磁性制动器来实现这一目的。

5. 液压或气动装置，利用液压或气动原理来控制旋转轴的转动。

可以通过调节液压缸或气动缸的压力来实现阻止转动的效果。

综上所述，阻止旋转轴转动的结构设计可以根据具体需求选择
不同的方法，包括锁紧装置、制动器、机械限位装置、磁性或电磁结构以及液压或气动装置等。

在设计时需要考虑到稳定性、可靠性和安全性等因素，以确保设计的有效性和可操作性。