简述轴的设计步骤
轴结构设计,轴强度计算,轴刚度计算
Ft
Fr
T
2. 心轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。 b
转动心轴
t
固定心轴
火车轮轴
16.1 概述
3. 传动轴─主要承受转矩的轴，不受弯矩或弯矩很小， 如汽车的传动轴。
桥式起重机 大车行走机 构车轮轴
按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。 直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。 轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴。 除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传
轴端 轴头
轴颈 轴身 轴头
16.2 轴的结构设计
要求：
受载合理 轴及轴上零、部件定位及固定可靠 良好的制造、拆装工艺性
减小应力集中
1. 受载合理
输入
输入
(1)减小轴上扭矩。
改变轴上零件的 布置，有时可以减 小轴上的载荷。
T1+T2 T1 T2
T1 T2
16.2 轴的结构设计
(2)减小轴上弯矩。 改进轴上零件的结构也可以减小轴上的最大载荷。
轴的常用材料及其部分机械性能（见下页）
16.1 概述
16.1 概述
16.1.3 轴设计的主要问题 1.材料：见前述 2.结构：轴向、周向定位；工艺要求；安装和维修
3.工作能力：强度、刚度、耐磨性和振动的稳定性等； 重型轴还要考虑毛坯制造、探伤、起重。
16.2 轴的结构设计
16.2.1 轴的毛坯
尺寸较小的轴可以用圆钢车制，尺寸较大的轴则应 用锻造毛坯。铸造毛坯应用较少。 16.2.2 轴的组成
轴主要由轴头、轴身、 轴颈三部分组成。
轴的结构和形状取决于：
轴的毛坯种类 轴上作用力的大小及分布情况 轴上零件的位置、配合性质以 及联结固定的方法 轴承的类型、尺寸和位置 轴的加工方法、装配方法以及 其他特殊要求
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,轴的强度计算,轴的刚度计算
详见 P311 图16.3
16.2 轴的结构设计
轴肩处
r C或R 定位轴肩h 3 ~ 5mm，但 C或R 采用套筒、轴端挡圈、 圆螺母处： l轴 B轮
➢ 轴肩由定位面和内圆角组成
b
D h
d D
h C d
k、k 弯矩和转矩作用的有效 应力集中系数 (见附录表1、2， 配合零件的综合影响系 数见附录表3)
16.3 轴的强度计算
a、 a
a
a弯bb 曲和((扭bb 转WMWM应)力) 幅，
MPa；
b b
m、 m 弯曲和扭转平均应力， MPa；
m 0
m
2
表面状态系数（附录表 4及5）；
bmax b
16.2 轴的结构设计
2.轴上零件的周向固定 常用的周向固定方法有键、花键、成形、弹性环、销和过
盈配合等联接。
配合处＋键可传递较大T 配合处设置大倒角 装方便（对中性 ）
16.3 轴的强度计算
设计思路： (1)类比定结构 必要校核计算 (2)强度计算为依据 逐步结构细化（设计， 节约材料） 轴的强度计算主要由三种方法（据轴受载及对安全要求） （1）按许用切应力计算 （2）许用弯曲应力计算； （3）安全系数校核计算。 16.3.1 按许用切应力计算 1.应用（仅与T有关） (1)传动轴计算（主要T） (2)需初步结构化的转轴（只知T）
现在，又开发了一种可更换式主轴 系统， 具有一 机两用 的功效 ，用户 根据不 同的加 工对象 选择使 用，即 电主轴 和镗杆 可相互 更换使 用。这 种结构 兼顾了 两种结 构的不 足，还 大大降 低了成 本。是 当今卧 式镗铣 床的一 大创举 。电主 轴的优 点在于 高速切 削和快 速进给 ，大大 提高了 机床的 精度和 效率。
传动轴的数控加工工艺与编程设计
传动轴的数控加工工艺与编程设计传动轴是机械传动中常用的零部件，主要用于将动力从发动机传输到车轮、飞机螺旋桨或其他设备中。
在传动轴的制作过程中，数控加工是一种常见的工艺方法。
本文将介绍传动轴数控加工的工艺步骤和编程设计，以及注意事项和优缺点。
一、传动轴数控加工的工艺步骤1. 设计绘图：根据传动轴的应用需求和制造标准，通过CAD软件进行设计绘图。
通常，传动轴需要细致的外观设计和精确尺寸的计算，以确保其精准度和可靠性。
2. 材料准备：选择合适的材料，根据传动轴的长度和直径进行切割、开槽、车削等工艺步骤。
常用的材料有碳钢、合金钢、不锈钢等。
3. 电极加工：在数控机床上制作电极，通过放电加工、加热等方式处理工件，使其具备所需形状和尺寸，并确保工件表面平整光滑。
4. 雕刻和蚀刻：使用雕刻和蚀刻工艺，将必要的标志、槽口和孔洞制成，以满足传动轴的规格和总装安装的需要。
5. 车削和打孔：通过数控车床和数控铣床进行车削和打孔操作，以确保传动轴的精度和质量。
6. 淬火及抛光：将车削和打孔的部件进行淬火处理，使其具备良好的硬度和耐磨性能。
最后，根据传动轴的表面光洁度要求进行抛光处理。
二、传动轴数控加工的编程设计数控加工需要用编程来指挥计算机完成精密操作。
传动轴数控加工的编程设计包括以下步骤：1. 确定加工对象的空间坐标系，以及数控机床的坐标系。
根据加工对象和数控机床不同的坐标系统，确定程序格式。
2. 对加工对象进行CAD绘图，生成CAD文件，进行几何误差检查和纠正。
将CAD文件导入编程软件中。
3. 根据加工要求，设计加工工艺，设置切削速度、进给速度和切削深度等切削参数，并根据机床系统特点，优化程序代码。
4. 根据预设加工轨迹，生成相应的G代码，并设置程序开始和停止操作指令。
5. 在数控机床上安装工件，调试程序之前的加工参数，然后运行程序进行加工。
三、传动轴数控加工的注意事项1. 保持机床和工件清洁整洁，以确保加工质量和机床寿命。
输出轴的设计
淮安信息职业技术学院毕 业 论 文题 目院 系专 业姓 名指导教师2010年10月5 日 输出轴工艺与工装设输出轴机电工程系 机械制造与自动化 孙德贵 杨杰 (副教授)输出轴设计摘要：第一，本人设计的零件为输出轴，它的作用是传动作用，传动力的方向和轴力。
轴的样式很多，应用的也很普遍，只是本人关于自己设计的轴通过了解，依照零件的形状、尺寸精度、生产的经济效益等各方面的详细分析其加工工艺，采纳多工序，机床加工。
通过对零件的分析，此轴要求精度高，工序适当集中，要求滑腻，因此选用的工具和尺寸要量得准。
对输出轴的夹具设计也要求也高,因为精度和公差要求高,表面更要采纳磨床钻磨。
最后对零件进行校核。
以便达到零件精度的要求。
关键词：传动作用、轴力、普遍、工序、磨床、夹具、校核、目录前言：----------------------------------------------------------------------------------------------5 一、绪言---------------------------------------------------------------------------------------6 、毕业设计的目的-------------------------------------------------6 2、毕业设计工艺要求的大体任务和要求---------------------------------6、大体任务-------------------------------------------------------6、工艺设计的大体任务----------------------------------------------------------------6 、夹具设计的大体任务----------------------------------------------------------------6 、设计要求--------------------------------------------------------6 、工艺设计的设计要求----------------------------------------------------------------6 、夹具设计的设计要求----------------------------------------------------------------6 3、毕业设计工艺课程设计的方式和步骤-----------------------------------------7 生产纲领的计算与生产类型的确信------------------------------------------7 零件材料的分析-------------------------------------------------------------------------7 分析零件图--------------------------------------------------------------------------------8 确信毛坯------------------------------------------------------------------------------------8 加工工艺线路------------------------------------------------------------------------------9 确信工序尺寸及其公差-----------------------------------------------------------------11 确信切削用量----------------------------------------------------------------------------11 零件的程序编制--------------------------------------------------------------------------12 4、夹具设计----------------------------------------------------------------------------15 夹具设计的目的-------------------------------------------------------------------------15 夹具设计的步骤-------------------------------------------------------------------------15 夹具机构方案----------------------------------------------------------------------------15 、导向装置设计------------------------------------------------------------------------15 、夹紧力和夹紧装置的计算---------------------------------------------------------16 、确信工件的定位方式和定位元件的结构---------------------------------------16 总图设计---------------------------------------------------------------------------------17精度的校核----------------------------------------------------------------------------18 总结：-------------------------------------------------------------------------------------------20 致谢：-------------------------------------------------------------------------------------------20 参考文献--------------------------------------------------------------------------------------21前言本设计的课题，不仅让咱们系统全面的巩固了以前学的理论知识，还让咱们把自己所学的理论知识运用到实际操作中去。
按疲劳强度计算安全系数轴的疲劳强度许用安全系数
刚性轴 n<nc1，n<(0.75~0.8) nc1
挠性轴 n>nc1，1.4 nc1 ≤n≤0.7 nc2
一阶临界转速 二阶临界转速
THE END
1 轴上零件的布置
8-3 轴的结构设计
三、改善轴的受力情况
8-3 轴的结构设计
三、改善轴的受力情况
2 减轻轴的应力集中
1）相邻轴段直径相差不宜过大
8-3 轴的结构设计
三、改善轴的受力情况
2）轴肩过渡圆角应大
8-3 轴的结构设计
三、改善轴的受力情况
3）在轴上或轮毂上开减载槽
8-3 轴的结构设计三、按疲劳强度计算安全系数三、按疲劳强度计算安全系数
已知：轴的结构和尺寸、轴所受各力、 轴承跨距、过渡圆角、表面粗糙 度、轴毂配合 计算：轴的强度 用于重要的轴，计算精度高且复杂
8-4 轴的强度计算
三、按疲劳强度计算安全系数 轴的疲劳强度 许用安全系数
计算安全系数
S ca
S ×S [S ] 2 2 S S
三、改善轴的受力情况
4）肩环
5）凹切圆角
8-3 轴的结构设计
三、改善轴的受力情况
6）柔性轮毂
8-3 轴的结构设计
三、改善轴的受力情况
7）盘铣刀开键槽
8-3 轴的结构设计
三、改善轴的受力情况
8)轴上尽量避免开横孔，若不可避免应 将孔端倒角，提高表面粗糙度等级。
9）避免在轴上打印
8-3 轴的结构设计
3.轴的结构设计
4.轴的强度校核 5.轴的刚度、振动稳定性计算
8-2 轴的材料
一、轴的材料要求
8-2 轴的材料
对轴材料的要求:
东北大学历年专业课真题机械设计【简答题】要点
东北大学历年专业课真题机械设计【简答题】要点东北大学历年第一章基础知识1.（95‘）试画出材料的疲劳极限线图，标出特殊点的坐标，并说明等效系数的意义。
2.（95‘）什么是可靠性设计准则？为什么要建立可靠性设计准则？3.（96‘）承受静载荷作用的零件，试举例说明能否在危险截面上产生变应力作用？4.（97‘）机械零件的胶合失效是如何产生的？5.（97‘）机械零件上那些位置容易产生应力集中？6.（98‘）用文字描述迈内尔理论。
7.（99‘）在进行机械零件有限寿命的疲劳强度计算时，需要将材料的疲劳曲线修正为零件的疲劳曲线，有几种修正方法？各有何有缺点？8.（99‘）机械零件的主要失效形式有那些？9.（01‘）静强度设计和疲劳强度设计主要共同点和不同点是什么？10（02‘）一承受非对称循环变应力作用的机械零件（应力循环特性r＝常数）。
试画图说明其有限寿命的疲劳强度计算方法（过程）。
11.（03‘）何谓应力集中？对零件的静强度、疲劳强度影响是否相同？12（03‘）线性疲劳损伤累积方程（Miner方程）的意义是什么？（04‘无简答题）第二章螺纹联结和轴毂联结13.（95‘）试画出铰制孔用螺栓联结的结构图。
14.（98’）螺栓组受力分析的目的是什么？15（99‘）为什么螺栓联结需要防松？放松的实质是什么？有哪几种防松措施？16（00’）花键联结有哪几种？它的定心方式如何？17（01‘）测力矩扳手和定力矩扳手是利用什么原理来测定螺纹联结预紧力的？18（02’）当螺栓联结受到轴向工作载荷F后，螺栓伸长的增量△δL和被联结件的变形量的恢复量△δF是什么关系，为什么？19.（02‘）试述花键联结的主要优点。
20（03’）平键联结设计中，键的尺寸bXhXL是怎么确定的？（04‘无简答题）第三章带传动21。
（96‘）试述带传动设计准则，并说明哪种失效形式限制了带传动的承载能力？22.（97’）V带传动中，张紧装置应该放在什么位置？为什么？23.（99‘）在设计V带传动时，为什么要限制带的根数？限制条件如何？24.（00’）在普通V带传动中，影响带疲劳破坏的主要应力是哪些，为什么？25.（01‘）画图并说明正常工作中V带与主动轮接触弧上带受拉力的变化情况。
轴
轴11．1 内容提要本章主要内容包括：1．轴的功用、类型、特点及应用，轴的常用材料；2．轴的结构设计及轴的设计步骤；3．轴的三种强度计算方法：按扭转强度计算；按弯矩、转矩合成强度计算；按疲劳强度进行安全系数校核计算；4．轴的按静强度计算安全系数的方法，轴的刚度计算、振动计算方法。
本章重点内容是轴的结构设计和强度计算，其中结构设计是本章的难点。
11．2 要点分析1．轴的结构设计轴的结构设计，目的就是要确定轴的各段直径d和各段长度l。
确定直径d时，应先根据转矩初算出受转矩段的最小直径，再逐渐放大推出各段直径；各段长度l需根据轴上零件的尺寸及安装要求情况来确定。
轴没有固定的标准结构，设计时应保证：轴和轴上零件有准确的周向和轴向定位及可靠固定；轴上零件便于装拆和调整；轴具有良好的结构工艺性；轴的结构有利于提高其强度和刚度，尤其是减少应力集中。
进行轴的结构设计时，要注意几个具体问题：（以单级斜齿圆柱齿轮减速器输出轴力例）（1）各段配合直径d应符合标准尺寸（GB2822－81），而与滚动轴承、联轴器、油封等标准件配合的轴径（如图1⒈1中轴的①、②、③、⑦段），应符合标准件的内径系列。
（2）注意两种不同台阶的设计：一种台阶是定位用的（如图11－l中轴的①～②段、④～⑤段、⑥～⑦段），这种台阶过低，定位作用差；过高，径向尺寸和应力集中增大，一般高度h＝（2～3）C或R（C、R分别为零件倒角和圆角半径尺寸）。
另一种台阶是为了装配容易通过（如图1⒈1中轴的②～③、③～④段），这种台阶高度很小，一般在直径方向上只差1～3mm 即可。
（3）与轴上零件（如肯轮）相配合的轴段长度l，要比轴上零件的宽度尺寸B短2～3mm （见图11-1），这样才能把轴上零件固定住。
（4）轴的过渡圆角半径r要比相配合的零件的倒角C或圆角半径尺小，这样零件端面才能紧贴轴的台肩，起到定位作用。
（5）为制造方便，同一根轴上的圆角半径、倒角尺寸、中心孔尺寸等应尽量一致，几个平键槽的对称线均应处于同一直线上。
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简述轴的设计步骤
轴是工程设计中常见的机械元件，用于传输动力、支撑旋转部件或作为支撑轴承的固定轴。
在设计轴时，需要考虑多个因素，包括轴的材料选择、直径和长度的确定、轴上的零件配合等。
以下是轴的设计步骤及其拓展：
1. 确定设计需求：首先，需要明确设计轴的用途和要求。
例如，是用于承载重量还是传输动力？这将决定轴的材料和尺寸选择。
2. 材料选择：根据设计需求和工作环境，选择合适的材料。
常见的轴材料包括钢、铝、合金等。
材料的硬度、强度、韧性和耐腐蚀性都是需要考虑的因素。
3. 计算轴的最大转矩和弯曲应力：根据设计的用途和工作条件，计算轴所需承受的最大转矩和弯曲应力。
这有助于确定轴的直径和长度，以确保轴能够承受所需载荷而不会发生变形或破裂。
4. 确定轴的直径和长度：根据计算得出的最大转矩和弯曲应力，结合材料的强度和刚度，确定轴的直径和长度。
通常情况下，轴的直径会随着所需承受的力矩增大而增大，长度会根据轴的支撑点和载荷分布情况而确定。
5. 设计轴的螺纹和键槽：如果轴上需要与其他零件连接，则需要设计螺纹或键槽。
螺纹和键槽的尺寸和位置需要根据实际应用需求和连接零件的要求来确定。
6. 进行应力分析和优化：使用有限元分析等工具对轴进行应力分析，以确保轴的强度和刚度满足设计要求。
如果有必要，可以进行多次优化设计，以达到最优的设计效果。
7. 轴的制造和加工：根据设计图纸，进行轴的制造和加工。
制造工艺包括车削、铣削、钻孔、磨削等，以确保轴的尺寸和形状精度满足设计要求。
8. 轴的表面处理和装配：为了提高轴的耐磨性和耐腐蚀性，可以进行表面处理，例如镀铬、镀锌、氮化等。
完成表面处理后，将轴与其他零件进行装配，以完成整个机械系统的设计。
以上是轴的设计步骤及其拓展。
轴的设计需要考虑多个因素，包括使用条件、材料选择、尺寸计算、零件配合等，以确保轴能够满足设计要求并具备足够的强度和刚度。