轴的结构设计

轴的结构设计及强度计算（1）轴的概述一．轴的功能及分类１．功能支撑回转零件并传递扭矩。

2．分类轴的用途及分类轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力按照承受载荷的不同，轴可分为：心轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。

传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。

转轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。

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，如航空发动机的主轴。

除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到不开敞地空间位置。

二．轴的材料轴的材料主要是碳钢和合金钢，钢轴的毛坯多数用圆钢或锻件，各种热处理和表面强化处理可以显著提高轴的抗疲劳强度。

碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性比较低，适用于一般要求的轴。

合金钢比碳钢有更高的力学性能和更好的淬火性能，在传递大功率并要求减小尺寸和质量、要求高的耐磨性，以及处于高温、低温和腐蚀条件下的轴常采用合金钢。

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轴的刚度相差不多。

高强度铸铁和球墨铸铁可用于制造外形复杂的轴，且具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，但是质较脆。

三．轴设计的主要内容轴的设计包括结构设计和工作能力验算两方面的内容。

（1）根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。

（2）轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算。

轴的设计过程是：选择材料—初估轴径—结构设计—校核强度，刚度，稳定性（2）轴的直径初估方法：类比法按扭矩估算一．轴的扭转强度强度条件：校核式：τT =T/WT=9.55 106P/0.2d3n≤[τT]设计式：d ≥[]362.01055.9n P T τ⨯=C 3nP C---系数（表12-2）（3）轴的结构设计轴的结构设计应该确定：轴的合理外形和全部结构尺寸。

第4章轴系的结构设计一、引言轴系是机械传动中最为常见的一种形式，它将动力源的转动运动传递给工作机构，并起到支撑、定位和传递扭矩的作用。

轴系的结构设计是保证传动系统正常运行和提高传动效率的重要环节。

本章将着重介绍轴系结构设计的要点和方法。

二、轴系结构设计的基本原则1.合理选择轴的材料和形状：轴的材料要具有足够的强度、硬度和耐磨性，一般选择优质合金钢。

轴的形状要尽量简单，以减小结构应力集中的程度。

2.合理选择轴的直径：轴的直径要根据传动扭矩和转速选择。

直径过小会导致轴变形和破坏，直径过大则会增加轴的重量和制造成本。

3.合理设计轴的轴向尺寸：轴的轴向尺寸要满足承载力和刚度的要求。

一般情况下，轴的轴向尺寸要宽于直径的1.5-2倍，以提高刚度。

4.合理设计轴的键槽和连接方式：轴与零件之间的连接方式有键连接、花键连接、伸缩套连接等。

要根据实际情况选择合适的连接方式，并合理设计键槽的尺寸和位置。

5.合理设计轴的支撑方式：轴系的支撑方式有轴承支撑、轴承端支撑、轴心支承等。

要根据轴系的具体情况选择合适的支撑方式，并合理设计轴承的型号、安装间隙和润滑方式。

三、轴系结构设计的方法1.确定传动需求：要确定传动的功率、转速和转矩等参数，以便选择合适的轴材料和直径。

2.计算轴的载荷和应力：根据传动功率和转速，计算轴的载荷和应力，以确定轴的直径和轴向尺寸。

3.选择合适的轴材料：根据轴的载荷和应力，选择合适的轴材料，考虑材料的强度、硬度和耐磨性等因素。

4.设计轴的形状和结构：根据轴的载荷和支撑方式，设计轴的形状和结构，使其具有足够的刚度和稳定性。

5.设计轴的连接方式：根据轴与零件之间的连接要求，选择合适的连接方式，并设计合适的键槽和位置。

6.设计轴的支撑方式：根据轴系的支撑方式和轴承的工作要求，选择合适的支撑方式，并设计合适的轴承型号、安装间隙和润滑方式。

四、轴系结构设计的实例分析以汽车发动机的曲轴轴系为例，进行轴系结构设计的实例分析。

第二节轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。

轴的结构主要取决于以下因素：1、轴在机器中的安装位置及形式；2、轴上安装零件的类型、尺寸、数量以及和轴联接的方法；3、载荷的性质、大小、方向及分布情况；4、轴的加工工艺等。

由于影响轴的结构的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。

设计时，必须针对不同情况进行具体的分析。

轴的结构应满足：1、轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；2、轴上的零件应便于装拆和调整；3、轴应具有良好的制造工艺性等。

一、拟定轴上零件的装配方案所谓装配方案，就是预定出轴上主要零件的装配方向、顺序和相互关系。

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。

轴主要由轴颈、轴头和轴身三部分组成，轴上被支承的部分叫轴颈，安装轮毂部分叫轴头，连接轴颈和轴头的部分叫轴身。

二、轴上零件的定位轴向固定为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件除了有游动或空转的要求者外，都必须进行必要的轴向和周向定位，以保证其正确的工作位置。

1、轴上零件的轴向固定零件安装在轴上，要有准确的定位。

各轴段长度的确定，应尽可能使结构紧凑。

对于不允许轴向滑动的零件，零件受力后不要改变其准确的位置，即定位要准确，固定要可靠。

与轮毂相配装的轴段长度, 一般应略小于轮毂宽2～3mm。

对轴向滑动的零件, 轴上应留出相应的滑移距离。

轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、圆螺母、轴端挡圈和轴承端盖等来保证的。

（1）轴肩与轴环轴肩分为定位轴肩和非定位轴肩两类，利用轴肩定位是最方便可靠的方法，但采用轴肩就必然会使轴的直径加大，而且轴肩处将因截面突变而引起应力集中。

另外，轴肩过多时也不利于加工。

因此，轴肩定位多用于轴向力较大的场合。

定位轴肩的高度h一般取为h=(0.07～0.1)d，d为与零件相配处的轴径尺寸。

为了使零件能靠紧轴肩而得到准确可靠的定位，轴肩处的过渡圆角半径r必须小于与之相配的零件毂孔端部的圆角半径R或倒角尺寸C。

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。

轴的设计1.轴的功用1）支撑回转零件2）传递运动和转矩。

2.轴设计时要解决的问题1）结构问题，确定轴的形状和尺寸；2）强度问题，防止轴发生疲劳断裂；3）刚度问题，防止轴发生过大的弹性变形；4）振动稳定性问题，防止轴发生共振。

3.轴结构应满足的要求1）加工工艺性好；2）便于轴上零件装拆；3）轴上零件要有准确的定位；4）轴上零件要有可靠的固定。

4.轴上零件的轴向定位和固定1）轴肩或轴环定位轴肩：h＝(0.07~0.1)d＞R或C；非定位轴肩：h＝1～2 mm，作用是便于轴上零件的装拆；轴环宽度一般取：b =1.4 h；滚动轴承的定位轴肩或轴环高度－查标准；2）套筒对轴上零件起固定作用，常用于近距离的两个零件间的固定。

3）圆螺母用于轴上两零件距离较远时，或轴端。

需切制螺纹，削弱了轴的强度。

4）弹性挡圈需切环槽，削弱了轴的强度。

承受不大的轴向力。

5）轴端挡圈用于固定轴端零件，能承受较大的轴向力。

常配合锥面使用。

5.轴上零件的周向固定防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩。

常用的周向固定方法：平键、花键、紧定螺钉。

6.轴的强度计算1）按扭转强度计算式中，系数C 与轴的材料和承载情况有关，查表。

弯矩相对转矩较小或只受转矩时，C 取小值；弯矩较大时，C 取大值；扭转强度公式一般用来初算轴的直径，计算出的d 作为受扭段的最小直径d min；若该轴段有一个键槽，d 值增大5% ，有两个键槽，增大10%。

2）按弯扭合成强度计算由于σb 与τ的循环特征可能不同，需引进校正系数α将τ折合成对称循环变应力。

式中，M e为当量弯矩。

7.轴的设计步骤1）根据功率P 和转速n ，用扭转强度公式初算受扭段的最小直径d min；2）根据初算轴径，进行轴的结构设计；3）按弯扭合成强度校核轴的危险截面（N则返回步骤2）；4）将d min 圆整成标准直径。

主轴结构设计范文
一、主轴的结构设计
1、主轴体结构设计
主轴体(Spindle body)采用铣削加工，采用45钢制作。

45钢因其良
好的机械性能及耐磨性适合制作主轴体的要求，为确保精度和强度，选用
Φ80mm*1200mm的热轧精密直线棒。

主轴体需要制作出一定的宽度，用于使主轴体的精度达到要求，因此
需要进行精密精磨加工，精磨的精度达到Ra0.2μm即可。

主轴体内部空间设计，开槽，定位孔以及衔接及调整孔等，均采用数
控车床加工，要求加工精度±0.002mm。

2、主轴头设计
主轴头(Spindle head)由胶合铸铁制成，经加工可以达到较好的整体
结构强度。

其内部空间设计，开槽，定位孔以及衔接孔均采用数控车床加工，要求加工精度±0.002mm。

主轴头上分别设有润滑油嘴，润滑油嘴采用国标标准的6mm螺纹连接，连接紧固等级为A4-80。

3、主轴轴承座设计
主轴轴承座(Bearing seat)采用铝合金制作，内部空间设计，开槽，
定位孔以及衔接孔均采用数控车床加工，要求加工精度±0.002mm，需要
抗震力及耐磨性好的材料。

4、关节螺母设计
关节螺母(Joint nut)采用耐热的特殊材料制作，内部空间设计，开槽，定位孔以及衔接孔均采用数控车床加工，要求加工精度±0.002mm。

轴结构设计的基本要求
轴结构设计是指在机械设备中，对于轴的使用和设计方法的总称。

对于轴的结构设计，有以下几个基本要求。

1.强度要求：轴的强度是设计的一个重要方面，需要考虑到承受
的载荷和力矩等因素，才能确定合适的材料和尺寸。

2.刚度要求：轴的刚度直接影响到机械设备的工作性能，刚度越大，失配的可能性就越小，精度也越高。

3.稳定性要求：轴的稳定性就是指轴能够承受震动、突然负载等
外界因素的影响，不会发生任何的变形或破裂现象。

4.平衡要求：轴在使用过程中，如果出现了不平衡现象，就会使
得机械设备的工作出现问题。

因此，设计时需要考虑轴的平衡性。

5.装配配合要求：轴与相邻零件的配合是设计的重要方面，使得
机械设备能够保持稳定和精确的运行。

6.可靠性要求：轴结构设计需要考虑到耐久性、使用寿命、维护
保养等诸多方面，以最大程度地保证设备的可靠性和持久性。

综上所述，轴结构设计的基本要求是强度、刚度、稳定性、平衡、装配配合和可靠性。

只有在满足这些基本要求的基础上，才能有效地
提高机械设备的工作性能。

轴的结构设计教案一、教学目标：1.了解轴的结构和功能。

2.掌握轴的设计原则和方法。

3.能够应用所学知识进行轴的结构设计。

二、教学内容：1.轴的基本概念和分类。

2.轴的结构设计原则和方法。

3.轴的实际设计案例。

4.轴的模拟仿真和优化设计。

三、教学过程：一、轴的基本概念和分类（20分钟）1.引入轴的基本概念和分类。

轴是一种常见的机械零部件，是用于支承、传动或连接其他部件的旋转零件。

根据不同的用途和形状，轴可分为直轴、芯轴、动力轴、中性轴等。

2.介绍轴的结构和功能。

轴的结构包括轴身、端面、轴孔、轴键等。

轴的功能是支撑和传递力矩，保持各部件的相对位置和相互的运动配合。

二、轴的结构设计原则和方法（30分钟）1.讲解轴的结构设计原则。

2.介绍轴的结构设计方法。

三、轴的实际设计案例（30分钟）1.列举一些典型的轴的设计案例。

例如：汽车发动机曲轴、电机转轴、车床主轴等。

2.分析实际设计案例中的问题和解决方法。

例如：曲轴的强度和刚度问题、转轴的平衡和配合问题、主轴的动态平衡和热平衡问题。

四、轴的模拟仿真和优化设计（40分钟）1.介绍轴的模拟仿真方法。

轴的模拟仿真是通过计算机辅助设计软件，实现对轴的结构和性能进行分析和优化。

2.进行轴的模拟仿真实践。

通过实际案例，指导学生使用专业软件进行轴的模拟仿真，优化轴的结构和性能。

四、教学总结和展望（10分钟）1.总结本节课的重点内容和要点。

2.展望下一节课的教学内容和任务。

四、教学方法：1.讲述法：通过讲解轴的概念、原则和方法，使学生理解轴的结构设计的基本知识。

2.案例分析法：通过分析实际设计案例，引导学生运用轴的结构设计原则和方法，解决实际问题。

3.实践操作法：通过轴的模拟仿真实践，让学生运用所学知识进行实际操作和优化设计。

五、教学资源：1.教材：轴的结构设计教材。

2.软件：轴的模拟仿真和优化设计软件。

六、教学评价：1.课堂表现评价：根据学生的参与程度、课堂提问和解答情况进行评价。

轴的结构设计及计算一、轴的结构设计1.轴的外形尺寸设计轴的外形尺寸设计包括轴的直径、长度、轴颈长度、轴草图等方面。

具体设计参数受以下因素影响：（1）载荷：轴的外形尺寸应根据设计负载来确定。

载荷分为轴向负载和弯矩负载两部分。

轴向负载通过轴承来传递，而弯矩负载作用在轴的中部。

（2）材料：轴的外形尺寸受轴材料的强度和刚度限制。

根据材料的特性，考虑到轴的强度、韧性和硬度。

（3）工作条件：轴工作环境的温度、湿度、油脂润滑、振动等因素对外形尺寸的设计有影响。

例如，在高温情况下，轴的线膨胀要考虑，以保证工作正常。

2.轴的内部结构设计轴的内部结构设计包括轴承座设计、防滑设计和轴孔尺寸设计。

（1）轴承座设计：根据所选定的轴承类型和尺寸，设计轴承座结构，以确保轴与轴承之间的协调度。

轴承座结构应具有足够的强度和刚度，能够传递载荷，并保证轴与轴承之间的空隙要求。

（2）防滑设计：轴与零件之间需要使用紧固件进行连接，以避免轴在工作时滑动和脱离。

必须根据设计载荷和接口尺寸来计算紧固件的数量和规格。

（3）轴孔尺寸设计：根据零件的要求和装配要求，设计轴孔尺寸，使得轴能够与其他零件有效连接，并保证装配的质量。

二、轴的计算1.轴的强度计算轴的强度计算一般涉及以下几个方面：（1）轴的弯曲强度计算：根据所受弯矩以及轴的几何形状、材料等参数，计算轴在弯曲工况下的承载能力。

考虑轴的弯矩分布、扭转矩、振动疲劳影响等因素，进行强度计算。

（2）轴的切削强度计算：当轴上存在切削力或切削载荷时，计算轴在切削区域内的切削强度，以确保轴能够承受切削载荷，并避免刀具和轴的损坏。

（3）轴的挤压强度计算：当轴上存在压力或挤压载荷时，计算轴在压力区域内的挤压强度，以确保轴能够承受挤压载荷，并避免轴的变形或破裂。

2.轴的刚度计算轴的刚度计算是为了评估轴的变形情况，以确保设计轴的刚度足够，以满足使用要求。

在刚度计算中，可以应用刚度矩阵法和有限元法计算轴的刚度。