第十八章 轴系部件的结构设计

轴系部件结构分析知识要点一、轴结构应满足的要求(1)要装在轴上的零件，要能牢固而可靠地相对固定(轴向或周向固定)(2)便于加工和减少应力集中(3)轴上零件要便于装拆二、分析结构的几个方面其结构是否合理，主要考虑：(1)轴上零件的轴向、周向固定；(2)轴上零件的装拆；(3)轴的加工工艺性和减少应力集中等。

(4)轴承和轴的外伸端；三、分析结构的大致步骤：(1)从整体上看懂图中轴系结构的组成，了解传动件、轴承、端盖、箱体等件的分布情况；(2)按图从左到右(或从右到左)据轴结构的三个要求详细分析轴的各部分结构。

四、轴系结构常见错误(1)与轴支撑的转动件相关的问题：①轴上零件无双向轴向定位、固定。

②轴上零件无周向固定。

(2)与轴承相关的问题：①轴承要有双向轴向固定，并要能调整轴承游隙。

②定位轴承内圈的定位件（如轴肩轴环、轴套等）高度超过轴承内圈高度，不利于轴承装拆。

(3)与定位件相关的问题：①用轴套定位时，装零件的轴段长度超过零件轮毂长。

②用轴端挡圈定位时，装零件的轴段长度超过零件轮毂长；少防松装置；③用圆螺母定位时，螺纹大径超过零件的孔径；少退刀槽，少防松装置；④键过长。

有多处键联接时，键槽没有安排在同一直线上。

(4)与轴外伸端相关的问题：①端盖与轴间无间隙，引起动、静件相碰。

②外伸端无密封。

(5)与工艺有关的问题：①箱体、端盖、轴精加工面过大。

②轴直径不按中间大，两端小的结构安排，零件无法装拆；③轴承用脂润滑时无挡油环；④用6、7号轴承时，安装方向没相对应。

练习1.下图为一输出轴的结构草图，要求轴上斜齿轮与轴向采用H7/r6配合，齿轮内孔径为￠65，宽度为80mm, 选用轴承内孔口圆角r1.5，内孔径为∮69mm，试回答下列问题；(1)轴段L1的直径为_______mm ，长度为________ mm (75，78，80)。

(2)为保证该轴能传递大载荷，承受冲击，齿轮和轴间应采用_________和______作周向固定。

实验四轴系结构创意组合一、概述任何回转机械都具有轴系结构，因而轴系结构设计是机器设计中最丰富、最需具有创新意识的内容之一，轴系性能的优劣直接决定了机器的性能与使用寿命。

由于轴承的类型很多，轴上零件的定位与固定方式多样，具体轴系的种类很多。

概括起来主要有：(1)两端单向固定结构；(2)一端双向固定、一端游动结构；(3)两端游动结构(一般用于人字齿轮传动中的一根轴系结构设计)。

如何根据轴的回转转速、轴上零件的受力情况，决定轴承的类型；再根据机器的工作环境决定轴系的总体结构；轴上零件的轴向定位与固定、周向的固定来设计机器的轴系，是机器设计的重要环节。

为了设计出适合于机器的轴系，有必要熟悉常见的轴系结构，在此基础上才能设计出正确的轴系结构，为机器的正确设计提供核心的技术支持。

二、实验目的1．熟悉和掌握轴的结构与其设计，弄懂轴及轴上零件的结构形状及功能、工艺要求和装配关系。

2．熟悉并掌握轴及轴上零件的定位与固定方法。

3．熟悉和掌握轴系结构设计的要求与常用轴系结构。

4．了解轴承的类型、布置、安装及调整方法，以及润滑和密封方式。

三、实验设备和工具1．模块化轴段，用其可组装成不同结构形状的阶梯轴。

2．轴上零件：齿轮、蜗杆、带轮、联轴器、轴承、轴承座、端盖、套杯、套筒、圆螺母、轴端挡圈、止动垫圈、轴用弹性挡圈、孔用弹性挡圈、螺钉、螺母等。

3．工具：扳手、游标卡尺、内外卡钳、300mm钢板尺、铅笔、三角板等。

四、实验内容与要求1．从轴系结构设计实验方案表中选择设计实验方案号。

2．进行轴的结构设计与滚动轴承组合设计。

每组学生根据实验方案规定的设计条件和要求，确定需要哪些轴上零件，进行轴系结构设计。

解决轴承类型选择，轴上零件的固定、装拆、轴承游隙的调整、轴承的润滑、密封、轴的结构工艺性等问题。

3．绘出轴系结构设计装配草图，并应使设计结构满足轴承组合设计的基本要求，即采用何种轴系基本结构。

4．考虑滚动轴承与轴、滚动轴承与轴承座的配合选择问题。

轴系部件结构设计本文介绍了轴系部件结构设计的重要性，以及本文的目的和结构安排。

轴系部件结构设计是机械工程领域中重要的设计任务之一。

轴系部件是指连接和传递动力的轴、轴承、联轴器等部件。

它们的结构设计直接影响到机械设备的性能、寿命和可靠性。

良好的轴系部件结构设计能够保证机械设备的正常运转。

首先，合理设计的轴可以实现传递动力和承载负荷的功能；其次，优化设计的轴承能够减少能量损失和机械设备的故障率；还有，恰当选择的联轴器可以实现动力传递的可靠性和高效性。

本文的目的在于深入探讨轴系部件结构设计的关键要素和原则，并提供相关的设计指导。

首先，我们将介绍轴系部件结构设计的基本原则和考虑因素；然后，我们将详细讨论轴的设计要点和注意事项；接着，我们将重点介绍轴承的选择和安装方法；最后，我们将讨论联轴器的选型和安装步骤。

通过阅读本文，读者将了解到轴系部件结构设计的重要性，并可以获得实用的设计指导，以提升机械设备的性能和可靠性。

参考文献请注意，本文引言部分未引用任何内容，其信息为创造性生成）本部分将介绍轴系部件的不同分类和各自的功能。

轴系部件包括轴承、齿轮、连接件等，它们在机械系统中起着重要的作用。

1.轴承轴承是轴系部件中的重要组成部分，它用于支撑轴的旋转运动并减少摩擦。

根据结构和用途的不同，轴承可以分为滚动轴承和滑动轴承。

滚动轴承采用滚动体（如球、柱体、圆锥体）和轴承座的结构，适用于高速转动、小摩擦、高精度要求的场景。

滑动轴承则采用润滑剂在轴和轴承之间形成薄膜，减少摩擦力，适用于低速大负荷的场景。

2.齿轮齿轮是一种通过齿的啮合传递力和运动的机构，常用于机械传动系统中。

齿轮根据齿的形状和用途可以分为直齿轮、斜齿轮、蜗杆齿轮等。

直齿轮是最常见的齿轮形式，它的齿面与轴线平行，适用于传递旋转运动和转矩的工况。

斜齿轮的齿面与轴线倾斜，可以传递更大的力和转矩。

蜗杆齿轮用于角度传动，具有较高的传动比和安全性。

3.连接件连接件用于连接轴系部件和其他机械部件，保证它们协同工作。

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。

机械 设计 大作 业课程名称： 设计题目： 机械设计 轴系部件设计机械设计大作业 轴系部件设计说明书题目：行车驱动装置的传动方案如下图所示。

室内工作、工作平稳、机器成批生产，其他数据见下表。

电动机工作 功率 2.2 电动机满载转速 工作机得转速 第一级传动比 轴承座中心 高 H/mm 200方 案 5.4.1最短工作年限 10 年 1 班940603.2一选择轴的材料因为传递功率不大，轴所承受的扭矩不大，故选择 45 号钢，调质处理。

二初算轴径对于转轴，按扭转强度初算直径式中P——轴传递的功率； C——由许用扭转剪应力确定的系数； n——轴的转速，r/min。

由参考文献[1] 表 10.2 查得 输出轴所传递的功率：，考虑轴端弯矩比转矩小，故取带 轴承 齿轮。

输出轴的转速：代入数据，得考虑键的影响，将轴径扩大 5%，。

三结构设计为了方便轴承部件的装拆， 减速器的机体采用剖分式结构。

取机体的铸造壁厚 δ=8mm，1. 轴承部件机体结构形式及主要尺寸机体上的轴承旁连接螺栓直径 ， 所需要的扳手空间，轴承座内壁至坐孔外端面距离 ， ，为保证装拆螺栓 取 L=48 mm。

2．轴的结构设计本设计方案是有 8 个轴段的阶梯轴，轴的径向尺寸（直径）确定，以外伸轴径 、 为 基础，考虑轴上零件的受力情况、轴上零件的装拆与定位固定、与标准件孔的配合、轴的 表面结构及加工精度等要求，逐一确定其余各轴段的直径；而轴的轴向尺寸（长度）确定， 则考虑轴上零件的位置、配合长度、支承结构情况、动静件间的距离要求等因素，通常从 与传动件的轴段开始，向两边展开。

（1） 联轴器及轴段①和轴段⑧ 本设计中，轴段①和轴段⑧为轴的最小尺寸 。

因此，轴段①和轴段⑧与联轴器 的设计同时进行。

为了补偿联轴器所连接的两轴的安装误差，隔离振动，选用弹性柱销联轴器。

由参考文献[1] 表 13.1 查得 ，则计算转矩带 轴承 齿轮由参考文献[2] 表 13.1 可以查得 GB/T 5014-2003 中的 LX3 型弹性柱销联轴器符合要求。

轴系结构设计轴系结构设计是一种机械设计的重要内容，也是机械装配的基础。

轴系结构是由轴承、联轴器及其他元件组成的动态结构，主要是将机械设备的运动传递到其他部件，并对机械设备的运动进行合理的传动。

在轴系结构中，轴承主要用于支撑轴的转动，联轴器用于将动力传递到轴上，而其他元件则具有固定和定位的作用。

轴系结构设计应考虑轴承、联轴器及其他元件之间的相互关系，以便满足机械设备的运行要求。

在设计时，应该考虑轴承、联轴器及其他元件的尺寸、数量、材料等因素，以确保轴系结构能够正常运行，并且能够满足机械设备的负载、振动、噪声等要求。

轴系结构的设计需要考虑机械设备的运动特性、转速及负载特性。

在设计过程中，应根据机械设备的运动特性，确定轴承、联轴器及其他元件的尺寸、数量、材料等参数。

例如，在高转速情况下，应使用更小尺寸的轴承，以减少摩擦力；在高负载情况下，应使用更大尺寸的轴承，以获得更高的承载能力。

轴系结构的设计还应考虑其结构设计的安全性。

这也是轴系结构设计的重要考量因素，包括检查轴承、联轴器及其他元件的材料是否合格，以及轴系结构的布置是否合理，以避免发生破坏性故障。

此外，轴系结构设计还应考虑机械设备的振动及噪声特性，以及其他质量要求。

通常情况下，在轴系结构设计过程中，应采取适当的措施，如选用合适的轴承、联轴器及其他元件，以降低机械设备的振动及噪声，提高其质量。

轴系结构设计是机械设备的重要内容，也是机械装配的基础。

轴系结构的设计应考虑轴承、联轴器及其他元件的尺寸、数量、材料等参数，以满足机械设备的运行要求；同时也应考虑轴系结构的安全性、振动及噪声特性及其他质量要求。

轴系结构设计是一项技术性工作，需要仔细研究，以确保机械设备的正常运行。

机械设计中轴系的结构方案设计在机械设备制造过程中，轴是关键的零部件之一，它不仅支撑着轴上零件、传递运动与动力的重要部件，也在非常大的程度上影响着机器设备的工作能力与工作质量。

如果轴失效，便有可能产生严重的后果，所以轴的设计至关重要。

以下是XX整理的机械设计中轴系的结构方案设计，欢迎阅读。

轴系结构的设计没有固定的标准，它根据轴上载荷方向、大小与分布情况，轴上零部件的布置与固定方法，及轴的加工与装配方法等进行灵活决定的，以轴上零部件装拆方便、固定牢靠、定位准确等来衡量轴结构的设计好坏。

因此在设计轴的结构时，一般可以先拟定好几种不同方案通过相互比较后再加以取舍。

轴的结构设计应包括定出轴的合理外形与全部尺寸。

在满足刚度、强度与装配、加工等要求的条件下，轴的结构应该设计的越简单越好。

轴的结构取决于：轴在机器中安装的位置以及形式;轴上安装零部件的类型、数量、尺寸以及联接方法;载荷的性质、方向、大小及分布情况;轴加工的工艺等。

轴系是没有标准结构形式的，设计时一定要针对不同情况而进行具体的分析。

但是，无论何种具体的条件，轴的结构都应该满足：轴及装在轴上的零部件要有精准的工作位置;轴上的零部件应该便于装拆与调整;轴应该具有良好的制造工艺性能等。

所谓的装配方案，就是指预定出轴上的主要零部件的装配方向、顺序以及相互关系。

进行轴的结构设计的前提条件便是拟定轴上零部件的装配方案，它确定了轴的基本形式。

在拟定装配方案时，原则上应设计几个方案，然后进行分析比较后再进行选择。

一般为了防止轴上零部件受力时发生沿轴向或者周向的相对运动，轴上零部件除了要有空转或游动的要求外，都需要进行轴向以及周向定位，用以保证工作位置的准确性。

1.零件在轴上的轴向定位轴上零部件的轴向定位一般是以套筒、轴肩、圆螺母、轴端挡圈以及轴承端盖等来确保的。

零部件在轴上的轴向定位方法，主要是取决于它所到的受轴向力大小。

此外，还应该考虑轴的制造以及轴上零件拆装的难易程度以及对轴强度的影响与工作可靠性等因素。

续表钢的种类变形对称循环脉动循环铸铁疲劳极限拉压σ-11=0.4σb σ0l =1.42σ-1弯曲σ-1=0.45σb σ0=1.33σ-1扭转τ-1=0.36σbτ0=1.35τ-1球墨铸铁的疲劳极限扭剪τ-1=0.26σb铝合金的疲劳极限拉压σ-11=σb/6+75σ0l =1.5σ-1l弯曲σ-1=σb/6+75青铜的弯曲疲劳极限弯曲σ-1=0.21σb11.2　轴的结构设计轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸,为轴设计的重要步骤㊂它与轴上安装的零件类型㊁尺寸及其位置㊁零件的固定方式,载荷的性质㊁方向㊁大小及分布情况,轴承的类型与尺寸,轴的毛坯㊁制造和装配工艺㊁安装和运输,对轴的变形等因素有关㊂设计者可根据轴的具体要求进行设计,必要时可做几个方案进行比较,以便选出最佳设计方案㊂以下是一般轴结构设计原则㊂①节约材料,减轻重量,尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状㊂②易于轴上零件的精确定位㊁稳固㊁装配㊁拆卸和调整㊂③采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施㊂④便于加工制造和保证精度㊂11.2.1　零件在轴上的定位和固定零件在轴上的定位和固定见表11-3和表11-4㊂表11-3 轴向定位与固定方法表11-4周向定位与固定固定方法续表方法简图特点与应用滑键键固定在轮毂上,键随轮毂一同沿轴上键槽作轴向移动,常用于轴向移动距离较大的场合11.2.2　轴的加工和装配工艺性进行轴的结构设计时,除考虑前面的各种因素外,同时还应考虑便于轴的加工㊁测量㊁装配和维修㊂通常要注意以下几个主要方面㊂①考虑加工工艺所必须的结构要素(如中心孔㊁螺尾退刀槽㊁砂轮越程槽等)㊂②合理确定轴与零件的配合性质㊁加工精度和表面粗糙度㊂③配合直径一般应圆整为标准值㊂④确定各轴段长度时应尽可能使结构紧凑,同时还应保证零件所需的滑动距离㊁装拆或调整所需空间,并注意转动零件不得与其他零件相碰,与轮毂配装的轴段长度一般应略小于轮毂2~3mm,以保证轴向定位可靠㊂⑤除特殊要求者外,一般轴上所有零件都应无过盈地到达配合部位㊂⑥为便于导向和避免擦伤配合面,轴的两端及有过盈配合的台阶处应制成倒角㊂⑦为了减少加工刀具的种类和提高劳动生产率,轴上的倒角㊁圆角㊁键槽等应尽可能取相同尺寸,或尽量减少不同尺寸的倒角㊁圆角㊁键槽的数量㊂11.2.3　轴的典型结构示例图11-1所示为滚动轴承支承的轴的典型结构,各部分结构尺寸及公差等的确定请参阅相关章节㊂A A__B B__C C__图11-1滚动轴承支承的轴的典型结构11.3　轴的强度计算轴的强度计算一般可分为三种:按扭转强度或刚度计算;按弯扭合成强度计算;精确强度校核㊂11.3.1　按扭转强度或刚度计算该方法用于计算传递转矩㊁不受弯矩或仅受较小弯矩的轴;当轴的长度及跨度未定,支点反力及弯矩无法求得时,可按此法进行初步计算㊂一般情况下,按扭转强度计算出所需轴端直径;当对轴的扭转变形限制较严时,亦可按扭转刚度计算确定轴端直径(表11-5)㊂表11-5按扭转强度及刚度计算轴径的公式轴的类型按扭转强度计算按扭转刚度计算实心轴d=17.23Tτz=A3Pn d=9.34Tφ2=B4P n空心轴d=17.23Tτz131-α4=A3Pn131-α4d=9.34Tφ2141-α4=B4Pn141-α4说明d 轴端直径,mmT 轴所传递的转矩,N㊃mT=9550P nP 轴所传递的功率,k Wn 轴的工作转速,r/m i nτz 许用扭转切应力,M P aφz 许用扭转角,(ʎ)/mA 系数,按表11-6选取B 系数,按表11-7选取α 空心轴的内径d1与外径d之比,α=d1d注:当截面上有键槽时,应将求得的轴径增大,其增大值见表11-8㊂表11-6 几种常用轴材料的A 和τz 值轴的材料Q 235㊁20Q 275㊁354540C r ㊁35S i M n ㊁42S i M n㊁40M n B ㊁38S i M n M oτz/M P a 15~2520~3525~4535~55A149~126135~112126~103112~97 注:1.表中所给的τz 值是考虑了弯曲影响而降低了的许用扭转切应力㊂2.在下列情况下τz 取较大值㊁A 取较小值:弯矩较小或只受转矩作用㊁载荷较平稳㊁无轴向载荷或只有较小的轴向载荷㊁减速器的低速轴㊁轴单向旋转㊂反之τz 取较小值㊁A 取较大值㊂3.在计算减速器中间轴的危险截面的直径时,若轴的材料为45钢,可取A =130~165㊂其中二级减速器的中间轴及三级减速器的高速中间轴取A =155~165,三级减速器的低速中间轴取A =130㊂表11-7 剪切弹性模量G =79.4G P a 时的B 值φZ/[(ʎ)/m ]0.250.511.522.5B 12910991.582.77772.8注:1.表中φZ 值为每米轴长允许的扭转角㊂2.许用扭转角的选用,应按实际情况而定㊂可供参考的范围如下:对于要求精密㊁稳定的传动,可取φZ =0.25ʎ~0.5ʎ/m ;对于一般传动,可取φZ =0.5ʎ~1ʎ/m ;对于要求不高的传动,可取φZ 大于1ʎ/m ;起重机传动轴,可取φZ =15'~20'/m ㊂表11-8 有键槽时轴径的增大值mm轴的直径<3030~100>100有一个键槽753有两个相隔180ʎ的键槽1510711.3.2　按弯扭合成强度计算当轴的支承位置和轴所受载荷大小㊁方向㊁作用点及载荷种类均已确定,支点反力及弯矩可以求得时,可按扭转合成强度进行轴的强度计算㊂作用在轴上的载荷,一般按集中载荷考虑㊂这些载荷主要是齿轮或蜗轮的啮合力,或为带传动及链传动的拉力,其作用点通常取为零件的轮缘宽度中点㊂轴上转矩则从轮毂宽度中点算起㊂如果作用在轴上的各载荷不在同一平面内时,可将其分解到两个互相垂直的平面内,然后分别求出每个平面内的弯矩,再按矢量法求得合成弯矩,以此弯矩来确定轴径㊂当轴上的轴向力较大时,还应计算由此引起的正应力㊂计算时,通常把轴当作置于铰链支座上的双支点梁㊂一般轴的铰链支点,可近似取为轴承宽度的中点;其中向心推力轴承支点可参考滚动轴承部分㊂轴的弯扭合成强度计算公式见表11-9㊂当零件用紧配合装于轴上时,轴径应较计算值增大;当零件利用键装在轴上时,轴径较计算值的增大值见表11-8㊂表11-9 按弯扭合成强度计算轴径的公式轴的类型心 轴转 轴实心轴d =21.683M σⅠd =21.683M 2+(ψT )2σ-2空心轴d =21.683M σV131-α4d =21.683M 2+(ψT )2σ1Ⅱ131-α4说明转动心轴:许用应力σp =σ1-V 固定心轴:载荷平稳σp =σ+2V ,载荷变化σp =σo V 校正系数ψ:单向旋转ψ=0.65或0.7;双向旋转ψ=1d 轴端直径,mm M 轴在计算截面所受的弯矩,N ㊃m T 轴在计算截面所受的扭矩,N ㊃m σp许用弯曲应力,M P a α空心轴的内径d 1与外径d 之比α=d 1d注:当截面上有键槽时,应将求得的轴径增大,其增大值见表11-8㊂11.3.3　精确强度校核计算轴强度的精确校核是在轴的结构及尺寸确定后进行的,通常采用安全系数校核法㊂轴的安全系数校核计算包括两个方面:疲劳强度安全系数和静强度安全系数校核㊂疲劳强度安全系数校核的目的是校核轴对疲劳破坏的抵抗能力,它是在经过轴的初步计算和结构设计后,根据其实际尺寸,承受的弯矩㊁转矩图,考虑应力集中㊁表面状态㊁尺寸影响等因素及轴材料的疲劳极限,计算轴的危险截面处的安全系数值是否满足许用安全系数值㊂轴的疲劳强度是根据长期作用在轴上的最大变载荷(其载荷循环次数不小于104)来计算的,危险截面应是受力较大㊁截面较小且应力集中较严重的即实际应力较大的若干个截面㊂同一个截面上有几个应力集中源,计算时应选取对轴影响最大的应力源㊂轴的精确强度校核计算见表11-10~表11-18㊂表11-10危险截面安全系数s的校核公式公式s=sσsτs2σ+s2τȡs Dsσ=σ-2Kσβεσσσ+ψσσmsτ=τ-2Kτβεττt+ψττm说明sσ 只考虑弯矩作用时的安全系数sτ 只考虑扭矩作用时的安全系数sⅡ 按疲劳强度计算的许用安全系数σ-2 对称循环应力下的材料弯曲疲劳极限,M P aτ-1 对称循环应力下的材料扭转疲劳极限,M P aKσ,Kτ 弯曲和扭转时的有效应力集中系数β 表面质量系数εσ,ετ 弯曲和扭转时的尺寸影响系数ψσ,ψτ 材料拉伸和扭转的平均应力折算系数σm,στ 弯曲应力的应力幅和平均应力,M P aτm,τσ 扭转应力的应力幅和平均应力,M P a表11-11应力幅及平均应力计算公式循环特性应力名称弯曲应力扭转应力对称循环应力幅σa=σm a x=MWτa=τm=TWτ平均应力σm=0τm=0脉动循环应力幅σa=σm a x2=M2Wτa=τm a x=T2W T 平均应力σm=σaτm=τa说明M,T 轴危险截面上的弯矩和扭矩,N㊃mW,W T 轴危险截面的抗弯和抗扭截面系数,c m3表11-12许用安全系数s V条件s V材料力学的力学性能符合标准规定(或有实验数据),加工质量能满足设计要求载荷确定精确,应力计算准确1.3~1.5载荷确定不够精确,应力计算较近似1.5~1.8载荷确定不精确,应力计算较粗略或轴径较大(dȡ200mm)1.8~2.5脆性材料制造的轴2.5~3表11-13各种截面抗弯抗扭计算公式表11-14螺纹㊁键槽㊁花键及横孔的有效应力集中系数kσ和kτ值5>0)/0/2σB/M P a螺纹键槽花键横孔蜗杆kσkτ=1kσkτA型B型A㊁B型kσ(齿轮轴kσ=1)kτkσkτ矩形渐开线(齿轮轴)d0dd0d0.05~0.10.15~0.250.05~0.25kσkτ400500600700800900100012001.451.781.962.202.322.472.612.901.511.641.761.892.012.142.262.501.301.381.461.541.621.691.771.921.201.371.541.711.882.052.222.391.351.451.551.601.651.701.721.752.102.252.352.452.552.652.702.801.401.431.461.491.521.551.581.601.901.952.002.052.102.152.202.301.701.751.801.851.901.952.002.101.701.751.801.801.851.901.902.002.3~2.5σBɤ700M P a取小值σBȡ1000M P a取大值1.7~1.9σBɤ700M P a取小值σBȡ1000M P a取大值注:表中数值为标号1处的有效应力集中系数,标号2处kσ=1,kτ=表中对应数值㊂表11-15 配合零件的综合影响系数直径/mm ɤ3050ȡ100配合r 6k 6h 6r 6k 6h 6r 6k 6h 6材料强度σB /M P a4002.251.691.462.752.061.802.952.221.925002.51.881.633.052.281.983.292.462.136002.752.061.793.362.522.183.602.702.347003.02.251.953.662.752.383.942.962.568003.252.442.113.962.972.574.253.202.769003.52.632.284.283.202.784.603.463.0010003.752.822.444.603.453.004.903.983.1812004.253.192.765.203.903.405.604.203.64表11-16 强化表面的表面状态系数β值表面强化方法心部材料的强度σB /M P a 表面系数β光轴有应力集中的轴k σɤ1.5k σȡ1.8~2高频淬火600~8001.5~1.71.6~1.72.4~2.8800~11001.3~1.5渗氮900~12001.1~1.251.5~1.71.7~2.1渗碳淬火400~6001.8~2.03700~8001.4~1.5 1000~12001.2~32喷丸处理600~15001.1~1.251.5~161.7~2.1滚子辗压600~15001.l ~l .31.3~1.51.6~2.0表11-17 加工表面的表面状态系数β值加工方法材料强度σB /M P a4008001200磨光(R a 为0.4~0.2μm )111车光(R a 为3.2~0.8μm )0.950.900.80粗加工(R a 为25~6.3μm )0.850.80.65未加工表面(氧化铁层等)0.750.650.45表11-18 尺寸系数εσ和ετ毛坯直径/mm 碳钢合金钢εσετεσετ>20~300.910.890.830.89>30~400.880.810.770.81>40~500.840.780.730.78>50~600.810.760.700.76>60~700.780.740.680.74>70~800.750.730.660.73>80~1000.730.720.640.72>100~1200.700.700.620.70>120~1500.680.680.600.68>150~5000.600.540.600.5411.4　轴的刚度计算轴在载荷的作用下会产生弯曲和扭转变形,当这些变形超过某个允许值时,会使机器的零表11-19轴的许用扭转角适用范围每米轴长的扭转角[φ]/[(ʎ)/m]一般传动0.5~1较精密传动0.25~0.5重要传动<0.25表11-20轴的许用挠度㊁许用偏转角适用范围挠度[y]/mm适用范围偏转角[θ]/r a d一般用途的轴(0.0003~0.0005)l滑动轴承处0.001刚度要求较高的轴0.0002l深沟球轴承处0.005电动机的轴0.1Δ调心球轴承处0.05安装齿轮的轴(0.01~0.05)m n圆柱滚子轴承处0.0025安装蜗轮的轴(0.02~0.05)m t圆锥滚子轴承处0.0016l 轴的跨距,mm;Δ 电动机定子与转子间的间隙;m n 齿轮法向模数,mm;m t 蜗轮的端面模数,mm安装齿轮处0.001~0.002 11.5　图例当轴经过必要的强度㊁刚度等校核之后,即可修改和细化轴系部件的结构和尺寸,在完成装配图的基础上绘制轴的零件图(图11-2)㊂2图11-2轴。

轴系结构的分析8.1 设计概要轴系结构设计要求定出轴的合理外形和全部结构尺寸。

轴系结构主要取决于：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量，以及和轴联结的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。

由于影响轴的结构因素较多，且结构又是随具体条件的不同而不同，所以轴没有标准的结构形式。

设计时，必须针对不同的具体情况加以分析。

进行轴系结构设计时，一般应已知：装置简图，轴上主要零件的相互位置关系，轴所传递的功率和轴的转速，传动零件的主要参数和尺寸等。

轴系结构设计通常按以下方式进行：1) 拟定轴上零件的装配方案不同的装配方案可得出不同的轴的结构形式，应拟定几种不同的装配方案，以进行分析、比较选择。

2）确定轴的基本直径和各段长度初定轴的直径时，其支反力作用点未知，不能决定弯矩的大小和分布情况，因而不能按弯矩来确定轴的直径，只能按扭矩初步估算轴径的大小，作为轴上仅受扭矩段的最小直径d min，也可凭经验或参考同类机器取定。

d min确定后，按拟定的装配方案，从d min处逐一确定各段长度及直径。

各段长度取决于零件与轴配合部分的轴向尺寸，并考虑安装零件的位移和留有适当的调整间隙等。

3）轴上各零件的轴向定位轴上各零件以轴肩、轴套、轴承端盖和轴端挡圈等进行轴向定位。

轴肩定位是最方便可靠的方法。

但采用轴肩使轴径加大，且因剖面突变引起应力集中，轴肩过多也不利于加工。

故定位轴肩多用在轴向力较大，且不致过多增加轴的阶梯数的情况下采用。

轴套定位既能避免因用轴肩使轴径增大，又可减少应力集中源。

但轴套过长，又将增加材料及重量。

轴套与轴的配合较松，不宜用于高速旋转。

轴承端盖用螺钉或榫槽与箱体联结而使滚动轴承的外圈得到轴向固定。

整个轴的轴向定位也可用轴承端盖实现。

常用的轴向定位还有：圆螺母、紧定螺钉、弹性挡圈以及整体式或剖分式螺钉锁紧挡圈等4）轴上各零件的周向定位可靠的周向定位保证了的扭矩传递。

常用的周向定位方法有键、花键、紧配合和紧定螺钉等。