轴设计的主要内容

第十一章轴1-1 基础知识一、轴的分类、材料及设计准则1．轴的分类轴是组成机器的主要零件之一。

其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，轴可分为转轴、心轴和传动轴三类。

工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。

只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。

只承受扭矩而不承受弯矩（或弯矩很小）的轴称为传动轴。

轴还可按照轴线形状的不同，分为曲轴和直轴两大类。

曲轴通过连杆可以将旋转运动改变为往复直线运动，或作相反的运动变换。

直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴两种。

2．轴的常用材料轴的常用材料主要采用碳素钢和合金钢。

碳素钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较小，所以应用较为广泛。

合金钢具有较高的机械强度，可淬性也较好，可在传递大功率并要求减轻重量和提高轴颈耐磨性时采用。

常用钢材有：1）优质碳素钢35，40，45，50钢等，其中最常用的是45钢；2）合金结构钢20Cr，40Cr，35CrMO，40MnB，40CrNi等。

对于不重要的或受力较小的轴以及一般的传动轴可使用Q235，Q255，Q275等普通碳素钢制造。

形状复杂的轴，也可以采用铸钢、合金铸铁和球墨铸铁制造。

在一般工作温度下，各种钢的弹性模量E的数值相差不大，因此选用合金钢，采取热处理方法都只能提高轴的疲劳强度或耐磨性，对提高轴的刚度没有实效。

3．轴的失效形式及设计准则轴在弯矩或扭矩作用下产生的应力一般为变应力，因此轴的主要失效形式是疲劳断裂。

设计时一般应进行疲劳强度校核。

对于瞬时过载很大，应力性质较接近于静应力的轴，可能产生塑性变形，还应按最大载荷进行轴的静强度校核。

对于有刚度要求的轴（如机床主轴，跨度大的蜗杆轴等），应进行刚度计算。

对高转速轴（如汽轮机轴）或载荷作周期性变化的轴，为防止共振，还要进行振动稳定性计算。

轴的设计应满足下列几方面的要求：合理的结构、足够的强度、必要的刚度和振动稳定性及良好的工艺性等。

一般而言，轴的设计主要包括两个方面的内容：轴的结构设计和轴的强度计算。

轴设计的主要内容和轴的设计步骤轴设计是机械设计中十分重要的一部分，它直接关系到机械系统的性能和寿命。

轴的设计需要考虑多方面因素，包括载荷、转速、材料强度和刚度等。

在进行轴设计时，一般可以遵循以下步骤：步骤一：确定轴的基本参数在开始设计之前，需要明确轴的功能和使用要求，并确定关键参数，包括轴的类型、长度、直径等。

此外，还要考虑系统的使用条件，如载荷、转速、工作环境等。

步骤二：选择材料材料的选择是轴设计非常重要的一部分。

要选择合适的材料，需要考虑载荷、转速、工作温度等因素。

通常，常用的轴材料有碳钢、合金钢、不锈钢和铝合金等。

步骤三：计算载荷根据轴所承受的载荷，可以进行静力学和强度学的计算。

静力学计算主要包括转矩、弯矩和扭矩等，而强度学计算则包括轴的强度和刚度等。

步骤四：计算尺寸在计算尺寸时，需要根据载荷和材料的强度来确定轴的直径。

直径的选择要满足强度和刚度要求，并考虑到材料的废料和经济性。

步骤五：计算转速转速是轴设计中的重要参数之一。

要保证系统的正常运行，需要根据转速和轴材料的强度来选择合适的直径和材料。

步骤六：进行验算设计完成后，还需进行验算，包括强度验算、刚度验算等。

强度验算主要是对轴的强度进行验证，以确保它能够承受所需的载荷。

而刚度验算主要是对轴的刚度进行验证，以满足系统运动的要求。

步骤七：进行优化根据验算结果，进行必要的优化。

可以通过增加轴的直径、改变材料或者增加支撑点等来改善轴的性能。

步骤八：绘制图纸设计完成后，需要绘制详细的轴图纸。

图纸上应包含轴的主要尺寸、材料、工艺要求等。

步骤九：选择工艺在轴设计完成后，还需要选择合适的工艺进行制造。

常用的轴制造工艺包括铸造、锻造、机械加工等。

轴设计的主要内容包括确定轴的基本参数、选择合适的材料、计算载荷、计算尺寸、计算转速、进行验算、进行优化、绘制图纸以及选择合适的制造工艺。

通过这些步骤，可以设计出满足系统要求的轴，确保机械系统的正常运行。

1.轴的用途及分类轴是组成机器的主要零件之一。

一切作回转运动的传动零件（例如齿轮，涡轮等），都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。

因此轴的主要功用是支承回转零件及传递运动的动力。

按照承受载荷的不同，轴可分为转轴、心咒和传动轴三类。

工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。

这类轴在各种机器中最为常见。

只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。

心轴又分为转动心轴和固定心轴。

只承受扭矩而不承受弯矩（或弯矩很小）的轴称为传动轴。

轴还可按照轴线形状的不同，分为曲轴和直轴。

曲轴通过连杆可以将旋转运动改变为往复直线运动，或作相反的运动变换。

直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。

光轴形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上的零件不易装配及定位；阶梯轴则正好与光轴相反。

因此光轴主要用于心轴和传动轴，阶梯轴则常用于转轴。

直轴一般都制成实心的。

在那些由于机器结构的要求而需在轴中装设其他零件或者减小轴的质量具有特别重大作用的场合，则将轴制成空心的。

在空心轴内径与外径的比值通常为0.5~0.6，以保证轴的刚度及扭转稳定性。

此外，还有一种钢丝软轴，又称钢丝挠性轴，它是由多组钢丝分层卷绕而成的，具有良好的挠性，可以把回转运动灵活的传到不开敞的空间位置。

2.轴设计的主要内容轴的设计也和其他零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。

轴的结构设计是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。

轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。

因此，轴的结构设计是轴设计中的重要内容。

轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。

多数情况下，轴的工作能力取决于轴的强度。

这时只需要对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。

而对刚度要求高的轴（如车床主轴）和受力很大的细长轴，还应进行刚度甲酸，以防止工作时产生过大的弹性变形。

第十一章轴§11-1 概述三．轴的材料主要是碳钢和合金钢。

碳钢：价格低廉，对应力集中的敏感性低，可用热1处理或化学处理提高耐磨性和抗疲劳强度，最常用45号钢。

合金钢：比碳钢具有更高的机械性能和更好的淬火性能。

在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及在高温或低温条件下工作的轴，采用合金钢。

注意：在一般工作温度下（低于200），各种碳钢和合金钢的弹性模量相差不多，所以不四．提高轴的强度的常用措施1．合理布置轴上零件以减小轴的载荷 2．改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 3．改进轴的结构以减小应力集中的影响 4．改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 五．轴的结构工艺性§11-3 轴的计算轴的计算通常在初步完成结构设计后进行校核计算。

计算准则是满足轴的强度或刚度要求，必要时校核轴的振动稳定性。

一．轴的强度校核计算根据轴的受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当选取许用应力。

对于仅仅（或主要）承受扭矩的轴（传动轴），按扭转强度计算； 对于只承受弯矩的轴（心轴），按弯曲强度计算； 对于既承受弯矩又承受扭矩的轴（转轴），按弯扭组合强度进行计算，需要时按疲劳强度进行精确校核。

1．按扭转强度条件计算这种方法只按轴所受的扭矩计算轴的强度；如果还受不大的弯矩，则用降低许用扭转切应力的方法予以考虑。

在作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。

对于不太重要的轴，也可作为最后计算结果。

轴的扭转强度为[]MPa dn PW T TTT ττ≤≈=362.010*55.9由上式可得轴径 [][]mm nPA n P n P d T T 3033636.2.010*55.9.2.010*55.9==≥ττ式中：[]3602.0/10*55.9T A τ=，表15-3。

对于空心轴()mm n PA d 3401β-≥，β=0.5~0.6当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。

轴设计的主要内容和轴的设计步骤一、轴设计的主要内容轴是指工程、机械、汽车等设备中用来传递动力和承受载荷的一个重要组成部分。

轴的设计是指根据设备的工作原理、运行条件、载荷等要求，确定轴的几何形状、尺寸、材料等参数的过程。

良好的轴设计能够保证设备的稳定运行和寿命，提高设备的性能和效率。

轴设计的主要内容包括轴的几何形状、尺寸、材料和连接方式等方面。

1. 轴的几何形状：轴的几何形状通常是圆柱形，也可以是多边形、椭圆形等。

合理的几何形状能够降低应力集中，提高轴的强度和刚度。

2. 轴的尺寸：轴的尺寸包括直径、长度等参数。

根据设备的功率、转速、载荷等要求，确定轴的尺寸，确保轴的强度和刚度满足设计要求。

3. 轴的材料：轴的材料选择应根据设备的工作条件和要求进行。

常用的轴材料有碳素钢、合金钢、不锈钢等。

根据不同的工作条件，选择合适的轴材料，以满足轴的强度和耐磨性等要求。

4. 轴的连接方式：轴的连接方式是指轴与其他部件（如轴套、轴承、齿轮等）的连接形式。

常见的连接方式有键连接、螺纹连接、温度收缩连接等。

根据设备的工作负荷和要求，选择合适的连接方式，确保连接的牢固性和可靠性。

二、轴的设计步骤轴的设计是一个复杂的过程，需要根据具体设备的工作要求和条件来进行。

一般而言，轴的设计步骤包括设计任务确认、轴的受力分析、轴的尺寸计算、轴的校核和轴的优化设计等。

1. 设计任务确认：在轴的设计前，需要明确设计的任务和要求。

包括设备的工作条件、载荷特点、工作环境等方面的要求。

根据这些要求，确定轴的设计指标，为后续的设计提供依据。

2. 轴的受力分析：根据受力分析原理，对轴的受力情况进行计算和分析。

考虑到设备的工作条件和载荷特点，确定轴的受力形式和大小。

根据受力分析结果，选取合适的材料和几何形状。

3. 轴的尺寸计算：根据轴的受力分析结果，进行轴的尺寸计算。

轴的尺寸计算包括轴径的确定、轴长的确定和轴的过盈量的确定等。

根据设备的工作要求和载荷特点，计算得到轴的合理尺寸。

第九章 轴重点难点内容1．轴的结构设计轴的结构设计就是要合理地确定轴各部分的几何形状和尺寸。

包括各轴段的直径、长度、各个轴肩、圆角和倒角的大小、键槽的位置等等。

轴的结构没有标准形式，应根据具体的情况而定。

一般要考虑以下几个方面的问题：1）轴上零件的布置；2）轴上零件的定位和固定；3）轴上零件的装拆工艺性；4）轴的疲劳强度和刚度要求；5）轴的加工工艺性等。

轴的结构设计应满足以下要求：1）轴上零件的布置除了达到工作要求外，要使轴受力最小；2）轴上的零件要定位准确、固定可靠；3）轴上的零件能方便地装配和拆卸；4）轴的加工工艺性要好；5）要应力集中小、疲劳强度要高。

2．轴的强度计算弯扭合成强度条件：W T M W M ca ca 22)(ασ+==≤1][−b σ MPaα是根据扭剪应力的变化性质而定的应力校正系数。

用来考虑扭矩T 产生的扭剪应力τ与弯距M产生的弯曲应力b σ的性质不同。

对轴受转矩的变化规律未知时，一般将τ按脉动循环变应力处理。

疲劳强度安全系数的强度条件：22τσστS S S S S ca += ≥ [ S ] 如同一截面有几个应力集中源，则取其中最大的一个应力集中系数用于计算该截面的疲劳强度。

重要基本概念1．直轴按承受载荷的性质分为三类传动轴：在工作中主要承受转矩，不承受弯矩或承受弯矩很小。

心轴：在工作中只承受弯矩，不承受转矩。

心轴又分为固定心轴和转动心轴。

转轴：在工作中既承受弯矩，又承受转矩。

2．轴的失效形式和设计准则因轴在弯矩和转矩作用下承受变应力，轴肩处有应力集中，因此轴的主要失效形式是疲劳断裂。

设计准则：一般进行疲劳强度校核计算。

对瞬时过载很大的轴，还应进行静强度校核。

对于有刚度要求的轴，要进行刚度计算。

对转速高或载荷周期性变化的轴，要进行振动稳定性计算。

3．轴设计的主要内容和轴的设计步骤K US T轴的设计包括两个主要内容：轴的结构设计和轴的强度计算。

轴的设计步骤：1）选择轴的材料；2）估算轴的最小直径；3）轴的结构设计；4）轴的强度校核；5）必要时进行轴的刚度计算和振动稳定性计算。

一、轴的功能和分类轴是组成机器的重要零件之一，其主要功能是支持作回转运动的传动零件(如齿轮、蜗轮等)，并传递运动和动力。

1、按受载情况分根据轴的受载情况的不同轴可分为转轴、传动轴和心轴三类。

a_1 a_2转轴 b传动轴 c 心轴轴的分类转轴：既受弯矩又受转矩的轴(图a_1、图a_2)；传动轴：主要受转矩，不受弯矩或弯矩很小的轴；心轴：只受弯矩而不受转矩的轴；根据轴工作时是否转动，心轴又可分为转动心轴和固定心轴。

转动心轴：工作时轴承受弯矩，且轴转动；固定心轴：工作时轴承受弯矩，且轴固定2、按轴线形状分根据轴线形状的不同轴又可分为曲轴、直轴和钢丝软轴。

曲轴曲轴：各轴段轴线不在同一直线上，主要用于有往复式运动的机械中，如内燃机中的曲轴(图7-2)。

直轴直轴：各轴段轴线为同一直线。

直轴按外形不同又可分为：光轴：形状简单，应力集中少，易加工，但轴上零件不易装配和定位。

常用于心轴和传动轴(左图)。

阶梯轴：特点与光轴相反，常用于转轴(右图)。

钢丝软轴：由多组钢丝分层卷绕而成，具有良好挠性，可将回转运动灵活地传到不开敞的空间位置。

钢丝软轴二、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。

三、轴的材料及选择轴的材料种类很多，选择时应主要考虑如下因素：1、轴的强度、刚度及耐磨性要求；2、轴的热处理方法及机加工工艺性的要求；3、轴的材料来源和经济性等。

轴的常用材料是碳钢和合金钢。

碳钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过热处理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最广，一般用途的轴，多用含碳量为0.25～0.5%的中碳钢。

尤其是45号钢，对于不重要或受力较小的轴也可用Q235A等普通碳素钢。

合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。

轴的设计计算轴是一种用于传递力矩和转动的零件，广泛应用于机械工程和其他工程领域。

轴设计的主要目标是确保轴的强度、刚度和耐久性，以保证其可靠地工作，并满足特定的工程要求。

轴的设计计算涉及到一系列技术和公式，需要综合考虑材料的强度、载荷分析、刚度要求等因素。

轴的设计计算包括以下几个方面：1.强度计算：轴的强度是指其能承受的最大应力。

在轴的设计过程中，需要根据轴的尺寸、材料的强度和载荷分析等因素，确定轴的强度是否足够。

常用的轴的强度计算公式有临界转矩和弯曲应力公式。

2.载荷分析：轴的设计应根据实际载荷条件进行载荷分析。

载荷分析是指对轴所受到的各种载荷进行计算和分析，确定轴的受力情况。

常见的轴的载荷包括弯矩、扭矩和轴向力等。

3.刚度要求：轴的刚度是指轴对扭转和弯曲的抵抗能力。

在设计过程中，需要根据实际要求确定轴的刚度，保证轴能够满足工程要求。

4.材料选择：轴的材料选择是轴设计中重要的一环。

材料的强度、韧性和耐磨性等性能都会影响轴的使用寿命和可靠性。

根据实际工程要求，选择适合的材料是轴设计计算的关键。

轴的设计计算是一个复杂而综合的过程，需要综合考虑多个因素，并使用适当的计算方法和公式。

以下是一个简单的轴设计计算过程的示例：1.确定载荷条件：根据实际工程要求，确定轴所受到的载荷条件，包括弯矩、扭矩和轴向力等。

2.强度计算：使用弯曲应力公式和扭转应力公式，计算轴在不同载荷条件下的最大应力。

3.强度校核：将计算得到的最大应力与轴材料的强度进行比较，判断轴的强度是否足够。

4.刚度计算：根据实际要求，计算轴的刚度，确保其能够满足工程要求。

5.材料选择：根据实际情况，选择适合的轴材料，保证轴的强度和韧性。

6.轴直径计算：根据载荷条件和强度要求，计算轴的直径。

7.轴长度计算：根据载荷条件和刚度要求，计算轴的长度。

以上仅是轴设计计算的基本步骤和方法，实际的设计计算过程可能更为复杂，需要综合考虑多个因素和条件。

轴的设计计算需要结合实际工程要求，运用适当的计算方法和公式，确保轴的强度、刚度和耐久性，以保证其可靠地工作。

第四章轴的设计机器上所安装的旋转零件，例如带轮、齿轮、联轴器和离合器等都必须用轴来支承，才能正常工作，因此轴是机械中不可缺少的重要零件。

本章将讨论轴的类型、轴的材料和轮毂联接，重点是轴的设计问题，其包括轴的结构设计和强度计算。

结构设计是合理确定轴的形状和尺寸，它除应考虑轴的强度和刚度外，还要考虑使用、加工和装配等方面的许多因素。

4.1 轴的分类按轴受的载荷和功用可分为：1.心轴：只承受弯矩不承受扭矩的轴，主要用于支承回转零件。

如.车辆轴和滑轮轴。

2.传动轴：只承受扭矩不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴,主要用于传递转矩。

如汽车的传动轴。

3.转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴，既支承零件又传递转矩。

如减速器轴。

4.2轴的材料主要承受弯矩和扭矩。

轴的失效形式是疲劳断裂，应具有足够的强度、韧性和耐磨性。

轴的材料从以下中选取：1. 碳素钢优质碳素钢具有较好的机械性能，对应力集中敏感性较低，价格便宜，应用广泛。

例如：35、45、50等优质碳素钢。

一般轴采用45钢，经过调质或正火处理；有耐磨性要求的轴段，应进行表面淬火及低温回火处理。

轻载或不重要的轴，使用普通碳素钢Q235、Q275等。

2. 合金钢合金钢具有较高的机械性能，对应力集中比较敏感，淬火性较好，热处理变形小，价格较贵。

多使用于要求重量轻和轴颈耐磨性的轴。

例如：汽轮发电机轴要求，在高速、高温重载下工作，采用27Cr2Mo1V、38CrMoAlA等。

滑动轴承的高速轴，采用20Cr、20CrMnTi 等。

3. 球墨铸铁球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感低，价格低廉，使用铸造制成外形复杂的轴。

例如：内燃机中的曲轴。

4.3 轴的结构设计如图所示为一齿轮减速器中的的高速轴。

轴上与轴承配合的部份称为轴颈，与传动零件配合的部份称为轴头，连接轴颈与轴头的非配合部份称为轴身，起定位作用的阶梯轴上截面变化的部分称为轴肩。

轴结构设计的基本要求有：（1）、便于轴上零件的装配轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力情况和加工工艺等。

轴的设计毕业论文轴的设计毕业论文引言：在机械设计中，轴是一种常见的零件，用于传递动力和承载负荷。

轴的设计对于机械系统的性能和可靠性至关重要。

本文将探讨轴的设计原理和方法，以及一些常见的轴设计问题和解决方案。

一、轴的基本原理轴是连接两个旋转部件的零件，其主要功能是传递转矩和承载负荷。

轴的设计需要考虑到以下几个方面：1. 轴的材料选择：轴的材料应具有足够的强度和刚度，以承受工作条件下的负荷和应力。

常见的轴材料包括碳钢、合金钢和不锈钢等。

2. 轴的几何形状：轴的几何形状应根据具体的工作条件和要求进行选择。

常见的轴形状有圆柱形、圆锥形和棒状等。

3. 轴的支撑方式：轴的支撑方式对于轴的稳定性和刚度有重要影响。

常见的轴支撑方式包括轴承支撑、滑动支撑和固定支撑等。

二、轴的设计方法轴的设计通常遵循以下步骤：1. 确定工作条件：首先需要明确轴所处的工作条件，包括转速、负荷和工作环境等。

这些条件将决定轴的材料和尺寸。

2. 计算轴的强度和刚度：根据工作条件和轴的几何形状，可以进行强度和刚度的计算。

这些计算可以通过应力分析和有限元分析等方法进行。

3. 选择轴的材料和尺寸：根据强度和刚度的计算结果，选择合适的轴材料和尺寸。

这需要考虑到材料的可获得性、成本和加工性能等因素。

4. 设计轴的支撑方式：根据轴的工作条件和要求，选择合适的轴支撑方式。

这需要考虑到支撑方式的可靠性、刚度和摩擦损失等因素。

5. 进行轴的结构设计：根据以上步骤的结果，进行轴的结构设计。

这包括轴的几何形状、加工工艺和表面处理等。

三、常见的轴设计问题和解决方案在轴的设计过程中，常会遇到一些问题，如轴的振动、疲劳和磨损等。

以下是一些常见的问题和相应的解决方案：1. 轴的振动问题：轴的振动会导致噪音和能量损失。

解决轴的振动问题可以采用减振措施，如增加轴的刚度、改变支撑方式和使用减振装置等。

2. 轴的疲劳问题：轴的疲劳会导致轴的断裂和失效。

解决轴的疲劳问题可以采用增加轴的强度、改变材料和设计合适的过载保护装置等。