轴类强度计算

3.
球墨铸铁、合金铸铁 (高强度铸铁)
价廉、吸振性好、耐磨性好，对应力集中的敏感性较低，铸造 成形，但性脆，可靠性低，品质难控制。 常用于制造外形复杂的轴，如曲轴、凸轮轴。
轴的常用材料及其主要力学特性见
轴的结构设计
12
设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。
设计要求： 1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装) 2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位) 3.各零件要牢固而可靠地相对固定；(固定) 4.改善应力状况，减小应力集中。
第十二章
轴的设计
1
第一节 第二节 第三节
概述 轴的设计举例 轴的强度、刚度计算
2
本章重点：
① 轴的类型，轴的常用材料； ② 轴的结构； ③ 轴上零件的轴向定位和固定方法； 轴上零件的周向定位和固定方法；
④ 按扭转强度计算轴的直径。
轴的功用：主要用于支承传动零件 (齿轮、带轮等) 并
传递运动和动力。
越程槽和退刀槽
17
（3）为去掉毛刺，利于装配，轴端应制出45°倒角。
45°倒角 45°倒角
( 4)当采用过盈配合联结时，配合轴段的零件装入端，常加工 成半锥角为30°的导向锥面。若还附加键联结，则键槽的长度 应延长到锥面处，便于轮毂上键槽与键对中。
18
（5）如果需从轴的一端装入两个过盈配合的零件，则轴上两配 合轴段的直径不应相等，否则第一个零件压入后，会把第二个零件 配合的表面拉毛，影响配合。
一般情况下，直轴 做成实心轴，需要 减重时做成空心轴
6
轴的功用和类型
分类： 按承受载荷分有： 类 型 按轴的形状分有：
7
转轴---传递扭矩又承受弯矩
传动轴---只传递扭矩 心轴---只承受弯矩 直轴 曲轴 光轴 阶梯轴

实体保持架：用铜合金、 实体保持架：用铜合金、铝合金或酚醛树脂等制 与滚动体间的间隙较小，允许轴承有较高转速。 成，与滚动体间的间隙较小，允许轴承有较高转速。
第二节 滚动轴承的主要类型及选择
一．滚动轴承的结构特性
1．公称接触角 ．
α角的大小反映了轴承承受轴向载荷的能力。α角越 角的大小反映了轴承承受轴向载荷的能力。 角越 角的大小反映了轴承承受轴向载荷的能力 轴承承受轴向载荷的能力越大。 大，轴承承受轴向载荷的能力越大。
第二节 滚动轴承的主要类型及选择
3、调心轴承（外圈滚道为球面 ） 、调心轴承（ （1）调心球轴承 ） 类型代号 ：1 承载方向： 承载方向：可同时承受径 向载荷及少量双向轴向载荷 极限转速： 极限转速：中 额定负荷比： 0.6～0.9 额定负荷比： ～ 角偏位能力： ° 角偏位能力：1.5°～3° ° 使用条件： 使用条件：刚性小及难以对中的轴 类型代号 ：2 （2）调心滚子轴承 承载方向： 承载方向：可同时承受径向载荷及少量双向轴向载荷 额定负荷比： 额定负荷比： 1.8～4 ～ 极限转速： 极限转速：低 角偏位能力： 角偏位能力： 1.5°～3° ° ° 使用条件： 使用条件：其他轴承不能胜任的重负荷
主要区别： 主要区别：承受轴向外载荷的能力
第二节 滚动轴承的主要类型及选择
三、滚动轴承的性能和特点
◆ 按轴承的结构形式不同分类： 按轴承的结构形式不同分类：
在实际应用中，滚动轴承的结构形式有很多。作为标准件的滚动轴承，在 在实际应用中，滚动轴承的结构形式有很多。作为标准件的滚动轴承， 标准件的滚动轴承 国家标准中分为13 13种 其中，最为常用的轴承大约有下列６ 国家标准中分为13种，其中，最为常用的轴承大约有下列６种:
深沟球轴承

轴总结轴总结1. 简介在机械工程中，轴是一种常用的机械元件，用于支撑和传动旋转运动。

轴通常由金属制成，具有高强度和硬度，以承受工作负荷和传递动力。

轴广泛应用于各种机械设备中，如汽车发动机、风力发电机等。

本文将对轴的类型、设计、制造以及故障检测等方面进行总结。

2. 轴的类型根据轴的不同用途和结构特点，可以分为以下几种类型：2.1. 直轴直轴是最常见的一种轴类型，形状为直线，通常用于传递旋转运动。

2.2. 中空轴中空轴具有中空的内部空间，通常用于传递旋转运动的同时还需要通过轴内部进行其他操作，如流体传输等。

2.3. 锥形轴锥形轴的形状呈锥形，可以用于传递转动运动和力的传递。

2.4. 空心轴空心轴也是一种具有中空结构的轴，但其空心部分通常用于减轻重量而非进行其他操作。

2.5. 组合轴组合轴是由多个轴组合而成的，通常用于传递复杂的运动和力。

3. 轴的设计轴的设计需要考虑以下几个方面：3.1. 强度计算在设计轴时，需要考虑所承受的工作负荷和转速，以计算轴的强度。

常用的计算方法包括静力学和动力学计算，以及有限元分析等。

3.2. 材料选择轴的材料选择通常需要考虑强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性等因素。

常见的轴材料包括碳钢、合金钢、不锈钢等。

3.3. 轴的直径和长度轴的直径和长度取决于所需的工作负荷和转速，需要根据强度计算结果进行调整。

3.4. 表面处理为了提高轴的耐磨性和表面光洁度，常进行表面处理，如镀铬、热处理、抛光等。

4. 轴的制造4.1. 材料准备制造轴之前，需要准备合适的材料，根据设计要求选择合适的材料进行加工。

4.2. 加工工艺轴的制造通常包括以下几个加工工艺：车削、铣削、钻孔、磨削等。

根据轴的要求和材料特性选择合适的加工工艺。

4.3. 热处理热处理是提高轴强度和硬度的重要步骤。

常用的热处理方法包括淬火、回火、表面渗碳等。

4.4. 表面处理在轴的制造过程中，常常需要进行表面处理，如镀铬、抛光等，以提高轴的表面质量和耐磨性。

材料力学课程设计设计计算说明书设计题目：曲柄轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算序号: 160题号: 10 - 16教学号:专业: 土木工程（路桥）姓名：指导教师：目录一、材料力学课程设计的目的—————————2二、材料力学课程设计的任务和要求——————3三、设计计算说明书的要求——————————3四、分析讨论及说明部分的要求————————4五、程序计算部分的要求———————————4六、设计题目————————————————5七、设计内容————————————————6 （一）画出曲柄轴的内力图------------------ 7 （二）设计曲柄颈直径d，主轴颈直径D------- 9 （三）校核曲柄臂的强度--------------------10 （四）校核主轴颈的疲劳强度--------------- 14 （五）用能量法计算A截面的转角----------- 15 （六）计算机程序------------------------- 17八、设计体会——————————————----21九、参考文献——————————————----21一、课程设计的目的材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。

同时，可以使我们将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。

既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既能对以前所学的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等）的综合应用，又为后继课程（机械设计、专业课等）得学习打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。

1、使所学的材料力学知识系统化，完整化。

2、在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际问题。

第十四章
• • • • • • 轴的功用和类型 轴的材料 轴的结构设计 轴的强度计算 轴的刚度计算 轴的临界转速的概念
轴
第一节 轴的功用和类型
一、轴的功用
● 支撑回转零件，如齿轮、带轮； 传递运动和转矩 ●
二、轴的类型
● 心轴 — 只承受弯矩 按受载 ● 传动轴 — 只承受转矩 ● 转轴 — 既受弯矩、又受转矩 ● 直 轴（光轴、阶梯轴） ●曲 轴
第三节 轴的结构设计
倒角
砂轮越程槽
第三节 轴的结构设计
轴环
第三节 轴的结构设计
• 三、轴上零件的轴向定位和固定 • 定位 － 使轴上零件处于正确的工作位置；
• 固定 － 使轴上零件牢固地保持这一位置。 阶梯轴上截 • 目的 － 防止轴上零件工作时发生轴向蹿动。 面变化处 • 常用的轴向定位和固定方法：
第三节 轴的结构设计
为保证轴上零件紧靠在定位面（轴肩），轴 肩的圆角须大于C1或R。
第三节 轴的结构设计
• 四、改善轴的受力状况，减小应力集中 • 合理布置轴上零件可以改善轴的受力状况。
第三节 轴的结构设计
• 减小应力集中 • 零件截面发生突 然变化的地方， 都会产生应力集 中。合金钢对应 力集中比较敏感， 尤需加以注意。
第四节 轴的强度计算
第四节 轴的强度计算
第四节 轴的强度计算
第四节 轴的强度计算
第四节 轴的强度计算
• 若计算的截面有一个键槽，则将计算出的轴的直 径 d加大4%左右，若两个键槽，则增大8%，然 后圆整成标准直径。 • 对于一般用途的轴，按上述方法设计计算即可。 对于重要的轴，还需进一步的强度校核（如安全 系数法） • 安全系数的校核计算包括疲劳强度和静力强度两 项内容。 • 疲劳强度的校核即计入应力集中、表面状态和绝 对尺寸影响以后的精确校核。 • 静强度校核的目的在于校核轴对塑性变形的抵抗 能力。

教案轴的结构可以分为实心轴和空心轴，如图常用于往复式机械中，例如燃机、空气压缩机等。

可以实现直线运动与旋转运它不受任何空间的限制，可以将扭转或旋转运动灵活地传到任何所需的位置，常用于医疗设备、操纵机构、⎩⎨⎧无弯矩传动轴：只承受扭矩而固定转动受弯矩心轴：只承受扭矩不承受弯矩（常见）转轴：既承受扭矩又承图14－1图14－2图14－3 图14－4图14－5 图14－6图14－7图14－8轴的材料由于轴工作时产生的应力多为变应力，所以轴的失效多为疲劳损坏，因此轴的材料应具有足够的疲劳强度、较小的应力集中敏感性和良好的加工性能等。

要合理考虑机器的总体布局，轴上零件的类型及其定位方式，轴上载荷的大小、性质、方向和分布情况等，同时要考虑轴的加工和装配工艺等，合理地确定轴的结构形状和尺寸。

总体来说，轴的结构应该满足：轴和装配在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上零件应便于拆装和调整；轴应该具有良好的制造工艺性等。

下面我们就来讨论轴的结构设计中的几个主要问题。

一、拟订轴上零件的装配方案在进行结构设计时，首先应按传动简图上所给出的各主要零件的相互位置关系拟订轴上零件的装配方案。

轴上零件的装配方案不同，轴的结构形状也不同。

在实际设计过程中，往往拟订几种不同的装配方案进行比较，从中选出一种最佳方案。

如图所示为一单级圆柱齿轮减速器简图。

其输出轴上装有齿轮、联轴器和滚动轴承。

可以采用如下的装配方案：将齿轮、左端轴承和联轴器从轴的左端装配，右端轴承从轴的右端装配。

在考虑了轴的加工及轴和轴上零件的定位、装配与调整要求后，确定轴的结构形式如图所示。

二、轴上零件的轴向定位轴上零件的定位和固定是两个不同的概念。

定位是针对装配而言的，为了保证准确的安装位置；固定是针对工作而言的，为了使运转中保持原位不变。

但二者之间又有联系，通常作为结构措施，既起固定作用尤其定位作用。

为了传递运动和动力，保证机械的工作精度和使用可靠，零件必须可靠地安装在轴上，不允许零件沿轴向发生相对运动。

2024年机械设计基础课程教案讲义轴的设计教案一、教学内容本节课选自《机械设计基础》教材第四章第二节，主题为轴的设计。

详细内容包括：轴的类型与结构特点、轴的材料选择、轴的强度计算、轴的刚度计算、轴的振动分析等。

二、教学目标1. 理解并掌握轴的类型、结构特点及其在机械系统中的应用。

2. 学会根据工作条件选择合适的轴材料，并进行轴的强度和刚度计算。

3. 了解轴的振动原因及防治措施，提高轴的设计水平。

三、教学难点与重点重点：轴的材料选择、强度计算、刚度计算。

难点：轴的振动分析及防治措施。

四、教具与学具准备1. 教具：PPT、黑板、粉笔。

2. 学具：计算器、教材、笔记本。

五、教学过程1. 实践情景引入（5分钟）：通过展示不同类型的轴及其在机械设备中的应用，激发学生对轴设计的学习兴趣。

详细内容：介绍汽车传动轴、涡轮轴、曲轴等轴的类型及结构特点。

2. 理论讲解（15分钟）：讲解轴的材料选择、强度计算、刚度计算及振动分析。

详细内容：（1）轴的材料选择：介绍常用轴材料及其性能，如碳钢、合金钢等。

（2）轴的强度计算：讲解轴的扭转强度、弯曲强度计算方法。

（3）轴的刚度计算：介绍轴的扭转刚度、弯曲刚度计算方法。

（4）轴的振动分析：分析轴振动的原因、危害及防治措施。

3. 例题讲解（15分钟）：讲解一道轴的设计计算题，巩固所学知识。

详细内容：某汽车传动轴设计计算。

4. 随堂练习（10分钟）：布置一道轴设计计算题目，让学生独立完成。

详细内容：某涡轮轴设计计算。

六、板书设计1. 轴的类型与结构特点2. 轴的材料选择3. 轴的强度计算4. 轴的刚度计算5. 轴的振动分析七、作业设计1. 作业题目：（1）简述轴的类型及结构特点。

（2）某轴的材料为45钢，直径为50mm，工作扭矩为1000N·m，试计算其扭转强度。

（3）某轴的材料为40Cr，直径为60mm，工作弯矩为1000N·m，试计算其弯曲强度。

2. 答案：（2）扭转强度计算公式：τ = T/(πd^3/16)，其中T为扭矩，d为轴径。

球墨铸铁强度高，可达到某些中碳钢或合金钢的强度， 铸造质量稳定。
对大型、结构复杂且对强度要求高的轴可采用铸钢制 造。
轴的常用材料及主要力学性能见P241表14-1。
§14-3 轴的结构设计
一. 轴的结构设计内容 1. 确定轴的支承跨距； 2. 确定各段轴的直径和长度； 3. 确定轴沿轴向的形状、工艺结构及尺寸。
2) 轴肩过渡处，在满足定位高度要求条件下，轴 的直径变化应尽量小。
3) 避免应力集中源重叠，键槽的端部与轴肩的距 离不宜过小。
4）降低表面粗糙度。 5） 对重要的轴可采用强化处理，如：滚压、喷丸等表 面强化处理，高频淬火，或采用渗碳、氰化、氮化等化学处 理。
5. 改善轴的受力状况，减小应力集中 合理布置轴上的零件可以改善轴的受力状况： 1）起重机卷筒的 布置方案
轴
§14-1 轴的功用和类型
轴是组成机器的重要零件，轴的设计、制造质量直接影 响机器的工作质量和性能。
一. 轴的作用 1. 支承回转零件，使其具有确定的工作位置。 2. 传递运动和扭矩。
二. 轴的分类 1. 按轴的形状分
1）直轴
光轴 阶梯轴
实心轴 空心轴
2) 曲轴
曲轴是内燃机、冲、 剪等机器设备中的轴，属 专用机械零件。
三. 轴的设计内容 1. 选择轴的制造材料及热处理方法； 2. 进行轴的结构设计，确定轴的形状和尺寸；
3. 对轴进行强度计算； 4. 必要时进行轴的刚度计算及振动稳定性计算；
5. 绘制轴的工作图。 正确设计轴的结构，利用弯扭合成强度理论设计转轴 是本章的学习重点。
§14-2 轴的材料
一. 轴的选材要求 1. 具有良好的机械性能。（强度、刚度、冲击韧性、 耐磨性、耐腐蚀性等）

轴类零件摘要：轴类零件是机械传动系统中不可或缺的重要组成部分。

本文将从轴类零件的定义、分类、功能、设计要点等方面进行详细介绍，旨在帮助读者了解和掌握轴类零件的基本知识。

1. 引言轴类零件是机械传动系统中起着连接、支撑和传递动力的作用的零部件。

在机械工程中，轴类零件的设计与制造对于保证传动系统的正常运转至关重要。

本文将围绕轴类零件的定义、分类、功能和设计要点等方面进行探讨。

2. 轴类零件的定义轴类零件是指在机械传动系统中作为主动与从动元件之间的连接部分，用于支撑、传递动力和承受负载的零部件。

轴类零件通常由金属材料制成，具有较高的强度和硬度。

3. 轴类零件的分类根据用途和结构形式的不同，轴类零件可以分为以下几种：3.1 固定轴：用于将动力传递给从动零件的轴类零件，固定在机械设备中并与其他零件连接。

3.2 支承轴：用于支撑机械设备中其他元件或部件的轴类零件，通常由两个或多个支承轴组合而成。

3.3 编织轴：用于连接两个或多个旋转部件的轴类零件，通常在传动系统中起到平行轴传动的作用。

3.4 传动轴：用于将动力从一个装置传递到另一个装置的轴类零件，通常作为主动与从动零件之间的连接。

4. 轴类零件的功能轴类零件作为机械传动系统的核心组成部分，具有以下几个主要功能：4.1 承载负载：轴类零件能够承受传动过程中产生的负载，保证传动系统的稳定运行。

4.2 传递动力：轴类零件能够将主动零件传递的动力传递给从动零件，实现机械传动系统的正常工作。

4.3 支撑元件：轴类零件作为机械设备中的支撑部件，能够支撑其他元件或部件，保证整个机械系统的稳定性。

4.4 连接部分：轴类零件作为连接主动与从动元件的部分，实现传动系统的有效连接，保证力的传递和能量转换。

5. 轴类零件的设计要点在轴类零件的设计过程中，需要考虑以下几个关键要点：5.1 强度计算：根据传动系统的工作条件和负载要求，进行轴类零件的强度计算，以保证轴的安全使用。

5.2 材料选择：选择合适的材料，考虑轴类零件的强度、硬度和韧性等指标，以满足传动系统的工作要求。

机械基础
——机械零件
第五章 机械零件——轴
§5-1 概述 §5-2 轴径的初步估算 §5-3 轴的结构设计 §5-4 轴的强度和刚度计算
§5-1 概述
一、轴的主要功用 1、支承轴上回转零件（如齿轮） 2、传递运动和动力
3、受弯矩，抵抗变形，保证轴上零件正常工作。
二、轴的分类
1、按承载情况分 转轴：既传递转矩（T）、又承受弯矩（M）
2、合金钢：40Cr、40MnB、20CrMnTi等，强度高、寿命 长，对应力集中敏感，价格较贵。用于重载、 小尺寸的轴。
种类
注意：钢材
对钢材弹性模量E影响很小，
热处理
∴用 热处理 不能提高轴的刚度。 合金钢
问：当轴的刚度不足时，如何提高轴的刚度？ 3、合金铸铁、QT：铸造成形，吸振，可靠性低，品
F
等强度
阶梯轴
一、轴上零件的布置 轴颈：装轴承处
尺寸= 轴承内径；
组成 轴头：装轮毂处
直径与轮毂内径相当；
轴身：联接轴颈和轴头部分。
典型轴系结构
轴承盖 滚动轴承 齿轮 滚动轴承 轴承盖 键槽
联轴器
轴颈
轴身
轴头
轴颈
轴身
轴头
装配方案的比较：
二、各轴段直径和长度的确定 1、d：由载荷→dmin→由结构设计要求确定各段的d。 2、L：由轴上零件相对位置及零件宽度决定，同时考虑： 1）轴段长比轮毂宽小2~3mm——可靠定位。 2）传动件、箱体、轴承、联轴器等零件间距离(查手册)。
4、塑性变形— 短期尖峰载荷— 验算屈服强度。 设计的主要问题：
1、合理的结构设计— 保证轴上零件有可靠的 工作位置，装配、拆卸方便，周向、轴向固 定可靠，便于轴上零件的调整；

方 头 — B型—常用螺钉固定 （盘铣刀加工） 半圆头—C型（端铣刀加工）—用于轴端与轮 毂联接
汽车机械基础
薄型平键
汽车工程系
键高约为普通平键的60%~70%： 圆头、方头、单圆头。
用于薄臂结构、空心轴等径向尺 寸受限制的联接 。
汽车机械基础
汽车工程系
导向平键与滑键：用于动联接，即轴与轮
毂之间有相对轴向移动的 联接
汽车机械基础
汽车工程系
切向键：由两个普通楔键组成。装配后两
个互相平行的窄面是工作面，主要依靠工作 面直接传递转矩。切向键能传递很大转矩， 常用于重型机械。
汽车机械基础
汽车工程系 汽车机械基础
汽车工程系
键连接按键在连接中的松紧状态分为松 键连接和紧键连接。 平键连接和半圆键连接都是松键连接。
楔键连接和切向键连接都是紧键连接。
汽车机械基础
汽车工程系
2、花键类型 按齿形分： ①矩形花键
矩形花键联接定心 精度高，定心稳定性 好，配合面热处理后 引起的变形可用磨削 的方法消除，齿侧面 为两平行平面，加工 容易，应用广泛。
汽车机械基础
汽车工程系
② 渐开线花键
渐开线花键的齿廓为渐开线，应力集中比矩形花键 小，齿根处齿厚增加，强度高。当齿受载时，齿上 的径向力能自动定心，有利于各齿均载，应用广泛 ，优先采用。
汽车机械基础
汽车工程系
软轴：挠性好，可以把回转运动灵活地传到
任何空间位置。
汽车机械基础
2、轴的材料
汽车工程系
轴的主要失效形式：疲劳破坏 轴的材料要求：较高的强度、刚度和一定
的耐磨性。
轴的毛坯一般多为轧制圆钢和锻件。
轴的常用材料：主要是碳素钢和合金钢。

i
l0

(2)按照整体稳定的要求算出所需要的截面积 A=N／( f)， 同时利用附表3中截面回转半径和其轮廓尺寸的近似关 系，ix=1h和iy=2b确定截面的高度h和宽度b，选择型 钢型号或者确定组合截面尺寸。


i l0
N f A
型钢：ix , iy

组合截面：ix 1h, iy 2b
33
44
10 x x 10
10 10
验算整体稳定、刚度和局部稳定性 验算整体稳定、刚度和局部稳定性
==l xl/i/i=420/10.63=39.5<[ ]=150， xx x x x =420/10.63=39.5<[ ]=150， ==l yl/i/i=420/6.42=65.4<[ ]=150， yy y y y =420/6.42=65.4<[ ]=150，
轴心受压构件，当截面无削弱时，强度不必计算。
二、刚度计算： 保证构件在运输、安装、使用时不产生过大变形 1、受拉构件。
l 0 构件的计算长度；
i I 截面的回转半径； A
l0 [ ] i
l0x x [ ] ix
( 4 2)
[ ] 构件的容许长细比，其 取值详见规范或教
10203.44 N/mm2 f f 215N/mm2 2 10 203. N/mm2 215N/mm A 00778 6322 A . .778 63. .
翼缘宽厚比为 bb/t=(12.5－0.3)/1=12.2<10＋0.1×65.4=16.5 翼缘宽厚比为 1 1 /t=(12.5－0.3)/1=12.2<10＋0.1×65.4=16.5 腹板高厚比为 hh/t/t w=(24－2)/0.6=36.7<25+0.5×65.4=57.7 腹板高厚比为 0 0 w=(24－2)/0.6=36.7<25+0.5×65.4=57.7 构件的整体稳定、刚度和局部稳定都满足要求。 构件的整体稳定、刚度和局部稳定都满足要求。

1.2 轴类零件的分类根据承受载荷的不同分为：1）转轴:定义：既能承受弯矩又承受扭矩的轴2）心轴:定义：只承受弯矩而不承受扭矩的轴3）传送轴:定义：只承受扭矩而不承受弯矩的轴4）根据轴的外形，可以将直轴分为光轴和阶梯轴;5）根据轴内部状况，又可以将直轴分为实心轴和空。

1.3轴类零件的设计要求1.3。

1、轴的设计概要⑴轴的工作能力设计。

主要进行轴的强度设计、刚度设计,对于转速较高的轴还要进行振动稳定性的计算。

⑵轴的结构设计.根据轴的功能，轴必须保证轴上零件的安装固定和保证轴系在机器中的支撑要求，同时应具有良好的工艺性。

一般的设计步骤为：选择材料，初估轴径，结构设计，强度校核，必要时要进行刚度校核和稳定性计算。

1.3。

2、轴的材料轴是主要的支承件,常采用机械性能较好的材料。

常用材料包括：碳素钢：该类材料对应力集中的敏感性较小,价格较低，是轴类零件最常用的材料。

常用牌号有：30、35、40、45、50。

采用优质碳素钢时应进行热处理以改善其性能。

受力较小或不重要的轴，也可以选用Q235、Q255等普通碳钢。

45钢价格相对比较便宜,经过调质(或正火)后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45-52HRC，是轴类零件的常用材料。

合金钢具有更好的机械性能和热处理性能，可以适用于要求重载、高温、结构尺寸小、重量轻等使用场合的轴，但对应力集中较敏感，价格也较高。

设计中尤其要注意从结构上减小应力集中，并提高其表面质量。

40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件,这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。

轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn,经调质和表面高频淬火后,表面硬度可达50—58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。

精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。

这种钢经调质和表面氮化后,由于此钢氮化层硬度高，耐磨性好,而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好，还具备一定的耐热性和耐蚀性。

机械设计期末公式总结一、强度学1. 极限强度公式极限强度公式是判断零件是否足够强度的重要公式之一。

常用的极限强度公式有「螺纹连接零件构件」「螺柱连接零件构件」「挤压件」「轴零件」「刚性连接构件」等。

2. 应力公式应力公式是研究零件应力分布的基本公式，包括挠度以及受力零件其余部分的应力。

应力公式一般有「平面应力裂纹和极坐标应力裂纹」等。

3. 弯曲公式弯曲公式是研究长条材料在承受弯曲作用下的变形量等的基本公式，常用的弯曲公式有「弯曲应力裂纹公式」。

二、传动学1. 动力庞加莱关系是动力分析的基本公式之一。

动力为质点在力的作用下产生运动的因素，包括「质量、速度、加速度」等。

2. 映射坡道柱塞传动机构是传动学中常用的一种机构，用于实现往复运动。

映射也是其中的一种关系，用于研究平行运动以及副曲线运动的机构。

3. 齿轮传动齿轮传动是机械传动中常用的一种方式，常见有「直齿轮传动」「斜齿轮传动」「蜗杆传动」「固定齿轮传动」等。

三、力学1. 静力静力是研究静止状态下的力学性质的学科，包括「力的平衡」等。

2. 动力动力是研究运动状态下的力学性质的学科，包括「牛顿定律」「质心运动学定理」「动量守恒定律」「僵直度」等。

四、流体力学1. 流动理论流动理论是研究流体运动规律的学科，包括「流体的动力学平衡方程」「能量方程」「动量方程」「连续方程」等。

2. 流动可视化流动可视化是通过实验手段使流动可视化，用以观察流体在各种状况下的运动情况。

常用的流动可视化方法有「理想流」「旋流」「螺旋流」「射流」等。

五、热力学1. 热力学循环热力学循环是研究热力学过程中能量转换的循环过程。

常见的热力学循环有「卡诺循环」「斯特林循环」「布雷顿循环」「朗肯循环」等。

2. 热传导热传导是研究过热物质与冷物质间的热传导现象，常见的热传导公式有「傅里叶热传导定律」「斯托克斯热传导定律」等。

六、材料学1. 线性模型线性模型是材料学中常用的模型之一，常用的线性模型有「胡克定律」「西格玛定律」等。

机械设计基础-12.1轴第一篇：机械设计基础-12.1轴第十二章轴主要内容1、轴的结构设计：影响轴结构的因素；轴的台阶化设计；轴的设计步骤。

2、轴的强度与刚度计算：轴上载荷及应力分析；轴的强度计算、刚度计算等。

基本要求1、了解轴的功用、类型、特点及应用。

2、掌握轴的结构设计方法。

3、掌握轴的三种强度计算方法：按扭转强度计算、按弯扭合成强度计算、按疲劳强度进行安全系数校核计算。

重点难点1、轴的结构设计，强度计算。

2、转轴设计程序问题。

3、弯扭合成强度计算中的应力校正系数a。

第二篇：机械设计基础机械设计基础》考试大纲一、考试的性质与地位《机械设计基础》是高等工科院校机械类专业的一门重要技术基础课，它在教学计划中起着承先启后的桥梁作用，为学生学习后续的专业课打下必要的基础。

它不仅具有较强的理论性，同时具有较强的实用性。

它在培养机械类工程技术人才的全过程中，具有培养学生的工程意识，增强学生的机械理论基础，提高学生对机械技术工作的适应性，培养其开发创新能力的重要作用。

本课程的目标在于培养学生掌握机械设计的基本知识、基本理论和基本方法；培养学生具备机械设计中的一般通用零部件设计方法的能力，为后继专业课程学习和今后从事设计工作打下坚实的基础。

二、考试内容(一)绪论1．了解本课程的研究对象及本课程在教学中的地位。

2．掌握机器、机构、构件、零件等基本概念。

3．了解对机械设计的基本要求。

(二)平面机构的运动简图及自由度1．掌握运动副的概念及分类。

2．能够绘制简单的机构运动简图。

3．掌握机构自由度的计算。

(三)平面连杆机构1．了解平面连杆机构的基本类型、特点及应用。

2．掌握铰链四杆机构基本类型的判别。

3．掌握四杆机构基本特性及四杆机构的设计方法。

(四)凸轮机构1．了解凸轮机构的类型和应用。

2．熟悉凸轮从动件常用运动规律，了解其特性及应用场合。

3．掌握图解法设计凸轮轮廓的方法。

4．熟悉凸轮机构基本尺寸的确定原则。

(五)螺纹联接1．了解螺纹的形成、分类、主要参数、特点和应用。

四. 轴的结构分析
轴的结构分析：包括定出轴的合理的外形和全部结 构尺寸：
1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装) 2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位) 3.各零件要牢固而可靠地相对固定；(固定)
4.改善应力状况，减小应力集中。
四. 轴的结构分析
减小应力集中
合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。
四. 轴的结构分析
KISSsoft轴模型建立完毕
四. 轴的结构分析
下面请大家根据刚才所讲的内容，使用 KISSsoft软件中的轴模块对下面的案例做一下 练习，加深对轴和轴承的认识。
轴模型建立练习
五. 轴模块DIN 743标准简介（附录）
DIN 743-1-2000 轴类.负载能力的计算.第1部分: 导论基础 Shafts and axles, calculation of load capacity - Part 1: General basics DIN 743-2-2000 轴类.负载能力的计算.第2部分:理论应力集中因素和疲劳缺口因素 Shafts and axles, calculation of load capacity - Part 2: Theoretical stress concentration factors and fatigue notch factors
四. 轴的结构分析
下面使用KISSsoft 轴模块建立模型，已知条件：
轴段1-8(从左向右): l=80mm, d=45mm; l=50mm,d=50mm; l=66mm,d=55mm; l=78mm,d=60mm; l=10mm,d=75mm; l=25mm,d=60mm; l=8mm, d=45mm; l=30mm, d=53mm。 输入driven（联轴器、马达）：P=15KW，n=280 1/min y=20mm, l=40mm, d=45mm;过盈配合：l=40mm，最松状 态（slight） 键：y=5mm, l=20mm，依据DIN 6885.1标准 输出driving（齿轮）：P=15KW，y=234mm, l=80mm, 节 圆直径 dw=450mm; αwn=20°；类型：直齿轮。 轴承：类型（角接触球轴承）型号：SKF * 7311 BECBP [单滚子（内径×外径×宽度）d×D×b=55×120×29]。 定位形式：分别（从左向右）为左右分别固定方式。

则
安全系数
n_s_kd :=
该系数 静载荷时安全系数比较，看是否合适。
αααα说明 动载荷也可转化为静载荷计算ααααααααααααααααααααααααααααααααααα
轴端强度计算
说明 依据材料力学第三章扭转编写计算步骤，适用于实心等截面圆轴纯扭转的强度计算。 − − − − − − − − − − − −已知条件 ⋅ − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − 电机规格 额定 率 额定转速 轴径 630kW − 8 PN := 630kW n := 750 = 750 D := 0.120m 材料 := 45 材料类别 := 1 查手册 σs := 335MPa load := 3 1表示塑性 2表示脆性
Tmax = 37.825 ⋅ MPa Wt
− − − − − − − − − − −安全系数 ⋅ − − − − − − − − − − − − − − − − − − − 安全系数 n_s := τ = 7.085 τmax
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
请根据负载情况，选择合适的安全系数
αααα一般零部件安全系数推荐值
材料力学推荐
αααααααααααααααααααααααααα
αααα关键零部件安全系数推荐值
个人
验，请灵活掌握
αααααααααααααααααααα
安全系数 塑性材料 脆性材料
静载荷 2.2 2.7 2.9 3.4
轻微冲击 2.8 3.4 3.9 4.7
冲击 3.7 5.9
5.6 7.8
αααα说明 动载荷也可转化为静载荷计算ααααααααααααααααααααααααααααααααααα 若考虑突然施 载荷冲击 Kd := 2 n_s = 3.543 Kd