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。

轴结构的设计步骤轴的结构设计须在经过初步强度计算，已知轴的最小直径以及轴上零件尺寸（主要是毂孔直径及宽度）后才进行。

其主要步骤为：1．确定轴上零件装配方案：轴的结构与轴上零件的位置及从轴的哪一端装配有关。

2．确认轴上零件定位方式：根据具体内容工作情况，对轴上零件的轴向和周向的定位方式展开挑选。

轴向定位通常就是轴肩或轴环与套筒、螺母、挡圈等女团采用，周向定位多使用平键、花键或过盈协调连结。

3．确定各轴段直径：轴的结构设计是在初步估算轴径的基础上进行的，为了零件在轴上定位的需要，通常轴设计为阶梯轴。

根据作用的不同，轴的轴肩可分为定位轴肩和工艺轴肩（为装配方便而设），定位轴肩的高度值有一定的要求；工艺轴肩的高度值则较小，无特别要求。

所以直径的确定是在强度计算基础上，根据轴向定位的要求，定出各轴段的最终直径。

4．确认各轴段长度：主要根据轴上协调零件毂孔长度、边线、轴承宽度、轴承斜槽的厚度等因素确认。

5．确定轴的结构细节：如倒角尺寸、过渡圆角半径、退刀槽尺寸、轴端螺纹孔尺寸；选择键槽尺寸等6．确认轴的加工精度、尺寸公差、形位公差、协调、表面粗糙度及技术建议：轴的精度根据协调建议和加工可能性而的定。

精度越高，成本越高。

通用型机器中轴的精度多为it5～it7。

轴应当根据加装建议，厘定合理的形位公差，主要存有：协调轴段的直径相对于轴颈（基准）的同轴度及它的圆度、圆柱度；定位轴肩的垂直度；键槽相对于轴心线的平行度和等距度等。

7．画出轴的工作图：轴的结构设计常与轴的强度计算和刚度计算、轴承及联轴器尺寸的选择计算、键联结强度校核计算等交叉进行，反复修改，最后确定最佳结构方案，画出轴的结构图。

轴的结构设计须在经过初步强度排序，未知轴的最轻直径以及轴上零件尺寸（主要就是毂孔直径及宽度）后才展开。

其主要步骤为：1．确定轴上零件装配方案：轴的结构与轴上零件的位置及从轴的哪一端装配有关。

2．确认轴上零件定位方式：根据具体内容工作情况，对轴上零件的轴向和周向的定位方式展开挑选。

举例说明轴结构设计的要点一、介绍轴结构设计的背景和意义轴是机械传动中的重要部件，其结构设计直接影响到机械性能和使用寿命。

因此，轴结构设计是机械设计中非常重要的一个环节。

合理的轴结构设计可以提高机械设备的工作效率和使用寿命，降低维修成本和故障率。

二、轴结构设计的要点1. 轴的材料选择轴的材料应该具有良好的力学性能、耐磨性和耐腐蚀性。

常用的轴材料有碳素钢、合金钢、不锈钢等。

在选择材料时，还需要考虑到生产成本和可靠性等因素。

2. 轴径和长度确定轴径和长度是根据承载力、转速、工作条件等因素来确定的。

一般来说，轴径越大，承载能力越强，但也会增加制造成本；而轴长度则需要根据具体情况进行合理设置。

3. 轴承选型与布局在进行轴结构设计时，需要根据承载能力及转速等因素来选择合适的轴承类型，并进行合理布局。

同时还需要注意保证轴承的润滑和散热条件。

4. 轴的表面处理轴的表面处理对于其使用寿命和性能有着重要的影响。

常用的表面处理方法包括镀铬、氮化、热处理等。

选择合适的表面处理方法可以提高轴的耐磨性和耐腐蚀性。

5. 轴尺寸公差控制在进行轴结构设计时，需要根据实际情况合理设置轴尺寸公差，以保证轴件之间的配合精度。

过大或过小的公差都会影响到机械设备的工作效率和使用寿命。

6. 轴与其他部件配合设计在进行轴结构设计时，还需要考虑到与其他部件之间的配合关系。

例如，轴与齿轮之间需要保证精准配合，以确保传动效率和稳定性。

三、举例说明以汽车发动机曲轴为例，其结构设计要点包括：1. 材料选择：一般采用高强度铸钢或锻造钢材料。

2. 轴径和长度确定：根据发动机功率、转速等因素来确定曲轴直径和长度。

3. 轴承选型与布局：曲轴采用滚动轴承，需要合理布局以保证润滑和散热条件。

4. 轴的表面处理：曲轴表面经过淬火、磨削等处理，以提高其耐磨性和耐腐蚀性。

5. 轴尺寸公差控制：曲轴尺寸公差需要控制在合理范围内，以确保与其他部件的精准配合。

6. 轴与其他部件配合设计：曲轴与连杆、齿轮等部件之间需要进行精准配合设计，以确保发动机传动效率和稳定性。

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。

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。

轴结构设计要点1. 什么是轴结构设计轴结构设计是指在建筑设计中，针对建筑物或结构的轴线进行规划和设计，以确定其中的主轴线、次轴线、平行轴线、对称轴线等。

轴结构设计不仅仅是对建筑形式进行布局，还包括对建筑物功能、空间布局和流线等方面的考虑。

2. 轴结构设计的重要性轴线是建筑设计的基础，它决定了整个建筑物的形式和内部布局。

合理的轴线设计可以使建筑物更加美观、功能布局合理，并且增强建筑的整体性和统一性。

同时，轴线还是建筑物内部空间流线的引导者，可以使人在建筑内部产生直观、连贯的空间感。

3. 轴结构设计的要点3.1 主轴线的确定主轴线是建筑物整体形式和布局的基础，一般沿建筑物的最主要的线性方向进行布置。

确定主轴线时，需要考虑建筑物的用途、功能需求、场地条件等因素，并且要与周围环境和背景相协调。

3.2 次轴线和平行轴线的确定除了主轴线外，还可以通过次轴线和平行轴线来丰富建筑的形式和空间布局。

次轴线可以是相对主轴线垂直或与之成角的线，平行轴线可以沿主轴线的方向延伸。

次轴线和平行轴线的设置要考虑建筑物的功能和空间需求，以及视觉效果的追求。

3.3 轴线的对称性轴线的对称性是轴结构设计中的重要要点之一。

对称轴线可以增强建筑物的整体性和稳定感，使建筑物更加协调。

对称轴线不仅可以体现在建筑物的平面布局上，还可以体现在立面和空间布局中。

3.4 空间流线的引导轴结构设计还要考虑建筑物内部的空间流线，即人在建筑物内部的移动路径。

合理的空间流线设计可以提高建筑物的使用效率和功能性，使人在其中感到舒适和便捷。

空间流线的引导可以通过轴线的设置和空间布局来实现。

4. 轴结构设计的案例举例4.1 欧洲古典建筑的轴线设计欧洲古典建筑中经典的轴线设计可以通过拿破仑的凯旋门来说明。

凯旋门的主轴线延伸至远处的卢浮宫，在主轴线上还设置了平行轴线和次轴线。

整个轴线系统通过对称和空间流线的引导，形成了庄严、壮观的建筑形式和布局。

4.2 现代建筑的轴线设计现代建筑中的轴线设计注重独特性和个性化。

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。