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第15章轴吴海涛§15-1 概述§15-2 轴的结构设计§15.3 轴的计算§15.4 设计实例一、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：❆转轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴；❆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。
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。
各种类型的轴二、轴设计的主要内容轴的设计包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。
结构设计：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。
工作能力计算：对轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。
三、轴的材料轴的材料主要是碳钢和合金钢。
碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较多；合金钢具有较好的综合力学性能（如耐腐蚀、耐高温、抗低温等），但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。
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。
设计任务：确定轴的合理外形和全部结构尺寸。
设计要求：1. 轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；2. 轴和轴上零件要有准确的工作位置；3. 各零件要牢固而可靠地相对固定；4. 改善应力状况，减小应力集中。
典型轴系结构一、拟定轴上零件的装配方案装配方案：确定轴上零件的装配方向、顺序、和相互关系。
在轴的结构设计中，必须考虑满足轴上零件装配顺序的要求，并尽量使得装配简便。
设计者在这一方面考虑得越周到，轴的装配工艺性越好。
注意装配顺序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。
机械设计中轴系的结构方案设计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。
以下是小编整理的机械设计中轴系的结构方案设计，欢迎阅读。
设计过程：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。
（一）拟定轴上零部件的装配方案所谓的装配方案，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。
（二）轴上零件的定位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。
六 轴的设计计算（一）高速轴的结构设计1 高速轴上的功率P Ⅰ，转数n Ⅰ，转矩T Ⅰ P Ⅰ=3.65kw ，n Ⅰ=576r/min,，T Ⅰ=60.52N m ⋅2 估算轴的最小直径高速轴选用材料：45号钢，调制处理先按[2]式（15-2）初步估算轴的最小直径。
由[2]表15-3，取A 0=11033min 0 3.6511020.356576P d A mm mm ===ⅠⅠn 高速轴应设计成齿轮轴，轴的最小直径是安装连接大带轮处，考虑到键槽对轴的强度削弱，由[2]可知对于直径小于等于100mm 的轴有一个键槽时，轴径应增大5%，然后圆整。
故1min (15%)21.374d d mm =⨯+=，由计算得，需要V 带5根，选用型号A 型，根据参[1]表9-1选用1d =24mm 。
为了保证大带轮另一端的轴向定位，故轴段1的长度比大带轮轮毂短1-2mm ，根据大带轮的基准直径d d =225mm ，由[1]表9-1得轮毂长度l 取65mm ，则取l 1=63mm 。
3 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足大带轮的轴向定位要求，1-2轴段需制出一定位轴肩，由[1]表16-9取用与轴段2直径相同的毡圈油封2d =30mm ，由[1]表9-9取轴承盖宽 1.2822.432l mm =⨯+=，由参[1]表3-1地脚螺钉直径0.0361701218.12f d mm =⨯+=，轴承旁连接螺栓直径，10.750.7518.1213.59f d d mm ==⨯=，所以取螺栓直径M16，k 10=，轴段2 2k 103242l l =+=+=。
2） 初步选择滚动轴承。
因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用角接触球轴承。
参照工作要求并根据335d =mm,由[1]表15-6初步选取角接触球轴承7307AC 型，其主要参数表6-1角接触球轴承7307AC 主要参数轴承代号 d/mm D/mm B/mm a/mm 1D /mm2D /mm7307AC35802124.54471由[1]图4-10及由[1]表11-2，查得非标准件挡油盘的尺寸35809d D B mm mm mm ⨯⨯=⨯⨯，故轴段3长度l 3=32 mm 。
一、轴的分类按承受的载荷不同, 轴可分为：转轴——工作时既承受弯矩又承受扭矩的轴。
如减速器中的轴。
虚拟现实。
心轴——工作时仅承受弯矩的轴。
按工作时轴是否转动，心轴又可分为：转动心轴——工作时轴承受弯矩，且轴转动。
如火车轮轴。
固定心轴——工作时轴承受弯矩，且轴固定。
如自行车轴。
虚拟现实。
传动轴——工作时仅承受扭矩的轴。
如汽车变速箱至后桥的传动轴。
固定心轴转动心轴转轴传动轴二、轴的材料轴的材料主要是碳钢和合金钢。
钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。
由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造尤为广泛，其中最常用的是45号钢。
合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。
因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。
必须指出：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，因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度与耐磨性，而不是轴的弯曲或扭转刚度。
但也应当注意，在既定条件下，有时也可以选择强度较低的钢材，而用适当增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚度。
各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理（如喷丸、滚压等），对提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果。
高强度铸铁和球墨铸铁容易作成复杂的形状，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，可用于制造外形复杂的轴。
轴的常用材料及其主要力学性能见表。
三、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：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、数量以及和轴联接的方法；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。
***一期A段6~15轴结构设计施工组织设计一、工程概况及工程水文地质情况（一）、工程概况工程名称建筑设计简设计单位**建筑勘察规划设计院总建筑面积21836平方米建筑物高度总高34.7米建筑物标高(M) 基底-6.3米,局-7.8米室内外高差0.15米地下部分地上部分层数:一层层数:六层局部七层结构设计简介部位结构类型结构简价地下结构独立基础独立基础采用钢筋混凝土C30 地上结构框架结构地基情况持力层地下水情况地基承截力F=567KPA 没有地下水不需作排水处理地下障碍物遇井、坑、杂填土、人防地道等通知设计人员另行处理屋面构造做法隔气层热沥青玛蹄脂隔气层一道保温层EPS板100厚密为20Kg/M3，1：6水泥焦渣找坡2%最薄处30厚找平层30厚1：2水泥砂找平层二道防水层二道三元丁复合高分子防水卷材内装修墙面卫生间为瓷砖，楼梯间电梯前室、走道为乳胶漆，颜色待定。
楼地面地下室、库房、设备用房为水泥地面，其余主要为抛光地砖地面，颜色规格待定。
天棚乳胶漆天棚、铝条板吊顶、轻钢龙骨吊顶。
外装修墙面贴外白色优质面砖、银灰色铝扣板、包象牙白铝扣板，局部有隐框玻璃幕墙，山墙为水泥砂浆及米色面砖，浆抹灰。
散水 1.5米宽C20砼浇散水设备安装工程给排水生活给水、消防给水暖气组合散热器ZYG-1017-6（10）型消防消防栓、自动喷水灭火卫生洁具小便器、蹲便器、洗手池通风自然通风、机械通风装饰照明电防水防尘灯、吸顶灯、荧光灯、诱导灯弱电电视电话照明电梯详象沈阳洋电梯，型号：SyF30YA ，80K、6075人/小时，速度：0.5米/S(二)工程水文地质情况1、地层为填土，砾中砂、粗砂、角砾类土层。
抗震设防烈度7度，安全等二级，框架抗震等级一级。
2、基本风压值0.65KNM23、基础雪压值0.15 KNM24、场地土层标准冻土深度为0.63M，场地土类类别Ⅱ类。
二、施工现场平面布置2.1、施工总平面布置原则新建工程为了更好地组织施工，我们设专职的施工总平面管理人员业务上与业主管理人员对口，并接受指导，服从业主施工平面的管理，并按照以下原则进行布置：2.1.1、在业主给定的范围内进行生产，生活临建的布置，接受业主的统一安排，综合考虑总平面布置，交通等因素。
2.1.2、总体布置满足有关规程对安全、防火等的要求。
2.1.3、施工道路尽量采用永临结合的方式，运输道路畅通。
2.1.4、合理安排各工序的施工，尽量减少大宗材料的二次搬运。
2.1.5、根据本工程位置环境，拟于现场西侧搭设一条安全通道，保证施工人员过往安全。
2.2、施工平面布置图见附图（施工平面布置图）2.3、水电供应本工程施工平面布置接受业主的统一安排，施工水源、电源从业主已布置的主网中引接，经计算施工用水杆管选用φ100钢管，支管采用φ32的钢管供水干管装计量水表。
用电负荷见常用设备计算：173（KV）故选用一台35KVA变压器。
氧气、乙炔在当地采购，施工现场设氧气、乙炔库，采用瓶装分类摆放。
2.4生产、生活临建根据本工程的特点和我们的经验，生产临建原则上采用砖砌平房，据现场实际情况摆设。
（见下表）本工程生产临建面积一览表序号临建名称面积M3 备注1 办公室90 砖木2 建材库120 砖木3 水泥库80 砖木4 职工宿舍180 砖木5 厕所20 砖木6 医务室18 砖木7 厨房、冼浴、卫生间60 砖木合计568 砖木2.5、消防消防水和施工用水合一管网。
仓库加工场地等按规定配备相应的消防器材。
设兼职消防员和义务消防队，负责日常和紧急的消防工作。
2.6、需要解决的问题：2.6.1、根据当地情况，生产生活临建及临时用电等均要做好防雨和防潮工作。
2.6.1.1、现场临建应注意屋面防水的施工，并根据实际高差做好排水沟槽，有顺序地组织排水，防止雨水冲击工程基础及临舍。
2.6.1.2、水泥库房除屋面做好防水外，还要注重地坪及墙面的防潮施工，地坪做好防水处理，墙面1.5M以下也进行防水处理，后抹水泥砂浆面层，并采用架空堆放水泥，达到防潮的目的。
2.6.1.3、生产：临时用电选用电缆和胶皮软线配备足够的能够满足安全施工用电设备，派专人负责监督、检查，按国标JGJ59-99落实安全用电情况。
2.6.1.4、如果现场提供的电源还不能满足施工用电，我们配值一台200KW的柴油发电机来补充用电不足的情况，确保工程顺利按业主要求的工期保质保量按时完工。
2.6.1.5、根据实际情况，在组织工程基础土方以前，先组织混凝土搅拌站和镦粗直螺纹钢筋连接厂家的合同签订。
三、组织保证体系及施工布置3.1、组织保证体系3.1.1、公司质量管理体系：工程总指挥：公司副总经理，工程师，国家二级项目经理资质。
工程技术负责人：高级工程师3.1.2、项目部质量保证体系项目经理：工程师，国家二级项目经理资质项目工程师：工程师技术负责人：工程师质量检查员：助理工程师技术资料人员：助理工程师取样送检负责人：助理工程师设备负责人：助理工程师电气负责人：助理工程师预算员：工程师成本员：助理会计师材料员：技术员3.1.3、主要人员职责工程总指挥：协调确保人、财、物的及时到位。
技术总负责人：负责全部施工技术、方案的制定及实施检查工作，并严把各项工程质量关。
项目经理：负责组织和协调各项工作与现场管理工作。
项目技术负责：负责组织各项施工方案的实施及质量的控制工作。
项目质检员：负责施工现场各分项工程的质量检验、进场各种材料产品的预验及质量把关工作。
项目安全员：负责施工现场的安全及安全资料的收集。
项目试验员：负责工程所需各项材料的送检、试块的制作及各项质量保证资料的收集整理。
项目材料员：负责各种材料的进场验收及现场使用材料管理工作。
四、施工部署该工程具有占地面积较大，工期紧，结构较复杂等特点。
针对其特点，我们的施工顺序是：先低后高进行土方开挖，先场内后场外，先地下后地上，先土建水做装修后精装修，专业设备安装穿插进行的原则。
施工方法是主体施工平面分段，流水作业，基础土方采用机械开挖，独立基础及条形基础部分留30厘米人工清基坑；混凝土工程采用泵送商品混凝土；模板采用木模体系；梁、柱主筋接头采用镦粗直螺纹连接；装修、设备工程穿插进行。
为此分别制定质量、工期的分解目标和保证措施。
4.1、进度目标与计划安排本工程2004年5月 12日开工，2004年 12月30日竣工。
分阶段进度目标：本工程于2004年5月15日开工，2004年5月30日开始基础、地下室施工，计划于2004年6月27日施工至±0.00 处顶板;主体施工计划于2004年9月7日主体结顶,2004年8月20日开始穿插砌体封闭,2004年12月30日交验,具体安排详后附进度计划表.4.2、进度、工期保证措施：4.2.1、目标管理：依据本工程的部署和计划，以及详细施工预算编制出的工程量、劳力、材料等需用量，进一步充实和完善进度计划；规划分阶段工期目标和分层细目标，以及劳动力需用量计划、材料用量计划和用款计划等。
一切为了分目标的实现制定措施和月度、季度计划，并综合平衡。
计划报建设代表进行监督。
公司对项目实行目标责任奖励。
项目对作业队组执行定额计件和工期指标挂勾奖惩。
4.2.2、健全项目部工期保障体系：健全项目经理为首的生产指挥和承包奖励管理的保障体系，以项目工程师为主的内业综合平衡保障系统，以材料科为主的物资、机具供应保障系统，以财会为主的资金管理保障系统，分工负责，明确责任，同心协力保目标。
公司将全力支持确保人、财、物的调配供给保证工程顺利连续施工。
4.2.3、加强各项业务管理，保证工程工期目标措施：4.2.3.1、预算工作要超前、准确的提供分层或分项的工程量、材料、构配件半成品和劳动定额用量等数据，提供计划依据。
4.2.3.2、技术工作要超前提供各种配料单，审核构件、半成品加工申请单，要给加工厂留有较充足的生产周期；要提前做好细部的技术交底等各项准备，深入现场确保准确指导；杜绝差错，及时办理各种向建设方、监理代表、质监站的审报资料（如隐蔽验收单、方案措施、中验资料、竣验资料等）避免等待。
项目工程师应主持施工技术及质量的管理工作，及时将设计变更通知有关业务人员进行收集，健全必要的审核，审批制度，减少失误，加强质量监控和管理，提高一次成优率和合格率，实现分项质量目标计划。
4.2.3.3、材料供应工作，建筑材料品种杂、规格数量多，需精心制订分期分批的采购供应计划，签订供货合同、保证材料质量，确保数量、规格、型号的准确性，供货时间及时或提前，杜绝待料现象。
4.2.3.4、计划工作要重视综合平衡的协调工作，充分做好各分项工程的准备工作，满足进度要求，并开好业务生产会和日、周生产调度会；分类采取措施及时解决矛盾，确保工作正常连续作业。
4.2.3.5、采用先进的施工方案和工艺，充分发挥科技的作用，群策群力保进度。
4.2.3.6、切实做按顺序施工，合理流水作业，加强成品保护措施的贯彻落实，减少装修破损的返修工作。
4.2.3.7、编制资金使用计划和综合平衡，用好用活资金，防止材料积压，实行工程资金专款专用。
4.2.4、加强各方的协调工作。
4.2.4.1、主动加强与设计人员的联系，进行洽商，及时处理好有关设计的各类问题。
4.2.4.2、主动加强与建设单位、监理单位、设计单位的联系，互通信息，提前确定装修方案或设备材料，并定期或不定期的召开协调会议，及时解决施工中发生的各种问题；虚心听取各方的意见，纠正自己的不足和错误，促进工程速度。
4.2.4.3、处理好外部社会环境，减少环境污染，保证必要的夜间施工作业，遵守有关交通管理、环卫要求、治安要求等等，并加强联系，减少矛盾，可有效防止延误工期。
4.2.5、技术措施：4.2.5.1、工程技术措施：（1）改进模板工艺，现场施工商品混凝土，减少水做装修。
（2）平板模板采用大规格1.0×2.0高密压缩模板及早拆支撑体系；（即对拉螺栓，蝴蝶卡、钢支撑，钢管加固）。
（3）采用泵送商品早强混凝土。
（4）采用流水施工，小节拍控制。
4.2.5.2、网络计划执行临控措施：进行计划跟踪监控管理，密切注意关键线路和关键工序，确保关键工序不拖延。
如有延期应采取增加劳力来解决赶工；对非关键工序延期，应防止转化成关键工序。
避免不分主次矛盾的一齐抓而形起资金、劳力、物资等供应紧张和不必要的管理混乱。
4.3、质量保证措施：质量目标：确保好。
目标分解：地基与基础工程、主体工程、屋面工程、装饰工程、电气工程和空调工程等分部力争好，门窗工程，通风、消防、暖卫工程一次性合格。
4.3.1、质量技术保证措施：4.3.1.1、加强技术管理落实技术岗位责任制，建立技术考核制，认真贯彻国家规范，行业规程和公司的各项技术质量标准、制度。
