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机械设计基础(杨可桢版)轴汇报人：AA2024-01-14

CATALOGUE目录轴概述与分类轴的结构设计轴的强度与刚度计算轴的振动与稳定性分析轴的疲劳强度与寿命预测轴的设计优化与案例分析

01轴概述与分类

轴的定义轴是组成机械的重要零件之一，它主要用来支承传动零件（如齿轮、蜗轮等）和传递转矩，以保证机械中不同零件具有正确的相对位置并传递运动。轴的作用轴在机械中主要起支承、传递运动和动力以及保持零件间正确相对位置的作用。轴定义及作用

按轴线形状分类01直轴、曲轴和挠性轴。按承载性质分类02转轴、心轴和传动轴。轴的特点03根据不同的分类标准，轴具有不同的特点。例如，直轴具有结构简单、制造方便的特点；曲轴能够实现旋转运动与往复运动之间的转换；挠性轴能够适应较大的变形等。轴的分类与特点

轴的材料与制造一般采用碳素钢或合金钢，对于承受较大载荷或要求耐磨的轴，可采用铸铁、球墨铸铁或有色金属等。轴的材料轴的制造过程包括毛坯制造、热处理、机械加工和装配等步骤。毛坯制造可采用铸造、锻造或焊接等方法；热处理包括正火、淬火和回火等工艺，以提高轴的力学性能和耐磨性；机械加工包括车削、铣削、磨削等工序，以保证轴的精度和表面质量；装配则是将轴与其他零件组装在一起，形成完整的机械装置。轴的制造

02轴的结构设计

轴环套在轴上的环形零件，用于固定或保护其他零件。轴肩轴身上的台阶部分，用于定位轴承或其他零件。轴身连接轴头和轴颈的部分，通常具有较大的直径以提供足够的强度和刚度。轴头轴与其他零件连接的部分，通常具有特定的形状和尺寸以配合相应的零件。轴颈轴上的圆柱形部分，用于安装轴承或作为其他零件的支撑。轴的结构组成

满足使用要求简化结构便于加工和装配提高轴的刚度轴的结构设计原则轴的结构设计应满足机器的使用要求，如传递的扭矩、转速、精度等。轴的结构应便于加工和装配，尽量减少加工难度和装配时间。在满足使用要求的前提下，应尽量简化轴的结构以降低制造成本和提高可靠性。通过合理设计轴的结构形状和尺寸，提高轴的刚度以减少振动和噪音。

定位方式轴上零件的定位方式主要有轴向定位和径向定位两种。轴向定位可采用轴肩、轴环、定位套等零件实现；径向定位可采用轴承、轴套等零件实现。固定方式轴上零件的固定方式主要有紧配合、过盈配合、过渡配合和间隙配合等。紧配合和过盈配合可实现零件的紧密固定，适用于高精度或重载场合；过渡配合和间隙配合则适用于一般精度或轻载场合。注意事项在轴上零件的定位与固定过程中，应注意保证零件的精度和同轴度要求，避免出现过紧或过松的情况。同时，还应考虑零件的拆卸和维修方便性。轴上零件的定位与固定

03轴的强度与刚度计算

沿轴线方向作用的力，使轴产生轴向拉伸或压缩变形。轴向力径向力扭矩垂直于轴线方向作用的力，使轴产生弯曲变形。一对大小相等、方向相反且作用面垂直于轴线的力偶矩，使轴产生扭转变形。030201轴的受力分析

根据轴的受力情况，采用弯曲应力公式进行强度校核，确保轴在弯曲应力作用下不会发生破坏。弯曲强度计算对于承受扭矩的轴，需进行扭转强度计算，采用剪切应力公式进行校核，确保轴在扭矩作用下不会发生破坏。扭转强度计算轴的强度计算

通过计算轴的挠度和转角，评估轴的弯曲刚度是否符合要求，以避免因过度变形而影响机器的正常工作。对于需要严格控制扭转角的轴，需进行扭转刚度计算，通过计算扭转角来评估轴的扭转刚度是否满足要求。轴的刚度计算扭转刚度计算弯曲刚度计算

04轴的振动与稳定性分析

轴的振动类型及原因自由振动当轴受到初始干扰后，在没有任何外界激励作用下，轴将按其自身固有频率进行的振动。这种振动会逐渐衰减直至消失。受迫振动轴在周期性外力作用下产生的振动。这种振动的频率与外力频率相同，且会一直持续下去，除非外力消失。自激振动由于轴本身的运动或流体的作用，使得轴在运动中产生的力反过来又加强了轴的振动。这种振动会逐渐增强，直至达到一个稳定的振幅。

通过求解轴的静力学平衡方程，分析轴在静力作用下的稳定性。这种方法适用于轴的结构比较简单，且外力作用较小的情况。静力学分析法通过建立轴的动力学模型，分析轴在动力作用下的稳定性。这种方法可以考虑轴的结构、材料、阻尼等因素的影响，因此更加精确和全面。动力学分析法利用有限元技术对轴进行离散化，通过建立有限元模型对轴的稳定性进行分析。这种方法可以处理复杂的轴结构和边界条件，具有广泛的应用范围。有限元分析法轴的稳定性分析方法

通过改进轴的结构形式、减小轴的刚度不均匀性、降低轴的质量偏心等措施，提高轴的稳定性。优化轴的结构设计采用高阻尼材料增加轴的支撑刚度采用主动控制技术选用具有高阻尼特性的材料制造轴，可以有效地减小轴的振动幅度，提高轴的稳定性。通过增加轴的支撑刚度，可以减小轴在振动过程中的变形量，从而提高轴的稳定性。利用主动控制技术对轴的振动进行实