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机械设计基础第12章轴汇报时间：2024-01-14汇报人：AA

目录轴的基本概念与分类轴的结构设计与分析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实例与案例分析

轴的基本概念与分类01

01轴的定义02轴的作用轴是机械中传递扭矩和承受弯矩的重要零件，用于支撑旋转零件并传递运动和动力。轴在机械中起到连接、支撑和传递扭矩的作用，是机械传动系统中的重要组成部分。轴的定义及作用

01按承载方式分类心轴、传动轴、转轴。02按轴线形状分类直轴、曲轴、挠性轴。03特点心轴只承受弯矩而不传递扭矩，传动轴只传递扭矩而不承受弯矩，转轴既承受弯矩又传递扭矩。轴的分类与特点

轴的材料应具有足够的强度和刚度，良好的耐磨性和耐腐蚀性，以及良好的加工性能。常用的轴材料有碳素钢、合金钢、球墨铸铁等。材料轴的制造工艺包括毛坯制造、热处理、机械加工和表面处理等。毛坯制造可采用铸造、锻造或焊接等方法；热处理可提高轴的力学性能和耐磨性；机械加工包括车削、磨削、铣削等工序，以保证轴的精度和表面质量；表面处理可采用喷涂、电镀等方法，以提高轴的耐腐蚀性和美观度。制造工艺轴的材料与制造工艺

轴的结构设计与分析02

0102轴通常由轴颈、轴头、轴身和轴承等部分组成。轴是机械中重要的零部件之一，主要功能是支撑旋转零件、传递运动和动力。轴的组成轴的功能轴的结构组成及功能

设计原则轴的结构设计应遵循强度、刚度、稳定性、耐磨性、耐腐蚀性、制造工艺性、经济性等原则。设计方法轴的结构设计一般采用经验设计法、类比设计法、优化设计法等。其中，经验设计法主要依赖设计师的经验和判断，类比设计法则是借鉴相似产品的设计经验，优化设计法则是基于数学模型的优化算法进行设计。轴的结构设计原则与方法

典型轴系结构典型轴系结构包括齿轮轴系、带轮轴系、链轮轴系等。结构分析齿轮轴系主要由齿轮、轴、轴承等组成，用于传递动力和改变转速；带轮轴系主要由带轮、轴、轴承等组成，用于传递动力和改变传动比；链轮轴系主要由链轮、轴、轴承等组成，用于传递动力和适应较大中心距的传动。这些典型轴系结构在机械设计中应用广泛，具有代表性。典型轴系结构分析

轴的强度与刚度计算03

010203轴在工作时受到弯矩、扭矩和轴向力的共同作用，需对这些力进行详细分析。轴的受力分析为确保轴在正常工作条件下不发生断裂或塑性变形，需满足一定的强度条件，如弯曲强度、剪切强度和扭转强度等。强度条件轴的强度受材料性能、截面形状和尺寸、载荷性质及分布情况等多种因素影响。影响因素轴的受力分析及强度条件

为确保轴在正常工作条件下不发生过量弹性变形，需满足一定的刚度条件，如弯曲刚度和扭转刚度等。刚度条件通过计算或实验测定轴的刚度，与许用刚度进行比较，以判断轴是否满足刚度要求。校核方法轴的刚度受材料弹性模量、截面形状和尺寸、支撑条件等多种因素影响。影响因素轴的刚度条件及校核方法

选用高强度、高韧性的材料，如合金钢等。合理选择材料采用合理的支撑结构、减小应力集中等措施，以改善轴的受力状况。改进结构设计采用空心截面、增大截面尺寸等措施，以提高轴的强度和刚度。优化截面形状和尺寸采用先进的加工工艺和热处理工艺，以提高轴的力学性能和抗疲劳性能。提高制造工艺水平提高轴强度和刚度的措施

轴的振动与稳定性分析04

受迫振动轴系在周期性外力作用下产生的振动，其频率与外力频率相同。受迫振动可能引发共振现象，导致轴系振幅急剧增大，甚至造成破坏。自由振动当轴系受到初始干扰后，能在无外力作用下按其固有频率进行的振动。这种振动会逐渐衰减直至消失。自激振动轴系在运行过程中，由于某种原因（如摩擦、间隙等）产生的周期性激励力所引起的振动。自激振动具有自我维持的特点，可能导致轴系失稳。轴的振动类型及产生原因

轴系稳定性分析方法静力学分析法通过求解轴系在静力作用下的平衡位置，进而判断其稳定性。该方法适用于简单轴系的稳定性分析。动力学分析法考虑轴系在运动过程中的动态特性，通过建立动力学模型并求解其特征值，来判断轴系的稳定性。该方法适用于复杂轴系的稳定性分析。试验分析法通过试验手段对轴系进行加载和卸载，观察其振动响应和变形情况，从而判断轴系的稳定性。该方法具有直观性和实用性，但成本较高。过改进轴系的结构设计，如增加支撑点、采用弹性支撑等，以提高其刚度和阻尼特性，从而降低振动幅度和提高稳定性。优化轴系结构采用高强度、高刚度、低密度的材料制造轴系零件，可以减轻轴系质量，提高其固有频率和阻尼比，进而提高稳定性。选用高性能材料针对受迫振动和自激振动产生的原因，采取相应的控制措施来消除或减小激振源的影响。例如，改进驱动装置的设计、降低摩擦系数、消除间隙等。控制激振源通过引入主动控制元件（如主动减振器、主动轴承等），对轴系的振动进行实时监测和主动抑制，从而提高轴系的稳