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机械设计基础第11章轴汇报人：AA2024-01-14

目录CONTENTS轴概述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

01CHAPTER轴概述

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，起着承载、传递运动和动力的作用。轴的分类根据轴的承载情况，可分为转轴、心轴和传动轴三类。转轴既承受弯矩又承受转矩，心轴只承受弯矩而不承受转矩，传动轴只承受转矩而不承受弯矩或弯矩很小。轴的定义与分类

轴的作用：轴在机械中主要起支承和传递动力的作用。它承受着各种载荷，如拉力、压力、弯矩、扭矩等，并通过轴承将载荷传递给机架。轴的要求：为了保证轴的正常工作，轴应满足以下要求具有足够的强度和刚度，以承受工作载荷和保证轴的变形在允许范围内；具有良好的耐磨性，以减小轴颈的磨损，保证轴的精度和稳定性；具有良好的抗疲劳性能，以防止在长期交变载荷作用下发生疲劳断裂；具有良好的工艺性，以便于加工和装配。轴的作用与要求

轴的材料轴的材料应根据其受力情况、工作条件、制造工艺及经济性等因素综合考虑。常用的轴材料有碳素钢、合金钢、球墨铸铁等。对于承受冲击载荷较大或要求减轻重量的轴，可采用铝合金等有色金属材料。轴的制造轴的制造主要包括毛坯制造、热处理、机械加工和表面处理等工序。毛坯制造可采用铸造、锻造或焊接等方法；热处理可根据需要选择正火、退火、淬火和回火等工艺；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；表面处理可采用喷涂、电镀等方法，以提高轴的耐磨性和耐腐蚀性。轴的材料与制造

02CHAPTER轴的结构设计

轴身连接轴头和轴颈的部分，通常为圆柱形或圆锥形。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。轴颈轴上的圆柱形部分，用于安装轴承或支撑其他旋转部件。轴肩轴身上的台阶部分，用于定位或支撑轴上零件。轴环套在轴上的环形零件，用于固定或支撑其他零件。轴的结构组成

满足使用要求简化结构便于加工和装配节约材料和降低成本轴的结构设计原则根据工作条件和所受载荷，选择合适的材料和结构形式，确保轴的强度、刚度和耐磨性。轴的结构应便于加工和装配，尽量减少加工难度和装配工作量。在满足使用要求的前提下，尽量简化轴的结构，以便于加工和装配。在满足使用要求的前提下，尽量节约材料和降低成本。

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、套筒等结构形式；径向定位可采用过盈配合、过渡配合或间隙配合等方式。定位方式轴上零件的固定方式主要有键连接、花键连接、销连接、过盈配合等。其中，键连接是最常用的固定方式之一，具有结构简单、工作可靠、装拆方便等优点。花键连接适用于传递较大转矩和定心精度要求较高的场合。销连接主要用于轴上零件的轴向固定。过盈配合则适用于传递转矩较大且需经常拆卸的场合。固定方式轴上零件的定位与固定

03CHAPTER轴的强度与刚度计算

轴的受力分析轴向力作用在轴上的外力，使轴产生拉伸或压缩变形。扭矩作用在轴上的外力矩，使轴产生扭转变形。弯矩作用在轴上的外力矩，使轴产生弯曲变形。

根据轴向力的大小和轴的截面尺寸，计算轴的拉伸应力，判断轴是否满足拉伸强度要求。拉伸强度计算扭转强度计算弯曲强度计算根据扭矩的大小和轴的截面尺寸，计算轴的扭转应力，判断轴是否满足扭转强度要求。根据弯矩的大小和轴的截面尺寸，计算轴的弯曲应力，判断轴是否满足弯曲强度要求。030201轴的强度计算

根据轴向力和轴的拉伸变形量，计算轴的拉伸刚度，判断轴是否满足拉伸刚度要求。拉伸刚度计算根据扭矩和轴的扭转变形量，计算轴的扭转刚度，判断轴是否满足扭转刚度要求。扭转刚度计算根据弯矩和轴的弯曲变形量，计算轴的弯曲刚度，判断轴是否满足弯曲刚度要求。弯曲刚度计算轴的刚度计算

04CHAPTER轴的振动与稳定性分析

当轴受到初始干扰后，在无任何外力作用下，轴将按其自身固有频率进行的振动。自由振动轴在周期性外力作用下产生的振动，其振动频率与外力频率相同。受迫振动轴在运动中受到自身产生的交变力作用而发生的振动，常见于高速旋转的轴。自激振动轴的振动类型与原因

静力学分析通过求解轴的静力学平衡方程，判断轴在不同载荷和约束条件下的稳定性。动力学分析运用动力学原理，建立轴的运动微分方程，求解得到轴的振动特性和稳定性。有限元分析采用有限元方法，将轴划分为有限个单元，通过计算机求解得到轴的振动模态和稳定性。轴的稳定性分析方法

通过改进轴的结构形状、尺寸和材料等，提高轴的刚度和阻尼，从而增强稳定性。优化轴的结构设计采用合适的轴承和支承方式控制轴的转速和载荷实施主动控制选用高精度、高刚度的轴承，并采用合理的支承方式，以减少轴的振动和变形。避免轴在过高的转速和载荷下工作，以减少振动和失稳的可能性。