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机械设计基础第十二章轴REPORTING

目录轴概述与分类轴结构设计与分析轴强度计算与校核轴刚度计算与校核轴振动稳定性分析轴疲劳强度分析

PART01轴概述与分类REPORTING

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。轴的定义轴在机械中起到连接、支撑和传递动力的作用，是机械装置中的关键部件。轴的作用轴定义及作用

同时承受弯矩和扭矩的轴，如电机轴。只承受弯矩而不传递扭矩的轴，如自行车前叉轴。轴分类与特点心轴转轴

传动轴：主要承受扭矩而不承受弯矩或承受很小弯矩的轴，如汽车传动轴。轴分类与特点

直轴轴线为直线的轴，如普通车床主轴。曲轴轴线为曲线的轴，如内燃机曲轴。轴分类与特点

实心轴截面为圆形的实心体，如电机转子轴。空心轴截面为中空的圆形或方形等形状，如机床主轴。轴分类与特点

设计要求与选材足够的强度和刚度保证轴在正常工作条件下不发生断裂或过大的变形。良好的耐磨性轴在运转过程中需要承受摩擦和磨损，因此要求材料具有良好的耐磨性。

良好的抗疲劳性能：轴在交变应力作用下容易发生疲劳断裂，因此要求材料具有良好的抗疲劳性能。设计要求与选材

选材原则根据轴的承载能力和工作要求选择合适的材料，如碳钢、合金钢、铸铁等。考虑材料的工艺性和经济性，选择易于加工且成本合理的材料。对于有特殊要求的轴，如耐腐蚀、耐高温等，需要选择相应的特殊材料计要求与选材

PART02轴结构设计与分析REPORTING

包括轴头、轴颈、轴身、轴肩、轴环、轴端等部分，各部分具有不同的功能。轴的基本结构轴的毛坯轴的材料轴的毛坯一般采用棒料、锻件或铸件，具体选择取决于轴的尺寸、形状和技术要求。轴的材料应具有足够的强度、刚度和耐磨性，常用的材料有碳素钢、合金钢等。030201结构组成要素

零件的固定轴上零件的固定方式主要有紧配合、过盈配合、过渡配合等，具体选择取决于零件的结构和工作条件。零件的定位轴上零件的定位方式主要有轴向定位和周向定位两种，轴向定位可采用轴肩、轴环、套筒等结构，周向定位可采用键连接、花键连接等方式。零件的装拆轴上零件的装拆应方便、可靠，一般采用拆卸工具进行装拆，如拆卸环、拆卸套等。轴上零件定位与固定方法

设计原则轴结构设计应遵循强度、刚度、稳定性、耐磨性、振动和噪声等设计原则，确保轴在正常工作条件下具有足够的承载能力和稳定性。结构优化轴结构优化可采用轻量化设计、结构优化设计等方法，通过减少材料用量、优化截面形状等措施，提高轴的承载能力和经济效益。可靠性设计轴结构设计应考虑可靠性因素，如疲劳强度、耐磨性、耐腐蚀性等，采用相应的设计方法和措施，提高轴的可靠性和使用寿命。轴结构设计原则及优化

PART03轴强度计算与校核REPORTING

当轴受到垂直于轴线的外力作用时，轴会产生弯曲变形，此时轴内部会产生弯曲应力。弯曲应力概念弯曲应力的大小与外力矩、截面惯性矩、轴的材料弹性模量等因素有关，可通过相关公式进行计算。弯曲应力计算公式在横截面上，弯曲应力沿轴线方向呈线性分布，中性轴处应力为零，最大应力发生在离中性轴最远的点上。弯曲应力分布规律弯曲应力分析及计算

03扭转应力分布规律在横截面上，扭转应力呈环形分布，最大应力发生在轴表面，中心处应力为零。01扭转应力概念当轴受到扭矩作用时，轴会产生扭转变形，此时轴内部会产生扭转应力。02扭转应力计算公式扭转应力的大小与扭矩、截面极惯性矩、轴的材料剪切模量等因素有关，可通过相关公式进行计算。扭转应力分析及计算

当轴同时受到弯曲和扭转作用时，会产生组合变形，此时需要综合考虑弯曲应力和扭转应力的影响进行强度校核。组合变形概念可采用第四强度理论进行组合变形下的强度校核，综合考虑弯曲应力和扭转应力的影响，计算出等效应力并进行比较。强度校核方法在进行组合变形下的强度校核时，需要准确确定轴的受力情况、截面形状和尺寸、材料力学性能等参数，以确保计算结果的准确性。注意事项组合变形下强度校核

PART04轴刚度计算与校核REPORTING

弯曲刚度定义轴的截面形状和尺寸材料特性载荷及约束情况弯曲刚度概念及影响因素轴在受到弯曲力矩作用时，抵抗变形的能力。弹性模量E越大，弯曲刚度越高。截面形状越合理，尺寸越大，弯曲刚度越高。载荷增大或约束条件减弱，轴的弯曲变形增大，刚度降低。

轴在受到扭矩作用时，抵抗扭转变形的能力。扭转刚度定义截面极惯性矩Ip越大，扭转刚度越高。轴的截面形状和尺寸剪切模量G越大，扭转刚度越高。材料特性扭矩增大，轴的扭转变形增大，刚度降低。载荷情况扭转刚度概念及影响因素

采用空心截面、增大截面尺寸等方法提高弯曲刚度和扭转刚度。合理选择轴的截面形状和尺寸采用高强度钢、合金钢等材料，提高轴的刚度。选用高强度材料如喷丸、碾压等表面强化处理，提高轴的表面硬度，从而提高刚度。采用表面强化