轴设计（优秀范文五篇）

第一篇：轴设计

设计某搅拌机用的单级斜圆柱齿轮减速器中的低速轴（包括选择轴两端的轴承及外伸端的联轴器），如下图所示。已知：电动机额定功率P=4kW，转速n1750r/min，低速轴转速n2130r/min，大齿轮节圆直径d'2300mm，宽度B90mm，齿轮螺旋升角12，法相压力角20。

要求：1）完成轴的全部结构设计：2）根据弯扭合成理论验算轴的强度；3）精确校核轴的危险截面是否安全；4)画出轴的零件图。

1.求出低速轴上的功率P2和转矩T2

若取轴承传动的效率（包括轴承效率在内），则0.97

P2P40.97kW3.88kW

P23.88103T295509550Nmm285031Nmm

n21302.求作用在齿轮上的力

因知低速级大齿轮的节圆直径为d2300mm 而Ft2T22258031N1900N d2300FrFttanntan201900707N

coscos12FaFttan1900tan12404N

圆周力Ft，径向力Fr及轴向力Fa的方向如图所示

3.初步确定轴的最小直径

先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取A0112，于是得

P23.88112334.7mm n2130dminA03考虑轴与联轴器连接有键槽，轴径增加3%。d3%dmin35.7mm

输出轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径（图）。为了使所选用的轴径与联轴器的孔径相适应，故同时选取联轴器型号。

联轴器的计算转矩TcaKAT2，查表14-1，考虑是搅拌器，故取KA1.7，则：

TcaKAT21.7258031Nmm484553Nmm

按照计算转矩Tca应小于联轴器的公称转矩的条件，查机械设计手册，选用LX3的弹性柱销联轴器，其公称转矩为1250000N·mm。半联轴器的孔径为d138mm，故取d1238mm，半联轴器的长度L82mm，半联轴器于轴配合的毂孔长度L160mm。4.轴的结构设计

（1）拟定轴上零件的装配方案 设计参考图15-22a的装配方案

（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

1)为了满足半联轴器的轴向定位要求，1-2段轴右端需制出一轴肩，轴肩高度h(2~3)C,(R)，C1.2mm(R1.6)，参照表15-2得，故取2-3段的直径d2341mm；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D42mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度L160mm，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比略短一些，现取l1293mm。

2）初步选择滚动轴承，因轴承同时受轴向载荷与径向载荷的作用，故选取接触角较小的角接触球轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取0组基本游隙组，标准精度等级的角接触球轴承7009C，其基本尺寸为dDB45mm75mm16mm，故取d23d6745mm，而l6716mm。

右端滚动轴承采用轴肩定位。查机械设计手册的7009C型的轴承的定位轴肩直径damin51mm，因此取d5652mm。

3)取安装齿轮处的轴段4-5的直径d3450mm；齿轮的右端与左轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂宽度为90mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此处轴段应略短于轮毂宽度，故取l3486mm。齿轮左端采用轴肩定位，轴肩高度h(2~3)C,(R)，由轴径查表15-2，得R1.6mm，故取h4.8mm，则轴环处直径d4559.6mm。轴环宽度b1.4h6.72，取l5610mm。

4）轴承端盖的总宽度15（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面的距离l20mm（参看图），故取l2335mm。

5）取齿轮距箱体的距离a=10mm，考虑箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体一段距离s，取s2mm，（参看图），已知滚动轴承宽度B16mm，则

l45Bsa(9086)38mm l67sa12mm

至此，已初步确定轴的各段直径和长度。（3）轴上零件的周向定位

齿轮，半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按由表查的平键截面尺寸bh16mm10mm，键槽用键槽铣刀加工，长度56mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选用齿轮轮毂与轴的配合为

H8；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键m7H8。滚动轴承与轴的周向定位是有过渡k7为bh10mm8mm，半联轴器与轴的配合为配合来保证的，此处选用轴的直径尺寸公差m7。（4）确定轴上圆角与倒角尺寸

参考表15-2，取轴端倒角为C2，各轴肩处的圆角半径按表15-2查取 5.求轴上的载荷

首先根据轴的结构图做出轴的计算载荷图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a值。对于7009C型角接触球轴承，由手册中查的a16mm。因此，作为简支梁的轴的支撑跨距Ll34l45l56l67l782a162mm，根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。

（1）做出轴的受力简图。

（2）求支反力：水平支反力

FHAFHBFt950N 2'FrL/2Fad2/2820N

垂直面支反力

FVAL'FrL/2Fad2/2113N

FVBL水平弯矩

MHCFHB垂直弯矩

C点左边MVCFVA'L61750Nmm 2L53300Nmm 2L7345Nmm 2

C点右边MVCFVB合成弯矩

C点左边MC

C点右边MC'2'2MHCMVC81572Nmm 22MHCMVC62185Nmm

Nmm 扭矩

T2285031做合成弯矩Mca图，该轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取0.59

C点左边

McaC点右边

Mca''2MCT281572Nmm 2MCT2269185Nmm

6.按弯扭合成应力校核轴的强度

进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度，根据式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取0.59，轴的计算应力 C截面

caCM12T26.53MP

W2D截面

caDT251.9MPa 30.1d12前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查的160MPa，B640MPa，1275MPa，1155MPa。因此caC1，故安全。

精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面

C截面应力最大且有键槽，D截面有键槽有扭矩，故需要校核C,D两个截面（2）截面C由表15-4计算抗弯，抗扭截面系数 抗弯界面系数 Wd3320.1d312500

（圆形截面）

抗扭界面系数 WT16d30.2d325000

（圆形截面）

''2MCT281572Nmm 截面C左侧的弯矩

McaNmm 截面C上的扭矩

T2285031截面上的弯曲应力

bM6.53MPa W截面上的扭转切应力

TT2 11.4MPaWT轴的材料为45钢，调质处理。由表15-1查得B640MPa，1275MPa，1155MPa。

查附表3-4，C截面因键槽引起的应力集中系数k1.65，k1.55。查表附表3-2得绝对尺寸影响

截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按附表3-2查取。因插值计算后可得

rD，，经dd，

又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为

q，q 故有效应力集中系数按式（附3-4）为

k1q1 k1q1

由附图3-2的尺寸系数0.74；由附图3-3的扭转尺寸系数0.85 轴按磨削加工，由附图3-4的表面质量系数为

0.92

轴未经表面强化处理，即q1，则按式（3-12）及式（3-14b）的综合系数为： Kk112.11

Kk111.91

又由§3-1和§3-2得碳钢的特性系数为：

0.1~0.2，取0.15

0.05~0.1，取0.08

于是计算安全系数Sca值，按式（15-6）~(15-8)则得：

S1K14.76

amS1K9.73

amSScaSS27.68S

S2故可知C左安全。(3)截面C右侧

由表15-4计算抗弯，抗扭截面系数 抗弯界面系数 Wd3320.1d31250

0

抗扭界面系数 W3T16d0.2d325000

截面C左侧的弯矩M及弯曲应力

McaM2CT2269185Nmm

MbW21.53 截面C上的扭矩T2及扭转应力

T2285031Nmm T2TW11.4MPa T轴按磨削加工，由附图3-4的表面质量系数为

0.92

（圆形截面）

（圆形截面）

故综合系数为：

Kkk111

K1

所以轴在截面4右侧的安全系数为

S1

KamS1

KamSSSS22Sca

故轴在截面4右侧的强度也是足够的。轴的静强度校核略去，至此，轴的设计计算即结束。8.绘制轴的零件图

（3）D截面（只校核扭矩）抗扭截面系数WT16d30.2d310974.4

Nmm 扭矩

T2285031扭转应力

TT225.97 WTrD0.052，1.184，dd截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数按附表3-2查取。因经插值计算后可得

1.12

又由附图3-1可得轴的材料的敏性系数为

q0.83 故有效应力集中系数按式（附3-4）为

k1q11.10

由附图3-2的尺寸系数0.74；由附图3-3的扭转尺寸系数0.86 本轴段按精车加工，由附图3-4的表面质量系数为0.88 故综合系数为： Kk111.42

所以轴在截面D的安全系数为

S17.9S1.5

Kam所以D截面安全

第二篇：减速器中间轴设计报告

机械设计大作业

轴系设计报告

02015732 曾祥

东南大学机械工程学院

指导老师：钱瑞明 2017.11.16

东南大学机械工程学院 曾祥

目录

减速器中间轴的设计............................................................................................................2一、二、三、轴系基本尺寸的设计计算...............................................................................2 减速器中间轴的绘制.......................................................................................8 心得体会.......................................................................................................18

减速器中间轴设计

东南大学机械工程学院 曾祥

减速器中间轴的设计

一、轴系基本尺寸的设计计算

1.选择轴的材料

由题意轴的材料为45调质钢,查表19.1,硬度为217~255 HBS,对称循环弯曲许用应力[σ-1]=180Mpa。2.初步计算轴径

根据式（19.3），查表19.3，A取115，得

dminA3P20115346.6mm n300因为轴上开有两个键槽，直径增大10%~15%，轴的直径为52mm，为了更好的选取合适的轴承，轴的直径取55mm。3.轴的机构设计

1)拟定轴上齿轮、轴承、轴承盖等零件的装配方向、顺序和相互关系，轴上零件的布置方案如图一所示。2)轴上零件的定位和轴的主要尺寸的确定参见图一（第8页）a)最小轴径为两端安放轴承的部位，初步选定30211圆锥滚子轴承面对面布置，其尺寸dDB为55mm100mm21mm，即两端与轴承配合的轴径为55mm。左端轴承采用端盖轴套轴向定位，配合轴段长度l125mm，右侧轴承采用轴套端盖轴向定位。

减速器中间轴设计

东南大学机械工程学院 曾祥

取齿轮2安装段直径dg158mm，配合选b)

H7，配合轴段长度应该比齿轮2略宽，取r6l298mm，为了便于安装，左侧端面采用锥面导向结构，齿轮2右侧和齿轮3左侧通过轴肩轴向定位固定，齿轮3安装段直径同样选dg258mm，配合选

H7，配合轴段r6长度应该比齿轮3略宽，取l3118mm，为了便于安装，左侧端面采用锥面导向结构，由题目要求轴肩宽20mm，轴肩高度hc)

0.07d，取h6mm，轴环直径dr67mm

齿轮2距箱体内壁20mm，左侧轴承距箱体内壁5mm，则轴套1长25mm。齿轮3距箱体内壁15mm，右侧轴承距箱体内壁5mm，则轴套2长20mm。

d)齿轮2、3轴向定位采用平键，查GB/T 1095-2003，其尺寸分别为16mm10mm90mm、16mm10mm110mm

e)3)轴承盖总厚取42mm。

轴结构的工艺性

取轴端倒角为245,按规定确定各轴肩的圆角半径，键槽位于同一轴线。

4.按弯扭合成校检轴的强度

1)中间轴转矩的计算

2)T2T39.55106P/n=9.5510620/300636666.67Nmm

画出轴空间受力简图（图2a）将轴上的力分解为垂直面（图b）和水平面受力（图c），集中力取齿轮的中点和圆锥滚子轴承中心垂线与轴的交点。

3)轴上受力分析

减速器中间轴设计

东南大学机械工程学院 曾祥

Fr2Ft2Fa2l1l2Fa3Ft3Fr3l3

图 2a

Fr2Fa2FvaFa3Fr3Fvb

图 2b 70414.86Nmm64912.85Nmm3795.27Nmm93273.32Nmm

图2c

减速器中间轴设计

东南大学机械工程学院 曾祥

Ft2FhaFt3Fhb

图2d 15991.63Nmm430026.93Nmm

图2e 齿轮2的圆周力

Ft22T22T22636666.673001.22N d2z2mn2/cos2835/cos12齿轮2的径向力

tanntan20Fr2Ft23001.221116.76N cos2cos12齿轮的轴向力

减速器中间轴设计

东南大学机械工程学院 曾祥

Fa2Ft2tan23001.22tan12637.93N

齿轮3的圆周力

Ft32T22T22636666.678406.28N d3z3mn3/cos3256/cos8齿轮2的径向力

tanntan20Fr3Ft38406.283089.70N cos3cos8齿轮的轴向力

Fa3Ft3tan38406.28tan81181.43N

4)计算作用于轴上的支反力 水平面支反力

FhbFt2l1Ft3(l1l2)5196.70Nmm l1l2l3FhaFt2Ft3Fhb208.36Nmm

垂直面反力

Fr2(l2l3)Fa2d2d3Fa3Fr3l322l1l2l3Fva845.77Nmm

FvbFr2Fr3Fva1127.17Nmm

5)计算轴的弯矩，并画出弯矩图 齿轮2中心水平面处弯矩为

MHg2l1Fha76.75208.3615991.63Nmm

齿轮2中心垂直面处弯矩为（最大）

d2835】76.75845.77【637.93】22cos12

-64912.85Nmm【70414.86】Mvg2l1Fva【Fa2齿轮3中心水平面处弯矩为

减速器中间轴设计

东南大学机械工程学院 曾祥

MHg3l3Fhb82.755196.70430026.93Nmm

齿轮3中心垂直面处弯矩为（最大）

d3256】82.751127.17【1181.43】 22cos8-93273.32Nmm【3795.27】Mvg3l3Fvb【Fa36)分别画出垂直面水平面的弯矩图（图c、e）；求两处合成弯矩（两者方向遵循矢量叠加原理，在此只需要大小，方向不予计算给出）

Mg2Mvg22MHg2272207.93NmmMg3Mvg32MHg32440026.22Nmm

7)8)画扭矩图（图f）校核轴的强度

只校核危险截面（承受最大弯矩和扭矩的截面）和轴径较小的截面。轴单向转动，转矩为脉动循环，取0.7，实心轴取0，考虑键槽影响，d乘以0.875，则有

Mg32(T)2440026.222(0.7636666.67)2c47.91MPa0.1d30.1(0.87558)3

故轴安全。9)轴承寿命计算 圆锥滚子轴承

1Fr1Fva2Fha2871.06N Fr2Fvb2Fhb25317.54N

FAFa3Fa2543.5N查表17.7，e1.5tan

1.5tan150.402，查表17.5，Y1.49

减速器中间轴设计

东南大学机械工程学院 曾祥

Fs1Fr1292.30N 2YFr21784.41N2Y Fs2Fa1FAFs22327.91N Fa2Fs21784.41N

e1.5tan1.5tan150.402,Fa1X10.40,Y11.49;X21,Y20P1fp(X1Fr1Y1Fa1)1.1(0.40871.061.492327.91)4198.71NFr12.67e,Fa2Fr20.34e

P2fp(X2Fr2Y2Fa2)1.1(0.405317.5401784.41)2339.72N

查GB/T 297-1994，30211的Cr=90.8kN,则

16670C10L10h()31.57106h

nP

1二、减速器中间轴的绘制

中间轴2D、3D图绘制如下

减速器中间轴设计

东南大学机械工程学院 曾祥

图3

减速器中间轴设计

东南大学机械工程学院 曾祥

图 1

减速器中间轴设计

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减速器中间轴设计

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图4 轴3D俯视图

图5轴3D左视图

减速器中间轴设计

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图 6 轴3D正视图

图7

减速器中间轴设计

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轴3D装配图

图8

轴装配3D主视图

减速器中间轴设计

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图9

轴装配3D左视图

减速器中间轴设计

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图10

轴装配3D俯视图

减速器中间轴设计

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图11

轴装配3D轴测图

减速器中间轴设计

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三、心得体会

经过一个多月的设计绘图，我终于把减速器中间轴画好。其中碰到很多困难，比如solidworks不会用，轴上零件定位固定装置的选用问题。设计环节遇到问题时，我通过参考教材p406例题以及参考资料一步步地解决。技术上遇到问题，通过借阅相关书籍熟练掌握了solidworks的基本用法。

轴的设计是综合性很强的一个项目，不仅仅要考虑轴的长度，还要考虑轴上零件定位固定、轴的强度、轴承的选用及寿命。运算量最大的部分就是通过弯扭合成检验轴的强度，弯矩图、扭矩图、强度理论这些都是材料力学的重要知识，在计算遇到困难时我会查询材料力学相关资料来完成扭矩图弯矩图的绘制，最后完成轴强度的校验。在参考课本上例题计算弯矩时，发现了例题上一个不太精确的取值。P406例题19.1选用7211C滚动轴承，属于角接触轴承，接触角为15，但是在计算轴承跨距时忽略了接触角的影响，直接把滚子中心坐垂线与轴线交点作为受力中心，精度不高的情况下可以这样做，但是为了提高计算精度，我选用圆柱滚子轴承30211，采用面对面布置并且考虑接触角的影响，减小了误差。

这次设计任务提高了我对轴承代号、选用和寿命的计算的能力，熟悉了轴的设计和强度校核，同时学会了solidworks的简单应用，不仅为期末考试减少了复习任务，还提高了机械设计的能力。

减速器中间轴设计

第三篇：2013年机械设计大作业轴设计

湖 北 民 族 学 院

HUBEI MINZU UNIVERSITY 大作业设计说明书

课程名称： 机 械 设 计 设计题目：

设计搅拌机用单级斜齿圆柱

齿轮减速器中的低速轴

院

系：

理 学 院

专业班级：

机械电子工程0211411班

设 计 者：

学

号：

设计时间： 2013年12月20日

目录(宋体，三号，加粗，居中)

1、设计任务书 …………………………………………………………1

2、……………………………………………………………

3、轴结构设计 …………………………………………………

3.1轴向固定方式 ……………………………………………………… 3.2选择滚动轴承类型 ……………………………………………………… 3.3键连接设计 ………………………………………………… 3.4阶梯轴各部分直径确定…………………………………………………… 3.5阶梯轴各部段长度及跨距的确定 ………………………………………

4、轴的受力分析 ……………………………………………………………

4.1画轴的受力简图 ……………………………………………………… 4.2计算支反力 ……………………………………………………… 4.3画弯矩图 ……………………………………………………… 4.4画扭矩图 ………………………………………………………

5、校核轴的弯扭合成强度……………………………………………………

6、轴的安全系数校核计算………………………………………………

7、参考文献……………………………………………

注：其余小四，宋体。自己按照所需标题编号，排整齐。

设计任务书

1.已知条件

某搅拌机用单级斜齿圆柱减速器简图如上所示。已知：电动机额定功率P=4kW，转速n1=750r/min，低速轴转速n2=130r/min，大齿轮节圆直径d2=300mm，宽度B2=90mm，轮齿螺旋角β=12°，法向压力角αn=20°。

2．设计任务

设计搅拌机用单级斜齿圆柱减速器中的高速级/低速轴（包括选择两端的轴承及外伸端的联轴器）。

要求：（1）完成轴的全部结构设计；

（2）根据弯扭合成理论验算轴的强度；（3）精确校核轴的危险截面是否安全。

第四篇：二级减速器 课程设计 轴的设计

轴的设计

图1传动系统的总轮廓图

一、轴的材料选择及最小直径估算

根据工作条件，小齿轮的直径较小（选用45钢，正火，硬度HB=

。），采用齿轮轴结构，按扭转强度法进行最小直径估算，即

直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴的强度影响。

值由表26—3确定：

1、高速轴最小直径的确定

=112

初算轴径，若最小由轴器，设有一个键槽。则，因高速轴最小直径处安装联，由于减速器输入轴通过联轴器与电动机轴相联结，则外伸段轴径与电动机轴径不得相差太大，否则难以选择合适的联轴器，取，为电动机轴直径，由前以选电动机查表6-166：，综合考虑各因素，取

2、中间轴最小直径的确定

。，因中间轴最小直径处安装滚动轴承，取为标准值

3、低速轴最小直径的确定

。，因低速轴最小直径处安装联轴器，设有一键槽，则见联轴器的选择，查表6-96，就近取联轴器孔径的标准值，参。

二、轴的结构设计

1、高速轴的结构设计

图2（1）、各轴段的直径的确定

：最小直径，安装联轴器

：密封处轴段，根据联轴器轴向定位要求，以及密封圈的标准查表6-85（采用毡圈密封），：滚动轴承处轴段，：过渡轴段，取 ：滚动轴承处轴段，滚动轴承选取30208。（2）、各轴段长度的确定

：由联轴器长度查表6-96得，取

：由箱体结构、轴承端盖、装配关系确定 ：由滚动轴承确定

：由装配关系及箱体结构等确定 ：由滚动轴承、挡油盘及装配关系确定 ：由小齿轮宽度

2、中间轴的结构设计

确定，取

图3（1）、各轴段的直径的确定 ：最小直径，滚动轴承处轴段，：低速级小齿轮轴段，滚动轴承选30206 ：轴环，根据齿轮的轴向定位要求 ：高速级大齿轮轴段 ：滚动轴承处轴段（2）、各轴段长度的确定 ：由滚动轴承、装配关系确定 ：由低速级小齿轮的毂孔宽度：轴环宽度

确定

确定

：由高速级大齿轮的毂孔宽度 ：由滚动轴承、挡油盘及装配关系等确定

3、低速轴的结构设计

图4（1）、各轴段的直径的确定 ：滚动轴承处轴段 ：低速级大齿轮轴段，滚动轴承选取30210

：轴环，根据齿轮的轴向定位要求 ：过渡轴段，考虑挡油盘的轴向定位 ：滚动轴承处轴段

：密封处轴段，根据联轴器的轴向定位要求，以及密封圈的标准（采用毡圈密封）

：最小直径，安装联轴器的外伸轴段（2）、各轴段长度的确定

：由滚动轴承、挡油盘及装配关系确定 ：由低速级大齿轮的毂孔宽：轴环宽度

确定

：由装配关系、箱体结构确定 ：由滚动轴承、挡油盘及装配关系确定

：由箱体结构、轴承端盖、装配关系确定 ：由联轴器的毂孔宽

确定

轴的校核

一、校核高速轴

1、轴上力的作用点位置和支点跨距的确定

齿轮对轴的力作用点按简化原则应在齿轮宽度的中点，轴上安装的30208轴承，从表6-67可知它的负荷作用中心到轴承外端面的距离为，支点跨距速级小齿轮作用点到右支点，距B，高的距离为A

为

图5

2、计算轴上的作用力

如图4—1，求

：

；

3、计算支反力并绘制转矩、弯矩图（1）、垂直面

图6

；

图7（2）、水平面

图8

； ；

；

图9（3）、求支反力，作轴的合成弯矩图、转矩图

图10

1轴的弯矩图

图11

1轴的转矩图

（4）、按弯扭合成应力校核轴的强度

进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度，因为是单向回转轴，所以扭转应力视为脉动循环应力，折算系数。

已选定轴的材料为45钢正火处理，由表26-4查得因此，严重富裕。，二、校核中间轴

1、轴上力的作用点位置和支点跨距的确定

轴上安装30206轴承，它的负荷作用中心到轴承外端面距离为，跨距，高速级大齿轮的力作用点C到左支点A的距离，低速级小齿轮的力作用点D到右支点B的距离用点之间的距离轴的受力简图为：。

。两齿轮力作

图12

2、计算轴上作用力

齿轮2：

;

齿轮3：；

3、计算支反力

（1）、垂直面支反力

图13 由，得

由，得

由轴上合力校核：，计算无误

（2）、水平面支反力

图14 由，得

由，得

由轴上合力校核：，计算无误

（3）、总支反力为

（4）、绘制转矩、弯矩图

a、垂直面内弯矩图 C处弯矩

D处弯矩

图15

b、水平面内弯矩图 C处弯矩

D处弯矩

图16 c、合成弯矩图

图17 d、转矩图

图18（5）、弯扭合成校核

进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和转矩的截面（即截面D）的强度。去折算系数为

已选定轴的材料为45钢正火处理，由表26-4查得。，因此

三、校核低速轴

1、轴上力的作用点位置和支点跨距的确定

齿轮对轴的力作用点按简化原则应在齿轮宽度的中点，轴上安装的30210轴承，从表12—6可知它的负荷作用中心到轴承外端面的距离为，支点跨距，低速级大齿轮作用点到右支点B的距离为A为，距

图19

2、计算轴上的作用力

如图4—15，求

： ；

3、计算支反力并绘制转矩、弯矩图（1）、垂直面

图20

；

图21（2）、水平面

图22

； ；

；

图23（3）、求支反力，作轴的合成弯矩图、转矩图

图24

图25（4）、按弯扭合成应力校核轴的强度

校核危险截面C的强度，因为是单向回转轴，所以扭转应力视为脉动循环应力，折算系数。

已选定轴的材料为45钢正火处理，由表26-4查得因此，强度足够。，则传动系统轮廓图为

图26

第五篇：输出轴钳工加工工装设计范文

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毕业综合实践报告

题目：输出轴钳工加工工装设计

姓 名 学 号 学 院 专 业 实习单 位 校内指导教师 企业指导教师

年 月 日

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摘

要

钳工，是一门历史悠久的技术。随着科学技术的发展，很多钳加工工作已被机械加工替代，但也有许多工作是机器无法替代的，如机械产品的装配、维修、检验等都需要钳工去完成。

我实习的工厂有大量的输出轴钳工加工的工作，输出轴主要用于动力传输，本文针对输出轴的钳工加工用工装的方法进行设计，便于输出轴的钻孔加工，提高了输出轴的钻孔精确性。

关键词：钳工工装 夹具 输出轴的钻孔

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目 录

摘

要.............................................................................................................................................................2 序

言.........................................................................................................................................................1输出轴的作用及简介................................................................................................................................1.1输出轴的作用.....................................................................................................................................1.2输出轴的结构特点、工艺，表面技术要求分析.............................................................................2 钳工工装的简介.......................................................................................................................................2.1钳工工装的作用.................................................................................................................................2.2钳工工装夹具特性分类.....................................................................................................................2.3钳工工装的装夹方法.........................................................................................................................3 输出轴钳工工装设计...............................................................................................................................3.1输出轴钳工工装基本方案确定.........................................................................................................3.1.1输出轴工装夹具定位方法..........................................................................................................3.1.2输出轴工装夹具夹紧方式..........................................................................................................3.2加工工装的材料选择.......................................................................................................................3.3输出轴钳工工装夹具设计方案...........................................................................................................设计小结.....................................................................................................................................................致谢.............................................................................................................................................................参考文献.....................................................................................................................................................高 职 毕 业 实 践 报 告

序

言

这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了输出轴钳工工装这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，增强了输出轴的精度。

本文是根据目前实际输出轴生产过程中，常常发生仅用通用夹具不能满足生产要求，或仅用通用夹具装夹工件进行生产时效率低、劳动强度大、加工质量不高、经常需要增加工序等问题，甚至一些工件没有通用夹具可以进行装夹，所以为这一系列特殊的工件设计了专用夹具，其设计方案主要包括夹具的定位方案、夹紧方案等。

此类夹具有良好的加工精度，针对性强，主要用于钳工加工输出轴工序。它具有夹紧力装置，具备现代机床夹具所要求的高效化和精密化等特点，可以有效的减少工件加工所需的基本时间和辅助时间，大大提高了劳动生产力，从而可以有效地减轻工人的劳动强度和提高劳动效率。

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1输出轴的作用及简介

1.1输出轴的作用

输出轴主要应用在动力输出装置中，是输出动力的主要零件之一。其主要作用是传递转矩，使主轴获得旋转的动力，其工作中要承受较大的冲击载荷和扭矩，是支撑传动零部件。因此，该零件需具有足够的耐磨性和抗扭强度。

1.2输出轴的结构特点、工艺，表面技术要求分析

图1.1 输出轴

轴类零件的加工通常采用三爪卡盘固定，三爪卡盘能自动定心，装卸工件快。但是由于夹具的制造和装夹误差，其定心精度约为0.05—0.10mm左右。由于零件较长，常采用一夹一顶的装夹法，即工件定的一端用车床主轴上的卡盘夹紧，另一端用尾座顶尖支撑，这样就克服了刚性差不能承受重切削的缺点，为进一步提高加工精度，也可采用中心架作中间辅助支撑，适用于半精加工和精加工。

工艺方面，应按照先加工基准面，先粗后精，基准统一等原则，通常输出轴零件加工可按下述工艺路线进行:

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备料---模锻---车端面打中心孔---粗车外圆---调质---车端面修中心孔---高频淬火---精车外圆---粗磨---铣键槽---精磨

例如，从图示零件分析，该输出轴结构简单，属于阶梯轴类零件。主要有φ55mm、φ60 mm、φ65 mm、φ75 mm、φ176 mm的外圆柱面、φ50 mm、φ80 mm、φ10 mm 4的内圆柱表面和10 mm个φ20 mm的孔和一个16 mm的键槽组成。为了保证输出轴旋转是的速度，表面粗糙度有较高的要求，外圆的粗糙度要求都为Ra1.25um, 内圆的粗糙度为Ra2.5um，其余为Ra20um。形位精度也比较高，为了外圆和外面零件的配合后受力均匀，φ55，φ60 的外圆的径向跳动量小于0.04mm，φ80的跳动量小于0.04mm，φ20孔的轴线的跳动量小于0.05mm，为了保证键槽和键的配合，键槽对φ55外圆的对称度为0.08mm。由于输出轴在工作中要承受较大的冲击载荷和扭矩，为了增强耐磨性和抗扭强度，要对输出轴进行调质处理，硬度为250HBS。

高 职 毕 业 实 践 报 告 钳工工装的简介

在钻床上进行钻孔时,钻头的旋转是主运动,钻头沿轴向移动是进给运动。钻孔时先在钻的位置划出孔位的十字中心线,并打上中心样冲眼,要求冲眼要小,样冲眼中心与十字交差点重合。起钻时先在冲眼冲一小坑,观察孔位置是否正确,并不断借正,使浅坑与划线圆同轴。钻小直径孔或深孔时,进给量要小,并经常退钻排削,一面削阻塞而扭断钻头.钻孔。穿透时,进给用力必须减小,以防止进给量突然过大,增大切削抗力,造成钻头折断，或使工件随着钻头一起转动造成事故。为了使钻头散热冷却,减少钻头与孔之间的的摩擦和提高小钻头的寿命和改善空的表面质量,钻孔时要加住足够的切削液。

钻孔时注意要点: 严格遵守钻床的操作规程,严禁戴手套。

钻孔过程中需要检测时,必须先停车,然后才检测。

钻孔时平口钳的手柄端应放位置在钻床工作台的左向,以防转距过大造成平口钳落地伤人。

钻大孔时,先用小钻头钻孔,再用大钻扩孔。

所谓去毛刺，就是清除工件已加工部位周围所形成的刺状物或飞边。本文采用手工去毛刺的方式对工装材料进行去毛刺处理，其传统方式是用钢锉，砂纸，磨头进行打磨；而现在已用修边刀取代了这些传统的方法，使用起来简单方便，不需要技术处理，节约成本并且环保。

2.1钳工工装的作用

说到钳工工装，就不能不提到夹具。夹具是能够使产品按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装置，它主要用于保证产品的加工质量、减轻劳动强度、辅助产品检测、展示、运输等。应用机床夹具，有利于保证机床的加工精度、稳定产品质量；有利于提高劳动生产率和降低成本；有利于改善工人劳动条件，保证安全生产。

所谓钳工工装就是以钳工作业的方式将工件在机床上或夹具上定位，夹紧的过程。定位即工件在机床或夹具上占据正确位置的过程；夹紧即为保持工件的正确定位而将工件夹牢的过程。在机床上加工工件的时候，必须用夹具装好夹牢所要加工工件。将工件装好，就是在机床上确定工件相对于刀具的正确位置，这一过程称为定位。将工件夹紧，就是对工件施加作用力，使之在已经定好的位置上将工件可靠

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地夹紧，这一过程称为夹紧。从定位到夹紧的全过程，称为装夹。铣床夹具的主要功能就是完成工件的装夹工作。工件装夹情况的好坏，将直接影响工件的加工精度。

所以钳工工装是提高工件加工精度的最有效方式之一。

2.2钳工工装夹具特性分类

目前中国常用夹具有通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动线夹具等五大类。

（1）通用夹具

通用夹具是指结构、尺寸已规格化，且具有一定通用性的夹具。其优点是适应性强、不需要调整或稍加调整即可装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件。这类夹具已商品化。如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、顶尖、中心架、电磁吸盘等。采用这类夹具可缩短生产准备周期，减少夹具品种，从而减低生产成本。其缺点是夹具的加工精度不高，生产力较低且较难装夹形状复杂的工件，故适用于单件小批量生产中。

（2）专用夹具

专用夹具是针对某一工件的某一道工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。特点是针对性强。适用与产品相对稳定、批量较大的生产中，可获得较高的生产率和加工精 度。

（3）可调夹具

夹具的某些元件可调整或可更换，已适应多中工件的夹具，称为可调夹具。它 通用可调夹具和成组夹具两类。

（4）组合夹具

组合夹具是由可循环使用的标准夹具零部件（或专用零部件）组装成易于连接和拆卸的夹具。根据被加工零件的工艺要求可以很快地组装成专用夹具，夹具使用完毕，可以方便地拆开。夹具主要应用在单件，中、小批多品种生产和数控加工中，高 职 毕 业 实 践 报 告

是一种较经济的夹具。

（5）自动线夹具

自动线夹具一般分为两种，一种为固定式夹具，它与专用夹具相似；另一种为随行夹具，使用中夹具随工件一起运动，并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工。

2.3钳工工装的装夹方法

（1）直接装夹：工件定位基准面与机床上的装夹面紧密贴合而定位，进而加紧的装夹方式称为直接直接装夹。

图2.1直接装夹方法

（2）找正装夹：以工件的有关表面或专门划出的线痕作为定位的依据，然后夹紧工件的装夹方式称为找正装夹。

图2.2找正装夹

（3）根据工件某一工序的加工要求设计，制造夹具，工件定位基准面与夹具上的定位面紧密帖合而定位，然后夹紧的装夹方式称为夹具装夹。

特点：易于保证定位精度，装夹所用时间段，利用提高生产效率。

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图2.3体框图

a-工件的加工面；b-工件定位基准面；c-夹具上定位元件的定位面；d-夹具的安装面；e-机床安装面；f-刀具切削形成面

高 职 毕 业 实 践 报 告 输出轴钳工工装设计

3.1输出轴钳工工装基本方案确定

3.1.1输出轴工装夹具定位方法

工件在夹具中要想获得正确定位，首先应正确选择定位基准，其次是选择合适的定位元件。工件定位时，工件定位基准和夹具的定位元件接触形成定位副，以实现工件的六点定位。用定位元件选用时，应按工件定位基准面和定位元件的结构特点进行选择。

1．工件以平面定位

（1）以面积较小的已经加工的基准平面定位时，选用平头支承钉，以基准面粗糙不平或毛坯面定位时，选用圆头支承钉，侧面定位时，可选用网状支承钉。

（2）以面积较大、平面度精度较高的基准平面定位时，选用支承板定位元件，用于面定位时用不带斜槽的支承板，通常尽可能选用带斜槽的支承板，以利清除切屑。

（3）以毛坯面，阶梯平面和环形平面作基准平面定位时，选用自位支承作定位元件。但须注意，自位支承虽有两个或三个支承点，由于自位和浮动作用只能作为一个支承点。

（4）以毛坯面作为基准平面，调节时可按定位面质量和面积大小分别选用可调支承作定位元件。

（5）当工件定位基准面需要提高定位刚度、稳定性和可靠性时，可选用辅助支承作辅助定位元件，但须注意，辅助支承不起限制工件自由度的作用，且每次加工均需重新调整支承点高度，支承位置应选在有利工件承受夹紧力和切削力的地方。

2．工件以内孔定位

（1）工件上定位内孔较小时，常选用定位销作定位元件。圆柱定位销的结构和尺寸标准化，不同直径的定位销有其相应的结构形式，可根据工件定位内孔的直径选用。当工件圆柱孔用孔端边缘定位时，需选用圆锥定位销。当工件圆孔端边缘形状精度较差时，选用圆锥定位销；当工件需平面和圆孔端边缘同时定位时，选用浮动锥销。

（2）在套类、盘类零件的车削、磨削和齿轮加工中，大都选用心轴定位，为

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了便于夹紧和减小工件因间隙造成的倾斜，当工件定位内孔与基准端面垂直精度较高时，常以孔和端面联合定位。因此，这类心轴通常是带台阶定位面的心轴，当工件以内花键为定位基准时，可选用外花键轴，当内孔带有花键槽时，可在圆柱心轴上设置键槽配装键块；当工件内孔精度很高，而加工时工件力矩很小时，可选用小锥度心轴定位。

3.1.2输出轴工装夹具夹紧方式

夹紧装置的组成

夹紧装置的组成由以下三部分组成。（1）动力源装置

它是产生夹紧作用力的装置。分为手动夹紧和机动夹紧两种。手动夹紧的力源来自人力，用时比较费时费力。为了改善劳动条件和提高生产率，目前在大批量生产中均采用机动夹紧。机动夹紧的力源来自气动、液压、气液联动、电磁、真空等动力夹紧装置。

（2）传力机构

它是介于动力源和夹紧元件之间传递动力的机构。传力机构的作用是：改变作用力的方向；改变作用力的大小；具有一定的自锁性能，以便在夹紧力一旦消失后，仍能保证整个夹紧系统处于可靠的夹紧状态，这一点在手动夹紧时尤为重要。

（3）夹紧元件

它是直接与工件接触完成夹紧作用的最终执行元件。2.夹紧装置的设计原则

在夹紧工件的过程中，夹紧作用的效果会直接影响工件的加工精度、表面粗糙度以及生产效率。因此，设计夹紧装置应遵循以下原则：

（1）工件不移动原则

夹紧过程中，应不改变工件定位后所占据的正确位置。（2）工件不变形原则

夹紧力的大小要适当，既要保证夹紧可靠，又应使工件在夹紧力的作用下不致产生加工精度所不允许的变形。

（3）工件不振动原则

对刚性较差的工件，或者进行断续切削，以及不宜采用气缸直接压紧的情况，应提高支承元件和夹紧元件的刚性，并使夹紧部位靠近加工表面，以避免工件和夹紧系统的振动。

（4）安全可靠原则

夹紧传力机构应有足够的夹紧行程，手动夹紧要有自锁性能，以保证夹紧可靠。

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（5）经济实用原则

夹紧装置的自动化和复杂程度应与生产纲领相适应，在保证生产效率的前提下，其结构应力求简单，便于制造、维修，工艺性能好；操作方便、省力，使用性能好。

本工件根据生产率的要求，运用手动夹紧便可以满足。采用铰链连接V型块，另一端采用螺栓连接，通过拧紧螺母使V型块夹紧工件来实现夹紧。有效的提高了工作效率。V型块夹紧工件主要是为了防止工件在加工过程中受力的作用产生倾覆和振动，手动夹紧是可靠的，可以免去夹紧力的计算。

3.2加工工装的材料选择

该工装材料是HT200。考虑到该工装材料为不规则形状，结构比较的复杂，在加工过程中多半是在车床和铣床上，零件可以静止不动，但也有的回转运动，工装材料承受着交变载荷及冲击载荷，因此选用铸造件，也可以较好的保证零件的形状结构。

基本概念

①、铸件基本尺寸R 机械加工前的毛坯铸件的尺寸，包括必要的机械加工余量。

②、尺寸公差CT 允许尺寸的变动量。

③、要求的机械加工余量RMA 在毛坯铸件上为了随后可用机械加工方法去除铸造对金属表面的影响，并使之达到所要求的表面特征和必要的尺寸精度而留出的金属余量。单侧作机械加工时,RMA与铸件其他尺寸之间的关系如(4-1)表示。对圆柱形的铸件部分或在双侧机械加工的情况下，RMA要加倍，如（4-1）表示。对内腔作机械加工相对应的表达式如（4－1）表示。

R=F+RMA+CT/

2、R=F+2RMA+CT/

2、R=F-2RMA+CT/

2、F为最终机械加工后的尺寸

3.3输出轴钳工工装夹具设计方案

方案一

第一套夹具

本夹具结构简单，制作容易，一般用于输出轴的钻孔。采用一般的夹紧定位方

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式，操作易懂、方便，有利于节约加工时间。

我们需用∮35的钻头进行粗加工，再利用∮36的铰刀精加工，达到零件的∮36H7，位置度0.05，粗糙度1.6。

下图为该输出轴工装夹具的零件图、实体图

图4.1零件图

图4.2实体图

输出轴工装夹具使用说明

安装工件时，稍微松开螺母将V型块的U型口扯出，掀开V型块，将工件一侧

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面平放在底板上，靠紧小平面，伸长到定位销处，再将V型块夹紧工件，将U型口插入螺栓杆，用扳手拧紧螺母即可。

方案二

第二套夹具

本次的设计的夹具是---2-φ8的斜孔粗钻该夹具使用于Z302钻床。确定夹具方案

图4.3输出轴斜孔夹具方案

这道工序所加工的两个孔为斜孔与水平面夹角为30度两孔对称分布故在加工是应使此两孔的中心线与水平面垂直工件与夹具体底座成30度。工件底部是台阶孔故第一个φ104的孔与夹具体上的一高为10mm，直径约为104mm的圆柱凸台配合。圆柱凸台应小于孔直径φ104mm因为这样便于配合。这样工件夹紧就好设计了。

根据工件的结构特点看，装夹方案如上图 ：

如图所示：用两个凸台夹住零件，V型块限制其自由度，用螺栓将V型块固定在凸台上。夹具体的钻模板设计为铰链式钻模板并且带有特殊钻套，以有利于对工件的加工夹紧机构为移动式压板，置于斜孔两侧不会影响孔的加工。

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方案三

第三套夹具

本夹具适用于钻孔和去除毛刺，本工序需要去除孔内及槽的尖边毛刺，而需要让它高速旋转，定位相当困难。在轴上可以看出，小孔是中心孔，而需要去除毛刺的孔及槽与中心孔垂直，无法定位。

通过上面对零件的结构分析，我们利用轴上的中心孔及轴上的平面定位夹紧，将圆弧槽与电机夹头同心，实现高速旋转。下面是二维图示：

图4.4输出轴第三套夹具

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图中几个关键尺寸，偏心距19mm，定位销10mm，轴圆柱尺寸30mm，凸出夹头尺寸24mm.根据二维图绘制出视觉效果好的三维图：

工装简要介绍：左侧为夹头24，蓝色定位销为10，右端黑色为活动夹紧装置，可以活动。

图4.5输出轴去除毛刺的夹具

上图为夹紧零件后的图示。将工装夹紧在电机上高速旋转，轻松去除毛刺。工装的适用范围

（1）观察工装可以发现，左侧黑色活动夹紧装置，可以装夹主轴尺寸大小不一样的类似零件；

（2）工装的销子可以变化，可以变大变小，所以可以加工中心孔尺寸变化的类似零件。销子可以变化成螺钉，所以可以加工中心孔为螺纹的零件。

（3）逆向思考，如果没有圆弧槽，这个工装可以作为输出轴的钻孔工装。以此类推，可加

工同类有相同偏心距的轴类零。

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设计小结

课程设计是机械设计当中的非常重要的一环，本次课程设计时间略显得仓促一些。但是通过本次设计，从中得到的收获还是非常多的。三年时间里，我们在课堂上掌握的多是专业基础课的理论面，如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的设计就为我们提供了良好的实践平台。在做本次设计的过程中，我感触最深的当数查阅大量的设计手册了。一次次翻阅《机械设计手册》等书，是为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准。我们有扎实的理论基础，当然还要懂得如何将一个零件从看图纸到生产加工出来，选择最佳的制造方法及加工工艺路线，本次设计正是综合的体现。

钳工远远不止上面所述的这几项，它还涵盖了划线、錾削、锉削、研磨、钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹等等。钳工看似非常简单，但是和机械加工比较，它以手工为主，劳动强度大，足以磨砺一个人的意志，需要耐心才能完成。它可以完成机械加工不便加工或是无法完成的工作；同时设备简单，在机械加工和修配过程中是一个不可或缺的重要工种。

本次课程设计由于时间的仓促，还有许多地方有不足之处。又由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。

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致谢

本论文是在本校导师的亲切关怀和悉心指导下完成的。老师在完成繁忙的教学任务的同时来指导我的课题设计，老师严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。在此谨向段老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

毕业在即，回顾数载的生活，面对周围，心怀感恩。当失去勇气的时候，是室友的鼓励和师长的悉心指导让我坚强起来。在此谢谢曾经带教课程的所有老师以及在平时生活工作中指导我们的辅导员。也谢谢室友以及共同成长的同学。最重要的是感谢我的父亲母亲和哥哥姐姐在我经济上的和情感上的支持。

大学生活是人生财富中重要的部分之一，我在这里成长成熟，聆听了很多师长的智慧，也学习到很多朋友的优点，更多的是感恩那些帮助我成长的师长和同学。

最后，再次向我的父母和关心、帮助我的老师同学表示衷心地感谢。

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参考文献

[1]黄涛勋.《简明钳工手册（第三版）》吉林人民出版社.2007.82～136 [2]张锁荣.机修钳工实用手册.北京：北京理工大学出版社，1997.75～97 [3]成虹.最新轴承造型装配及磨工工艺技术实用大全.高等教育出版社.2001.137～179 [4]魏康民.机械制造工艺装备（第二版）.重庆大学出版社.2007 [5]崔令江.机械装配工艺(单行本)/机械加