机械设计轴的类型
机械设计中轴知识点
机械设计中轴知识点机械设计中的轴是一种常见的工程零件，广泛应用于各种机械设备中。
轴的质量和几何形状直接关系到设备的性能和寿命。
在机械设计中，轴的选择、设计和制造都是非常重要的环节。
本文将介绍机械设计中轴的知识点，包括轴的功能、分类、材料选择、几何形状设计和加工工艺等内容。
1. 轴的功能轴在机械设备中承担着传递动力和转动运动的重要作用。
具体功能包括：(1) 传递动力：轴通过联接装置将动力从一个部件传递到另一个部件，实现机械设备的正常运转。
(2) 支撑承载：轴能够承受来自设备工作时产生的载荷，保证设备的稳定运行。
(3) 定位定向：通过轴的几何形状和配合结构，实现部件的定位和相对位置的固定。
(4) 传递制动力矩：在需要制动的设备中，轴可以通过制动器将能量转化为制动力矩，实现设备的制动效果。
(5) 实现工作间传递物料或介质：轴可以作为传输装置，在机械设备中传递物料或介质。
2. 轴的分类根据轴的用途和工作环境，轴可以按以下方式进行分类：(1) 传输轴：用于传递动力和转动运动，如发动机的曲轴。
(2) 支撑轴：用于承担设备工作时产生的载荷，如机床的主轴。
(3) 导向轴：用于定位和固定部件位置，如滑动轴承支承的导轨。
(4) 螺旋传输轴：用于实现物料或介质的传输，如输送带上的轴。
3. 轴的材料选择轴的材料选择要考虑载荷、工作环境和制造成本等因素。
常见的轴材料包括：(1) 碳素钢：适用于较低载荷和一般工作环境，制造成本低。
(2) 合金钢：具有较高的强度和耐磨性，适用于高载荷和恶劣工作环境。
(3) 不锈钢：具有良好的耐腐蚀性能，适用于潮湿、酸碱性较强的工作环境。
(4) 铜合金：具有良好的导热性和抗磨性，适用于高速转动轴承等高要求场合。
4. 轴的几何形状设计轴的几何形状设计需要考虑以下几个方面：(1) 直径和长度：根据轴的承载和传递动力需求，确定轴的直径和长度。
(2) 定位面：根据设备需要进行定位的部件，设计轴上的定位面，保证装配的精度和稳定性。
机械设计-轴的类型
机械设计-轴的类型轴是机械设计中常见的几何元素之一，它是机械传动系统的重要组成部分，在许多工业领域得到广泛应用。
根据不同的工作应用，轴可以分为多种类型。
本文将介绍几种常见的轴类型及其特点。
1. 普通轴普通轴是最常用的轴类型。
其截面通常是圆形，具有均匀分布的负载能力，适用于各种中小型传动系统。
普通轴可根据应用要求配备各种轴承和联轴器，保证机械传动系统的顺畅运转。
2. 键轴键轴，顾名思义，是在轴身上装有键槽的轴型。
键槽可以用来固定轴承或是连接其它部件，通常被用于高负载的机械传动系统中。
键轴的优点在于能够承受大量的转矩，且易于装配和拆卸。
3. 花键轴花键轴又称齿轴。
它与键轴相似，但花键的形状是斜齿状的。
花键轴通常用于需要承受较大扭矩的高功率传动系统中，它的斜齿形能提供更强的连接力和垂直方向上的剪切扭矩。
4. 球轴球轴是一种将球组成的元件嵌入轴体内的锥形轴。
它主要用于具有紧凑空间限制的应用程序。
由于球轴在高扭矩应用中表现出非常大的抗曲率能力，因此常常被用作齿轮箱的输出轴。
5. 螺旋轴螺旋轴是将螺旋线作为轴体的一种轴型。
相比于传统的圆形轴，螺旋轴的构造更强；这使得它在使用时能够减少振动和噪音，同时提供更大的扭矩传递能力。
螺旋轴通常用于高速和高扭矩应用程序中。
6. 中空轴中空轴是具有中空孔的轴型。
在一些应用中，允许轴与管道或丝杆相连接，以便传输气体、液体或其他物质。
中空轴通常用于旋转机器、涡轮机及涡轮喷气发动机等高技术应用领域。
总之，不同类型的轴具有各自独特的特点和应用范围。
了解不同类型的轴有助于确保设计的机械传动系统能够正常运行和提高效率。
机械设计第15章轴
轴的尺寸和公差对于安装和使用的准确性 至关重要。
轴与轴套之间的配合对于减小磨损和提高 工作效率非常重要。
轴的强度计算
1
受弯强度
根据轴的几何形状和材料弯曲的强度
扭转强度
2
工程计算。
根据扭矩和轴直径计算轴的扭转强度。
3
受压强度
计算轴在受到压缩力时的强度。
轴的选材原则
1 强度
根据所需强度和负荷条件选择材料。
机械设计第15章轴
轴是机械设计中重要的组件之一，它承受着传递功率和运动的重要任务。本 章将介绍轴的定义、作用以及相关的设计要素和计算方法。
轴的定义和作用Leabharlann 1 定义2 作用轴是一种旋转零件，通常为圆柱形，在机 械中用于传递力和运动。
轴将两个或多个旋转零件连接在一起，传 递动力和承载负载。
轴的分类
按用途分类
3 耐蚀性
在有腐蚀性环境中选择耐蚀性材料。
2 硬度
根据工作环境选择合适的材料硬度以提高 耐磨性。
4 成本
综合考虑材料成本及可用性选择合适的材 料。
轴的制造工艺
1 车削
2 热处理
利用车床和刀具将轴的外形和尺寸加工至 工程要求。
通过热处理工艺改变材料的组织和性能。
3 表面处理
4 装配和检验
对轴进行镀铬、镀锌等表面处理以提高其 耐腐蚀性和装饰性。
传动轴、支撑轴、定位轴等。
按制造材料分类
钢制轴、铜制轴、铝制轴、复合材料轴等。
按工作环境分类
常温轴、高温轴、低温轴、湿环境轴等。
按形状分类
圆轴、方轴、花键轴等。
轴的设计要素
1 刚度
2 强度
轴的刚度对于传递正常工作负荷至关重要。
机械设计基础 第十二章轴
3.
球墨铸铁、合金铸铁 (高强度铸铁)
价廉、吸振性好、耐磨性好，对应力集中的敏感性较低，铸造 成形，但性脆，可靠性低，品质难控制。 常用于制造外形复杂的轴，如曲轴、凸轮轴。
轴的常用材料及其主要力学特性见
轴的结构设计
12
设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。
设计要求： 1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装) 2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位) 3.各零件要牢固而可靠地相对固定；(固定) 4.改善应力状况，减小应力集中。
第十二章
轴的设计
1
第一节 第二节 第三节
概述 轴的设计举例 轴的强度、刚度计算
2
本章重点：
① 轴的类型，轴的常用材料； ② 轴的结构； ③ 轴上零件的轴向定位和固定方法； 轴上零件的周向定位和固定方法；
④ 按扭转强度计算轴的直径。
轴的功用：主要用于支承传动零件 (齿轮、带轮等) 并
传递运动和动力。
越程槽和退刀槽
17
（3）为去掉毛刺，利于装配，轴端应制出45°倒角。
45°倒角 45°倒角
( 4)当采用过盈配合联结时，配合轴段的零件装入端，常加工 成半锥角为30°的导向锥面。若还附加键联结，则键槽的长度 应延长到锥面处，便于轮毂上键槽与键对中。
18
（5）如果需从轴的一端装入两个过盈配合的零件，则轴上两配 合轴段的直径不应相等，否则第一个零件压入后，会把第二个零件 配合的表面拉毛，影响配合。
一般情况下，直轴 做成实心轴，需要 减重时做成空心轴
6
轴的功用和类型
分类： 按承受载荷分有： 类 型 按轴的形状分有：
7
转轴---传递扭矩又承受弯矩
传动轴---只传递扭矩 心轴---只承受弯矩 直轴 曲轴 光轴 阶梯轴
机械设计-轴的类型
2.火车车轮轴属于哪种？
轴 的 类 型
自行车工作时前轮轮毂和滚珠一起相对于前叉和
车轴转动，而车轴本身固定不动，且仅承受横向力产 生的弯矩，故自行车前轮轴为固定心轴。
轴 的 类 型
传动轴：工作中只承受扭矩而不承受弯矩的轴 。 如：汽车中的传动轴。
汽车的传动轴用于将发动机的运动传递给汽车后桥， 仅传递转矩，而不承受弯矩，故为传动轴。
轴 的 类 型
问：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？ 0 轴：传动轴 Ⅰ轴：转轴 Ⅱ轴：转动心轴 Ⅲ轴：转轴 Ⅳ轴：转轴 Ⅴ轴：转动心轴 如何判断轴是否传递转矩：
从原动机向工作机画传动路线，若传动路线沿该轴 轴线走过一段距离，则该轴传递转矩。
如何判断轴是否承受弯矩：
该轴上除联轴器外是否还有其它传动零件，若有则 该轴承受弯矩，否则不承受弯矩。
轴 的 类 型
轴在工作时承受的载荷主要为扭矩和弯矩，承受的 载荷不同其设计方法也不同，根据其受载情况可把轴分
为三类：
Βιβλιοθήκη 转轴：工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴。 心轴：工作中只承受弯矩而不承受扭矩的轴。 传动轴：工作中只承受扭矩而不承受弯矩的轴。
轴 的 类 型
转轴：工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴。 如：减速器中的轴。
该圆柱齿轮减速器中，两轴将承受来自轴承及齿轮 处的横向力所产生的弯矩，同时在齿轮与联轴器之间的 轴段还将承受扭矩，故为转轴。
轴 的 类 型
心轴：只承受弯矩而不承受扭矩的轴，根据工作时轴 是否转动可分为： 转动心轴：工作时仅承受弯矩且转动的轴。
固定心轴：工作时仅承受弯矩且不转的轴。
[思考]
1.自行车前轮轴属于哪种？
机械设计手册2 轴
机械设计手册2 轴机械设计手册是一本丰富详实的工程参考书，涵盖了机械设计的各个方面，为工程师们提供了宝贵的资源。
其中，轴是机械设计中的重要部件之一，本文将对轴进行详细介绍。
轴是一种长条状的零件，一般呈圆柱形，用来传递动力或承受载荷的力。
轴一般由金属材料制成，如钢、铝合金等。
根据其用途的不同，轴可以分为传动轴、承载轴和定位轴等。
轴的设计需要考虑到多个因素，包括载荷类型、转速、材料强度、刚度等等。
在设计过程中，首先需要计算轴的强度，以确保其能够承受所需的载荷。
常用的轴强度计算方法有挠度法、应力法等。
同时，还需要进行动力学和热力学分析，确保轴在工作过程中不会出现过大的应力和变形。
除了强度外，轴的刚度也是设计中必须要考虑的因素之一。
刚度是指轴在受到载荷时的弹性变形程度。
设计过程中，需要根据受力情况和转速来计算轴的刚度，以确保轴的变形不会影响到整个系统的运行。
此外，需要注意的是轴的表面质量和精度。
表面质量决定了轴的摩擦系数和导向准确度，而表面精度则影响着轴的平行度和垂直度等。
因此，在设计过程中需要选择适当的加工工艺和工具，以确保轴的表面质量和精度符合要求。
除了以上的基本设计要素，轴的设计还需要考虑到各种附件的连接和固定。
常见的连接方式有键连接、抱箍连接、螺纹连接等。
根据具体情况选择适当的连接方式，确保轴与附件之间的连接牢固可靠。
在实际应用中，轴的设计还需要考虑到一些特殊因素，如疲劳寿命、裂纹扩展等。
这些因素可能会对轴的寿命和可靠性造成影响，需要进行相应的评估和优化。
综上所述，轴是机械设计中不可或缺的重要部件，其设计需要综合考虑强度、刚度、表面质量和连接方式等因素。
通过科学合理地设计轴，可以保证机械系统的正常运行和长期稳定性。
机械设计手册为工程师们提供了全面而实用的设计指导，是他们在设计过程中的重要参考资料。
机械轴定义及设计概述
机械轴定义及设计概述1、轴的定义轴基本上是任何机器的旋转部件，其横截面为圆形，用于将动力从一个部分传递到另一个部分或从动力产生机到动力吸收机。
为传递动力，轴的一端与动力源相连，另一端与机器相连。
轴可以根据需要是实心或空心的，空心轴有助于减轻重量并提供优势。
轴是机器中使用的非常重要的元件之一。
它们用于支撑旋转部件，例如滑轮和齿轮，它们由位于刚性机器外壳中的轴承支撑。
位于轴上的齿轮和皮带轮有助于传递运动。
许多其他旋转元件通过键安装在轴上。
由于轴所支撑的构件的反作用力和动力传递产生的扭矩，它们承受弯矩和扭矩。
轴总是具有圆形横截面，可以是空心的或实心的。
轴可分为曲柄轴、直线轴、铰接轴或柔性轴，但直线轴通常用于传递动力。
轴通常设计为陡峭的圆柱杆，因此它们在整个长度上具有不同的直径，尽管具有恒定直径的轴易于生产。
阶梯轴中的应力大小随其长度而变化。
具有统一直径的轴不适合拆卸、组装、维护，并且这些轴在紧固安装在它们上的零件时会产生复杂性，特别是轴承。
2、轴的类型：1）传动轴：这些轴是阶梯轴，用于在一个源之间传递动力到另一个吸收动力的机器。
在轴齿轮、轮毂或皮带轮的阶梯部分上安装用于传递运动。
示例：高架轴、线轴、副轴和所有工厂的轴。
2）机械轴：这些轴位于组件的内部，是机器的组成部分。
示例：汽车发动机中的曲轴是机器轴。
3）车桥轴这些轴支撑旋转元件，例如轮子，可以安装在带有轴承的外壳中，但轴是非旋转元件。
这些主要用于车辆。
示例：汽车中的车轴。
4）主轴轴这些是机器的旋转部分；它容纳工具或工作空间。
它们是短轴，在机器中使用，它们是用于机器的短轴。
示例：车床中的主轴。
3、轴用材料通常低碳钢是用于轴的材料。
如果需要高强度，则使用合金钢，如镍铬、镍、铬钒钢。
它们通常是通过热轧和冷拔和研磨形成的。
通常用于常规轴的材料是50 C12、50 C4、45 C8、40 C8级的碳钢。
1）用于轴的材料应具有以下特性：①材料应具有高强度②材料应具有高耐磨性③材料应具有热处理特性④材料应具有良好的机械性能⑤材料必须具有低缺口敏感系数2）轴的标准尺寸①机械轴可达25 毫米，步长为 0.5 毫米。
《机械设计》教学PPT课件 第九章 轴
练习4
指出图中结构不合理的地方，并予以改正。
练习5
§9-3 轴的工作能力计算
轴的强度计算应根据轴的承载情况，采用相应的计 算方法。常见的轴的强度计算有以下两种
一、按扭转强度计算
对于只传递扭转的圆截面轴，强度条件为
T
WT
9.55 10 6 0.2d 3n
P
[ ]
MPa
设计公式为
9.55106 P
三、轴的结构工艺性
1.轴端倒角C×45°(1C、2C等) 2.螺纹退刀槽——切制螺纹 3.砂轮越程槽——磨削 4.同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，且取相同 尺寸。圆角半径r也尽量一致。
1.轴端倒角C 2.螺纹退刀槽——切制螺纹
3.砂轮越程槽——磨削
4.同一轴上键槽位于圆柱同 一母线上，且取相同尺寸。 圆角半径r也尽量一致。
1.轴向固定 —— 轴肩定位
r轴<C孔
r轴<R孔
特点：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力
应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位
r轴>C孔
固定滚动轴承的轴肩高度 ─-查轴承的安装尺寸
da
轴向固定
2-3
轴长应略短于轮毂宽度(保证零件固定)
套筒用于两个零件间距离较小时 不宜用于高速旋转
轴向固定 圆螺母
2. 按轴线形状分
直轴 曲轴
光轴 阶梯轴
空心轴: 有特殊要求时，如航空发 动机的主轴。
实心轴
钢丝软轴：可以随意弯曲，把回转运动灵活地传到任意 空间位置。
钢丝软轴
选用合适的材料 结构设计
强度计算 轴的结构形状和尺寸
一、碳钢
1.对应力集中敏感性低，强度、塑性和韧性均较好； 2.般经调质或正火热处理，如40、45； 3.不重要或承受载荷较小的轴，可用普通碳素钢，Q235等
机械设计基础-12.1轴的概述
一、轴的功能和分类轴是组成机器的重要零件之一，其主要功能是支持作回转运动的传动零件(如齿轮、蜗轮等)，并传递运动和动力。
1、按受载情况分根据轴的受载情况的不同轴可分为转轴、传动轴和心轴三类。
a_1 a_2转轴 b传动轴 c 心轴轴的分类转轴：既受弯矩又受转矩的轴(图a_1、图a_2)；传动轴：主要受转矩，不受弯矩或弯矩很小的轴；心轴：只受弯矩而不受转矩的轴；根据轴工作时是否转动，心轴又可分为转动心轴和固定心轴。
转动心轴：工作时轴承受弯矩，且轴转动；固定心轴：工作时轴承受弯矩，且轴固定2、按轴线形状分根据轴线形状的不同轴又可分为曲轴、直轴和钢丝软轴。
曲轴曲轴：各轴段轴线不在同一直线上，主要用于有往复式运动的机械中，如内燃机中的曲轴(图7-2)。
直轴直轴：各轴段轴线为同一直线。
直轴按外形不同又可分为：光轴：形状简单，应力集中少，易加工，但轴上零件不易装配和定位。
常用于心轴和传动轴(左图)。
阶梯轴：特点与光轴相反，常用于转轴(右图)。
钢丝软轴：由多组钢丝分层卷绕而成，具有良好挠性，可将回转运动灵活地传到不开敞的空间位置。
钢丝软轴二、轴设计的主要内容轴的设计包括结构设计和工作能力验算两方面的内容。
（1）根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。
（2）轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算。
三、轴的材料及选择轴的材料种类很多，选择时应主要考虑如下因素：1、轴的强度、刚度及耐磨性要求；2、轴的热处理方法及机加工工艺性的要求；3、轴的材料来源和经济性等。
轴的常用材料是碳钢和合金钢。
碳钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过热处理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最广，一般用途的轴，多用含碳量为0.25～0.5%的中碳钢。
尤其是45号钢，对于不重要或受力较小的轴也可用Q235A等普通碳素钢。
合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。
机械设计中轴的详解
心轴
定义
心轴是机械中用于固定和支撑转 动零件的轴。
功能
心轴的主要功能是固定和支撑旋转 零件，确保其稳定旋转。
应用
在各种机械装置中，如轴承、齿轮 等，心轴都是重要的支撑部件。
03
轴的材料与选择
钢材
钢材强度高，能够承受较大的载荷和 冲击力，是机械设计中常用的轴材料 之一。
钢材成本相对较低，适用于大规模生 产和应用。
THANKS
感谢观看
机械设计中轴的重要性
轴是机械设备中的核心部件之一，其 设计是否合理、制造是否精确直接影 响到整个机械系统的性能和稳定性。
在许多机械设备中，轴的失效会导致 整个系统的瘫痪，因此，对轴的设计 、制造和维护都需要高度的专业知识 和技能。
02
轴的种类与功能
转轴
01
02
03
定义
转轴是机械中用于支撑和 传递转动的轴。
润滑剂可以减小轴承内部的摩擦阻力，降低磨损，并起到散热的作用。常用的 润滑剂有润滑油和润滑脂，根据不同的使用场合选择合适的润滑方式。
轴承的密封
为了防止灰尘、水分和其他杂质进入轴承内部，需要对轴承进行密封。常用的 密封方式有接触式密封和非接触式密封，根据不同的使用环境和要求选择合适 的密封方式。
06
机械设计中轴的详解
• 引言 • 轴的种类与功能 • 轴的材料与选择 • 轴的设计与计算 • 轴的支撑与轴承选择 • 轴的维护与保养 • 案例分析
01
引言
主题简介
01
机械设计中的轴是机械传动系统 中的重要组成部分，它承担着传 递扭矩和旋转运动的任务。
02
轴的设计和制造质量直接影响着 机械设备的性能、寿命和可靠性 。
以采用有效的散热系统；为了提高加工精度，可以采用先进的控制技术。
机械设计基础第十五章轴
弹性挡圈定位
圆螺母定位
轴的结构设计
5）圆锥形轴端与压板定位。定位可靠，装拆方便，适用于 经常装拆或有冲击的场合。
6）圆柱形轴端与轴端挡圈定位。定位可靠，方便，常用。 7）紧定螺钉定位。承受的轴向力较小，不适用于高速。
圆锥形轴端与压板定位 圆柱形轴端与轴端挡圈定
紧定螺钉定位
轴的结构设计
三、确定各轴段的直径和长度
直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。阶梯轴便于轴 上零件的装拆和定位，省材料重量轻，应用普遍。
曲轴是专用零件，主要用在内燃机一类的活塞式机械中。 轴一般是实心轴，有特殊要求时可制成空心轴，如车床主轴。
除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到 不开敞地空间位置，常用于医疗器械和小型机具中。
带式输送机传动简图
轴的结构设计
方 案
一
齿轮与轴分开制造，齿轮与带轮均从轴的左端装入，轴段⑤ 最粗。该方案较常采用。
轴的结构设计
方 案 二
齿轮与轴分开制造，齿轮从轴的右端装入，带轮从轴的左端 装入，轴段⑤最粗。该方案也有采用。
轴的结构设计
方 案 三
齿轮与轴一体，结构简单，强度和刚度高，但工艺性较差， 轴与齿轮同时失效。适用于轴的直径接近齿根圆直径的情况。
轴的常用材料及其力学性能表
第三节 轴的结构设计
轴的结构设计目标：确定轴的结构形状和尺寸。
轴的结构设计应满足： 轴上零件相对于轴、轴相对于机座的定位应准确可靠； 轴应具有良好的制造工艺性，轴上零件应便于装拆和调整； 轴的结构应有利于提高轴的强度和刚度 。
一、拟定轴上零件的装配方案 轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计 时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。在满足设计要求的情 况下，轴的结构应力求简单。 以下是带式输送机减速器中高速轴的三个装配方案及分析。
机械设计基础 第3版 教学课件 ppt 作者 王大康 11-14 第十一章 轴
轴颈
1. 轴颈—与轴承配合的轴段。 2. 轴头—与传动零件配合的轴段。 3. 轴身—连接轴颈与轴头的轴段。
二、轴的各部分名称
轴颈 轴头
轴头
轴身
轴颈
1. 轴颈—与轴承配合的轴段。 2. 轴头—与传动零件配合的轴段。 3. 轴身—连接轴颈与轴头的轴段。
三、轴结构设计的主要要求
（1）轴和轴上零件要有准确的工作位置且定位可靠； （2）轴上零件应便于装拆和调整；
挠性轴
曲轴
一般使用转速为800~3600r/min ，小尺寸挠性轴可达 20000r/min。
2. 按承受载荷分 （1）心轴：工作时只受弯矩的轴。
a） 转动心轴：轴的弯曲应力为对称循环应力。 b）固定心轴：轴的弯曲应力为静应力。
a)
b)
心轴 a) 转动心轴 b) 固定心轴
（2）传动轴：工作时只受转矩的轴。
（6）为减少加工刀具的种类，轴上的倒角、圆角的尺 寸应尽量一致。
（7）对制造精度要求高的轴，轴的两端应加工中心孔， 作为加工和检验的基准。 4. 提高轴的强度 多数轴受变应力作用， 故易发生疲劳破坏。设计 时应从结构上减小应力集 中。 （1）轴肩处应有较大 的过渡圆角，必要时可采 用内凹圆角或隔离环。
轴的设计方法：
1. 轴径的初步计算，以确定轴的最小直径；
2. 确定各轴段的直径和长度，进行轴的结构设计；
3. 轴的强度验算，根据验算结果调整轴的结构和尺寸；
4. 完成轴的设计。 轴的结构设计通常是经过初步计算，确定轴的最小 直径后进行的。影响轴结构的因素很多，轴的结构需在 设计中依具体情况确定，所以轴没有标准的结构形式。
第十一章
轴
第一节
概述
轴是组成机器的重要零件，轴的设计、制造质量直接影 响机器的工作质量和性能。 轴的作用： 1. 支承回转零件，使其具有确定的工作位置。
机械设计基础：轴的功用分类及定位
固定可靠，可承受较大的轴向力，但需切制螺纹和退刀槽，会削 弱轴的强度。常用于轴上两零件间距较大处，也可用于轴端
l = B-（2~3）mm
轴的轴向定位
5弹性挡圈
结构简单，但在轴上需切槽，会引起应力集中，一般用于轴向力不 大的零件的轴向固定。同样，所定位的零件宽度比轴段大2-3mm.
轴的轴向定位
6紧定螺钉
组成
特点：定位可靠，能承受较大的轴向载荷
轴的轴向定位
1 轴肩和轴环
轴的过渡圆角半径r—— 应小于轴上零件的倒角C 或圆角半径R 轴环宽度b—— b1.4h ≥ 10 mm
轴的轴向定位
1 轴肩和轴环
轴肩轴环高度h
定位轴肩 高度h>C(或R) ,通常取h=(2～3)C或(2～3)R或
滚动轴承
h=0.07d+(2～3) mm 轴肩高度<滚动轴承内圈高度
轴的功用分类及定位
轴的功用
轴的功用
轴用于支承回转零件(如齿轮、凸轮、带轮等)，使其有确定的 工作位置并传递运动和动力。
轴的分类
按轴线形状的不同
直轴 曲轴
光轴 阶梯轴 空心轴
挠性钢丝轴
轴的分类
按轴线形状的不同 直轴 曲轴 挠性钢丝轴
轴的分类
按载荷的不同
转轴 传动轴 心轴
既传递转矩，又承受弯矩 只受转矩，不受弯矩 只受弯矩，不传递转矩
结构简单，可兼作周向固定，传递不大的力或力矩，不宜用于高速
轴的轴向定位
7圆锥面
装拆方便，可兼作周向固定。 宜用于高速、重载及零件对中 性要求高的场合。只用于轴端， 常与轴端挡圈联合使用，实现 零件的双向固定。
轴的轴向定位
注意事项
1）轴上零件一般均应作双向固定，可将各种方法联合使用。 2）保证固定可靠，防止过定位，L轴段长度=B轮毂宽-(2~3)mm。
机械设计课程设计 轴的设计
第四章轴的设计机器上所安装的旋转零件，例如带轮、齿轮、联轴器和离合器等都必须用轴来支承，才能正常工作，因此轴是机械中不可缺少的重要零件。
本章将讨论轴的类型、轴的材料和轮毂联接，重点是轴的设计问题，其包括轴的结构设计和强度计算。
结构设计是合理确定轴的形状和尺寸，它除应考虑轴的强度和刚度外，还要考虑使用、加工和装配等方面的许多因素。
4.1 轴的分类按轴受的载荷和功用可分为：1.心轴：只承受弯矩不承受扭矩的轴，主要用于支承回转零件。
如.车辆轴和滑轮轴。
2.传动轴：只承受扭矩不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴,主要用于传递转矩。
如汽车的传动轴。
3.转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴，既支承零件又传递转矩。
如减速器轴。
4.2轴的材料主要承受弯矩和扭矩。
轴的失效形式是疲劳断裂，应具有足够的强度、韧性和耐磨性。
轴的材料从以下中选取：1. 碳素钢优质碳素钢具有较好的机械性能，对应力集中敏感性较低，价格便宜，应用广泛。
例如：35、45、50等优质碳素钢。
一般轴采用45钢，经过调质或正火处理；有耐磨性要求的轴段，应进行表面淬火及低温回火处理。
轻载或不重要的轴，使用普通碳素钢Q235、Q275等。
2. 合金钢合金钢具有较高的机械性能，对应力集中比较敏感，淬火性较好，热处理变形小，价格较贵。
多使用于要求重量轻和轴颈耐磨性的轴。
例如：汽轮发电机轴要求，在高速、高温重载下工作，采用27Cr2Mo1V、38CrMoAlA等。
滑动轴承的高速轴，采用20Cr、20CrMnTi 等。
3. 球墨铸铁球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感低，价格低廉，使用铸造制成外形复杂的轴。
例如：内燃机中的曲轴。
4.3 轴的结构设计如图所示为一齿轮减速器中的的高速轴。
轴上与轴承配合的部份称为轴颈，与传动零件配合的部份称为轴头，连接轴颈与轴头的非配合部份称为轴身，起定位作用的阶梯轴上截面变化的部分称为轴肩。
轴结构设计的基本要求有：（1）、便于轴上零件的装配轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力情况和加工工艺等。
机械加工轴
(3) 键槽：在同一母线上 (4) 轴的直径尺寸应取整数，最好取为偶数或5进位的数。 但与标准件相配合的轴径应取标准值。 (5) 一般将轴制成两端小中间大的阶梯形，既可便于拆装， 又可充分利用材料的承载能力。
剪切应力
静应力
脉动循环变 对称循环变
应力
应力
弯曲应力为对 称循环应力
≈0.3
≈0.６
=1
α的意义:根据转矩性质而定的折合系数→将扭转切应
力转换成与弯曲应力变化特性相同的扭转切应力。
或写成
d
3
Me
0.1 1w
如危险截面有键槽，应适当加大轴径：
有1个键槽，加大4％； 有2个键槽，加大7％；
注：对于重要的轴，需用安全系数法精确计算其强度。
钢丝软轴：可以随意弯曲,把回转运动灵活地传到任意空间位置。
请判断下列结构中轴的类型： 自行车的前轮轴、后轮轴、及脚踏板轴分别是什么轴?
二、轴设计的主要内容 1． 轴的失效形式： 主要为：疲劳断裂.此外也可能会有过量变形,磨损, 振动等。
2、轴设计的基本准则 1） 具有足够的强度和刚度， 使用中不发生断裂和过大的弹性变形
2） 结构合理
受载合理 , 减小应力集中 轴上零件定位可靠, 装拆方便
结构设计：根据轴上零件的安装、固定及轴的
轴的设计包括：
制造工艺等的要求，合理地确定轴
的结构和尺寸。
强度计算：校核轴的强度、刚度和振动稳定性
轴的设计过程：
选材料
估算轴最小直径
轴的结构设计
轴的强度计算
no 验算合格? yes
结束
机械基础——轴的类型、材料和结构设计
P368：3、4
课题
轴的类型、材料和结构设计
教学目的
1、熟悉轴的功用熟悉轴的材料的选择；
3、掌握轴结构设计的基本因素和基本方法。
教学安排
组织教学
讲述新课
第二十二单元轴
轴是组成机器的主要零件之一。轴的功用在于支承作回转运动的零件（如齿轮、带轮、链轮等），使其具有确定的工作位置，并传递运动与动力。
一、轴上零件的定位和固定
1、轴上零件的轴向定位和固定轴上零件的轴向定位和固定以轴肩、轴环、套筒、锁紧挡圈、圆螺母、弹性挡圈、轴端挡圈、轴承端盖及圆锥面等来实现。
2、轴上零件的周向定位和固定为使零件和轴一起转动并可靠地传递运动和动力，周向固定可以用普通平键或花键联接。当要求对中性好，在振动条件下工作时，可用轴孔间的过盈配合；也可两者同时采用。在载荷很小时，也可以采用紧定螺钉或销钉。
合金钢比碳钢有更好的力学性能和淬火性能。通常用于重载、高速的重要轴或有特殊要求的轴。
对于形状复杂、尺寸大的轴，球墨铸铁有成形容易，且价格低，吸振、耐磨，对应力敏感性小等优点。但可靠性差些。
三、轴设计的主要问题和一般步骤
1、轴设计的主要问题具有合理的结构和足够的承载能力是轴设计时必须解决的两个主要问题。
2、轴设计的一般步骤①确定许用应力；②估算最小直径、③轴的结构设计；④轴的强度校核计算。
第二节轴的结构设计
轴结构设计应遵循的一般原则：（1）轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；（2）轴上零件应便于拆卸和调整；（3）轴应具有良好的加工工艺性；（4）尽量减小应力集中；（5）受力合理，有利于节约材料，减轻轴的重量。
二、各段轴径和长度的确定
1、轴径的确定原则确定各段直径时应遵循如下原则：
1）有配合要求的轴段应取标准直径。
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1
转轴：工作中既器中，两轴将承受来自轴承及齿轮 处的横向力所产生的弯矩，同时在齿轮与联轴器之间的 轴段还将承受扭矩，故为转轴。
轴的类型
2
心轴：只承受弯矩而不承受扭矩的轴，根据工作时轴 是否转动可分为： 转动心轴：工作时仅承受弯矩且转动的轴。 固定心轴：工作时仅承受弯矩且不转的轴。
[思考] 1.自行车前轮轴属于哪种？ 2.火车车轮轴属于哪种？
轴的类型
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自行车工作时前轮轮毂和滚珠一起相对于前叉和 车轴转动，而车轴本身固定不动，且仅承受横向力产 生的弯矩，故自行车前轮轴为固定心轴。
轴的类型
4
传动轴：工作中只承受扭矩而不承受弯矩的轴 。
如：汽车中的传动轴。
汽车的传动轴用于将发动机的运动传递给汽车后桥， 仅传递转矩，而不承受弯矩，故为传动轴。
轴的类型
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问：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？
0 轴：传动轴 Ⅰ轴：转轴 Ⅱ轴：转动心轴 Ⅲ轴：转轴 Ⅳ轴：转轴 Ⅴ轴：转动心轴
如何判断轴是否传递转矩：
从原动机向工作机画传动路线，若传动路线沿该轴 轴线走过一段距离，则该轴传递转矩。
如何判断轴是否承受弯矩：
该轴上除联轴器外是否还有其它传动零件，若有则 该轴承受弯矩，否则不承受弯矩。