轴1
轴的结构设计,轴的强度计算,轴的刚度计算
详见 P311 图16.3
16.2 轴的结构设计
轴肩处
r C或R 定位轴肩h 3 ~ 5mm，但 C或R 采用套筒、轴端挡圈、 圆螺母处： l轴 B轮
➢ 轴肩由定位面和内圆角组成
b
D h
d D
h C d
k、k 弯矩和转矩作用的有效 应力集中系数 (见附录表1、2， 配合零件的综合影响系 数见附录表3)
16.3 轴的强度计算
a、 a
a
a弯bb 曲和((扭bb 转WMWM应)力) 幅，
MPa；
b b
m、 m 弯曲和扭转平均应力， MPa；
m 0
m
2
表面状态系数（附录表 4及5）；
bmax b
16.2 轴的结构设计
2.轴上零件的周向固定 常用的周向固定方法有键、花键、成形、弹性环、销和过
盈配合等联接。
配合处＋键可传递较大T 配合处设置大倒角 装方便（对中性 ）
16.3 轴的强度计算
设计思路： (1)类比定结构 必要校核计算 (2)强度计算为依据 逐步结构细化（设计， 节约材料） 轴的强度计算主要由三种方法（据轴受载及对安全要求） （1）按许用切应力计算 （2）许用弯曲应力计算； （3）安全系数校核计算。 16.3.1 按许用切应力计算 1.应用（仅与T有关） (1)传动轴计算（主要T） (2)需初步结构化的转轴（只知T）
现在，又开发了一种可更换式主轴 系统， 具有一 机两用 的功效 ，用户 根据不 同的加 工对象 选择使 用，即 电主轴 和镗杆 可相互 更换使 用。这 种结构 兼顾了 两种结 构的不 足，还 大大降 低了成 本。是 当今卧 式镗铣 床的一 大创举 。电主 轴的优 点在于 高速切 削和快 速进给 ，大大 提高了 机床的 精度和 效率。
机械拆装学习情境四车床一轴拆装与测绘
（2）多片离合器操纵机构动作过程 当操纵杠手柄1处于停车位置，滑套10处
在中间位置，左、右两边摩擦片均未压紧，主
轴不转。当操纵杠手柄向上抬起，经操纵杠及
连杆向前移动．扇形齿轮顺时针转动，使齿条 轴右移，经拨叉带动滑套10右移，压迫轴1上 摆杆9绕支点销摆动，下端则拨动拉杆8右移， 再由拉杆8上销带动滑套10和调整环4左移，从 而将左边的内、外摩擦片压紧，则轴1的转动 使通过内外片摩擦力带动空套齿轮3转动，使 主轴实现正转。同理，若操纵杠手柄向下压时， 使滑套10左移，经摆杆9使拉杆8右移．便可压 紧右边摩擦片，则轴1带动右边空套齿轮6转 动．使上轴实现反转。
多片离合器的零件磨损后，一般需换新件。
但摩擦片变形或划伤时，可校平后磨削修复， 修磨后厚度减小，可适当增加片数以保证凋节 余量。
图 4-3 多片离合器的调整 11-螺母（调整环） 12 – 花键套 22 -定位销
（二）制动装置 1.功用：为了缩短辅助时间，使主轴能迅速
停车．轴Ⅳ上装有钢带式制动器。其功用是在 车床停车过程中，克服主轴箱内各运动件的旋 转惯性，使主轴迅速停止转动，以缩短辅助时 间。
圆柱销靠过盈固定在孔中。用以定位时，通常
是将连接件的两孔同时钻、铰，然后在销钉上涂少 量机油，用铜锤打入孔内。某些定位销不能用敲入 法，可用C形夹头或压力机把销压入孔中。 2.圆锥销装配
圆锥销具有1：50的锥度，定位准确，可多次 装拆而不降低定位精度，在横向力作用下能保证自 锁。圆锥销以小端直径和长度代表其规格。装配时， 被连接件的两孔也应同时钻铰，但应注意控制孔径， 一般以锥销长度的80％能自由插入孔中为宜。用铜 锤打入后，锥销的大头可稍露出或平于被连接件表 面。
图 4-1 CA6140车床主轴箱展开图
CA6140车床1轴的装配
CA6140 车床Ⅰ轴部件结构
5、加压套 6螺圈 7、跳销
用于调整内外摩 擦片的压紧力；
用于压紧内外 摩擦片；
防止加压套 的松动
CA6140 车床Ⅰ轴部件结构
8、空套齿轮
空套齿轮的缺口槽与外摩擦 片的4个凸台一起转动，来传 动递运动。
CA6140 车床Ⅰ轴的装配
第1步：安装花键螺圈 将螺圈的孔也花键处的腰形槽对准
CA6140 车床Ⅰ轴的装配
第6步：完成一轴摩擦片的安装
CA6140 车床Ⅰ轴的装配
第7步 安装正反转空套齿轮 1、将正反转空套齿轮槽对准外摩擦片的凸缘处，打入轴中。
CA6140 车床Ⅰ轴的装配
第8步 安装轴套、滚动轴承与挡圈 先装入轴套，再打入滚动轴承，最后将轴用弹簧挡圈装入轴 的槽中，防止轴承、轴套及空套齿轮的轴向移动。
CA6140 车床Ⅰ轴部件结构
3、Ⅰ轴主轴的结构
提问：为 什么采用 花键连接？ 采用花键 连接有什 么好处？
Ⅰ轴主轴是本轴组的基础件，中部是花键 型，中间有一孔。连接带轮，在皮带的带 到下始终处于旋转状态
CA6140 车床Ⅰ轴部件结构
4、杠杆（元宝键）
杠杆可作左右摆动，通过Ⅰ轴中间的拉杆使调整 螺圈作左，右的轴向移动，向左压紧正转摩擦片 ，向右压紧反转摩擦片，杠杆的左右摆动靠滑套 来实现。
第4步：安装正反转摩擦片 1）、正转摩擦片从带轮端装入，先内后外，共计内8外7片。 粉红色的是内摩擦片，蓝色为外摩擦片。 2）、 反转摩擦片从元宝键端装入，先内后外，共计内6外5片 。
CA6140 车床Ⅰ轴的装配
第5步：安装定位（固定）挡圈 先将内定位挡圈（带有螺纹）套入，在花键槽处转30º ， 使内定位圈卡住花键凸缘，再套入外定位圈（通孔）， 并用平基螺钉使内外定位圈紧固。
轴的设计计算
轴的设计计算2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度如上图 从左到右依次为1d 2d 3d 4d 5d 6d 7d 与大带轮配合的轴 mm d 381= mm d d d 08.4408.63808.02112=+=⨯+= 取mm d 452= mm d d 4523=≥ 且此处为基孔制配合（其中孔为轴承内孔） 取mm d 503=mm d d 5034=≥ 取mm d 554= mmd d d 8.638.85508.02445=+=⨯+=取mm d 645=mm d d d 5885008.02336=+=⨯+= mm d d 5037== mm l 831=mm l 502252=⨯=∆++=s b l 3由于使用的轴承为深沟球轴承6010（GB/T276-1993）查《机械设计手册》P64表6-1得b=16mm主动轴如左图的装配方案mm d 381=mm d 452=mm d 503=mm d 554=mm d 645=mm d 586=对于从动轴：1）拟定轴上零件的装配方案现选用如图所示的装配方案从动轴如左图所示的装配方案mm mm h b 1422⨯=⨯，键槽用键槽铣刀加工，长为80mm ，选择齿轮轴毂与轴的配合为67k H ；同样半联轴器与轴的连接，选用平键为mm mm mm l h b 901118⨯⨯=⨯⨯，半联轴器与轴的配合为67k H 。
滚动轴承与轴的周向定位是通过过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m64）确定轴上圆角和倒角尺寸 参考《机械设计》教材P365表15-2 mm d 601= mm d 757= 取轴端倒角为0452⨯，各轴肩处的圆角半径见轴的俯视图上标注(3) 按弯扭合成应力校核轴的强度 1)主动轴的强度校核圆周力 1t F =112000d T =2000×255.86/93=5502.37N 径向力1r F =1t F tan α=5502.37×tan20°=5502.37×0.36=1980.85N 由于为直齿圆柱齿轮，轴向力1a F =0带传动作用在轴上的压力齿轮轴毂与轴的配合为67k H半联轴器与轴的配合为67k H 。
5-1-1 《轴》练习题(一)
☼ 5-1-1《轴》练习题（一）☼班级姓名学号一、填空题：1、自行车的中轴是轴，而前轮轴是轴，后轮轴是轴。
2、心轴在工作中只受作用而不传递。
3、工作中只受弯矩不传递扭矩的轴叫轴；只传递扭矩不受弯矩的轴叫轴；同时承受弯矩和扭矩的轴叫轴。
4、轴的功用是和 ,火车轮轴工作中只受弯矩不受转矩,被称为。
5、按其轴线形状不同，轴可分为、和。
6、按其承载情况不同，直轴可分为、和。
7、轴的制造材料主要是或，且一般要对这些材料进行处理，以提高耐磨性和抗疲劳强度。
8、直轴根据外形不同，可分为和两种，其中应用最广。
9、曲轴是内燃机、曲柄压力机等机器中用于和运动相互转换的专用零件，它兼有和的双重功能。
10、轴的常用材料主要是和，其次是。
11、减速器轴既受弯矩又受扭矩，被称为。
12、轴是组成机器中最基本且最重要的零件之一，其主要功能是：（1）传递；（2）支承。
轴一般都要有、和。
13、软轴具有良好的，它可以把灵活地传到任何空间位置。
14、轴的材料要求有足够的、对敏感性低，还要能满足、、耐腐蚀性要求，并具有良好。
15、阶梯轴的直径应该是中间两端，目的是。
16、一个阶梯轴由、及轴身三部分组成。
二、判断题：（）1、转轴只承受弯矩而不承受转矩。
（）2、转动的心轴所受的载荷既有弯矩又有扭矩。
（）3、在生产实际中，往往把轴做成阶梯形的，这主要是为了便于轴上零件的安装和固定，轴的强度需要则在其次。
（）4、只承受弯矩而不受扭矩的轴，称为心轴。
（）5、仅传递扭矩的轴是转轴。
（）6、既传递转矩又承受弯矩的轴称之为传动轴。
（）7、实际使用中，直轴一般采用阶梯形，以便于零件的定位及装拆。
（）8、阶梯轴的截面变化部位叫轴肩（环）。
（）9、为了提高轴的刚度，必须采用合金钢材料。
（）10、当材料为45钢的轴刚度不够时，通过改用合金钢或采用不同的热处理方式来改善。
三、单项选择题：1、工作中既承受弯距又承受转矩的轴，称为（）。
A、传动轴B、转轴C、心轴2、下列各轴中，（）轴是心轴。
1--1轴
转速低的场合
3.轴的结构工艺性
◆阶梯轴直径应中间大,由中间向两端依次减
小,以便于轴上零件的装拆.
◆为便于安装,轴的端部应用倒角,一般为45° ◆当轴上有两个以上键槽时,应置于轴的同一条母线上
◆轴上某处切削螺纹时,应留有退刀槽
◆轴上某段需磨削时,应留有砂轮越程槽
3.轴的结构工艺性
特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力 由于切制螺纹使轴的强度下降 应用：多用于轴端部且采用细牙螺纹
轴向固定 —— 弹性挡圈固定
特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力 应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位
轴向固定 —— 轴端挡圈定位和紧定螺钉固定
用于轴端定位 可承受剧烈振动和冲击
适用于轴向力小
第一章 机械零件
研究对象：轴、轴承、联轴器、离合器 研究内容： 1.轴的结构
2.滚动轴承的类型选择 3.轴毂连接 4.联轴器和离合器的选择
§1--1 轴
1.轴的功用 轴是组成机器的重要零件之一，轴的主要功用 是支承旋转零件、传递转矩和运动。
2.轴的分类 按承受载荷不同，可分为：
转轴、心轴、传动轴
按轴线形状的不同，可分为： 直轴、曲轴、挠性钢丝轴 直轴按外形的不同，可分为： 光轴、阶梯轴
转轴：机器中最常见的轴，通常简称为轴。 工作时既承受弯矩又承受转矩。
例：减速器中的轴
心轴： 用来支承转动零件，
只承受弯矩而不传递转矩。 例：自行车的前轮轴
传动轴：主要用于传递转矩而不承受弯矩，
或所承受的弯矩很小的轴。 例：汽车中联接变速箱与后桥之间的轴。
曲轴
用于回转运动和直线往复运动之间的转换
钢丝软轴
3.轴的结构 轴的结构应满足以下条件：
常：毛中特时间轴(1)
毛中特时间轴思想和经济角度1914-1917：一战1917：俄国十月革命——毛泽东思想发展的时代背景。
1919：五四运动———无产阶级登上历史舞台，新民主主义的开端。
1921:中共一大———共产党成立。
1922：中共二大———制定纲领。
1923：中共三大———提出国共合作，但没提出领导权问题。
1924：国民党一大———标致着国共正式合作，新三民主义。
1925：中共四大———第一次提出无产阶级领导权和农民同盟军的思想。
1927:大革命失败。
土地革命时期（1927-1937）：期间—1928《中国红色政权为什么能存在》、《井冈山的斗争》---1930--《星星之火可以燎原》----“农村包围城市，武装夺取政权”——标志着毛泽东思想开始形成1931：左倾错误，中国革命严受挫折。
1935：遵义会议，纠正左倾教条等。
毛泽东领导全党，总结经验出探索。
1937：毛泽东的《实践论》、《矛盾论》深刻阐述理论实践关系，对党的思想路线做了系统的哲学论证。
1938：六届六中全会-毛泽东的《论新阶段》，最早提出“马克思主义中国化”。
{注：在此期间（遵义会议后），精辟论证了党在民主革命时期的政策，策略，标志着毛泽东思想的成熟}1938.11:《战争和战略问题》把革命道路确定下来。
先占农村，后取城市。
1939：毛泽东-《中国革命和中国共产党》，第一次提出了新民主主义革命的概念和总体路线。
1940：《新民主主义论》阐述新民主主义的政治，经济，文化。
1943：《晋绥干部会议的讲话》完整表述了反对帝国主义、封建主义、官僚资本主义的革命。
1941-1945：延安整风（七大前），从思想角度，不仅深刻阐述实事求是的重要性，而且做了马克思主义界定，期间，1941,5，《改造我们的学习》报告。
1945：中共七大：1把毛泽东思想确立为指导思想，并写入党章。
2《论联合政府》政治报告，新民主主义革命具体奋斗目标1949,，2—七届二中全会—专门讨论建设新民主主义社会的问题。
5-1 轴
三、轴的结构
受力合理，利于强度和刚度
轴的结构应满足
定位准确，固定可靠 便于加工制造，装拆、调整
减少应力集中；减轻重量，节省材料。
1、轴上零件的固定
轴向固定：
使零件不能沿轴线纵向移动
固定形式
周向固定： 使零件不能围绕轴线旋转
轴肩、轴环、轴伸 套筒 螺钉锁紧挡圈 圆锥面 兼周向固定
轴向固定形式
圆螺母
小于 轴上零件的圆角半径或倒角C。
4，用轴肩、套筒、挡圈等结构可对轴上零件作周向固定。( × ) 5，轴上零件轮毂宽度应小于与之相配合的轴段的轴向尺寸。（ × ） 6，定位滚动轴承的轴肩高度应小于滚动轴承内圈厚度，以便于拆卸轴承。（ √ ） 7，当采用轴肩定位轴上零件时，零件轴孔的倒角应小于轴肩的过渡圆角半径。（ × ） B 8，轴上零件轮毂宽度B应（ ）与之相配合的轴段的轴向尺寸。 A、＝ A、大于 B、＞ C、＜ C、大于或等于 D、小于或等于 9，当采用轴肩定位轴上零件时，零件轴孔的倒角应（ A）轴肩的过渡圆角半径。 B、小于 10，定位滚动轴承的轴肩高度应（ B ）滚动轴承内圈厚度，以便于拆卸轴承。
6，为提高轴的疲劳强度，应优先采用（C ）的方法。 A、选择好的材料 B、提高表面质量 C、减小应力集中 D、增大轴的直径 ）。 C、使轴的加工方便 7，增大轴在剖面过渡处的圆角半径，其优点是（ B A、使零件的轴向定位比较可靠
B、降低应力集中，提高轴的疲劳强度
锥面
3，提高抗疲劳性。
改进结构 降低应力集中 降低表面粗糙度 表面淬火 渗碳 表面热处理和冷加工 碳氮共渗 滚压 喷丸
合理的轴肩过渡 合理的过盈连接 改进键槽尖角 精车
磨削
课堂练习
1，为保证零件固定可靠，与轮毂相配合的轴段长度应比轮毂宽度 略短 上的键槽应 在同一加工直线上 。 ，为便于加工，同一个轴
CA6140车床1轴的装配及修理解析
基础知识
二、CA6140车床的传动系统图
基础知识
三、CA6140型卧式车床主轴箱展开图
基础知识
四、CA6140主轴箱图三维立体图
双向多片式 摩擦离合器
基础知识
五、CA6140主运动传动系统
CA6140型车床——主轴箱Ⅰ轴的拆装
基 础 知 识
授 课 内 容 CA6140车床摩擦离合器知识 CA6140车床Ⅰ轴部件结构
防止加压套 的松动
CA6140 车床Ⅰ轴部件结构
8、空套齿轮
ห้องสมุดไป่ตู้
空套齿轮的缺口槽与外摩擦 片的4个凸台一起转动，来传 动递运动。
CA6140型车床——主轴箱Ⅰ轴的拆装
基 础 知 识
授 课 内 容 CA6140车床摩擦离合器知识 CA6140车床Ⅰ轴部件结构 CA6140车床Ⅰ轴的装配
CA6140 车床Ⅰ轴的装配
提问：跳 销的用途 是什么？
CA6140 车床Ⅰ轴的装配
第4步：安装正反转摩擦片 1）、正转摩擦片从带轮端装入，先内后外，共计内8外7片。 粉红色的是内摩擦片，蓝色为外摩擦片。 2）、 反转摩擦片从元宝键端装入，先内后外，共计内6外5片 。
CA6140 车床Ⅰ轴的装配
第5步：安装定位（固定）挡圈 先将内定位挡圈（带有螺纹）套入，在花键槽处转30º ， 使内定位圈卡住花键凸缘，再套入外定位圈（通孔）， 并用平基螺钉使内外定位圈紧固。
应卡在滚动轴 承的槽中
CA6140 车床Ⅰ轴的装配
Ⅰ轴的装配图
CA6140型车床——主轴箱Ⅰ轴的拆装
布置作业： 1、编写CA6140车床主轴箱Ⅰ轴的装配流程图
谢谢大家 敬请各位教师指正！
CA6140 车床Ⅰ轴的装配
表15-1 轴的常用材料及其主要力学性能
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表15-3 轴常用几种材料的[τT]及A0值
轴的材料 [τT]/MPa A0 Q235-A、20 15～25 149～126
Q275、35 （1Cr18Ni9Ti）
20～35 135～112
45 25～45 126～103
40Cr、35SiMn 38SiMnMo、3Cr13
35～55 112～97
注：1）表中[τT]值是考虑了弯曲影响而降低了的许用扭转切应力。 2）在下述情况时， [τT]取较大值，A0取较小值；弯曲较小或只受扭矩 作用、载荷平稳、无轴向载荷或只有较小的轴向载荷、减速器的低 速轴、轴只作单向旋转；反之， [τT]取较小值，A0取较大值。
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计算时，常将轴上的分布载荷简化为集中力，其作用点取 为载荷分布段的中点。
3Cr13
调质
≤100 ≤100
＞100~200
835 530 490
635
395 190 180
230 115 110
75
用于腐蚀条 件下的轴 用于高、低 温及腐蚀条件 下的轴 用于制造复 杂外形的轴
1Cr18Ni 淬火 9Ti QT600-3
≤192
195
45
190~ 600 370 215 185 270 245~ 800 480 290 250 QT800-2 335 注：①表中所列疲劳极限σ-1值是按下列关系式计算的，供设计时参考。 碳钢σ-1≈0.43 σB ；合金钢： σ-1≈0.2（σB+σs ）+100 ； 不锈钢： σ-1≈0.27（σB+σs ） ； τ-1≈0.156（σB+σs ） ； 球墨铸铁： σ-1≈0.36σB ；τ-1≈0.31σB。 ②1Cr18Ni9Ti（GB1221-84）可选用，但不推荐。
转动惯量的折算
& 即：T3 ' 2π = mν L
L & T3 ' = mν 2π
L为丝杠的导程
根据传动关系可得： x θ3 v ω3 L L z3 z1 = ⇒ = ⇒ν = ω3 = ( )ω1 L 2π L 2π 2π 2π z4 z2 2 2 带入可得： L z3 z1 & T3 ' = (2 − 25) mω1 2π z4 z2
代入得：
(2 − 20)
& T1 = J1ω1 + T1 ' （2 − 16）
2 2 2 2 z1 z1 z3 z1 z3 L & & T1 = J1 + J 2 + J 3 + m ω1 = J ∑ ω1 z2 z2 z4 z2 z4 2π
2
代入可得：
z3 z1 z4 & T2 ' = J 3 ω1 + T3 ' z3 z4 z2
即
z3 z1 z3 & T2 ' = J 3 ω1 + T3 ' z4 z 4 z2
2
(2 − 22)
（二）工作台质量的折算
根据动力平衡关系，在工作台与丝杠间,T’3 的反作用 驱动丝杠使工作台运动,丝杠转动一周T’3所做的功等 于工作台前进一个导程时其惯性力所做的功：
（一）轴I、II、III转动惯量的折算
根据动力平衡原理（牛顿定律）： 对轴1： T1 − T1 ' = J1ω1′ & 即：T1 = J1ω1 + T1 '
& 对轴2： T2 − T2 ' = J 2ω2
1,1,1轴旋转的转动矩阵
1,1,1轴旋转的转动矩阵1.引言1.1 概述概述部分可以介绍本篇文章的主题和研究背景，以下是一种可能的写作方式：引言部分的概述旨在介绍本篇文章的主题以及相关的研究背景。
本文将探讨关于1,1,1轴旋转的转动矩阵的推导和定义。
转动矩阵是描述刚体在空间中旋转的重要工具，对于理解和分析物体在三维空间中的旋转运动具有重要意义。
在物理学和工程学领域，转动矩阵是描述物体三维旋转的数学工具，它能够以矩阵的形式表示，从而简化对旋转运动的描述和计算。
在实际应用中，转动矩阵在机器人学、飞行控制、计算机视觉等领域起着重要作用。
本文将特别关注1,1,1轴旋转的转动矩阵。
1,1,1轴旋转指的是绕过原点(0,0,0)的一个单位向量(1,1,1)进行旋转。
这种旋转在某些应用中有着特殊的意义和应用，例如在结构材料的弹性力学中。
在本文的2.1节，我们将首先介绍转动矩阵的定义，解释其基本概念和性质，为后续的推导提供必要的背景知识。
然后在2.2节，我们将详细推导1,1,1轴旋转的转动矩阵，并探讨其数学表达式和几何意义。
通过本文的研究，我们旨在提供关于1,1,1轴旋转的转动矩阵的深入理解，为相关领域的研究人员和工程师提供参考和指导。
深入研究转动矩阵的定义和推导将有助于我们对物体旋转运动的认识和应用，为实际问题的解决提供支持。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构进行阐述：（1）引言：先对文章的主要内容进行概述，并说明文章的目的。
（2）正文：主要包括两个部分。
- 2.1 转动矩阵的定义：介绍转动矩阵的概念和基本性质，为后面的推导提供必要的背景知识。
- 2.2 1,1,1轴旋转的转动矩阵推导：详细推导得到1,1,1轴旋转的转动矩阵，并对其特性进行分析和讨论。
通过该推导，读者可以深入了解1,1,1轴旋转在三维空间中的变换规律。
（3）结论：对本文的主要内容进行总结，并得出结论。
同时，可以提出一些相关问题或者展望未来研究的方向。
通过以上的文章结构，读者可以逐步了解转动矩阵的定义、1,1,1轴旋转的转动矩阵的推导过程以及推导结果的意义和特性。
1-1 轴
于轴上零件的装拆，如下图所示。
+ 轴端、轴颈与轴肩（或轴环）的过渡部位应有
倒角或过渡圆角，并应尽可能使倒角大小一致 和圆角半径相同，以便于加工。 轴上需要切制螺纹或进行磨削时，应有螺纹退 刀槽或砂轮越程槽。
•
当轴上有两个以上键槽时，槽宽应尽可能相 同， 并布置在同一母线上，以利于加工， 如图所示。
1-1 轴
学习目标： 1、掌握轴的分类、材料、结构和应用。 2、掌握轴上零件的固定方式。
轴是机器中的重要零件之一，在日常生活和工作中经常可以看到 应用轴的场合，例如自行车前轴、汽车底盘传动轴、火车轮轴等。
自行车的前车轮通过前轴安装在自行 车的前叉上，前轴起支承车轮的作用。
自行车前轴
汽车能够行驶是由于发动机曲 轴输出的动力通过底盘传动轴传递 给汽车前桥（后桥），从而使车轮 旋转。
汽车底盘传动轴
火车轮轴
火车的两个车轮能够做旋转运动，是由于火车轮轴支承着两个车轮并 随轮一同旋转。
可以说，凡是做回转运动的零件都必须用轴来支承才能实 现运动和动力的传递。
一、轴的功用和分类 轴的功用：支撑回转零件，传递运动和动力。
轴的分类：根据轴所起的作用以及承受载荷性质的不同，轴 分类分为三类：转轴、心轴、传动轴。 按承载情况分类 按承受载荷不同分类 ①转轴：既承受弯矩又承受扭矩的轴，如齿轮轴
2）常用的周向固定方法有 ：
平键连接、花键连接、销钉连接、紧定螺钉连 接和过盈配合连接等。
轴上零件的周向固定
a 平键连接
特点与应用：
加工容易、装拆方 便，但轴向不能固定， 不能承受轴向力。
b 花键连接
特点与应用： 具有接触面积大、 承载能力强、对中性 和导向性好等特点， 适用于载荷较大、定 心要求高的静、动连 接。加工工艺较复杂， 成本较高。
建筑工程1轴
建筑工程1轴
在建筑工程中，1轴通常被用来指代建筑物中的水平线或基准线。
这条轴线往往是建筑物的参考线，用来确定建筑物内其他重要元素的位置。
尽管1轴在建筑设计中起到了重要作用，但是在建筑工程中它并不需要标题，因此我们不会在文中出现与
1轴相关的标题。
相反，我们将会使用其他清晰明了的描述来
指代这个轴线。
通过正确地使用1轴，建筑师和工程师们能够保证整个建筑物的结构和设计都符合设计要求，从而提高建筑物的质量和可靠性。
因此，1轴作为建筑工程中的重要参考线，需要在建筑设计和施工过程中得到充分的重视和应用。
轴的服役条件(一)
轴的服役条件(一)
轴的服役条件
1. 强度要求
•轴材料应具有足够的强度和刚度，能够承受工作载荷和转速。
•轴部分应有适当的弯曲刚度和扭转刚度，以确保不产生过大的变形和变速。
•轴材料应具有足够的韧性，能够抵抗冲击和脆性断裂。
2. 表面粗糙度要求
•轴表面的粗糙度应满足工作要求，以确保良好的润滑和密封。
•表面粗糙度过大可能导致颗粒进入轴承，加速磨损和故障。
3. 轴与轴承配合要求
•轴与轴承之间的配合间隙应适中，既要保证良好的转动，又要避免过分松弛或过紧造成过早磨损。
•轴与轴承之间的配合面应平整和光滑，以确保良好的密封和传动效果。
4. 轴的自重和动平衡要求
•轴的自重应在设计中考虑到，以避免过大的挠度和变形。
•轴的动平衡应在制造过程中进行调整，以降低振动和噪音。
5. 轴的材料和热处理要求
•轴的材料应根据工作条件选择，常见的材料包括碳素结构钢、合金钢和铸铁等。
•轴的热处理工艺应使其具有适当的硬度和韧性，以提高其使用寿命和耐磨性。
6. 轴的润滑和维护要求
•轴的润滑应根据不同工作条件选择适当的润滑方式，包括油脂润滑、润滑油润滑和固体润滑等。
•轴的维护应定期进行，包括清洁、润滑和检查等，以确保轴的正常运行和延长使用寿命。
以上是轴的服役条件的一些要点和注意事项，创作者在设计和制造轴时应综合考虑这些因素，以确保轴的质量和性能。
同时，合理的使用和维护也是保证轴长时间稳定工作的重要措施。
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机械基础部分
13
2、中、低碳合金钢： 具有较高的力学性能和良好的热处理性能，常 用于高温、高速、重载以及结构要求紧凑的轴； 但价格较贵，对应力集中敏感，所以在结构设计 时必须尽量减少应力集中。
注意：耐磨性要求较高的可以采用20Cr、20CrMnTi等 低碳合金钢；要求较高的轴可以采用40Cr、40CrNi等 进行热处理。
4
机械基础部分 传动轴：只受转矩，不受弯矩M=0，T≠0 如：汽车下的传动轴。
5
转轴：既传递转矩（T）、又承受弯矩（M） 如：减速器中的轴。
机械基础部分
6
减速器转轴
机械基础部分
7
T
Ft
Fr
机械基础部分 2、按轴线形状分 光轴 阶梯轴 又可分为实心轴和空心轴（加工 困难）。 2）曲轴：发动机专用零件
平键：对中性好，可用于较高精度、高转速 及受冲击或交变载荷作用的场合。 半圆键：装配方便，特别适合锥形轴端的联接，对 轴的削弱较大，只适用于轻载。
机械基础部分 2.花键
31
3.紧定螺钉
特点：承载能力强， 定心精度高，导向性 好，但制造成本高。
特点：适用于轴向力小， 转速低的场合；在有振动 和冲击的场合，应防松。
轴头 ：轴上与旋转零件配合的轴段
17
轴 及 轴 上 零 件 名 称
阶梯轴
轴颈 ：轴上与轴承配合的轴段
轴身 ：轴上连接轴头与轴颈的非配合部分
轴颈
轴头
轴身
机械基础部分
18
轴的结构设计
—— 结构分析
轴颈
轴头
轴身
机械基础部分 轴设计的基本要求：
19
1、轴与轴上零件要有准确的相对位置,轴向、周 向定位可靠； 2、轴的加工、装配有良好的工艺性；
6.弹性挡圈
特点：结构简单紧凑，装拆方便，只能承受很小的 轴向力，可靠性差。
应用：常用于固定滚动轴承和移动齿轮的轴向定位
机械基础部分
7．紧定螺钉-----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。
紧定螺钉
29
机械基础部分
30
二、轴上零件的周向定位
目的：防止零件与轴之间的相对转动 1.键
26
稳定可靠，能承受较大的轴向力：
B
止动销 止动垫片 轴肩 止动垫片 止动销
螺钉
轴端挡圈
l
轴端挡圈
螺钉
注意：轮毂宽度B>轴头长度l ，取l = B- （2~3）mm
机械基础部分 5.圆锥面
27
特点：能承受冲击载荷，装拆方便，但配合面加工 较困难。 应用：常用于轴的端部的零件固定。
机械基础部分
28
机械基础部分
24
3.圆螺母和 止动垫圈
正确
错误
错误
特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力 由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降 应用：常用于轴的中部和端部
机械基础部分
25
4.轴端挡圈
特点：能承受较大的轴向力及冲击载荷，需采用防 松措施。 应用：常用于轴的端部的零件固定。
4．轴端挡圈-------常与轴肩或锥面联合使用，固定零件 机械基础部分
21
一、轴上零件的轴向定位和固定
零件轴向定位的方式常取决于轴向力的大小 1.轴肩和轴环
h h h
要求： r＜ C＜ h r＜ R＜ h h=(0.07～0.1)d b=1.4h 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
h
机械基础部分
2．套筒-------常用于两个距离相近的零件之间，起定位和 固定的作用。套筒与轴之间配合较松，不宜用于转速较高的 轴上。 套筒 B
3. 同一轴上的两个平 键应布置在同一母线， 否则不便于轴的加工。
机械基础部分
51
例题：指出图中轴结构设计中的不合理之处，并绘 出改进后的结构图。 1.轴两端均未倒角；
2.齿轮右侧未作轴向固定； 3.齿轮处键槽太短； 5.左轴承无法拆卸； 6.齿轮与右轴承装卸不便； 7.轴端挡圈未直接压在轴 端轮毂上。
°
46
当过渡圆角半径受限制时用凹切圆角、过渡肩环 对于过盈配合的轴段，在轴上或轮毂上开减载槽
凹切圆角
过渡肩环
减载槽
机械基础部分 轴系结构改错
47
图中有一处错误， 请改正。
错误原因
使得轴上零 r >c 件与轴肩的配合不够 紧密。
机械基础部分
48
轴系结构改错
图中有四处错误， 请改正。 错误原因 1.轴肩太高，滚动 轴承无法拆卸。 2.轴上未留退刀槽， 不便于螺纹加工。 3.轴承左边定位不可 靠。 4.圆螺母无法装入。
机械基础部分 轴系结构改错
49
图中有三处错误， 请改正。
错误原因
1.轮毂上键槽未开通，零件 无法装入。 2.套筒无法装入应改为轴肩。 3.滚动轴承内圈与轴的配合 为过盈配合，无需键联接。
机械基础部分 轴系结构改错
图中有三处错误， 请改正。源自50错误原因 1. 键太长，右端套筒 无法装入。
2. 轮毂上键槽未开通， 右端齿轮无法装入。
3、受力合理,轴结构有利于提高轴的强度和刚度、 减少应力集中，节省材料、减轻重量。
轴的结构设计应考虑的主要因素
1.保证轴上零件的定位和固定可靠； 2.便于轴上零件的装拆和调整； 3.良好的加工工艺性； 4.有利于提高轴的强度和刚度（轴的受力合理、应力集 中少）。
机械基础部分
20
零件在轴上的定位和固定
40
（4）轴的两端加工倒角，便于零件导入，不宜伤人；
（5）装配段不宜过长。
机械基础部分 轴上零件装配工艺性要求
轴的配合直径应圆整为标准值 轴端应有cX45º 的倒角 与零件过盈配合的轴端应加工出导向锥面。
41
°
°
a）倒角
b）导向锥面
机械基础部分 2.轴的加工工艺性 （1）螺尾退刀槽和砂轮越程槽
42
22
l
注意：轮毂宽度B > 轴头长度l，取l = B -（2~3）mm
机械基础部分 2.套筒（轴套）
23
特点：定位可靠，结构简单，加工方便，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。 轴上间距不大的两零件的轴向定位。与滚动轴承组 合时，套筒的厚度不应超过轴承内圈的厚度，以便 轴承拆卸。
机械基础部分 4.圆锥销 5.过盈配合
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特点：用于受力不大的 场合，可做安全销使用
特点：对中性好，承载能力 强，适用于不常拆卸的部位。 可与平键组合使用，能承受 较大的交变载荷。
机械基础部分
33
A 型 平 键
机械基础部分
34
B 型 平 键
机械基础部分
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导 向 平 键
机械基础部分
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半 圆 键
机械基础部分
37
楔 键
机械基础部分
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圆 锥 销
机械基础部分
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三、轴的结构工艺性
轴上零件装配工艺性要求
1.一般将轴设计成阶梯轴 （1）提供零件定位和固定的轴肩、轴环；
（2）区别不同精度和 表面粗糙度以及配合 的要求； （3）直径变化应尽可 能少，直径常为中间 大两端小，便于零件 的装拆；
机械基础部分
轴的材料及选择 碳 普通碳素钢：Q235,Q275-------用于不重要，轻载的 轴； 钢 优质碳素钢：35，40，45号------ 价廉物广，应用
轴 较广泛； 常 中碳合金钢：40Cr等------强度高，价贵，用于重要 合 轴 用 金 低碳合金钢：20CrMnTi--------表面渗碳淬火后， 材 钢 表面硬度高芯部韧性好，适用于冲击载荷较大的场 料 合。 球墨铸铁---------宜用于制造形状复杂的轴
越程槽：保证砂轮能磨削到轴肩，保证轴肩的垂 直度；
退刀槽：加工螺纹时，退刀槽可以保证刀具退出。
相近直径轴段的过渡圆角、键槽、越程槽、退刀槽尺寸 尽量统一.
机械基础部分 （2）键槽布置
43
固定不同零件的各键槽应布置在同一母线 上，以减少装夹次数。
机械基础部分
不同轴段的键槽，应布置轴的同一母线上，以减少键槽加工 时的装卡次数；尽量制成阶梯轴
44
a. 正确结构
b.不正确结构
3、减小轴的应力集中—— 轴的剖面变化处、轴毂配合面的边缘键槽 45 机械基础部分
根部等会产生应力集中。
a）截面尺寸变化处 轴的应力集中 发生的位置 b）过盈配合处 c）小孔处
a）截面尺寸变化处 的应力集中
b）过盈配合处的应力集中
c）小孔处的应力集中
机械基础部分
减小力集 中的措施
机械基础部分 3.球墨铸铁 耐磨、价格低、吸振性好，对应力集中的敏感 性较低，但可靠性较差，一般用于形状复杂的轴， 如曲轴、凸轮轴等。
14
轴的毛坯 d小——轧制的圆钢（棒料）：车制； d大——锻造毛坯； 结构复杂——铸造毛坯，如曲轴； 空心轴——充分利用材料，↓质量，但加工困难。
机械基础部分
15
4.键槽应开在同一条直线上；
机械基础部分
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轴的结构设计
轴的结构设计包括确定轴的合理外形和全部结构 尺寸。轴作为重要的支承零件，除了与齿轮、带轮等 旋转零件联接外，还要与轴承组合,通过轴承与机座 相连，如图所示单级圆柱齿轮减速器中的低速轴。该 轴系由联轴器1、轴2、轴承盖3、轴承4、套筒5、齿 轮6以及轴承7等组成。
机械基础部分
机械基础部分
1
轴
机械基础部分
2
概述
一、轴的主要功用
1、支承轴上回转零件（如齿轮）
2、传递运动和转矩
二、轴的分类
1、按承载分 心轴：只承受弯矩（M），不传递转矩（T=0） 转动心轴：轴转动