轴概述
机械设计-轴
第十三章 轴 轴设计的基本要求： 1、轴与轴上零件要有准确的相对位置,轴向、 周向定位可靠；
17
2、轴的加工、装配有良好的工艺性； 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；
第十三章 轴
18
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
h h h
1.轴肩和轴环 要求： r＜C＜h r＜R＜h h=(0.07～0.1)d b=1.4h
第十三章 轴
34
四、阶梯轴的结构设计实例分析
F
等强度 1、拟定轴上零件装配方案 轴颈：装轴承处
阶梯轴
尺寸= 轴承内径； 直径与轮毂内径相当；
组成 轴头：装轮毂处
轴身：联接轴颈和轴头部分。
第十三章 轴
35
第十三章 轴
36
装配方案的比较：
第十三章 轴
37
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；
3
Fa Ft tg 1960 tg12o 417N
d 118 3 4 / 130 36.78mm
考虑到联轴器的影响以及联轴器孔径系 列标准，取d=38mm
第十三章 轴 3. 齿轮上作用力的计算
50
T 9.55 106 4 / 130 294 103 Nmm
Ft 2T / d 2 29410 / 300 1960N
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。
4.键槽应开在同一条直线上；
第十三章 轴 轴系结构改错
38
四处错误
轴的概述
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轴的常用材料及其主要力学性能：
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轴设计的主要问题
失效形式：1、疲劳破坏--疲劳强度校核； 2、变形过大--刚度验算（如机床主轴）； 3、振动折断--高速钢，自振频率与轴转速接近； 4、塑性变形--短期尖峰载荷，验算屈服强度。 主要问题： 1、选用合适的材料 2、合理的结构设计 保证轴上零件有可靠的工作位置，装配、拆卸方便，周 向、轴向固定可靠，便于轴上零件的调整 3、工作能力： a、有足够的强度--疲劳强度、静强度 Logo b、有足够的刚度--防止产生大的变形 c、有足够的稳定性--防止共振
心轴
转动心轴 如火车轮轴：
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固定心轴 如自行车前轮轴：
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•按轴线形状分
光轴
直轴
阶梯轴
曲轴
钢丝软轴
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轴的材料
要求：轴的强度和刚度足够；材料的热处理性能和 加工工艺性好；材料来源广，价格适中。 碳素钢：正火或调质处理，价廉，对应力集中的 敏感性较小，应用较为广泛。
Q235~Q275钢：不重要或受力较小的轴及一般传动 轴可以使用。
轴的设计步骤
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Thank you
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轴的概述
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轴的功用
1、支承回转零件； 2、传递运动和动力
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轴的分类
•按承载情况
转轴：既传递转矩、又承受弯矩 转动心轴
心轴：只承受弯矩、不传递转矩
固定心轴 传动轴：只受转矩、不受弯矩或弯矩很小
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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
机械基础轴详解
根据承载情况不同，直轴又可以分为：心轴、传动轴和转轴 三类。
心轴
转动心轴
固定心轴
特点：工作时只承受弯矩，起支撑作用。
传动轴
特点：工作时只承受扭距，不承受弯矩或承 受很小的弯矩，仅起传递动力的作用。
转轴
特点：工作时既承受弯矩，又承受扭距，既起支撑 作用又起传递动力作用，是机器中最常用的一种轴。
3、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；
第三十九页，共43页。
4、当轴上有两个以上键槽时，槽宽应尽
可能统一，并布置在同一直线上，以利加 工。
键槽
第四十页，共43页。
课堂练习
一、选择
1、具有固定可靠、装拆方便等特点，常用于轴上零件距离较大处
及轴端零件的轴向固定是（ ）。A
A. 圆螺母
第三十二页，共43页。
周向固定方法 —— 过盈配合联接
特点：结构简单，对中性好，选择不同的配合可有不同 的联接强度 ； 应用：不适用于重载和经常拆卸的场合；
第三十三页，共43页。
轴系结构改错
四处错误
正确答案
第三十四页，共43页。
三处错误
正确答案
第三十五页，共43页。
两处错误 正确答案
轴的材料 碳素钢——常用45#，正火调质 合金钢——对应力集中较敏感。 注意：①采用合金钢并不能提高轴的刚度。
第十七页，共43页。
轴的结构
倒角
砂轮越程槽
轴端、轴颈与轴肩（或轴环）的过渡部位应有倒角或过度圆角， 便于轴上零件的装配，避免划伤配合表面，减少应力集中，尽可 能使倒角（或圆角半径）一致，以便于加工。
螺纹退刀槽或砂轮越程槽，防止破坏零件左端面。
第六章 轴
第六章轴主要内容：§6-1 轴的材料及其选择§6-2 轴的结构设计§5-3 轴的强度计算§5-4 轴的刚度计算轴的作用1.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.轴的分类直轴按外形的不同，可分为：光轴、阶梯轴按承受载荷不同，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。
分为转动心轴和固定心轴例：自行车的前后轮轴（固定心轴）火车车轴（转动心轴）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。
直轴：可分为光轴和阶梯轴曲轴：常用于往复式机械中挠性钢丝轴：由几层紧贴在一起的钢丝层构成，可将转矩和旋转活动灵活的传到任何位置。
§6-1 轴的材料及其选择种类碳素钢：35、45、50、Q235合金钢: 20Cr 、20CrMnTi 、40CrNi 、38CrMoAlA 等碳素钢：因具有较好的综合力学性能，对应力集中敏感性比较低，应用较多，尤其是45钢应用最广。
合金钢：具有较高的力学性能，比碳钢有更高的力学性能和更好的淬火性能，但价格较贵，一般多用于特殊场合，如：①在传递大功率并要求减小尺寸和质量、②要求高的耐磨性，③以及处于高温、低温和腐蚀条件下的轴常采用合金钢。
正火或调质处理。
§6-1 轴的材料及其选择注意：①合金钢对应力集中相对敏感；②在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模量基本相同，因此相同尺寸的碳钢和合金钢轴的刚度相差不多。
即不能靠选合金钢来提高轴的刚度。
③高强度铸铁和球墨铸铁可用于制造外形复杂的轴，且具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点；④钢轴的毛坯多数用圆钢或锻件，各种热处理和表面强化处理可以显著提高轴的抗疲劳强度。
轴的工作原理
轴的工作原理
轴是一个用于转动和支撑的机械元件。
它在各种机械装置中起到关键的作用，例如发动机、电机、泵、风扇等等。
轴的工作原理可以简单地描述为：当轴承连接到轴上时，轴可以旋转而不与其他零件相碰。
轴通过承载传递转动动力，同时提供力和支持，使连接到其上的其他部件也能旋转。
轴通常由坚固的金属材料制成，例如钢或铸铁。
它们具有高强度和刚度，能够承受扭矩和压力。
轴通常具有圆柱形状，且两端通常经过钻孔，以便安装轴承或其他零件。
当轴连接到传动系统中的其他部件时，例如齿轮、皮带轮或联轴器等，转动动力将通过轴承传递给轴。
轴承是一种支撑和减少摩擦的装置，它允许轴相对于其他部件旋转，并承载来自传动系统的负载。
轴可以通过不同的方式进行动力传输，例如直接与发动机或电机的输出轴相连，或通过齿轮传动、链传动或带传动等。
总之，轴的工作原理是通过提供旋转支持和传递动力，使连接到其上的其他部件能够旋转。
它承载的负载和扭矩使其在各种机械系统中发挥关键作用。
轴
第十五章 轴
2）其它：由轴上零件相对位置定。
LII
5-10 C2 C1 L
l1 e0 e m B 3
LII=l1+e0+e+m
箱体内壁到轴承 端面的距离： 3=10-15mm（脂） 3= 3- 5mm（油）
箱体内壁到齿轮 端面的距离： 2=10-15mm
第十五章 轴
轴结构设计具体考虑的几个问题（具体） （一）拟定轴上零件的装配方案； （二）轴和轴上零件的定位； （三）轴和轴上零件的固定； （四）轴段直径与长度确定； （五）轴的结构工艺性； （六）提高轴强度的常用措施。
装配过程：
第十五章 轴
第十五章 轴
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。
方案二：
方
需要一个长套
案
筒。长套筒带
一
来几个问题。
方 案 二
第十五章 轴
轴结构设计具体考虑的几个问题（具体） （一）拟定轴上零件的装配方案； （二）轴和轴上零件的定位； （三）轴和轴上零件的固定； （四）轴段直径与长度确定； （五）轴的结构工艺性； （六）提高轴强度的常用措施。
第十五章 轴
(二) 轴及轴上零件的定位
（1）定位轴肩（轴环）
定位：指轴及轴上零件须有准确位置。 优缺点：
方法：
定位方便可靠；
1、轴肩（轴环）：阶梯轴上截面变化处 但轴肩处有应力集中；
轴肩过多不利加工。
高度：
h （0.07～0.1）d； 安滚动轴承处应低于
轴轴承内圈高度。
注意：轴肩处圆角
第十五章 轴
15-1、概述 15-2、轴的结构设计 15-3、轴的计算
机械基础轴类零件
种类
注意：钢材
对钢材弹性模量E影响很小，
热处理
∴用 热处理 不能提高轴的刚度。 合金钢
问：当轴的刚度不足时，如何提高轴的刚度？ 3、合金铸铁、QT：铸造成形，吸振，可靠性低，品
°
°
a）倒角 4.装配段不宜过长。
b）导向锥面
六、提高轴强度和刚度的措施
1.减小应力集中
合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。
轴的应力集中 发生的位置
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
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
直轴 阶梯轴
又可分为实心、空心（加工困难）
曲轴：发动机专用零件
钢丝软轴：轴线可任意弯曲，传动灵活。
动力源 接头
接头 驱动装置
钢丝软轴（外层为护套）
钢丝软轴的绕制
三、轴的材料
对轴材料要求：轴的强度和刚度足够；材料的热处理性能和加 工工艺性好；材料来源广，价格适中。
1、碳素钢：30、35、45、50(正火或调质)，45应用最广。 价廉，对应力集中不敏感，良好的加工性。
WT=πd3/16≈0.2d3； d——轴的直径，mm； n——轴的转速，r/min。
对实心圆轴，设计计算式：
3
d
9.55106
0.2[T ]
3
P
3
C
n
P n
mm
C——与轴的材料和承载情况有关的系数。
计算说明： 1）求得的d为受扭部分的最小直径，通常为
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。
机械设计第15章轴
轴肩的尺寸要求:
轴肩
定位轴肩 h =（0.07~ 0.1）d 非定位轴肩 h = 1~2 mm
为了使零件能靠紧轴肩而得到准确可靠的定位： r < C1 或 r < R
b
h CC11 D
r d
hh
rR R
D
d
轴和零件上的倒角和圆角尺寸的常用范围见 表15-2
§15-2 轴的结构设计
套筒定位结构简单，定位可靠。一般用于轴上两 个零件之间的定位
§15-2 轴的结构设计
（五）轴的结构工艺性
----指轴的结构形式应便于加工和装配轴上的零 件，且生产率高，成本低。
一般说，轴的结构越简单，工艺性越好。
在满足使用要求的前提下，轴的结构形式应尽量 简化。
为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐 渐向中间增大的阶梯状。
装零件的轴端应有倒角 ， 车螺纹的轴端应有退刀槽 ， 需要磨削的轴端有砂轮越程槽 。
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
（一）轴的用途及分类
分类： 按承受载荷分有
转轴---传递扭矩又承受弯矩 传动轴---只传递扭矩 心轴---只承受弯矩而不承受扭矩
直轴 按轴线形状分有
光轴 阶梯轴
一般情况下，直轴做成实心 轴，需要减重时做成空心轴
潘存云教授研制
§15-2 轴的结构设计
4.改善轴的表面质量以提高轴的疲劳强度轴的表面粗糙度和强化处理方 法会对轴的疲劳强度产生影响
1）表面愈粗糙 疲劳强度愈低；减小表面粗糙度；
2）表面强化处理的方法有： ▲ 表面高频淬火； ▲ 表面渗碳、氰化、氮化等化学处理； ▲ 碾压、喷丸等强化处理。
通过碾压、喷丸等强化处理时可使轴的表面产生 预压应力，从而提高轴的抗疲劳能力。
机械基础——轴的概述(教学教案)
a 一曲轴b 一光铀c —阶梯轴轴的概述 章节名称 轴的概述授课形式 讲授 课时 2 班级 中专0101 教学目的了解常用轴的种类和应用特点 教学重点掌握常用轴的结构 教学难点常用轴的结构 辅助手段课外作业课后体会一、常用轴的种类和应用特点轴是组成机器中的最基本的和主要的零件，一切作旋转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能实现旋转和传递动力。
按照轴的轴线形状不同，可以把轴分为曲轴和直轴两大类。
曲轴可以将旋转运动改变为往复直线运动或者作相反的运动转换。
直轴在生产中应用最为广泛，直轴按照其外形不同，可分为光轴和阶梯轴两种。
此外，还可以有一些特殊用途的轴，如凸轮轴(凸轮与轴连成一体的轴)，挠性钢丝软轴(由几层紧贴在一起的钢丝层构成的软轴，它可以把扭矩和旋转运动灵活地传到任何位置)等。
一般常用的是直轴。
根据轴的所受载荷不同，可将轴分为心轴、转轴和传动轴三类。
1．心轴及其应用特点 心轴的应用特点是用来支承转动的零件，只受弯曲作用而不传递动力。
车辆用的转动心轴；支承滑轮用的固定心轴。
2．转轴及其应用特点 转轴的应用特点是既支承转动零件又传递动力，转轴本身是转动的，同时承受弯曲和扭转两种作用。
3．传动轴及其应用特点 传动轴的应用特点是只传送动力，只受扭转作用而不受弯曲作用，或者弯曲作用很小。
桥式起重机传动轴，可以认为只受扭转作用的传动轴。
二、轴的材料及热处理轴的材料选用原则，要根据使用条件来选择，应具有足够的强度，疲劳强度，刚度和耐磨性，对应力集中的敏感性小。
轴的材料一般多用中碳钢，如35，45，50等优质中碳钢，其中以45钢应用最广，因为这类钢材价格便宜，对应力集中的敏感性较好，采用适当的热处理方法(调质、正火、淬火)可以改善和提高机械性能，而且还有良好的切削性能。
轴的材料有时用合金钢，如20Cr、40Cr等，用这类材料制成轴，具有承受载荷较大，强度较高，重量较轻及耐磨性较好等特点。
轴的材料还可以用球墨铸铁，它以吸振性、耐磨性和切削加工性能都很好，对应力集中不敏感，强度也能满足要求，可代替钢制造外形复杂的曲轴和凸轮轴，但铸件的品质不易控制，可靠性较差。
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
微型轴的概述
微型轴的概述微型轴是指轴径小于1毫米的轴，通常用于微型机械装置中。
在现代工业中，微型轴被广泛应用于电子设备、仪器仪表、精密机械等领域。
本文将对微型轴的概述进行介绍。
微型轴的种类微型轴按用途可以分为几个种类，常见的有机械轴、电机轴、电子轴等。
根据材料的不同，可以分为铜轴、钢轴、不锈钢轴、铝轴和塑料轴等。
常见的微型轴一般都使用机加工工艺生产，制作技术主要包括车削、磨削、打磨等。
其中，车削工艺是最基本的轴的制造技术，通过旋转加工切削工具来加工轴子的外形和尺寸。
磨削技术能够更精细地加工轴表面，提高轴的精度和表面质量。
微型轴的优点微型轴有很多优点：1.大大减小设备的体积和重量，有利于提高设备的灵活性和携带便利性。
2.具有高精度、高强度和高转速的特点，能够承受高速旋转和高负荷情况。
3.节约原材料，降低成本。
4.生产过程相对简单，可自动化生产。
微型轴的应用1.电子设备：微型轴广泛应用于手机、数码相机、电脑硬盘等电子设备中，发挥着支撑和传动重要器件的作用。
2.仪器仪表：微型轴作为支撑、转动和传动元件，被应用于各种仪器仪表中，如精密医疗器械、测量仪器、光学仪器、化学工业设备等。
3.精密机械：微型轴的高转速和高精度特性，使得它成为自动化生产线上主要的传动元件，应用于汽车、机械制造等领域。
微型轴的注意事项微型轴在使用过程中要注意以下几点：1.注意避免超负荷运转，以免导致轴变形或磨损。
2.使用时避免过度挤压和折弯。
3.长时间不使用时，应注意清理和保养，以防产生锈蚀和损坏。
4.使用时要注意轴承的润滑，保证轴承良好运转。
小结微型轴的制造技术不断提高，应用领域越来越广泛。
随着微型机械的不断发展和需求的不断增加，微型轴的市场前景将会更加广阔。
轴的工作的原理
轴的工作的原理
轴是一种旋转部件，常用于机械、电器等设备中。
它的工作原理是通过提供围绕其自身旋转的支点，使相邻的零件或部件能够以旋转的方式连接或移动。
通常，轴由一个旋转的中心线组成，其长度可以根据具体需求来设计和制造。
它通常被固定在设备的框架或底座上，并且会从设备外部延伸出来，便于外部部件与其连接。
轴的工作需要依赖其他零部件的配合。
例如，轴可以配备齿轮、带轮、滚珠轴承等，以实现与其他零部件的传动、转动或固定。
在这种工作原理下，轴可以使设备中的不同部件相互连接并协同工作。
轴还可以通过提供旋转支点，使设备中的部件能够以旋转的方式移动。
例如，车辆中的传动轴可以通过连接发动机和车轮，使车辆能够前进或后退。
除了固定和传动外，轴还可以用作支撑结构。
它可以承受设备中的重量和压力，并通过安装在轴上的轴承、滑动套等部件，减少因旋转而产生的摩擦和磨损。
总之，轴作为一种旋转部件，通过提供旋转的支点，实现设备部件的传动、移动和支撑。
它的工作原理是依赖其他零部件的配合，以实现设备的正常运行。
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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。
转轴
传动轴 心轴.swf
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转轴：既受弯矩又受转矩的轴； 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：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。 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(图7-3左)。 阶梯轴：特点与光轴相反，常用于转轴(图7-3右)。 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。
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现实生活
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意义
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下一步
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为了使齿轮、轴承等有配合要求的零件装拆方便，并减少配合 表面的擦伤，在配合轴段前应采用较小的直径。为了使与轴作过盈 配合的零件易于装配，相配轴段的压入端应制出锥度；或在同一轴 段的两个部位上采用不同的尺寸公差。 确定各轴段长度时，应尽可能使结构紧凑，同时还要保证零件 所需的装配或调整空间。轴的各段长度主要是根据各零件与轴配合 部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的空隙来确定的。为了保证轴向 定位可靠，与齿轮和联轴器等零件相配合部分的轴段长度一般应比 轮毂长度短2～3mm。
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四、各轴段直径和长度的确定
各轴段所需的直径与轴上载荷的大小有关。初步确定轴 的直径时，通常还不知道支反力的作用点，不能决定弯矩的 大小与分布情况，因而还不能按轴所受的具体载荷及其引起 的应力来确定轴的直径。 但在进行轴的结构设计前，通常已能求得轴所受的转矩。因 此，可按轴所受的转矩初步估算轴所需的最小直径dmin，然 后再按轴上零件的装配方案和定位要求，从dmin处起逐一确 定各段轴的直径。在实际设计中，轴的直径亦可凭设计者的 经验取定，或参考同类机械用类比的方法确定。 有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。安装标准件(如滚 动轴承、联轴器、密封圈等)部位的轴径，应取为相应的标准 值及所选配合的公差。
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图为另一种由弹性联接所构成的过盈联接，它利用一对或多对内、 外锥面贴合的弹性环，当螺母(或螺栓)锁紧时，内环和外环相互压 紧，因而形成过盈联接。
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轴的结构设计
轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸 轴的结构主要取决于以下因素： 1、轴在机器中的安装位置及形式； 2、轴上安装零件的类型、尺寸、数量以及和轴联接 的方法； 3、载荷的性质、大小、方向及分布情况； 4、轴的加工工艺等。 由于影响轴的结构的因素较多，且其结构形式又要随 着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。设 计时，必须针对不同情况进行具体的分析。 轴的结构应满足： 1、轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置； 2、轴上的零件应便于装拆和调整； 3、轴应具有良好的制造工艺性等。 制做:张金城
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6、紧定螺钉和锁紧挡圈 轴结构简单，零件位置可调整并兼作周向固定，多用于光轴上 零件的固定。但能承受的载荷较小，不宜于转速较高的轴。
四、轴上零件的周向固定
轴上零件与轴的周向固定所形成的联接，通常称为轴毂联接， 轴毂联接的形式多种多样，本节介绍常用的几种。 1、平键联接 平键工作时，靠其两侧面传递转矩，键的上 表面和轮毂槽底之间留有间隙。这种键定心性较好，装拆方便。但 这种键不能实现轴上零件的轴向固定。 2、花键联接 花键联接的齿侧面为工作面，可用于静联接或动联接。它比平 键联接有更高的承载能力，较好的定心性和导向性；对轴的削弱也 较小，适用于载荷较大或变载及定心要求较高的静联接、动联接。
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二、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。 低碳钢和低碳合金钢经渗碳淬火，可提高其耐磨性，常用于韧 性要求较高或转速较高的轴。 球墨铸铁和高强度铸铁因其具有良好的工艺性，不需要锻 压设备，吸振性好，对应力集中的敏感性低，近年来被广泛应 用于制造结构形状复杂的曲轴等。只是铸件质量难于控制。 轴的毛坯多用轧制的圆钢或锻钢。锻钢内部组织均匀，强 度较好，因此，重要的大尺寸的轴，常用锻造毛坯。
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3、成形联接 成形联接利用非圆剖面的轴和相应的轮毂构成的轴毂联接，是 无键联接的一种形式。轴和毂孔可做成柱形和锥形，前者可传递转 矩，并可用于不在载荷作用下的轴向移动的动联接；后者除传递转 矩外，还可承受单向轴向力。成形联接无应力集中源，定心性好， 承载能力高。但加工比较复杂，特别是为了保证配合精度，最后一 道工序多要在专用机床上进行磨削，故目前应用还不广泛。 4、过盈联接 过盈联接是利用零件间的过盈量来实现联接的。轴和轮毂孔之间因 过盈配合而相互压紧，在配合表面上产生正压力，工作时依靠此正 压力产生的摩擦力(也称为固持力)来传递载荷。过盈联接既能实现 周向固定传递转矩，又能实现轴向固定传递轴向力。其结构简单， 定心性能好，承载能力大，受变载和冲击载荷的能力好。常用于某 些齿轮、车轮、飞轮等的轴毂联接。其缺点是承载能力取决于过盈 量的大小，对配合面加工精度要求较高，装拆也不方便。
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2、套筒 套筒固定结构简单，定位可靠，轴上不需开槽﹑钻孔 和切制螺纹，因而不影响轴的疲劳强度，一般用于轴上两个零件之 间的固定。如两零件的间距较大时，不宜采用套筒固定，以免增大 套筒的质量及材料用量。因套筒与轴的配合较松，如轴的转速较高 时，也不宜采用套筒固定。 3、圆螺母 圆螺母固定可承受大的轴向力，但轴上螺纹处有较大的应力集 中，会降低轴的疲劳强度，故一般用于固定轴端的零件，有双圆螺 母和圆螺母与止动垫片两种型式。当轴上两零件间距离较大不宜使 用套筒固定时，也常采用圆螺母固定 4、轴端挡圈与锥面 锥面定心精度高，拆卸容易，能承受冲击及振动载荷；常用于 轴端零件的固定，可以承受较大的轴向力，与轴端压板或螺母联合 使用，使零件获得双向轴向固定。 5、弹性档圈 结构紧凑、简单，常用于滚动轴承的轴向固定，但不能承受轴 向力。当位于受载轴段时，轴的强度削弱较大。
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过盈联接的配合表面常为圆柱面和圆锥面，如图所示，前者的装配 有压入法和温差法，当过盈量或尺寸较小时，一般用压入法装配， 当过盈量或尺寸较大时，或对联接量要求较高时，常用温差法装配。 后者的装配可通过螺纹联接和液压装拆法实现。螺纹压紧联接使配 合面间产生相对的轴向位移和压紧，这种结构常用于轴端；液压装 拆是用高压油泵将高压油通过油孔和油沟压入联接的配合面，使轮 毂孔径胀大而轴径缩小，同时施加一定的轴向力使之相互压紧，当 压至预定的位置时，排除高压油即可，这种装配对配合面的接触精 度要求较高，需要高压油泵等专用设备。
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二、减小轴的应力集中 (1)轴上相邻轴段的直径不应相差过大，在直径变化处，尽量 用圆角过渡，圆角半径尽可能大。当圆角半径增大受到结构限 制时，可将圆弧延伸到轴肩中，称为内切圆角。也可加装过渡 肩环使零件轴向定位。 (2)轴上与零件毂孔配合的轴段，会产生应力集中。配合越紧， 零件材料越硬，应力集中越大。其原因是，零件轮毂的刚度比 轴大，在横向力作用下，两者变形不协调，相互挤压，导致应 力集中。尤其在配合边缘，应力集中更为严重。改善措施有： 在轴、轮毂上开卸载槽。 （3）选用应力集中小的定位方法。采用紧定螺钉、圆锥销钉、 弹性挡圈、圆螺母等定位时，需在轴上加工出凹坑、横孔、环 槽、螺纹，引起较大的应力集中，应尽量不用；用套筒定位无 应力集中。在条件允许时，用渐开线花键代替矩形花键，用盘 铣刀加工的键槽代替端铣刀加工的键槽，均可减小应力集中。
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三、保证轴结构的工艺性 所谓轴的结构的工艺性，是指轴的结构应尽量简单，有良好的加 工和装配工艺性，以利减少劳动量，提高劳动生产率及减少应力 集中，提高轴的疲劳强度。 1． 设计合理的结构，利于加工和装配 （1）为减少加工时换刀时间及装夹工件时间，同根轴上所有圆角 半径、倒角尺寸、退刀槽宽度应尽可能统一；当轴上有两个以上 键槽时，应置于轴的同一条母线上，以便一次装夹后就能加工。 （2）轴上的某轴段需磨削时，应留有砂轮的越程槽；需切制螺纹 时，应留有退刀槽。 （3）为去掉毛刺，利于装配，轴端应倒角。 (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 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。 （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。