轴PPT课件
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轴的设计 ppt课件
二）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。
° °
a）倒角
b）导向锥面
五. 提高轴强度、刚度的措施
一）合理布置轴上零件，改善轴的受力情况
1. 使弯矩分布合理——把轴、毂配合分成两段，减小最大弯 矩值。
F
F
不合理结构
合理结构
轴的结构设计目的——合理确定轴的外部形状和全部尺寸
一. 轴系结构分析
轴承盖 滚动轴承 齿轮 滚动轴承 轴承盖 键槽
半联轴器
轴颈
轴身
轴头
轴颈
轴身
轴头
轴颈：轴上与轴承配合的部分 轴头：与轮毂配合的部分 轴身：联接轴颈和轴头的非配合部分 轴环：直径大且呈环状的短轴段 轴肩：截面尺寸变化的台阶处
三． 按弯、扭合成强度计算 —— 用于转轴强度计算
强度计算的前提条件：轴的结构设计初步完成，支承点位置 确定，支反力可求。
转轴危险截面
弯曲应
力：b
M W
1 d3 10
上的应力状态
扭剪应力：T
T WT
1d3 5
根椐第三强度理论转轴危险截面上的应力：
c b24T2 W M 24 W T T 2M W 2 T2M W c
§ 3 轴的强度计算
一.按扭转强度计算——适用于传动轴、转轴初算
扭转强度条件：T
T WT
9550103 P
WT n [T]
式中：
T ——轴的扭剪应力（MPa）；
T ——轴传递的转矩（N·mm）；
WT ——轴的抗扭剖面系数（mm3），对于实心圆轴，
WT1d36d530.2d3
P ——轴传递的功率（KW）；
《轴的作用及分类》课件
05
轴的维护与保养
定期检查与保养
定期检查轴的外观
检查轴是否有磨损、裂纹、锈 蚀等现象，以及轴承座是否松
动。
定期清洗轴承
使用专业清洗剂清洗轴承，确 保轴承内部无杂质，保持润滑 。
定期更换轴承
根据轴承的使用情况，定期更 换轴承，以保证轴的正常运转 。
定期检查轴的支撑
检查轴的支撑轴承是否正常， 如有问题及时更换。
03
轴的材料与选择
常用轴的材料
碳素钢
具有良好的强度和韧性 ，适用于中等载荷和转
速的轴。
不锈钢
具有较好的耐腐蚀性和 耐磨性，适用于高转速
和腐蚀性环境。
合金钢
具有较高的强度和耐磨 性，适用于高载荷和高
转速的轴。
铜合金
具有较好的导热性和耐 磨性，适用于低转速和
轻载的轴。
选择轴的材料考虑因素
01
02
03
经济性原则
轴的设计应在满足功能和性能要求的前提下，尽量降低成 本。例如，合理选择材料和工艺，优化结构设计，减少不 必要的重量和体积。
轴的校核方法
静强度校核
通过计算轴在静载荷作用下的应力分布和许用应 力，校核轴的静强度是否满足要求。主要考虑弯 曲应力和剪切应力，以及轴的刚度是否满足要求 。
扭振校核
通过分析轴在扭转振动作用下的动态响应和稳定 性，校核轴的扭振性能是否满足要求。需要考虑 轴的阻尼、质量分布、支撑条件等因素对扭振性 能的影响。
传动轴
传动轴主要承受弯矩，在转动过程 中，传动轴上的载荷位置会发生变 化。
根据轴线形状分类
01
02
03
直轴
直轴的轴线为直线，是最 常见的轴类型。
曲轴
轴受力分析80页PPT
2. 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽;
3. 重要结构可增加卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角、 增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。
30˚
d/4 d
B位置 d/4
过渡肩环
r 凹切圆角
第三节、轴的工作能力分析
一、对于只传递扭转的圆截面轴，强度条件为：
T
T WT
9.55 106 P 0.2d 3n
设计公式： d3 Md
0.1[1]
mm
材料 碳素钢
合金钢 铸钢
轴的许用弯曲应力
σb
[σ+1]
[σ0]
[σ-1]
400
对称13循0 环状态下7的0
40
500
许17用0 弯曲应力75
45
600
200
95
55
700
230
110
65
800
270
130
75
900
300
140
80
1000
330
150
90
400
F1v M’av Mav
F2v
M'aVF1VM L/a2V212 0.1 39/23
205Nm
F1H
Ft MaH F2H
M aVF2VL M /a 2V 42 8 0.1 79 /23 F1F 414Nm
F F2F
5) 绘制水平面的弯矩图
MaHF1HM L/a2V 87 0 0.1 09/23 840Nm
(5) 若各轴段具有较高同轴度，在轴两端开设中心孔
五、提高轴的强度和刚度的常用措施
1）改进轴上零件结构，减小轴的载荷
2.合理布置轴上零件，减小轴上的载荷
轴系结构PPT
（二）安装、拆卸和调整
装配顺序：
右端：齿轮、套筒、右端轴承、轴承 端盖、半联轴器、轴端挡圈依次从轴 的右端向左安装。 左端：只装轴承及端盖。
拆卸顺序：
右端：轴端挡圈、半联轴器、轴承 端 盖、右端轴承、套筒、齿轮依次从轴 的右端向右拆卸。 左端：先拆掉端盖，然后拆轴承。
调整：
因为采用双支点各单向固 定，所以角接触球轴承在 安装的时候，可以通过调 整端盖端面与外壳之间的 垫片的厚度，使轴承外圈 与端盖之间留有很小的轴 向间隙，以适当补偿轴受 热伸长。
（三）轴系零件定位
（二）零件的周向定位 齿轮：键 套筒：过盈配合 轴承：过盈配合 半联轴器：键
PS：常用的周向定位零件有键、花键、销、紧定螺钉及过盈配合
（四）轴系的轴向定位
轴系的轴向you !
计机 械 设
— 轴 系 结 构 组 成 和 剖 析
组员：罗天运、朱思萌 夏克非、李松泽
Part 1 Part 2 Part 3 Part 4
轴系结构表达 安装、拆卸、调整 轴系零件定位 整个轴系的轴向定位
（一）
轴 系 结 构 图
实 物 图
零部件样图
轴肩
零部件实物图
轴阶 梯 滚 动 轴 承
联 轴 器
（三）轴系零件定位
（一）零件的轴向定位 齿轮：定位台阶和套筒 套筒：齿轮和轴承 轴承：套筒和端盖 半联轴器：定位台阶和挡圈
PS：与轴上零件（如齿轮）相配合的一段轴的长度， 要比轴上相配零件的宽度短2-3mm,（即轴不露头）， 这样才可将轴上零件固定；若台阶过低，则定位欠 可靠；若台阶过高，则径向尺寸和应力集中增大。
轴的结构PPT课件
轴的毛坯:一般用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。
如用球墨铸铁制造曲轴和凸轮轴，具有成本低廉、吸 振性较好、对应力集中的敏感较低、强度较好等优点。
10
四、轴的结构
❖ （一）轴主要由三部分组成：轴头、轴颈、 轴身。
❖ 轴头：轴上安装零件的部分。 ❖ 轴颈：轴上被轴承支承的部分。 ❖ 轴身：连接轴头和轴颈的过渡部分。 ❖ 轴肩：轴上直径变化所形成的阶梯。（单向
14
15
2、用轴套（套筒）固定，与轴肩配合使 用。
❖ 特点：轴的直径不变，轴上不需开槽、钻孔 和切制螺纹，不影响轴的强度。
❖ 适用：两个零件间距较小的场合，以免增加 重量。
❖ 注意：不易用在转速很高的场合。
16
17
3、用轴端挡圈固定，与轴肩配合或圆锥 端使用。
❖ 特点：承受较小的轴向力，可承受振动和冲 击。
8
❖ （3）软轴 ❖ 具有良好的挠性，常用于医疗器械、汽车
里程表、电动手持小型机具（绞孔机）的 传动。
9
三、 轴的材料
为了改善力学性能
种 碳素钢：35、45、50、Q235 正火或调质处理。 类 合金钢: 20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA
用途：碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，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， 但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。
课堂小结(重点) ：
❖ 轴上零件常采用的轴向固定方法。
30
❖ 轴上零件常采用的周向固定方法。
31
❖ 适用：轴端零件固定。 ❖ 注意：为了防止松动，使用锁紧装置固定。
18
19
4、用圆螺母固定，与轴肩配合使用。
❖ 特点：装拆方便，固定可靠，可承受较大轴 向载荷，常用双螺母。
如用球墨铸铁制造曲轴和凸轮轴，具有成本低廉、吸 振性较好、对应力集中的敏感较低、强度较好等优点。
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四、轴的结构
❖ （一）轴主要由三部分组成：轴头、轴颈、 轴身。
❖ 轴头：轴上安装零件的部分。 ❖ 轴颈：轴上被轴承支承的部分。 ❖ 轴身：连接轴头和轴颈的过渡部分。 ❖ 轴肩：轴上直径变化所形成的阶梯。（单向
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2、用轴套（套筒）固定，与轴肩配合使 用。
❖ 特点：轴的直径不变，轴上不需开槽、钻孔 和切制螺纹，不影响轴的强度。
❖ 适用：两个零件间距较小的场合，以免增加 重量。
❖ 注意：不易用在转速很高的场合。
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3、用轴端挡圈固定，与轴肩配合或圆锥 端使用。
❖ 特点：承受较小的轴向力，可承受振动和冲 击。
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❖ （3）软轴 ❖ 具有良好的挠性，常用于医疗器械、汽车
里程表、电动手持小型机具（绞孔机）的 传动。
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三、 轴的材料
为了改善力学性能
种 碳素钢：35、45、50、Q235 正火或调质处理。 类 合金钢: 20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA
用途：碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，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， 但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。
课堂小结(重点) ：
❖ 轴上零件常采用的轴向固定方法。
30
❖ 轴上零件常采用的周向固定方法。
31
❖ 适用：轴端零件固定。 ❖ 注意：为了防止松动，使用锁紧装置固定。
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4、用圆螺母固定，与轴肩配合使用。
❖ 特点：装拆方便，固定可靠，可承受较大轴 向载荷，常用双螺母。
轴类零件加工课件-PPT课件
2024/8/8
5
4)表面粗糙度 轴类零件的各加工表面均有表面粗糙度的 要求。一般说来,支承轴颈的表面粗糙度要求
为Ra0.63～0.16μm。配合轴颈的表面粗糙度 Ra2.5～0.63μm。
2024/8/8
6
CA6140型车床主轴简图
2024/8/8
7 2024/8/8
8
3.轴类零件的材料与毛坯
2024/8/8
2
轴的种类
2024/8/8
3
2.轴类零件的主要技术要求
1)尺寸精度 轴颈是轴类零件的重要表面,它的直径精度根 据使用要求通常为IT6～IT9,有时可达IT5。 2) 形状精度 轴颈的几何形状精度(圆度、圆柱度)应限制 在直径公差范围之内。对几何形状精度要求较高 时,则应在零件图上专门标注形状公差。
2024/8/8
32
(3)减小表面粗糙度值。因为每颗磨粒切削厚度变小,表 面切痕深度浅,表面粗糙度值小,作用在工件上的法向磨削力 也相应减小,所以又可提高加工精度。
但高速磨削对砂轮、机床均有一些特殊要求,应予充分 注意。
• 必须提高砂轮的强度,以免砂轮因离心力而破裂,按切 削速度规范选用砂轮。
• 砂轮主轴的轴承间隙要适当加大,冷态间隙为0.04～ 0.05mm,热态间隙为0.03mm左右。
2024/8/8
16
2.加工阶段的划分
由于轴是多阶梯（机床主轴还带通孔）的零件,切除大 量金属后,会引起残余应力重新分布而变形,故安排工序时, 一定要粗精分开,
(1)粗加工阶段: 目的:切除大部余量,提高生产率,留足够余量,及时发
现缺陷。
粗加工之后安排调质处理：提高综合机械性能，为后 续热处理做准备；去除内应力。
2024/8/8
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4)表面粗糙度 轴类零件的各加工表面均有表面粗糙度的 要求。一般说来,支承轴颈的表面粗糙度要求
为Ra0.63～0.16μm。配合轴颈的表面粗糙度 Ra2.5～0.63μm。
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CA6140型车床主轴简图
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3.轴类零件的材料与毛坯
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轴的种类
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2.轴类零件的主要技术要求
1)尺寸精度 轴颈是轴类零件的重要表面,它的直径精度根 据使用要求通常为IT6～IT9,有时可达IT5。 2) 形状精度 轴颈的几何形状精度(圆度、圆柱度)应限制 在直径公差范围之内。对几何形状精度要求较高 时,则应在零件图上专门标注形状公差。
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(3)减小表面粗糙度值。因为每颗磨粒切削厚度变小,表 面切痕深度浅,表面粗糙度值小,作用在工件上的法向磨削力 也相应减小,所以又可提高加工精度。
但高速磨削对砂轮、机床均有一些特殊要求,应予充分 注意。
• 必须提高砂轮的强度,以免砂轮因离心力而破裂,按切 削速度规范选用砂轮。
• 砂轮主轴的轴承间隙要适当加大,冷态间隙为0.04～ 0.05mm,热态间隙为0.03mm左右。
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2.加工阶段的划分
由于轴是多阶梯（机床主轴还带通孔）的零件,切除大 量金属后,会引起残余应力重新分布而变形,故安排工序时, 一定要粗精分开,
(1)粗加工阶段: 目的:切除大部余量,提高生产率,留足够余量,及时发
现缺陷。
粗加工之后安排调质处理：提高综合机械性能，为后 续热处理做准备；去除内应力。
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机械基础课件-轴
➢ 传动轴：主要承受转矩 ➢ 转轴：既承受弯矩，又承受转矩
带式运 输机
电动机
减速器 转轴
பைடு நூலகம்
自行车的前轮轴
三、常用轴的结构
（1）轴颈 轴上被支承的部位 （2）轴头 安装轮毂的部位
（3）轴身 连接轴颈和轴头的部位
（4）轴肩 轴径变化处形成的环形面
（5）轴环 给轴上零件轴向定位的环 状圆柱凸台
1—密封圈 2—透盖 3—滚动轴承
4—轴 5—齿轮 6—箱体 7—闷盖
（轴的结构图）
轴端
轴头
轴颈 轴身
轴头
2．轴的设计要求
（1）轴上零件要有可靠的轴向固定和周向固定 （2）轴应便于加工和尽量避免或减小应力集中 （3）应便于轴上零件的安装与拆卸
1、轴上零件的固定
(1)．轴上零件的轴向固定
目的：保证零件在轴上有确定的轴向位置，防止零件 作轴向移动，并能承受轴向力。
§10—2 轴的结构
二、轴上零件的固定
1．轴上零件的轴向固定
（1）圆螺母 固定可靠、拆装方 便，可承受较大的 轴向力，能调整轴 上零件之间的间隙
§10—2 轴的结构
（2）轴肩与轴环
应使r＜R，或r＜C。
结构简单、定位可靠 ，能承受较大轴向力
§10—2 轴的结构
（3）套筒
结构简单、定位可靠， 适用于轴上零件间距离 较短的场合，当轴的转 速很高时不宜采用
§10—2 轴的结构
（7）紧定螺钉与挡圈
结构简单，同时起周向固定作用，但 承载能力较低，且不适用于高速场合
§10—2 轴的结构
（8）圆锥面
能消除轴与轮毂间的径向间隙，拆 装方便，可兼做周向固定。常与轴端 挡圈联合使用，实现零件的双向固定
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图示圆锥圆柱齿轮减速器输出轴就有两种装配方案
27
装配方案的比较：
方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，多了一个零件，加工工艺复杂，且质 量较大，故不如方案一合理
28
二 轴上零件的轴向固定
一）零件轴向固定的目的 防止零件沿轴向窜动，确保零件轴向准确位置。
二）常用轴向固定
1.轴肩或轴环
定位高度h 由
过渡圆角r
只受弯矩M 固定心轴 只受扭矩T
既受弯矩M，又受扭矩T
心轴——只承受弯矩而不承受转矩的轴，如自行车轮轴。 按轴转动与否，又可分为转动心轴和固定心轴。
传动轴——指只受转矩不受弯矩或受很小弯矩的轴，如联 接汽车发动机输出轴和后桥的轴。
转轴——指既受弯矩又受转矩的轴，转轴在各种机器中最 为常见。
轮毂：齿轮中心的圆柱部分，常带有一孔，其作用是安装在轴上使其在 轴上转动或与轴一起转动
轴头 轴身
轴颈
23
典型轴系结构
轴承盖 滚动轴承 齿轮 滚动轴承 轴承盖 键槽
联轴器
轴颈
轴身
轴头
轴颈
轴身
轴头
24
一 拟定轴上零件的装配方案
轴上零件的布置——预定出轴上零件的装配方向、顺序和 相互关系，它决定了轴的结构形状。
h
D
d
h D
轴环
d
h≈(0.07d~0.1d)mm
b≈1.4h
32
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
l
注意：轮毂宽度B > 轴头长度l，取l = B -（2~3）
mm
33
振动稳定性 — 防止高速时轴发生共振
17
轴的设计过程 选择材料
结构设计
轴的工作能力验算
验算合格? N Y
结束
重点本章讨论： 结构问题 强度问劳强度高 对应力集中的敏感性小
①碳钢 如：45 40 特点：价廉、对应力集中敏感性低、可进行热处理。
②合金钢 如：40Cr 20Cr 特点：机械性能比碳钢高，淬火性能更好，但价高、
因为这两种材料的弹性模量E相差无几
21
§15-2 轴的结构设计
设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。
需考虑的问题： 轴上零件要有准确的定位 轴上零件要有可靠的固定 便于轴上零件装拆 加工工艺性要好 尽量减少应力集中 应有利于提高轴的强度和刚度
F
等强度
阶梯轴 22
§15-2 轴的结构设计
轴的常用术语： 轴颈 — 与轴承相配的部分 尺寸= 轴承内径 轴头 — 与轮毂相配的部分 直径与轮毂内径相当 轴身 — 连接轴颈与轴头部分
对应力集中敏感性高、可进行热处理。
③铸铁 如：QT600－3 特点：容易制造复杂形状的零件、价廉、有良好的吸振
性、和耐磨性、对应力集中敏感性低。
19
四 轴的材料
碳素钢：35、45、50、Q235 正火或调质处理。
种 类
合金钢: 20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等
铸钢或球墨铸铁
在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模 量均相差不多，因此相同尺寸的碳钢和合金钢轴的刚度相差不多。
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，但是质较脆。20
四 轴的材料 在其它条件相同时，把轴材料由碳素钢改为合金钢 能提高轴的刚度吗？ 不能。
第十五章 轴
§15-1 概 述 §15-2 轴的结构设计 §15-3 轴的计算
1
一 轴的用途
§15-1 概 述
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，传递运动和动力，并通过轴承支承在机架或机 座上。
2
§15-1 概 述
二 轴的类型
心轴
按受载性质分： 传动轴
转轴
转动心轴
组成
— 阶梯轴上截面变化之处
r
r
h
h
D d
D d
轴肩
轴环
29
r
h
b
h
r
R
D c
d D
d
轴肩
轴环
特点：定位可靠，能承受较大的轴向载荷，用于各类零件的轴
向定位和固定。
注意事项：
1）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；
2）轴环宽度b—— b1.4h ≥ 10 mm
30
r
h
b
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
三 轴设计的主要内容
设计任务
— 选材、结构设计、校核工作能力
结构设计：确定轴段的长度和直径
— 根据轴上零件的定位、固定、安装以及 轴的制造工艺等方面的要求，合理地确 定轴的形状和尺寸
校核工作能力
强度
— 防止轴发生疲劳断裂
刚度
— 防止轴发生过大的弹性变形
h
r
R
D c
d D
d
3）轴肩轴
轴肩
轴环
定位轴肩：高度h>C(或R) ,通常取h=(2～3)C或(2～3)R
或h=0.07d+(2～3) mm
环高度h 滚动轴承：轴肩高度<滚动轴承内圈高度
非定位轴肩：为使零件装拆方便，
取h=(1～2)mm
31
轴肩的尺寸要求
轴肩高度
定位轴肩: h=6～ 10mm
非定位轴肩: h=1～ 3mm b
装配方案——以轴最大直径处的轴环为界限，轴上零件分 别从两端装入。按安装顺序即可形成各轴段粗细和结构形 式的初步布置方案。
在拟定方案时，可以考虑几个方案，以供比较选择。
25
制造安装要求：
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。
①②
③
④ ⑤⑥ ⑦
26
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。
轴的材料主要是碳钢和合金钢，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。
用途： 碳钢比合金钢价廉，且具有较好的综合力学性能，对应力集中的 敏感性较低。应用较多，适用于一般要求的轴，尤其以45钢应用最广。 合金钢具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴: 如传递大功率并要求减小尺寸和质量、要求高的耐磨性，以及处于高 温、低温和腐蚀条件等。
转轴：M + T； 心轴：M ； 传动轴：T
3
§15-1 概 述
转动心轴
心 轴 只受弯矩M 固定心轴
转动心轴
固定心轴
4
§15-1 概 述
传动轴 只受扭矩T
传动轴
5
§15-1 概 述
转 轴 既受弯矩M，又受扭矩T
转轴 6
§15-1 概 述
光轴 直轴 阶梯轴 按轴线分： 曲轴
挠性钢丝轴
可以弯曲且不影响传递扭矩。比如汽车、 摩托车和轮船里程表、转速表，计数器， 割草机及各种机械转动仪表中的、通下 水的等等
27
装配方案的比较：
方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，多了一个零件，加工工艺复杂，且质 量较大，故不如方案一合理
28
二 轴上零件的轴向固定
一）零件轴向固定的目的 防止零件沿轴向窜动，确保零件轴向准确位置。
二）常用轴向固定
1.轴肩或轴环
定位高度h 由
过渡圆角r
只受弯矩M 固定心轴 只受扭矩T
既受弯矩M，又受扭矩T
心轴——只承受弯矩而不承受转矩的轴，如自行车轮轴。 按轴转动与否，又可分为转动心轴和固定心轴。
传动轴——指只受转矩不受弯矩或受很小弯矩的轴，如联 接汽车发动机输出轴和后桥的轴。
转轴——指既受弯矩又受转矩的轴，转轴在各种机器中最 为常见。
轮毂：齿轮中心的圆柱部分，常带有一孔，其作用是安装在轴上使其在 轴上转动或与轴一起转动
轴头 轴身
轴颈
23
典型轴系结构
轴承盖 滚动轴承 齿轮 滚动轴承 轴承盖 键槽
联轴器
轴颈
轴身
轴头
轴颈
轴身
轴头
24
一 拟定轴上零件的装配方案
轴上零件的布置——预定出轴上零件的装配方向、顺序和 相互关系，它决定了轴的结构形状。
h
D
d
h D
轴环
d
h≈(0.07d~0.1d)mm
b≈1.4h
32
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
l
注意：轮毂宽度B > 轴头长度l，取l = B -（2~3）
mm
33
振动稳定性 — 防止高速时轴发生共振
17
轴的设计过程 选择材料
结构设计
轴的工作能力验算
验算合格? N Y
结束
重点本章讨论： 结构问题 强度问劳强度高 对应力集中的敏感性小
①碳钢 如：45 40 特点：价廉、对应力集中敏感性低、可进行热处理。
②合金钢 如：40Cr 20Cr 特点：机械性能比碳钢高，淬火性能更好，但价高、
因为这两种材料的弹性模量E相差无几
21
§15-2 轴的结构设计
设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。
需考虑的问题： 轴上零件要有准确的定位 轴上零件要有可靠的固定 便于轴上零件装拆 加工工艺性要好 尽量减少应力集中 应有利于提高轴的强度和刚度
F
等强度
阶梯轴 22
§15-2 轴的结构设计
轴的常用术语： 轴颈 — 与轴承相配的部分 尺寸= 轴承内径 轴头 — 与轮毂相配的部分 直径与轮毂内径相当 轴身 — 连接轴颈与轴头部分
对应力集中敏感性高、可进行热处理。
③铸铁 如：QT600－3 特点：容易制造复杂形状的零件、价廉、有良好的吸振
性、和耐磨性、对应力集中敏感性低。
19
四 轴的材料
碳素钢：35、45、50、Q235 正火或调质处理。
种 类
合金钢: 20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等
铸钢或球墨铸铁
在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模 量均相差不多，因此相同尺寸的碳钢和合金钢轴的刚度相差不多。
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，但是质较脆。20
四 轴的材料 在其它条件相同时，把轴材料由碳素钢改为合金钢 能提高轴的刚度吗？ 不能。
第十五章 轴
§15-1 概 述 §15-2 轴的结构设计 §15-3 轴的计算
1
一 轴的用途
§15-1 概 述
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，传递运动和动力，并通过轴承支承在机架或机 座上。
2
§15-1 概 述
二 轴的类型
心轴
按受载性质分： 传动轴
转轴
转动心轴
组成
— 阶梯轴上截面变化之处
r
r
h
h
D d
D d
轴肩
轴环
29
r
h
b
h
r
R
D c
d D
d
轴肩
轴环
特点：定位可靠，能承受较大的轴向载荷，用于各类零件的轴
向定位和固定。
注意事项：
1）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；
2）轴环宽度b—— b1.4h ≥ 10 mm
30
r
h
b
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
三 轴设计的主要内容
设计任务
— 选材、结构设计、校核工作能力
结构设计：确定轴段的长度和直径
— 根据轴上零件的定位、固定、安装以及 轴的制造工艺等方面的要求，合理地确 定轴的形状和尺寸
校核工作能力
强度
— 防止轴发生疲劳断裂
刚度
— 防止轴发生过大的弹性变形
h
r
R
D c
d D
d
3）轴肩轴
轴肩
轴环
定位轴肩：高度h>C(或R) ,通常取h=(2～3)C或(2～3)R
或h=0.07d+(2～3) mm
环高度h 滚动轴承：轴肩高度<滚动轴承内圈高度
非定位轴肩：为使零件装拆方便，
取h=(1～2)mm
31
轴肩的尺寸要求
轴肩高度
定位轴肩: h=6～ 10mm
非定位轴肩: h=1～ 3mm b
装配方案——以轴最大直径处的轴环为界限，轴上零件分 别从两端装入。按安装顺序即可形成各轴段粗细和结构形 式的初步布置方案。
在拟定方案时，可以考虑几个方案，以供比较选择。
25
制造安装要求：
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。
①②
③
④ ⑤⑥ ⑦
26
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。
轴的材料主要是碳钢和合金钢，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。
用途： 碳钢比合金钢价廉，且具有较好的综合力学性能，对应力集中的 敏感性较低。应用较多，适用于一般要求的轴，尤其以45钢应用最广。 合金钢具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴: 如传递大功率并要求减小尺寸和质量、要求高的耐磨性，以及处于高 温、低温和腐蚀条件等。
转轴：M + T； 心轴：M ； 传动轴：T
3
§15-1 概 述
转动心轴
心 轴 只受弯矩M 固定心轴
转动心轴
固定心轴
4
§15-1 概 述
传动轴 只受扭矩T
传动轴
5
§15-1 概 述
转 轴 既受弯矩M，又受扭矩T
转轴 6
§15-1 概 述
光轴 直轴 阶梯轴 按轴线分： 曲轴
挠性钢丝轴
可以弯曲且不影响传递扭矩。比如汽车、 摩托车和轮船里程表、转速表，计数器， 割草机及各种机械转动仪表中的、通下 水的等等