轴的分类结构设计
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§12-1 轴概述
一、轴shaft的作用
功用——支承传动零件并传递运动和动力
二、轴的类型
1. 按受载情况分类:
转轴：弯矩和转矩 如减速器中的各轴
传动轴：只受转矩，如搅拌轴 心轴：只受弯矩 固定：自行车前轴
转动：机车车轮轴
§12-1 轴概述
2. 按结构形状分类: 实心轴（一般齿轮轴） 空心轴（车床的主轴） 挠性钢丝轴 直轴 光轴
§12-1 轴概述
§12-2 轴的材料
一、失效形式：疲劳破坏 二、轴的材料要求：
具有较好的强度、韧性，与轴上零件有 相对滑动的部位还应具有较好的耐磨性。此 外，还必须考虑应力集中的影响。
§12-2 轴的材料
三、轴的常用材料： （1）碳素钢 广泛采用35、45、50等优质碳素 钢，价格低廉，对应力集中敏感性较小，可以通 过调质或正火处理以保证其机械性能，通过表面 淬火或低温回火以保证其耐磨性。 对于轻载和不重要的轴:采用Q235、Q275等普通 碳素钢。 （2）合金钢 常用于高温、高速、重载以及结构 要求紧凑的轴。合金钢有较高的力学性能，但价 格较贵，对应力集中较敏感，所以在结构设计时 必须尽量减少应力集中。 （3）球墨铸铁 耐磨、价格低，但可靠性较差， 一般用于形状复杂的轴，如曲轴、凸轮轴等。
设计公式：
d3
9.55 106 P
0.2τn
A3
P n
mm
若计算截面有键槽，应将直径加大5％ （单键）或10％（双键），以补偿键槽对 轴强度削弱的影响。
MH 2 MV 2
§12-4 轴的工作能力计算
二、 按抗弯扭合成强度计算 对于一般钢制的转轴，抗弯扭合成强度条件为
σ Me W
M 2 αT 2
0.1d 3
σ1
MPa
式中 σ——轴计算截面的当量应力， MPa
Me——轴计算截面的当量弯矩， N·mm
M——合成弯矩， M= MH指水平平面弯矩，
MMVH指2 竖M直V 2 平面弯矩
W——轴计算截面的抗弯截面系数， mm3
α——根据转矩性质而定的应力校正系数
稳定的转矩取α =0.3
脉动循环变化的转矩取α =0.6
§12-3 轴的结构设计
一、轴的结构及各部分名称
§12-3 轴的结构设计
一、轴的结构及各部分名称 轴头：与联轴器和齿轮等传动零件配合的轴段 轴颈：与轴承配合的轴段 轴身：联接轴头和轴颈的轴段 轴环：直径最大用于定位的轴段 轴肩：截面尺寸变化处 还有轴肩的过渡圆角；轴端的倒角；与键连接 处的键槽等结构。
对称循环变化的转矩取α =1
[σ-1] b——对称循环应力状态下轴材料的许用弯曲应力
§12-4 轴的工作能力计算
设计公式：
d
3
Me
0.1σ 1
mm
有键槽的计算截面，应将轴径加大5％
（单键）或10％（双键）
机械履痕·轴
远古“钻木取火”的具体方法虽不易确定，但是肯定与孔加工技术有 关。在新石器时代的晚期，一些石器和玉器上钻有细长孔，如甘肃永昌鸳 鸯池就出土过一个管状石器，上面的孔径不足１０ｍｍ，而长达２００ｍ ｍ，显然是使用专门的工具加工而成。舞钻和牵钻是古代两种常用的钻孔 工具。舞钻依靠横木杆上下往复运动，横木杆则通过其上的皮条带动钻杆 往复转动，钻杆下端装有钻头，即行钻孔。牵钻是依靠横木杆上的绳索缠 绕钻杆，当横木杆被牵动时，其上的绳索就带动钻杆往复转动，钻头即行 钻孔。舞钻和牵钻上的钻杆，也许是传动轴最早的雏形。
§12-3 轴的结构设计
二、轴的结构设计重点要解决的问题 1．轴上零件的轴向定位、固定和周向固定 轴向定位主要靠轴肩和轴环来完成。
§12-3 轴的结构设计
为了保证轴上零件靠紧定位面，轴肩处的圆角半径 r 必须小于零件内孔的圆角半径R或倒角C；轴肩高度 一般取h=(0.07～0.1)d，轴环宽度b=1.4h
§12-3 轴的结构设计
装配工艺要求是指轴上零件应便于安装和拆卸 一般将轴制成中间粗两端细的阶梯形 轴端应倒角 轴端的键槽应尽量靠近轴端 与滚动轴承配合的轴肩高度和套筒高度应小于轴 承内圈的厚度 与传动零件过盈配合的轴段应制有10°左右的导 向锥面 要尽量减少装配长度
§12-3 轴的结构设计
3. 标准尺寸要求 与标准零件（如滚动轴承、联轴器、
阶梯轴 曲轴 工程中最常见的是同时承受弯矩和转矩作
用的阶梯轴。
§12-1 轴概述
三、轴设计的要求和步骤 1．轴的设计要求 (1) 结构设计要求 轴应具有合理的结构形 状和尺寸。 (2) 工作能力要求 轴应具有足够的疲劳强 度，对于某些特殊用途的轴，还应有刚度、 振动稳定性等方面的要求。 2．轴的设计步骤 结构设计与工作能力验算往往是交叉进行的， 也是最重要的两步。
车的发明距今约有４６００年的历史。各种形式车轮的演变，反映出
对车轴的结构、制造乃至润滑等方面提出了越来越高的要求。另外，滑车、 辘轳和绞车等起重机械也都离不开轴。辘轳是以人力为原动力，主要用于 汲水，其核心零件就是轮轴。绞车的结构和原理与辘轳基本相同，只是绞 车的手柄半径比辘轳卷轴的半径要大很多，因此在提升重物时更为省力。 湖北铜绿山矿冶遗址发现了战国时期的“木辘轳轴”，实际上是绞车的卷 轴，轴的两端开有疏密不同的孔，疏孔用于安装手柄，密孔便于镶嵌长木 条。上述轴的材料皆为木质，尺寸较大，承受的载荷也有限。随着金属材 料的应用，轴的强度得以提高，可以同时承受弯矩和转矩的作用。
b
D h r R
d D
h
C
r d
§12-3 轴的结构设计
轴上零件的轴向固定就是不 许轴上零件沿轴向窜动，必 须双向固定。 轴向固定措施： 轴的一端可采用轴端挡圈； 套筒过长可采用圆螺母； 受载较小时可采用弹性挡圈、 紧定螺钉和销钉等固定。
§12-3 轴的结构设计
轴上零件的周向固定就是保证轴上的传动零件 要与轴一起转动。
圆螺母）配合处的轴段尺寸必需符合 标准零件的尺寸系列。 4. 提高轴的疲劳强度
加大轴肩处的过渡圆角半径和减小 轴肩高度，就可以减少应力集中，从 而提高轴的疲劳强度。
§12-4 轴的工作能力计算
一、按抗扭强度计算 对于传动轴，其抗扭强度条件为
τ T 9.55 106 P τ MPa
WT
0.2d 3n
常用的固定方式有键连接和过盈配合。转矩较 大时可采用花键连接，转矩较小时，可采用紧 定螺钉、销钉等措施。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
§12-3 轴的结构设计
2．制造工艺和装配工艺要求
制造工艺要求是指轴的结构应尽可能简单便于加工、 节约加工成本。
轴端倒角的尺寸应一致 轴肩的圆角半径应相同 键槽宽应统一，并在同一条加工直线上 设砂轮越程槽 设螺纹退刀槽
一、轴shaft的作用
功用——支承传动零件并传递运动和动力
二、轴的类型
1. 按受载情况分类:
转轴：弯矩和转矩 如减速器中的各轴
传动轴：只受转矩，如搅拌轴 心轴：只受弯矩 固定：自行车前轴
转动：机车车轮轴
§12-1 轴概述
2. 按结构形状分类: 实心轴（一般齿轮轴） 空心轴（车床的主轴） 挠性钢丝轴 直轴 光轴
§12-1 轴概述
§12-2 轴的材料
一、失效形式：疲劳破坏 二、轴的材料要求：
具有较好的强度、韧性，与轴上零件有 相对滑动的部位还应具有较好的耐磨性。此 外，还必须考虑应力集中的影响。
§12-2 轴的材料
三、轴的常用材料： （1）碳素钢 广泛采用35、45、50等优质碳素 钢，价格低廉，对应力集中敏感性较小，可以通 过调质或正火处理以保证其机械性能，通过表面 淬火或低温回火以保证其耐磨性。 对于轻载和不重要的轴:采用Q235、Q275等普通 碳素钢。 （2）合金钢 常用于高温、高速、重载以及结构 要求紧凑的轴。合金钢有较高的力学性能，但价 格较贵，对应力集中较敏感，所以在结构设计时 必须尽量减少应力集中。 （3）球墨铸铁 耐磨、价格低，但可靠性较差， 一般用于形状复杂的轴，如曲轴、凸轮轴等。
设计公式：
d3
9.55 106 P
0.2τn
A3
P n
mm
若计算截面有键槽，应将直径加大5％ （单键）或10％（双键），以补偿键槽对 轴强度削弱的影响。
MH 2 MV 2
§12-4 轴的工作能力计算
二、 按抗弯扭合成强度计算 对于一般钢制的转轴，抗弯扭合成强度条件为
σ Me W
M 2 αT 2
0.1d 3
σ1
MPa
式中 σ——轴计算截面的当量应力， MPa
Me——轴计算截面的当量弯矩， N·mm
M——合成弯矩， M= MH指水平平面弯矩，
MMVH指2 竖M直V 2 平面弯矩
W——轴计算截面的抗弯截面系数， mm3
α——根据转矩性质而定的应力校正系数
稳定的转矩取α =0.3
脉动循环变化的转矩取α =0.6
§12-3 轴的结构设计
一、轴的结构及各部分名称
§12-3 轴的结构设计
一、轴的结构及各部分名称 轴头：与联轴器和齿轮等传动零件配合的轴段 轴颈：与轴承配合的轴段 轴身：联接轴头和轴颈的轴段 轴环：直径最大用于定位的轴段 轴肩：截面尺寸变化处 还有轴肩的过渡圆角；轴端的倒角；与键连接 处的键槽等结构。
对称循环变化的转矩取α =1
[σ-1] b——对称循环应力状态下轴材料的许用弯曲应力
§12-4 轴的工作能力计算
设计公式：
d
3
Me
0.1σ 1
mm
有键槽的计算截面，应将轴径加大5％
（单键）或10％（双键）
机械履痕·轴
远古“钻木取火”的具体方法虽不易确定，但是肯定与孔加工技术有 关。在新石器时代的晚期，一些石器和玉器上钻有细长孔，如甘肃永昌鸳 鸯池就出土过一个管状石器，上面的孔径不足１０ｍｍ，而长达２００ｍ ｍ，显然是使用专门的工具加工而成。舞钻和牵钻是古代两种常用的钻孔 工具。舞钻依靠横木杆上下往复运动，横木杆则通过其上的皮条带动钻杆 往复转动，钻杆下端装有钻头，即行钻孔。牵钻是依靠横木杆上的绳索缠 绕钻杆，当横木杆被牵动时，其上的绳索就带动钻杆往复转动，钻头即行 钻孔。舞钻和牵钻上的钻杆，也许是传动轴最早的雏形。
§12-3 轴的结构设计
二、轴的结构设计重点要解决的问题 1．轴上零件的轴向定位、固定和周向固定 轴向定位主要靠轴肩和轴环来完成。
§12-3 轴的结构设计
为了保证轴上零件靠紧定位面，轴肩处的圆角半径 r 必须小于零件内孔的圆角半径R或倒角C；轴肩高度 一般取h=(0.07～0.1)d，轴环宽度b=1.4h
§12-3 轴的结构设计
装配工艺要求是指轴上零件应便于安装和拆卸 一般将轴制成中间粗两端细的阶梯形 轴端应倒角 轴端的键槽应尽量靠近轴端 与滚动轴承配合的轴肩高度和套筒高度应小于轴 承内圈的厚度 与传动零件过盈配合的轴段应制有10°左右的导 向锥面 要尽量减少装配长度
§12-3 轴的结构设计
3. 标准尺寸要求 与标准零件（如滚动轴承、联轴器、
阶梯轴 曲轴 工程中最常见的是同时承受弯矩和转矩作
用的阶梯轴。
§12-1 轴概述
三、轴设计的要求和步骤 1．轴的设计要求 (1) 结构设计要求 轴应具有合理的结构形 状和尺寸。 (2) 工作能力要求 轴应具有足够的疲劳强 度，对于某些特殊用途的轴，还应有刚度、 振动稳定性等方面的要求。 2．轴的设计步骤 结构设计与工作能力验算往往是交叉进行的， 也是最重要的两步。
车的发明距今约有４６００年的历史。各种形式车轮的演变，反映出
对车轴的结构、制造乃至润滑等方面提出了越来越高的要求。另外，滑车、 辘轳和绞车等起重机械也都离不开轴。辘轳是以人力为原动力，主要用于 汲水，其核心零件就是轮轴。绞车的结构和原理与辘轳基本相同，只是绞 车的手柄半径比辘轳卷轴的半径要大很多，因此在提升重物时更为省力。 湖北铜绿山矿冶遗址发现了战国时期的“木辘轳轴”，实际上是绞车的卷 轴，轴的两端开有疏密不同的孔，疏孔用于安装手柄，密孔便于镶嵌长木 条。上述轴的材料皆为木质，尺寸较大，承受的载荷也有限。随着金属材 料的应用，轴的强度得以提高，可以同时承受弯矩和转矩的作用。
b
D h r R
d D
h
C
r d
§12-3 轴的结构设计
轴上零件的轴向固定就是不 许轴上零件沿轴向窜动，必 须双向固定。 轴向固定措施： 轴的一端可采用轴端挡圈； 套筒过长可采用圆螺母； 受载较小时可采用弹性挡圈、 紧定螺钉和销钉等固定。
§12-3 轴的结构设计
轴上零件的周向固定就是保证轴上的传动零件 要与轴一起转动。
圆螺母）配合处的轴段尺寸必需符合 标准零件的尺寸系列。 4. 提高轴的疲劳强度
加大轴肩处的过渡圆角半径和减小 轴肩高度，就可以减少应力集中，从 而提高轴的疲劳强度。
§12-4 轴的工作能力计算
一、按抗扭强度计算 对于传动轴，其抗扭强度条件为
τ T 9.55 106 P τ MPa
WT
0.2d 3n
常用的固定方式有键连接和过盈配合。转矩较 大时可采用花键连接，转矩较小时，可采用紧 定螺钉、销钉等措施。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
§12-3 轴的结构设计
2．制造工艺和装配工艺要求
制造工艺要求是指轴的结构应尽可能简单便于加工、 节约加工成本。
轴端倒角的尺寸应一致 轴肩的圆角半径应相同 键槽宽应统一，并在同一条加工直线上 设砂轮越程槽 设螺纹退刀槽