江苏大学机械设计第15章轴
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机械设计15轴解析
第15章轴吴海涛§15-1 概述§15-2 轴的结构设计§15.3 轴的计算§15.4 设计实例一、轴的用途及分类轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。
按照承受载荷的不同，轴可分为：❆转轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴；❆心轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴；❆传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。
按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。
直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。
轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航空发动机的主轴。
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。
各种类型的轴二、轴设计的主要内容轴的设计包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。
结构设计：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。
工作能力计算：对轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。
三、轴的材料轴的材料主要是碳钢和合金钢。
碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较多；合金钢具有较好的综合力学性能（如耐腐蚀、耐高温、抗低温等），但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。
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。
设计任务：确定轴的合理外形和全部结构尺寸。
设计要求：1. 轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；2. 轴和轴上零件要有准确的工作位置；3. 各零件要牢固而可靠地相对固定；4. 改善应力状况，减小应力集中。
典型轴系结构一、拟定轴上零件的装配方案装配方案：确定轴上零件的装配方向、顺序、和相互关系。
在轴的结构设计中，必须考虑满足轴上零件装配顺序的要求，并尽量使得装配简便。
设计者在这一方面考虑得越周到，轴的装配工艺性越好。
注意装配顺序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。
机械设计CH15
2、轴上零件的定位（续） 2）套筒
§15-2轴的结构设计
-15轴的结构设计1
结构简单，定位可靠，不影响轴的疲劳强度。
2、轴上零件的定位（续）
§15-2轴的结构设计
-16轴的结构设计1
3）圆螺母
也可用于轴上两零件相距较远的场合。
2、轴上零件的定位（续）
§15-2轴的结构设计
-17轴的结构设计1
4）弹性挡圈
轴的计算4
§15-3轴的计算
4．按静强度条件进行校核 对于瞬时过载很大，或应力循环的不对称性较为严重的 轴，应当进行静强度条件校核。轴的静强度条件为： S S S S S Sca SS 2 2 S S S S Ssca——危险截面静强度计算安全系数； Ss——按屈服强度的设计安全系数，其值见下表；
§15-2轴的结构设计
-13-
详细介绍
可演示
轴的结构设计1
注意点： ①要求定位准确：h>C>r 或 h>r’>r (例： r’<r 时) r’<r
§15-2轴的结构设计
-14-
②用于滚动轴承内圈定位时： D≤D1—滚动轴承内圈最大安装尺寸(设计手册) ③h、b取值： h≈(0.07～0.1) d 定位 或h≈(2～3)C——倒角尺寸查”标准和规范” b=1.4h 非定位 h=1～2mm或更小
2 2
式中[ 1 ] 为对称循环变应力时轴的许用弯曲应力(可查表15-1)；
为考虑弯曲应力和扭转切应力循环特性不同时的折合系数。
静应力 弯曲应力为对 称循环变应力
扭转切应力 脉动循环变应力 对称循环变应力
≈0.3
≈0.６
=1
§15-3轴的计算
2．按弯扭合成进行强度条件验算（续） 注意：对于心轴只承受M，所以取T=0；
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。
江苏大学机械设计第15章_轴
四．提高轴的强度措施 1．减少轴上载荷
• 合理布置轴上零件 • 改进轴的结构
2．减少轴上应力集中的影响 3．改进轴的表面质量，提高其机械性能
具体见轴系结构设计
机械工程学院机械设计系
本章结束
谢谢谢谢大大家家！！
•
1、有时候读书是一种巧妙地避开思考 的方法 。20.6. 720.6.7 Sunday , June 07, 2020
②非定位轴肩 h=1~2mm 作用：过渡（方便装拆）
★★★轴环 b=0.4a
轴向定位的方法
机械工程学院机械设计系
轴肩定位：多用于轴向力较大的场合。（表15-2）规范 套筒定位：多用于两个零件之间的定位。 圆螺母定位：可承受大的轴向力，一般用于轴端零件的 固定。（图15-9） 轴端挡圈：用于轴端零件的固定。 轴承端盖定位：一般也用于整个轴系的轴向定位 其它：用于较小轴向力的场合。如：弹性挡圈、紧定螺钉、 锁紧挡圈、圆锥面定位等。（图15-10---图15-13）
二．结构设计思路 （一）拟定轴上零件的装配方案 （二）轴上零件的定位固定
1．轴上零件的轴向定位固定
★轴上零件的定位固定：轴肩、套筒、轴承端盖 圆螺母、 轴承挡圈、弹性挡圈、紧定螺钉等
机械工程学院机械设计系
机械工程学院机械设计系
★★轴肩分二类
①定位轴肩 h=(0.07~0.1)d r<C(或R)<h
机械工程学院机械设计系
机 械 原理及设计 （Ⅱ）
第十五章 轴
2020年6月7日
机械工程学院机械设计系
第十五章 轴 §15-1 概 述 §15-2 轴的结构设计 §15-3 轴的计算
机械工程学院机械设计系
§15-1 概 述
一．功用：支承回转零件，并传递转矩
• 合理布置轴上零件 • 改进轴的结构
2．减少轴上应力集中的影响 3．改进轴的表面质量，提高其机械性能
具体见轴系结构设计
机械工程学院机械设计系
本章结束
谢谢谢谢大大家家！！
•
1、有时候读书是一种巧妙地避开思考 的方法 。20.6. 720.6.7 Sunday , June 07, 2020
②非定位轴肩 h=1~2mm 作用：过渡（方便装拆）
★★★轴环 b=0.4a
轴向定位的方法
机械工程学院机械设计系
轴肩定位：多用于轴向力较大的场合。（表15-2）规范 套筒定位：多用于两个零件之间的定位。 圆螺母定位：可承受大的轴向力，一般用于轴端零件的 固定。（图15-9） 轴端挡圈：用于轴端零件的固定。 轴承端盖定位：一般也用于整个轴系的轴向定位 其它：用于较小轴向力的场合。如：弹性挡圈、紧定螺钉、 锁紧挡圈、圆锥面定位等。（图15-10---图15-13）
二．结构设计思路 （一）拟定轴上零件的装配方案 （二）轴上零件的定位固定
1．轴上零件的轴向定位固定
★轴上零件的定位固定：轴肩、套筒、轴承端盖 圆螺母、 轴承挡圈、弹性挡圈、紧定螺钉等
机械工程学院机械设计系
机械工程学院机械设计系
★★轴肩分二类
①定位轴肩 h=(0.07~0.1)d r<C(或R)<h
机械工程学院机械设计系
机 械 原理及设计 （Ⅱ）
第十五章 轴
2020年6月7日
机械工程学院机械设计系
第十五章 轴 §15-1 概 述 §15-2 轴的结构设计 §15-3 轴的计算
机械工程学院机械设计系
§15-1 概 述
一．功用：支承回转零件，并传递转矩
机械设计基础第15章轴
轴向力较小时，可采弹性挡圈或紧定螺钉来实现。
设计：潘存云 设计：潘存云
周向固定大多采用键、花键、或过盈配合等联接形 式来实现。为了加工方便，键槽应设计成同一加工直线上，
且尽可能采用同一规格的键槽截面尺寸。
设计：潘存云
键槽应设计成同一加工直线
设计：潘存云
四、改善轴的受力状况，减小应力集中
1.改善受力状况 Ft
第15章 轴
§15-1 §15-2 §15-3 §15-4 §15-5
轴的功用和类型 轴的材料 轴的基本直径的估算 轴的结构设计 轴的强度设计
§15-1 轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、 凸轮等，使转动零件有确定位置，并传递运动和动力。
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
一般转轴的设计准则是：具有合理的结构和良好的工艺 性并保证其疲劳强度足够。对有过载情况的轴，还应 保证其静强度足够；而对刚度要求较高的轴及受力较 大的细长轴，还应进行刚度计算；对高速旋转的轴， 则应进行振动稳定性计算。
轴设计的主要内容
(1)选用合适的材料、毛坯形式及热处理方法。
(2)轴的结构设计，根据轴上零件的安装、定位和固定及 轴的制造工艺等方面要求，合理确定轴的结构形状和 尺寸。
分类：
转轴---传递扭矩又承受弯矩
按承受载荷分有： 传动轴---只传递扭矩
类
心轴---只承受弯矩
型
1
2
电机
×
3
4
×
×
1——传动轴：T
2——转轴：T + M
×
3——转轴：T + M
4——心轴 ：M
§15-1 轴的功用和类型
功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、 链轮、凸轮等。
机械设计15章答案
一、选择题 15-1 C B C 15-2 B 15-3 B 15-7 A 15-8 C
二、填空题
第十五 轴
13-4 C 15-5 C 15-6 D 15-12 B
15-9 C 15-10 A 15-11 B
15—13按受载分类，轴可以分为转轴、心轴和传动轴，减 速器中的轴应属于 转 轴 15—14 转轴一般制成阶梯形的原因是 便于轴上零件安 装定位 和 近似等强度 。 15—15 当转轴受到稳定的轴向力作用时，轴的弯曲应力 是 非对称循环 应力。 5—16 单向转动的轴上作用有方向不变的径向载荷时，轴 的弯曲应力为 对称 循环变应力，扭转剪应力为 脉动 循 环变应力（转动不平稳时）。
15—22提高轴的刚度的措施有 改善轴的支承情况(减小跨距、 改悬臂为简支、采用支承刚度大的轴承等)、增大轴的尺寸、 采用空心轴、合理布置轴上零件的位置和改进轴上零件的 结构以减小轴的载荷等 。 15—23 何为转轴、心轴和传动轴？自行车的前轴、中轴、 后轴及踏板轴各是什么轴？ 答：工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴、只受弯 矩而不受扭矩的轴称为心轴、只受扭矩而不受弯矩的轴称 为传动轴。 自行车的前轴、后轴属于固定心轴，踏板轴属于转动 心轴； 自行车的中轴属于转轴。
15—17用套筒、螺母或轴端挡圈作轴向固定时，应使轴头 段的长度 小于 轮毂宽度。 15—18在齿轮减速器中，低速轴的直径要比高速轴的直径 粗得多，其原因是 低速轴受到的转矩大得多 。 15—19 一般情况下轴的工作能力决定于 轴的强度 和 轴 的刚度 。 15—20 零件在轴上常用的轴向固定方法有 轴肩、轴环、 套筒、圆螺母、轴挡档圈、挡圈等 ； 周向固定方法有 键、花键、过盈配合等 。 15—21提高轴的疲劳强度的措施有 合理布置轴上零件的 位置和改进轴上零件的结构以减小轴的载荷、改进轴的 结构以减小应力集中、改进轴的表面质量以提高轴的疲 劳强度 。
二、填空题
第十五 轴
13-4 C 15-5 C 15-6 D 15-12 B
15-9 C 15-10 A 15-11 B
15—13按受载分类，轴可以分为转轴、心轴和传动轴，减 速器中的轴应属于 转 轴 15—14 转轴一般制成阶梯形的原因是 便于轴上零件安 装定位 和 近似等强度 。 15—15 当转轴受到稳定的轴向力作用时，轴的弯曲应力 是 非对称循环 应力。 5—16 单向转动的轴上作用有方向不变的径向载荷时，轴 的弯曲应力为 对称 循环变应力，扭转剪应力为 脉动 循 环变应力（转动不平稳时）。
15—22提高轴的刚度的措施有 改善轴的支承情况(减小跨距、 改悬臂为简支、采用支承刚度大的轴承等)、增大轴的尺寸、 采用空心轴、合理布置轴上零件的位置和改进轴上零件的 结构以减小轴的载荷等 。 15—23 何为转轴、心轴和传动轴？自行车的前轴、中轴、 后轴及踏板轴各是什么轴？ 答：工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴、只受弯 矩而不受扭矩的轴称为心轴、只受扭矩而不受弯矩的轴称 为传动轴。 自行车的前轴、后轴属于固定心轴，踏板轴属于转动 心轴； 自行车的中轴属于转轴。
15—17用套筒、螺母或轴端挡圈作轴向固定时，应使轴头 段的长度 小于 轮毂宽度。 15—18在齿轮减速器中，低速轴的直径要比高速轴的直径 粗得多，其原因是 低速轴受到的转矩大得多 。 15—19 一般情况下轴的工作能力决定于 轴的强度 和 轴 的刚度 。 15—20 零件在轴上常用的轴向固定方法有 轴肩、轴环、 套筒、圆螺母、轴挡档圈、挡圈等 ； 周向固定方法有 键、花键、过盈配合等 。 15—21提高轴的疲劳强度的措施有 合理布置轴上零件的 位置和改进轴上零件的结构以减小轴的载荷、改进轴的 结构以减小应力集中、改进轴的表面质量以提高轴的疲 劳强度 。
机械设计基础 第15章 轴 承
15.6 滚动轴承的密封装置 15.7 滑动轴承和滚动轴承的性能对比
1．轴承材料 （1）金属材料。 （2）粉末冶金材料。 （3）非金属材料。
15.2.3 滑动轴承的润滑
1．润滑剂的选择 2．润滑方式及装置的选择
（1）间歇供油。 （2）连续供油。
第15章 轴 承
第15章 轴 承
15.3 滚动轴承 15.3.1 概述 1．滚动轴承的基本构造
第15章 轴 承
2．滚动轴承的类型和特性 （1）按轴承承受载荷的方向或公称接触角的不同分类。 （2）按滚动体的形状分类。 （3）按工作时能否调心分类。 （4）按游隙能否调整分类。
机械设计基础
第15章 轴 承
15.1 概述 15.2 滑动轴承 15.2.1 滑动轴承的结构 1．径向滑动轴承 （1）整体式径向滑动轴承。
第15章 轴 承
（2）对开式径向滑动轴承。
第15章 轴 承
（3）自位滑动轴承。
第15章 轴 承
2．推力滑动轴承
第15章 轴 承
15.2.2 滑动轴承的材料
第15章 轴 承
15.3.5 滚动轴承的寿命计算 1．基本概念 （1）轴承寿命。 （2）可靠度。 （3）基本额定寿命。 （4）基本额定动载荷。 （5）当量动载荷。 2．寿命计算的基本公式
L
C P
Lh
106 C 60n P
Lh
106 60n
ftC fpP
C
fpP ft
60n 106
Lh
1/
第15章 轴 承
3．当量动载荷的计算 4．角接触轴承的载荷计算 （1）内部轴向力。 （2）轴向载荷的计算。 5．轴承寿命计算示例
机械设计第十五章课件pdf
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2014/9/4
轴系结构改错
四处错误
正确答案
三处错误
正确答案
两处错误
1.左侧键太长，套筒 无法装入 2.多个键应位于同一 母线上
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2014/9/4
机械设计
第15章
轴
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机械设计
第15章
轴
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2014/9/4
机械设计
第15章
轴
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机械设计
第15章
轴
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• 结构改错： • 1.滚动轴承定位不需弹簧卡；2.不需键联接； 3.轴肩太高；4.应无轴环；5.无轴向固定； • 6.轴承应面对面；7.应加工成阶梯轴；8.端 盖不应与轴接触；9.密封槽应为梯形；10. 平键画法错误；11.联轴器键槽应为通槽； 12联轴器轴向定位错误；13.端盖与轴应有 间隙；14.少调整垫片（两处）
b 7、强度条件：
M 2 (T ) 2 M [ 1b ]MPa 0.1d 3 W
d 3
M mm 0.1[ 1b ]
W——轴的抗弯截面系数，P373表15-4
18
2014/9/4
机械设计
第15章
轴
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若轴上开键槽：d适当↑ 单键：↑（3~5）%，双键：↑（7~10）% 花键：计算出的d为内径。 三、轴的安全系数校核计算（精确计算） 1、疲劳强度校核 没有精确计入影响疲劳强度的其它重 1）按 M 计算： 要因素。 应力集中（kσ、kτ） 尺寸系数（εσ、ετ） 表面状态β ∴ 重要轴：需进一步在轴结构化后进行精确计算。
机械设计
第15章
轴
39
2）方法：对轴上若干“危险剖面”（实际应力较大的 剖面，如受力较大、截面较小及应力集中较 严重处）进行安全系数校核。 3）基本公式： 单纯受弯： S 单纯受扭： S
机械设计15轴
第15章轴吴海涛§15-1 概述§15-2 轴的结构设计§15.3 轴的计算§15.4 设计实例一、轴的用途及分类轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。
按照承受载荷的不同，轴可分为：❆转轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴；❆心轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴；❆传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。
按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。
直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。
轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航空发动机的主轴。
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。
各种类型的轴二、轴设计的主要内容轴的设计包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。
结构设计：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。
工作能力计算：对轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。
三、轴的材料轴的材料主要是碳钢和合金钢。
碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较多；合金钢具有较好的综合力学性能（如耐腐蚀、耐高温、抗低温等），但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。
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。
设计任务：确定轴的合理外形和全部结构尺寸。
设计要求：1. 轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；2. 轴和轴上零件要有准确的工作位置；3. 各零件要牢固而可靠地相对固定；4. 改善应力状况，减小应力集中。
典型轴系结构一、拟定轴上零件的装配方案装配方案：确定轴上零件的装配方向、顺序、和相互关系。
在轴的结构设计中，必须考虑满足轴上零件装配顺序的要求，并尽量使得装配简便。
设计者在这一方面考虑得越周到，轴的装配工艺性越好。
注意装配顺序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。
机械设计基础第五版第十五章
二、青铜
强度高，承载能力大，耐磨性和导热性
都优于轴承合金。可以在较高温度下工作。 可塑性差，不易跑合，与之相配的轴必 须淬硬。 应用广泛
三、具有特殊性能的轴承材料
粉末冶金：含油轴承 ，用于加油不方便的场合
灰铸铁、耐磨铸铁：用于不重要或低速轻载的
轴承。
非金属材料：
15-4 润滑剂和润滑装置 轴承润滑的目的：
轴颈表面与轴承孔表面构成楔形间隙，
开始启动时，轴颈沿轴承孔内壁向上爬。
当转速继续增加时，楔形间隙内形成的油膜
压力将轴颈抬起与轴承脱离接触。
当达到工作转速时：
此时油膜内各点压力，
其垂直方向的合力与载荷F
平衡，其水平方向的压力， 左右自行抵消。
3—油杯体
2—弹簧
4—铝管
5—毛线（棉纱绳）
依靠毛线或棉纱的毛
细管作用，将油杯中
的润滑油滴入轴承。
3、润滑脂用的油杯
杯中填满润滑脂，定期 旋转杯盖，使空腔体积 减小而将润滑脂注入轴 承内，它只能间歇润滑。
4、油环润滑 油环浸入油池内深度约为其直径的1/4。
常用于大型电机的润滑轴承中。
轴颈
油环
5、利用油泵循环润滑 润滑效果好，但设备费用较高， 常用于高速且精密的重要机器中。
第十五章 滑动轴承
轴承的功用：
（1）支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度
（2）减少转轴与支承之间的摩擦和磨损 分类： 滚动轴承：应用广泛
滑动轴承：适用于高速、高精度、重载、
结构上要求剖分等场合。
15-1 摩擦状态 1、干摩擦
固体表面间直接接触的摩擦。
（不加任何润滑剂）
2、边界摩擦 金属表面上形成极薄的边界油膜（<1um），
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。
15轴
2）传动轴 主要受转矩，不受弯矩或弯矩很小的轴 ） 主要受转矩，不受弯矩或弯矩很小的轴-----如汽车发动机与 如汽车发动机与 后桥之间的轴
3）心轴 ）
只受弯矩而不受转矩的轴。 只受弯矩而不受转矩的轴。
心轴根据其工作时是否转动，又可分为： 心轴根据其工作时是否转动，又可分为： （1）固定心轴 ） （2）转动心轴 ）
3）、便于零件轴向装配 ）、便于零件轴向装配 ）、 为了使齿轮、轴承等有配合要求的零件装拆方便， 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。 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； 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。 位上采用不同的尺寸公差。
5、提高轴强度的措施 、 1）合理布置轴上零件，以减小轴的载荷。 ）合理布置轴上零件，以减小轴的载荷。 2）改进轴上零件的结构，以减小轴的载荷。 ）改进轴上零件的结构，以减小轴的载荷。 3）改进轴的结构，以减少应力集中。 ）改进轴的结构，以减少应力集中。 4）改进轴的表面质量，以提高轴的疲劳强度。 ）改进轴的表面质量，以提高轴的疲劳强度。 1）合理布置轴上零件，以减小轴的载荷。 ）合理布置轴上零件，以减小轴的载荷。 当转矩由一个传动件输入,再由几个传动件输出时 再由几个传动件输出时,为了减小轴上 当转矩由一个传动件输入 再由几个传动件输出时 为了减小轴上 扭矩,应将输入件放在中间 而不要置于一端。 应将输入件放在中间,而不要置于一端 扭矩 应将输入件放在中间 而不要置于一端。 下图中，输入扭矩为T1=T2+T3+T4,按图 布置时，轴所受的最 按图a布置时 下图中，输入扭矩为 按图 布置时， 大扭矩为T2+T3+T4，若改为图 布置时，轴所受的最大扭矩减小为 布置时， 大扭矩为 ，若改为图b布置时 T3+T4。 。
第十五章 轴
2、装配工艺
为便于轴上零件的装配，使零件到达确定位置，常采用直径从两端向 中间逐渐增大的阶梯轴。除了用于固定零件的轴肩高度外，其余仅为便 于安装而设置的轴肩，其轴肩高度常取0.5～3mm。
轴肩应倒角，并去掉毛刺 便于安装
固定滚动轴承的轴肩高度应小于轴承内圈厚度，以便拆卸。
轴上有螺纹时，应有退刀槽，以便于螺纹车刀退出。退刀槽宽度b≥2p(螺距) 需要磨削的阶梯轴，应留有越程槽，以使磨削用砂轮越过工作表面。越程槽 宽度b=2-4㎜，深度为0.5-1 ㎜，轴有多个退刀槽和越程槽时，尽可能取相 同尺寸，以便加工。
其中：a为同级齿轮的中心距
经估算后的轴径还需再按使用要求圆整到标准值。
例题：有一减速器，两啮合齿轮其中心距为125mm，试 估算其低速轴的轴颈。 解：按经验公式低速轴的轴径：
d = 0.3 ～ 0.4 a d = 0.3 ×125 = 37.5mm d = 0.4 ×125 = 50mm
因此，低速轴的轴颈可在37.5 ～50mm范围内按表选取标 准直径。一般取整数。
注：1、轴上零件均应双 向固定。
2、与轴上零件相配 合的轴段长度应比轮毂 宽度略短（套筒） L = B - 1～3mm
③轴端挡圈：只用于轴端零件的固定，应用止动垫圈，抗震动和冲击载荷。
止动垫圈
④圆螺母：当无法采用套筒或套筒太长时，可考虑使用圆螺母作轴向 固定（图11-11）此时要在轴上加工螺纹（一般为细牙螺纹），而且螺纹 大径要比套装零件的孔径小。为放松可加双螺母或止动垫圈。拆装方便， 可靠，能承受较大的轴向力，一般用在轴端或轴的中部。
桥之间的轴AB。
轴还可按结构形状的不同分为直轴（图11-1、图11-2）和曲轴（图 11-4）；光轴（图11-5）和阶梯轴（图11-6）；实心轴和空心轴等。另 外，还有一种轴线能按使用要求随意变化的轴，称软轴或挠性轴（图 11-7）。
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江苏大学机械设计第15章轴
•四．材料选择
•要求 •常用材料
•疲劳强度高 •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、
•
对应力集中敏感性高、可进行热处理。
•①公式只适用于实心圆轴 •②对外伸轴：A0可取小值 • 中间轴：A0可取大值 •③当有键槽时： 一个键 d 增加5～7% • (d<100mm) 二个键 d 增加10～
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•2．按弯扭合成强度计算：转轴校核 •●强度条件
• 式中
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•问题
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•二．刚度计算及振动稳定性计算（略） •三．轴的强度计算过程
•1．作计算简图（力的分解与合成）
•2．作弯矩图
•3 ．作转矩图
•4．作当量弯矩图
•5．按弯扭合成强度计算（2~3 个危险截面） • 6．按安全系数法精确校核计算（2~3 个危险截面）
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位 固定。（图15-9）
的 方
•轴端挡圈：用于轴端零件的固定。
法 •轴承端盖定位：一般也用于整个轴系的轴向定位
•其它：用于较小轴向力的场合。如：弹性挡圈、紧定螺 钉、锁紧挡圈、圆锥面定位等。（图15-10---图15-13）
•2．轴上零件的周向固定：键，花键，销，过盈配合
•
紧定螺钉、成型联接
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•F
•①心轴：只受弯矩，不受转矩
•转动心轴，固定心轴（应力性质不同）
•②转轴：同时受弯矩和转矩
•③传动轴：只受转矩
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•F
•T 江苏大学机械设计第15章轴
•T
•2．按形状分
•光轴 •直轴
•阶梯轴 •曲轴 •特殊轴
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•如：轴肩或套筒的高度低于轴承内圈的高度 • 利用过渡轴肩以方便轴上零件的装拆
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•具体见轴系结构设
计
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§15-3 轴的计算重点
•一．强度计算 •1．按扭转强度计算：传动轴设计或转动轴初估
•●强度条件
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•式中
•说明
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•四．提高轴的强度措施 •1．减少轴上载荷
•• 合理布置轴上零件 •• 改进轴的结构
•2．减少轴上应力集中的影响 •3．改进轴的表面质量，提高其机械性能
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•具体见轴系结构设 计
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•本章结束
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3rew
•二．结构设计思路 •（一）拟定轴上零件的装配方案 •（二）轴上零件的定位固定
•1．轴上零件的轴向定位固定
•★轴上零件的定位固定：轴肩、套筒、轴承端盖 • 圆螺母、 轴承挡圈、弹性挡圈、紧定螺钉等
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•★★轴肩分二类
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•三．设计内容
•★轴的结构设计：确定轴段的长度和直径 •★轴的工作能力计算：强度，刚度，振动稳定性
•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。
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§15-2 轴的结构设计
•一．结构设计的基本要求 •1．定位、固定要求 •2．装拆方便合理 •3．制造工艺性
•☆☆☆☆重点
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•（三）确定轴的各段直径和长度 •●直径：
•●长度：根据结构确定
•图示：与轮毂相配 的轴段长度应比轮毂 短2～3mm
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江苏、安装、拆卸）
•1．轴端应倒角，且倒角尺寸应尽量相同 •2．应注意留有砂轮越程槽、螺纹退刀槽等 •3．不同轴段键槽应布置在同一母线上 •4. 考虑轴上零件的装拆工艺性的要求
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2020/11/22
江苏大学机械设计第15章轴
第十五章 轴 •§15-1 概 述 •§15-2 轴的结构设计 •§15-3 轴的计算
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江苏大学机械设计第15章轴
§15-1 概 述
•一．功用：支承回转零件，并传递转矩
•二．分类
•1．按载荷分
•①定位轴肩 h=(0.07~0.1)d
•
r<C(或R)<h
•②非定位轴肩 h=1~2mm • 作用：过渡（方便装拆）
•★★★轴环 b=0.4a
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江苏大学机械设计第15章轴
•
•轴肩定位：多用于轴向力较大的场合。（表15-2）规范
轴 •套筒定位：多用于两个零件之间的定位。
向 定
•圆螺母定位：可承受大的轴向力，一般用于轴端零件的
•①为何要引入应力折算系数？ •②当σ为脉动循环变应力时，上述公式及α如何？
•说明 •①对心轴：以 T=0 代入计算。
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•②计算时应找 2~3 个危险截面。 江苏大学机械设计第15章轴
•3．安全系数法精确校核计算 •●疲劳强度条件
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•4．按静强度条件进行校核（防止过载） •●静强度条件
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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