【机械设计】第15章 轴2
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1、轴上零件的轴向定位
1）轴肩定位 a. 轴肩处的过渡圆角半径r必须小
于与之相配的零件圆角半径R 或倒角 C。
b．轴肩高度：h=(0.07～0.1)d c．轴承定位轴肩高度必须低于轴承内圈的高度。
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轴承装拆
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2)、套筒定位：套筒与轴是间隙配合，不能保证与轴同心，所 以套筒不能太长。
第十五章 轴
§15-1 概述 §15-2 轴的结构设计 §15-3 轴的计算
第一节 概述 一、轴在工程上的应用
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二、轴的用途及分类
1、轴支的承功回用转零件（如齿轮、带轮、链轮）
传递运动和转矩
2、分类 按承受载荷不同划分：
转轴
传动轴 心轴
轴
光轴
直轴 阶梯轴
按轴线形状分： 曲轴 空心轴
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3）确定各轴段长度 ①段l1：考虑轴端挡圈，l1=联轴器长度-（2～3）mm. ②段l2：在不拆卸联轴器的情况下，要保证能拆下轴承盖，并
且轴承盖要伸进箱壁约10～20mm，通画图确定。 ③段l3：轴承至内壁约5～10mm。轴承宽B.
l3=(10～20)+（5～10）+B+（2～3）+轴倒角尺寸。 ④段l4：l4=齿轮宽度-（2～3）mm。 ⑤段l5：轴环宽度一般取：b =1.4 h .
注：通过采用合金钢、热处理来提高轴的刚度无实效。 3、轴的毛坯 常用材料见表14-1。
d小——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。
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第二节 轴的结构设计
一、结构设计的要求
轴结构设计的任务：确定轴的形和尺寸。
轴设计应满足的要求：
1）轴要有准确的工作位置。
2）轴上零件有准确位置—位置合理、准确 的定位和固定。
3）轴上零件易于装拆和调整。
4）轴应有良好的制造工艺性，并尽量减小
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应前一页力集中后。一页
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二、轴的结构设计
1、拟定轴上零件的装配方 案 拟定装配方案就是确定
轴上哪些零件自左向右装， 哪些零件自右向左装。
三、 轴设计的内容
轴的设计过程
根据总体结构的要求进行轴的结构设计
轴的工作能力验算
no 验算合格?
yes
结束
1、结构设计：根据轴上零件的安装、定位及轴的制造工 艺性等要求，合理的确定轴的结构形式和尺寸。
2、工作能力设计 失效形式
设计
1、断裂— 疲劳强度、静强度校核
2、变形过大— 刚度 3、振动折断— 高速轴防共振自振频率与轴转速接近
形式：双圆螺母或圆螺母加止动垫片。
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3）轴端挡圈固定
用于固定轴端零件，能承受较大的轴向力。
注：采用套筒、圆螺母及轴端挡圈时，应使零件宽度大于所 装零件的轴段长度，以确保套筒或螺母或轴端挡圈能靠 紧零件端面。
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挠性轴
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问：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？
0 轴： 传动轴 Ⅰ轴： 转轴 Ⅱ轴： 转动心轴 Ⅲ轴： 转轴 Ⅳ轴： 转轴 Ⅴ轴： 转动心轴
如何判断轴是否传递转矩： 从原动机向工作机画传动路线，若传动路线沿该轴
轴线走过一段距离，则该轴传递转矩。 如何判断轴是否承受弯矩：
该轴上除联轴器外是否还有其它传动零件，若有则该 轴承受弯矩，否则不承受弯矩。
4、塑性变形— 验算屈服强度。
四、轴的材料
1、轴的材料的要求:强度、刚度、耐磨性、耐腐蚀性、工艺 性、经济性等。
2、常用材料
（1）碳素钢：价格便宜，对应集中敏感性低，最常用的是45 钢。
（2）合金钢：机械性能较好，常用传递大功率，但对应力集 中敏感。
（3）高强度铸铁及球墨铸铁：成本低，吸振性好，耐磨，对 应力集中敏感性低，易做较复杂形状的轴。
轴径增大5%～7%
有两个键槽 轴径增大7% 轴径增大10%～15%
最小轴径也可以采用经验公式估算：
①高速轴的轴径可与其相联的电机轴径估算。dmin=（0.8~1.2） D
②低将速求轴出的的轴直径径可圆按整同。级齿轮中心距估算。 dmin=（0.3~0.4） a
2）确定各段直径 ①段: d1 > dmin, 并应与所装零件标相符。如：联轴器，轴
3)、圆锥面定位：对承受冲击载荷和同心度要求较高轴端零 件的定位,常与轴端挡圈配合使用。
注意：
采用该方法固定轴 上零件时，为保证 固定可靠， 应使：与轮毂相配 的轴段长度比轮毂 宽度短2～3 mm，
即：l＝B - (2~3)
2、轴上零件的周向定位 主要：键、花键、过盈配合 次要：销、紧定螺钉定位。 目的 － 防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩。
径应与联轴器孔径相符。 ②段：d2 > d1, 并加上定位轴肩高度。d2=d1+2h定， h定=（0.07～0.1）d （非定位轴肩：h=1～2mm） ③段：d3 > d2, d3 = d2+2h非，h非=(1～2)mm。 套筒做阶梯的目的：小端不超过轴承的内圈，大端不能顶在
轴肩上。 ④段： d4=d3+2h非 ⑤段：d5= d4+2h定 ⑦段：取d7= d3， ⑥段：d6= d7+2h定。
轴上零件的装配过程
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2、确定轴的基本直径和各段长度
1）初估直径——按扭转强度初估直径。
T WT
9.55106
P 0.2d 3n
[ ]
d 3 9.55106 3 P C3 P
mm
0.2[ ] n
n
系数C见表14-2
轴径d＞100mm
有一个键槽 轴径增大3%
轴径d≤100mm
l5=10～20mm。
⑦段l7：l7=轴承宽B+倒角。 ⑥段：从整体考虑（轴承布置）
确定l6.
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三、轴上各零件的定位（轴向定位和周向定位）和固定。
定位 － 使轴上零件处于正确的工作位置； 固定 － 使轴上零件牢固地保持这一位置,防止轴上零 件工作时发生轴向蹿动。
（一）轴上零件的定位
注：当轴上有两个以上键槽时，应使键盘槽在轴同一直线上， 且键槽宽度应相同。
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（二）零件的固定 1） 套筒固定
注意：
套筒所固定的轮毂 长度应大于轴段长度 。 L轴段长度=B轮 毂宽-(2～3)mm
2）圆螺母固定：当套筒太长时可采圆螺母固定。
特点：①可承受较大轴向力。 ②需切制螺纹，较大应力集中, 削弱了轴的强度。
1）轴肩定位 a. 轴肩处的过渡圆角半径r必须小
于与之相配的零件圆角半径R 或倒角 C。
b．轴肩高度：h=(0.07～0.1)d c．轴承定位轴肩高度必须低于轴承内圈的高度。
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2)、套筒定位：套筒与轴是间隙配合，不能保证与轴同心，所 以套筒不能太长。
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§15-1 概述 §15-2 轴的结构设计 §15-3 轴的计算
第一节 概述 一、轴在工程上的应用
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二、轴的用途及分类
1、轴支的承功回用转零件（如齿轮、带轮、链轮）
传递运动和转矩
2、分类 按承受载荷不同划分：
转轴
传动轴 心轴
轴
光轴
直轴 阶梯轴
按轴线形状分： 曲轴 空心轴
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3）确定各轴段长度 ①段l1：考虑轴端挡圈，l1=联轴器长度-（2～3）mm. ②段l2：在不拆卸联轴器的情况下，要保证能拆下轴承盖，并
且轴承盖要伸进箱壁约10～20mm，通画图确定。 ③段l3：轴承至内壁约5～10mm。轴承宽B.
l3=(10～20)+（5～10）+B+（2～3）+轴倒角尺寸。 ④段l4：l4=齿轮宽度-（2～3）mm。 ⑤段l5：轴环宽度一般取：b =1.4 h .
注：通过采用合金钢、热处理来提高轴的刚度无实效。 3、轴的毛坯 常用材料见表14-1。
d小——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。
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第二节 轴的结构设计
一、结构设计的要求
轴结构设计的任务：确定轴的形和尺寸。
轴设计应满足的要求：
1）轴要有准确的工作位置。
2）轴上零件有准确位置—位置合理、准确 的定位和固定。
3）轴上零件易于装拆和调整。
4）轴应有良好的制造工艺性，并尽量减小
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二、轴的结构设计
1、拟定轴上零件的装配方 案 拟定装配方案就是确定
轴上哪些零件自左向右装， 哪些零件自右向左装。
三、 轴设计的内容
轴的设计过程
根据总体结构的要求进行轴的结构设计
轴的工作能力验算
no 验算合格?
yes
结束
1、结构设计：根据轴上零件的安装、定位及轴的制造工 艺性等要求，合理的确定轴的结构形式和尺寸。
2、工作能力设计 失效形式
设计
1、断裂— 疲劳强度、静强度校核
2、变形过大— 刚度 3、振动折断— 高速轴防共振自振频率与轴转速接近
形式：双圆螺母或圆螺母加止动垫片。
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3）轴端挡圈固定
用于固定轴端零件，能承受较大的轴向力。
注：采用套筒、圆螺母及轴端挡圈时，应使零件宽度大于所 装零件的轴段长度，以确保套筒或螺母或轴端挡圈能靠 紧零件端面。
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问：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？
0 轴： 传动轴 Ⅰ轴： 转轴 Ⅱ轴： 转动心轴 Ⅲ轴： 转轴 Ⅳ轴： 转轴 Ⅴ轴： 转动心轴
如何判断轴是否传递转矩： 从原动机向工作机画传动路线，若传动路线沿该轴
轴线走过一段距离，则该轴传递转矩。 如何判断轴是否承受弯矩：
该轴上除联轴器外是否还有其它传动零件，若有则该 轴承受弯矩，否则不承受弯矩。
4、塑性变形— 验算屈服强度。
四、轴的材料
1、轴的材料的要求:强度、刚度、耐磨性、耐腐蚀性、工艺 性、经济性等。
2、常用材料
（1）碳素钢：价格便宜，对应集中敏感性低，最常用的是45 钢。
（2）合金钢：机械性能较好，常用传递大功率，但对应力集 中敏感。
（3）高强度铸铁及球墨铸铁：成本低，吸振性好，耐磨，对 应力集中敏感性低，易做较复杂形状的轴。
轴径增大5%～7%
有两个键槽 轴径增大7% 轴径增大10%～15%
最小轴径也可以采用经验公式估算：
①高速轴的轴径可与其相联的电机轴径估算。dmin=（0.8~1.2） D
②低将速求轴出的的轴直径径可圆按整同。级齿轮中心距估算。 dmin=（0.3~0.4） a
2）确定各段直径 ①段: d1 > dmin, 并应与所装零件标相符。如：联轴器，轴
3)、圆锥面定位：对承受冲击载荷和同心度要求较高轴端零 件的定位,常与轴端挡圈配合使用。
注意：
采用该方法固定轴 上零件时，为保证 固定可靠， 应使：与轮毂相配 的轴段长度比轮毂 宽度短2～3 mm，
即：l＝B - (2~3)
2、轴上零件的周向定位 主要：键、花键、过盈配合 次要：销、紧定螺钉定位。 目的 － 防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩。
径应与联轴器孔径相符。 ②段：d2 > d1, 并加上定位轴肩高度。d2=d1+2h定， h定=（0.07～0.1）d （非定位轴肩：h=1～2mm） ③段：d3 > d2, d3 = d2+2h非，h非=(1～2)mm。 套筒做阶梯的目的：小端不超过轴承的内圈，大端不能顶在
轴肩上。 ④段： d4=d3+2h非 ⑤段：d5= d4+2h定 ⑦段：取d7= d3， ⑥段：d6= d7+2h定。
轴上零件的装配过程
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2、确定轴的基本直径和各段长度
1）初估直径——按扭转强度初估直径。
T WT
9.55106
P 0.2d 3n
[ ]
d 3 9.55106 3 P C3 P
mm
0.2[ ] n
n
系数C见表14-2
轴径d＞100mm
有一个键槽 轴径增大3%
轴径d≤100mm
l5=10～20mm。
⑦段l7：l7=轴承宽B+倒角。 ⑥段：从整体考虑（轴承布置）
确定l6.
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三、轴上各零件的定位（轴向定位和周向定位）和固定。
定位 － 使轴上零件处于正确的工作位置； 固定 － 使轴上零件牢固地保持这一位置,防止轴上零 件工作时发生轴向蹿动。
（一）轴上零件的定位
注：当轴上有两个以上键槽时，应使键盘槽在轴同一直线上， 且键槽宽度应相同。
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（二）零件的固定 1） 套筒固定
注意：
套筒所固定的轮毂 长度应大于轴段长度 。 L轴段长度=B轮 毂宽-(2～3)mm
2）圆螺母固定：当套筒太长时可采圆螺母固定。
特点：①可承受较大轴向力。 ②需切制螺纹，较大应力集中, 削弱了轴的强度。