第十六章 轴解析

求。
2、长度的确定 1）、轴与传动零件轮毂相配合的部分（图中② ④段）应 比轮毂长度略短2~3mm,以保证轴向固定的可靠性。 2）、其余各段长度根据总体结构要求确定。
①④
③
②
• 三、轴的结构工艺性
• 轴的结构工艺应便于加工和装配，以提高劳动生产率、降 低成本。
• 1、装配工艺性
• 1）、阶梯轴按装轴上零件方便，便于固定和装拆，且接 近等强度，同时还能满足不同轴段的不同配合特性，以及 加工精度和表面粗糙度的要求，所以阶梯轴为首选。
影响轴的结构与尺寸的因素很多，设计轴时要全面综合 的考虑各种因素。
一、轴上零件的定位和固定 1、轴上零件的轴向定位和固定方式 常采用轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴段挡圈、紧定螺钉等 方式，其结构方式、特点与应用见表16-2。
1）轴肩和轴环
定位轴肩： r轴<R孔或r轴<C孔 轴肩或轴环的高度h必须大于 R孔或 C孔 轴环宽度 b≈l.4h
3）紧定螺钉、销
4）过盈配合
二、各段轴径和长度的确定
1、轴径的确定原则
确定各段直径时 应遵循以下原则
1）有配合要求的轴段（图中④段）取标准直径（值见表
16-4）。
Hale Waihona Puke 2）安装标准件的轴段（图中②
③段）应符合相
应的标准尺寸系
列
①④
③
②
3）用作固定或
定位的轴肩或轴
环（图中①段）
的高度应满足表
16-2序号1的要
③ 错误 ④
II
III
①
I
正确
I
②
③
II
正确 II
5）轴承端盖 轴承端盖与机座间加垫片，以1调整轴的位置。
垫
①
②
③
I
II
6）弹性挡圈 7）锁紧挡圈、紧定螺钉或销
8）圆锥面（+挡圈、螺母）
2、零件的周向定位 采用键、花键、销、过盈配合等方式，其结构形式、 特点与应用见表16-3。
1）键
2）花键
转动心轴 ：随轴上零件一起转动，在载荷作用下， 产生对称循环应力。
固定心轴
3）转轴——工作时即承 受弯矩，又承受扭矩，是机 器中常见的轴。
2、按轴外形分 1）直轴：用于一般机械传动，分为： 光轴: 全轴同一直径，有 空心和实心之分。
阶梯轴 ：轴身各段直径 不同，便于轴上零件位 置的确定和固定，应用 广泛。
第二节 轴的结构设计
轴的结构和形状取决于下面几个因素： （1）轴的毛坯种类; （2）轴上作用力的大小及其分布情况； （3）轴上零件的位置、配合性质及其联接固定的方法； （4）轴承的类型、尺寸和位置； （5）轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求。 （6）形状和尺寸应有利于避免应力集中。 （7）有要求时，轴径应符合相应的标准和规范，一般情况 尽量采用标准尺寸。
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。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳 处理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl等合金钢， 有良好的高温机械性能，常用于在高温、高速和重载条件 下工作的轴。
• 轴的常用材料及其力学性能见表16-1。
三.设计轴的主要问题和一般步骤： 1、设计的主要问题： 1）、合理的强度，刚度
不足，引起断裂和变形；过分，造成浪费。 2）、合理的结构
轴的结构影响加工和装配的工艺性，最终结果是影响成 本。 3）、高速旋转的轴还要求有良好的振动稳定性（径向形心 与重心同心）。 2、轴设计的一般步骤 1）选材、确定热处理方式及许用应力。 2）根据强度确定轴的最小直径。 3）结构设计。 4）强度、刚度校核。
2、曲轴：用于有往复动作的机械中。如空压机、 发动机等。
3、挠性轴 结构：挠性保护套内穿有 挠性传动轴。 用途：将转矩可以传递到 任意空间位置。
二.轴的材料 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以及球墨铸铁。 碳钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过
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
第十六章 轴
第一节 概述
一、轴的用途与分类 1、功用：1）支承回转零件；2）传递运动和动力 2、分类： 按承载情况分：
1）传动轴——主 要受扭矩 ,不承受 或承受较小弯矩的 轴，比如，汽车传 动轴。
2）心轴——只受弯矩，不受转矩，按是否与轴上零 件一起转动分为固定心轴和转动心轴 。如图。
固定心轴: 不随轴上零件一起转动，在载荷作用下， 产生固定方向的应力,如自行车前、后轴。
非定位轴肩： h=1.5-2mm,r<=(D-d)/2
注： C孔 —轴上零件内孔倒 角深（见右图） r轴、R孔—轴、孔圆角
要求轴肩高度<滚动轴承内圈高度 h=（0.07d＋3）～（0.1d＋5）mm
错误
正确
2）套筒 3) 轴用圆螺母
4）轴端挡圈
当用轴肩、轴环、套 筒、圆螺母、轴端挡圈 进行零件的轴向定位时， 为保证轴向1 定位可靠， 要求L2轴<L毂
• 2）、每段轴端应有倒角，以便轴上零件导入及防止伤人。
2、切削加工工艺性 1）螺纹退刀槽
2）砂轮越程槽
具体数据查手册
3）轴端倒角 4）多个键槽
四.避免或减小应力集中 为提高轴的疲劳强度，在进行轴的结构设计时 应尽量避
免或减小应力集中，产生应力集中的结构有螺纹、凹槽、 突变直径等，当实在不可避免时，应采取必要的措施，如， 加大阶梯轴处的圆角半径、凹切圆槽等r。
• 值得注意的是：由于常温下合金钢与碳素钢的弹性模 量相差不多，因此当其他条件相同时，如想通过选用合 金钢来提高轴的刚度是难以实现的。 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。