第16章 轴 系 零 部 件

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16.1.3 轴的结构设计 1. 轴的组成 图16-5所示为一圆柱齿轮减速器的低速轴，是一个典型
的阶梯形转轴，主要由轴颈、轴头和轴身三部分组成。
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图16-5 轴的结构
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2. 轴上零件的轴向定位及固定 常用的轴向定位及固定方法有： 1) 轴肩与轴环(图16-6) 为了保证零件紧靠定位面，轴肩与轴环的圆角半径r应 小于零件的圆角半径R或倒角高度C1；还应保证零件与定位 面接触处的肩高h大于圆角半径R或倒角高度C1。一般定位轴 肩的高度h=R(C1)+(0.5～2)，轴环宽度b≈1.4h。轴上的倒角和 圆角半径可参考表16-2选取。采用轴肩与轴环可承受较大的 轴向力，而且结构简单。
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图16-6 轴肩与轴环
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2) 套筒定位(图16-6(b)) 采用套筒定位，既能避免因用轴肩而使轴径增大，又可 减少应力集中源。但若套筒过长，则会增大材料用量及重量。 3) 轴端挡圈(图16-7) 轴端挡圈适用于轴端零件的轴向固定。与轮毂相配装的 轴段长度，一般应略小于轮毂宽的2 mm～3 mm。
2. 轴的分类 按轴承受的载荷不同，可将轴分为心轴、转轴和传动轴 三种。心轴工作时仅承受弯矩而不传递转矩，如自行车轴 (图16-1)。转轴工作时既承受弯矩又承受转矩，如减速器中 的轴(图16-2)。传动轴则只传递转矩而不承受弯矩，如汽车 中联接变速箱与后桥之间的轴(图16-3)。
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(16-2)
由式(16-2)可得实心圆轴的设计公式为
(16-3)
常用材料的［τ］值与C值可查表16-3。若轴上有一个键 槽，可将算得的直径增大3%～5%; 如有两个键槽, 可增大 7%～10%。
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2. 转轴的强度计算 转轴同时承受转矩和弯矩，必须按弯曲和扭转组合强度 进行计算。但是，在开始设计轴时，通常还不知道轴上零件 的位置及支点位置，弯矩值不能确定。因此，一般在进行转 轴的结构设计前，先按轴所受的转矩对轴的直径进行估算。 由式(16-3)求出的直径作为轴的最小直径。
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16.1.2 轴的常用材料及热处理 轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制
圆钢和锻件。锻件的内部组织均匀，强度较好，重要的轴、 大尺寸或阶梯尺寸变化较大的轴，应采用锻制毛坯。对直径 较小的轴，可直接用圆钢加工。
轴的常用材料及其主要力学性能见表16-1。
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图16-1 心轴
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图16-2 转轴
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图16-3 传动轴
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按轴线形状的不同，轴可分为直轴(图16-1、图16-2)和 曲轴(图16-4)。曲轴属于专用零件，本章仅介绍直轴。
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图16-4 曲轴
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图16-7 轴端挡圈
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4) 圆螺母(图16-8) 采用圆螺母定位可承受较大的轴向力。这种方法常用于 轴的端部，一般用细牙螺纹，避免过多地削弱轴的强度。通 常可以采用双圆螺母或圆螺母加止动垫圈的固定方式。 除以上轴向定位的方法外，常用的轴向定位方法还有弹 性挡圈(图16-9)、紧定螺钉(图16-10)及轴承端盖。
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图16-8 圆螺母
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图16-9 弹性挡圈
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图16-10 紧定螺钉
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3. 轴上零件的周向定位及固定 为了满足机器传递运动和转矩的要求，轴上零件除了需 要轴向定位外，还必须有可靠的周向定位。常用的周向定位 及固定方法有键、花键、销、过盈配合及紧定螺钉(图16-10) 等。 在图16-5中，齿轮与轴之间的周向固定采用了平键联接。
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根据当量弯矩图，确定危险截面及其当量弯矩值，校核 危险截面的强度。
(16-4)
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例16-1 图16-12为一带式输送机传动系统，试设计减 速器的从动轴。已知减速器主动轴输入功率为P1=2.68 kW， 主动轴转速n1=568 r/min，圆柱齿轮传动效率为0.97，一对滚 动轴承效率为0.99，传动比i=4.2，从动齿轮分度圆直径 d2=282.5 mm，轮毂宽度为55 mm，单向运转，工作载荷平稳， 采用深沟球轴承支承。
图16-11 螺纹退刀槽和砂轮越程槽
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16.1.4 轴的强度计算 1. 传动轴的强度计算 传动轴是只传递转矩而不承受弯矩的轴。只需要知道轴
传递的转矩大小，就可以对传动轴进行强度校核或设计计算。 强度条件为
(16-1)
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对于圆截面的实心轴，若已知轴的转速n(r/min)和传递 的功率P(kW)，上式可写为
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16.1 轴 16.2 滚动轴承 16.3 联轴器与离合器
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16.1 轴
16.1.1 轴的功用及分类 1. 轴百度文库功用 轴是组成机器的重要零件之一。轴的主要功用是支承旋
转零件(例如齿轮、蜗轮等)、传递运动和动力。
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图16-12 带式输送机传动系统
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4. 轴的结构工艺性 轴的结构应便于加工与装配。形状力求简单，阶梯轴的 级数尽可能少，而且各段直径不宜相差太大。轴上需磨削的 轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴段应有退刀槽， 如图16-11所示，它们的结构尺寸可参考机械设计手册。
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