机械设计基础第十三章 轴

图13-1 支承齿轮的转轴

只承受弯矩而不承受扭矩的轴。心轴又分为转动心轴（图

a）转动心轴b）固定心轴

图13-2 心轴

只承受扭矩而不承受弯矩（或弯矩很小）的轴，如汽车传动轴（图

图13-3 传动轴

按照轴的结构形状，轴可分为光轴（图13-4）、阶梯轴（图13-1）和曲轴（图

单，加工容易，应力集中源少，主要用作传动轴。阶梯轴的各轴段截面直径不同，便于轴上零件的固定，在机器中应用最为广泛。曲轴是专用零件，主要用于内燃机中。

图13-6 钢丝软轴的绕制图13-7 钢丝软轴

轴的材料及其选用

由于轴工作时产生的应力多为变应力，其失效一般为疲劳断裂，因此轴的材料应具有足够的疲劳强度、较小的应力集中敏感性。同时还必须满足刚度、耐磨性、耐腐蚀性要求，并具有良好的加工工

高轴的疲劳强度。为了减小应力集中，在各轴段尺寸过渡处制成适当大的圆角，并尽量避免在轴上开

13-10所示。

图13-10 减载结构

）改善轴上零件的布置，可以减小轴所承受的载荷。如图13-11a所示的轴，轴上作用的最大。如把输入轮布置在两输出轮之间如图13-11b所示，则轴所受的最大转矩由，从而提高了轴的强度和刚度。

图13-12 卷筒的轮毂结构

）改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度。轴的表面粗糙度和表面强化处理方法也会对轴的疲劳强度产生影响。轴的表面越粗糙，疲劳强度越低，因此，应注意轴表面粗糙度的选择。当采用对应力集中甚为敏感的高强度材料制作轴时，表面质量应十分注意。

表面强化处理的方法有：表面高频淬火、渗碳、氰化、氮化等化学热处理；碾压、喷丸等强化处理。通过碾压、喷丸进行表面强化处理时，可使轴的表层产生预压应力，从而提高轴的抗疲劳能力。

图13-13 轴肩和轴环

套筒定位结构简单，定位可靠，轴上不需开槽、钻孔和切制螺纹，因而不影响轴的疲劳强度，一般用于轴上两个零件之间的定位。如果两零件的间距较大，不宜采用套筒定位。另外套筒与轴配合较松，如果轴的转速较高时，也不宜采用套筒定位，如图13-8中的齿轮和右轴承就是靠套筒定位。圆螺母定位可承受大的轴向力，但轴上螺纹处会产生较大的应力集中，从而降低轴的疲劳强度，所以一般

图13-14圆螺母定位

轴端挡圈适用于固定轴端零件，可以承受较大的轴向力，如图13-8所示。受载较小时可采用弹性、紧定螺钉（图13-5b）。

图13-17 减速器传动简图求输出轴上的功率P3、转速n3和转矩T

若取两极齿轮传动的效率（包括轴承效率）η＝0.97，则

P3＝Pη2=10×0.972kW＝9.41kW

3112023

1450r/min93.61r/min

7595

n n

i

==⨯⨯=

图13-19

mω2（y ＋e ）＝ky 21e

y k m ω=- 可知，当轴的角速度ω由零逐渐增大时， y 值将随之增大。当即轴产生共振。此时，所对应的角速度就是轴的一阶临界角速度