轴系零件机械设计

第9章 轴系零件
9.2.5 提高轴的疲劳强度的措施 由于转轴是在变应力状态下工作的， 在结构设计
时应尽量减少应力集中， 以提高轴的疲劳强度。 （1） 改进轴的结构， 降低应力集中。 轴截面尺寸
改变处会造成应力集中， 因此阶梯轴中相邻轴段的直 径不宜相差太大， 在轴径变化处的过渡圆角半径不宜 过小。 尽量避免在轴上开横孔、 凹槽和加工螺纹。 在 重要结构中可采用过渡肩环（见图9-8（b））、 凹切 圆角（见图9-8（c）），
(b)
图9-6 退刀槽和越程槽
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30°
60r6
图9-7 键槽的布置
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（3） 为了便于轴上零件的装配和去除毛刺， 轴端 和轴肩端部一般均应制出45°的倒角。 过盈配合轴段的 装入端应加工出半锥角为30°的导向锥面（见图9-7）。
（4） 为了便于加工， 应使轴上直径相近处的圆角、 倒角、 键槽、 退刀槽和越程槽等尺寸一致。
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(1) 轴径处的直径应取轴承的标准内径系列； (2) 轴头处的直径应与相配合的零件轮毂内径一致， 并符合标准直径系列（见表9-2）； （3） 轴身处的直径可选用自由尺寸； （4） 轴上螺纹或花键处的直径均应符合螺纹或花 键的标准。
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表9-2 标准直径系列（摘自GB 2822）
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以增加轴肩处过渡圆角半径和减小应力集中。 为了减小 轮毂的轴压配合引起的应力集中， 可开减载槽（见图 9-8（a））。 当轴上零件与轴为过盈配合时， 可采用 图9-9中的结构形式。 以减少轴配合边缘处的应力集中。
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30°
R
r
(a)
Leabharlann Baidu(b)
(c)
图9-8 减小圆角处应力集中的结构 (a) 减载槽； (b) 过渡肩环； (c) 凹切圆角
合金钢具有较高的机械强度和优越的淬火性， 但 价格较贵， 对应力集中比较敏感。 合金钢常用于高速、 重载及要求耐磨、 耐高温等特殊要求的场合。 合金钢 和碳素钢具有相近的弹性模量， 且热处理对其影响也 不大， 故采取合金钢并不能提高轴的刚度。
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轴的毛坯一般采用轧制的圆钢或锻件。 锻件的强 度较高， 对重要的轴、 大尺寸或阶梯尺寸变化大的轴， 应采用锻造毛坯。
9.2.4 轴的结构工艺性 轴的结构工艺性是指所设计的轴是否便于加工和装
配维修。 为此， 常采用以下方法。 (1) 当某一轴段需要车制螺纹或磨削加工时， 应留有
退刀槽（见图9-6（a））或砂轮越程槽（见图9-6（b））。 （2） 轴上所有的键槽应开在同一母线上（见图9-7）。
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(a)
定心轴和转动心轴两种。 图9-1（a）所示的滑轮轴为 固定心轴， 即当滑轮转动时， 其轴固定不动。 图9-1 （b）所示的火车轮轴为转动心轴， 即其轴与轮用过盈 配合固定在一起， 轴与轮一起转动。
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F
P
固定心轴 滑轮 固定心轴 (a)
图9-1 心轴 (a) 滑轮轴； (b) 火车轮轴
的主要要求是具有足够的疲劳强度， 对应力集中的敏 感性小， 与滑动零件接触的表面应有足够的耐磨性， 以及易于加工和热处理。 轴的常用材料主要是优质碳 素钢和合金钢。
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优质碳素钢价格低廉， 对应力集中的敏感性小， 并能通过热处理获得良好的综合机械性能。 一般机械 上的轴， 常用35或45钢， 其中又以45钢用的最多。 对 受力较小或不重要的轴， 可用Q235、 Q255等普通碳 素钢。
对于形状复杂的轴也可采用铸钢或球墨铸铁制造。 球墨铸铁具有吸振性好、 对应力集中不敏感、 易铸造 复杂的形状、 价格低等优点。 轴的常用材料及机械性 能见表9-1（略）。
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9.2 轴的结构设计
9.2.1 轴头、 轴颈和轴身 轴是由轴头、 轴颈和轴身三个部分组成的。 轴与
轴承配合处的轴段部分称轴颈， 轴与轴上回转零件的 轮毂配合处的轴段部分称轴头， 连接轴头和轴颈的轴 段部分称为轴身。 在确定轴上各部分的直径时要注意 以下4点。
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表9-3 零件在轴上的轴向固定形式
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9.2.3 轴上零件的周向固定 零件在轴上作周向固定是为了传递转矩和防止零
件与轴产生相对转动。 常用的周向固定方法有下列几 种： 键、 花键、 销、 过盈配合和成形连接等， 其中 以键连接应用最为广泛。
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转动心轴 (b)
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2. 传动轴 工作时只承受扭转作用的轴称为传动轴。 如图9-2 所示的汽车变速箱与后桥间的轴就是传动轴。
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传动轴
图9-2 传动轴
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3. 转轴 工作时同时承受扭转和弯曲作用的轴称为转轴。 图9-3所示的减速器输出轴即为转轴。 转轴是机械中最 常见的轴。 根据轴的轴线形状不同， 可分为直轴（见图9-1和 图9-3）， 曲轴（见图9-4）， 软轴（见图9-5）。
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电动机 1
轴承
联轴器
胶带传动 2
工作机械
联轴器 5
4
3 齿轮减速器
轴 齿轮
(a)
(b)
图9-3 减速器的轴 （a) 减速器装置传动简图； （b) 减速器的输出轴
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图9-4 曲轴
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图9-5 软轴
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9.1.2 轴的材料 轴的失效主要是疲劳破坏， 因此对轴的材料提出
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9.2.2 轴上零件的轴向定位与固定 为了保证零件在轴上有确定的相对位置， 防止它
轴向移动， 并使其能承受轴向力， 常采用下列结构形 式来实现轴上的零件在轴上的轴向定位和固定： 轴肩、 轴环、 套筒、 圆螺母和止退垫圈、 弹性挡圈、 螺钉 锁紧挡圈、轴端挡圈以及圆锥面和轴端挡圈等， 其形 式和特点见表9-3。
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9.1 轴的分类和轴的材料 9.2 轴的结构设计 9.3 滑动轴承简介 9.4 滚动轴承的结构、 类型及代号 9.5 滚动轴承的选择 9.6 滚动轴承的组合结构设计 习题9
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9.1 轴的分类和轴的材料
9.1.1 轴的分类 根据轴所承受的载荷不同， 轴可分为三类。 1. 心轴 工作时只承受弯曲作用的轴称为心轴。 心轴分固