第十四章 轴解析

三、 轴的结构设计
轴结构设计的任务——在满足强度、刚度和振动稳 定性的基础上，根据轴上零件的定位要求及轴的加 工、装配工艺性要求，合理地确定轴的结构形状和 全部尺寸。
轴结构设计要求： ①轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置 ②轴上零件装拆、调整方便 ③轴应具有良好的制造工艺性等 ④尽量避免应力集中
40Cr，35CrMo等调制处理； 20CrMnTi渗碳淬火。常用 于高速、 重载，要求结构紧凑，耐磨性好的工况下。
③铸铁（球墨铸铁，高强度铸铁） 流动性好,吸振性耐 磨性强,对应力集中敏感性较低，易得到复杂结构。发动 机曲轴。
3. 轴的毛坯
可用轧制圆钢材、锻造、焊接、铸造等方法获得。 对要求不高的轴或较长的轴，毛坯直径小于150mm时，
可用轧制圆钢材； 受力大，生产批量大的重要轴的毛坯可由锻造提供； 对直径特大而件数很少的轴可用焊件毛坯； 生产批量大、外形复杂、尺寸较大的轴，可用铸造毛
坯。
4、轴的失效形式与设计步骤
失效形式——
因疲劳强度不足而产生的疲劳断裂; 因静强度不足而产生的塑性变形或脆性断裂; 超过允许范围的变形和振动等。
2）零件在轴上的周向定位和固定——
定位方式的选择——考虑传递转矩的大小和性质、零 件对中精度的高低、加工难易等因素。
常用周向定位方法——键、花键、成形、销、过盈配 合等，通称轴毂连接。紧定螺钉也可作周向定位，但 仅用于转矩不大的场合。
3、轴结构的工艺性
轴结构的工艺性——是指轴的结构应尽量简单，有良好的 加工和装配工艺性，以利减少劳动量，提高劳动生产率及 减少应力集中，提高轴的疲劳强度。
注意点——
(1) 为减少加工时换刀时间及装夹工件时间，同一根轴上所 有圆角半径、倒角尺寸、退刀槽宽度应尽可能统一；当 轴上有两个以上键槽时，应置于轴的同一条母线上，以 便一次装夹后就能加工。
(2) 轴上的某轴段需磨削时，应留有砂轮的越程槽；需切 制螺纹时，应留有退刀槽。
(3) 为了去掉毛刺，便于装配，轴端应制出45º倒角。
轴向定位和固定—— ⑥ 弹性挡圈
在轴上切出环形槽(手册)，将弹性挡圈嵌入槽中，利用 它的侧面压紧被定位零件的端面，图为轴肩与弹性挡圈 联合使用的情况。这种定位方法工艺性好、装拆方便， 但对轴的强度消弱较大，常用于所受轴向力小的轴。
轴向定位和固定—— ⑦ 锁紧挡圈、紧定螺钉
锁紧挡圈用紧定螺钉固定在轴上，装拆方便，但不能承 受大的轴向力。
轴上零件轴向定位与固定的常用方法—— 轴肩和轴环，轴套(套筒) ，圆螺母，圆锥面，轴端挡板， 弹性挡圈，锁紧挡圈、紧定螺钉等
轴向定位和固定—— ① 轴肩和轴环
轴肩与轴环——由定位面和过度圆角组成。
为保证零件端面能靠紧定位面，轴肩(环)圆角半径r必须 小于零件毂孔的圆角半径R或倒角高度C1; 轴肩(环)高度 h应大于C1和R，为了有足够的强度来承受轴向力，通常 取h=(0.07~0.1)d。轴环宽度b≥1.4h。
心轴——只承受弯矩而不承受转矩的轴，如自行 车轮轴。按轴转动与否，又可分为转动心轴和固 定心轴。
传动轴——指只受转矩不受弯矩或受很小弯矩的 轴，如连接汽车发动机输出轴和后桥的轴。
转轴 传动轴
转轴
转动心轴 固定心轴
提升机
1
2
Motor
×
3
4
×
×
1——传动轴：T
2——转轴：T + M
×
3——转轴：T + M
圆螺母定位装拆方便， 通常用细牙螺纹来增 强防松能力和减小对 轴的强度消弱及应力 集中。
轴向定位和固定—— ④ 圆锥面
将轴与零件的配合面加工成圆锥面，可以实现轴向定位。 圆锥面的锥度小时，所需轴向力小，但不易拆卸，通常 取锥度1:30～1:8。
轴向定位和固定—— ⑤ 轴端挡板
当零件位于轴端时，可用轴端挡板与轴肩、轴套、圆锥 面等的组合，使零件双向固定。挡板用螺钉紧固在轴端 并压紧被定位零件的端面。该方法简单可靠、装拆方便， 但需在轴端加工螺纹孔。
(4) 当采用过盈配合连接时， 配合轴段的零件装入端， 常加工成导向锥面。若 还附加键连接，则键槽 的长度应延长到锥面处， 便于轮毂上键槽与键对 中。
(5) 如果需从轴的一端装入两个过盈配合的零件，则轴上 两配合轴段的直径不应相等，否则第一个零件压入后， 会把第二个零件配合的表面拉毛，影响配合。
4、提高轴的强度的措施
4——心轴 ：M
二、材料、毛坯及失效形式
1.对轴材料的性能要求 ①具有足够的强度； ②对应力集中敏感性小； ③良好的加工工艺性和经济性。
具体材料见 p265 表14-2
2. 轴的常用材料 轴的常用材料为碳素钢、合金钢、球墨铸铁，高强度铸
铁。 ①碳素钢 价格便宜，对应力集中敏感性小，应用最广。
如45调制。 ②合金钢 机械强度高，热处理性能好，淬火性好。如
作业：
P280
14.1，14.7
第十四章 轴
一、轴的用途及分类 1、功用 1）支承回转零件；2）传递运动和动力
2、轴的分类 按轴线形状分——直轴、曲轴和软轴。 直轴——
曲轴—— 软轴——
按所受载荷性质分——心轴、转轴和传动轴。
转轴——指既受弯矩又受转矩的轴，转轴在各种 机器中最为常见。
1）改进轴的结构以减少应力集中
(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。
(2) 轴上与零件毂孔配合的轴段，在配合边缘会产生较大的应力集中。 可以在轴或轮毂上开卸载槽以及加大配合部分的直径等措施进行 改善。
原则：1）轴的结构越简单越合理 2）装配越简单、方便越合理
1、轴的组 成
轴颈
轴头
轴身
轴颈——轴上被支承部分； 轴头——安装轮毂部分； 轴身——连接轴颈和轴头的部分。
2、零件在轴上的定位和固定
1）零件在轴上的轴向定位和固定
应考虑——零件所受轴向力的大小，轴的制造，轴上零件 装拆的难易程度，对轴强度的影响，工作可靠性等因素。
轴肩
轴环 b
R
D h
C1 d
D h
d
r
r
轴向定位和固定—— ② 轴套（套筒）
轴套适用于轴上两个相距较近零件之间的定位，其两个 端面为定位面，应有较高的平行度和垂直度。为使轴上 零件定位可靠，应使轴段长度比零件毂长短2~3mm。
1
23
4
轴向定位和固定—— ③ 圆螺母
可用圆螺母与轴肩、 1 轴环等的组合实现零 件在轴上的双向定位 2 和固定。