机械基础轴详解
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机械设计基础轴
机械设计基础轴简介在机械设计中，轴承起着至关重要的作用。
它们连接和支撑各种机械元件，使机械设备能够顺利运转。
轴承的设计必须考虑到载荷、转速、摩擦、轴向和径向间隙等因素。
本文将介绍机械设计中常见的轴及其基本特点。
一、轴的定义轴是机械设计中一种常见的零件，用于支撑和传递旋转运动。
它通常是一个细长的圆柱体，有时还会有变径、变形等特殊形状。
二、轴的分类按照轴的用途和形状可以将轴分为以下几类：固定轴是机械设备中最常见的轴。
它通常是直径均匀的细长圆柱体，用于支撑和传递旋转运动。
固定轴的直径大小取决于所需承载能力和转速。
2. 胀套轴胀套轴是一种特殊的轴，它上面设有一个螺旋槽。
胀套可以通过螺栓或其他方式固定在轴上，并可以根据需要在轴上调整位置。
它通常用于需要调整轴位置的场合。
3. 锥形轴锥形轴是一种具有锥形的轴。
它由一个或多个直径逐渐减小的圆台组成。
锥形轴常用于传递变速传动或需要在轴上调整位置的设备。
推力轴是一种用于承受轴向载荷的轴。
它通常由直径较大的圆柱体和直径较小的圆锥体组成，以承受轴向载荷。
三、轴的材料选择轴的材料选择必须考虑到载荷、转速、工作环境等因素。
常见的轴材料包括碳素钢、合金钢、不锈钢、铝合金、钛合金等。
不同材料的优点和缺点可以根据具体要求来选择。
碳素钢具有良好的强度和刚性，适用于大部分机械设备。
合金钢具有更高的强度和硬度，适用于承受更大载荷和高速运转的设备。
不锈钢具有良好的耐腐蚀性能，适用于在潮湿或腐蚀性环境中使用的设备。
铝合金具有轻质和良好的导热性能，适用于要求轻质和散热性能的设备。
钛合金具有高强度和耐腐蚀性能，适用于高强度和要求耐腐蚀性能的设备。
四、轴的设计考虑因素在设计轴时，需要考虑以下因素：1. 轴的强度轴的强度必须满足所需承载能力。
强度计算可以利用弹性力学原理进行。
2. 轴的刚度轴的刚度对于传递旋转运动和减小转动误差非常重要。
刚度计算可以利用有限元分析等方法进行。
3. 轴的表面粗糙度轴的表面粗糙度对于摩擦和磨损有重要影响。
机械基础 第十章 轴
转轴的结构
轴向固定
轴肩 或轴环 轴端 挡圈
圆螺母
轴套
弹性 挡圈 紧定螺钉 与挡圈
圆锥面
能消除轴与轮毂间的径向间隙 ，装拆方便，可兼做周向固定。常 与轮端挡圈联合使用，实现零件的 双向固定。适用于有冲击载荷和对 中性要求较高的场合，常用于轴端 零件的固定。
转轴的结构
轴上零件的周向固定
平键 连接
目的——保证轴能可靠地传递运动和转矩， 防止轴上零件与轴产生相对转动。
目的——保证零件在轴上有确定的轴 向位置，防止零件作轴向移动，并能承受 轴向力。
这是一种常用的轴向固定方法。轴 肩或轴环的过渡圆角半径r小于轴上零 件孔端的圆角半径R或倒角C（即r<R或 r<C），这样才能使轴上零件的端面紧 靠定位面。它具有结构简单，定位可靠 和能够承受较大轴向力等优点，广泛应 用于各种轴上零件的固定。
常用于医疗器械和电动手持小 型机具，例如铰孔接头机、刮削机 等。
轴的用途和分类
直轴的分类及特点
心轴
转动心轴 固定心轴
转动心轴
火车轮轴 固定心轴
自行车前轴
用来支承转动的零件，工作 时只承受弯矩作用而不传递动力 。例如车辆用的转动心轴；支承 滑轮用的固定心轴。
轴的用途和分类
直轴的分类及特点
心轴
转轴
传动齿轮轴
传动轴
发动机曲轴
汽车传动轴
轴的用途和分类
二、轴的分类 根据轴心线形状的不同，可以把轴分为直轴、曲轴和挠性钢丝软轴（简称挠性轴）三大类。 生产及生活中常用的是直轴。根据直轴所受的承载情况不同，又可分为心轴、转轴和传动轴三类。
轴的类型及特点
直轴
光轴 阶梯轴
直轴的轴线为一直线。按直轴 外形不同，又分为光轴（直径无变 化）和阶梯轴（直径有变化）。
机械设计基础 第十二章轴
3.
球墨铸铁、合金铸铁 (高强度铸铁)
价廉、吸振性好、耐磨性好，对应力集中的敏感性较低，铸造 成形，但性脆，可靠性低，品质难控制。 常用于制造外形复杂的轴，如曲轴、凸轮轴。
轴的常用材料及其主要力学特性见
轴的结构设计
12
设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。
设计要求： 1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装) 2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位) 3.各零件要牢固而可靠地相对固定；(固定) 4.改善应力状况，减小应力集中。
第十二章
轴的设计
1
第一节 第二节 第三节
概述 轴的设计举例 轴的强度、刚度计算
2
本章重点：
① 轴的类型，轴的常用材料； ② 轴的结构； ③ 轴上零件的轴向定位和固定方法； 轴上零件的周向定位和固定方法；
④ 按扭转强度计算轴的直径。
轴的功用：主要用于支承传动零件 (齿轮、带轮等) 并
传递运动和动力。
越程槽和退刀槽
17
（3）为去掉毛刺，利于装配，轴端应制出45°倒角。
45°倒角 45°倒角
( 4)当采用过盈配合联结时，配合轴段的零件装入端，常加工 成半锥角为30°的导向锥面。若还附加键联结，则键槽的长度 应延长到锥面处，便于轮毂上键槽与键对中。
18
（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。
一般情况下，直轴 做成实心轴，需要 减重时做成空心轴
6
轴的功用和类型
分类： 按承受载荷分有： 类 型 按轴的形状分有：
7
转轴---传递扭矩又承受弯矩
传动轴---只传递扭矩 心轴---只承受弯矩 直轴 曲轴 光轴 阶梯轴
机械设计基础-第9章-轴和联轴器
碳素钢
500许用弯曲应力170
75
45
600
200
95
55
700
230
110
65
800
合金钢
900
270
130
75
300
140
80
1000
330
150
90
铸钢
400
500
100
50
30
120
70
40
折合系数取值：α=
0.3 ----转矩不变； 0.6 ----脉动变化； 1 ----频繁正反转。
设计公式： d 3 M d
滑动轴承 向心球轴承 调心球轴承 圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承 安装齿轮处轴
的截面
允许偏转角 [θ](rad)
0.001 0.005 0.05 0.0025 0.0016
0.001~0.00 2
四、轴的设计
类比法 根据轴的工作条件，选择与其相似的轴进行类比及结构设计，画出 轴的零件图。
设计计算法
根据轴的工作条件选择材料，确定许用应力。 按扭转强度估算出轴的最小直径。 设计轴的结构，绘制出轴的结构草图。包括
第九章 轴和联轴器
§9.1 轴的分类和材料 §9.2 轴的结构 §9.3 轴的计算 §9.4 轴毂联结 §9.5 联轴器和离合器
§9-1 轴的分类和材料
轴是组成机器的重要零件之一，其主要功能是支持作回转 运动的传动零件(如齿轮、蜗轮等)，并传递运动和动力。
分类： 按承受载荷分有：
类 型
按轴的形状分有：
为了减少键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径
有一个键槽
有两个键槽
轴径d＞ 100mm
《机械基础》课件——第十五章 轴
4. 轴承的类型选择和组合是否合理？特别是采用角接触球轴承 或圆锥滚子轴承时，应检查是否为成对使用，其内外圈传力 点处是否设置有传力件。
5. 轴承的内、外圈厚度是否高出与之相接触的定位轴肩或定位 套筒的高度。
6. 轴伸透盖处有无密封及间隙。
7. 轴承的游隙如何调节？
8. 整个轴系相对于箱体轴向位置是否可调?
三、轴的结构设计
3）为增大轴肩处的圆角半径，可采用内凹圆角或 过渡肩环。
4）在轮毂上或轴上开卸载槽或加大配合部分的直径 可以减小过盈配合处的局部应力； 30˚
5) 用盘铣刀加工的键槽比键槽铣刀产生的应力集中小； 6) 尽可能避免在轴上受载较大的区段切制螺纹。
三、轴的结构设计
4.改善轴的表面质量以提高轴的疲劳强度
为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐 向中间增大的阶梯状。
装零件的轴端应有倒角 ， 车螺纹的轴端应有退刀槽 ， 需要磨削的轴端有砂轮越程槽 。
（四）轴的加工工艺结构
◆ 为了加工方便，同一轴上不同轴段的键槽应布置在 轴的同一母线上。 ◆ 为减少刀具种类和提高劳动力生产力：
轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程 槽宽度和退刀槽宽度等应尽可能采用相同的尺寸。
D
D
d
d
轴环宽度：b ≥ 1.4 h
三、轴的结构设计
特别注意： 为了便于拆卸，滚动轴承的定位轴肩高度不能超
过轴承内圈端面的高度。 轴肩的高度可查手册中轴承的安装尺寸。
结构不合理！
轴肩的尺寸要求:
轴肩
定位轴肩 h =（0.07~ 0.1）d 非定位轴肩 h = 1~2 mm
为了使零件能靠紧轴肩而得到准确可靠的定位： r < C1 或 r < R
5. 轴承的内、外圈厚度是否高出与之相接触的定位轴肩或定位 套筒的高度。
6. 轴伸透盖处有无密封及间隙。
7. 轴承的游隙如何调节？
8. 整个轴系相对于箱体轴向位置是否可调?
三、轴的结构设计
3）为增大轴肩处的圆角半径，可采用内凹圆角或 过渡肩环。
4）在轮毂上或轴上开卸载槽或加大配合部分的直径 可以减小过盈配合处的局部应力； 30˚
5) 用盘铣刀加工的键槽比键槽铣刀产生的应力集中小； 6) 尽可能避免在轴上受载较大的区段切制螺纹。
三、轴的结构设计
4.改善轴的表面质量以提高轴的疲劳强度
为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐 向中间增大的阶梯状。
装零件的轴端应有倒角 ， 车螺纹的轴端应有退刀槽 ， 需要磨削的轴端有砂轮越程槽 。
（四）轴的加工工艺结构
◆ 为了加工方便，同一轴上不同轴段的键槽应布置在 轴的同一母线上。 ◆ 为减少刀具种类和提高劳动力生产力：
轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程 槽宽度和退刀槽宽度等应尽可能采用相同的尺寸。
D
D
d
d
轴环宽度：b ≥ 1.4 h
三、轴的结构设计
特别注意： 为了便于拆卸，滚动轴承的定位轴肩高度不能超
过轴承内圈端面的高度。 轴肩的高度可查手册中轴承的安装尺寸。
结构不合理！
轴肩的尺寸要求:
轴肩
定位轴肩 h =（0.07~ 0.1）d 非定位轴肩 h = 1~2 mm
为了使零件能靠紧轴肩而得到准确可靠的定位： r < C1 或 r < R
机械基础轴类零件(完整版)
机械基础
——机械零件
第五章 机械零件——轴
§5-1 概述 §5-2 轴径的初步估算 §5-3 轴的结构设计 §5-4 轴的强度和刚度计算
§5-1 概述
一、轴的主要功用 1、支承轴上回转零件（如齿轮） 2、传递运动和动力
3、受弯矩，抵抗变形，保证轴上零件正常工作。
二、轴的分类
1、按承载情况分 转轴：既传递转矩（T）、又承受弯矩（M）
2、合金钢：40Cr、40MnB、20CrMnTi等，强度高、寿命 长，对应力集中敏感，价格较贵。用于重载、 小尺寸的轴。
种类
注意：钢材
对钢材弹性模量E影响很小，
热处理
∴用 热处理 不能提高轴的刚度。 合金钢
问：当轴的刚度不足时，如何提高轴的刚度？ 3、合金铸铁、QT：铸造成形，吸振，可靠性低，品
F
等强度
阶梯轴
一、轴上零件的布置 轴颈：装轴承处
尺寸= 轴承内径；
组成 轴头：装轮毂处
直径与轮毂内径相当；
轴身：联接轴颈和轴头部分。
典型轴系结构
轴承盖 滚动轴承 齿轮 滚动轴承 轴承盖 键槽
联轴器
轴颈
轴身
轴头
轴颈
轴身
轴头
装配方案的比较：
二、各轴段直径和长度的确定 1、d：由载荷→dmin→由结构设计要求确定各段的d。 2、L：由轴上零件相对位置及零件宽度决定，同时考虑： 1）轴段长比轮毂宽小2~3mm——可靠定位。 2）传动件、箱体、轴承、联轴器等零件间距离(查手册)。
4、塑性变形— 短期尖峰载荷— 验算屈服强度。 设计的主要问题：
1、合理的结构设计— 保证轴上零件有可靠的 工作位置，装配、拆卸方便，周向、轴向固 定可靠，便于轴上零件的调整；
——机械零件
第五章 机械零件——轴
§5-1 概述 §5-2 轴径的初步估算 §5-3 轴的结构设计 §5-4 轴的强度和刚度计算
§5-1 概述
一、轴的主要功用 1、支承轴上回转零件（如齿轮） 2、传递运动和动力
3、受弯矩，抵抗变形，保证轴上零件正常工作。
二、轴的分类
1、按承载情况分 转轴：既传递转矩（T）、又承受弯矩（M）
2、合金钢：40Cr、40MnB、20CrMnTi等，强度高、寿命 长，对应力集中敏感，价格较贵。用于重载、 小尺寸的轴。
种类
注意：钢材
对钢材弹性模量E影响很小，
热处理
∴用 热处理 不能提高轴的刚度。 合金钢
问：当轴的刚度不足时，如何提高轴的刚度？ 3、合金铸铁、QT：铸造成形，吸振，可靠性低，品
F
等强度
阶梯轴
一、轴上零件的布置 轴颈：装轴承处
尺寸= 轴承内径；
组成 轴头：装轮毂处
直径与轮毂内径相当；
轴身：联接轴颈和轴头部分。
典型轴系结构
轴承盖 滚动轴承 齿轮 滚动轴承 轴承盖 键槽
联轴器
轴颈
轴身
轴头
轴颈
轴身
轴头
装配方案的比较：
二、各轴段直径和长度的确定 1、d：由载荷→dmin→由结构设计要求确定各段的d。 2、L：由轴上零件相对位置及零件宽度决定，同时考虑： 1）轴段长比轮毂宽小2~3mm——可靠定位。 2）传动件、箱体、轴承、联轴器等零件间距离(查手册)。
4、塑性变形— 短期尖峰载荷— 验算屈服强度。 设计的主要问题：
1、合理的结构设计— 保证轴上零件有可靠的 工作位置，装配、拆卸方便，周向、轴向固 定可靠，便于轴上零件的调整；
机械设计基础第12章 轴
13
轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可 拟定几种装配方案，进行分析与选择。
14
三 轴的加工和装配工艺性
轴应便于加工、测量，工作量少、生产效率高
通常情况下轴应设计成阶梯直轴
轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽等 尺寸一致
不同轴段的各键槽应布置在同一直线上
磨削或车螺纹应留有越程槽或退刀槽 轴上零件应装拆方便 轴的配合直径应尽量按标准值选取
初算轴的最细处直径
进行结构设计
进行强度验算 刚度验算
有特殊要求 时才进行
振动稳定性计算
作业
P227 12－15 12－13 12－14
34
29
实际上弯曲应力σb和扭转应力σT的性质γ可能不同
对于转轴和转动的心轴：
F
弯曲应力σb γ = -1
扭剪应力 T
n
n
T 大小和方向不变
γ = +1 a = 0.3
T 大小经常变化，方向不变 γ = 0 a = 0.6
T 大小和方向经常变化
γ = -1 a = 1
不同的γ ，对轴疲劳强度的影响程度也不同
31
弯扭合成法计算流程：
轴的简化受力图
重新设计
垂直面受力 垂直面弯矩
强度不满 足要求
水平面受力 水平面弯矩
ca [ 1]b
合成弯矩 扭矩
轴的当量弯矩
32
§12-4 轴的设计方法及综合示例
轴的设计方法：
轴的设计并无固定不变的步骤，视具体情况而定
对于阶梯直轴，一般流程是： 选择轴的材料
d C3 P n
越程槽
15
轴的标准尺寸系列
16
便于轴承的装拆
17
轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可 拟定几种装配方案，进行分析与选择。
14
三 轴的加工和装配工艺性
轴应便于加工、测量，工作量少、生产效率高
通常情况下轴应设计成阶梯直轴
轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽等 尺寸一致
不同轴段的各键槽应布置在同一直线上
磨削或车螺纹应留有越程槽或退刀槽 轴上零件应装拆方便 轴的配合直径应尽量按标准值选取
初算轴的最细处直径
进行结构设计
进行强度验算 刚度验算
有特殊要求 时才进行
振动稳定性计算
作业
P227 12－15 12－13 12－14
34
29
实际上弯曲应力σb和扭转应力σT的性质γ可能不同
对于转轴和转动的心轴：
F
弯曲应力σb γ = -1
扭剪应力 T
n
n
T 大小和方向不变
γ = +1 a = 0.3
T 大小经常变化，方向不变 γ = 0 a = 0.6
T 大小和方向经常变化
γ = -1 a = 1
不同的γ ，对轴疲劳强度的影响程度也不同
31
弯扭合成法计算流程：
轴的简化受力图
重新设计
垂直面受力 垂直面弯矩
强度不满 足要求
水平面受力 水平面弯矩
ca [ 1]b
合成弯矩 扭矩
轴的当量弯矩
32
§12-4 轴的设计方法及综合示例
轴的设计方法：
轴的设计并无固定不变的步骤，视具体情况而定
对于阶梯直轴，一般流程是： 选择轴的材料
d C3 P n
越程槽
15
轴的标准尺寸系列
16
便于轴承的装拆
17
机械基础教案——轴的结构2
刚度校核的方法： 采用有限元分析、 实验测试等方法进 行校核
刚度校核的因素： 包括轴的材料、截 面形状、尺寸、表 面处理等
刚度校核的结果： 确定轴的承载能力 为设计和制造提供 依据
轴的振动稳 定性：轴在 受到外力作 用下的稳定 性
校核方法： 通过计算轴 的临界转速 和临界应力 来校核
临界转速： 轴在受到外 力作用下的 临界转速
轴的强度校核是确保轴在承受载荷时不会发生破坏或变形的重要步骤 轴的强度校核需要考虑轴的材质、尺寸、形状、表面粗糙度等因素 轴的强度校核可以通过理论计算和实验测试两种方式进行 轴的强度校核结果可以用来指导轴的设计和制造确保其满足使用要求
刚度校核的目的： 确保轴在承受载荷 时不会发生变形或 断裂
加工方法：包括车削、铣 削、磨削等
热处理：对轴进行淬火、 回火等热处理以提高其硬 度和耐磨性
表面处理：如电镀、喷漆 等以提高轴的耐磨性和耐 腐蚀性
装配：将轴与其他零件装 配在一起形成完整的机械 系统
轴的承载能力取决于材料的强度和刚度 轴的承载能力与轴的直径、长度、表面粗糙度等因素有关 轴的承载能力可以通过计算和实验来确定 轴的承载能力与轴的加工工艺、热处理工艺等因素有关
轴的类型：分为直轴、曲轴、锥轴等 轴的结构：包括轴颈、轴肩、轴头、轴尾等 轴的材料：根据使用环境和要求选择不同的材料如钢、铝、铜等 轴的加工工艺：包括车削、铣削、磨削等 轴的装配：轴与轴承、齿轮等部件的装配关系和装配方法 轴的维护：定期检查、润滑、更换磨损部件等
材料选择：根据轴的用途 和性能要求选择合适的材 料
定期检查轴的磨损 情况及时更换磨损 严重的轴
定期检查轴的润滑 情况及时添加润滑 油
定期检查轴的紧固 情况及时紧固松动 的轴
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零件的固定。
周向固定方法 —— 键联接
特点：制造简单，装拆方便，对中性好 ； 应用：应用最广；同一轴上键槽位于圆柱同一母 线上，且取相同尺寸
周向固定方法 —— 花键联接
特点：接触面积大，承载能力高，对中性和导向性好 ； 应用：适用于载荷较大和对定心精度要求较高的动联 接或静联接 ；
周向固定方法 —— 紧定螺钉固定
（1）轴肩、轴环
特点：结构简单，定位可靠，可承受 较大轴向力；
但是使轴径增大，引起应力集 中。
轴肩
轴环
错误
正确
特点：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力； 应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位；
（2）套筒
轴向固定方法 —— 套筒定位
特点：固定可靠，承受轴向力大； 应用：多用于轴上相邻两零件相距不远的场合；
轴的结构
倒角
砂轮越程槽 轴端、轴颈与轴肩（或轴环）的过渡部位应有倒角或过度
圆角，便于轴上零件的装配，避免划伤配合表面，减少应 力集中，尽可能使倒角（或圆角半径）一致，以便于加工。 螺纹退刀槽或砂轮越程槽，防止破坏零件左端面。 当轴上有两个以上键槽时，槽宽应尽可能相同，并布置在 同一条直线上，以利于加工。
传动轴
特点：工作时只承受扭距，不承受弯矩或 承受很小的弯矩，仅起传递动力的作用。
转轴
特点：工作时既承受弯矩，又承受扭距， 既起支撑作用又起传递动力作用，是机器 中最常用的一种轴。
心轴——只受弯矩不传递扭矩
自行车前轴属于哪种？
传动轴——主要受扭矩
转轴——同时受扭矩和弯矩
转轴的结构
轴的结构应满足的要 求：
按轴线形状分 直轴： 光轴 阶梯轴
曲轴
§3—1 轴
1、光轴特点：形状简单，加工容易，应力集中源较 少；轴上零件不易装配及定位。如自行车心轴、车床 光杠。
§3—1 轴
2、阶梯轴特点：加工复杂，应力集中源较多，容易 实现轴上零件装配及定位。如减速器中的轴。
§3—1 轴
3、曲轴特点：常用于将回转运动转变为直线往复运 动或将直线往复运动转变为回转运动。主要用于各类 发动机中，如内燃机、空气压缩机、活塞泵及冲床中 的轴等。
轴向固定方法 —— 圆螺母定位
特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大轴向力； 应用：常用于轴的中部和端 应用：用于轴端定位，可承受剧烈振动和冲击；
正
错
确
误
套筒
轴用圆螺母
螺纹退刀槽, 砂轮越程槽
圆锥面（+挡圈、螺母）
适用于有冲击载荷和对中性 要求较高的场合，常用于轴端
§3—1 轴
4、绕性轴特点：由几层紧贴在一起的钢丝构成，可 以把回转运动灵活地传到任何位置，适用于连续振动 的场合，具有缓和冲击的作用。常用于医疗器械和电 动手持小型机具（如绞孔机、刮削机）中
根据承载情况不同，直轴又可以分为：心轴、传动 轴和转轴三类。
心轴
转动心轴 固定心轴
特点：工作时只承受弯矩，起支撑作用。
3、具有结构简单、定位可靠、能承受较大的轴向力等特点，广泛
应用于各种轴上零件的轴向固定是（B ）。
A.紧定螺钉
B. 轴肩与轴环 C.键连接
4、接触面积大、承载能力强、对中性和导向性都好的周向固定是
（ B）。
A.紧定螺钉
B. 花键连接
C.平键连接
5、加工容易、装拆方便，应用最广泛的周向固定是 （ A ）。
加工工艺性要好，即轴应便于加工。 便于轴上零件装拆，调整方便。 轴上零件要有准确的定位。 轴上零件要有可靠的固定。 尽量使轴的受力合理，尽量减少应力集中。 一、加工工艺要求
阶梯轴
轴的结构
轴头
轴身
轴颈
轴颈（支撑部分）－ 与轴承相配的部分； 轴头（工作部分）－ 与轮毂相配的部分；
轴身（连接部分）－ 连接轴颈与轴头的部分；
轴的结构
二、制造安装要求
为便于轴上零件的装拆，常将轴做成阶梯 轴 。对于一般剖分式箱体中的轴，它的直 径从轴端逐渐向中间增大，可依次将齿轮、 套筒、左端滚动轴承、轴承盖和带轮从轴 的左端装拆，另一滚动轴承从右端装拆。 为使轴上零件易于安装，轴端及各轴段的 台阶处都应有倒角。
磨削的轴段应留有砂轮越程槽；车制螺纹 的轴段应留有退刀槽。
特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力； 应用：适用于轴向力小，转速低的场合；辅助连接。
周向固定方法 —— 过盈配合联接
特点：结构简单，对中性好，选择不同的配合可有 不同的联接强度 ； 应用：不适用于重载和经常拆卸的场合；
轴系结构改错
四处错误
正确答案
三处错误
正确答案
两处错误 正确答案
轴的材料 碳素钢——常用45#，正火调质 合金钢——对应力集中较敏感。
注意：①采用合金钢并不能提高轴的刚度。 ②轴的热处理和表面强化可提高轴的疲劳强度
三、轴的结构工艺性
1、阶梯轴的直径应该是中间大，两端小，以 便于轴上零件的装拆；
2、轴端、轴颈与轴肩（或轴环）的过渡部位 应有倒角或过渡圆角，并应尽可能使倒角大小 一致和圆角半径相同，以便于加工；
3、轴上需要切制螺纹或进行磨削时， 应有螺纹退刀槽或砂轮越程槽；
机械基础轴
§3-1 概 述
一、轴的用途及分类
用途：支承回转零件及传递运动和动力。 曲轴 转 轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。
分类： 转动心轴 如火车车轮轴
直轴 心 轴─只承受弯矩的轴 固定心轴 如自行车前轴
传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车后桥的传动轴。
轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航空发动机的主轴。 除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到不开敞地空 间位置。
弹性挡圈
特点：结构简单,常用于滚动轴承的轴向固定， 只能承受很小的轴向力。
轴向固定方法 —— 弹性挡圈固定
特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力； 应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位；
圆螺母加止动垫片
注意：圆螺母与轴的相应 端面应留有间隙。
特点：多用于轴端，可承受 较大轴向力，但螺纹对轴削 弱较大。
4、当轴上有两个以上键槽时，槽宽应 尽可能统一，并布置在同一直线上，以 利加工。
键槽
课堂练习
一、选择
1、具有固定可靠、装拆方便等特点，常用于轴上零件距离较大处
及轴端零件的轴向固定是（A ）。
A. 圆螺母
B. 圆锥面
C.轴肩与轴环
2、在轴上支承回转零件的部分称为（ B ）。
A.轴颈
B. 轴头
C.轴身
周向固定方法 —— 键联接
特点：制造简单，装拆方便，对中性好 ； 应用：应用最广；同一轴上键槽位于圆柱同一母 线上，且取相同尺寸
周向固定方法 —— 花键联接
特点：接触面积大，承载能力高，对中性和导向性好 ； 应用：适用于载荷较大和对定心精度要求较高的动联 接或静联接 ；
周向固定方法 —— 紧定螺钉固定
（1）轴肩、轴环
特点：结构简单，定位可靠，可承受 较大轴向力；
但是使轴径增大，引起应力集 中。
轴肩
轴环
错误
正确
特点：结构简单，定位可靠，可承受较大的轴向力； 应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位；
（2）套筒
轴向固定方法 —— 套筒定位
特点：固定可靠，承受轴向力大； 应用：多用于轴上相邻两零件相距不远的场合；
轴的结构
倒角
砂轮越程槽 轴端、轴颈与轴肩（或轴环）的过渡部位应有倒角或过度
圆角，便于轴上零件的装配，避免划伤配合表面，减少应 力集中，尽可能使倒角（或圆角半径）一致，以便于加工。 螺纹退刀槽或砂轮越程槽，防止破坏零件左端面。 当轴上有两个以上键槽时，槽宽应尽可能相同，并布置在 同一条直线上，以利于加工。
传动轴
特点：工作时只承受扭距，不承受弯矩或 承受很小的弯矩，仅起传递动力的作用。
转轴
特点：工作时既承受弯矩，又承受扭距， 既起支撑作用又起传递动力作用，是机器 中最常用的一种轴。
心轴——只受弯矩不传递扭矩
自行车前轴属于哪种？
传动轴——主要受扭矩
转轴——同时受扭矩和弯矩
转轴的结构
轴的结构应满足的要 求：
按轴线形状分 直轴： 光轴 阶梯轴
曲轴
§3—1 轴
1、光轴特点：形状简单，加工容易，应力集中源较 少；轴上零件不易装配及定位。如自行车心轴、车床 光杠。
§3—1 轴
2、阶梯轴特点：加工复杂，应力集中源较多，容易 实现轴上零件装配及定位。如减速器中的轴。
§3—1 轴
3、曲轴特点：常用于将回转运动转变为直线往复运 动或将直线往复运动转变为回转运动。主要用于各类 发动机中，如内燃机、空气压缩机、活塞泵及冲床中 的轴等。
轴向固定方法 —— 圆螺母定位
特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大轴向力； 应用：常用于轴的中部和端 应用：用于轴端定位，可承受剧烈振动和冲击；
正
错
确
误
套筒
轴用圆螺母
螺纹退刀槽, 砂轮越程槽
圆锥面（+挡圈、螺母）
适用于有冲击载荷和对中性 要求较高的场合，常用于轴端
§3—1 轴
4、绕性轴特点：由几层紧贴在一起的钢丝构成，可 以把回转运动灵活地传到任何位置，适用于连续振动 的场合，具有缓和冲击的作用。常用于医疗器械和电 动手持小型机具（如绞孔机、刮削机）中
根据承载情况不同，直轴又可以分为：心轴、传动 轴和转轴三类。
心轴
转动心轴 固定心轴
特点：工作时只承受弯矩，起支撑作用。
3、具有结构简单、定位可靠、能承受较大的轴向力等特点，广泛
应用于各种轴上零件的轴向固定是（B ）。
A.紧定螺钉
B. 轴肩与轴环 C.键连接
4、接触面积大、承载能力强、对中性和导向性都好的周向固定是
（ B）。
A.紧定螺钉
B. 花键连接
C.平键连接
5、加工容易、装拆方便，应用最广泛的周向固定是 （ A ）。
加工工艺性要好，即轴应便于加工。 便于轴上零件装拆，调整方便。 轴上零件要有准确的定位。 轴上零件要有可靠的固定。 尽量使轴的受力合理，尽量减少应力集中。 一、加工工艺要求
阶梯轴
轴的结构
轴头
轴身
轴颈
轴颈（支撑部分）－ 与轴承相配的部分； 轴头（工作部分）－ 与轮毂相配的部分；
轴身（连接部分）－ 连接轴颈与轴头的部分；
轴的结构
二、制造安装要求
为便于轴上零件的装拆，常将轴做成阶梯 轴 。对于一般剖分式箱体中的轴，它的直 径从轴端逐渐向中间增大，可依次将齿轮、 套筒、左端滚动轴承、轴承盖和带轮从轴 的左端装拆，另一滚动轴承从右端装拆。 为使轴上零件易于安装，轴端及各轴段的 台阶处都应有倒角。
磨削的轴段应留有砂轮越程槽；车制螺纹 的轴段应留有退刀槽。
特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力； 应用：适用于轴向力小，转速低的场合；辅助连接。
周向固定方法 —— 过盈配合联接
特点：结构简单，对中性好，选择不同的配合可有 不同的联接强度 ； 应用：不适用于重载和经常拆卸的场合；
轴系结构改错
四处错误
正确答案
三处错误
正确答案
两处错误 正确答案
轴的材料 碳素钢——常用45#，正火调质 合金钢——对应力集中较敏感。
注意：①采用合金钢并不能提高轴的刚度。 ②轴的热处理和表面强化可提高轴的疲劳强度
三、轴的结构工艺性
1、阶梯轴的直径应该是中间大，两端小，以 便于轴上零件的装拆；
2、轴端、轴颈与轴肩（或轴环）的过渡部位 应有倒角或过渡圆角，并应尽可能使倒角大小 一致和圆角半径相同，以便于加工；
3、轴上需要切制螺纹或进行磨削时， 应有螺纹退刀槽或砂轮越程槽；
机械基础轴
§3-1 概 述
一、轴的用途及分类
用途：支承回转零件及传递运动和动力。 曲轴 转 轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。
分类： 转动心轴 如火车车轮轴
直轴 心 轴─只承受弯矩的轴 固定心轴 如自行车前轴
传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车后桥的传动轴。
轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航空发动机的主轴。 除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到不开敞地空 间位置。
弹性挡圈
特点：结构简单,常用于滚动轴承的轴向固定， 只能承受很小的轴向力。
轴向固定方法 —— 弹性挡圈固定
特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力； 应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位；
圆螺母加止动垫片
注意：圆螺母与轴的相应 端面应留有间隙。
特点：多用于轴端，可承受 较大轴向力，但螺纹对轴削 弱较大。
4、当轴上有两个以上键槽时，槽宽应 尽可能统一，并布置在同一直线上，以 利加工。
键槽
课堂练习
一、选择
1、具有固定可靠、装拆方便等特点，常用于轴上零件距离较大处
及轴端零件的轴向固定是（A ）。
A. 圆螺母
B. 圆锥面
C.轴肩与轴环
2、在轴上支承回转零件的部分称为（ B ）。
A.轴颈
B. 轴头
C.轴身