第十四章 轴

二、应考虑的几个问题 在进行轴的结构设计时 ， 首先应拟定轴上零件的装配方 在进行 轴的结构设计时，首先应 拟定轴上零件的装配方 轴的结构设计时 案 轴上零件的装配方案大体决定了轴的基本形式。 轴上零件的装配方案大体决定了轴的基本形式。 装配方案， 就是预定出轴上主要零件的装配方向、 装配方案 ， 就是预定出轴上主要零件的装配方向 、 顺序 和相互关系。 同一个设计任务， 和相互关系 。 同一个设计任务 ， 轴上零件的装配方案不 同 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 可有不同的结构。 如 图 1 及 图 2 所示都是两种不同装 可有不同的结构 。 配方案得出的两种不同的轴结构。 在拟定装配方案时， 配方案得出的两种不同的轴结构 。 在拟定装配方案时 ， 一般应考虑几个方案，进行分析比较与选择。 一般应考虑几个方案，进行分析比较与选择。 1.制造安装要求 制造安装要求 （1）为便于轴上零件的装拆和轴的定位和固定，常将轴做 ）为便于轴上零件的装拆和轴的定位和固定， 成阶梯形。 成阶梯形。
3.轴上零件的固定
（1）轴上零件的轴向固定，常采用轴肩、套简、螺 ） 轴上零件的轴向固定，常采用轴肩、套简、
母或轴端挡圈（又称压板）等形式。在图7 母或轴端挡圈（又称压板）等形式。在图7中，齿轮 能实现轴向双向固定。齿轮受轴向力时， 能实现轴向双向固定 。 齿轮受轴向力时 ， 向右是通 间的轴肩，并由⑥ 过 ④ 、 ⑤间的轴肩， 并由 ⑥、 ⑦ 间的轴肩顶在滚动 轴承内圈上；向左则通过套简顶在滚动轴承内圈上。 轴承内圈上；向左则通过套简顶在滚动轴承内圈上。 带轮的轴向固定是靠① 间的轴肩以及轴端挡圈。 带轮的轴向固定是靠①、 ② 间的轴肩以及轴端挡圈
无法采用套简或套简太长时， 无法采用套简或套简太长时，可 采用圆螺母加以固定(图 。 采用圆螺母加以固定 图 8)。图 9 所示是轴端挡圈的一种型式。 所示是轴端挡圈的一种型式
采用套筒、螺母、 采用套筒、螺母、轴端挡圈 作轴向固定时， 作轴向固定时，应把装零件 的轴段长度做得比零件轮毂 短2~3 mm，以确保套筒、螺 ，以确保套筒、 母或轴端挡圈能靠紧零件端 面（图7，图8）。 ， ）。
在进行结构设计时，必须满足如下要求： 在进行结构设计时，必须满足如下要求： 轴应便于加工，轴上零件要易于装拆（制造安装要求） 1）轴应便于加工，轴上零件要易于装拆（制造安装要求）； 2）轴和轴上零件要有准确的工作位置（定位）； 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）； 各零件要牢固而可靠地相对固定（固定） 4）改善受力状况，减小应力集中，有利于提高强、剛度。 改善受力状况，减小应力集中，有利于提高强、剛度。
对于一般剖分式箱体中的轴， （2）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。 所示，可依次将齿轮、 逐渐向中间增大 。 如 图 7 所示 ， 可依次将齿轮 、 套 左端滚动轴承、轴承盖和带轮从轴的左端装拆， 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， 另一滚动轴承从右端装拆。为使轴上零件易于安装， 轴端及各轴段的端部应有倒角。 轴端及各轴段的端部应有倒角。 （ 3 ） 轴上磨削的轴段 ， 应有砂轮越程槽 （ 图 7 中 ⑥ 轴上磨削的轴段， 应有砂轮越程槽（ 与⑦的交界处）；车制螺纹的轴段，应有退刀槽。 的交界处） 车制螺纹的轴段，应有退刀槽。 在满足使用要求的情况下， （4）在满足使用要求的情况下，轴的形状和尺寸应 力求简单，以便于加工。 力求简单，以便于加工。
矩又受扭矩的轴。
传动轴——只受扭矩不 只受扭矩不 传动轴 受弯矩或弯矩很小的轴。 受弯矩或弯矩很小的轴 。 心轴——只受弯矩而不受扭矩 只受弯矩而不受扭矩 心轴 的轴， 它又分为转动心轴 和 固 的轴 ， 它又分为 转动心轴和 转动心轴 定心轴两种。 定心轴两种。 两种
(2) 按照轴线形状的不同 可分为 直轴、曲轴和 直轴、曲轴和软轴 直轴按其外形的不同，可分为 直轴按其外形的不同， 按其外形的不同 阶梯轴和光轴。 阶梯轴和光轴。 光轴具有形状简单、加工方便、 光轴具有形状简单、加工方便、 制造成本低、轴上应力集中源 制造成本低、 少等优点， 少等优点，其缺点是轴上零件 不易装配定位。 不易装配定位。阶梯轴的特点 则正好与光轴相反。因此， 则正好与光轴相反。因此，光 轴常用作心轴和传动轴， 轴常用作心轴和传动轴，阶梯 轴常用作转轴。 轴常用作转轴。
二、轴的失效和设计准则
1.轴的失效形式是 因疲劳强度不足而产生疲劳断裂 疲劳断裂； 1.轴的失效形式是： ① 因疲劳强度不足而产生疲劳断裂；② 因 轴的失效形式 静强度不足而生产塑性变形或脆性断裂 静强度不足而生产塑性变形或脆性断裂 ；③ 因刚度不足而产生 过大弯曲及扭转变形； 高速时发生共振破坏等 过大弯曲及扭转变形；④高速时发生共振破坏等。 共振破坏
转轴 阶梯轴 心轴 光轴
轴一般都制成实心的(实心轴 。 轴一般都制成实心的 实心轴)。 实心轴 只有在因机器结构要求， 只有在因机器结构要求，需要 在轴中安装其它零件或是减轻 轴的质量具特别重大作用时， 轴的质量具特别重大作用时，
空心轴
才将轴制成空心的(空心轴 才将轴制成空心的 空心轴) 。 空心轴 曲轴用以将旋转运动与往复 曲轴 用以将旋转运动与往复 直线运动相互转变。 直线运动相互转变。 软轴是由几层紧贴在一起的钢丝层构成的 ， 软轴 是由几层紧贴在一起的钢丝层构成的， 它能把回转运 是由几层紧贴在一起的钢丝层构成的 动灵活地传到任何位置， 动灵活地传到任何位置 ， 主要用于两传动轴线不在同一直 线或工作时彼此有相对运动的空间传动， 线或工作时彼此有相对运动的空间传动 ， 也可用于受连续 振动的场合，具有缓和冲击的作用 振动的场合，具有缓和冲击的作用。
一般转轴的设计准则是： 2.一般转轴的设计准则是：具有合理的结构和良好的工艺 性并保证其疲劳强度足够。对有过载情况的轴， 性并保证其疲劳强度足够。对有过载情况的轴， 还应保 证其静强度足够 静强度足够； 证其 静强度足够；而对刚度要求较高的轴及受力较大的 细长轴，还应进行刚度计算 对高速旋转的轴， 刚度计算； 细长轴 ， 还应进行 刚度计算；对高速旋转的轴 ， 则应进 振动稳定性计算 计算。 行振动稳定性计算。 轴设计的主要内容 (1)选用合适的材料、毛坯形式及热处理方法。 选用合适的材料、毛坯形式及热处理方法。 选用合适的材料 (2)轴的结构设计，根据轴上零件的安装、定位和固定及轴 轴的结构设计，根据轴上零件的安装、 轴的结构设计 的制造工艺等方面要求，合理确定轴的结构形状和尺寸。 的制造工艺等方面要求， 合理确定轴的结构形状和尺寸。 (3)工作能力校核计算，包括疲劳强度、静强度及刚度计算 工作能力校核计算，包括疲劳强度、 等。
三、轴的材料
轴的常用材料主要是碳素钢和合金钢。 轴的常用材料主要是碳素钢和合金钢。 轴的毛坯一般多为轧制圆钢和锻件。 轴的毛坯一般多为轧制圆钢和锻件。 碳素钢具有足够的强度，比合金钢价廉， 碳素钢具有足够的强度 ， 比合金钢价廉 ， 对应力集中的敏 感性较低，并且可通过正火或调质处理获得较好的综合机 感性较低 ， 械性能，故应用广泛，其中以45号钢经调质处理最为常用 号钢经调质处理最为常用。 械性能 ， 故应用广泛 ， 其中以 号钢经调质处理最为常用 。 合金钢具有较高的机械性能，但价格较贵， 合金钢具有较高的机械性能 ， 但价格较贵 ， 常用于制造有 特殊要求的轴。 如高速重载轴； 受力大而又要求尺寸小、 特殊要求的轴 。 如高速重载轴 ； 受力大而又要求尺寸小 、 重量轻的轴；处于高温、低温或腐蚀性介质中的轴等。 重量轻的轴；处于高温、低温或腐蚀性介质中的轴等。
值得注意的是： 在一般工作温度下， 值得注意的是 ： 在一般工作温度下 ， 碳钢和合金钢的弹 性模量相差不大， 因此， 性模量相差不大 ， 因此 ， 欲选用高强度合金钢来提高轴 的刚度并无实效。 另外， 合金钢对应力集中敏感性高， 的刚度并无实效 。 另外 ， 合金钢对应力集中敏感性高 ， 所以设计合金刚轴时 ， 必须要有合理的结构形状， 所以 设计合金刚轴时， 必须要有合理的结构形状 ， 尽量 设计合金刚轴时 减少应力集中源， 并要求轴表面的粗糙度较低， 否则， 减少应力集中源 ， 并要求轴表面的粗糙度较低 ， 否则 ， 采用合金钢并无实际意义。 采用合金钢并无实际意义。 轴的材料除了碳素钢和合金钢外， 轴的材料除了碳素钢和合金钢外 ， 还有球墨铸铁和高强 度铸铁等。 铸铁材料具有易于作成复杂的外形， 度铸铁等 。 铸铁材料具有易于作成复杂的外形 ， 且吸振 耐磨性好， 对应力集中敏感性低、 价格廉等优点， 性 、 耐磨性好 ， 对应力集中敏感性低 、 价格廉等优点 ， 多用于制作外形复杂的曲轴、凸轮轴等 多用于制作外形复杂的曲轴、凸轮轴等。 轴的常用材料及其主要机械性能见表1-1。 轴的常用材料及其主要机械性能见表 。
为了保证轴上零件紧靠定位面（轴肩），轴肩的圆角半径 为了保证轴上零件紧靠定位面（轴肩），轴肩的圆角半径 ）， r必须小于相配零件的倒角 1或圆角半径 ，轴肩高 必须 必须小于相配零件的倒角C 或圆角半径R，轴肩高h必须 必须小于相配零件的倒角 大于C 大于 1 或R。 。 轴向力较小时， 轴向力较小时，零件在轴 上的固定可采用弹性挡圈 或紧定螺钉。 或紧定螺钉。
第十四章 轴、联轴器及离合器
§14-1 §14-2 §14-3 §14-4 §14-5 概述 轴的结构设计 轴的强度计算 轴的刚度计算 联轴器和离合器的类型
§14-6 联轴器 §14-7 离合器
§14-1 概述
一、轴的功用和类型： 轴的功用和类型：
1、轴的功用 轴是组成机器的重要零件之一，用来支承旋转的机械零件。 轴是组成机器的重要零件之一，用来支承旋转的机械零件。 轴的功用：支承回转零件及传递运动和动力。 轴的功用：支承回转零件及传递运动和动力。 2、轴的分类 (1) 按照承受载荷的不同可分 转轴、心轴和传动轴三类 三类。 为转轴、心轴和传动轴三类。 转 轴 —— 工 作 中 既 受 弯