轴课件 PPT
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《化工设备机械基础》教学课件—轴
从受力角度考虑，最好是等强度的抛物线 回转体，但不好加工，零件也不好固定；
所以，轴都做成阶梯轴。
§17.2 轴的材料 ①② 常碳合用素 金3钢 钢0、易 廉40具好传提做 ，、有的递高成具45较淬大轴复有号高火功颈杂良钢的性率耐的好机能、磨外的械，减性价集了应形吸强所轻时中格保进，振度以重采敏便证行价性，，量用感宜 机 调更 在 、 。性， 械 质小对 性 或应 能 正，力 ， 火为
r = -1 = 1
不同的r，对轴疲劳强度的影响程度也不同
需将不是对称循环的扭剪应力折算为对称循环变应力
当量弯矩： Mca M 2 (T )2 ：折算系数
若T 的变化规律不清楚，一般按脉动循环处理！
➢ 强度校核
s ca
M ca W
M 2 (T )2
W
[s 1]
② 轴承支点位置的确定
滑动轴W承—按轴B／的d抗取弯值截面系数（mm） 当B／[σd-1≤]—1时对，称e循＝环0.5变B；应力时轴的许用
T
9.55106 P 0.2d 3
n
[T ]
d
3
9.55106 P
0.2[T ]n
3
9.55106
0.2[T ]
3
P n
A0 3
P n
对空心轴：
d
A0 3
P
n(1 4 )
β—空心轴内外径比系数， β＝d1／d，一般β＝0.5～0.6
d＞100mm时： 单键槽增大3%，双键槽增大7%；
d≤100mm时： 单键槽增大5～7%，双键槽增大10～15%
当B／弯d曲＞应1时力，e＝0.5d，但不少于
装 配 方 案 对 轴 结 构 的 影 响
2. 轴的结构应满足的条件
所以，轴都做成阶梯轴。
§17.2 轴的材料 ①② 常碳合用素 金3钢 钢0、易 廉40具好传提做 ，、有的递高成具45较淬大轴复有号高火功颈杂良钢的性率耐的好机能、磨外的械，减性价集了应形吸强所轻时中格保进，振度以重采敏便证行价性，，量用感宜 机 调更 在 、 。性， 械 质小对 性 或应 能 正，力 ， 火为
r = -1 = 1
不同的r，对轴疲劳强度的影响程度也不同
需将不是对称循环的扭剪应力折算为对称循环变应力
当量弯矩： Mca M 2 (T )2 ：折算系数
若T 的变化规律不清楚，一般按脉动循环处理！
➢ 强度校核
s ca
M ca W
M 2 (T )2
W
[s 1]
② 轴承支点位置的确定
滑动轴W承—按轴B／的d抗取弯值截面系数（mm） 当B／[σd-1≤]—1时对，称e循＝环0.5变B；应力时轴的许用
T
9.55106 P 0.2d 3
n
[T ]
d
3
9.55106 P
0.2[T ]n
3
9.55106
0.2[T ]
3
P n
A0 3
P n
对空心轴：
d
A0 3
P
n(1 4 )
β—空心轴内外径比系数， β＝d1／d，一般β＝0.5～0.6
d＞100mm时： 单键槽增大3%，双键槽增大7%；
d≤100mm时： 单键槽增大5～7%，双键槽增大10～15%
当B／弯d曲＞应1时力，e＝0.5d，但不少于
装 配 方 案 对 轴 结 构 的 影 响
2. 轴的结构应满足的条件
《轴受力分析》课件
平衡法适用于各种受力情况，包括拉伸、压缩、弯曲、剪切等，能够得到较为准确 的结果。
平衡法需要一定的物理基础和实验技能，对于复杂受力情况可能需要较多的实验和 测量。
能量法
能量法是通过能量守恒原理来 描述轴的受力情况，通过能量 转换和守恒来求解轴的应力和 应变。
能量法适用于各种受力情况， 特别是复杂受力情况，能够得 到较为准确的结果。
能量法需要一定的物理基础和 实验技能，对于复杂受力情况 可能需要较多的实验和测量。
04 轴的强度与刚度校核
强度校核
总结词
强度校核是确保轴在承受外力时 不会发生断裂或过度变形的关键
步骤。
详细描述
在进行强度校核时，需要计算轴 的应力分布，并根据材料的许用 应力进行比较。常用的强度校核 准则是最大剪切应力准则和最大
轴的结构设计
实心轴
结构简单，易于加工，适 用于低载荷的轴。
空心轴
减轻重量，提高刚度，适 用于高转速的轴。
阶梯轴
分段设计以适应不同工作 需求，适用于高载荷和复 杂工况的轴。
轴的优化设计
参数优化
通过调整轴的直径、长度等参数 ，提高轴的刚度和稳定性。
热处理优化
采用合理的热处理工艺，提高轴的 硬度和耐磨性。
实例三：电机主轴的受力分析
总结词
电机主轴在运行过程中受到电磁力、轴承支 反力、转子自重和不平衡惯性力等力的作用 。
详细描述
电机主轴是电机中传递运动和动力的核心部 件，其运行状态直接影响电机的性能。在受 力分析中，需要考虑电磁力、轴承支反力、 转子自重和不平衡惯性力等力的作用。这些 力的大小和方向随主轴转速和转子质量分布 而变化，需要使用动力学和静力学原理进行 详细分析。
02
《轴的结构设计》课件
轴承润滑：根据轴的工作环境、温度、载荷等因素选择合适的轴承润滑方式，如油润滑、脂 润滑、固体润滑等。
根据轴的用途和受力情况，确定轴的直径和长度 考虑轴的强度、刚度和耐磨性等因素，选择合适的材料和热处理工艺 计算轴的临界转速，避免共振现象 设计轴的键槽、螺纹等结构，保证轴的装配和拆卸方便
轴肩固定：轴肩与轴承外圈配合，轴肩与轴承内圈配合 轴套固定：轴套与轴承外圈配合，轴套与轴承内圈配合 轴肩轴套固定：轴肩与轴承外圈配合，轴套与轴承内圈配合 轴肩轴套轴端固定：轴肩与轴承外圈配合，轴套与轴承内圈配合，轴端与轴承外圈配合
,
汇报人：
01
02
03
04
05
06
轴头：轴的端部，用于安装轴承或 其他零件
轴肩：轴颈与轴头之间的过渡部分， 用于固定轴承
添加标题
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轴颈：轴的圆柱形部分，用于支撑 和传递扭矩
轴端：轴的末端，用于安装其他零 件或连接其他部件
轴身是轴的主要组 成部分，通常由钢、 铝或其他金属材料 制成
汇报人：
确定轴承的类型： 球轴承、滚子轴承、 滑动轴承等
确定轴承的尺寸： 根据轴的直径和长 度选择合适的轴承 尺寸
确定轴承的数量： 根据轴的载荷和转 速选择合适的轴承 数量
确定轴承的安装方 式：轴向固定、径 向固定、轴向和径 向固定等
固定端：轴的一 端固定在支撑件 上，提供轴的稳
定性和刚度
游动端：轴的另 一端可以自由移 动，提供轴的灵
材料特性：高强 度、高硬度、耐 磨损、耐腐蚀
应用领域：广泛应 用于机械、汽车、 航空、航天等领域
热处理：淬火、 回火、正火等热 处理工艺
合金元素：铬、镍、 钼、钒等元素，提 高材料的性能和稳 定性
根据轴的用途和受力情况，确定轴的直径和长度 考虑轴的强度、刚度和耐磨性等因素，选择合适的材料和热处理工艺 计算轴的临界转速，避免共振现象 设计轴的键槽、螺纹等结构，保证轴的装配和拆卸方便
轴肩固定：轴肩与轴承外圈配合，轴肩与轴承内圈配合 轴套固定：轴套与轴承外圈配合，轴套与轴承内圈配合 轴肩轴套固定：轴肩与轴承外圈配合，轴套与轴承内圈配合 轴肩轴套轴端固定：轴肩与轴承外圈配合，轴套与轴承内圈配合，轴端与轴承外圈配合
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汇报人：
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05
06
轴头：轴的端部，用于安装轴承或 其他零件
轴肩：轴颈与轴头之间的过渡部分， 用于固定轴承
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轴颈：轴的圆柱形部分，用于支撑 和传递扭矩
轴端：轴的末端，用于安装其他零 件或连接其他部件
轴身是轴的主要组 成部分，通常由钢、 铝或其他金属材料 制成
汇报人：
确定轴承的类型： 球轴承、滚子轴承、 滑动轴承等
确定轴承的尺寸： 根据轴的直径和长 度选择合适的轴承 尺寸
确定轴承的数量： 根据轴的载荷和转 速选择合适的轴承 数量
确定轴承的安装方 式：轴向固定、径 向固定、轴向和径 向固定等
固定端：轴的一 端固定在支撑件 上，提供轴的稳
定性和刚度
游动端：轴的另 一端可以自由移 动，提供轴的灵
材料特性：高强 度、高硬度、耐 磨损、耐腐蚀
应用领域：广泛应 用于机械、汽车、 航空、航天等领域
热处理：淬火、 回火、正火等热 处理工艺
合金元素：铬、镍、 钼、钒等元素，提 高材料的性能和稳 定性
【课程思政课件】《机械设计与创新》轴的设计
第十一章 轴的设计
§11-1 概述 §11-2 轴径的初步估算 §11-3 轴的结构设计 §11-4 轴的强度和刚度计算
§11-1 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。
§17-3 轴的结构设计
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.轴和轴上零件应有确定的位置和可靠固定；
2.轴上零件应便于安装、拆卸和调整； 3.轴应具有良好的加工工艺性； 4.应有利于提高轴的强度和刚度。
直轴 阶梯轴
又可分为实心、空心（加工困难）
曲轴：发动机专用零件
钢丝软轴：轴线可任意弯曲，传动灵活。
动力源 接头
接头 驱动装置
钢丝软轴（外层为护套）
钢丝软轴的绕制
三、轴的材料
对轴材料要求：轴的强度和刚度足够；材料的热处理性能和加 工工艺性好；材料来源广，价格适中。
1、碳素钢：30、35、45、50(正火或调质)，45应用最广。 价廉，对应力集中不敏感，良好的加工性。
如：减速器中的轴。
传动轴：只受转矩，不受弯矩M=0，T≠0 如：汽车中联接变速箱与后桥之间的轴。
心轴：只承受弯矩（M），不传递转矩（T=0） 转动心轴：轴转动 固定心轴：轴固定 问：火车轮轴属于什么类型？
转动心轴
问：自行车的前轮轴属于什么类型？
Hale Waihona Puke 滑轮轴转动心轴自行车的中轴是转轴
§11-1 概述 §11-2 轴径的初步估算 §11-3 轴的结构设计 §11-4 轴的强度和刚度计算
§11-1 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。
§17-3 轴的结构设计
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.轴和轴上零件应有确定的位置和可靠固定；
2.轴上零件应便于安装、拆卸和调整； 3.轴应具有良好的加工工艺性； 4.应有利于提高轴的强度和刚度。
直轴 阶梯轴
又可分为实心、空心（加工困难）
曲轴：发动机专用零件
钢丝软轴：轴线可任意弯曲，传动灵活。
动力源 接头
接头 驱动装置
钢丝软轴（外层为护套）
钢丝软轴的绕制
三、轴的材料
对轴材料要求：轴的强度和刚度足够；材料的热处理性能和加 工工艺性好；材料来源广，价格适中。
1、碳素钢：30、35、45、50(正火或调质)，45应用最广。 价廉，对应力集中不敏感，良好的加工性。
如：减速器中的轴。
传动轴：只受转矩，不受弯矩M=0，T≠0 如：汽车中联接变速箱与后桥之间的轴。
心轴：只承受弯矩（M），不传递转矩（T=0） 转动心轴：轴转动 固定心轴：轴固定 问：火车轮轴属于什么类型？
转动心轴
问：自行车的前轮轴属于什么类型？
Hale Waihona Puke 滑轮轴转动心轴自行车的中轴是转轴
《机械设计》教学PPT课件 第九章 轴
练习4
指出图中结构不合理的地方，并予以改正。
练习5
§9-3 轴的工作能力计算
轴的强度计算应根据轴的承载情况，采用相应的计 算方法。常见的轴的强度计算有以下两种
一、按扭转强度计算
对于只传递扭转的圆截面轴，强度条件为
T
WT
9.55 10 6 0.2d 3n
P
[ ]
MPa
设计公式为
9.55106 P
三、轴的结构工艺性
1.轴端倒角C×45°(1C、2C等) 2.螺纹退刀槽——切制螺纹 3.砂轮越程槽——磨削 4.同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，且取相同 尺寸。圆角半径r也尽量一致。
1.轴端倒角C 2.螺纹退刀槽——切制螺纹
3.砂轮越程槽——磨削
4.同一轴上键槽位于圆柱同 一母线上，且取相同尺寸。 圆角半径r也尽量一致。
1.轴向固定 —— 轴肩定位
r轴<C孔
r轴<R孔
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
r轴>C孔
固定滚动轴承的轴肩高度 ─-查轴承的安装尺寸
da
轴向固定
2-3
轴长应略短于轮毂宽度(保证零件固定)
套筒用于两个零件间距离较小时 不宜用于高速旋转
轴向固定 圆螺母
2. 按轴线形状分
直轴 曲轴
光轴 阶梯轴
空心轴: 有特殊要求时，如航空发 动机的主轴。
实心轴
钢丝软轴：可以随意弯曲，把回转运动灵活地传到任意 空间位置。
钢丝软轴
选用合适的材料 结构设计
强度计算 轴的结构形状和尺寸
一、碳钢
1.对应力集中敏感性低，强度、塑性和韧性均较好； 2.般经调质或正火热处理，如40、45； 3.不重要或承受载荷较小的轴，可用普通碳素钢，Q235等
轴的结构PPT课件
轴的毛坯:一般用圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。
如用球墨铸铁制造曲轴和凸轮轴，具有成本低廉、吸 振性较好、对应力集中的敏感较低、强度较好等优点。
10
四、轴的结构
❖ （一）轴主要由三部分组成：轴头、轴颈、 轴身。
❖ 轴头：轴上安装零件的部分。 ❖ 轴颈：轴上被轴承支承的部分。 ❖ 轴身：连接轴头和轴颈的过渡部分。 ❖ 轴肩：轴上直径变化所形成的阶梯。（单向
14
15
2、用轴套（套筒）固定，与轴肩配合使 用。
❖ 特点：轴的直径不变，轴上不需开槽、钻孔 和切制螺纹，不影响轴的强度。
❖ 适用：两个零件间距较小的场合，以免增加 重量。
❖ 注意：不易用在转速很高的场合。
16
17
3、用轴端挡圈固定，与轴肩配合或圆锥 端使用。
❖ 特点：承受较小的轴向力，可承受振动和冲 击。
8
❖ （3）软轴 ❖ 具有良好的挠性，常用于医疗器械、汽车
里程表、电动手持小型机具（绞孔机）的 传动。
9
三、 轴的材料
为了改善力学性能
种 碳素钢：35、45、50、Q235 正火或调质处理。 类 合金钢: 20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA
用途：碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较 多，尤其是45钢应用最广。合金钢具有较高的力学性能， 但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。
课堂小结(重点) ：
❖ 轴上零件常采用的轴向固定方法。
30
❖ 轴上零件常采用的周向固定方法。
31
❖ 适用：轴端零件固定。 ❖ 注意：为了防止松动，使用锁紧装置固定。
18
19
4、用圆螺母固定，与轴肩配合使用。
❖ 特点：装拆方便，固定可靠，可承受较大轴 向载荷，常用双螺母。
如用球墨铸铁制造曲轴和凸轮轴，具有成本低廉、吸 振性较好、对应力集中的敏感较低、强度较好等优点。
10
四、轴的结构
❖ （一）轴主要由三部分组成：轴头、轴颈、 轴身。
❖ 轴头：轴上安装零件的部分。 ❖ 轴颈：轴上被轴承支承的部分。 ❖ 轴身：连接轴头和轴颈的过渡部分。 ❖ 轴肩：轴上直径变化所形成的阶梯。（单向
14
15
2、用轴套（套筒）固定，与轴肩配合使 用。
❖ 特点：轴的直径不变，轴上不需开槽、钻孔 和切制螺纹，不影响轴的强度。
❖ 适用：两个零件间距较小的场合，以免增加 重量。
❖ 注意：不易用在转速很高的场合。
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3、用轴端挡圈固定，与轴肩配合或圆锥 端使用。
❖ 特点：承受较小的轴向力，可承受振动和冲 击。
8
❖ （3）软轴 ❖ 具有良好的挠性，常用于医疗器械、汽车
里程表、电动手持小型机具（绞孔机）的 传动。
9
三、 轴的材料
为了改善力学性能
种 碳素钢：35、45、50、Q235 正火或调质处理。 类 合金钢: 20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA
用途：碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较 多，尤其是45钢应用最广。合金钢具有较高的力学性能， 但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。
课堂小结(重点) ：
❖ 轴上零件常采用的轴向固定方法。
30
❖ 轴上零件常采用的周向固定方法。
31
❖ 适用：轴端零件固定。 ❖ 注意：为了防止松动，使用锁紧装置固定。
18
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4、用圆螺母固定，与轴肩配合使用。
❖ 特点：装拆方便，固定可靠，可承受较大轴 向载荷，常用双螺母。
机械设计基础 第3版 教学课件 ppt 作者 王大康 11-14 第十一章 轴
轴颈
1. 轴颈—与轴承配合的轴段。 2. 轴头—与传动零件配合的轴段。 3. 轴身—连接轴颈与轴头的轴段。
二、轴的各部分名称
轴颈 轴头
轴头
轴身
轴颈
1. 轴颈—与轴承配合的轴段。 2. 轴头—与传动零件配合的轴段。 3. 轴身—连接轴颈与轴头的轴段。
三、轴结构设计的主要要求
（1）轴和轴上零件要有准确的工作位置且定位可靠； （2）轴上零件应便于装拆和调整；
挠性轴
曲轴
一般使用转速为800~3600r/min ，小尺寸挠性轴可达 20000r/min。
2. 按承受载荷分 （1）心轴：工作时只受弯矩的轴。
a） 转动心轴：轴的弯曲应力为对称循环应力。 b）固定心轴：轴的弯曲应力为静应力。
a)
b)
心轴 a) 转动心轴 b) 固定心轴
（2）传动轴：工作时只受转矩的轴。
（6）为减少加工刀具的种类，轴上的倒角、圆角的尺 寸应尽量一致。
（7）对制造精度要求高的轴，轴的两端应加工中心孔， 作为加工和检验的基准。 4. 提高轴的强度 多数轴受变应力作用， 故易发生疲劳破坏。设计 时应从结构上减小应力集 中。 （1）轴肩处应有较大 的过渡圆角，必要时可采 用内凹圆角或隔离环。
轴的设计方法：
1. 轴径的初步计算，以确定轴的最小直径；
2. 确定各轴段的直径和长度，进行轴的结构设计；
3. 轴的强度验算，根据验算结果调整轴的结构和尺寸；
4. 完成轴的设计。 轴的结构设计通常是经过初步计算，确定轴的最小 直径后进行的。影响轴结构的因素很多，轴的结构需在 设计中依具体情况确定，所以轴没有标准的结构形式。
第十一章
轴
第一节
概述
轴是组成机器的重要零件，轴的设计、制造质量直接影 响机器的工作质量和性能。 轴的作用： 1. 支承回转零件，使其具有确定的工作位置。
机械制造基础课件-轴的设计
1、 轴向定位 、
承受很小的轴向力 紧定螺钉
第二节 轴的结构设计
1、 轴向定位 、
第二节 轴的结构设计
2、周向定位
键
花 键
弹性环
第二节 轴的结构设计
2、周向定位 、
销
成形联接
过盈配合
第二节 轴的结构设计
四、轴上各轴段的尺寸确定 1）直径确定依据 ） ①满足强度和刚度要求 ②轴颈直径必须符合相配轴承的内径 ③安装联轴器、离合器等零件的轴头直径应与相应孔径范 安装联轴器、 围相适应 ④与齿轮等零件相配合的其它轴头直径，应采用标准直径 与齿轮等零件相配合的其它轴头直径， ⑤轴上需车制螺纹的部分，其直径必须符合外螺纹大径的 轴上需车制螺纹的部分， 标准系列
。
绘制出合成弯矩图。 3）计算出合成弯矩 M = M 2 + M 2 ，绘制出合成弯矩图。 H V 作出扭矩（ ） 4）作出扭矩（T）图。 式中α为考虑弯曲应力与扭转切 5）计算当量弯矩 M e = M + (αT ) ，式中 为考虑弯曲应力与扭转切 应力循环特性的不同而引入的修正系数。 应力循环特性的不同而引入的修正系数。
（二）轴的结构设计内容 轴的合理外形和全部结构尺寸
第二节 轴的结构设计
三、 轴上零件的固定
定位： 定位：指零件在轴上安装到位 位置准确） （位置准确） 固定： 固定：指工作时零件与轴之间相对 位置保持不变（位置不动） 位置保持不变（位置不动）
第二节
1、轴向定位 、 轴肩和轴环
轴的结构设计
特点： 特点：能承受较大的轴向力 常用于齿轮、 常用于齿轮、链轮等轴向定位
传动轴
点击图动画演示
汽车中联接变速箱与后桥之间的轴
第一节 概述
轴的应用和分类 轴的应用
承受很小的轴向力 紧定螺钉
第二节 轴的结构设计
1、 轴向定位 、
第二节 轴的结构设计
2、周向定位
键
花 键
弹性环
第二节 轴的结构设计
2、周向定位 、
销
成形联接
过盈配合
第二节 轴的结构设计
四、轴上各轴段的尺寸确定 1）直径确定依据 ） ①满足强度和刚度要求 ②轴颈直径必须符合相配轴承的内径 ③安装联轴器、离合器等零件的轴头直径应与相应孔径范 安装联轴器、 围相适应 ④与齿轮等零件相配合的其它轴头直径，应采用标准直径 与齿轮等零件相配合的其它轴头直径， ⑤轴上需车制螺纹的部分，其直径必须符合外螺纹大径的 轴上需车制螺纹的部分， 标准系列
。
绘制出合成弯矩图。 3）计算出合成弯矩 M = M 2 + M 2 ，绘制出合成弯矩图。 H V 作出扭矩（ ） 4）作出扭矩（T）图。 式中α为考虑弯曲应力与扭转切 5）计算当量弯矩 M e = M + (αT ) ，式中 为考虑弯曲应力与扭转切 应力循环特性的不同而引入的修正系数。 应力循环特性的不同而引入的修正系数。
（二）轴的结构设计内容 轴的合理外形和全部结构尺寸
第二节 轴的结构设计
三、 轴上零件的固定
定位： 定位：指零件在轴上安装到位 位置准确） （位置准确） 固定： 固定：指工作时零件与轴之间相对 位置保持不变（位置不动） 位置保持不变（位置不动）
第二节
1、轴向定位 、 轴肩和轴环
轴的结构设计
特点： 特点：能承受较大的轴向力 常用于齿轮、 常用于齿轮、链轮等轴向定位
传动轴
点击图动画演示
汽车中联接变速箱与后桥之间的轴
第一节 概述
轴的应用和分类 轴的应用
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
二 轴上零件的轴向固定
一）零件轴向固定的目的 防止零件沿轴向窜动，确保零件轴向准确位置。
二）常用轴向固定
1.轴肩或轴环
定位高度h 由
过渡圆角r
组成
— 阶梯轴上截面变化之处
r
r
h
h
D d
D d
轴肩
轴环
r
h
b
h
r
R
D c
d D
d
轴肩
轴环
特点：定位可靠，能承受较大的轴向载荷，用于各类零件的轴
向定位和固定。
轴身
轴头
一 拟定轴上零件的装配方案
轴上零件的布置——预定出轴上零件的装配方向、顺序和 相互关系，它决定了轴的结构形状。
装配方案——以轴最大直径处的轴环为界限，轴上零件分 别从两端装入。按安装顺序即可形成各轴段粗细和结构形 式的初步布置方案。
在拟定方案时，可以考虑几个方案，以供比较选择。
制造安装要求：
不能。 因为这两种材料的弹性模量E相差无几
§15-2 轴的结构设计
设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。
需考虑的问题： 轴上零件要有准确的定位 轴上零件要有可靠的固定 便于轴上零件装拆 加工工艺性要好 尽量减少应力集中 应有利于提高轴的强度和刚度
F
等强度
阶梯轴
§15-2 轴的结构设计
轴的常用术语：
在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模 量均相差不多，因此相同尺寸的碳钢和合金钢轴的刚度相差不多。
高强度铸铁和球墨铸铁可用于制造外形复杂的轴，且具有价廉、良好的 吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，但是质较脆。
四 轴的材料
在其它条件相同时，把轴材料由碳素钢改为合金钢 能提高轴的刚度吗？
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。
①②
③
④ ⑤⑥ ⑦
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。
图示圆锥圆柱齿轮减速器输出轴就有两种装配方案
装配方案的比较：
方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，多了一个零件，加工工艺复杂，且 质量较大，故不如方案一合理
第十五章 轴
§15-1 概 述 §15-2 轴的结构设计 §15-3 轴的计算
一 轴的用途
§15-1 概 述
轴用于支承回转零件(如齿轮、凸轮、带轮等)，使其有确定 的工作位置，传递运动和动力，并通过轴承支承在机架或机 座上。ห้องสมุดไป่ตู้
§15-1 概 述
二 轴的类型
心轴
按受载性质分： 传动轴
转轴
转动心轴 只受弯矩M 固定心轴 只受扭矩T
对应力集中敏感性高、可进行热处理。
③铸铁 如：QT600－3 特点：容易制造复杂形状的零件、价廉、有良好的吸振
性、和耐磨性、对应力集中敏感性低。
四 轴的材料
碳素钢：35、45、50、Q235
正火或调质处理。
种 类
合金钢: 20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等
铸钢或球墨铸铁
既受弯矩M，又受扭矩T
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，如联 接汽车发动机输出轴和后桥的轴。
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。
转轴：M + T； 心轴：M ； 传动轴：T
振动稳定性 — 防止高速时轴发生共振
轴的设计过程 选择材料
结构设计
轴的工作能力验算 验算合格? N Y 结束
重点本章讨论：
结构问题 强度问题
四 轴的材料
要求 常用材料
疲劳强度高 对应力集中的敏感性小
①碳钢 如：45 40 特点：价廉、对应力集中敏感性低、可进行热处理。
②合金钢 如：40Cr 20Cr 特点：机械性能比碳钢高，淬火性能更好，但价高、
§15-1 概 述
转动心轴
心 轴 只受弯矩M 固定心轴
转动心轴
固定心轴
§15-1 概 述
传动轴 只受扭矩T
传动轴
§15-1 概 述
转 轴 既受弯矩M，又受扭矩T
转轴
§15-1 概 述
光轴 直轴 阶梯轴 按轴线分： 曲轴
挠性钢丝轴
可以弯曲且不影响传递扭矩。比如汽车、 摩托车和轮船里程表、转速表，计数器， 割草机及各种机械转动仪表中的、通下 水的等等
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
三 轴设计的主要内容
设计任务
— 选材、结构设计、校核工作能力
结构设计：确定轴段的长度和直径
— 根据轴上零件的定位、固定、安装以及 轴的制造工艺等方面的要求，合理地确 定轴的形状和尺寸
校核工作能力
强度 刚度
— 防止轴发生疲劳断裂 — 防止轴发生过大的弹性变形
轴的材料主要是碳钢和合金钢，钢轴的毛坯多数用圆钢或锻件，各种
热处理和表面强化处理可以显著提高轴的抗疲劳强度。
用途： 碳钢比合金钢价廉，且具有较好的综合力学性能，对应力集中的 敏感性较低。应用较多，适用于一般要求的轴，尤其以45钢应用最广。 合金钢具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴: 如传递大功率并要求减小尺寸和质量、要求高的耐磨性，以及处于高 温、低温和腐蚀条件等。
注意事项：
1）轴的过渡圆角半径r—— 应小于轴上零件的倒角C 或圆角半径R； 2）轴环宽度b—— b1.4h ≥ 10 mm
r
h
b
h
r
R
D c
d D
d
3）轴肩轴
轴肩
轴环
定位轴肩：高度h>C(或R) ,通常取h=(2～3)C或(2～3)R
或h=0.07d+(2～3) mm
环高度h 滚动轴承：轴肩高度<滚动轴承内圈高度
套筒
B
l
注意：轮毂宽度B > 轴头长度l，取l = B -（2~3）mm
与滚动轴承相配合处的轴肩高度不 能超过轴承内圈高度
结构不合理！
3.轴端挡圈
非定位轴肩：为使零件装拆方便，
取h=(1～2)mm
轴肩的尺寸要求
轴肩高度
定位轴肩: h=6～10mm
非定位轴肩: h=1～3mm
b
轴环
h
D
d
h
D
d
h≈(0.07d~0.1d)mm b≈1.4h
2.套筒
-常用于两个距离相近的零件之间，起定位和固定的作用。 套筒与轴之间配合较松，不宜用于转速较高的轴上。
轴颈 — 与轴承相配的部分 轴头 — 与轮毂相配的部分 轴身 — 连接轴颈与轴头部分
尺寸= 轴承内径 直径与轮毂内径相当
轮毂：齿轮中心的圆柱部分，常带有一孔，其作用是安装在轴上使其在 轴上转动或与轴一起转动
轴头 轴身
轴颈
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