第15章 轴
第15章滑动轴承.知识讲解
应用范围： 一般用于温度不高、载荷不大的 场合。
三、轴瓦结构 整体式
整体轴套
卷制轴套结构
剖分式 剖分式 轴瓦
剖分式
油孔 油沟
油孔 油沟
油沟形状 油沟
轴向油沟
油沟布置不当降低油膜承载能力
普通油室
轴瓦的固定
第四节 润滑剂三、限制滑动速度v
v≤[v] (m/s) (15–4) 式中 [v]––––滑动速度的许用值，
由表15–1查取。
润滑油 润滑脂
固体润滑剂
1、润滑油的选择
选择时应考虑轴承压力、滑动速 度、摩擦表面状况、润滑方法等条件。
润滑油选择的一般原则为：
1）在压力大或冲击、变载等工作条件下， 应选用粘度高一些的油；
2）滑动速度高时，容易形成油膜，为了 减少摩擦功耗，减小温升，应选用粘度低 一些的油； 3）加工粗糙或未经磨合的表面，应选用 粘度高一些的油；
下轴瓦
对开式径向滑动轴承
特点
优点： 装拆方便，可以用减少剖分面处的垫
片厚度来调整轴承间隙。
缺点： 结构复杂，制造费用较高。
应用： 应用广泛。
三、调心式径向滑动轴承
轴承盖 轴瓦
轴承座 B
调心式径向滑动轴承
四、调隙式径向滑动轴承
应用： 常用于一般用途的机床主轴上。
第三节 轴瓦的材料和结构
一、失效形式及轴瓦材料 1、轴瓦的主要失效形式: 磨损 胶合
润滑脂只能间歇供应。 滑动轴承的润滑方法可根据系数k选定
k pv3
式中 p–––平均压强(MPa)，p=F/Bd； F–––轴承所受的径向载荷 （ v–N）–； –轴颈的圆周速度（m/s）。
《机械设计基础》第15章 滑动轴承
τ
P＋dp τ＋dτ
雷诺耳实验（1883年）——层流与湍流的现象
雷诺方程：
h0 - h dp = 6ηv dx h3
其中：p——油膜压力 η——润滑油粘度 V——速度 h——间隙厚度（油膜厚度） h0——油膜压力为极限值时的间隙厚度
分析雷诺方程：
（1）当相对运动的两表面 形成收敛油楔时。即能保 证移动件带着油从大口走 u 向小口。 o
形成动压润滑的条件： （1）相对运动的两表面形成收敛油楔时。 （2）两表面必须有一定的相对速度。
（3）润滑油必须有一定的粘度，并供油充分。
（4）油膜的最小厚度应大于两表面不平度之和。
例：试判断下列图形能否建立动压润滑油膜？
v v v v
向心滑动轴承形成动压油膜的过程：
F F FF F
o
o1 o1 o o1 1 o1
润滑脂 （黄油） 固体润滑剂
钙基、钠基、铅基、锂基等。
石墨、二流化钼、聚氟乙烯树脂等 （用于高温下的轴承）。
空气、氢气等（只用于高速、高 温以及原子能工业等特殊场合）
气体润滑剂
●润滑剂的主要指标：
（1） 粘度——是润滑油最重要的物理性能指标，是选择润滑 油的主要依据，它标志着流体流动时内摩擦阻 力的大小。粘度越大，内摩擦阻力越大，即流 动性越差。 （2）凝点——是润滑油冷却到不能流动时的温度。凝点越低越好。 （3） 闪点——是润滑油在靠近试验火焰发生闪燃时的温度。 闪点是鉴定润滑油耐火性能的指标。在工作温度 较高和易燃环境中，应选用闪点高于工作温度 20°~30°C的润滑油。 （4） 油性——是指润滑油湿润或吸附在表面的能力。吸附能力 越强，油性越好。 （5） 滴点——是指润滑脂受热后开始滴落时的温度。润滑脂使 用工作温度应低于滴点20°~30°C，低于40°~ 60°更好。 （6）针入度（稠度）——是表征指润脂稀稠度的指标。针入度越 小，表示润滑脂越稠；反之，流动性越大。
机械设计第15章轴
轴的尺寸和公差对于安装和使用的准确性 至关重要。
轴与轴套之间的配合对于减小磨损和提高 工作效率非常重要。
轴的强度计算
1
受弯强度
根据轴的几何形状和材料弯曲的强度
扭转强度
2
工程计算。
根据扭矩和轴直径计算轴的扭转强度。
3
受压强度
计算轴在受到压缩力时的强度。
轴的选材原则
1 强度
根据所需强度和负荷条件选择材料。
机械设计第15章轴
轴是机械设计中重要的组件之一，它承受着传递功率和运动的重要任务。本 章将介绍轴的定义、作用以及相关的设计要素和计算方法。
轴的定义和作用Leabharlann 1 定义2 作用轴是一种旋转零件，通常为圆柱形，在机 械中用于传递力和运动。
轴将两个或多个旋转零件连接在一起，传 递动力和承载负载。
轴的分类
按用途分类
3 耐蚀性
在有腐蚀性环境中选择耐蚀性材料。
2 硬度
根据工作环境选择合适的材料硬度以提高 耐磨性。
4 成本
综合考虑材料成本及可用性选择合适的材 料。
轴的制造工艺
1 车削
2 热处理
利用车床和刀具将轴的外形和尺寸加工至 工程要求。
通过热处理工艺改变材料的组织和性能。
3 表面处理
4 装配和检验
对轴进行镀铬、镀锌等表面处理以提高其 耐腐蚀性和装饰性。
传动轴、支撑轴、定位轴等。
按制造材料分类
钢制轴、铜制轴、铝制轴、复合材料轴等。
按工作环境分类
常温轴、高温轴、低温轴、湿环境轴等。
按形状分类
圆轴、方轴、花键轴等。
轴的设计要素
1 刚度
2 强度
轴的刚度对于传递正常工作负荷至关重要。
第15章滑动轴承
pv与功耗成正比,它表征了轴承的发热因素, pv越大,温升越高,越容易引起油膜的破裂
二, 推力轴承
p
F ≤[p]
d1 d2
F
d2
d1
F
2 (d 2 d12 ) z
4 pvm=[pv]
z----轴环数, 考虑承载的不均匀性, [p],[pv]应降低20~40%
§15-6
动压润滑的基本原理
一,动压润滑的形成和原理和条件 两平形板之间不能形成压力油膜!
轴承座
联接螺栓 轴承 螺纹孔
轴承盖 整体式向心滑动轴承
剖分轴瓦
榫口
轴承座 剖分式向心滑动轴承
整体轴套
卷制轴套 薄壁轴瓦 厚壁轴瓦
轴瓦非承载区内表面开有进油口和油沟,以利于润滑油均匀分 布在整个轴径上.
F 进油孔 油沟
油沟形式
B
d
设计:潘存云
轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直.载荷倾斜时结构如图 大型液体滑动轴承常设计成两边供油的形式,既有利 于形成动压油膜,又起冷却作用.
45
设计:潘存云
宽径比B/d----轴瓦宽度与轴径直径之比.重要参数 液体润滑摩擦的滑动轴承: B/d=0.5~1 非液体润滑摩擦的滑动轴承: B/d=0.8~1.5
二, 推力滑动轴承 作用:用来承受轴向载荷 结构特点: 在轴的端面,轴肩或安装圆盘做成止推面. 在止推环形面上,分布有若干有楔角的扇形块.其数量 一般为6~12. 用来承受停 固定式 ---倾角固定,顶部预留平台, 车后的载荷. 类型 可倾式 ---倾角随载荷,转速自行调整,性能好.
表15-1 常用轴瓦及轴承衬材料的性能 [p] [pv] HBS 最高工作 轴径硬度 材料及其代号 金属型 砂型 温度℃ Mpa Mpa.m/s
机械设计作业集第15章答案
第十五章 轴一、选择题15—1按所受载荷的性质分类，车床的主轴是 A ，自行车的前轴是 B ，连接汽车变速箱与后桥，以传递动力的轴是 C 。
A 转动心轴 B 固定心轴 C 传动轴 D 转轴 15—2 为了提高轴的刚度，措施 B 是无效的。
A 加大阶梯轴个部分直径 B 碳钢改为合金钢 C 改变轴承之间的距离 D15—3 A长度处15—422)(T M M e α+=中，α是 C 。
B 转矩转化成当量弯矩的转化系数C 考虑弯曲应力和扭转切应力的循环性质不同的校正系数D 强度理论的要求15—6 轴的安全系数校核计算，应按 D 计算。
A 弯矩最大的一个截面 B 弯矩和扭矩都是最大的一个截面 C 应力集中最大的一个截面 D 设计者认为可能不安全的一个或几个截面15—7 轴的安全系数校核计算中，在确定许用安全系数S时,不必考虑A。
A 轴的应力集中B 材料质地是否均匀C 载荷计算的精确度D 轴的重要性15—8 对轴上零件作轴向固定，当双向轴向力都很大时，宜采用C。
A 过盈配合B 用紧定螺钉固定的挡圈C 轴肩—套筒D15—9A 静强度击性能15—10在下列轴上轴向定位零件中， B 定位方式不产生应力集A 圆螺母B 套筒C 轴肩 D轴环15—12轴上滚动轴承的定位轴肩高度应 B 。
A 大于轴承内圈端面高度B 小于轴承内圈端面高度C 与轴承内圈端面高度相等D 愈大愈好二、填空题轮毂宽度。
15—18在齿轮减速器中，低速轴的直径要比高速轴的直径粗得多，其原因是低速轴受到的转矩大得多。
15—19 一般情况下轴的工作能力决定于轴的强度和轴的刚度。
15—20 零件在轴上常用的轴向固定方法有轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴挡档圈、挡圈等、周向固定方法有键、花键、过盈配合等。
15—21提高轴的疲劳强度的措施有合理布置轴上零件的位置和改进轴上零件的结构以减小轴的载荷、改进轴的结构以减小应力集中、改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度。
机械设计基础复习精要：第15章 滑动轴承
191第15章 滑动轴承15.1考点提要15.1.1 重要术语及基本概念轴瓦、轴承衬、油沟与油孔、宽径比、不完全液体润滑、液体动力润滑、止推轴承、摩擦的特点及状态（干摩擦，边界摩擦，液体摩擦，混合摩擦），静压轴承15.1.2 滑动轴承的材料和主要失效形式滑动轴承的主要失效形式有磨粒磨损、刮伤、胶合、疲劳剥落和腐蚀等。
针对滑动轴承的主要失效形式，轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。
轴承材料的性能应着重满足良好的减摩性、耐磨性和抗咬粘性，良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性，足够的强度和抗腐蚀能力，良好的导热性、工艺性、经济性等。
常用轴承材料及性能详见教材。
15.1.3 滑动轴承设计设计内容包括：1）决定轴承的结构型式；2）选择轴瓦和轴承衬的材料；3）决定轴承结构参数；4）选择润滑剂和润滑方法；5）计算轴承工作能力。
在设计滑动轴承时，如果速度高，温升大，可相对间隙大些，速度低时，温升小，可相对间隙小些，有利于提高承载能力。
滑动轴承的承载能力与相对间隙的平方成反比，因此载荷大时，相对间隙应取小些，载荷小时则可取大些，有利于温度降低。
不完全液体润滑径向滑动轴承处于混合润滑，这类径向滑动轴承的计算准则是p ≤[]p 、pv ≤[]pv 和v ≤[]v 。
设计中，轴承所承受径向载荷F （单位为：Ｎ），轴径转速n （单位为：min /r ），轴颈直径d （单位为：ｍｍ）。
然后进行以下验算： （１）轴承的平均压力P （单位为：Mpa ）][p dBF p ≤= （１５－１） 式中：B —轴承宽度，单位为mm ；][p —轴瓦材料的许用应力，单位为Mpa（２）轴承的pv 值（单位为：s m Mpa /．）][19100100060pv BFn dn Bd F pv ≤=⨯=（１５－２） 式中：v —轴颈圆周速度，单位为s m /（３）滑动速度v （单位为：s m /） ][v v ≤ （１５－３）非液体摩擦滑动轴承的计算内容是：限制压强p ，以保证润滑油不被过大的压力挤出，使得轴瓦不至于过度磨损。
《机械基础》课件——第十五章 轴
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
轴
第十五章 轴
2）其它：由轴上零件相对位置定。
LII
5-10 C2 C1 L
l1 e0 e m B 3
LII=l1+e0+e+m
箱体内壁到轴承 端面的距离： 3=10-15mm（脂） 3= 3- 5mm（油）
箱体内壁到齿轮 端面的距离： 2=10-15mm
第十五章 轴
轴结构设计具体考虑的几个问题（具体） （一）拟定轴上零件的装配方案； （二）轴和轴上零件的定位； （三）轴和轴上零件的固定； （四）轴段直径与长度确定； （五）轴的结构工艺性； （六）提高轴强度的常用措施。
装配过程：
第十五章 轴
第十五章 轴
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。
方案二：
方
需要一个长套
案
筒。长套筒带
一
来几个问题。
方 案 二
第十五章 轴
轴结构设计具体考虑的几个问题（具体） （一）拟定轴上零件的装配方案； （二）轴和轴上零件的定位； （三）轴和轴上零件的固定； （四）轴段直径与长度确定； （五）轴的结构工艺性； （六）提高轴强度的常用措施。
第十五章 轴
(二) 轴及轴上零件的定位
（1）定位轴肩（轴环）
定位：指轴及轴上零件须有准确位置。 优缺点：
方法：
定位方便可靠；
1、轴肩（轴环）：阶梯轴上截面变化处 但轴肩处有应力集中；
轴肩过多不利加工。
高度：
h （0.07～0.1）d； 安滚动轴承处应低于
轴轴承内圈高度。
注意：轴肩处圆角
第十五章 轴
15-1、概述 15-2、轴的结构设计 15-3、轴的计算
第15章 轴 作业题 答案
第十五章 轴 作业题答案一、单项选择题1、工作时只承受弯矩，不传递转矩的轴，称为 A 。
A．心轴 B．转轴C．传动轴 D．曲轴2、采用 A 的措施不能有效地改善轴的刚度。
A．改用高强度合金钢 B．改变轴的直径C．改变轴的支承位置 D．改变轴的结构3、按弯扭合成计算轴的应力时，要引入系数α，这α是考虑 C 。
A．轴上键槽削弱轴的强度 B．合成正应力与切应力时的折算系数C．正应力与切应力的循环特性不同的系数 D．正应力与切应力方向不同4、转动的轴，受不变的载荷，其所受的弯曲应力的性质为 B 。
A．脉动循环 B．对称循环C．静应力 D．非对称循环5、两相对滑动的接触表面，依靠吸附油膜进行润滑的摩擦状态称为 B 。
A、干摩擦B、边界摩擦C、混合摩擦D、液体摩擦6、根据轴的承载情况， A 的轴称为转轴。
A．既承受弯矩又承受转矩 B．只承受弯矩不承受转矩C．不承受弯矩只承受转矩 D．承受较大轴向载荷7、当轴上安装的零件要承受轴向力时，采用 A 来进行轴向固定，所能承受的轴向力较大。
A、螺母B、紧定螺钉C、弹性螺钉8、下列 B 的措施，可以降低齿轮传动的齿面载荷分布系数Kβ。
A、降低齿面粗糙度B、提高轴系刚度C、增加齿轮宽度D、增大端面重合度9、转轴弯曲应力σb的应力循环特性为 A 。
A、r=-1B、r=0C、r=+1D、-1<r<+110、转轴上载荷和支点位置都已确定后，轴的直径可以根据 D 来进行计算或校核。
A、抗弯强度B、抗扭强度C、扭转刚度D、复合强度11、在下述材料中，不宜用于制造轴的是 D 。
A、45钢B、40GrC、QT500D、ZcuSn10Pb112、当采用套筒、螺母或轴端挡圈作轴向定位时，为了使零件的端面靠紧定位面，安装零件的轴段长度应 B 零件轮毂的宽度。
A、大于B、小于C、等于13、在进行轴的疲劳强度计算时，对于一般单向转动的转轴，其扭切力通常按 C 考虑。
A、对称循环变应力B、非对称循环变应力C、脉动循环变应力D、静应力 14、在轴的初步计算中，轴的直径是按 B 初步确定的。
第十五章 轴
T=280000
T 280000 M5 26677 τ a = τ m = 0.5 × = 0.5 × = 7.68MPa σa = = = 2.93MPa 3 3 WT 5 0.2 × 45 W5 0.1× 45
σm = 0
ψ τ ≈ 0.1
将各参数代入后的：
σ −1 275 sσ = = = 34.9 Kσ σ a +ψ σ σ m 2.686 × 2.93
1、按扭转强度条件计算 、
扭转强度条件
（作为转轴初估轴径的依据）
5
P 95.5 × 10 T n ≤ [τ ] τT = = T WT 0.2d 3
MPa
MPa
式中： T
τ T ~扭转切应力
~轴所受的扭矩 Nmm
WT ~抗扭截面模量 mm3 P ~轴传递的功率 kW n ~轴的转速 r/min d ~轴的直径 mm [τ ]T ~许用扭转切应力
指方便于加工、装配、结构尽量简单。主要体现在： 键槽布置在同一直线上 轴肩应有45° 轴肩应有45°导角 磨削段应有砂轮越程槽 螺纹段应有退刀槽 轴上各圆角，导角，宽度尺寸尽量相同
15.3 轴的计算 一、轴的强度计算
• 传动轴：按扭转强度条件计算； • 心轴：按弯曲强度条件计算； • 转轴：按弯扭合成强度条件进行计算，必要时还要进 行疲劳强度校核； • 特例：对瞬时过载很大，较严重的不对称应力循环还 要按其峰尖载荷进行静强度校核 本章主要以转轴为主要讨论对象
则：
d min
3.8 = 110 = 33.88mm 130
3
考虑键槽影响 取：
d min = 33.8 × 0.05 + 33.8 = 35.57mm
d min = 35mm
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§15-1…概述…轴的用途及分类
• 钢丝软轴：又称钢丝挠性轴，具有良好的挠性，可 灵活地将回转运动传递到不开敞的位置。
钢丝软轴的绕制
潘存云教授研制
钢丝软轴 的应用
§15-1…概述…轴设计的主要内容
轴设计的主要内容
– 轴设计应解决的两方面问题
• 轴的工作能力设计 保证轴具有足够的承载能力，根据工作要求对轴 进行强度计算、刚度计算、振动稳定性计算等。 • 轴的结构设计 主要解决轴上零件的安装、拆卸、定位以及轴的 加工制造工艺等问题，结合工作能力计算确定轴的 合理结构形状及各部分尺寸。
§15-2 …轴的结构设计…轴的结构设计的决定因素
轴的结构设计的决定因素
轴的结构设计最终目标：轴的各部分具有合理的形状 和尺寸。 • 主要决定因素： ① 轴在机器中的安装位置和安装形式 剖分式箱体中的轴一般做中间大两头小的阶梯结构； 整体式箱体中的轴一般做由小到大的阶梯结构 ② 轴上零件的类型、尺寸、数量及其与轴的联接方法 齿轮： 齿轮可置于轴的两支承之间或轴一端悬臂处。 皮带轮：为便于安装、调试和防护，一般悬臂布置。 总之：尺寸大的零件靠近支承点，多个零件应考虑如 何布置，轴上零件与轴的配合性质、联接形式 ③载荷大小、性质、方向、分布情况 ④轴的加工工艺性
轴端挡圈
§15-3 …轴的结构设计…轴上零件的定位与固定
③ 弹性挡圈、紧钉螺钉、锁紧挡圈作轴向定位 特点：承受轴向力能力较低，适用于轴向力不大 的场合。
弹性挡圈
紧钉螺定
锁紧挡圈
§15-2 …轴的结构设计…轴上零件的定位与固定
④ 圆锥面定位 特点：多用于承受冲击 载荷和同心度要求较高的 轴端零件。
§15-3
轴的计算
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 9.55 10 6 P [ ] T T 3 WT 0.2d n
MPa
设计公式为： 3 d
各轴段直径和长度的确定
确定轴段直径大小的基本原则： •按轴所受的扭矩估算轴径，作为轴的最小轴径dmin。 •有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。
标准直径应按优先数系选取：
R5 1.00 1.60 2.50 4.00 6.30 10.00 R10 1.00 1.25 1.60 2.00 2.50 3.15 4.00 5.00 6.30 8.00 10.00
具体的 R 、C 值可参考P365页表15-2。必要时在轴径过
渡处设砂轮越程槽和退刀槽 轴肩定位特点：方便、可靠，但轴径的突变会引起应力集 中，轴肩太多加工不便，多用于轴向力较大的场合。
§15-3 …轴的结构设计…轴上零件的定位与固定
• 套筒定位 Ⅳ位 特点：结构简单、定位可靠、轴上不需开槽、钻 孔、切制螺纹，对轴的强度无影响，多用于轴上两 零件之间的定位。但当轴的转速较高、轴上两零件 间距离太大时不适用。 套筒
§15-3 …轴的结构设计…轴上零件的定位与固定
• 其他定位与固定方法 ① 圆螺母：可承受较大的轴向力，但因切制螺纹而 易引起应力集中，降低轴的疲劳强度，多用于固定 轴端零件，也可用于不宜用套筒的轴上零件（相距 较远） 双圆螺母
§15-3 …轴的结构设计…轴上零件的定位与固定
② 轴端挡圈 Ⅵ位 特点：可承受较大轴向力，但应在轴端面上加工 螺纹孔，用螺钉固定，皮带轮、联轴器等常用。
§15-1…概述…轴设计的主要内容
– 轴设计的一般步骤及特点
根据承载特点，可把传动轴和心轴看作转轴的特例，下 面以转轴为例介绍轴的设计。轴设计的一般程序 ① 选择轴的材料及热处理要求，初定轴径大小 ② 结构设计，画草图，确定轴的轴向及径向尺寸， 得到轴的跨距和力的作用点 ③ 计算当量弯矩，进行轴的校核计算。 如有问题，修改轴径，重复②、③步，直到满足设计 要求。 特点：设计过程中，结构设计和校核计算交叉进行。
第十五章
概述 轴的结构设计 轴的计算
轴
§15-1
轴的用途及分类 轴设计的主要内容 轴的材料
概述
§15-1…概述…轴的用途及分类
轴的用途及分类
– 轴的功用
支撑回转零件，传递运动和动力。
– 轴的分类
• 按轴承受载荷不同分类 ①转轴：既承受弯矩又承受转矩的轴，如齿轮轴
带式运 输机
§15-3 …轴的结构设计…轴上零件的定位与固定
① 非定位轴肩 为加工装配方便设定，高度及过 渡部位无特殊要求，但不应引起过大的应力集中， 高度取1～2mm。
⑥
Ⅰ
Ⅱ
③
④
Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ
§15-3 …轴的结构设计…轴上零件的定位与固定
② 定位轴肩
①
Ⅰ
②
Ⅱ
Ⅲ Ⅳ
⑤
Ⅴ
Ⅵ
①
②
⑤
轴承定位轴肩
齿轮定位轴肩
半联轴器定位轴肩
双万向联轴器中间轴
发动机 传动轴 后桥
§15-1…概述…轴的用途及分类
• 按轴线形状分类 ① 曲轴：通过连杆可将旋转运动转化为直线运动或 将直线运动转化为旋转运动。如汽车发动机曲轴。
潘存云教授研制
§15-1…概述…轴的用途及分类
② 直轴，又分为光轴、阶梯轴，实心轴、空心轴 光轴：轴上零件不易装配定位，主要用于心轴和传 动轴 阶梯轴：轴上零件易于装配定位，转轴多为阶梯轴
方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，加工工艺复杂，且质量较大， 故不如方案一合理 。
§15-3 …轴的结构设计…轴上零件的定位与固定
轴上零件的定位与固定
– 轴上零件的轴向定位与固定
• 轴肩 分两种：非定位轴肩③④⑥和定位轴肩①②⑤。 轴肩定位特点：方便、可靠，但轴径的突变会引起 应力集中，轴肩太多加工不便，多用于轴向力较大 的场合。
§15-2 …轴的结构设计…轴的结构设计的主要要求
• 轴的结构设计的主要要求： 轴的结构没有标准的形式，应视具体情况设计，但都 应满足如下要求： ① 轴应便于加工，轴上零件应便于拆卸（制造安 装要求） ② 轴和轴上零件应有准确的工作位置（定位要求） ③ 各零件要牢固而可靠地相对固定（固定要求） ④ 轴的受力应合理，尽量减小应力集中
§15-2 …轴的结构设计…各轴段直径和长度的确定
• 轴上键槽：用键槽铣刀加工的键槽两端应力 集中较大；，用盘铣刀加工的键槽两端应力 集中较小，渐开线花键比矩形花键齿根应力 集中小。 • 切制螺纹处应力集中大。 • 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽
– 改进轴的表面质量：降低表面粗糙度值，采取 表面强化措施。
§15-3 …轴的结构设计…轴上零件的定位与固定
轴肩的尺寸要求: r <C1 或 r < R
h C C11
D r d D
b
h
r R R
d
h=（D-d）/2≈(0.07d+3)~(0.1d+5)mm 或：h=C或R+2～3mm 或：h=2～3（C或R） b≈1.4h(与滚动轴承相配合处的h和b值,见轴承标准)
选材时主要依据强度和耐磨性，一般条件下 刚度不是选材的主要依据。 – 高强度铸铁 常选用球墨铸铁做曲轴等结构形 状复杂的轴
§15-2
轴的结构设计
轴的结构设计的决定因素 拟订轴上零件的装配方案 轴上零件的定位和固定 各轴段直径和长度的确定 提高轴的强度的常用措施 轴的结构工艺性
• 过盈配合等配合表面应 尽量短，其前段应减小 直径;或配合表面使用不 同的配合性质。尽量避 免擦伤配合表面。
H7/r6
§15-2 …轴的结构设计…各轴段直径和长度的确定
• 齿轮、联轴器、皮带轮等配合轴段应比轮毂部分长 度短2～3mm，保证定位可靠
§15-2 …轴的结构设计…各轴段直径和长度的确定
已知 条件
选择 轴的 材料
初估 轴径
结构 设计
计算 弯矩
校核 计算
完善 设计
修改直径
§15-1…概述…轴的材料
轴的材料
– 钢材 轴坯常选用轧制圆钢、锻件或直接 选用圆钢
• 碳钢 为一般用途轴的常用材料，常用35、45、50、 Q235 钢正火或调质处理，对应力集中的敏感性较低， 可通过热处理提高耐磨性和疲劳强度。 • 合金钢 一般用于要求传递较大的动力又要求尺 寸小或提高轴径耐磨性及高温下工作的场合。 20Cr、 20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA。但合金钢对应 力集中较敏感。
⑤ 轴承盖 特点：可承受较大的轴 向力，通常通过螺钉或榫 槽与箱体联接，通过轴承可对整个轴起轴向定位 作用
§15-2 …轴的结构设计…各轴段直径和长度的确定
– 零件的周向定位 作用：防止和限制轴上零件与轴发生相对转 动。 常用定位零件：键、花键、销、紧钉螺定、 有时可用过盈配合、型面联接等。
§15-2 …轴的结构设计…各轴段直径和长度的确定
潘存云教授研制
§15-3 …轴的结构设计…拟订轴上零件的装配方案
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。
图示减速器输出轴就 有两种装配方案。 s
潘存云教授研制
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圆锥圆柱齿轮 二级减速器
§15-3 …轴的结构设计…拟订轴上零件的装配方案
以下以单级圆柱齿轮减速器的输出轴为例介绍结构设计 时应考虑的问题。
§15-2 …轴的结构设计…拟订轴上零件的装配方案
轴端挡圈 带轮 轴承盖
套筒
齿轮 滚动轴承
典型 轴系 结构
§15-3 …轴的结构设计…拟订轴上零件的装配方案
拟订轴上零件的装配方案
装配方案包括：轴上主要零件的装配方向、装配顺序和相互关系。 装配顺序：齿轮位于中间，向左：轴承、轴承盖；向右：轴承、轴承盖、 半联轴器，考虑齿轮与轴承的定位与固定，齿轮与轴承间装有套筒。 轴的各段粗细顺序有了初步安排。