轴的分类
机械基础轴详解
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。
轴的分类
一、轴的分类和应用特点
轴按其轴线形状不同，轴有直轴、曲轴和软轴。
1、直轴
按其承载情况不同可分为传动轴、心轴和转轴。
传动轴：主要承受转矩作用的轴，如汽车的传动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 心轴：只承受弯矩作用的轴，如自行车前轮轴 转轴：既承受弯矩又承受转矩作用的轴，如卷扬机的小 齿轮轴
1、直轴 根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴两种。 根据轴的结构，可分为实心轴和空心轴。
2、曲轴
曲轴是内燃机、曲柄压力机等机器中用于往复 运动和旋转运动相互转换的专用零件，它兼有 转轴和曲轴的双重功能。
3、软轴
软轴具有良 好的挠性， 它可以把回 转运动灵活 地传到任何 空间位置。
普通车床主轴 转轴 直轴 阶梯轴
电动机轴
转轴 直轴 阶梯轴
行车吊钩轴
心轴 直轴 光轴
轴
第十一章轴1-1 基础知识一、轴的分类、材料及设计准则1．轴的分类轴是组成机器的主要零件之一。
其主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。
按照承受载荷的不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴三类。
工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。
只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。
只承受扭矩而不承受弯矩（或弯矩很小）的轴称为传动轴。
轴还可按照轴线形状的不同，分为曲轴和直轴两大类。
曲轴通过连杆可以将旋转运动改变为往复直线运动，或作相反的运动变换。
直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴两种。
2．轴的常用材料轴的常用材料主要采用碳素钢和合金钢。
碳素钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较小，所以应用较为广泛。
合金钢具有较高的机械强度，可淬性也较好，可在传递大功率并要求减轻重量和提高轴颈耐磨性时采用。
常用钢材有：1）优质碳素钢35，40，45，50钢等，其中最常用的是45钢；2）合金结构钢20Cr，40Cr，35CrMO，40MnB，40CrNi等。
对于不重要的或受力较小的轴以及一般的传动轴可使用Q235，Q255，Q275等普通碳素钢制造。
形状复杂的轴，也可以采用铸钢、合金铸铁和球墨铸铁制造。
在一般工作温度下，各种钢的弹性模量E的数值相差不大，因此选用合金钢，采取热处理方法都只能提高轴的疲劳强度或耐磨性，对提高轴的刚度没有实效。
3．轴的失效形式及设计准则轴在弯矩或扭矩作用下产生的应力一般为变应力，因此轴的主要失效形式是疲劳断裂。
设计时一般应进行疲劳强度校核。
对于瞬时过载很大，应力性质较接近于静应力的轴，可能产生塑性变形，还应按最大载荷进行轴的静强度校核。
对于有刚度要求的轴（如机床主轴，跨度大的蜗杆轴等），应进行刚度计算。
对高转速轴（如汽轮机轴）或载荷作周期性变化的轴，为防止共振，还要进行振动稳定性计算。
轴的设计应满足下列几方面的要求：合理的结构、足够的强度、必要的刚度和振动稳定性及良好的工艺性等。
一般而言，轴的设计主要包括两个方面的内容：轴的结构设计和轴的强度计算。
轴的介绍
四、轴类零件的材料
轴类零件材料的选取，主要根据轴的强度、刚度、耐磨性以及制造工艺性而决定， 力求经济合理。常用的轴类零件材料有 35、45、50优质碳素钢，以45 钢应用最为广泛。 1) 对于受载荷较小或不太重要的轴也可用Q235、Q255等普通碳素钢。 2）对于受力较大，轴向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要求的可采用合金钢。 如40Cr合金钢可用于中等精度，转速较高的工作场合，该材料经调质 处理后具有较好的综合力学性能； 3)选用Cr15、65Mn等合金钢可用于精度较高，工作条件较差的情况，这些材料经 调质和表面淬火后其耐磨性、耐疲劳强度性能都较好； 4)若是在高速、重载条件下工作的轴类零件，选用20Cr、20CrMnTi、20Mn2B等低 碳钢或38CrMoA1A渗碳钢，这些钢度也大大提高，因此具有良好的耐磨性、 抗冲击韧性和耐疲劳强度的性能。 5)球墨铸铁、高强度铸铁由于铸造性能好，且具有减振性能，常在制造外形结构 复杂的轴中采用。特别是我国研制的稀土——镁球墨铸铁，抗冲击韧 性好，同时还具有减摩、吸振，对应力集中敏感性小等优点，已被应 用于制造汽车、拖拉机、机床上的重要轴类零件。
五、加工方法
• 1、外圆表面的加工方法及加工精度 • 轴类、套类和盘类零件是具有外圆表面的典型零件。外 圆表面常用的机械加工方法有车削、磨削和各种光整加 工方法。车削加工是外圆表面最经济有效的加工方法， 但就其经济精度来说，一般适于作为外圆表面粗加工和 半精加工方法；磨削加工是外圆表面主要精加工方法， 特别适用于各种高硬度和淬火后的轴 • 零件精加工；光整加工是精加工后进行的超精密加工方 法（如滚压、抛光、研磨等），适用于某些精度和表面 质量要求很高的零件。由于各种加工方法所能达到的经 济加工精度、表面粗糙度、生产率和生产成本各不相同， 因此必须根据具体情况，选用合理的加工方法，从而加 工出满足零件图纸上要求的合格零件。
轴的分类与结构设计及其应用
②保证零件所需的装配空间、调整空间。应考虑轴 上零件之间的距离及轴上零件与机架之间的距离
4 轴的结构工艺性
主要考虑以下因素： （1） 为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出45的倒角。
（2）需要磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽。 （3） 需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽。
（4） 为了减少装夹工件的时间，同一轴上不同轴段的键 槽应布置在轴的同一母线上。
双圆螺母
④轴端挡圈 只适用于定位轴端零件。
⑤弹性挡圈、紧钉螺钉、锁紧挡圈作轴向定位
特点：承受轴向力能力较差，适用于轴向力不大 的场合。
弹性挡圈
紧钉螺定
锁紧挡圈
6圆锥面定位 特点： ⑥多用于承受冲击
载荷和同心度要求较高的 轴端零件。
⑦ 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
按纯扭T确定dmin
从dmin (处于轴端)开始
轴中间(d )
在确定各轴段直径时应注意的问题；
（1）安装标准件的部位的轴径，应取为相应的标准值。
（2）为了使齿轮、轴承等零件装拆方便，可设置非定位 轴肩。
⑵各轴段长度的确定
轴的各段长度主要是根据轴上零件的宽度及它 们的相对位置来确定。
在确定轴长时注意： ① 为了保证轴向定位可靠，与齿轮和 联轴器等零件相配合部分的轴段长度一 般应比轮毂长度短2 ~ 3mm。
no 验算合格?
yes
结束
3 轴的材料
轴的材料：主要是碳钢和合金钢 轴的毛坯：轧制圆钢：d<100mm，锻件d>100mm ①②..一 传般 递应 大用 动力:4，5钢要(求35减、少50尺代寸用及)，重调量质，正提火 高
轴的分类形式
轴的分类形式
轴的分类形式
1. 根据结构特征：轴可以分为单轴（如火车轴）、双轴（如客车轴）和多轴（如特种车轴），等。
2. 根据用途：可以分为传动轴、传动轴承轴等；
3. 根据轴材质：可以分为钢轴、铸铁轴、锻钢轴、铝合金轴、铜合金轴等；
4. 根据轴形状：可以分为圆形轴和钢条轴，圆形轴又可以分为圆柱轴和花键轴，钢条轴又可以分为同轴轴和斜轴轴等；
5. 根据传动方式：可以分为直接传动轴和间接传动轴；
6. 根据轴长度：可以分为短轴、中轴和长轴。
7. 根据应用环境：可以分为室内轴和室外轴；
8. 根据轴头的形状：可以分为圆头轴、锥形轴、方头轴等；
9. 根据轴头的方向：可以分为直角轴、水平轴、垂直轴、斜角轴等；
10. 根据安装形式：可以分为螺母式轴、铰链式轴和螺栓轴等。
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轴与轴承
图５－１３ 普通平键连接
当轮毂在轴上需沿轴向移动时，可采用导向平键（图5-14），如汽车变速器中 的滑动齿轮与轴之间的连接。导向平键是加长的普通平键，为防止松动，用两个螺 钉固定在轴槽中，为装拆方便，在键的中部制有起键螺孔。轮毂水的键槽与键是间 隙配合，当轮毂移动时，键起导向作用。
若轴上零件沿轴向移动距离长时，可采用如图5-15所示的滑键连接。滑键固定在 轮毂上，随传动零件沿键槽移动。
花键连接已标准化，按齿形不同，分为矩形花键（图5-20a）和渐开线花键 （图5-20b）。矩形花键定心精度高，定心稳定性好，轴和孔的花键齿在热处理 后引起的变形可用磨削的方法消除，齿侧面为两平行平面，加工较易，应用广泛。 渐开线花键的齿廓为渐开线，应力集中比矩形花键小，齿根处齿厚增加，强度高。 工作时齿面上有径向力，起自动定心作用，使各齿均匀承载，寿命长。可用加工 齿轮的方法加工，工艺性好，常用于传递载荷较大、轴径较大、定心精度要求高 的场合。
图5-6 减速器中间轴
1.轴和轴上零件的定位与固定
阶梯轴上截面变化的部位称为轴肩或轴环，它对轴上零件起轴向定位作用。 在图5-6中，带轮、齿轮和右端轴承都是依靠轴肩或轴环做轴向定位的。左端轴 承是依靠套筒定位的。两端轴承盖将轴在箱体上定位。
轴的结构设计就是要定出轴的合理外形和各部分的结构尺寸。 图5-6为圆柱齿轮减速器中间轴的结构图。轴上与轴承配合的部分称为轴颈； 与传动零件，如带轮、齿轮、联轴器配合的部分称为轴头；连接轴颈与轴头的 部分称为轴身。轴的合理结构必须满足下列基本条件： 为了使轴上零件的轮毂端面与轴肩贴紧，轴肩和轴环的圆角半径R必须小于零 件轮毂孔端圆角半径R1或倒角C1（图5-7），其大小要符合标准，否则无法贴紧。 轴肩和轴环的高度h必须大于R1或C1，通常取h=[（0.07d+5）～（0.1 d+5）]mm。 轴环的宽度6≥1.4h。安装滚动轴承处的定位轴肩或轴环高度必须低于轴承内圈 端面高度。
轴的长度和直径比例
轴的长度和直径比例摘要：1.轴的分类及特点2.轴长度与直径比例的重要性3.不同历史时期运动与轴长度直径比例的关系4.科技发展在轴制造中的应用5.轴在各领域的应用案例正文：轴是机械设备中不可或缺的部件，其结构和性能对整个设备的运行起着关键作用。
轴的长度和直径比例在轴的分类和性能方面具有重要意义。
根据轴的长度和直径比例（L/d），可以将轴分为不同类型。
其中，当L/d≥12时，称为长径比轴。
长径比轴在实际应用中具有较高的稳定性、刚度和抗弯强度。
因此，这类轴在各种工程领域中得到了广泛应用。
相反，短径比轴（L/d<12）和超短径比轴（L/d<10）在某些特定场合也有其优势，如轻载、高速和紧凑型设计等。
在历史长河中，不同时期的运动与轴长度直径比例的发展密切相关。
例如，欧洲启蒙运动、智者运动、文艺复兴运动和五四运动等，都对轴制造技术产生了深远影响。
这些运动促使科学家们不断探索新技术，以提高轴的性能和应用范围。
随着科技的飞速发展，细胞工程、基因工程、发酵工程和酶工程等领域的研究取得了重大突破。
科学家们通过采用先进技术手段，成功研制出能够耐酸、耐碱、忍受表面活性剂和较高温度的酶。
这些酶在医疗、食品、环保等领域发挥着重要作用，为人类带来了极大的便利。
在机床领域，主轴作为精密部件，承担着支承传动件、传递转矩的重要任务。
由于主轴需要承受交变弯曲应力，因此对其材料、加工工艺和精度要求极高。
在实际应用中，长径比轴由于其优异的性能，成为了机床主轴的首选。
总之，轴的长度和直径比例在轴的分类、性能和应用方面具有重要意义。
随着科技的不断进步，未来轴制造技术将更加先进，为各个领域带来更多创新成果。
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