轴的设计
机械工程中的轴的设计与优化
机械工程中的轴的设计与优化在机械工程中，轴是一种常见且重要的零件，它承载着传动力和扭矩，将动力从一个地方传递到另一个地方。
轴的设计与优化对于机械系统的性能和可靠性至关重要。
本文将探讨轴的设计原则、材料选择以及优化方法。
一、轴的设计原则在设计轴时，有几个原则需要遵循。
首先是强度原则，轴必须足够强以承受所施加的载荷。
这可以通过计算所需的最大弯曲应力和剪切应力来确定轴的尺寸和形状。
其次是刚度原则，轴必须具有足够的刚度以保持传动系统的准确性和稳定性。
刚度可以通过增加轴的直径或改变轴的截面形状来提高。
最后是轻量化原则，轴应该尽可能轻量化，以减少系统的惯性负载和能耗。
二、轴的材料选择轴的材料选择是轴设计的重要一环。
常见的轴材料包括钢、铝合金和钛合金。
钢是最常用的轴材料，因为它具有良好的强度、刚度和耐磨性。
铝合金轴适用于重量要求较低的应用，它具有较低的密度和良好的耐腐蚀性。
钛合金轴则具有极高的强度和轻量化特性，但成本较高。
在选择轴材料时，需要考虑载荷、工作环境和成本等因素。
三、轴的优化方法轴的优化方法可以分为几个方面。
首先是几何形状的优化，通过改变轴的截面形状和尺寸，可以提高轴的强度和刚度。
例如，采用变径轴设计可以在轴的不同部位提供不同的强度和刚度。
其次是材料的优化，通过选择合适的材料和热处理工艺，可以提高轴的强度和耐磨性。
例如，采用表面渗碳处理可以增加轴的硬度和耐磨性。
最后是结构的优化，通过改变轴的结构形式，如中空轴、薄壁轴等，可以实现轻量化和刚度的平衡。
除了上述的设计原则和优化方法，还有一些其他的注意事项需要考虑。
例如，轴的表面质量和光洁度对于传动系统的性能和寿命有重要影响。
因此，在加工和装配过程中，需要注意轴的表面处理和润滑。
此外，轴的安装和对中也是轴设计中的重要环节，合理的轴承选择和安装方法可以减少轴和轴承的磨损和故障。
综上所述，轴的设计与优化在机械工程中具有重要意义。
合理的轴设计可以提高机械系统的性能和可靠性，同时满足轻量化和刚度的要求。
轴设计
轴设计主要内容1、轴的结构设计：影响轴结构的因素；轴的台阶化设计；轴的设计步骤。
2、轴的强度与刚度计算：轴上载荷及应力分析；轴的强度计算、刚度计算等。
基本要求1、了解轴的功用、类型、特点及应用。
2、掌握轴的结构设计方法。
3、掌握轴的三种强度计算方法：按扭转强度计算、按弯扭合成强度计算、按疲劳强度进行安全系数校核计算。
重点难点1、轴的结构设计，强度计算。
2、转轴设计程序问题。
3、弯扭合成强度计算中的应力校正系数 。
§7-1 轴概述一、轴的功能和分类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。
1、按受载情况分根据轴的受载情况的不同轴可分为转轴、传动轴和心轴三类。
转轴：既受弯矩又受转矩的轴；传动轴：主要受转矩，不受弯矩或弯矩很小的轴；心轴：只受弯矩而不受转矩的轴；根据轴工作时是否转动，心轴又可分为转动心轴和固定心轴。
转动心轴：工作时轴承受弯矩，且轴转动固定心轴：工作时轴承受弯矩，且轴固定2、按轴线形状分根据轴线形状的不同轴又可分为曲轴、直轴和钢丝软轴。
图7-2 曲轴曲轴：各轴段轴线不在同一直线上，主要用于有往复式运动的机械中，如内燃机中的曲轴(图7-2)。
图7-3 直轴直轴：各轴段轴线为同一直线。
直轴按外形不同又可分为：光轴：形状简单，应力集中少，易加工，但轴上零件不易装配和定位。
常用于心轴和传动轴(图7-3左)。
阶梯轴：特点与光轴相反，常用于转轴(图7-3右)。
图7-4 钢丝软轴钢丝软轴：由多组钢丝分层卷绕而成，具有良好挠性，可将回转运动灵活地传到不开敞的空间位置。
二、轴的材料及选择轴的材料种类很多，选择时应主要考虑如下因素：1、轴的强度、刚度及耐磨性要求；2、轴的热处理方法及机加工工艺性的要求；3、轴的材料来源和经济性等。
轴的常用材料是碳钢和合金钢。
碳钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过热处理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最广，一般用途的轴，多用含碳量为0.25～0.5%的中碳钢。
轴设计的主要内容和轴的设计步骤
轴设计的主要内容和轴的设计步骤轴设计是机械设计中十分重要的一部分，它直接关系到机械系统的性能和寿命。
轴的设计需要考虑多方面因素，包括载荷、转速、材料强度和刚度等。
在进行轴设计时，一般可以遵循以下步骤：步骤一：确定轴的基本参数在开始设计之前，需要明确轴的功能和使用要求，并确定关键参数，包括轴的类型、长度、直径等。
此外，还要考虑系统的使用条件，如载荷、转速、工作环境等。
步骤二：选择材料材料的选择是轴设计非常重要的一部分。
要选择合适的材料，需要考虑载荷、转速、工作温度等因素。
通常，常用的轴材料有碳钢、合金钢、不锈钢和铝合金等。
步骤三：计算载荷根据轴所承受的载荷，可以进行静力学和强度学的计算。
静力学计算主要包括转矩、弯矩和扭矩等，而强度学计算则包括轴的强度和刚度等。
步骤四：计算尺寸在计算尺寸时，需要根据载荷和材料的强度来确定轴的直径。
直径的选择要满足强度和刚度要求，并考虑到材料的废料和经济性。
步骤五：计算转速转速是轴设计中的重要参数之一。
要保证系统的正常运行，需要根据转速和轴材料的强度来选择合适的直径和材料。
步骤六：进行验算设计完成后，还需进行验算，包括强度验算、刚度验算等。
强度验算主要是对轴的强度进行验证，以确保它能够承受所需的载荷。
而刚度验算主要是对轴的刚度进行验证，以满足系统运动的要求。
步骤七：进行优化根据验算结果，进行必要的优化。
可以通过增加轴的直径、改变材料或者增加支撑点等来改善轴的性能。
步骤八：绘制图纸设计完成后，需要绘制详细的轴图纸。
图纸上应包含轴的主要尺寸、材料、工艺要求等。
步骤九：选择工艺在轴设计完成后，还需要选择合适的工艺进行制造。
常用的轴制造工艺包括铸造、锻造、机械加工等。
轴设计的主要内容包括确定轴的基本参数、选择合适的材料、计算载荷、计算尺寸、计算转速、进行验算、进行优化、绘制图纸以及选择合适的制造工艺。
通过这些步骤，可以设计出满足系统要求的轴，确保机械系统的正常运行。
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。
轴 的 设 计
圆螺母
可承受较大轴向力 螺纹处应力集中较大 两零件的间距较大时，可用圆螺母定位 防松措施
2～3
弹性挡圈、紧钉螺钉、锁紧挡圈
可承受不 大轴向力
锁 紧 挡 圈
弹 性 挡 圈
紧 钉 螺 钉
圆 锥 面 定 位
机械设计基础
②确定各轴段的直径。如下图所示，轴段①（外伸端） 直径最小，d１＝35mm；
考虑到要对安装在轴段①上的联器进行定位， 轴段②上应有轴肩，同时为能很顺利地在轴段②上 安装轴承，轴段②必须满足轴承内径的标准，故取 轴段②的直径d２=40mm；
用相同的方法确定轴段③、④的直径d３＝ 45mm、d４＝55mm；为了便于拆卸左轴承，可 查出6208型滚动轴承的安装高度为35mm，取d５ ＝47mm。
③确定各轴段的长度。齿轮轮毂宽度为60mm， 为保证齿轮固定可靠，轴段③的长度应略短于齿轮轮 毂宽度，取为58mm；为保证齿轮端面与箱体内壁不 相碰，齿轮端面与箱体内壁应留有一定的间距，取该 间距为15mm；为保证轴承安装在箱体轴承座孔中（ 轴承宽度为18mm），并考虑到轴承的润滑，取轴承 端面距箱体内壁的距离5mm，所以轴段④的长度取为 20mm，轴承支点距离d＝118mm；
根据箱体结构及联轴器距轴承盖要有一定距离的 要求，取d′＝75mm；查阅有关的联轴器手册取d″为 70mm；在轴段①③上分别加工出键槽，使两键槽处 于同一圆柱母线上，键槽的长度比相应的轮毂宽度小 约5～10mm，键槽的宽度按轴段直径查手册得到。
④选定轴的结构细节，如圆角、倒角、退刀槽 等的尺寸。按设计结果画出结构草图，如上图 所示。
解： （１）选择轴的材料，确定许用应力。由已知条件 知减速器传递中小功率，对材料无特殊要求，故选 用４５钢并经调质处理。由表10.4查得强度极限σs ＝６５０MPa，由表10.2得许用弯曲应力［σ－１］ ＝６０MPa。
轴的设计知识范文
轴的设计知识范文轴是一种用于传递和转动动力的机械元件，广泛应用于各个行业和领域。
在轴的设计中，需要考虑到材料的选择、尺寸的确定、结构的设计等因素。
本文将介绍轴的设计知识，并详细讨论这些因素。
首先，材料的选择对轴的设计至关重要。
常见的轴材料有钢、铜、铝等。
钢材具有优异的机械性能，强度高、刚性好，因此常被用于制作轴。
在选择材料时，不仅需要考虑到材料的机械性能，还需要考虑到材料的耐磨性、耐腐蚀性等特性，以满足实际应用的需求。
其次，尺寸的确定也是轴设计的关键。
轴的尺寸设计包括直径、长度、轴颈位置等方面。
首先，轴的直径应根据承载力和刚度要求进行确定。
一般来说，轴的直径越大，其承载能力越高，但同时也会增加轴的重量和制造成本。
此外，轴的长度也需要根据应用需求进行合理设计。
如果轴过长，容易发生挠曲和变形；如果轴过短，会影响其刚度和承载能力。
轴颈位置的确定则与安装和传动装置的设计相关，需要综合考虑到传递力矩和受力平衡等因素。
结构的设计也是轴设计的关键。
具体而言，结构设计包括轴上的各种传动部件（如键槽、轴肩等）和连接方式（如销轴、铆接、焊接等）。
为了确保轴与其他零件的连接可靠性，需要选用合适的连接方式。
例如，大型机械设备通常采用销轴连接，而小型机械设备则常采用铆接或焊接连接。
此外，为了提高轴的刚度和耐疲劳性能，设计者还可以采用加强筋、斜槽等措施。
另外，轴的表面处理也是轴设计的一个重要环节。
轴的表面处理可以改善其表面质量、硬度和耐磨性。
常见的轴表面处理方法包括热处理、渗碳、表面镀层等。
其中，最常用的是热处理，通过控制轴的加热温度和冷却方式，可以改变轴的组织结构，提高其硬度和耐磨性。
除了上述基本的设计知识外，还有一些注意事项需要考虑。
首先，轴与轴承的配合是轴设计中的一个重要环节。
轴与轴承的配合直接影响轴的运转和使用寿命。
其次，需要注意轴的平衡性。
由于轴承的存在，轴在运转时会产生一定的离心力。
如果轴的质量分布不均匀，会导致轴的弯曲和振动，从而影响轴的运转稳定性。
轴的设计与校核
2.1.1概述轴是机械中非常重要的零件，用来支承回转运动零件，如带轮、齿轮、蜗轮等，同时实现同一轴上不同零件间的回转运动和动力的传递。
1. 轴的分类根据工作过程中轴的中心线形状的不同，轴可以分为：直轴和曲轴。
根据工作过程中的承载不同，可以将轴分为：∙传动轴：指主要受扭矩作用的轴，如汽车的传动轴。
∙心轴：指主要受弯矩作用的轴。
心轴可以是转动的，也可以是不转动的。
∙转轴：指既受扭矩，又受弯矩作用的轴。
转轴是机器中最常见的轴。
根据轴的外形，可以将直轴分为光轴和阶梯轴；根据轴内部状况，又可以将直轴分为实心轴和空。
2. 轴的设计⑴ 轴的工作能力设计。
主要进行轴的强度设计、刚度设计，对于转速较高的轴还要进行振动稳定性的计算。
⑵ 轴的结构设计。
根据轴的功能，轴必须保证轴上零件的安装固定和保证轴系在机器中的支撑要求，同时应具有良好的工艺性。
一般的设计步骤为：选择材料，初估轴径，结构设计，强度校核，必要时要进行刚度校核和稳定性计算。
校核结果如不满足承载要求时，则必须修改原结构设计结果，再重新校核。
3. 轴的材料轴是主要的支承件，常采用机械性能较好的材料。
常用材料包括：∙碳素钢：该类材料对应力集中的敏感性较小，价格较低，是轴类零件最常用的材料。
常用牌号有：30、35、40、45、50。
采用优质碳钢时，一般应进行热处理以改善其性能。
受力较小或不重要的轴，也可以选用Q235、Q255等普通碳钢。
∙合金钢：对于要求重载、高温、结构尺寸小、重量轻等使用场合的轴，可以选用合金纲。
合金钢具有更好的机械性能和热处理性能，但对应力集中较敏感，价格也较高。
设计中尤其要注意从结构上减小应力集中，并提高其表面质量。
∙铸铁：对于形状比较复杂的轴，可以选用球墨铸铁和高强度的铸铁。
它们具有较好的加工性和吸振性，经济性好且对应力集中不敏感，但铸造质量不易保证。
2.1.2 轴的结构设计根据轴在工作中的作用，轴的结构取决于：轴在机器中的安装位置和形式，轴上零件的类型和尺寸，载荷的性质、大小、方向和分布状况，轴的加工工艺等多个因素。
轴的设计
1.轴的用途及分类轴是组成机器的主要零件之一。
一切作回转运动的传动零件（例如齿轮，涡轮等），都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。
因此轴的主要功用是支承回转零件及传递运动的动力。
按照承受载荷的不同，轴可分为转轴、心咒和传动轴三类。
工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。
这类轴在各种机器中最为常见。
只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。
心轴又分为转动心轴和固定心轴。
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。
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。
光轴形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上的零件不易装配及定位；阶梯轴则正好与光轴相反。
因此光轴主要用于心轴和传动轴，阶梯轴则常用于转轴。
直轴一般都制成实心的。
在那些由于机器结构的要求而需在轴中装设其他零件或者减小轴的质量具有特别重大作用的场合，则将轴制成空心的。
在空心轴内径与外径的比值通常为0.5~0.6，以保证轴的刚度及扭转稳定性。
此外，还有一种钢丝软轴，又称钢丝挠性轴，它是由多组钢丝分层卷绕而成的，具有良好的挠性，可以把回转运动灵活的传到不开敞的空间位置。
2.轴设计的主要内容轴的设计也和其他零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。
轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。
轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等。
因此，轴的结构设计是轴设计中的重要内容。
轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。
多数情况下，轴的工作能力取决于轴的强度。
这时只需要对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。
而对刚度要求高的轴（如车床主轴）和受力很大的细长轴，还应进行刚度甲酸，以防止工作时产生过大的弹性变形。
轴设计的主要内容和轴的设计步骤
轴设计的主要内容和轴的设计步骤一、轴设计的主要内容轴是指工程、机械、汽车等设备中用来传递动力和承受载荷的一个重要组成部分。
轴的设计是指根据设备的工作原理、运行条件、载荷等要求，确定轴的几何形状、尺寸、材料等参数的过程。
良好的轴设计能够保证设备的稳定运行和寿命，提高设备的性能和效率。
轴设计的主要内容包括轴的几何形状、尺寸、材料和连接方式等方面。
1. 轴的几何形状：轴的几何形状通常是圆柱形，也可以是多边形、椭圆形等。
合理的几何形状能够降低应力集中，提高轴的强度和刚度。
2. 轴的尺寸：轴的尺寸包括直径、长度等参数。
根据设备的功率、转速、载荷等要求，确定轴的尺寸，确保轴的强度和刚度满足设计要求。
3. 轴的材料：轴的材料选择应根据设备的工作条件和要求进行。
常用的轴材料有碳素钢、合金钢、不锈钢等。
根据不同的工作条件，选择合适的轴材料，以满足轴的强度和耐磨性等要求。
4. 轴的连接方式：轴的连接方式是指轴与其他部件（如轴套、轴承、齿轮等）的连接形式。
常见的连接方式有键连接、螺纹连接、温度收缩连接等。
根据设备的工作负荷和要求，选择合适的连接方式，确保连接的牢固性和可靠性。
二、轴的设计步骤轴的设计是一个复杂的过程，需要根据具体设备的工作要求和条件来进行。
一般而言，轴的设计步骤包括设计任务确认、轴的受力分析、轴的尺寸计算、轴的校核和轴的优化设计等。
1. 设计任务确认：在轴的设计前，需要明确设计的任务和要求。
包括设备的工作条件、载荷特点、工作环境等方面的要求。
根据这些要求，确定轴的设计指标，为后续的设计提供依据。
2. 轴的受力分析：根据受力分析原理，对轴的受力情况进行计算和分析。
考虑到设备的工作条件和载荷特点，确定轴的受力形式和大小。
根据受力分析结果，选取合适的材料和几何形状。
3. 轴的尺寸计算：根据轴的受力分析结果，进行轴的尺寸计算。
轴的尺寸计算包括轴径的确定、轴长的确定和轴的过盈量的确定等。
根据设备的工作要求和载荷特点，计算得到轴的合理尺寸。
轴的结构设计
轴的设计1.轴的功用1）支撑回转零件2）传递运动和转矩。
2.轴设计时要解决的问题1）结构问题，确定轴的形状和尺寸；2）强度问题，防止轴发生疲劳断裂；3）刚度问题，防止轴发生过大的弹性变形；4）振动稳定性问题，防止轴发生共振。
3.轴结构应满足的要求1）加工工艺性好；2）便于轴上零件装拆；3）轴上零件要有准确的定位；4）轴上零件要有可靠的固定。
4.轴上零件的轴向定位和固定1）轴肩或轴环定位轴肩：h＝(0.07~0.1)d＞R或C；非定位轴肩：h＝1～2 mm，作用是便于轴上零件的装拆；轴环宽度一般取：b =1.4 h；滚动轴承的定位轴肩或轴环高度－查标准；2）套筒对轴上零件起固定作用，常用于近距离的两个零件间的固定。
3）圆螺母用于轴上两零件距离较远时，或轴端。
需切制螺纹，削弱了轴的强度。
4）弹性挡圈需切环槽，削弱了轴的强度。
承受不大的轴向力。
5）轴端挡圈用于固定轴端零件，能承受较大的轴向力。
常配合锥面使用。
5.轴上零件的周向固定防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩。
常用的周向固定方法：平键、花键、紧定螺钉。
6.轴的强度计算1）按扭转强度计算式中，系数C 与轴的材料和承载情况有关，查表。
弯矩相对转矩较小或只受转矩时，C 取小值；弯矩较大时，C 取大值；扭转强度公式一般用来初算轴的直径，计算出的d 作为受扭段的最小直径d min；若该轴段有一个键槽，d 值增大5% ，有两个键槽，增大10%。
2）按弯扭合成强度计算由于σb 与τ的循环特征可能不同，需引进校正系数α将τ折合成对称循环变应力。
式中，M e为当量弯矩。
7.轴的设计步骤1）根据功率P 和转速n ，用扭转强度公式初算受扭段的最小直径d min；2）根据初算轴径，进行轴的结构设计；3）按弯扭合成强度校核轴的危险截面（N则返回步骤2）；4）将d min 圆整成标准直径。
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.
27
三. 轴的结构工艺性——便于加工、测量、维修及轴上零件的拆装
一）轴的加工工艺性要求 1. 不同轴段的键槽，应布置在轴的同一母线上，
以减少键槽加工时的装卡次数；
a. 正确结构
b.不正确结构
.
28
2. 需磨制轴段时，应留砂轮越程槽；需车制螺纹的轴段，应 留螺纹退刀槽。
0.8
砂轮越程槽
螺纹退刀槽
B
轴肩 止动垫片
止动销
止动销
止动垫片
螺钉
轴端挡圈
l
轴端挡圈
螺钉
注意：轮毂宽度B>轴头长度.l ，取l = B- （1~2）mm 23
4．圆锥面-----装拆方便，宜用于高速、重载及零件对中性
要求高的场合。
锥面
止动垫片
螺钉 轴端挡圈
.
24
5．圆螺母与止动垫圈----------固定可靠，可承受较大的轴 向力，但需切制螺纹和退刀槽，会削弱轴的强度。
44
三． 按弯、扭合成强度计算 —— 用于转轴强度计算
强度计算的前提条件：轴的结构设计初步完成，支承点位置 确定，支反力可求。
转轴危险截面
弯曲应
力：b
M W
1 d3 10
上的应力状态
扭剪应力：T
T WT
1d3 5
根椐第三强度理论转轴危险截面上的应力：
c b24T2 W M 24 W T T 2M W 2 T2M W c
3）半轴径环R；宽度b—— b1.4h
.
21
2．套筒------- 常用于两个近距离的零件之间，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。 套筒 B
l
注意：轮毂宽度B > 轴头长度l，取l = B -（1~2）mm
.
22
3．轴端挡圈------- 常与轴肩或锥面联合使用，固定零件稳 定可靠，能承受较大的轴向力：
由于轴的各剖面的当量弯矩和直径不同，因此轴的危险剖
面在当量弯矩较大或轴的直径较小处。一般选一个或二个危险剖
面核算。
2) 若验算轴的强度不够，即
c 1b , 则可用增大轴的直径、
改用强度较高的材料或改变热处理方法等措施来提高轴强度；
3) 若 c 比 1b小很多时，是否要减小轴的直径，应综合考虑
其他因素而定。有时单从强度观点，轴的尺寸可以缩小，不过却 受到其他条件的限制。例如刚度、振动稳定性、加工和装配工艺
轴的刚度计算 轴的稳定性计算
有特殊要求时
.
12
三.轴的材料及选择
(1) 碳素钢 优质碳素钢：35、45、50等 45钢使用最广泛 普通碳素钢：Q235A等
特点
强度、刚度、塑性和韧性等综合机械性能好 应力集中敏感性小 热处理后提高耐磨性、疲劳强度
.
13
(2) 合金钢
用于高速、重载、较重要的轴 常用40Cr、40MnB、20CrMnTi等
毛坯
圆钢棒料 尺寸小的轴 锻造毛坯 尺寸较大或为提高强度的轴
焊接毛坯 大件锻造困难
铸造毛坯. 形状复杂的轴、空心轴等
15
§2 轴的结构设计
轴的结构设计主要取决于轴在机器中的 安装位置及形式，轴上零件的定位、固定 以及联接方法，轴所承受的载荷，轴的加 工工艺以及装配工艺要求等
如果轴的结构设计不合理，可能会影响 轴的工作能力，增加轴的制造成本或轴上 零件装配的困难。因此轴的结构设计是轴 设计中的重要内容
§1 概 述
一.轴的功用：
1.支承作回转运动的零件（齿轮、蜗轮、带轮、链轮等）； 2.传递运动和动力；
.
6
二. 轴的分类
光轴
直 轴 按 轴 的 形 状
曲轴
阶梯轴 空心轴
.
7
按轴工作 心轴——只受弯矩M的轴，如滑轮轴、自行车前
时受载情
轮轴
况
传动轴——只受扭矩T，或少量弯矩（轴自重引 起）如汽车双万向联轴器的中间轴
r=1 许用弯 应力
[σ +1]b
r=0 r=-1 许用弯 许用弯 应力 应力
[σ 0]b [σ -1]b
碳 素 45 钢
正 火
≼100
170～ 217
600
300
275
调质调质
≼≼220000
221177 ～～
650 360 300
140 196 155 216
93 98
54 59
225555
241 ～
P ——轴传递的功率（KW）；
[τТ]
——轴的许用扭剪应力（MPa）；
.
41
设计计算式：
对于实心圆轴：
dca3
5 9551003PA3
[T]
n
pmm n
A——与轴的材料有关的系数，查表11-1。
计算说明：
1）求得的d为受扭部分的最小直径，通常为轴端； 2）该轴段有键槽适当加大直径，单键槽增大5%。 双键槽增大10%，将所计算的直径圆整为标准值即：
根部等会产生应力集中。
轴的应力集中 a）截面尺寸变化处的应力集中 发生的位置 b）过盈配合处的应力集中
c）小孔处的应力集中
a）截面尺寸变化处 的应力集中
b）过盈配合处的应力集中
.
c）小孔处的应力集中
39
减小应力集 当过渡圆角半径受限制时用凹切圆角、过渡肩环
中的措施
对于过盈配合的轴段，在轴上或轮毂上开减载槽
1.轴肩（或轴环）
由 r
过渡圆角r
组成 b
h
h
r
R
D c
d D
d
2）特轴点肩：轴向定定位位定0可.和轴位1靠)固肩轴d，或定肩能D：=承d过+受(渡5较-圆1大0角)的mrm轴<C向(或载R荷) ，,通用轴常于环取各h类=(零0.件07的- 轴 注环意高事度项h： 滚动轴承： 按轴承型号查标准
1）轴的过非渡定圆位角轴半肩径：r—为—使应零件小装于拆轴方上便零，件取的h倒=角(1C～或2.圆5)角mm
.
37
5. 改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度
轴的表面粗糙度和表面强化处理方法对轴的 疲劳强度有影响。轴的表面越粗糙，疲劳强度也越 低。
表面强化处理的方法有：表面高频淬火等热 处理；表面渗碳、氰化、氮化等化学热处理；碾 压、喷丸等强化处理。
.
38
二）减小轴的应力集中——轴的剖面变化处、轴毂配合面的边缘键槽
固定心轴
M不变： [σb]= [σ+1 b] M变化： [σb] = [σ0 b]
查表
转动心轴：rσ=-1 [σb] = [σ-1]
.
43
表1 轴的常用材料及主要机械性能
材料
类 牌号 别
热 毛坯
处 直径 理 /mm
硬度 强度 /HBS 极限
σb
屈服 极限
σS
主要机械性能
弯曲 疲劳 极限
σ-1
剪切 疲劳 极限 τ-1
.
19
二.轴的结构设计应考虑的主要因素
1.保证轴上零件的定位和固定可靠； 2.便于轴上零件的装拆和调整； 3.良好的加工工艺性； 4.有利于提高轴的强度和刚度（轴的受
力合理、应力集中小）。
三. 零件轴向固定
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。
.
20
二）常用轴向固定
定位高度h
°
凹切圆角
过渡肩环
.
减载槽
40
§ 3 轴的强度计算
一.按扭转强度计算——适用于传动轴、转轴初算
扭转强度条件：T
T WT
9550103 P
WT n [T]
式中：
T ——轴的扭剪应力（MPa）；
T ——轴传递的转矩（N·mm）；
WT ——轴的抗扭剖面系数（mm3），对于实心圆轴，
WT1d36d530.2d3
F
F
不合理结构
.
合理结构
31
2.使转矩合理分配
输出轮输入轮1Fra bibliotek输出轮 输入轮 输出轮
Tmax= T2 + T3 + T4
Tmax= T3 + T4
不合理的布置
.
合理布置
32
3. 改进轴上零件结构减轻轴的载荷
齿轮
轴承
螺栓
卷筒
齿轮 轴承
卷筒
齿轮
卷筒轴只受弯矩
齿轮
卷筒轴既受弯又受扭
.
33
.
34
4. 改进轴的结构以减小应力集中的影响
转轴——既受弯矩，又受转矩的轴，如齿轮减速
器中装齿轮的轴。
转动心轴
.
固定心轴
8
万向联轴器的中间轴
传动轴
.
9
转 轴.
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
10
特殊用途的轴——如钢丝软轴
驱动装置
动力源
接头
设备 设备
接头
钢丝软轴 （外层为护套）
.
11
轴的设计步骤
选材 初定轴的最小直径
轴的结构设计
轴的强度计算
轴上零件的定位和固定 加工和装配的工艺性 提高轴强度的结构措施
B
圆螺母
止动垫圈
l
止动垫圈
注意：零件宽度B > 轴长度l. ，取l = B-（1~2）mm
25
6．弹性挡圈---------结构简单，但在轴上需切槽，会引起 应力集中，一般用于轴向力不大的零件的轴向固定。
B
弹性挡圈
l
注意：零件宽度B > 轴长度l ，取. l = B-（1~2）mm
26
7．紧定螺钉-----结构简单，可兼作周向固定，传递不大的 力或力矩，不宜用于高速。