机械设计基础 06轴与轴毂联接
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轴和轴毂连接课件
四、 轴毂联接
五、 轴的使用与维护
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任务八轴和轴毂联接
一、轴的功用、分类与选材
1、轴的含义：轴是组成机器的重要零件之一，作回 转运动的零件都要装在轴上来实现其回转运动，大 多数轴还起着传递转矩的作用。轴要用滑动轴承和 滚动轴承来支承。常见的轴有直轴和曲轴，曲轴主 要用于作往复运动的机械中。 2、轴的功用：1）支承回转零件（齿轮、涡轮、带 轮、凸轮等）；2）传递运动和动力。
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轴上零件的轴向定位方法
轴肩或轴环定位
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。
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注意：①为了保证轴上零件紧靠定位轴肩。 应使： r轴<R孔 或 r轴<C孔！ 且： h轴>C孔或 h轴 >R孔 正 确
错 误
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轴向定位和固定——
①
轴肩和轴环
轴肩与轴环——由定位面和过度圆角组成。 为保证零件端面能靠紧定位面，轴肩(环)圆角半径r必须 小于零件毂孔的圆角半径R或倒角高度C1; 轴肩(环)高度 h应大于C1和R，为了有足够的强度来承受轴向力，通常 取h=(0.07~0.1)d。轴环宽度b≥1.4h。
机车车轴为转动心轴
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4、轴的分类：
第一种分类方法是按承载情况分： (3) 心轴——这种轴在回转工作时主要只承受弯矩的 轴称为心轴，如机车车轴， 如自行车的前轴。
机车车轴为转动心轴
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(3) 心轴——这 种轴在回转工 作时主要承受 弯矩的轴称为 心轴，如机车 车轴， 如自行 车的前轴。
轴和轴毂连接
14.2 轴的结构设计
2）轴上零件的其他定位方法
14.2 轴的结构设计
3、轴的结构工艺性
在满足使用要求的情况下，轴形状尽量简单，相邻轴段直径差不宜过大; 对于阶梯轴常设计成两端小中间大的形状，以便于零件从两端装拆
轴端、轴颈和轴肩的过渡部位应有倒角或过度圆角；轴上各段的键槽、圆角半径、倒角、 中心孔等尺寸应尽可能统一; 与标准零件相配合的轴径取为圆整值，轴头的直径应采用标准直径系列，以利于加工和 检验; 当轴上有多处键槽时，应使各键槽位于轴的同一母线上；
二）按轴的受载情况不同分类
1.心轴：只承受弯矩不承受扭矩的轴，主要用于支承回转零件。 2.传动轴：只承受扭矩不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴,主要用于传递转 矩。如汽车的传动轴。 3.转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴，既支承零件又传递转矩。如减速器轴。
F
d
F
Me
扭转
T
T
弯 曲
14.2 轴的结构设计
一、轴的结构
观看切向键的安装
14.3.2 花键联接
由轴和轮毂孔沿四周方向均部的多个键齿构成的联接称谓 花键联接。
花键的标记为：N（键数）×d（小径）×D（大径）×B（键槽宽） 优点： ① 轴上零件与轴的对中性好； ② 轴的削弱程度较轻； ③ 承载能力强； ④ 导向性好。 缺点: 制造比较复杂、需专用设备，成本高。 花键联接多用于载荷较大，定心精度要求较高的联接中，如汽车，机床， 飞机等机器中。
A型
B型 A型 C型 B型 C型
14.3.1 键连接
普通平键
A型平键
B型平键
C型平键
Ø采用A、C型平键时，轴上键槽一般用指状铣刀铣出，采用B 型键时，键槽用盘状铣刀加工，轮毂上的键槽可用插削或拉削。 A型键应用最广，C型键一般用于轴端。
第六章 轴与轴毂联接
轴的设计
第六章 轴及轴毂连接
二、初定轴径 （一）、类比法
参考同类机型，比较轴传递的功率、转速和工作条件 等初步确定轴的直径。
（二）、按扭转强度计算 dmin
T=9.55×106P/n τ T=T/w T N.mm w T ≈0.2d3
6
P 9.55 × 10 n ≤ [ τ ] MPa τ T= T 3 0 .2 d
d 2 = 1.7 d1 = 1.7 × 20 = 34mm
即d2＝34mm时与d1 等强度。 而今， d2＝60mm 故低速轴强度高。
第六章 轴及轴毂连接
那 根 轴 最 粗 ？
Ⅰ
Ⅱ
Ⅳ
Ⅲ
第六章 轴及轴毂连接
三、轴的强度计算 （一）确定支点和力作用点之间尺寸 几点假设：
1） 支点选择在轴承宽的中点。 2）带轮、齿轮等承受的载荷看成集中载荷，载荷作用在轮宽中点。 3）旋转零件之间、旋转零件与静止零件之间的距离由经验公式选取， 通常选取10～15mm。
（二）、半圆键
多用于轴端锥面 的辅助连接。传递较小的载 荷。
第六章 轴及轴毂连接
（三）、斜键
1:100 工作面
1:100的斜度。工作面为上下面。
1:100
普通斜键
钩头斜键
普通斜键：工作时打紧，靠上下面摩擦传递扭矩，并可传递单向轴向力； 特 点 ：适用于低速轻载、对中性较差，转动精度要求不高的场合。变载下易松 动。钩头只用于轴端连接，如轮子在中间，使用普通斜键，且键槽应比键长2倍才 能装入。且要装安全罩 。
第六章 轴及轴毂连接
9.55 × 10 6 P ⋅ d≥3 0.2[τ T ] n 9.55 × 10 6 令：A 0 = 3 0.2[τ T ] d ≥ A0
高职《机械设计基础》轴和轴榖连接、教案
图 14－7 图 14－6
14.1.3 设计轴时要解决的主要问题 与其它零件一样，轴的设计包括两个方面的内容：
图 14－8
1）轴的结构设计：即根据轴上零件的安装、定位及轴的制造工艺等方面的要求，合理确 定轴的结构形状和尺寸。 2）轴的工作能力设计：即从强度、刚度和振动稳定性等方面来保证轴具有足够的工作能 力和可靠性。对于不同机械的轴的工作能力的要求是不同的，必须针对不同的要求进行。但是 强度要求是任何轴都必须满足的基本要求。 设计轴时主要应该满足轴的强度要求和结构要求；对于刚度要求较高的轴（例如机床主 轴） ，主要应该满足刚度要求；对于一些高速旋转的轴（例如高速磨床主轴、气轮机主轴等） ， 要考虑满足振动稳定性的要求，另外要根据装配、加工、受力等具体要求，合理确定轴的形状 和各部分的尺寸，即进行轴的结构设计。 同时应当注意：在转轴设计中，因为转轴工作时受到弯矩和转距的联合作用，而弯矩是 与轴上载荷的大小及轴上零件相互位臵有关的， 所以在轴的结构尺寸未确定之前， 轴上的载荷 的大小及分布情况以及支反力的作用点还不能确定， 无法求出轴锁承受的弯矩， 因此不能对轴
图 14－16
如图所示。 设计注意要点：为了减小对轴强度的削弱，常 采用细牙螺纹。为了防松，需加止动垫片或者使用 双螺母。 6） 弹性挡圈定位： 结构紧凑、 简单、 装拆方便， 但受力较小，且轴上切槽会引起应力集中，常用于 轴承的定位。 设计注意要点：轴上切槽尺寸见 GB894.1-86 7）其它：紧定螺钉、弹簧挡圈、锁紧挡圈等定 位，多用于轴向力不大的场合。且不适宜高速场合。
图 14－21 图 14－20 图 14－19
常与平键联合使用，以承受大的交变、振动和冲击载荷。 4）销联接 用于固定不太重要、受力不大，但同时需要周向或轴向固定的零件。
14.1.3 设计轴时要解决的主要问题 与其它零件一样，轴的设计包括两个方面的内容：
图 14－8
1）轴的结构设计：即根据轴上零件的安装、定位及轴的制造工艺等方面的要求，合理确 定轴的结构形状和尺寸。 2）轴的工作能力设计：即从强度、刚度和振动稳定性等方面来保证轴具有足够的工作能 力和可靠性。对于不同机械的轴的工作能力的要求是不同的，必须针对不同的要求进行。但是 强度要求是任何轴都必须满足的基本要求。 设计轴时主要应该满足轴的强度要求和结构要求；对于刚度要求较高的轴（例如机床主 轴） ，主要应该满足刚度要求；对于一些高速旋转的轴（例如高速磨床主轴、气轮机主轴等） ， 要考虑满足振动稳定性的要求，另外要根据装配、加工、受力等具体要求，合理确定轴的形状 和各部分的尺寸，即进行轴的结构设计。 同时应当注意：在转轴设计中，因为转轴工作时受到弯矩和转距的联合作用，而弯矩是 与轴上载荷的大小及轴上零件相互位臵有关的， 所以在轴的结构尺寸未确定之前， 轴上的载荷 的大小及分布情况以及支反力的作用点还不能确定， 无法求出轴锁承受的弯矩， 因此不能对轴
图 14－16
如图所示。 设计注意要点：为了减小对轴强度的削弱，常 采用细牙螺纹。为了防松，需加止动垫片或者使用 双螺母。 6） 弹性挡圈定位： 结构紧凑、 简单、 装拆方便， 但受力较小，且轴上切槽会引起应力集中，常用于 轴承的定位。 设计注意要点：轴上切槽尺寸见 GB894.1-86 7）其它：紧定螺钉、弹簧挡圈、锁紧挡圈等定 位，多用于轴向力不大的场合。且不适宜高速场合。
图 14－21 图 14－20 图 14－19
常与平键联合使用，以承受大的交变、振动和冲击载荷。 4）销联接 用于固定不太重要、受力不大，但同时需要周向或轴向固定的零件。
轴及轴毂联接
轴及轴毂联接§1 概述机器上所安装的旋转零件，例如带轮、齿轮、联轴器和离合器等都必须用轴来支承，才能正常工作，因此轴是机械中不可缺少的重要零件。
本章将讨论轴的类型、轴的材料和轮毂联接，重点是轴的设计问题，其包括轴的结构设计和强度计算。
结构设计是合理确定轴的形状和尺寸，它除应考虑轴的强度和刚度外，还要考虑使用、加工和装配等方面的许多因素。
一、轴的分类按轴受的载荷和功用可分为：1.心轴：只承受弯矩不承受扭矩的轴，主要用于支承回转零件。
如.车辆轴和滑轮轴。
2.传动轴：只承受扭矩不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴,主要用于传递转矩。
如汽车的传动轴。
3.转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴，既支承零件又传递转矩。
如减速器轴。
二、轴的材料主要承受弯矩和扭矩。
轴的失效形式是疲劳断裂，应具有足够的强度、韧性和耐磨性。
轴的材料从以下中选取：1. 碳素钢优质碳素钢具有较好的机械性能，对应力集中敏感性较低，价格便宜，应用广泛。
例如：35、45、50等优质碳素钢。
一般轴采用45钢，经过调质或正火处理；有耐磨性要求的轴段，应进行表面淬火及低温回火处理。
轻载或不重要的轴，使用普通碳素钢Q235、Q275等。
2. 合金钢合金钢具有较高的机械性能，对应力集中比较敏感，淬火性较好，热处理变形小，价格较贵。
多使用于要求重量轻和轴颈耐磨性的轴。
例如：汽轮发电机轴要求，在高速、高温重载下工作，采用27Cr2Mo1V、38CrMoAlA等。
滑动轴承的高速轴，采用20Cr、20CrMnTi等。
3. 球墨铸铁球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感低，价格低廉，使用铸造制成外形复杂的轴。
例如：内燃机中的曲轴。
三、设计轴的要求轴的设计一般应解决轴的结构和承载能力两方面的问题。
具体的说，轴的设计步骤有：（1）选择轴的材料；（2）初步估算轴的直径；（3）进行轴的结构设计；（4）精确校核（强度、刚度、振动等）；（5）绘制零件的工作图§10—2 轴的结构设计如教材图10-6所示为一齿轮减速器中的的高速轴。
轴和轴毂连接(课堂PPT)
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14.3 轴的结构设计
2、确定轴的各段长度 确定轴的各段长度，应注意以下几点： 1）当零件需要轴向定位时，则该处轴段的长度应比所装零 件的宽度小（2-3mm），以保证零件沿轴向可靠定位，如装 齿轮段 2）装轴承处的轴段长度一般与轴承宽度相同。 3）轴段长度的确定应考虑轴系中各零件之间的相互关系和 装拆工艺要求。
10
14.3 轴的结构设计
14.3.3 零件在轴上的固定
周向固定 为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动，轴上零件的周向
固定必须可靠。常用的周向固定方法有键、花键、销和过盈配合等联接。
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D h r R
d D
h
C
r d
轴向固定 零件在轴上的轴向定位要准确而可靠，以使其安装位置确定，能
承受轴向力而不产生轴向位移 ➢轴肩由定位面和内圆角组成
上零件的力作为集中力，其作用点取为零件轮毂宽度的中点。支点 反力的作用点一般可近似地取在轴承宽度的中点上。
n
其余各段轴的直径确定应注意以下几点：
1）应考虑键槽对轴的强度的影响，若该处有一个键槽，直 径增加3%-5%，若有两个键槽，直径增加7%-10%
2）装配标准件处，其轴段直径必须符合标准件的标准直径 系列值
3）有定位要求的轴段，轴的直径应满足定位要求。
4）非配合轴段直径，可不取标准值，但是一般应取整数。
相对固定。 2）轴应有良好的工艺性，便于制造和进行轴上零件的装
配及调整。 3）轴的结构要有利于减少应力集中。 4）受力合理，有利于减轻轴的重量和节省材料。
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14.3 轴的结构设计
类比法 根据轴的工作条件，选择与其相似的轴进行类比及结构设计，画出 轴的零件图。
设计计算法
机械设计轴毂连接
轴
1 : 1 0 0
机械设计
五、花键联接
第六章 轴毂联接
19
1、组成：内花键、外花键 2、类型： 齿形 矩形花键 渐开线花键
B
毂
毂 C
轴
轴
d
D
机械设计
第六章 轴毂联接
20
3、定心方式：矩形——内径定心； 渐开线——齿面定心； 其它 定心 方式
4、特性： （1）齿对称布置，受载均匀； （2）齿浅，应力集中↓； （3）承载↑； （4）定心好； （5）可用于“动”、“静”； （6）渐开线较矩形根部↑， 承载↑， 定心精度高，宜用于 载荷大、尺寸大场合。
矩形花键、渐开线花键
花键联接的特点
受力均匀、齿根应力集中减小、对轴或轴毂的强度消弱小、 可承受较大的载荷、对中性好、导向性好。 缺点？
花键联接的应用
已经标准化。适用于定心精度要求高、载荷大或需要 经常滑移的联接。如：机床、农业机械、飞机、汽车等。
机械设计
第六章 轴毂联接
23
键联接的用途： 键联接的用途：
工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭矩
压溃——主要失效形式 键剪断
机械设计
第六章 轴毂联接
圆头：指状铣刀，应力集中大
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（3）结构形式
方头：盘状铣刀，应力集中小，紧定螺钉固定 一圆头一方头：指状铣刀，用于轴伸处
b)方头
c)一端圆头一端方头
机械设计
（4）特点
第六章 轴毂联接
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静联接，周向固定，传递转矩T；不能承受轴向力及轴向固定。 2、导向平键 动联接，键固定在轴上，毂可沿键移动。 3、滑键 承载能力：耐磨性。
二、键的选择
（宽度b、高度 按照轮毂的长度确定键长 宽度 、 h及键长 ） 及键长L） 及键长
机械基础(高职高专)第6章轴和轴毂连接
圆心摆动， 以适应轮毂上键槽的斜度，安装方便。常用与锥形 轴端与轮毂的联接。
3、楔键联接
楔键的上、下表面为工作面，两 侧面为非工作面。键的上表面与键槽 底面均有1:100 的斜度。工作时， 键的上下两工作面分别与轮毂和轴的 键槽工作面压紧，靠其摩擦力和挤压 传递扭矩。
普通楔键
勾头楔键
楔键联接
4、切向键
c.尽量使轴减少载荷。
改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。
输入
输入
T 1+T 2 T1 T2
T1 T2
6.2 轴毂联接
常用的轴毂联接有键联接、花键、销联接等。 键联接1 轴毂联接主要是用来实现轴和轮毂之间的周向固定并用来传递运 动和扭矩。
一 键联接
1、平键联接 平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙， 键的上、下表面为非工作面。工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭 矩，故定心性较好。
a. 矩形花键联接 矩形花键的齿侧面为互相平行平面，制造方便，广泛应用。
b. 渐开线花键联接 渐开线花键的齿廓为渐开线，分度圆上的压力角为30°和
45°两种。具有制造工艺性好、强度高、易于定心和精度高， 使用于重载及尺寸较大的联接。
花键联接
三．销联接 通常只传递不大的载荷或作为安全装置。另一用途是
3)当轴向力不大而轴上零件间的距离较大时，可采用弹性 挡圈固定。
应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位
4)当轴向力很小，转速很低或仅为防止零件偶然沿轴向滑 动时，可采用紧定螺钉固定。
5)轴端挡圈： 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。皮带轮和联轴器等常用。 轴端挡圈与轴肩、圆锥面与轴端挡圈联合使用，常用于轴端
轴的概述3
3、楔键联接
楔键的上、下表面为工作面，两 侧面为非工作面。键的上表面与键槽 底面均有1:100 的斜度。工作时， 键的上下两工作面分别与轮毂和轴的 键槽工作面压紧，靠其摩擦力和挤压 传递扭矩。
普通楔键
勾头楔键
楔键联接
4、切向键
c.尽量使轴减少载荷。
改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。
输入
输入
T 1+T 2 T1 T2
T1 T2
6.2 轴毂联接
常用的轴毂联接有键联接、花键、销联接等。 键联接1 轴毂联接主要是用来实现轴和轮毂之间的周向固定并用来传递运 动和扭矩。
一 键联接
1、平键联接 平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂上的键槽底部之间留有间隙， 键的上、下表面为非工作面。工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递扭 矩，故定心性较好。
a. 矩形花键联接 矩形花键的齿侧面为互相平行平面，制造方便，广泛应用。
b. 渐开线花键联接 渐开线花键的齿廓为渐开线，分度圆上的压力角为30°和
45°两种。具有制造工艺性好、强度高、易于定心和精度高， 使用于重载及尺寸较大的联接。
花键联接
三．销联接 通常只传递不大的载荷或作为安全装置。另一用途是
3)当轴向力不大而轴上零件间的距离较大时，可采用弹性 挡圈固定。
应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位
4)当轴向力很小，转速很低或仅为防止零件偶然沿轴向滑 动时，可采用紧定螺钉固定。
5)轴端挡圈： 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。皮带轮和联轴器等常用。 轴端挡圈与轴肩、圆锥面与轴端挡圈联合使用，常用于轴端
轴的概述3
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图6.12 轴的组成
●
6.2.2 轴上零件的轴向固定
表6-2 轴上零件的轴向固定方法
序号 固定方法 简 图 特点及应用
固定简单可靠，不需要附加零件， 能承受较大轴向力。广泛应用于 各种轴上零件的固定。但这种方 法会使轴径增大，阶梯处形成应 力集中。为了使轴上零件与轴肩 贴合，轴上圆角半径r应小于零件 毂孔的圆角半径R或倒角高度C， 同时还须保证轴肩高度 大于零件 毂孔的圆角半径R或倒角 高度C。 一般取轴肩高度～～，轴环宽度 简单可靠，简化了轴的结构且不 削弱轴的强度。常用于轴上两个 近距离零件间的相对固定，不宜 用于高速转轴为了使轴上零件与 套筒紧紧贴合，轴头应较轮毂长 度短1mm～2mm 固定可靠，可承受较大的轴向力， 能实现轴上零件的间隙调整。用 于固定轴中部的零件时，可避免 采用过长的套筒，以减轻重量。 但轴上须切制螺纹和退刀槽，应 力集中较大，故常用于轴端零件 固定。为减小对轴强度的削弱， 常用细牙螺纹。为防止松动，须 加止动垫圈或使用双螺母
min
1. 稳定循环变应力
如图6.1所示，稳定循环变应力的主要参数有：应力幅、 平均应力 、变应力循环特征、最大应力和最小应力。
图6.1 稳定循环变应力
从图中可知
min max
max min
2
(6.1)
m
a
max min
2
(6.2) (6.3)
● 6.1.2
轴的分类
按照承受载荷的不同对轴进行分类
2. 心轴
通常指只承受弯矩而不承受转矩的轴。心轴按其是否转 动可分为转动心轴和固定心轴。如图6.10(a)所示为车辆 的转动心轴；如图6.10(b)所示为自行车前轮的固定心轴。 在静载荷作用下，固定心轴产生静应力，转动心轴产生 对称循环变应力
(a) 转动心轴
(b) 固定心轴
图6.10 心轴
● 6.1.2
轴的分类
按照承受载荷的不同对轴进行分类
3. 转轴
既承受弯矩又承受转矩的轴。转轴在各种机器中最为常 见。如齿轮轴。图6.11所示齿轮减速器中的轴都是转轴。
图6.11 转轴
● 6.1.3 轴的材料
由于轴工作时产生的应力多为变应力，所以轴的失效多 为疲劳损坏，因此轴的材料 应具有足够的抗疲劳强度、较 小的应力集中敏感性和良好的加工性。轴与滑动轴承发生相 对运动的表面应具有足够的耐磨性。轴的常用材料是碳素钢、 合金钢、球墨铸铁和高强度铸铁。
第6章 轴与轴毂联接
● 6.1 轴的分类与轴的材料
● 6.1.1 稳定循环变应力
● 6.1.2 轴的分类 ● 6.1.3 轴的材料
● 6.2 轴的结构设计
● 6.2.1 轴的各部分名称 ● 6.2.2 轴上零件的轴向固定 ● 6.2.3 各轴段直径和长度的确定 ● 6.2.4 影响轴结构的一些因素
● 6.3 轴的强度计算
● 6.2.4 影响轴结构的一些因素
3. 改善轴的受力状况，减小应力集中
合理布置轴上零件可以改善轴的受力状况。在图6.14(b) 中，大齿轮和卷筒联成一体，转矩经大齿轮直接传给卷筒， 故卷筒轴只受弯矩而不传递扭矩，在起重同样载荷W时， 轴的直径可小于图6.14(a)的结构。
(a) 齿轮和卷筒分开布置 (b) 齿轮与卷筒联成一体
● 6.3.1 传动轴的强度计算 ● 6.3.2 心轴的强度计算 ● 6.3.3 转轴的强度计算与设计过程
第6章 轴与轴毂联接
● 6.4 轴 毂 联 结
● 6.4.1 键联接的类型
● 6.4.2 普通平键联接的设计过程 ● 6.4.3 花键联接
● 6.4.4 轴上零件周向固定的其他方法
● 本章小结 ● 本章实训
(a) 轴上设卸载槽 (b) 轮毂上设卸载槽
5
弹性挡圈
结构简单紧凑，装拆方便，但轴向承受力较小，且轴上切槽将 引起应力集中。可靠性差，常用于轴承的轴向固定。轴用弹性 挡圈的结构尺寸见GB/T 894.1—1986
6
轴端挡板
适于心轴轴端零件的固定，只能承受较小的轴向力
7
挡环、 紧定螺钉
挡环用紧定螺钉与轴固定，结构简单，但不能承受大的轴向力 紧定螺钉适用于轴向力很小、转速很低或仅为防止偶然轴向滑 移的场合。同时可起周向固定的作用
● 6.1 轴的分类与轴的材料
轴是组成机器的重要零件之一。用于支承作回转运动或 摆动的零件，使其有确定的工作位置。它的结构和尺寸是 由被它支承的零件和支承它的轴承的结构和尺寸决定的， 轴是重要的非标准零件。
● 6.1.1
稳定循环变应力
稳定循环变应力是指应力变化周期、应力幅和平均应力 都不随时间发生变化的应力；若应力变化周期、应力幅和平 均应力中至少有一个是随时间发生变化的即为非稳定循环变 应力。
图6.14 起重机卷筒图
● 6.2.4 影响轴结构的一些因素
3. 改善轴的受力状况，减小应力集中
再如图6.15中，给定轴的两种布置方案，当动力从几个轮输 出时，为了减少轴上载荷，应将输入轮布置在中间[如图 6.15(b)所示]，这时轴的最大转矩为T1－T2，而在图6.15(a) 中最大转矩为T1。
● 6.2.3 各轴段直径和长度的确定
2. 各轴段长度应满足的要求
轴的各段长度主要是根据得到轴上零件的轴向尺寸及轴系结 构的总体布置来确定，设计时应满足的要求是： (1) 轴与传动件轮毂相配合的部分(图6.12中④和⑦)的长度， 一般应比轮毂长度短2mm～3mm，以保证传动件能得到可靠 的轴向固定。轮毂长～。 (2) 安装滚动轴承的轴颈长度取决于滚动轴承的宽度。 (3) 其余段的轴径长度，可根据总体结构的要求(如零件间的相 对位置、拆装要求、轴承间隙的调整等)在结构设计中确定。
(a) 不合理的布置方案
(b) 合理的布置方案
图6.15 轴的两种方案布置比较
● 6.2.4 影响轴结构的一些因素
3. 改善轴的受力状况，减小应力集中
当应力集中不可避免时，应采取减少应力集中的措施，如 适当增大阶梯轴轴肩处圆角半径、在轴上或轮毂上设置卸 载槽安全[如图6.16(a)、图6.16(b)所示]等。由于轴上零件 的端面应与轴肩定位面靠紧，使得轴的圆角半径常常受到 限制，这时可采用凹切圆槽[如图6.16(c)所示]或过渡肩环 [如图6.16(d)所示]等结构。
2. 几种特殊的稳定循环变应力
1) 对称循环变应力(如图6.2所示)
图6.2 对称循环变应力
a max min
m 0
1
2. 几种特殊的稳定循环变应力 2) 脉动循环变应力(如图6.3所示)
图6.3 脉动循环变应力
a m max 2
min 0
(a) 砂轮越程槽 (b) 螺尾退刀槽 图6.13 砂轮越程槽与螺尾退刀槽
● 6.2.4 影响轴结构的一些因素
2. 轴的装配工艺性
为使轴具有良好的装配工艺性，常采取以下措施： (1) 为了便于轴上零件的装拆和固定，常将轴设计成阶梯形如 图6.12为图6.2中高速级齿轮轴的简图，轴上装有联轴器和 齿轮，并用滚动轴承支承。如果将轴设计成光轴，虽然便 于加工，但轴上齿轮装拆困难，而且齿轮和联轴器的轴向 位置不便于固定。因此，可设计成如图6.12所示的阶梯轴。 (2) 为了便于装配，轴端应加工出45°或30°()倒角，过盈配 合零件装入端常加工出导向锥面。
● 6.2.4 影响轴结构的一些因素
1. 轴的加工工艺性
为使轴具有良好的加工工艺性，应注意以下几点： (1) 轴直径变化尽可能小，并尽量限制轴的最小直径与各段直 径差，这样既可以节省材料又可以减少切削加工量。 (2) 轴上有磨削或需切螺纹处，应留砂轮越程槽和螺纹退刀槽， 如图6.13所示，以保证加工完整。 (3) 应尽量使轴上同类结构要素(如过渡圆角、倒角、键槽、越 程槽、退刀槽及中心孔等)的尺寸相同，并符合标准和规 定；如数个轴段上有键槽，应将它们布置在同一母线上， 以便于加工。
0
2. 几种特殊的稳定循环变应力 3) 静应力
图6.4 静应力
max min m
a 0
1
静应力可看作变应力的特例
● 6.1.2
轴的分类
轴的分类方法很多。按照轴线形状轴可分为直轴(如图6.5所示)、 曲轴(如图6.6所示)和软轴(如图6.7所示)
图6.5 直轴
8
销联接
结构简单，但轴的应力集中较大，用于受力不大，同时需要轴 向和周向固定的场合
● 6.2.3 各轴段直径和长度的确定
1. 轴径的确定原则
(1) 轴头的直径取标准尺寸(见表6-3)。 (2) 安装滚动轴承的轴颈，应按滚动轴承标准规定的内孔直径 选取。 (3) 定位轴肩，其高度按表6-2给定的原则确定；非定位轴肩 是为了便于轴上零件的安装而设置的工艺轴肩(如图6.12中轴 段⑤与轴段⑥间的轴肩)，其高度可以很小，一般取1mm～ 2mm即可。 滚动轴承的定位轴肩高度必须低于轴承内圈端面厚度(见表6-2 中的序号3中的图)，以便于轴承的拆卸，具体数值查相应的 轴承标准。 (4) 轴中装有过盈配合零件时(图6.12中的轴段⑤)，该零件毂 孔与装配时需要通过的其他轴段(轴段⑥、轴段⑦)之间应留有 间隙，以便于安装。
● 6.2 轴的结构设计
轴的结构设计就是根据轴的受载情况和工作条件 确定轴的形状和全部结构尺寸。
轴结构设计的总原则是：在满足工作能力的前提 下，力求轴的尺寸小，重量轻，工艺性好。
●
6.2.1 轴的各部分名称
如图6.12所示。轴上被轴承支承部分称为轴颈(①和⑤处)； 与传动零(带轮、齿轮、联轴器)轮毂配合部分称为轴头(④和⑦ 处)；联接轴颈和轴头的非配合部分叫轴身(⑥处)。阶梯轴上直 径变化处叫做轴肩，起轴向定位作用。图中⑥与⑦间的轴肩使 联轴器在轴上定位；①与②间的轴肩使左端滚动轴承定位。③ 处为轴环。