轴的功用与分类特点
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。
轴类零件的功用及结构特点
轴类零件的材料和毛坯
合理选用材料和规定热处理的技术要求，对提高轴类零件的强度和使用寿命有 重要意义，同时，对轴的加工过程有极大的影响。 1、轴类零件的材料 一般轴类零件常用45钢，根据不同的工作条件采用不同的热处理规范（如正火、调 质、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。 对中等精度而转速较高的轴类零件，可选用40Cr等合金钢。这类钢经调质和表面淬 火处理后，具有较高的综合力学件能。精度较高的轴，有时还用轴承钢GCrls和弹簧 钢65Mn等材料，它们通过调质和表面淬火处理后，具有更高耐磨性和耐疲劳性能。 对于高转速、重载荷等条件下工作的轴，可选用20CrMnTi、20Cr等低碳含金钢或 38CrMoAIA氮化钢。低碳合金钢经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度、抗冲击 韧性和心部强度，热处理变形却很小。 2、轴类零件的毛坯 轴类零件的毛坯最常用的是圆棒料和锻件，只有某些大型的、结构复杂的轴才采用 铸件
轴的类型
轴类零件的主要技术要求
1、尺寸精度 轴颈是轴类零件的主要表面，它影响轴的回转精度及工作状态。轴颈的直径精度根据 其使用要求通常为IT6～9，精密轴颈可达IT5。 2、几何形状精度 轴颈的几何形状精度（圆度、圆柱度），一般应限制在直径公差点范围内。对几何形状精 度要求较高时，可在零件图上另行规定其允许的公差。 3、位置精度 主要是指装配传动件的配合轴颈相对于装配轴承的支承轴颈的同轴度，通常是用配合轴颈 对支承轴颈的径向圆跳动来表示的；根据使用要求，规定高精度轴为0.001～0.005mm， 而一般精度轴为0.01～0.03mm。 此外还有内外圆柱面的同轴度和轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。 4．表面粗糙度 根据零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度值，例如普通机床主轴支承 轴颈的表面粗糙度为Ra0.16～0.63um，配合轴颈的表面粗糙度为Ra0.63～2.5um，随着 机器运转速度的增大和精密程度的提高，轴类零件表面粗糙度值要求也将越来越小。
机械设计基础 第十二章轴
3.
球墨铸铁、合金铸铁 (高强度铸铁)
价廉、吸振性好、耐磨性好，对应力集中的敏感性较低，铸造 成形，但性脆，可靠性低，品质难控制。 常用于制造外形复杂的轴，如曲轴、凸轮轴。
轴的常用材料及其主要力学特性见
轴的结构设计
12
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.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装) 2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；(定位) 3.各零件要牢固而可靠地相对固定；(固定) 4.改善应力状况，减小应力集中。
第十二章
轴的设计
1
第一节 第二节 第三节
概述 轴的设计举例 轴的强度、刚度计算
2
本章重点：
① 轴的类型，轴的常用材料； ② 轴的结构； ③ 轴上零件的轴向定位和固定方法； 轴上零件的周向定位和固定方法；
④ 按扭转强度计算轴的直径。
轴的功用：主要用于支承传动零件 (齿轮、带轮等) 并
传递运动和动力。
越程槽和退刀槽
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（3）为去掉毛刺，利于装配，轴端应制出45°倒角。
45°倒角 45°倒角
( 4)当采用过盈配合联结时，配合轴段的零件装入端，常加工 成半锥角为30°的导向锥面。若还附加键联结，则键槽的长度 应延长到锥面处，便于轮毂上键槽与键对中。
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（5）如果需从轴的一端装入两个过盈配合的零件，则轴上两配 合轴段的直径不应相等，否则第一个零件压入后，会把第二个零件 配合的表面拉毛，影响配合。
一般情况下，直轴 做成实心轴，需要 减重时做成空心轴
6
轴的功用和类型
分类： 按承受载荷分有： 类 型 按轴的形状分有：
7
转轴---传递扭矩又承受弯矩
传动轴---只传递扭矩 心轴---只承受弯矩 直轴 曲轴 光轴 阶梯轴
轴的功用与类型
曲轴
挠性轴
直轴线不在同一直线上
挠性轴：有多组钢丝分层卷绕而 成，具有良好的挠性，可将回转 运动灵活地传到任何空间位置
碳素钢 三.轴的材料
碳素钢——30、 40、45 、和50钢，其 中45 钢应用最多 合金钢——常用的合金钢有20Cr、 40Cr 、 35SiMn等,其中40Cr应用最多
合金钢
注意：①采用合金钢并不能提高轴的刚度。 ②轴的热处理和表面强化可提高 轴的疲劳强度。
四、轴的结构
1.轴的要求： ①轴受力合理，有利于提高强度和刚度。 ②轴上零件要准确定位和可靠固定。 ③轴便于加工制造，轴上零件便于装拆和 调整。
④尽量减少应力集中，节省材料，减轻 重量。
2.轴的结构分析
轴主要由轴颈、轴头、轴身三部分组成。如 图所示
机械基础
第十四章
轴
教学目标 1. 掌握轴的功用、轴的分类
2.了解轴的材料
3.理解掌握轴上零件的固定方法、轴的结构
一.轴的功用
1）支承回转零件（如齿 轮、带轮、链轮）
2）传递运动和动力
二.分类
1.按承载情况分
转轴——扭矩和弯矩
转轴
心轴
传动轴
心轴——只受弯矩
传动轴——主要受扭矩
直轴
2.按轴线形状分
3.轴上零件的固定：
1）分类：轴向固定和轴向固定 2）零件的轴向固定方法
（1）轴肩和轴环
（2）套筒
（3）轴用圆螺母
（4）轴端挡圈
（5）弹性挡圈
(6）紧定螺钉
(7）圆锥面
2)零件的周向定位
①键
②花键
③紧定螺钉、销
④
过盈配合
1.轴的功用是什么？ 2.根据轴的承载不同，轴可分为哪三类？ 3.按轴线形式不同，轴可分为哪三类？ 4.轴的常用材料主要是什么 ？ 5.轴上支撑转动零件的部位称为（ ） A.轴头 B.轴颈 C.轴身 6.轴上零件做轴向固定可采用（ ） A.平键 B.花键 C.套筒 7.具有结构简单，定位可靠和能承受较大轴向力 的轴向固定形式是( ) A.套筒 B.圆锥销 C.轴肩或轴环
轴的用途和分类
第十一章轴§11-1 概述三．轴的材料主要是碳钢和合金钢。
碳钢：价格低廉，对应力集中的敏感性低，可用热1处理或化学处理提高耐磨性和抗疲劳强度，最常用45号钢。
合金钢：比碳钢具有更高的机械性能和更好的淬火性能。
在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及在高温或低温条件下工作的轴，采用合金钢。
注意：在一般工作温度下（低于200），各种碳钢和合金钢的弹性模量相差不多，所以不四．提高轴的强度的常用措施1．合理布置轴上零件以减小轴的载荷 2．改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 3．改进轴的结构以减小应力集中的影响 4．改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 五．轴的结构工艺性§11-3 轴的计算轴的计算通常在初步完成结构设计后进行校核计算。
计算准则是满足轴的强度或刚度要求，必要时校核轴的振动稳定性。
一．轴的强度校核计算根据轴的受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当选取许用应力。
对于仅仅（或主要）承受扭矩的轴（传动轴），按扭转强度计算； 对于只承受弯矩的轴（心轴），按弯曲强度计算； 对于既承受弯矩又承受扭矩的轴（转轴），按弯扭组合强度进行计算，需要时按疲劳强度进行精确校核。
1．按扭转强度条件计算这种方法只按轴所受的扭矩计算轴的强度；如果还受不大的弯矩，则用降低许用扭转切应力的方法予以考虑。
在作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。
对于不太重要的轴，也可作为最后计算结果。
轴的扭转强度为[]MPa dn PW T TTT ττ≤≈=362.010*55.9由上式可得轴径 [][]mm nPA n P n P d T T 3033636.2.010*55.9.2.010*55.9==≥ττ式中：[]3602.0/10*55.9T A τ=，表15-3。
对于空心轴()mm n PA d 3401β-≥，β=0.5~0.6当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。
轴类零件的功用、结构特点及技术要求[整理]
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轴类零件的功用、结构特点及技术要求花落水流红，闲愁万种，无语怨东风。
想当年，金戈铁马，气吞万里如虎。
历鉴前朝国与家，成由勤俭败由奢。
青山遮不住，毕竟东流去。
天网恢恢，疏而不漏。
一、轴类零件的功用、结构特点及技术要求轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。
它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。
轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。
根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。
轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。
轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。
轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：(一)尺寸精度起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5~IT7）。
装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6~IT9）。
(二)几何形状精度轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。
对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。
(三)相互位置精度轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。
通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。
普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01~0.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.001~0.005mm。
(四)表面粗糙度一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5~0.63μm，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63~0.16μm。
二、轴类零件的毛坯和材料(一)轴类零件的毛坯轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。
对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。
轴的功用与分类
轴的功用与分类
轴是机械传动中的基本元件之一，它主要用于支承和转动其他机械元件，传递力和运动。
轴的功用包括：
1. 支承和传递力，保持传动系统的稳定性。
2. 传递运动，使相邻的机械元件能够联动。
3. 承受负载，抵抗外部作用力。
4. 将驱动力转换为旋转运动或线性运动。
根据不同的分类方式，轴可以分为不同的类型，常见的轴的分类包括：
1. 按照形状分类：轴可以分为圆柱形轴、锥形轴、键轴、花键轴等。
2. 按照用途分类：轴可以分为传动轴、支撑轴、转动轴、定位轴等。
3. 按照材质分类：轴可以分为金属轴、塑料轴、复合材料轴等。
4. 按照制造方式分类：轴可以分为铸造轴、锻造轴、冷拔轴、加工轴等。
5. 按照表面处理分类：轴可以分为硬质表面处理轴、镀铬轴、涂层轴等。
轴系的结构设计
四、轴上零件的周向定位
运转时，为了传递转矩或避免与轴发生相对转动， 零件在轴上必须周向固定。
轴上零件的周向定位方法主要有键联接（平键、 半圆键、楔键等）、花键联接、弹性环联接、过 盈配合联接、销联接、成型联接等等。
a)平键
制造简单、装拆方便。用 于传递转矩较大，对中性 要求一般的场合
b)花键
锥顶重合于轴承回转 轴线
七、轴的结构工艺性
1、关于轴的形状：阶梯轴
• 由于阶梯轴接近于等强度，而且便于加工和轴 上零件的定位和拆装，所以实际上的轴多为阶 梯形.
2、关于轴的有关尺寸
➢ 为了能选用合适的圆钢和减少切削用量，阶梯轴 各轴段的直径不宜相差过大，一般取为5~10MM。
➢ 为了便于切削加工，一根轴上的圆角应尽可能取 相同的半径；
轴系结构的设计
第一节 轴 一、轴的功用和分类
1、功用：支承其他回转件，承受转矩与弯矩， 并传递运动和动力。
2.轴的分类
1）按所受载荷特点分三种： 心轴： 只承受弯矩;如 传动轴：只承受转矩;如 转轴：同时承受弯矩和转矩;如
2）按轴的结构形状分：
直轴，曲轴； 光轴，阶梯轴； 空心轴，实心轴； 刚性轴，挠性轴。
3、用带螺纹的端盖调整；
4、用圆螺母调整轴承内圈调整游隙。
预紧的定义：
对某些可调游隙的轴承，为提高旋转精度和 刚度，常在安装时施加一定的轴向作用力（预紧 力）消除轴承游隙，并使内、外圈和滚动体接触 处产生微小弹性变形。
预紧的方法有：
一般采用移动轴承套圈的方法；对一些支承 的轴承组合，还可用金属垫片或磨窄外圈等方法 获得预紧。
内圈滚道、滚子和外圈滚道这三个圆锥面的锥顶必须重合于轴承回 转轴线上——说着玩的！
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一、导入新课（分钟）
机械零件是组成及其地最基本单元，生产中必须按图纸地工艺要求生产出每一个合格零件，然后再组装成构件和机器.因此必须熟悉常用零件地功用、结构特点和加工工艺，才能生产出适应机器使用要求地零件.常用零件分为通用零件和专用零件.专用零件指某些机器上特有地零件，如直升飞机上地螺旋桨，轮船上地螺旋桨，内燃机上地曲轴等.通用零件是指在各种设备上都共同具有地零件，如螺钉、螺帽、轴承、齿轮等.本课程只讲通用零件地结构、特点.通用零件有部分是标准件，即可以在市场上买到地，不必要自己组织生产；而有一部分必须自己生产，但他们具有统一地标准和规格.
教师可演示实物，如有可能播放生产录像，了解零件地生产过程.强调学习本章内容要注意贴近实际，联系生产.
二、新课（分钟）
、轴地功用与分类特点
轴是机器中最重要地零件之一，主要起支承轴上零件并传递运动和转矩地作用.这里注意运动和转矩地区别.
轴地分类主要分清传动轴、心轴和转轴，一般地轴多为转轴，可举学生能见到地例来说明.如书上所举地例子，或如下：
传动轴：汽车方向盘地轴；电风扇地轴
心轴：火车地车轮轴
转轴：大部分轴为转轴，如自行车中轴、齿轮、皮带轮地轴等等.
这里要注意地是三种轴地共同特点都应当以转动地轴为前提，再按受力状态来区分.
、轴地常用材料
应介绍常用中碳钢钢和合金钢作轴地材料，但是选择合金钢时，必须进行热处理，才能发挥合金钢地优势，否则合金钢对应力地敏感性对轴地强度反而产生不利地影响.
、轴地结构
轴上零件地固定方法很多，分为轴向和周向固定两种，常用轴向固定地方法是键联接，它具有可拆性，而且可以传递很大地扭矩，应用广泛.周向固定方法一般选用轴肩或轴套等，要根据实际情况来决定，但要简单方便可靠，易于加工.因此，轴一般为阶梯形状.
教学时一定要结合课件或录像、教具进行，否则枯燥无味，学生没有兴趣.或组织学生进行一次拆装实习，作实践体会，亲手感受.
轴地加工工艺性更难理解，工艺结构要结合车工实习地内容来讲，请同学谈自己实习加工地体会，就比较好懂，中心孔是加工细长轴和为了下一道工序加工准备地；退刀槽是为了加工螺纹时，防止撞坏零件左端面而设计
地；越程槽是为了磨削后装配零件能到位而设计地.
装配工艺比较难懂，许多装配工艺是为了方便装配和准确定位而设计地.如°大倒角是为了顺利安装；两个零件在轴向和径向只能各有一个配合面，不可能使一个配合面同时接触两个面.过度要求适得其反，实际上也是达不到要求地.这里要培养学生从实际地要求为出发点来考虑问题，也就是理论要联系实际.
教学中配合课件演示教学，可以提高效果.
三、小结（分钟）
、按载荷方向直轴可以分为传动轴、心轴和转轴三种，大多数轴为转轴. 、一般常见轴为钢，较重要地轴为经过调质处理.
、轴上零件地固定方法可分为轴向固定和周向固定两种.轴肩和键是常用地两种方法，具体要以实际而选用.
、轴地加工工艺性是按加工需要确定地.
四、布置作业
练习册中
[课后分析]。