第15章 轴

第十五章轴
§15-1概述
§15-2轴的结构设计§15-3轴的设计计算
§15-1概述
轴在机器中是一个起着“核心”作用的关键零件。

轴一般都是非标准件。

本章主要讨论轴的设计方法和步骤。

轴的设计主要包括强度设计和结构设计两大部分。

功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等。

类型
转轴——传递扭矩又承受弯矩按承受载荷分有
分类：
按轴的形状分有传动轴——只传递扭矩心轴——只承受弯矩
直轴光轴
阶梯轴
曲轴
挠性钢丝轴
一、轴的用途及分类
二、轴设计的主要内容N
粗估轴径结构设计
轴的承载能力验算
验算合格?
结束
Y 选择材料
种
碳素钢：35、45、50、Q235三、轴的材料正火或调质处理。

§15-2 轴的结构设计
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；
2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；
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。

轴端挡圈带轮轴承盖套筒齿轮滚动轴承
典型
轴系
结构
轴的结构是没有标准的，它是根据具体情况进行设计，因此，轴的结构设计具有较大的灵活性和多样性
轴的主要结构：
⒈轴颈——轴与轴承配合部分，起支承作用。

⒉轴头——轴上安装传动件轮毂的部分。

⒊轴身——连接轴颈和轴头的部分。

一、拟定轴上零件的装配方案
装配方案：确定轴上零件的装配方向、顺序、和相互关系二、轴上零件的定位
定位方法：轴肩、套筒、圆螺母、双螺母、轴端挡圈、轴承端盖、弹性挡圈、紧定螺钉等。

周向固定大多采用键、花键、过盈配合等。

三、各轴段直径和长度的确定
确定轴段直径大小的基本原则：。

1.按轴所受的扭矩估算轴径，作为轴的最小轴径d
min 2.有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径,并要求零
件便于装拆。

便于零件的装配，减少配合表面的擦伤的措施：
7/r 6H 7/D 11
H 7/r 6
为了便于轴上零件的拆卸，轴
肩高度不能过大。

(2)配合段前端制成锥度；
(3)配合段前后采用不同的尺寸公差。

(1)在配合段轴段前应采用较小的直径；
四、提高轴的强度的常用措施
1.改进轴上零件的结构
2.合理布置轴上零件
3.改进轴的局部结构可减小应力集中的影响
合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。

应力集中出现在截面突然发生变化或过盈配合边缘处。

措施：
(1) 用圆角过渡；
(2)尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽;
(3)重要结构可增加卸载槽、过渡肩环、
凹切圆角、增大半径等以减小过盈配
合处的局部应力。

④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。

在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单，工艺性越好。

零件的安装次序
五、轴的结构工艺性
装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽，车螺纹的轴端应有退刀槽。

②③⑥⑦
⑤①倒角
退刀槽
§15-3轴的设计计算
一、按扭转强度计算
对于只传递扭矩的圆截面轴，强度条件为
设计公式为mm
3
0n
P A ⋅=MPa
][≤T τn
d P 362.01055.9⨯=T T W T =τ336
][2.01055.9≥n P d ⋅⨯τ计算结果为最小直径！
解释各符号的意义及单位
考虑键槽对轴有削弱，可按以下方式修正轴径
轴径d ≤100mm
d 增大5%～7% d 增大10%～15%
轴径d ＞100mm d 增大3% d 增大7% 有一个键槽
有两个键槽
L 1L 2L 3
A B
C
D
减速器中齿轮轴的受力为典型的弯扭合成。

在完成轴的草图设计后，外载荷与支撑反力的位置即可确定，从而可进行受力分析。

二、按弯扭合成强度计算
1.轴的弯矩和扭矩分析一般转轴强度用这种方法计算，其步骤如下：
2.轴的强度校核
3.按疲劳强度条件进行校核
4.按静强度条件进行校核
A B
C
D
F r
T L 1
L 2
L 3
F NH2
F NH2
F a
F t
F ′NV1F NV2F NV1F NH2F NH2F NV2
F NV1
F r
水平面受力及弯矩图→
铅垂面受力及弯矩图→水平铅垂弯矩合成图→
F ′NV1
F a M a =F a r
1.轴的弯矩和扭矩分析一般转轴强度用这种方法计算，其步
骤如下
M H
M H
M V1M V2M 1
M 2
T
F t 二、按弯扭合成强度计算
因σb 和τ的循环特性不同，折合后得
][≤ 1.01b 32－σd M +W M ca ca =σ3
221.0)(d
T M α+=2.轴的强度校核
对一般钢制轴可按第三强度理论得出的轴的强度条件为折合系数取值α= 0.3——转矩不变0.6——脉动变化1——频繁正反转
mm
]
[1.0≥3
1b ca
－σM d 设计公式
3.按疲劳强度条件进行校核(参见第三章) 二、按弯扭合成强度计算
1. 轴的弯矩和扭矩分析
2.轴的强度校核
4.按静强度条件进行校核
三、轴的刚度校核计算
§15-3
轴的设计计算
一、按扭转强度计算四、轴的临界转速校核计算
y ≤[y ]
θ≤[θ]υ≤[υ]
按弯扭合成强度计算轴径的一般步骤：
1. 将外载荷分解到水平面和垂直面。

求垂直面支承反力F V 和水平面支承反力F H ；
2. 作垂直弯矩M V 图和弯矩M H 图；
3. 作合成弯矩M 图；
4. 作转矩T 图；
5. 弯扭合成，作当量弯矩M ca 图
6. 计算危险截面轴径:2
2ca )
(T M M α+=2
V 2H M M M +=mm
]
[1.0≥3
1b ca －σM d 1.若危险截面上有键槽，则应加大5%；
2.若计算结果大于结构设计初步估计的轴径，则强度不够，应修改结构设计；
3.若计算结果小于结构设计初步估计的轴径，且相说明：。