轴的分类及结构
机械设计基础-----第12章 轴
转动心轴：轴转动 固定心轴：轴固定
问：火车轮轴属于什么类型？
问：自行车前轮轴属于什么类型？
传动轴：只受转矩，不受弯矩M=0，T≠0
如：汽车下的传动轴。
转轴：既传递转矩（T）、又承受弯矩（M）
如：减速器中的轴。
问：根据承载情况下列各轴分别为哪种类型？ 0 轴： 传动轴 Ⅰ轴： 转轴 Ⅱ轴： 转动心轴
表12-2 常用材料的[τT]值和C值
轴的材料 Q235-A, 20 Q275, 35 1Cr18Ni9Ti 45 40Cr, 35SiMn 38SiMnMo, 3Cr13
[τT](N/mm2 )
15~25
20~35
25~45
35~55
C
160~135
135~118
118~107
107~98
注: 当作用在轴上的弯矩比传递的转矩小或只传递转矩、载荷较 平稳、无轴向载荷或只有较小的轴向载荷、减速器的低速轴、轴 只作单向旋转, [τT]取较大值， C取较小值; 否则[τT]取较小值， C取较大值。
第12章 轴
§12-1 §12-2 §12-3 §12-4 概 述
带传动和链传动都是通过中间挠性件传递运 动和动力的，适用于两轴中心距较大的场合。 与齿轮传动相比，它们具有结构简单，成本 低廉等优点。
轴的结构设计 轴的计算 轴的设计实例
§12-1、概述
一、主要功用
1、支承轴上回转零件（如齿轮）
2、传递运动和动力 二、分类 1、按承载分 心轴：只承受弯曲（M），不传递转矩（T=0）
▲ 碾压、喷丸等强化处理。
通过碾压、喷丸等强化处理时可使轴的表面产生预 压应力，从而提高轴的疲劳能力。
五、轴的结构工艺性 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 1. 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。
机械基础 第十章 轴
转轴的结构
轴向固定
轴肩 或轴环 轴端 挡圈
圆螺母
轴套
弹性 挡圈 紧定螺钉 与挡圈
圆锥面
能消除轴与轮毂间的径向间隙 ，装拆方便，可兼做周向固定。常 与轮端挡圈联合使用，实现零件的 双向固定。适用于有冲击载荷和对 中性要求较高的场合，常用于轴端 零件的固定。
转轴的结构
轴上零件的周向固定
平键 连接
目的——保证轴能可靠地传递运动和转矩， 防止轴上零件与轴产生相对转动。
目的——保证零件在轴上有确定的轴 向位置，防止零件作轴向移动，并能承受 轴向力。
这是一种常用的轴向固定方法。轴 肩或轴环的过渡圆角半径r小于轴上零 件孔端的圆角半径R或倒角C（即r<R或 r<C），这样才能使轴上零件的端面紧 靠定位面。它具有结构简单，定位可靠 和能够承受较大轴向力等优点，广泛应 用于各种轴上零件的固定。
常用于医疗器械和电动手持小 型机具，例如铰孔接头机、刮削机 等。
轴的用途和分类
直轴的分类及特点
心轴
转动心轴 固定心轴
转动心轴
火车轮轴 固定心轴
自行车前轴
用来支承转动的零件，工作 时只承受弯矩作用而不传递动力 。例如车辆用的转动心轴；支承 滑轮用的固定心轴。
轴的用途和分类
直轴的分类及特点
心轴
转轴
传动齿轮轴
传动轴
发动机曲轴
汽车传动轴
轴的用途和分类
二、轴的分类 根据轴心线形状的不同，可以把轴分为直轴、曲轴和挠性钢丝软轴（简称挠性轴）三大类。 生产及生活中常用的是直轴。根据直轴所受的承载情况不同，又可分为心轴、转轴和传动轴三类。
轴的类型及特点
直轴
光轴 阶梯轴
直轴的轴线为一直线。按直轴 外形不同，又分为光轴（直径无变 化）和阶梯轴（直径有变化）。
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。
《轴的作用及分类》课件
05
轴的维护与保养
定期检查与保养
定期检查轴的外观
检查轴是否有磨损、裂纹、锈 蚀等现象，以及轴承座是否松
动。
定期清洗轴承
使用专业清洗剂清洗轴承，确 保轴承内部无杂质，保持润滑 。
定期更换轴承
根据轴承的使用情况，定期更 换轴承，以保证轴的正常运转 。
定期检查轴的支撑
检查轴的支撑轴承是否正常， 如有问题及时更换。
03
轴的材料与选择
常用轴的材料
碳素钢
具有良好的强度和韧性 ，适用于中等载荷和转
速的轴。
不锈钢
具有较好的耐腐蚀性和 耐磨性，适用于高转速
和腐蚀性环境。
合金钢
具有较高的强度和耐磨 性，适用于高载荷和高
转速的轴。
铜合金
具有较好的导热性和耐 磨性，适用于低转速和
轻载的轴。
选择轴的材料考虑因素
01
02
03
经济性原则
轴的设计应在满足功能和性能要求的前提下，尽量降低成 本。例如，合理选择材料和工艺，优化结构设计，减少不 必要的重量和体积。
轴的校核方法
静强度校核
通过计算轴在静载荷作用下的应力分布和许用应 力，校核轴的静强度是否满足要求。主要考虑弯 曲应力和剪切应力，以及轴的刚度是否满足要求 。
扭振校核
通过分析轴在扭转振动作用下的动态响应和稳定 性，校核轴的扭振性能是否满足要求。需要考虑 轴的阻尼、质量分布、支撑条件等因素对扭振性 能的影响。
传动轴
传动轴主要承受弯矩，在转动过程 中，传动轴上的载荷位置会发生变 化。
根据轴线形状分类
01
02
03
直轴
直轴的轴线为直线，是最 常见的轴类型。
曲轴
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9章-轴和联轴器
碳素钢
500许用弯曲应力170
75
45
600
200
95
55
700
230
110
65
800
合金钢
900
270
130
75
300
140
80
1000
330
150
90
铸钢
400
500
100
50
30
120
70
40
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。
设计公式： d 3 M d
滑动轴承 向心球轴承 调心球轴承 圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承 安装齿轮处轴
的截面
允许偏转角 [θ](rad)
0.001 0.005 0.05 0.0025 0.0016
0.001~0.00 2
四、轴的设计
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
根据轴的工作条件选择材料，确定许用应力。 按扭转强度估算出轴的最小直径。 设计轴的结构，绘制出轴的结构草图。包括
第九章 轴和联轴器
§9.1 轴的分类和材料 §9.2 轴的结构 §9.3 轴的计算 §9.4 轴毂联结 §9.5 联轴器和离合器
§9-1 轴的分类和材料
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。
分类： 按承受载荷分有：
类 型
按轴的形状分有：
为了减少键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径
有一个键槽
有两个键槽
轴径d＞ 100mm
《机械基础》(赵学主编)教案：轴的用途和分类、传轴的结构
《机械基础》教案：轴的用途和分类、传轴的结构一、教学目标1. 让学生了解轴的基本概念和用途。
2. 使学生掌握轴的分类及特点。
3. 让学生了解传动轴的结构和功能。
二、教学重点与难点1. 教学重点：轴的用途、分类和传动轴的结构。
2. 教学难点：轴的分类和传动轴的结构。
三、教学准备1. 教材：《机械基础》(赵学主编)。
2. 教学工具：黑板、粉笔、多媒体设备。
四、教学过程1. 导入：通过展示机械设备中的轴图片，引导学生思考轴的作用和用途。
2. 新课导入：介绍轴的基本概念、用途和分类。
a. 轴的定义：轴是用来支承旋转部件、传递动力和扭矩的零件。
b. 轴的用途：传递动力、支承旋转部件、保持旋转精度等。
c. 轴的分类：传动轴、曲轴、凸轮轴、主轴等。
3. 课堂讲解：讲解传动轴的结构和功能。
a. 传动轴的定义：传动轴是连接两个旋转轴，传递动力和扭矩的零件。
b. 传动轴的结构：传动轴主要由轴身、轴承、联轴器等部分组成。
c. 传动轴的功能：传递动力和扭矩，实现机械设备的旋转运动。
4. 课堂练习：让学生结合教材，分析不同类型的轴在机械设备中的应用实例。
5. 总结与拓展：总结轴的用途和分类，引导学生思考轴在机械设计中的重要性。
五、作业布置1. 请学生结合教材，总结轴的用途和分类。
2. 分析传动轴的结构和功能，举例说明其在机械设备中的应用。
教学反思：本节课通过讲解和练习，使学生了解了轴的用途、分类和传动轴的结构。
在教学过程中，要注意引导学生结合实例进行分析，提高学生的实际应用能力。
可通过课后作业检查学生对课堂内容的掌握情况，为后续教学提供依据。
六、教学内容1. 介绍轴的的材料和热处理2. 讲解轴的强度计算和校核3. 使学生了解轴的磨损和维护七、教学重点与难点1. 教学重点：轴的材料选择、强度计算及磨损维护。
2. 教学难点：轴的强度计算方法及磨损原因。
八、教学准备1. 教材：《机械基础》(赵学主编)。
2. 教学工具：黑板、粉笔、多媒体设备。
轴受力分析80页PPT
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B、过渡肩环、凹切圆角、 增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。
30˚
d/4 d
B位置 d/4
过渡肩环
r 凹切圆角
第三节、轴的工作能力分析
一、对于只传递扭转的圆截面轴，强度条件为：
T
T WT
9.55 106 P 0.2d 3n
设计公式： d3 Md
0.1[1]
mm
材料 碳素钢
合金钢 铸钢
轴的许用弯曲应力
σb
[σ+1]
[σ0]
[σ-1]
400
对称13循0 环状态下7的0
40
500
许17用0 弯曲应力75
45
600
200
95
55
700
230
110
65
800
270
130
75
900
300
140
80
1000
330
150
90
400
F1v M’av Mav
F2v
M'aVF1VM L/a2V212 0.1 39/23
205Nm
F1H
Ft MaH F2H
M aVF2VL M /a 2V 42 8 0.1 79 /23 F1F 414Nm
F F2F
5) 绘制水平面的弯矩图
MaHF1HM L/a2V 87 0 0.1 09/23 840Nm
(5) 若各轴段具有较高同轴度，在轴两端开设中心孔
五、提高轴的强度和刚度的常用措施
1）改进轴上零件结构，减小轴的载荷
2.合理布置轴上零件，减小轴上的载荷
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轴的分类及结构
一、轴的定义
轴(shaft)是穿在轴承中间或车轮中间或齿轮中间的圆柱形物件，但也有少部分是方型的。
轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。
一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径。
机器中作回转运动的零件就装在轴上。
二、轴的结构设计
轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。
它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情况，轴承的类型与尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，对轴的变形等因素有关。
设计者可根据轴的具体要求进行设计，必要时可做几个方案进行比较，以便选出最佳设计方案，以下是一般轴结构设计原则:
1、节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状;
2、易于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆卸和调整;
3、采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施;
4、便于加工制造和保证精度。
三、轴的分类
常见的轴根据轴的结构形状可分为曲轴、直轴、软轴、实心轴、空心轴、刚性轴、挠性轴(软轴)。
直轴又可分为:
①转轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各种减速器中的轴等。
②心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如铁
路车辆的轴等，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。
③传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，如起重机移动机构中的长光轴、汽车的驱动轴等。
轴的材料主要采用碳素钢或合金钢，也可采用球墨铸铁或合金铸铁等。
轴的工作能力一般取决于强度和刚度，转速高时还取决于振动稳定性。