《机械设计》（第八版）濮良贵主编承 第十五章 轴
第十五章 轴
§１５—１ 概述： 一．轴的用途及分类
1．用途： 支承回转零件并传递运动和动力。 2．分类：
1）按承受的载荷分： 三种
① 转 轴： 既承受弯矩又承受扭矩的轴 P.360. 图15-1 ② 心 轴： 只承受弯矩不承受扭矩的轴 P.360. 图15-2 又分转动心轴和固定心轴两种
③ 传动轴： 只承受扭矩而不承受弯矩(或弯矩很小)的轴 P.360. 图15-3 2）按轴线形状分：
① 曲轴： 用于通过连杆实现转动与移动的变换 P.360. 图15-4 ② 直轴： 轴线为直线
a．光 轴： 优点： 形状简单,易加工 缺点： 轴上零件装配、定位困难 适用： 主要用作心轴、传动轴 b．阶梯轴： 优缺点与光轴相反，主要用作转轴。 3）其它： 空心轴，凸轮轴，钢丝软轴等。
二．轴设计的主要内容： 1．结构设计：
按轴上零件的安装、定位及轴的制造工艺等要求，确定轴的结构及尺寸。 2．工作能力计算：轴的强度、刚度和振动稳定性计算。
三．轴的材料： 主要有碳钢和合金钢两种：
1．碳 钢： 特点： 价低，应力集中敏感性低，可用热处理提高强度和耐磨性。 应用： 广泛，尤以45号钢最常用。 2．合金钢： 特点： 机械性能高，淬火性能好，但价高。 适用： ①传力大且要求体小质轻处 ②高低温或耐磨要求高等特殊埸合。
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3．高强度铸铁、球墨铸铁： 特点： 价廉，吸振性、耐磨性好，应力集中敏感性低 适用： 常用于制造外形复杂的轴。
注：轴的常用材料及其主要性能 P.362. 表15-1.
§１５—２ 轴的结构设计
决定轴结构的主要因素： 1）轴上零件的类型、尺寸、数量及与轴的联接方法。 2）载荷的性质、大小、方向及分布情况。 3）轴在机器中的安装位置、形式及轴的加工工艺。 轴的结构要求： 1）轴及轴上零件应具有准确的工作位置。 2）轴上零件应便于装拆和调整。 3）轴应具有良好的制造工艺性。 轴结构设计的任务： 定出轴的合理外形和全部结构尺寸。 轴结构设计的已知条件：
装配简图，轴的转速和传递的功率，轴上零件的数量、主要尺寸及在轴上的位置。 以下以圆锥─圆柱齿轮减速器的输出轴为例说明轴结构设计的主要问题：
图15-21 圆锥—圆柱齿轮减速器简图b)saBcLal123a)45图15-22 输出轴的两种结构方案 a ── 齿轮端面到箱体内壁的距离 c ── 锥齿与圆柱齿轮的间距 L、B ── 锥轮、圆柱齿轮的轴向宽度 s ── 轴承端面到箱体内壁的距离 l ── 轴承盖螺钉的安装空间
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一．拟定轴上零件的装配方案
预定出轴上零件的装配方向、次序及相互关系。应多拟几种方案，以便比较择优 例：图a）输出轴的装配方案是：
左端： 齿轮 一 套筒 一 轴承 一 轴承盖 一 联轴器 右端： 轴承 一 轴承盖 图b）输出轴的装配方案是：
左端： 套筒 一 轴承 一 轴承盖 一 联轴器 右端： 齿轮 一 套筒 — 轴承 一 轴承盖
二．轴上零件的定位
即保证轴上零件具有确定的轴向及周向位置。 （一）零件的轴向定位：
1．轴肩： 指轴径变位形成的凸肩。 分定位轴肩及非定位轴肩两种 1）轴肩定位的优缺点： 优： 方便可靠
缺： ①加大轴的直径 ②产生应力集中 ③增加轴的制造难度 2）轴肩的位置和数量： 根据轴上零件的安装和定位要求确定。 3）轴肩的高度：
（1）零件的定位轴肩 如： 轴肩1、4
h = (0.07～0.1)d d ── 与零件相配处的轴径尺寸 （2）轴承的定位轴肩 如： 轴肩5 由手册中轴承的安装尺寸查得。 h应小于轴承内圈厚度，以便轴承拆卸。 （3）非定位轴肩：
方便加工或零件装拆， 一般取 h = 1～2 mm 4）轴肩处的过渡圆角半径r： 应小于相配零件的毂孔倒 角C或圆角半径R。 R、C值见P.365.表15-2.
轴肩处的圆角半径rhrrC 2．套 筒： 定位简单可靠，又可避免在轴上钻孔，开槽或制螺纹等。 限制： 套筒不宜太长、也不宜用于高速轴(因套筒与轴配合较松，易引起动载) 3．轴承端盖： 端盖用螺钉或榫槽与箱体联接，从而使轴承外圈轴向定位。
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hR《机械设计》（第八版）濮良贵主编承 第十五章 轴 4．其它： 如： 圆螺母、轴端挡圈、弹性挡圈、紧定螺钉等定位 图15-9 轴端挡板定位图15-10 圆螺母定位a)定位处结构b)轴用弹性挡圈图15-11 弹性挡圈定位（二）零件的周向定位 目的： 防止轴上零件与轴产生相对转动。 方法： 键、花键、销，紧定螺钉，过盈配合等。 三．确定各轴段的直径和长度 1．按传递的扭矩初估轴径d：
∵ 此时支反力的作用点未知
∴ 无法按轴的实际受载确定轴径，而只能近似估算
1）实心轴：
2）空心轴：
d?39550000P95500003PP?3??Ao3 mm (15-2)0.2[?T]?n0.2[?T]nnd?Ao3P mm (15-3)n(1??4) [τT]、Ao ── 轴材料的许用扭转切应力及有关的系数。P.370. 表15-3. P、n ── 轴传递的功率(kw) 及轴的转速(rpm) β=d1/d ── 空心轴的内、外径之比，一般取：β= 0.5～0.6 2．定各轴段的直径： 将上述估算轴径d作为最小直径dmin，按拟定的结构逐一定出各轴段的直径 3．定各轴段的长度： 按轴上零件的毂宽、零件所需的装配及调整空 间确定，应使结构尽量紧凑。 注：为使轴上零件轴向定位可靠，其轴颈应比毂宽 短2～3mm.
四．提高轴的强度的常用措施：
125 2～3mm与轮毂配合处的轴段长度《机械设计》（第八版）濮良贵主编承 第十五章 轴 1．合理布置轴上零 件以减小轴的载 荷，图15-16 2．合理设计轴上零件的结构以 减小轴的载荷，图15-17 4．改进轴的表面质量以提高疲强。 图15-18 轴肩过渡结构4输出轮32输入轮1输出轮43输入轮1输出轮2a)不合理的布置图15-16 轴上零件的布置b)合理的布置FF输出轴既受弯矩又受扭矩，不合理输出轴仅受弯矩，合理图15-17 起重卷筒的两种安装方式 3．改进轴的结构以减小应力集中 P.360. 图15-18.和 图15-19. 1.05d减小约30%～40%r过盈配合处的应力集中减小15%～25%减小约40%图15-19 轴毂配合处的应力集中及其降低方法 可采用： 减小表面粗糙度，表面渗碳、氮化、喷丸等。 五．轴的结构工艺性： 轴的结构应便于轴的加工和轴上零件的装拆。 1．倒 角： 为便于零件装拆，轴端应制出45° 的倒角。 2．越程槽： 需磨削的轴段，应制出砂轮越程槽 3．退刀槽： 需切削螺纹的轴段，应留有退刀槽
§１５—３ 轴的计算：
结构设计初步完成后进行，计算准则是保证轴的强度、刚度及振动稳定性。 一．轴的强度校核：
轴的受载情况不同，校核方法也不同：
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a)砂轮越程槽b)螺纹退刀槽图15-200.8 4．键 槽： 同一轴上不同轴段的键槽，应位于轴的同母线上。（减少工件装夹次数） d
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