（1）碳素结构钢，如Q235、Q275等。 （2）35、40等优质碳素钢，其中价廉物美的45
应用最普遍。
（3）合金钢，如35CrMo、40Cr等，比碳钢更好 的机械性能和淬透性，价格更高。
（4）球墨铸铁，代替合金结构钢做形状复杂 的轴，吸振性好，对应力敏感性低。
3.轴的毛坯形式 一般采用轧制的圆钢或锻件。
② 即使是塑性较好材料，经过多次应力循环后， 也会和脆性材料一样发生突然断裂，断裂前 没有明显的塑性变形。
③断口上呈现明显的两个区域： 光滑区和粗糙区。
（3）与特点对应的原因
交变应力超过一定限度并反复作用
最大应力处或材料薄弱处产生裂纹
裂纹扩展 脆性断裂
形成光滑区 形成粗糙区
2.疲劳极限（或持久极限） 指材料试样经过无穷多次应力循环而不发生破
第10章 轴及 轴毂联接
第10章 轴及轴毂联接
10.1 轴的类型及其材料 10.2 动载荷与交变应力 10.3 轴的结构设计 10.4 轴的强度设计 10.5 轴毂连接
10.1 轴的类型及其材料
一、轴的功用及其类型
1.功用 1）支承回转运动零件；2）传递运动和动力 2.类型 ①按其结构形状分为光轴和阶梯轴。
R1或C1
表11.6.1 圆角半径R1和倒角C1/mm
＞10～ ＞18～ ＞30～ ＞50～ ＞80～
18
30
50
80
100
0.8
1.0
1.6
2.0
2.5
1.6
2.0
3.0
4.0
5.0
（2）套筒和圆螺母 套筒
应力集中，削弱强度
注意：轴上两零件相距较近时， 一般采用套筒；当两零件相距 较远时 ，可采用圆螺母。
光轴
阶梯轴
②按轴的轴线形状可分为:直轴、曲轴、挠性轴
直轴
曲轴
挠性钢丝轴
③按轴功用和承载情况，可分为三种类型： 转轴—既传递扭矩又承受弯矩 心轴—只承受弯矩 传动轴—只传递扭矩
自行车前轴--心轴
汽车的传动轴
减速器轴—转轴 此外，轴还可以分为实心轴和空心轴。
二、轴的材料
1.选择轴的材料时应主要考虑的因素： （1）的强度、刚度及耐磨性要求； （2）轴的热处理方法及机加工工艺性的要求； （3）轴的材料来源和经济性等。 2.轴的常用材料
（3）轴端挡圈和圆锥面 两者常结合起来使用，轴上零件装拆方便。
轴端挡圈和圆锥面
轴端挡圈和圆柱面
注意：主要用于轴上零件与轴的同心度要求较高 或轴受振动的场合，且多用于轴端。
（4）弹性挡圈和紧定螺钉 结构简单，但只能承受较小的轴向力。
2.轴上零件的周向定位和固定
平键连接
花键连接
销连接
成形连接
过盈配合
⑤应力幅
a
max min
2
(4)交变应力的类型
对称循环应力r =-1
O
脉动循环应力r =0
非对称循环应力
-1< r <1且r≠ 0
静应力r =1
二、疲劳失效与持久极限
1.疲劳失效 （1）定义：在交变应力作用下发生的失效。 （2）特点：
① 破坏时的最大应力远低于材料在静应力下 的屈服极限；
(3)工艺要求 轴的结构应便于轴的加工和 轴上零件装拆（装配）。
(4)形状、尺寸要求 改善载荷分布和有利于减 少应力集中。
二、轴上零件的定位和固定
1.轴上零件的轴向定位和固定 （1）轴肩和轴环
轴肩和轴环是轴段因直径变化而形成的结构， 都对轴上零件起单向定位和固定作用。
正确结构 错误结构
轴径d R
三、轴的结构工艺性
1.轴的结构应便于轴上零件的装拆和固定 通常做成阶梯轴。
2. 轴的结构应便于加工制造 （1）轴上需切制螺纹时应留出退刀槽；
（2）轴段需磨削时应留有砂轮越程槽；
（3）轴端和各轴段端部应有45º倒角，轴上的倒角 和圆角半径尽量一致；
（4）不同轴段有几个键槽时应位于同一母线上。
设计公式：
d3 9.0 5.2 5 [1]0 6
PC3 P
n
n
其中：功率P—KW；转速 n—r/min；直径d— mm； C —由轴的材料和受载情况决定的常数
3.轴的结构应便于减少应力集中 （1）尽量减少阶梯数； （2）相邻轴段尺寸变化尽量小，且要有过渡圆角； （3）尽量避免在轴上开横孔、凹槽和加工螺纹； （4）提高轴的表面质量，降低表面粗糙度数值。
过渡肩环
凹切圆角
卸荷槽
四、轴的尺寸
确定轴的直径除应考虑满足强度与刚度要求外， 还要考虑下面因素的影响：
（1）与滚动轴承配合的轴颈直径，必须符合滚动轴 承内径的标准； （2）轴上车制螺纹部分的直径，必须符合螺纹标准； （3）安装联轴器的轴头直径应与联轴器的孔径范围 相适应；
（4）与零件相配合的轴头直径，应采用国家标准规 定的标准尺寸。
10.4 轴的强度设计
一、按扭转强度估算轴的最小直径
校核公式：
W Tp9.50.2 5d13n60P[]
附：轴常用材料及机械性能表
轴的常用材料及其机械性能表
10.2 动载荷与交变应力
一、动载荷与交变应力
1. 动载荷 静载荷：大小和方向不随时间而变化的载荷。 动载荷（或变载荷）：载荷明显要随时间变化，或 者是短时间内有突变的载荷。
工程实际中，大多数零件工作时所受到的载荷都 是动载荷，如内燃机、颚式破碎机中的构件。 2. 交变应力 （1）定义：动载荷作用下产生的随时间变化的应力。
（2）实例：
圆轴表面上任意一点A在任一瞬时的弯曲正应力为：
AM Iz yAM Iz Rsint
应力循环（或周期）：交变应力从最大变到最小、 再从最小变到最大的变化过程。
(3)交变应力的参数
①最大应力σmax ②最小应力σmin
③循环特征系数 r min max
④平均应力
max min 2 m
弯曲脉动循环： 0 1.3 31
注意：在对称循环交变应力作用下材料的疲劳极 限值最低，即对称循环的交变应力对构件 来说最危险。
10.3 轴的结构设计
一、概述
1.典型转轴结构实例
2.轴的结构设计的概念 确定轴的外形及全部结构尺寸。
3.一般轴结构设计的基本要求 (1)定位要求 要求轴和轴上零件要有准确 的工作位置。 (2)固定要求 要求轴上各零件的位置要可 靠地固定。
坏时，应力循环中最大应力的最高限。 试样材料的最大工作应力和寿命（即应力循环
次数）之间的关系可用如下疲劳曲线来表示。
失效区
实验得到的材料疲劳极限与静强度极限 之间的数量关系：
弯曲对称循环： 10.2( 7sb)
拉(压)对称循环： 1 0 .2(3 sb )
扭转对称循环： 10.1( 5sb)