贵, 多用于高速、 重载及有特殊要求的轴材
料。 对于耐磨性要求较高的轴, 可选用20Cr、
20CrMnTi等低碳合金钢, 进行渗碳淬火处理。
对于在高温、 高速和重载条件下工作的轴,
可选用38CrMoAlA、 40CrNi等合金结构钢。
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•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
由于在一般工作温度下, 碳素钢和合金钢
的弹性模量相差无几, 因此, 不能用合金钢代
周建波教授 天津职业大学机电学院
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第10章 轴和轴毂联接
• 10.1 概述 • 10.2 轴的材料 • 10.3 轴及轴系的结构设计 • 10.4 轴的设计计算 • 10.5 轴毂联接
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轴是组成机器最基本的重要零件之一，其主要 功能是传递运动和转矩支撑回转零件（如齿轮、带 轮）。轴一般都要有足够的强度、合理的结构和良 好的工艺性。
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（2） 曲轴：
•
中心线为折线的轴称为曲轴, 如图10 - 2
所示。 它主要用在需要将回转运动与往复直
线运动相互转换的机械中。
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图 10 - 2 曲轴
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• （3） 挠性软轴：
•
能把旋转运动灵活地传到任何位置的钢丝
软轴称为挠性软轴, 如图10 - 3 所示。
•
•
由于阶梯轴上零件便于拆装和固定, 又利于
节省材料和减轻重量, 因此在机械中应用最普遍。
在某些机器中也有采用空心轴(见图10 - 1(c))
的, 以减轻轴的重量或利用空心轴孔输送润滑油、
冷却液等。
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图 10 - 1 直轴 (a) 光轴; (b) 阶梯轴; (c) 空心轴
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10.3 轴及轴系的结构设计
一、轴系的结构简介
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• 轴上各部分名称如图所示
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二、轴的结构简介jb1403.swf
（一） 零件在轴上的轴向固定
•
零件在轴上的轴向固定方法很多, 如图10
- 8 所示, 选择时要综合考虑零件在轴上的位
置、 轴向力的大小、 具体的安装条件等。
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• 2. 轴设计的一般步骤 • (1) 选择轴的材料； • (2) 初步估算轴的基本直径； • (3) 进行轴的结构设计； • (4) 进行轴的强度、 刚度或稳定性等验算； • (5) 绘制轴的工作图。
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10.2 轴的材料
1. 碳素钢
•
碳素钢比合金钢价廉, 对应力集中不敏感, 并
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表10 - 2 轴肩圆角半径
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•
（2）. 套筒
•
在轴的中部, 当两个零件间距离较小时, 常采用
套筒作相对固定, 如图10 - 9所示。使用套筒可简化轴
的结构, 避免在轴上制出螺纹、 环形槽等, 能有效地提
高轴的疲劳强度, 但增加了一些重量, 故套筒不应太长。
且因套筒与轴的配合较松, 所以也不宜用于高速轴。
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图 10 - 9 套筒的使用
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•
（3） 圆螺母
•
圆螺母可承受较大的轴向力, 但在螺纹处有应
（一）、轴的分类和应用特点 1、按轴线形状不同，轴可分为直轴、曲轴和软轴 三种。
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（1） 直轴： 中心线为一直线的轴称为直轴。 在轴的全长
上直径都相等的直轴称为光轴, 如图10 -1(a)所示; 各段直径不等的直轴称为阶梯轴, 如图10 - 1(b) 所示。
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工作中同时受弯矩和扭矩的轴称为转轴
图 10 - 5 转轴
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只受扭矩不受弯矩或所受弯矩很小的轴称为传动轴
图 10 - 6 传动轴
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只承受弯矩的轴称为心轴
图 10 - 7 心轴 (a) 机车车轴; (b) 自行车前轴 轴小结jb140101.swf
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•
（1）. 轴肩和轴环
•
阶梯轴上常采用轴肩或轴环定位, 如图10 - 8所
示。 轴肩或轴环是阶梯轴上截面变化的部分, 由定位
面和过渡圆角组成。 轴肩结构简单, 能承受较大的轴
向力, 应用较多。
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D h C1
d h
d
b
r
rR
(a)
(b)
图 10 —8 轴肩和轴环
替碳素钢来提高轴的刚度。
•
轴的毛坯通常用锻件和热轧圆钢。 对于
某些结构外形复杂的轴可采用铸钢或球墨铸铁,
后者具有吸震性、 耐磨性好、 价格低廉、
对应力集中敏感性差等优点。
•
表10 - 1列出了几种轴的常用材料及其力
学性能。
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表10 - 1 轴的常用材料及其主要力学性能
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可用热处理的方法改善其力学性能。 一般机械中常
用35、 45、 50钢等优质碳素钢, 并进行正火或调
质处理, 其中以45钢用得最为广泛。
•
不重要的、 受力较小的轴可采用Q235、 Q275
等碳素结构钢。
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• 2. 合金钢
•
合金钢具有较高的力学性能和良好的热处
理工艺性, 但对应力集中比较敏感, 且价格较
它由多组钢丝分层卷绕而成(见图10 - 4),
其特点是具有良好的挠性。 它常用于医疗器
械和小型机具等移动设备上。
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图 10 - 3 钢丝软轴
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图 10 - 4 钢丝软轴的结构
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2. 按承载情况不同分类 (1) 转轴： 工作中同时受弯矩和扭矩的轴称为转轴。 转轴在各种机器中最常见, 如减速箱中的齿轮 轴(见图10 - 5)。
(2) 传动轴: 只受扭矩不受弯矩或所受弯矩很小的轴称
为传动轴。 如汽车传动轴(见图10 - 6)。
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• (3) 心轴：
•
只承受弯矩的轴称为心轴。 心轴又分为
转动心轴和固定心轴, 前者如机车车轴(见图
10 - 7(a)), 后者如自行车的前轴(见图10 -
7(b))。
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• 10.1.2 轴设计的要求和一般步骤
•
1. 轴设计的基本要求
•
不同机械对轴有不同的设计要求, 基本包括以
下三方面:
•
(1) 合理的结构和良好的工艺性, 以保证零件具
有可靠的轴向和周向定位, 并利于加工；
•
(2) 具有足够的强度, 以承受设计要求的工作载
荷；
•
(3) 具有足够的刚度和良好的稳定性。