11.3 轴的结构设计
对于阶梯轴常设计成两端小中间大的形状，以便于零件从两端装拆
轴的结构设计应使各零件在装配时尽量不接触其他零件的配合表面，
轴肩高度不能妨碍零件的拆卸 3.标准尺寸要求 轴上标准零件（滚动轴承、联轴器、圆螺母等）配合处的轴段尺寸必 须符合标准零件的标准尺寸系列。 4.提高轴的疲劳强度 加大轴肩处的过渡政府圆角半径和减小轴肩高度,可以减少应力集中, 提高轴的疲劳强度
实心轴的直径为：
d≥
3
3 T 9.55 106 P P A 0.2[ ] 0.2[ ]n n
b h C h
D
d
D
d
11.3 轴的结构设计
用轴肩或轴环固定零件时，常需采用其他附件来防止零件向另一方向移
动。如套筒、轴承端盖、轴端挡圈、圆螺母、弹性挡圈、紧定螺钉。
11.3 轴的结构设计
为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动，轴上零件的周向
固定必须可靠。常用的周向固定方法有键、花键、销和过盈配合等联接。
4、掌握轴的弯扭合成强度计算方法； 重点 轴的结构设计和轴的强度校核 难点 轴的结构设计和轴的强度校核
第11章 轴
思考题 1、轴的作用是什么?心轴、传动轴、转轴的区 别是什么?试说明自行车的前轴、中轴和后 轴各属哪类轴? 2、轴的常用材料有哪些?为提高轴的刚度，把轴的 材料由碳钢改为合金钢是否有效，为什么? 3、轴上零件的周向和轴向定位各有哪些方法，各 有何特点? 4、轴的强度计算方法有哪几种?各在什么情况下使用? 5、在齿轮减速器中，高速轴的直径与低速轴的直径哪 个大，为什么?
11.2 轴的材料
轴的概述3
轴的主要失效形式是在交变应力作用下的疲劳破坏。 轴的材料要求有较好的强度、韧性，与轴上零件有相对滑动的部位具有较
好的耐磨性，还应考虑应力集中的影响。
碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性比较低，适用于一般要求的轴。 合金钢比碳钢有更高的力学性能和更好的淬火性能，在传递大功率并要求 减小尺寸和质量、要求高的耐磨性，以及处于高温、低温和腐蚀条件下的轴常 采用合金钢。 在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差 不多，因此相同尺寸的碳钢和合金钢轴的刚度相差不多。 高强度铸铁和球墨铸铁可用于制造外形复杂的轴，且具有价廉、良好的吸
轴颈 轴头 轴环 轴肩 轴身
轴头
11.3 轴的结构设计
1.轴上零件的轴向定位、固定和周向固定 零件在轴上的轴向定位要准确而可靠，以使其安装位置确定，能
承受轴向力而不产生轴向位移
轴肩由定位面和内圆角组成，为了保证轴上零件定位可靠，轴肩 处的圆角半径r必须小于零件内孔的圆角半径R或倒角C，轴肩高度
一般取h=（0.07～0.1)d,轴环宽度b≈1.4h。
提高轴的表面质量、合理分布载荷等也可以提高轴的疲劳强度。
11.3 轴的结构设计
11.3 轴的结构设计
一处错误
二处错误
11.3 轴的结构设计
三处错误
四处错误
11.4 轴的工作能力计算
11.4.1 按抗扭强度计算
这种方法用于只受扭矩或主要受扭矩的不太重要的轴的强度计算。在 作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。 对于圆截面传动轴,轴的抗扭强度条件为
第 11 章
轴
第11章 轴
§11.1 概述
§11.2 轴的材料
§11.3 轴的结构设计 §11.4 轴的工作能力计算 §11.5 轴的使用与维护
第11章 轴
基本要求
1、了解轴的类型、各类轴所受载荷和应力特点以
及轴的材料； 2、掌握轴结构设计的基本要求，能熟练地进行结 构设计，绘制轴的结构图； 3、能正确地设汁轴的零件T作图；
第11章 轴
6、按第三强度理论对轴进行弯扭合成强度计算时，为 什么要引入折合系数α?它是如何取值的? 7、利用公式估算轴的直径时，应如何选取A值? 估算出的最小直径应放在轴的哪一部分? 8、如何提高轴的疲劳强度?如何提高轴的刚度? 9、什么是轴的共振?什么是轴的临界转速? 10、设计高速运转的轴时，应如何考虑轴的工作转速 范围?
11.3 轴的结构设计
2.制造工艺和装配工艺要求 轴的形状要力求简单，阶梯轴的级数应尽可能少，轴上各段的键槽、 圆角半径、倒角、中心孔等尺寸应尽可能统一，以利于加工和检验 当轴上有多处键槽时，应使各键槽位于轴的同一母线上 为使轴便于装配，轴端应有倒角 轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴段应有退刀槽
振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，但是质地较脆。
11.2 轴的材料
轴的常用材料及其部分机械性能
11.3 轴的结构设计
轴的结构和形状取决于：
轴在机器中的安装位置及形式 轴上零件的定位、固定及联接方法 轴所承受的载荷 轴的加工工艺以及装配工艺 11.3.1 轴的结构及各部分名称 轴通常由轴头、轴颈、轴身、轴 肩、轴环、轴端的倒角及键槽、 过渡圆角等结构组成。
11.1 概述
11.1.3 轴设计的要求和步骤 1.轴的结构设计
(1)结构设计要求─具有合理的结构形状和尺寸
（2)工作能力要求─具有足够的疲劳强度,对于特殊的用途的轴,还应有 刚度、振动稳定性等方面的要求。 பைடு நூலகம்.轴的设计步骤 选择 材料 估算 轴径 结构 设计 验算工 作能力 绘制 零件图
工作能力不足修改
11.1 概述
11.1 轴的作用。 轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。 11.2 轴的类型 1.按照受载荷的不同，轴可分为：


心 轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。
传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。 转 轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。
11.1 概述
2.按结构形状，轴可分为： 曲轴和直轴两大类。 直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。 轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航空发动机的主轴。 除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到不开敞地空 间位置。
T 9.55 106 P ≤ [ ] 3 WT 0.2d n

危险截面的切应力 Mpa

T
WT
材料的许用扭转切应力 Mpa 轴所承受的转矩 N mm
轴危险截面的抗扭截面系数 mm2 轴的传递功率 KW 轴的转速 r / min 轴危险截面的直径 mm
P n
d
11.4 轴的工作能力计算