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14.3 轴的结构设计
2、确定轴的各段长度 确定轴的各段长度，应注意以下几点： 1）当零件需要轴向定位时，则该处轴段的长度应比所装零 件的宽度小（2-3mm），以保证零件沿轴向可靠定位，如装 齿轮段 2）装轴承处的轴段长度一般与轴承宽度相同。 3）轴段长度的确定应考虑轴系中各零件之间的相互关系和 装拆工艺要求。
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14.3 轴的结构设计
14.3.3 零件在轴上的固定
周向固定 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。
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D h r R
d D
h
C
r d
轴向固定 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
上零件的力作为集中力，其作用点取为零件轮毂宽度的中点。支点 反力的作用点一般可近似地取在轴承宽度的中点上。
n
其余各段轴的直径确定应注意以下几点：
1）应考虑键槽对轴的强度的影响，若该处有一个键槽，直 径增加3%-5%，若有两个键槽，直径增加7%-10%
2）装配标准件处，其轴段直径必须符合标准件的标准直径 系列值
3）有定位要求的轴段，轴的直径应满足定位要求。
4）非配合轴段直径，可不取标准值，但是一般应取整数。
相对固定。 2）轴应有良好的工艺性，便于制造和进行轴上零件的装
配及调整。 3）轴的结构要有利于减少应力集中。 4）受力合理，有利于减轻轴的重量和节省材料。
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14.3 轴的结构设计
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
改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。
输入
输入
T 1+T 2 T1结构也可以减小轴上的载荷。
图13.12 卷筒的轮毂结构
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Mmax Mmax
14.3 轴的结构设计
14.3.5提高轴的强度与刚度措施
2、改善轴的结构，减少应力集中
•阶梯轴段直径不宜相差太大 •轴肩处的过度圆角尽量大些 •结构上应尽量减少应力集中源 •合理选择键联接 •减少轴与零件过盈连接的应力集中。可以采用下图的方式
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
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
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
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14.3.5提高轴的强度与刚度措施 1、改善轴的受力情况
30°
b
r
r
a)减载槽
b)中间环
c)凹切圆角
3、提高轴的表面质量
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14.4 轴的强度计算
14.4.1 轴的弯扭合成强度计算
危险截面需要强度校核 完成轴的结构设计后，作用在轴上外载荷（转矩和弯矩）的大
小、方向、作用点、载荷种类及支点反力等就已确定．可按弯扭合 成的理论进行轴危险截面的强度校核。
建立力学模型 进行强度计算时通常把轴当作置于铰链支座上的梁，作用于轴
➢根据工作要求确定轴上零件的位置和固定方式； ➢确定各轴段的直径； ➢确定各轴段的长度 ➢根据有关设计手册确定轴的结构细节，如圆角、倒角等尺寸 按弯扭合成进行轴的强度校核。 修改轴的结构后再进行校核计算。 绘制轴的零件图
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14.3 轴的结构设计
1、确定轴的各段直径
估算轴的最小直径
P d A3
其中A值可以查表确定
第14章 轴和轴毂联接
§14.1 轴的分类和设计要求 §14.2 轴的材料及其选择 §14.3 轴的结构设计 §14.4 轴的强度计算 §14.5 轴毂连接
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14.1 轴的分类和设计要求
轴的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：
➢ 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。 按照轴线形状的不同，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。
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轴上各段的名称
轴通常由轴头、轴颈、轴肩、 轴环、轴端及不装任何零件的轴 段等部分组成。
轴的结构和形状取决于：
轴的毛坯种类 轴上作用力的大小及分布情况 轴上零件的位置、配合性质以 及联结固定的方法 轴承的类型、尺寸和位置 轴的加工方法、装配方法以及 其他特殊要求
轴端 轴头
轴颈 轴身 轴头
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14.2 轴的材料及选择
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 振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，但是质较脆。
轴的常用材料及其部分机械性能（见下页）
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14.2 轴的材料及选择
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14.3 轴的结构设计
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14.3 轴的结构设计
轴的结构应满足下列要求： 1）轴和装配在轴上的零件应有正确的工作位置和可靠的
轴的材料主要是碳钢和合金钢，钢轴的毛坯多数用圆钢或锻件，各种 热处理和表面强化处理可以显著提高轴的抗疲劳强度。
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。
b
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➢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。
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➢当轴向力不大而轴上零件间的距离较大时，可采用弹性挡圈固定。
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➢当轴向力很小，转速很低或仅为防止零件偶然沿轴向滑动时，可采用 紧定螺钉固定。
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14.3 轴的结构设计
14.3.4 轴的制造和装配工艺性
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