传动轴
发动机 传动轴1端接பைடு நூலகம்速器，2端接后桥齿轮系
传动轴
后桥
分析火车轮轴属于什么类型？ 分析自行车轴属于什么类型？
心轴
车厢重力
支撑反力
转动心轴 火车轮轴
转动轴
曲轴 阶梯轴
光轴 挠性钢丝轴
曲轴
9.1.3 轴设计的要求和步骤
1.轴的设计要求
（1）结构设计要求 轴应具有合理的结构形状和尺寸。 （2）工作能力要求 轴应具有足够的疲劳强度，对于某 些特殊用途的轴，还应有刚度、振动稳定性等方面的要求
做回转运动的传动零件， 如图所示减速器示意图中 的齿轮、联轴器等，都是 安装在轴上，并通过轴实 现传动。因此，轴的主要 功用就是支承零件并传递 运动和动力。
9.1.2 轴的分类
轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。
➢ 传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。 ➢心 轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。 ➢ 转 轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。
1
2
5
6
7
3
4
如图所示，共有7处错误。 （1）轴肩高度超过轴承内圈高度，轴承无法拆卸； （2）轴头长度太长（轮毂长度过短），轮毂定位不准确； （3）键过长，无法装配； （4）套筒高度超过轴承内圈高度，轴承无法拆卸； （5）没有退导槽，螺母无法拧紧，轴承定位不可靠； （6）半联轴器没有定位。 （7）轴过长。
a)普通平键、导向平键、滑键 b)半圆键
c)楔键 e)花键
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2.制造工艺和装配工艺要求
要求是指轴的结构应尽可能便于加工，节约加工成本。
轴的形状要力求简单，阶梯轴的级数应尽可能少，轴上各段的圆角半径、 倒角等尺寸应尽可能统一，以利于加工和检验
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 、中心孔。 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 轴肩高度不能妨碍零件的拆卸
装配段不宜过长。
保证轴上零件压紧可靠，轴上零件宽度应大于相配轴段长度。
B
轴套
L
L = B-(1～3）
3.标准尺寸要求
轴上的零件多数都是标准零件，如滚动轴承、联轴 器、圆螺母等，因此与标准零件配合处的轴段尺寸必须 符合标准零件的标准尺寸系列.
轴环
9.3.2 轴的结构设计中重点解决的问题
1.轴上零件的轴向定位、固定和周向固定
(1) 轴向固定 轴上零件的轴向定位主要靠轴肩和轴环或 套筒来完成。
轴肩和轴环
为了保证轴上零件靠紧 定位面，轴肩处的圆角半 径R必须小于零件内孔的 圆角R1 或倒角C1
轴肩高度一般取h= （0.07～0.1）d，轴环宽 度b≈1.4h
2.轴的设计步骤 为转轴设计程序框图，其他类型轴的设计
步骤与此类似，其中结构设计与验算工作能力 往往是交叉进行的，也是最重要的两步。
转轴设计程序框图
9.2 轴的材料
长期承受交变应力作用下的疲劳破坏是轴的主要失效形式 因此，轴的材料要求具有较好的强度、韧性，与轴上零
件有相对滑动的部位还应具有较好的耐磨性 （1）碳素钢 工程中广泛采用35、45、50等优质碳素钢 对于轻载和不重要的轴也可采用Q235、Q255等普通碳素钢 （2）合金钢 常用于高温、高速、重载以及结构要求紧凑的
h
h
h
h
轴上零件的轴 向固定就是不 允许轴上零件 沿轴向窜动。
套筒
应用：齿轮、带轮、联轴器、轴承等的轴向定位。 轴上间距不大的两零件的轴向定位。与滚动轴承组 合时，套筒的厚度不应超过轴承内圈的厚度，以便 轴承拆卸。
圆螺母
正确
错误
错误
特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力 由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降 应用：常用于轴的中部和端部
9.4 轴的工作能力计算
轴的设计步骤
1、按扭转强度初步估算最小轴径。 d30.2 T[]39.05.2[5 1T]n 6 0PC3P n
2、轴的结构设计（确定轴各段的直径和长度）
3、按弯扭合成强度校核轴的强度
eM W e
M2(T)2
0.1d3
[1b]
设计如图所示斜齿轮减速 器输出轴。已知：输出功 率 P=15KW，转速 n=280r/min,齿轮直径 d=320mm,所受的作用力
如果轴的结构设计不合理，可能会影响轴的工作能 力，增加轴的制造成本或轴上零件装配的困难。因此 轴的结构设计是轴设计中的重要内容
卷筒的轮毂结构
Mmax Mmax
9.3.1 轴的结构及各部分名称
⑴轴头
支承传动零件、联 轴器等，并与这些零件 保持一定的配合的轴段
⑵轴颈
与轴承配合的轴段
⑶轴身
联接轴头与轴颈的轴段 轴肩
Ft=3197N,Fr=1200N,Fa= 812N.齿轮的轮毂宽度为 80mm。
9.4.1 按抗扭强度计算
对于圆截面传动轴，其抗扭强度条件为
轴，有较高的力学性能，但价格较贵，对应力集中敏感，所 以在结构设计时必须尽量减少应力集中. 40Cr 35SiMn
（3）球墨铸铁 耐磨、价格低，但可靠性较差，一般用于形 状复杂的轴
轴的结构设计主要取决于轴在机器中的安装位置及 形式，轴上零件的定位、固定以及联接方法，轴所承 受的载荷，轴的加工工艺以及装配工艺要求等
弹性挡圈
特点：结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力。 应用：常用于固定滚动轴承等的轴向定位
轴端压板
特点：可承受剧烈振动和冲击。 应用：用于轴端零件的固定，
紧定螺钉
特点：可承受很小的轴向力。 应用：适用于轴向力很小，转速 低的场合
（2） 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。
4.提高轴的疲劳强度
加大轴肩处的过渡圆角半径和减小轴肩高度，就 可以减少应力集中，从而提高轴的疲劳强度。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
轴系结构改错 四处错误 正确答案
分析下图错误
1
3
6
4 5
2
如图所示，共有6处错误。 （1）轴肩高度超过轴承内圈高度，轴承无法拆卸； （2）键过长，无法装配； （3）轴头长度太长（轮毂长度过短），轮毂定位不准确； （4）套筒高度超过轴承内圈高度，轴承无法拆卸； （5）轴承处直径和右端直径一样，导致装配和加工难度增加; （6）没有密封装置，导致润滑剂流失。