第十五章

本章内容

轴的分类、特点、应用以及选材原则；轴的结构设计；轴的强度计算方法。

本章学习目标

1、了解轴的分类、特点及应用

2、掌握轴的选材原则

3、熟练掌握轴的结构设计方法、能够正确绘制轴系结构图

4、掌握轴的强度计算方法

5、掌握提高轴的强度的常用措施

本章重点和难点

一、轴的分类

按承载情况可分为

1、转轴：受扭矩和弯矩的轴，如齿轮轴。

2、心轴：受扭矩而不受扭矩，又分转动心轴和固定心轴。

3、传动轴：主要受扭矩而不受弯矩或弯矩很小的轴。

二、轴的材料

1、碳素结构钢（ 45钢）：综合力学性能较好，应用较多；

2、合金钢：力学性能较高，价格较贵，用于有特殊要求的轴；

3、高强度材料对应力集中敏感；

4、同等条件下，钢材的弹性模量基本相同，对刚度影响基本相同。刚度不足时，应加大截面，减小跨距，不是选择高强度材料。

三、轴的结构设计

应保证：

1. 轴和轴上的零件有准确的工作位置，各零件要牢固而可靠地相对固定；

2. 便于轴上零件的装拆和调整；

3. 轴的结构设计应有利于改善受力状况，减小应力集中；

4. 轴应具有良好的制造工艺性等。

四、轴的结构设计

1、拟定轴上零件的装配方案

装配方案：确定轴上零件的装配方向、顺序、和相互关系。

轴上零件装配方案不同，轴结构形状不同； 拟定方案时，可以考虑几个方案，供比较选择。

装配方案通常以轴最大直径处的轴环为界限，轴上零件分别从两端装入。按安装顺序即可形成各轴段粗细和结构形式的初步布置方案。

2、常用轴向定位

1）轴肩（轴环）——由定位面和过渡圆角组成。

特点：方便、可靠，但轴径突变引起应力集中，轴肩太多加工不便；

适合零件：齿轮、带轮、轴承、联轴器等，轴向力较大场合。

轴肩(环)圆角半径r须小于毂孔圆角半径R或倒角高度C1；轴肩(环)高度h应大于C1和R；

为保证强度，定位轴肩(环)高度h=(0.07～0.1)d，轴环宽度b≥1.4h。

2）套筒（轴套）：用于轴上两个相距较近零件间定位。

可减少轴径变化，简化结构，保证强度；

两个端面为定位面，应有较高的平行度和垂直度；

为使定位可靠，轴段长度比套筒宽度（零件毂长）短2～3mm。

3）圆螺母：与轴肩、轴环等组合实现零件在轴上的双向定位和固定。

装拆方便，固定可靠，可承受较大的轴向力，常采用双螺母；

适用于承受的轴向力较大，无法采用轴套的场合，如斜齿轮轴；

通常用细牙螺纹来增强防松能力和减小对轴的强度消弱及应力集中。

4）轴端挡圈：用于轴端零件，轴端挡圈与轴肩、轴套、圆锥面等组合，使零件双向固定。

挡圈用螺钉紧固在轴端并压紧被定位零件的端面；

能承受的轴向力较小，但可承受振动或冲击；

简单可靠、装拆方便，但需在轴端加工螺纹孔。

5）弹性挡圈：轴上切出环形槽，弹性挡圈嵌入槽中，挡圈侧面压紧被定位零件的端面，常与轴肩联合使用。

工艺性好、装拆方便，但对轴的强度削弱较大；

常用于所受轴向力小的场合。

3、常用周向定位 键、花键、成形、销、过盈配合等（通称轴毂连接）。紧定螺钉也可作周向定位，但仅用于转矩不大的场合。

4、确定各轴段直径大小的基本原则：

1）按轴所受的扭矩估算轴径，作为轴的最小轴径dmin；考虑轴上零件的定位和装拆要求，由外向内确定各轴段的径向尺寸。

2）配合轴段，尽量采用标准直径，有配合要求的零件要便于装拆；

3）安装标准件轴径，应满足装配尺寸要求。

5、提高轴的强度的常用措施

1）改进轴上零件的结构

2）合理安排轴上载荷的传递路线

3）改进轴的局部结构可减小应力集中的影响 应力集中出现在截面突然发生变化或过盈配合边缘处；合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。

4）改善轴的表面品质以提高其疲劳强度 轴的表面粗糙度对疲劳强度有很大的影响。疲劳裂纹常常发生在表面最粗糙的地方。 为提高轴的疲劳强度，可采用表面强化处理，如碾压、喷丸、氮化、渗碳、淬火等方法，可显著提高轴的承载能力。

7、结合机械制图知识，熟练绘制轴系装配结构图。

本章学习时间：建议8小时。