轴的工作能力设计

1、第第7 7章章 轴的工作能力设计轴的工作能力设计7.1 7.1 概述概述7.2 7.2 轴的强度计算轴的强度计算7.3 7.3 轴的刚度计算轴的刚度计算7.4 7.4 轴的振动稳定计算简介轴的振动稳定计算简介7.5 7.5 轴的结构设计轴的结构设计7.1 概述概述 轴的功用轴的功用 轴是组成机器的重要零件之一轴是组成机器的重要零件之一, , 其作用是用来支其作用是用来支撑轴上做回转运动的零件，如齿轮、带轮、链轮、撑轴上做回转运动的零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等，并传递运动和动力。凸轮等，并传递运动和动力。 7.1 概述概述7.1.1 7.1.1 轴的分类轴的分类按轴的形状分：按轴的形状分：光

2、轴光轴：形状简单，易加工，但轴上零件不易装配和定：形状简单，易加工，但轴上零件不易装配和定 位。位。直轴、曲轴、钢丝软轴直轴、曲轴、钢丝软轴直轴直轴光轴光轴阶梯轴阶梯轴 阶梯轴阶梯轴：特点与光轴相反，能满足定位和装配方便：特点与光轴相反，能满足定位和装配方便的需要。的需要。 一般情况下，直轴做成实心轴，需要减重时做一般情况下，直轴做成实心轴，需要减重时做成空心轴。成空心轴。 曲轴曲轴各轴段轴线不在同一直线上，主要用于往各轴段轴线不在同一直线上，主要用于往 复机械中，如振捣器，内燃机中等。复机械中，如振捣器，内燃机中等。 挠性钢丝轴挠性钢丝轴由多组钢丝分层卷绕而成具有良好由多组钢丝分层卷绕而成具

3、有良好挠性，可将回转运动灵活地传到不开敞的空间位置。挠性，可将回转运动灵活地传到不开敞的空间位置。 按承受载荷分：按承受载荷分：转轴转轴传动轴传动轴心轴心轴既承受弯矩又承受扭矩既承受弯矩又承受扭矩只承受弯矩不承受扭矩只承受弯矩不承受扭矩主要承受扭矩而不承受弯矩（或弯矩很小）主要承受扭矩而不承受弯矩（或弯矩很小）转动心轴转动心轴固定心轴固定心轴 心轴心轴前轮轮毂前轮轮毂固定心轴固定心轴火车轮轴火车轮轴车厢重力车厢重力 前叉前叉自行车自行车前轮轴前轮轴支撑反力支撑反力转动心轴转动心轴FmaxM只承受弯矩不承受扭矩只承受弯矩不承受扭矩发动机发动机后桥后桥传动轴：传动轴：只受扭矩，不受弯矩只受扭矩，不

4、受弯矩 TT（或主要承受扭矩，承受很小弯矩）（或主要承受扭矩，承受很小弯矩）转轴：转轴：既受弯矩又受转矩既受弯矩又受转矩VFrFtADBCVHBCADMVMHTFrFtFtTTFV1FV2FH1FH2转轴是机器中最常见的轴。转轴是机器中最常见的轴。 带式运输带式运输机机减速器减速器电动机电动机分析分析1：图示各轴属于何种类型轴？：图示各轴属于何种类型轴？轴轴 轴轴 轴轴 轴轴 传动轴传动轴转轴转轴心轴（扭矩由滚筒承担）心轴（扭矩由滚筒承担）心轴（扭矩很小）心轴（扭矩很小）TTFrTTFtFtWT31212FtFrFtFrnTnn分析分析2：自行车各轴属于何种类型轴？：自行车各轴属于何种类型轴？

5、前轮轴前轮轴心轴心轴角蹬轴角蹬轴转轴转轴后轮轴后轮轴心轴（或转矩较小的转轴）心轴（或转矩较小的转轴） 轴的组成轴的组成轴头：轴头：轴和旋转零件的配合部分。轴和旋转零件的配合部分。轴颈：轴颈：轴和轴承配合的部分。轴和轴承配合的部分。轴身轴身：连接轴颈与轴头部分连接轴颈与轴头部分。轴身轴身轴身轴身轴头轴头轴颈轴颈轴颈轴颈轴轴端：端：轴的两端。轴的两端。轴端轴端轴端轴端7.1.2 7.1.2 轴的材料轴的材料轴的主要材料是碳素钢和合金钢。轴的主要材料是碳素钢和合金钢。合金钢合金钢 20Cr、20CrMnTi、40Cr 35SiMn、35CrMo、40MnB、40CrNi等等碳素钢碳素钢普通碳素钢普通

6、碳素钢 Q235、Q255、Q275优质碳素钢优质碳素钢: : 30、40、 45 、50 钢钢正火或调质处理。正火或调质处理。 碳素钢对应力集中的敏感性低，加工工艺性好，碳素钢对应力集中的敏感性低，加工工艺性好，故应用最广，故应用最广， 对于不重要或受力较小的轴也可用对于不重要或受力较小的轴也可用Q235AQ235A等普通碳素钢。等普通碳素钢。轴的毛坯轴的毛坯: :圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。圆钢或锻件，有时也用铸钢或球墨铸铁。 合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对强但对应力集中比较敏感，且价格

7、较贵，多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。度和耐磨性有特殊要求的轴。 7.1.37.1.3轴的工作能力设计内容轴的工作能力设计内容轴设计的主要任务轴设计的主要任务轴的结构设计轴的结构设计轴的工作能力设计轴的工作能力设计轴材料选择轴材料选择N 选择材料选择材料 结构设计结构设计 轴的承载能力验算轴的承载能力验算验算合格验算合格?结结 束束Y工作能力设计的内容工作能力设计的内容强度计算强度计算针对所有受力、力矩作用的轴针对所有受力、力矩作用的轴刚度计算刚度计算针对受力大的细长轴针对受力大的细长轴振动稳定性计算振动稳定性计算针对高速运转的轴针对高速运转的轴多数情况下，轴的多数情况下，轴的工作能力工作

8、能力主要取决于主要取决于轴的强度。轴的强度。 强度计算的目的是防止轴的强度计算的目的是防止轴的断裂断裂和和塑性变形塑性变形防止断裂和塑性变形防止断裂和塑性变形防止弯曲和扭转变形防止弯曲和扭转变形7.2 7.2 轴的强度计算轴的强度计算强度计算准则强度计算准则传动轴：传动轴：按扭转强度计算按扭转强度计算心轴：心轴：按弯曲强度计算按弯曲强度计算转轴：转轴：按弯扭合成强度计算按弯扭合成强度计算对于重要的轴还需进行疲劳强度精确校核计算对于重要的轴还需进行疲劳强度精确校核计算（安全系数法）（安全系数法）对于瞬时过载或应力循环不对称性较为严重的对于瞬时过载或应力循环不对称性较为严重的轴，还应按峰尖载荷校核

9、其静强度，以免产生过轴，还应按峰尖载荷校核其静强度，以免产生过量的塑性变形。量的塑性变形。 7.2.1 7.2.1 按扭转强度条件计算按扭转强度条件计算 传动轴的强度计算传动轴的强度计算该方法适用的情况该方法适用的情况 轴的结构设计中用来初估轴的结构设计中用来初估 外伸端最小直径外伸端最小直径d dminminTTW实心轴扭转强度校核公式实心轴扭转强度校核公式69.5510PTnn轴的转速轴的转速(r/min) 。d轴的直径（轴的直径（mm）; ; 材料的许用扭剪应力（材料的许用扭剪应力（Mpa）；）；T轴所受的扭矩（轴所受的扭矩（N m););WT 轴的抗扭截面模量（轴的抗扭截面模量（mm3

10、）；）； 30.2TdP 轴所传递的功率（轴所传递的功率（kW）；）；实心轴扭转强度设计公式实心轴扭转强度设计公式95500000.2TPdn395500000.2TPn33空心轴扭转强度校核、设计公式分别为：空心轴扭转强度校核、设计公式分别为：41PdAn3P传递的功率传递的功率( (kw););n轴的转速轴的转速( (r/min) )。 d轴的直径轴的直径( (mm) )；d0空心轴的内径；空心轴的内径；A计算系数计算系数, ,查查表表7.2； 3PAn )1 (1086. 4437ndP0/dd 轴上有单键，直径增大轴上有单键，直径增大5%5%7% 7% ；有双键，直；有双键，直径增大径

11、增大10%10%15%15%； 校核时，有一个键槽直径减小校核时，有一个键槽直径减小5 57%7%，两个键，两个键槽直径减小槽直径减小101015% 15% 代入校核公式进行验算。代入校核公式进行验算。VV7.2.2 7.2.2 按弯扭合成强度条件计算按弯扭合成强度条件计算此方法适用此方法适用心轴心轴（T=0，M 0）转轴转轴（T0，M 0） 作出轴的计算简图（力学模型）作出轴的计算简图（力学模型）VHFNv2FtFrFNv1HHFNH1FNH2FaACBD轴上支反力的作用点的确定轴上支反力的作用点的确定（a）轴承宽度中点。轴承宽度中点。（b）a值可查滚动轴承样本或手册。值可查滚动轴承样本或手

12、册。（d）e e值与滑动轴承宽径比值与滑动轴承宽径比B/d有关。当有关。当B/d1时，时，e=0.5B； B/d1 时，时，e=0.5d，但不小于，但不小于（0.250.35）B；调心轴承，；调心轴承， e=0.5B。（c）距里侧轴承滚动体中心距里侧轴承滚动体中心 l / 3 处。处。FNH1FtFrFaFNv1TMHMVMMH 水平弯矩水平弯矩MV垂直弯矩垂直弯矩T T 扭矩扭矩MCaH 面面V面面FNv222VHMMM合成弯矩合成弯矩FNH2FNH1FNH2D/2D/2ABCDFNv1FNv2弯曲应力弯曲应力 bMW 332/Md 30 1.Md 扭转剪应力扭转剪应力 TTW 2TW 22

13、()eMMT当量弯矩当量弯矩221TMW22e24WTWM 因因b b对称变化的弯曲应力，而对称变化的弯曲应力，而的应力特性则的应力特性则随着随着T T的特性而定，考虑二者不同的循环应力特性的的特性而定，考虑二者不同的循环应力特性的影响，引入校正系数影响，引入校正系数，折合后得，折合后得t 的选取的选取 扭转剪应力为扭转剪应力为静应力静应力时时，=0.3 扭转剪应力扭转剪应力脉动循环脉动循环时时，=0.6 扭转剪应力扭转剪应力对称循环对称循环时时， =1 为静应力为静应力 （扭矩不变，工作时间（扭矩不变，工作时间持续很长，持续很长，转向不变转向不变） 脉动循环脉动循环（轴转向不变频繁启停）（轴

14、转向不变频繁启停） 对称循环对称循环（轴频繁（轴频繁正反转正反转）ttTTTTTTTT强度校核公式强度校核公式caeMW强度设计公式强度设计公式 1b转动心轴转动心轴：弯曲应力按对称循环考虑弯曲应力按对称循环考虑一般转轴：一般转轴：弯曲应力按对称循环考虑弯曲应力按对称循环考虑 1b223()0.1MTd1b3310.1ebMd对于心轴：对于心轴：计算时应取计算时应取 T=0固定心轴固定心轴（频繁启停）（频繁启停）弯曲应力按脉动循环考虑：弯曲应力按脉动循环考虑： 011.7b心轴心轴32231()0.1bMT材材 料料 b +1b 0b -1b 400 130 70 40 500 170 75

15、45 600 200 95 55 700 230 110 65 800 270 130 75 900 300 140 80 1000 330 150 90 500 120 70 40 400 100 5 0 30表表 轴的许用弯曲应力轴的许用弯曲应力 碳素钢碳素钢合金钢合金钢铸钢铸钢材料的强度极限材料的强度极限 1b-0b b1 、分别为静应力、脉动应力、和对称分别为静应力、脉动应力、和对称应力下轴的许用弯曲应力，单位均为应力下轴的许用弯曲应力，单位均为Mpa, 其值见表。其值见表。设计时应该注意：设计时应该注意：1.1.要合理选择危险剖面。轴的各剖面的当量弯矩和要合理选择危险剖面。轴的各剖面

16、的当量弯矩和直径不同，因此轴的危险剖面在当量弯矩较大或轴的直径不同，因此轴的危险剖面在当量弯矩较大或轴的直径较小处，一般选取一个或二个危险剖面核算；直径较小处，一般选取一个或二个危险剖面核算；2若验算轴的强度不够，即若验算轴的强度不够，即1eb 则可用增大轴的直径、改用强度较高的材料或改变则可用增大轴的直径、改用强度较高的材料或改变热处理方法等措施来提高轴的强度；热处理方法等措施来提高轴的强度； 3.3. 若若 比比 小很多时，是否要减小轴的直径，小很多时，是否要减小轴的直径，应该综合考虑其它因素而定。例如刚度、振动稳定应该综合考虑其它因素而定。例如刚度、振动稳定性、加工和装配工艺条件以及与轴

17、有关联的其它零性、加工和装配工艺条件以及与轴有关联的其它零件和结构的限制。件和结构的限制。 1b b 计算步骤计算步骤1. 将外载荷分解到水平面和垂直面。求垂直面支撑反将外载荷分解到水平面和垂直面。求垂直面支撑反力力FV和水平面支撑反力和水平面支撑反力FH ;2. 作垂直弯矩作垂直弯矩MV图和弯矩图和弯矩MH图图 ;3. 作合成弯矩作合成弯矩M图；图；4. 作转矩作转矩T图；图；5. 弯扭合成，作当量弯矩弯扭合成，作当量弯矩Me图；图；6. 计算危险截面轴径计算危险截面轴径:22)( TMMe22VHMMMmmMdbe31 1 . 0例题例题7.1 如图所示为展开式两级标准圆柱直齿轮减速器，其

18、中间轴如图所示为展开式两级标准圆柱直齿轮减速器，其中间轴结构如图所示。已知该轴上大齿轮结构如图所示。已知该轴上大齿轮2的模数的模数m2=2.5mm，齿数齿数 Z2=72，小齿轮，小齿轮3的模数的模数m3=3mm，齿数齿数Z3=20，轴上的扭矩，轴上的扭矩T=450 Nm。轴的材料为轴的材料为45钢调质。试用当量弯矩法校核两个齿轮宽度钢调质。试用当量弯矩法校核两个齿轮宽度 中点中点B、C处危险截面的强度。处危险截面的强度。12347010080ABCDABCDFt2Fr3Fr2Ft3222dm zt222TFdr2t2tan20FF333dm zt332TFdr3t3tan20FF解：解：1 1

19、）两齿轮分度圆直径及其受力计算两齿轮分度圆直径及其受力计算 12342.5 72180mm32 450 105000N1801820N3 2060mm 32 450 1015000N605460N2）竖直面内的受力分析竖直面内的受力分析支反力支反力 r3r2V80180250AFFR5460 80 1820 180437N250Vr3r2VDARFFR5460 1820 437 3203NVV70BAMRVV80CDMR弯矩弯矩 437 703090N mm3203 80 241840N mmFr2Fr3ADBCRA VRDVRA VRDVFr2Ft3AFt3DCBFr3VBMVCMADBCF

20、t2Ft3ADBCADBCRDHRAHRAHRDHt2t3H18080250AFFRHt3t2HDARFFR8400 70 588000N mm11600 80928000N mm3）水平面内的受力分析水平面内的受力分析5000 180 15000 808400N2505000 15000 8400 11600NHH70BAMRHH80CDMR支反力支反力 弯矩弯矩 Fr2Ft3Ft3Fr3ABCDADBCVBMVCMBHMCHM22VHBBBMMM22VHCCCMMM4）求合成弯矩求合成弯矩22588800(0.6 450000)647754N mm22959000(0.6 450000)9

21、96284N mm5）画扭矩图画扭矩图6）求当量弯矩求当量弯矩22e()BBMMT22e()CCMMT2230590588000588000N mm22241840928000959000N mmADBCFr2Ft3Ft3Fr3ABCDADBCVBMVCMADBCBHMCHM（T）BMCMADBC7）危险截面的抗弯截面系数危险截面的抗弯截面系数近似计算时，可略去截面近似计算时，可略去截面B处处键槽的影响，则：键槽的影响，则：30.1BWdC 处为齿轮轴，按其分度圆计算，则处为齿轮轴，按其分度圆计算，则320.1CWdACDB8）确定许用应力确定许用应力查得查得45号钢调质的许用应力值为号钢调质

22、的许用应力值为: :160MPa9）校核计算校核计算eBBBMWeCCCMW330.1 5012500mm64775451.8MPa1250099628446.1MPa21600330.1 6021600mm11截面截面B处有键槽（处有键槽（b=14mm，t=5.5mm），则其抗弯、抗扭截面），则其抗弯、抗扭截面系数分别为：系数分别为：例题例题7.试用安全系数法校核例题试用安全系数法校核例题7.1中轴上截面中轴上截面B和截面和截面C两个危险两个危险截面的强度。截面的强度。解：解：1 1）受力分析过程及结果如例受力分析过程及结果如例7.1 之之14。 2）查取轴材料的疲劳强度极限。对查取轴材料的

23、疲劳强度极限。对45钢调质，查得钢调质，查得: :1275MPa1155MPa3）求两危险截面的性能参数求两危险截面的性能参数W、WT32()322Bdbt dtWd32T()162Bdbt dtWd310747mm325014 5.5 (50 5.5)322 50323019mmACDB花键的齿数花键的齿数Z 亦即轴齿轮亦即轴齿轮3 的齿数，即：的齿数，即：键的宽度键的宽度b 按照分度圆上齿厚按照分度圆上齿厚取为：取为：bs截面截面C的抗弯、抗扭截面系数，的抗弯、抗扭截面系数，可按花键轴的公式计算如下：可按花键轴的公式计算如下：大圆直径大圆直径D即为轴齿轮的顶圆直径，即：即为轴齿轮的顶圆直径

24、，即：a3Ddf3dd 小圆直径小圆直径d即为轴齿轮的根圆直径，即即为轴齿轮的根圆直径，即320z 于是，得于是，得: :ACDB423()()19756mm32Cdzb DdDdWD423T()()39511mm16Cdzb DdDdWD0.5 m0.534.71mm 32dm602 366mm 602.5 352.5mm 32.5dm4）查附表（见附录查附表（见附录B）截面截面B、C处的综合影响系数分别为：处的综合影响系数分别为：2.3K1.9K,2.2K1.8K;,5）只考虑弯矩的作用（弯曲应力按对称循环）计算安全系数。只考虑弯矩的作用（弯曲应力按对称循环）计算安全系数。应力幅应力幅aB

25、BBMWaCCCMW平均应力平均应力mm0BC2752.32.2 54.82752.62.2 48.5安全系数安全系数58880054.8MPa1074795900048.5MPa197561aBBmSK 1aBK1aCCSK6）只考虑扭矩作用（扭转剪应力按脉动循环处理）计算安全系数。只考虑扭矩作用（扭转剪应力按脉动循环处理）计算安全系数。截面截面B: :应力幅应力幅 aT2BTWma9.8MPa1558.31.8 9.80.1 9.8平均应力平均应力 安全系数安全系数 截面截面C：应力幅应力幅 平均应力平均应力 安全系数安全系数 aT2CTWma5.7MPa1amCSK 4500009.8M

26、Pa2 230191amBSK 4500005.7MPa2 3951115513.61.9 5.70.1 5.77）同时考虑弯矩和扭矩时计算安全系数。同时考虑弯矩和扭矩时计算安全系数。ca22S SSSS截面截面B：截面截面C：ca222.3 8.32.22.38.3Sca222.6 13.62.62.613.6S结论：结论：轴的强度足够。轴的强度足够。 1.51.57.3 7.3 轴的刚度校核计算轴的刚度校核计算 lFFF”2弯矩弯矩 弯曲变形弯曲变形扭矩扭矩 扭转变形扭转变形若刚度不够导致轴的变形过大，就会影响其正常工作。变形量的描述：变形量的描述：挠度挠度 y、偏转角、偏转角 、扭转角、

27、扭转角 设计要求：设计要求： y y yTTl轴在载荷作用下，将产生弯曲或扭转变形。若轴在载荷作用下，将产生弯曲或扭转变形。若变形量超过允许的限度，就会影响轴上零件的正常变形量超过允许的限度，就会影响轴上零件的正常工作，甚至会丧失机器应有的工作性能。例如：安工作，甚至会丧失机器应有的工作性能。例如：安装齿轮的轴，若弯曲刚度不足而导致挠度过大时，装齿轮的轴，若弯曲刚度不足而导致挠度过大时，将影响齿轮的正确啮合，使齿轮沿齿宽和齿高方向将影响齿轮的正确啮合，使齿轮沿齿宽和齿高方向接触不良，造成载荷在齿面上严重分布不均。又如接触不良，造成载荷在齿面上严重分布不均。又如采用滑动轴承的轴，若挠度过大而导致

28、轴颈偏斜过采用滑动轴承的轴，若挠度过大而导致轴颈偏斜过大时，将使轴颈和滑动轴承发生边沿接触，造成不大时，将使轴颈和滑动轴承发生边沿接触，造成不均匀磨损和过度发热。因此，在设计有刚度要求的均匀磨损和过度发热。因此，在设计有刚度要求的轴时，必须进行刚度的校核计算。轴时，必须进行刚度的校核计算。常见的轴大多可视为简支梁。若是光轴，可直常见的轴大多可视为简支梁。若是光轴，可直接用材料力学中的公式计算其挠度或偏转角；若是接用材料力学中的公式计算其挠度或偏转角；若是阶梯轴，如果对计算精度要求不高，则可用当量直阶梯轴，如果对计算精度要求不高，则可用当量直径法作近似计算。即把阶梯轴看成是当量直径为径法作近似计

29、算。即把阶梯轴看成是当量直径为d dv v的光轴，然后再按材料力学中的公式计算。当量直的光轴，然后再按材料力学中的公式计算。当量直径为：径为： 441ziiiVdLld 式中：式中：l i阶梯轴第阶梯轴第i i段的长度，段的长度，mmmm；di阶梯轴第阶梯轴第i i段的直径，段的直径，mmmm；L L阶梯轴的计算长度，阶梯轴的计算长度，mmmm；z z阶梯轴计算长度内的轴段数。阶梯轴计算长度内的轴段数。 当载荷作用于两支承之间时，当载荷作用于两支承之间时，L Ll（l为支承跨为支承跨距）；当载荷作用于悬臂端时，距）；当载荷作用于悬臂端时，L=L=l+ +K（K为轴段的为轴段的悬臂长度）。悬臂长

30、度）。一、弯曲变形计算一、弯曲变形计算(1)(1)按微分方程求解按微分方程求解(2)(2)变形能法变形能法适用于等直径轴。适用于等直径轴。适用于阶梯轴。适用于阶梯轴。轴的许用变形量轴的许用变形量变形种类变形种类许用值许用值适用场合适用场合变形种类变形种类许用值许用值适用场合适用场合(0.00030.0005)l一般用途的轴一般用途的轴0.0002l刚度要求较高刚度要求较高感应电机轴感应电机轴(0.010.05)mn安装齿轮的轴安装齿轮的轴0.01 (0.020.05) m安装蜗轮的轴安装蜗轮的轴滚动轴承滚动轴承0.05向心球轴承向心球轴承调心球轴承调心球轴承圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承圆锥滚子轴承

31、圆锥滚子轴承0.0010.002齿轮处轴截面齿轮处轴截面0.51一般传动一般传动0.20.5较精密传动较精密传动重要传动重要传动挠度挠度/mm转角转角/rad每米长每米长的扭角的扭角( )/ml 支撑间的跨矩支撑间的跨矩 0.25 0.0016 电机定子与转子电机定子与转子间的间隙间的间隙 mn齿轮的模数齿轮的模数 m 蜗轮的模数蜗轮的模数 0.0010.050.0025二、扭转变形计算二、扭转变形计算raddGTlGITlp432radIlTGnipiii11等直径轴的扭转角：等直径轴的扭转角：阶梯轴的扭转角：阶梯轴的扭转角：其中：其中：T-转矩；转矩； Ip-轴截面的极惯性矩轴截面的极惯性

32、矩 l -轴受转矩作用的长度轴受转矩作用的长度；d -轴径；轴径；G-材料的切变模量；材料的切变模量；7.5 7.5 轴的结构设计轴的结构设计 轴结构设计的内容轴结构设计的内容: : 定出轴的合理外形和全部结构尺寸定出轴的合理外形和全部结构尺寸 轴的结构形式应便于加工和装配轴上零件，并轴的结构形式应便于加工和装配轴上零件，并且生产率高，成本低。一般地说且生产率高，成本低。一般地说, ,轴的结构越简单轴的结构越简单, ,工艺性越好。因此工艺性越好。因此, ,在满足使用要求的前提下在满足使用要求的前提下, ,轴的轴的结构形式应尽量简化。结构形式应尽量简化。 设计要求设计要求1.1.轴应便于制造，轴

33、上零件要易于装拆；轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；( (制造安装制造安装) ) 2.2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；轴和轴上零件要有准确的工作位置；( (定位定位) ) 3.3.各零件的位置要牢固而可靠地保持。各零件的位置要牢固而可靠地保持。( (固定固定) ) 4.4.使轴受力合理；使轴受力合理； 5.5.有利于节约原材料和减轻重量。有利于节约原材料和减轻重量。 7.5.1 7.5.1 拟订轴上零件的装配方案拟订轴上零件的装配方案决定轴上主要零件的决定轴上主要零件的: :装配方向装配方向 装配顺序装配顺序 相互关系相互关系实例实例 下图所示轴系的装配方案是：齿轮、套筒、右端下图所示轴系

34、的装配方案是：齿轮、套筒、右端轴承、轴承端盖、半联轴器依次从轴的右端向左安装，轴承、轴承端盖、半联轴器依次从轴的右端向左安装，左端只装轴承及其端盖。左端只装轴承及其端盖。装配方案示例装配方案示例（a）（b）两种装配方案的比较两种装配方案的比较套筒过长套筒过长主要零件从左侧装入主要零件从左侧装入主要零件右侧装入主要零件右侧装入 设计要点设计要点1 1）为便于轴上零件的装拆，）为便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐向中一般轴都做成从轴端逐渐向中间增大的阶梯状。间增大的阶梯状。 2 2）为了便于轴上零件的装配和去除毛刺，）为了便于轴上零件的装配和去除毛刺， 轴及轴及轴肩端部一般均应制出轴肩端部

35、一般均应制出4545的倒角。过盈配合轴段的倒角。过盈配合轴段的装入端常加工出半锥角为的装入端常加工出半锥角为3030的导向锥面。的导向锥面。3 3）轴上所有键槽应沿轴的同一母线布置，减少加工）轴上所有键槽应沿轴的同一母线布置，减少加工装夹次数。装夹次数。倒角倒角4 4）需要磨削的轴端有砂轮越程槽，车螺纹的轴端应）需要磨削的轴端有砂轮越程槽，车螺纹的轴端应有退刀槽。有退刀槽。7.5.2 7.5.2 轴上零件的定位轴上零件的定位定位的分类定位的分类轴向定位轴向定位周向定位周向定位定位的目的定位的目的 为了防止轴上零件相对轴发生沿轴向或周向的相为了防止轴上零件相对轴发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零

36、件必须定位。对运动，轴上零件必须定位。 轴向定位的作用轴向定位的作用 为了保证轴上零件有确定的轴向位置，防止零件为了保证轴上零件有确定的轴向位置，防止零件沿轴向移动并传递轴向力，轴上零件必须沿轴向的轴沿轴向移动并传递轴向力，轴上零件必须沿轴向的轴上固定。上固定。 常用的固定方法有常用的固定方法有轴肩轴肩套筒套筒圆螺母圆螺母弹性挡圈弹性挡圈轴端挡圈轴端挡圈紧定螺钉紧定螺钉1.1.轴肩与轴环轴肩与轴环 轴肩的分类轴肩的分类 定位轴肩定位轴肩非定位非定位 轴肩轴肩非定位轴肩非定位轴肩便于装配便于装配: :h=(0.5 1)mm定位轴肩定位轴肩: : h 35 mm轴环轴环 阶梯轴上截面变化处叫轴肩。

37、阶梯轴上截面变化处叫轴肩。 利用轴肩定位是最方便可靠的方法，但会使利用轴肩定位是最方便可靠的方法，但会使轴的直径加大，多用于轴向力较大的场合，应用较轴的直径加大，多用于轴向力较大的场合，应用较多。多。rh 未实现定位未实现定位rh 定位准确定位准确为了使零件能靠轴肩准确定位，轴肩为了使零件能靠轴肩准确定位，轴肩处的过渡圆角半径处的过渡圆角半径r r必须小于零件榖孔必须小于零件榖孔端部的圆角半径端部的圆角半径R R或倒角高度或倒角高度h h。hrr轴肩处过渡圆角半径轴肩处过渡圆角半径h榖榖孔倒角高度孔倒角高度保证轴上零件紧靠定位面，保证轴上零件紧靠定位面，要求要求r r轴轴RR孔孔或或r r轴轴

38、CC使得轴上零件与轴肩的配合不够紧密！使得轴上零件与轴肩的配合不够紧密！2. 2. 套筒定位套筒定位太长太长F 结构简单，定位可靠，一般用于轴上两个零件之结构简单，定位可靠，一般用于轴上两个零件之间的定位，较常采用。间的定位，较常采用。 如两零件的间距较大时，不宜采用套筒定位，以免如两零件的间距较大时，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的质量及材料用量。增大套筒的质量及材料用量。 因套筒与轴的配合较松，如轴的转速较高时，也不因套筒与轴的配合较松，如轴的转速较高时，也不宜采用套筒定位。宜采用套筒定位。 3.3.圆螺母圆螺母 定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力；定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向

39、力； 轴上螺纹处有较大应力集中，会降低轴的强度，轴上螺纹处有较大应力集中，会降低轴的强度，故一般用于固定轴端的零件及轴上相邻两零件间距故一般用于固定轴端的零件及轴上相邻两零件间距较大场合。较大场合。双螺母固定双螺母固定注意：注意： 采用套筒、圆螺母等方法固定轴上零件时，为采用套筒、圆螺母等方法固定轴上零件时，为保证固定可靠，应使：与轮毂相配的轴段长度比轮保证固定可靠，应使：与轮毂相配的轴段长度比轮毂宽度短毂宽度短2 23 mm3 mm，即：，即：l lB B - (2- (23)3)轴端挡圈轴端挡圈 带轮带轮轴承盖轴承盖套筒套筒齿轮齿轮滚动轴承滚动轴承典型典型轴系轴系结构结构lB 轴的长度应短

40、于与之相配合零件的榖宽（定位可靠）轴的长度应短于与之相配合零件的榖宽（定位可靠） 定位可靠定位可靠定位不可靠定位不可靠 定位定位零件有准确的工作位置零件有准确的工作位置 固定固定零件在轴上的位置牢固可靠零件在轴上的位置牢固可靠lBmmBl)32(lB4.4.轴端挡圈定位轴端挡圈定位用于固定轴端零件，能承受较大的轴向力。用于固定轴端零件，能承受较大的轴向力。5.5.圆锥面圆锥面6. 弹性挡圈弹性挡圈 使用于轴向力不大的场合，轴上沟槽会引起应力使用于轴向力不大的场合，轴上沟槽会引起应力集中，削弱轴的强度。常用于轴承固定。集中，削弱轴的强度。常用于轴承固定。 轴用弹性挡圈轴用弹性挡圈孔用弹性挡圈孔用

41、弹性挡圈7. 紧定螺钉紧定螺钉 紧定螺钉多用于光轴上零件的固定。紧定螺钉多用于光轴上零件的固定。适用于轴向适用于轴向力很小，转速低的场合。力很小，转速低的场合。零件的周向定位零件的周向定位周向定位的目的周向定位的目的限制轴上零件相对轴的转动。限制轴上零件相对轴的转动。周向定位的常见形式周向定位的常见形式键联接键联接，销联接销联接，紧定螺钉联接紧定螺钉联接和和过盈配合过盈配合等。等。H7r6d7.5.3 7.5.3 各段轴长度与直径的确定各段轴长度与直径的确定1 1、各轴段直径确定、各轴段直径确定 基本原则：基本原则： 1 1）各轴段所需的直径与轴上的载荷大小有关。初各轴段所需的直径与轴上的载荷

42、大小有关。初步求出的直径作为承受扭矩的轴段的最小直径步求出的直径作为承受扭矩的轴段的最小直径d dminmin，然后再按轴上零件的装配方案和定位要求，从然后再按轴上零件的装配方案和定位要求，从d dminmin处处起逐一确定各段轴的直径。起逐一确定各段轴的直径。2 2）轴上装配标准件（滚动轴承、联轴器、密封圈等轴上装配标准件（滚动轴承、联轴器、密封圈等) )的轴段，其直径必须符合标准件的直径系列值。的轴段，其直径必须符合标准件的直径系列值。5 5）有配合要求的零件要便于装拆。有配合要求的零件要便于装拆。 3 3）与一般零件（齿轮和带轮）相配合的轴段直径和与一般零件（齿轮和带轮）相配合的轴段直径

43、和零件毂孔直径相同，采用标准尺寸。不予零件配合的零件毂孔直径相同，采用标准尺寸。不予零件配合的轴段，其值不用去标准值。轴段，其值不用去标准值。4 4）起定位作用的轴肩高度应按定位确定，非定位轴起定位作用的轴肩高度应按定位确定，非定位轴肩高度一般肩高度一般1 13mm3mm。a) a) 按扭转强度条件估算轴段直径按扭转强度条件估算轴段直径d d minmin30361055. 95nPAnPdT 一个键槽：一个键槽：3-5%3-5% 二个键槽：二个键槽：7-10% 7-10% 取标准植取标准植轴上有键槽时，放大轴径：轴上有键槽时，放大轴径：最小轴径最小轴径d dminmin的确定的确定 T扭矩扭

44、矩 ，T 许用应力，许用应力，WT抗扭截面系数，抗扭截面系数，P功率，功率，n转速，转速，d计算直径，计算直径，A0材料系数。材料系数。 便于零件的装配，减少配合表面的擦伤的措施：便于零件的装配，减少配合表面的擦伤的措施：H7/r6H7/d11H7/r62) 2) 配合段前端制成锥度；配合段前端制成锥度； 3) 3) 配合段前后采用不同的尺寸公差。配合段前后采用不同的尺寸公差。 1) 1) 在配合段轴段前应采用较小的直径；在配合段轴段前应采用较小的直径；为了便于轴上零件的拆卸，轴肩高度不能过大。为了便于轴上零件的拆卸，轴肩高度不能过大。结构不合理！结构不合理！ 确定轴各段长度及直径的顺序确定轴

45、各段长度及直径的顺序轴轴轴轴轴轴 由内向外定各段长度由内向外定各段长度确定各段长度的原则确定各段长度的原则由外向内定各段直径由外向内定各段直径确定各段直径的原则确定各段直径的原则 常用的与轴相配的标准件有滚动轴承、联轴器等。常用的与轴相配的标准件有滚动轴承、联轴器等。 配合轴段要满足标准件的孔径要求，以及相应的公差、配合轴段要满足标准件的孔径要求，以及相应的公差、精度和表面质量要求。精度和表面质量要求。(1) (1) 装配轴承装配轴承 与滚动轴承配合段轴径一般为与滚动轴承配合段轴径一般为5 5的倍数；的倍数；( ( 20-385 mm) 20-385 mm)(2) (2) 装配联轴器装配联轴器

46、 配合段直径应符合联轴器的尺寸系列。配合段直径应符合联轴器的尺寸系列。 联轴器的孔径与长度系列联轴器的孔径与长度系列 孔径孔径d 30 32 35 38 40 42 45 48 50 55 65 60 63 65长系列长系列 82 112 142 短系列短系列 60 84 107 长度长度Ln 尽可能结构紧凑，保证零件所需要的装配和调整尽可能结构紧凑，保证零件所需要的装配和调整空间如空间如L L应根据轴承端盖和联轴器装拆要求定出。应根据轴承端盖和联轴器装拆要求定出。L LBh弹性套柱销联轴器弹性套柱销联轴器n 为保证各传动件轴向固定，轴与传动件轮毂相配部分的为保证各传动件轴向固定，轴与传动件轮

47、毂相配部分的长度一般比轮毂长度短长度一般比轮毂长度短1 13mm3mm。图中有四处错误，请改正。图中有四处错误，请改正。4.4.圆螺母无法装圆螺母无法装入。入。1.1.轴肩太高，滚动轴肩太高，滚动轴承无法拆卸。轴承无法拆卸。2.2.轴上未留退刀槽轴上未留退刀槽不便于螺纹加工。不便于螺纹加工。3.3.轴承左边造成轴承左边造成过定位。过定位。图中有三处错误，请改正。图中有三处错误，请改正。滚动轴承内圈与轴的配合为过盈配合，滚动轴承内圈与轴的配合为过盈配合，无需键联接。无需键联接。轮毂上键槽未开通，零件无法装入。轮毂上键槽未开通，零件无法装入。套筒无法装入应改为轴肩。套筒无法装入应改为轴肩。图中有三处错误，请改正。图中有三处错误，请改正。同一轴上的两个平键同一轴上的两