第17章 轴的连接

学习目标：

1.了解轴的分类及常用材料；

2.掌握轴的结构设计和强度计算方法。学习重点：

阶梯轴的结构设计和强度计算方法。学习难点：

轴的结构设计。第17章轴的连接一、轴的功用和分类17.1概述功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等,传递运动和动力。类型转轴---传递扭矩又承受弯矩。按承受载荷分有：分类：按轴的形状分有：带式运输机减速器电动机转轴1轴的功用和分类17.1概述功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等,传递运动和动力。类型转轴---传递扭矩又承受弯矩。按承受载荷分有：分类：按轴的形状分有：传动轴---只传递扭矩。发动机后桥传动轴1轴的功用和分类17.1概述功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等,传递运动和动力。类型转轴---传递扭矩又承受弯矩。按承受载荷分有：分类：按轴的形状分有：传动轴---只传递扭矩。心轴---只承受弯矩。前轮轮毂固定心轴火车轮轴车厢重力自行车前轮轴支撑反力转动心轴前叉1轴的功用和分类17.1概述功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等,传递运动和动力。类型转轴---传递扭矩又承受弯矩。按承受载荷分有：分类：按轴的形状分有：传动轴---只传递扭矩。心轴---只承受弯矩。直轴光轴

阶梯轴

1轴的功用和分类17.1概述功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等,传递运动和动力。类型转轴---传递扭矩又承受弯矩。按承受载荷分有：分类：按轴的形状分有：传动轴---只传递扭矩。心轴---只承受弯矩。直轴光轴

阶梯轴

曲轴制1轴的功用和分类功用：用来支撑旋转的机械零件，如齿轮、带轮、链轮、凸轮等,传递运动和动力。类型转轴---传递扭矩又承受弯矩。按承受载荷分有：分类：按轴的形状分有：传动轴---只传递扭矩。心轴---只承受弯矩。直轴光轴

阶梯轴

曲轴17.1概述挠性钢丝轴郭宏亮教授研制转轴：同时承受弯矩和扭矩心轴：只受弯矩，不受扭矩固定心轴转动心轴传动轴：主要受扭矩，不受弯矩或弯矩很小载荷运转情况应力状态转轴弯曲扭转单向弯曲：对称扭转：脉动双向弯曲：对称扭转：对称心轴弯曲固定静应力或脉动转动对称传动轴扭转单向脉动双向对称各种轴的受力12341——传动轴：T2——转轴：T+M3——转轴：T+M4——心轴：MMotor××××种类碳素钢：35、45、50、Q235轴的毛坯:一般用圆钢或锻钢，有时也用铸钢或球墨铸铁。合金钢:20Cr、20CrMnTi、40CrNi、38CrMoAlA等用途：碳结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较多，尤其是45钢应用最广。合金钢具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。正火或调质处理。表17-2

轴的常用材料及其主要力学性能材料及热处理毛坯直径mm硬度HBS强度极限σb

屈服极限σs

MPa弯曲疲劳极限σ-1应用说明Q235440240200用于不重要或载荷不大的轴35正火520270250有较好的塑性和适当的强度，可用于一般曲轴、转轴。≤100149~187

……二轴的材料表17-2

轴的常用材料及其主要力学性能（续）材料牌号热处理毛坯直径硬度

mmHBS抗拉强度极限σb屈服强度极限σs弯曲疲劳极限σ-1剪切疲劳极限σ-1许用弯曲应力[σ-1]备注应用最为广泛用于不太重要及受载荷不大的轴用于载荷较大，而无大的冲击的重要轴用于很重要的轴用于重要轴，性能近于40CrNi用于要求高耐磨性，高强度且热处理变形很小的轴用于要求强度及韧性均较高的轴用于腐蚀条件下的轴用于高、低温及腐蚀条件下的轴用于制造复杂外形的轴≤

100400~420225>100~250375~39021517010540≤

100170~217590295255140>100~300162~217570285245135>100~300685490335185241~286>100~300240~270785570370210>100~300217~269685540345195>100~160241~277785590375220>60~100277~302835685410270≤

200217~255640355275155≤

100735540355200≤

100270~300900735430260≤

100229~286735590365210≤

60293~321930785440280淬火

≤

6056~626403903051605560707570756075≤

100≥241835635395230≤

100530190115>100~200490180110190~270600370215185245~33580048029025045195≤

192渗碳渗碳回火HRC调质调质调质调质调质正火热轧或锻后空冷Q235A4540Cr40CrNi38SiMnMo38CrMoAlAMPa20Cr3Cr131Cr18NiTiQT600-3QT800-2调质淬火轴的设计过程设计任务：根据工作要求并考虑制造工艺等因素，选用合适的材料、初算轴径进行结构设计，定出轴的结构形状和尺寸，再进行工作能力计算。轴的结构设计：

根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。

工作能力计算：

轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算

轴的设计过程：N选择材料结构设计轴的承载能力验算验算合格?结束Y①轴上零件要便于装拆和调整，即满足轴上零件的

装配要求；

②轴和轴上零件有准确的工作位置，各零件要牢固而可靠地相对固定，即满足零件定位要求；

③加工方便和节省材料，即满足结构工艺性要求；

④轴上零件受力合理,并尽量减少应力集中，即满足

强度要求。轴结构设计的主要要求：17-2轴的结构设计轴上零件的装配要求

轴端挡圈带轮轴承盖套筒齿轮滚动轴承典型轴系结构一、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。轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。图示减速器输出轴就有两种装配方案。saBcLa圆锥圆柱齿轮二级减速器方案二需要一个用于轴向定位的长套筒，加工工艺复杂，且质量较大，故不如方案一合理。方案一方案二二、轴上零件的定位要求

轴肩----阶梯轴上截面变化之处。轴肩套筒定位方法：轴肩、套筒、圆螺母、挡圈、轴承端盖。轴向固定由轴肩、套筒、螺母或轴端挡圈来实现。双向固定轴肩的尺寸要求:r<C1

或r<Rb≈1.4h(与滚动轴承相配合处的h和b值,见轴承标准)DdrRC1rh≈(0.07d+3)~(0.1d+5)mmDdrRbDdC1Ddrhh无法采用套筒或套筒太长时，可采用双圆螺母加以固定。装在轴端上的零件往往采用轴端挡圈、圆锥面定位。轴端挡圈双圆螺母轴向力较小时，可采用弹性挡圈或紧定螺钉来实现。周向固定大多采用键、花键、过盈配合或型面联接等形式来实现。键槽应设计成同一加工直线例：说出轴系中各零件的轴向和周向定位方法。轴端挡圈注意：为定位可靠，安装轮毂的轴段应比轮毂短2—3mm。如①、②两处。①②箱体端盖三、各轴段直径和长度的确定确定轴段直径大小的基本原则：轴段直径大小取决于作用在轴上的载荷大小；1)按轴所受的扭矩估算轴径，作为轴的最小轴径dmin。4)有配合要求的零件要便于装拆。3)安装标准件的轴径，应满足装配尺寸要求。2)有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。5)与齿轮和联轴器等零件相配合部分的轴段长度一般应比轮毂宽度短2-3mm。最小轴径dmin的确定:T—扭矩，[τT]—许用应力，WT—抗扭截面系数，P—功率，n—转速，d—计算直径，A0—材料系数。

Q275,3540Cr,35SiMn1Cr18Ni9Ti38SiMnMo,3Cr13[τT](N/mm)

15~2520~3525~45

35~55A0

149~126135~112126~103112~97表

常用材料的[τT]值和A0值

轴的材料

Q235-A3,2045R51.001.602.504.006.3010.00R101.001.251.602.002.503.154.005.006.308.0010.001.001.121.251.401.601.802.002.242.502.803.153.554.004.505.005.606.307.108.009.0010.001.001.061.121.181.251.321.401.501.601.701.801.902.002.122.242.362.502.652.803.003.153.353.553.754.004.254.504.755.005.305.606.006.306.707.107.508.008.509.009.5010.00R40R20优先数----表中任意一个数值。大于10的优先数，可将表数值分别乘以10、100、1000。标准直径应按优先数系选取：

常用的与轴相配的标准件有滚动轴承、联轴器等。配合轴段的直径应由标准件和配合性质确定。1)装配轴承

与滚动轴承配合段轴径一般为5的倍数；(φ20~385mm)

与滑动轴承配合段轴径应采用标准直径系列轴套：…32、35、38、40、45、48、50、55、60、65、70…..

2)装配联轴器

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

孔径d

3032353840424548505565606365…长系列

82112142短系列

6084107长度LQ方案b四、提高轴的强度的常用措施图示为起重机卷筒两种布置方案。A图中大齿轮和卷筒联成一体，转距经大齿轮直接传递给卷筒，故卷筒轴只受弯矩而不传递扭矩。图b中轴同时受弯矩和扭矩作用。故载荷相同时，图a结构轴的直径要小。1)改进轴上零件的结构

TQ方案a轴径大轴径小××电动机1×23FQ×电动机123FQ××四、

提高轴的强度的常用措施当轴上有两处动力输出时，为了减小轴上的载荷，应将输入轮布置在中间。2)合理布置轴上零件输出输出输入输出输出输入Tmax=T1+T2Tmax=T1T2T1T1+T2T1T1+T2T2合理不合理3)改进轴的局部结构可减小应力集中的影响合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。应力集中出现在截面突然发生变化或过盈配合边缘处。措施：①用圆角过渡；②尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽;应力集中处R③重要结构可增加卸载槽、增大轴径、过渡肩环、凹切圆角、增大圆角半径等也可以减小过盈配合处的局部应力。增大轴的直径应力集中系数