轴的功用与分类特点

第十一章轴1-1 基础知识一、轴的分类、材料及设计准则1．轴的分类轴是组成机器的主要零件之一。

其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，轴可分为转轴、心轴和传动轴三类。

工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。

只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。

只承受扭矩而不承受弯矩（或弯矩很小）的轴称为传动轴。

轴还可按照轴线形状的不同，分为曲轴和直轴两大类。

曲轴通过连杆可以将旋转运动改变为往复直线运动，或作相反的运动变换。

直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴两种。

2．轴的常用材料轴的常用材料主要采用碳素钢和合金钢。

碳素钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较小，所以应用较为广泛。

合金钢具有较高的机械强度，可淬性也较好，可在传递大功率并要求减轻重量和提高轴颈耐磨性时采用。

常用钢材有：1）优质碳素钢35，40，45，50钢等，其中最常用的是45钢；2）合金结构钢20Cr，40Cr，35CrMO，40MnB，40CrNi等。

对于不重要的或受力较小的轴以及一般的传动轴可使用Q235，Q255，Q275等普通碳素钢制造。

形状复杂的轴，也可以采用铸钢、合金铸铁和球墨铸铁制造。

在一般工作温度下，各种钢的弹性模量E的数值相差不大，因此选用合金钢，采取热处理方法都只能提高轴的疲劳强度或耐磨性，对提高轴的刚度没有实效。

3．轴的失效形式及设计准则轴在弯矩或扭矩作用下产生的应力一般为变应力，因此轴的主要失效形式是疲劳断裂。

设计时一般应进行疲劳强度校核。

对于瞬时过载很大，应力性质较接近于静应力的轴，可能产生塑性变形，还应按最大载荷进行轴的静强度校核。

对于有刚度要求的轴（如机床主轴，跨度大的蜗杆轴等），应进行刚度计算。

对高转速轴（如汽轮机轴）或载荷作周期性变化的轴，为防止共振，还要进行振动稳定性计算。

轴的设计应满足下列几方面的要求：合理的结构、足够的强度、必要的刚度和振动稳定性及良好的工艺性等。

一般而言，轴的设计主要包括两个方面的内容：轴的结构设计和轴的强度计算。

第十一章轴§11-1 概述三．轴的材料主要是碳钢和合金钢。

碳钢：价格低廉，对应力集中的敏感性低，可用热1处理或化学处理提高耐磨性和抗疲劳强度，最常用45号钢。

合金钢：比碳钢具有更高的机械性能和更好的淬火性能。

在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及在高温或低温条件下工作的轴，采用合金钢。

注意：在一般工作温度下（低于200），各种碳钢和合金钢的弹性模量相差不多，所以不四．提高轴的强度的常用措施1．合理布置轴上零件以减小轴的载荷 2．改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 3．改进轴的结构以减小应力集中的影响 4．改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 五．轴的结构工艺性§11-3 轴的计算轴的计算通常在初步完成结构设计后进行校核计算。

计算准则是满足轴的强度或刚度要求，必要时校核轴的振动稳定性。

一．轴的强度校核计算根据轴的受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当选取许用应力。

对于仅仅（或主要）承受扭矩的轴（传动轴），按扭转强度计算； 对于只承受弯矩的轴（心轴），按弯曲强度计算； 对于既承受弯矩又承受扭矩的轴（转轴），按弯扭组合强度进行计算，需要时按疲劳强度进行精确校核。

1．按扭转强度条件计算这种方法只按轴所受的扭矩计算轴的强度；如果还受不大的弯矩，则用降低许用扭转切应力的方法予以考虑。

在作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。

对于不太重要的轴，也可作为最后计算结果。

轴的扭转强度为[]MPa dn PW T TTT ττ≤≈=362.010*55.9由上式可得轴径 [][]mm nPA n P n P d T T 3033636.2.010*55.9.2.010*55.9==≥ττ式中：[]3602.0/10*55.9T A τ=，表15-3。

对于空心轴()mm n PA d 3401β-≥，β=0.5~0.6当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。

轴类零件的功用、结构特点及技术要求花落水流红，闲愁万种，无语怨东风。

想当年，金戈铁马，气吞万里如虎。

历鉴前朝国与家，成由勤俭败由奢。

青山遮不住，毕竟东流去。

天网恢恢，疏而不漏。

一、轴类零件的功用、结构特点及技术要求轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。

它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。

轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。

根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。

轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。

轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。

轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：(一)尺寸精度起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5~IT7）。

装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6~IT9）。

(二)几何形状精度轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。

对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。

(三)相互位置精度轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。

通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。

普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01~0.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.001~0.005mm。

(四)表面粗糙度一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5~0.63μm，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63~0.16μm。

二、轴类零件的毛坯和材料(一)轴类零件的毛坯轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。

对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。

轴的功用与分类
轴是机械传动中的基本元件之一，它主要用于支承和转动其他机械元件，传递力和运动。

轴的功用包括：
1. 支承和传递力，保持传动系统的稳定性。

2. 传递运动，使相邻的机械元件能够联动。

3. 承受负载，抵抗外部作用力。

4. 将驱动力转换为旋转运动或线性运动。

根据不同的分类方式，轴可以分为不同的类型，常见的轴的分类包括：
1. 按照形状分类：轴可以分为圆柱形轴、锥形轴、键轴、花键轴等。

2. 按照用途分类：轴可以分为传动轴、支撑轴、转动轴、定位轴等。

3. 按照材质分类：轴可以分为金属轴、塑料轴、复合材料轴等。

4. 按照制造方式分类：轴可以分为铸造轴、锻造轴、冷拔轴、加工轴等。

5. 按照表面处理分类：轴可以分为硬质表面处理轴、镀铬轴、涂层轴等。

轴类零件的作用一、引言轴类零件是机械设备中常见的重要组成部分，其作用不可忽视。

本文将全面、详细、完整地探讨轴类零件的作用，并分析其在机械设备中的重要性。

二、轴类零件的定义和分类2.1 定义轴类零件是指能够进行旋转或者具有传递力的零件，通常是圆柱体形状。

2.2 分类轴类零件根据其功用和性能特点可以分为以下几类：1.传动轴：用于传递动力和扭矩的轴，通常由金属材料制成，具有较高的强度和刚性。

2.支承轴：用于支撑转动部件的轴，经常与轴承配合使用，以便减少摩擦和磨损。

3.定位轴：用于固定或定位部件的轴，通常具有较高的精度和尺寸稳定性。

三、轴类零件的重要作用轴类零件在机械设备中起着重要作用，下面将详细介绍其作用：3.1 传递动力和扭矩传动轴作为机械设备中的传动部件，能够将动力和扭矩从一个部件传递到另一个部件。

例如，在汽车发动机中，曲轴是一个重要的传动轴，能够将发动机的转动力传递给车轮，使车辆运动。

3.2 支撑转动部件支承轴能够支撑并保持转动部件的位置和运动正常。

例如，在工业生产中的旋转机械设备中，轴和轴承的配合，可以使旋转部件相对固定，减少摩擦和磨损，并确保设备的稳定运行。

3.3 定位部件的准确定位定位轴可以准确定位零件，以确保机械设备的高精度和稳定性。

例如，在数控机床中，导轨是实现工件位置定位的轴类零件，能够使机床能够精确切削工件。

3.4 传递液体或气体除了传递动力和扭矩外，轴类零件还能够传递液体或气体。

例如，在柴油机中，曲轴的中空轴颈的设计使得润滑油能够通过轴类零件传递到不同的机件，保持其正常工作。

四、轴类零件在机械设备中的影响因素轴类零件的性能和可靠性受到多种因素的影响，下面将分析这些因素：4.1 材料的选择轴类零件的材料选择非常重要，通常需要考虑强度、韧性、疲劳寿命等因素。

常用的材料有钢、铝合金等。

4.2 制造工艺轴类零件制造工艺的精度和质量对其性能和可靠性有直接影响。

常用的制造工艺有车削、磨削等。

轴的分类一、轴的功用和类型轴是机器中的重要零件之一，用来支持旋转的机械零件。

根据承受载荷的不同，轴可分为转轴、传动轴和心轴三种。

转轴既传递转矩又承受弯矩，如齿轮减速器中的轴；传动轴只传递转矩而不承受弯矩或弯矩很小。

如汽车的传动轴；心轴只承受弯矩而不传递转矩，如铁路车辆的轴、自行车的前轴。

按轴线的形状轴还可分为：直轴（下面4个图）、曲轴和挠性钢丝轴。

曲轴常用于往复式机械中。

挠性钢丝轴是由几层紧贴在一起的钢丝层构成的，可以把转矩和旋转运动灵活地传到任何位置，常用于振捣器等设备中。

本章只研究直轴。

轴的设计，主要是根据工作要求并考虑制造工艺等因素，选用合适的材料，进行结构设计，经过强度和刚度计算，定出轴的结构形状和尺寸，必要时还要考虑振动稳定性。

二、轴的常用材料轴的材料常采用碳素钢和合金钢。

碳素钢承35、45、50等优质碳素结构钢因具有较高的综合力学性能，应用较多，其中以45号钢用得最为广泛。

为了改善其力学性能，应进行正火或调质处理。

不重要或受力较小的轴，可采用Q235、Q275等碳素结构钢。

合金钢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。

例如：采用滑动轴承的高速轴，常用20Cr、20CrMnTi等低碳合金结构钢，经渗碳淬火后可提高轴颈耐磨性；汽轮发电机转子轴在高温、高速和重载条件下工作，必须具有良好的高温力学性能，常采用40CrNi、38CrMoAlA等合金结构钢。

值得注意的是：钢材的种类和热处理对其弹性模量的影响甚小，因此，如欲采用合金钢或通过热处理来提高轴的刚度并无实效。

此外，合金钢对应力集中的敏感性较高，因此设计合金钢轴时，更应从结构上避免或减小应力集中，并减小其表面粗糙度。

轴的毛坯一般用圆钢或锻件，有时也可采用铸钢或球墨铸铁。

例如，用球墨铸铁制造曲轴、凸轮轴，具有成本低廉、吸振性较好、对应力集中的敏感性较低、强度较好等优点。

下表13-1列出几种轴的常用材料及其主要力学性能。

课题2 轴的强度条件一、轴的结构设计与强度计算1、轴的结构设计轴的结构设计就是使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。

‎轴类零件是‎机器中经常‎遇到的典型‎零件之一。

‎它主要用来‎支承传动零‎部件，传递‎扭矩和承受‎载荷。

轴类‎零件是旋转‎体零件，其‎长度大于直‎径，一般由‎同心轴的外‎圆柱面、圆‎锥面、内孔‎和螺纹及相‎应的端面所‎组成。

根据‎结构形状的‎不同，轴类‎零件可分为‎光轴、阶梯‎轴、空心轴‎和曲轴等。

‎‎轴的长径‎比小于5的‎称为短轴，‎大于20的‎称为细长轴‎，大多数轴‎介于两者之‎间。

‎轴用‎轴承支承，‎与轴承配合‎的轴段称为‎轴颈。

轴颈‎是轴的装配‎基准，它们‎的精度和表‎面质量一般‎要求较高，‎其技术要求‎一般根据轴‎的主要功用‎和工作条件‎制定，通常‎有以下几项‎：‎ (一)‎尺寸精度‎‎起支承作用‎的轴颈为了‎确定轴的位‎置，通常对‎其尺寸精度‎要求较高（‎I T5~I‎T7）。

装‎配传动件的‎轴颈尺寸精‎度一般要求‎较低（IT‎6~IT9‎）。

‎ (二‎)几何形状‎精度‎轴类‎零件的几何‎形状精度主‎要是指轴颈‎、外锥面、‎莫氏锥孔等‎的圆度、圆‎柱度等，一‎般应将其公‎差限制在尺‎寸公差范围‎内。

对精度‎要求较高的‎内外圆表面‎，应在图纸‎上标注其允‎许偏差。

‎‎(三)相互‎位置精度‎‎轴类零件的‎位置精度要‎求主要是由‎轴在机械中‎的位置和功‎用决定的。

‎通常应保证‎装配传动件‎的轴颈对支‎承轴颈的同‎轴度要求，‎否则会影响‎传动件（齿‎轮等）的传‎动精度，并‎产生噪声。

‎普通精度的‎轴，其配合‎轴段对支承‎轴颈的径向‎跳动一般为‎0.01~‎0.03m‎m，高精度‎轴（如主轴‎）通常为0‎.001~‎0.005‎m m。

(‎四)表面粗‎糙度‎一般‎与传动件相‎配合的轴径‎表面粗糙度‎为Ra2.‎5~0.6‎3μm，与‎轴承相配合‎的支承轴径‎的表面粗糙‎度为Ra0‎.63~0‎.16μm‎。

‎二、轴‎类零件的毛‎坯和材料‎‎(一)轴类‎零件的毛坯‎‎轴类零件‎可根据使用‎要求、生产‎类型、设备‎条件及结构‎，选用棒料‎、锻件等毛‎坯形式。

轴结构设计及强度计算§11—1 概述一、轴的用途与分类1、功用：1）支承回转零件；2）传递运动和动力2、分类按承基情况分转轴——T和M的轴——齿轮轴心轴——而不受扭矩：转动心轴（图11-2a）；固定心轴（图11-2b）传动轴——主要受扭矩而不受弯矩或弯矩很小的轴按轴线形状分直轴——光轴（图11-5a）——作传动轴（应力集中小）阶梯轴（图11-5b）：优点：1）便于轴上零件定位；2）便于实现等强度曲轴——另外还有空心轴（机床主轴）和钢丝软轴（挠性轴）——它可将运动灵活地传到狭窄的空间位置（图11-8），如牙铝的传动轴。

二、轴的材料及其选择碳素钢——价廉时应力集中不敏感——常用45#，可通过热处理改善机械性能，一般为正火调质和合金钢——机械性能（热处理性）更好，适合于大功率，结构要求紧凑的传动中，或有耐磨、高温（低温）等特殊工作条件，但合金钢对应力集中较敏感。

注意：①由于碳素钢与合金钢的弹性模量基本相同，所以采用合金钢并不能提高轴的刚度。

②轴的各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理（喷丸、滚压）对提高轴的疲劳强度有显著效果。

表11-1，轴的常用材料及其主要机械性能表三，轴设计的主要内容：结构设计——按轴上零件安装定位要求定轴的形状和尺寸交替进行工作能力计算——强度、刚度、振动稳定性计算§11—2 轴的结构设计轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力情况和加工工艺等。

轴的结构设计要求：①轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置；②轴上零件装拆、调整方便；③轴应具有良好的制造工艺性等。

④尽量避免应力集中（书上无）一、拟定轴上零件的装配方案根据轴上零件的结构特点，首先要预定出主要零件的装配方向、顺序和相互关系，它是轴进行结构设计的基础，拟定装配方案，应先考虑几个方案，进行分析比较后再选优。

原则：1）轴的结构越简单越合理；2）装配越简单、方便越合理。