《机械设计基础》课件-3.1轴

轴的类型和常用材料轴的类型与选用轴的类型和常用材料轴的类型和常用材料轴类零件精加工

大国工匠龙小平轴的类型和常用材料龙小平是国机集团所属国机重型装备集团股份有限公司二重装备的一名高级技师轴的类型和常用材料中央企业技术能手全国技术能手中国重型机械行业大工匠轴的类型和常用材料四川工匠四川省技术能手四川省劳动模范享受国务院政府津贴轴的类型和常用材料工作室面向超大、极限轴类铸锻件制造领域精深加工，是集技术攻关、技术传承、成果推广、人才培养的重要平台，为解决精深加工中的各类技术难题，提升精深加工水平提供了支撑。轴的类型和常用材料工作室面向超大、极限轴类铸锻件制造领域精深加工，是集技术攻关、技术传承、成果推广、人才培养的重要平台，为解决精深加工中的各类技术难题，提升精深加工水平提供了支撑。学习目标素质目标：培养良好的观察能力和机械原理分析能力培养精益求精的工匠精神

勇于担当的爱国情怀培养勤于思考

严谨治学的工作态度学习目标知识目标：掌握轴的功用和类型掌握轴的常用材料学习目标能力目标：能够正确判断出传动轴

心轴和转轴根据不同机械传动机构选择适合轴的材料轴的类型轴的主要功用支承回转零件及传递运动和动力。轴的类型按照承受载荷的不同，轴可分为：心轴─指的是只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。传动轴─指的是只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。转轴─指的是同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。轴的类型心轴——工作时只承受弯矩，是起支撑作用的轴。轴的类型心轴——工作时只承受弯矩，是起支撑作用的轴。心轴工作时是转动的，称为转动心轴，例如机车轮轴。心轴工作时不转动，称为固定心轴，例如自行车前轮轴。轴的类型

传动轴——工作时只承受扭矩，不承受弯矩或承受很小的弯矩，是起传递动力的轴。轴的类型工作时既承受弯矩又承受扭矩，既起支撑作用又起传递动力作用，是机器中最常用的一种轴。转轴轴的类型按照轴线形状分曲轴直轴软轴轴的类型直轴——各轴段轴线在同一直线上的轴按直轴外形分光轴(直径无变化的轴)阶梯轴(直径有变化的轴)轴的类型轴的类型轴的类型曲轴指的是各轴段轴线不在同一直线上的轴；轴的类型内燃机的曲轴将主动件的回转运动转变为从动件的直线往复运动或将主动件的直线往复运动转变为从动件的回转运动；轴的类型也称挠性轴，由多组钢丝分层卷绕而成，具有良好挠性；软轴轴的类型作用：把旋转运动和不大的转矩灵活地传到任何位置；缺点：不能承受弯矩，多用于转矩不大、以传递运动为主的简单传动装置中；用途：医疗器械和手持小型机，（如铰孔机、刮削机等）。轴的材料决定承载能力的重要因素。轴的材料轴的材料轴的材料要求：具有足够的强度；具备足够的塑性、冲击韧度、抗磨损性和抗腐蚀性；轴的材料轴的材料要求：对应力集中的敏感性较小；具有良好的工艺性和经济性；能通过不同的热处理方式提高轴的疲劳强度。轴的材料碳素钢：

典型的有35、45、50钢，碳素钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性小，可以通过热处理提高疲劳强度和耐磨性，因此应用比较广泛。轴的材料碳素钢：

典型的有35、45、50钢，碳素钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性小，可以通过热处理提高疲劳强度和耐磨性，因此应用比较广泛。轴的材料碳素钢：常用的碳钢为优质碳素钢，为保证轴的力学性能，一般应对其进行调质或正火处理。轴的材料碳素钢：不重要的轴或受载荷较小的轴，也可用Q235等普通碳素钢。常用的碳钢为优质碳素钢，为保证轴的力学性能，一般应对其进行调质或正火处理。轴的材料合金钢：传递大功率并要求减小尺寸和质量要求较高的耐磨性处于高温

低温或腐蚀条件下轴的材料球墨铸铁：球墨铸铁高强度铸铁和球墨铸铁常用于制造外形复杂的轴，且具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，对应力集中不敏感、价格低，但是质较脆。制造结构形状复杂的轴曲轴

凸轮轴轴的材料小结日常生活中还能找到哪些机构中的轴属于心轴、转轴及传动轴？怎样正确选择轴的材料呢？学习目标素质目标：培养勤于思考，严谨治学的工作态度。培养精益求精的工匠精神、勇于担当的爱国情怀；知识目标：掌握轴的结构；掌握轴上零件的定位和固定。轴上零件的定位和固定（一）学习目标素质目标：培养勤于思考，严谨治学的工作态度。培养精益求精的工匠精神、勇于担当的爱国情怀；知识目标：掌握轴的结构；掌握轴上零件的定位和固定。学习目标能力目标：能够正确认识轴向固定和轴向固定的区别；够熟悉轴上零件常见定位和固定的方法。学习内容轴的结构零件的定位零件的固定轴的结构轴颈轴颈轴头轴头轴身轴肩轴肩由轴颈、轴头、轴身三部分组成；轴轴的结构轴颈轴颈轴头轴头轴身轴肩轴肩轴颈——轴上安装轴承的轴段轴头——轴上安装轮毂的轴段轴的结构轴颈轴颈轴头轴头轴身轴肩轴肩轴颈——轴上安装轴承的轴段轴头——轴上安装轮毂的轴段轴身——连接轴颈和轴头的轴段轴肩——直径变化处形成的阶梯部分轴的结构轴颈轴颈轴头轴头轴身轴肩轴肩用于确定轴上零件位置的轴肩；定位轴肩为方便安装零件而设计的轴肩。非定位轴肩轴的结构轴的形状应力求简单，阶梯级数尽可能少，键槽、圆角半径、倒角、中心孔等尺寸尽可能统一，以利于加工和检验；轴的结构轴上需磨削的轴段应设计砂轮越程槽，车制螺纹的轴段应有退刀槽；轴上有多处键槽时，应使各键槽位于同一圆轴母线上。轴的结构为便于装配，轴端均应有倒角；阶梯轴常设计成两端小中间大，以便于零件从两端装拆；轴的结构为便于装配，轴端均应有倒角；阶梯轴常设计成两端小中间大，以便于零件从两端装拆；各零件装配应尽量不接触其它零件的配合表面；轴肩高度不应妨碍零件的拆卸。轴上零件的定位与固定保证传动件在轴上有准确的安装位置；定位保证轴上零件在运转中保持原位不变，防止工作时，出现轴向窜动和周向转动。固定轴上零件的定位与固定定位固定轴向定位及固定周向定位及固定轴上零件的周向定位及固定

为传递运动和转矩，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。周向固定方法轴上零件的周向定位及固定周向固定方法：键联接（平键、半圆键、楔键等）花键联接弹性环联接过盈配合联接销联接成型联接周向固定方法键连接键连接(平键连接)：结构简单，工作可靠，装拆方便，在机械中的应用广泛。周向固定方法键连接结构简单，装拆方便，对中性好，应用较为广泛。平键连接周向固定方法键连接半圆键连接：由于半圆键与键槽配合较松，可倾转，易装拆，常用于锥形轴端，传递不大的力矩。周向固定方法键连接楔键连接：由于楔紧后使轴与轴上零件产生偏心，故常用于对中性要求不高、载荷平稳的低速场合。周向固定方法键连接切向键连接：传递双向转矩时，采用两对切向键并互成120°布置。多用于载荷较大，对中要求不严的场合。周向固定方法花键连接承载能力高，对中性和导向性好，但制造困难，成本高。花键连接周向固定方法花键连接

适用于传递载荷较大和定心精度要求较高的动、静联接，特别是对常滑移的动联接更具有独特的优越性；周向固定方法花键连接在飞机、汽车、拖拉机、机床、农业机械等机械传动中得到了广泛的应用。过盈配合过盈配合：利用过盈配合进行周向定位的轴结构简单，对中性好，承载能力高，适于不经常拆卸的场合。成形联接

成形联接：可承受大载荷，对中性好，但制造困难；方形联接，多用于轴端和手动机构中，对中性差。销连接轴上零件为什么要进行轴向和周向定位和固定呢？轴上零件的轴向固定轴向定位和固定方法：

采用附件，如套筒、圆螺母、弹性挡圈、轴端挡圈、紧定螺钉、楔键和销等。

利用轴本身部分结构，如轴肩、轴环、锥面等；轴上零件的定位和固定（二）轴上零件的轴向固定轴向定位和固定方法：

采用附件，如套筒、圆螺母、弹性挡圈、轴端挡圈、紧定螺钉、楔键和销等。

利用轴本身部分结构，如轴肩、轴环、锥面等；轴上零件的轴向固定轴的制造轴上零件装拆的难易程度对轴强度的影响工作可靠性轴肩或轴环定位特点：轴肩定位结构简单，定位可靠，可以承受较大轴向力；适用：用于齿轮、链轮、带轮、联轴器和轴承等定位；组成：由定位面和过度圆角组成。轴肩或轴环定位

为保证零件端面能靠紧定位面，轴肩圆角半径必须小于零件毂孔的圆角半径或倒角高度；轴肩或轴环定位

为保证有足够的强度来承受轴向力，轴肩高度值h一般取(0.07~0.1)d（d为配合处的轴径）。轴肩或轴环定位轴环的功用及尺寸参数与轴肩相同，宽度b≥1.4h；轴肩或轴环定位轴环的功用及尺寸参数与轴肩相同，宽度b≥1.4h；若轴环毛坯是锻造而成，则用料少、重量轻；若由圆钢毛坯车制而成，则浪费材料及加工工时。圆锥面定位特点：利用圆锥面定位能消除轴和轮毂间的径向间隙，装拆比较方便，能承受冲击载荷，可兼作周向固定。圆锥面定位适用：用于轴端零件的定位与固定，常与轴端压板或螺母联合使用，使零件获得双向轴向固定。圆锥面定位锥合面的锥度小时，所需轴向力小，但不易拆卸；反之则相反。通常取锥度1：8～1：30。套筒定位套筒定位常用做轴上相邻零件的轴向固定，轴上不需开槽、钻孔和切制螺纹，可以简化轴的结构，减小应力集中；套筒定位

特点：结构简单，定位可靠，应用广泛，可将零件的轴向力不经轴而直接传到轴承上，因而不影轴的疲劳强度。套筒定位用于零件间距比较小场合，轴的转速很高时不宜采用。适用圆螺母与止动垫圈定位

当轴上两个零件之间的距离较大，无法选用套筒固定时，可选用圆螺母的端面压紧零件端面来定位。圆螺母与止动垫圈定位圆螺母定位装拆方便，可承受较大的轴向力，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。圆螺母与止动垫圈定位固定轴端零件双圆螺母圆螺母止动垫圈弹性挡圈定位轴向力很小，或仅为防止零件偶然轴向移动的情况下选用;弹性挡圈定位弹性挡圈定位轴向力很小，或仅为防止零件偶然轴向移动的情况下选用;弹性挡圈定位

定位方式结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力，常用于固定滚动轴承。弹性挡圈定位定位时需在在轴上切出环形槽，将弹性挡圈嵌入槽中，利用的侧面压紧被定位零件的端面。弹性挡圈定位弹性挡圈定位工艺性好、装拆方便，但对轴的强度消弱较大，常用于所受轴向力小而刚度大的轴。轴端挡圈定位适用：轴端零件的定位和固定，可承受剧烈的振动和冲击载荷，需采取防松措施。轴端挡圈定位通过与轴承内圈或轴肩接触，防止轴承在轴向上的滑动或脱落。制作材料：轴端挡圈通常由高强度的金属材料制成，如碳钢、不锈钢或合金钢，以确保其在高速旋转和重载工况下的可靠性和耐久性。紧定螺钉定位紧定螺钉定位适用于轴向力很小，转速很低，有冲击、振动或仅为防止零件偶然沿轴向滑动的场合。轴的结构设计素质目标：培养精益求精的工匠精神、勇于担当的爱国情怀；培养良好的观察能力和机械原理分析能力；培养勤于思考，严谨治学的工作态度。轴的结构设计轴的结构设计素质目标：培养精益求精的工匠精神、勇于担当的爱国情怀；培养良好的观察能力和机械原理分析能力；培养勤于思考，严谨治学的工作态度。学习目标知识目标：掌握轴的结构设计的主要要求及步骤；掌握轴强度校核计算过程。学习目标能力目标：能够根据轴的设计准则正确进行轴的设计学习内容轴的结构设计轴的强度校核轴的结构设计轴及轴系的结构设计要求：便于加工,具有良好加工和装配的工艺性,轴上零件便于拆装和调整；轴上零件布置合理,受力合理,利于提高轴的强度和刚度；轴的结构设计轴及轴系的结构设计要求：

尽量减少应力集中，节约材料。

轴上零件的轴向定位、周向定位准确，固定可靠；轴的设计步骤选择轴的材料，确定许用应力；按扭转强度估算轴的最小直径；轴的设计步骤选择轴的材料，确定许用应力；按扭转强度估算轴的最小直径；轴的结构设计；轴的设计步骤轴的结构设计：拟订轴上零件装配方案；确定轴上零件的位置和固定方式；确定各轴段的直径；轴的设计步骤轴的结构设计：确定各轴段的长度；

结构细节设计，确定其余尺寸，如键槽、倒角、圆角、退刀槽、砂轮越程槽等。轴的设计步骤

结构设计完成以后需按弯扭组合校核轴的强度。若危险截面强度不够或裕度太大时，必须重新修改轴的结构。轴的设计步骤绘制轴的零件图确定各轴段的直径和长度

进行轴的初期设计时，由于轴承及轴上零件位置均不确定，不能求出支反力和弯矩分布情况，因而无法按弯曲强度计算轴的危险截面直径，只能用估算法来初步确定轴的直径。类比法类比法初步估算轴的直径根据轴的工作条件，选择与其相似的轴进行类比，从而进行轴的结构设计，并画出轴的零件图。类比法估算轴的直径时一般不进行强度计算。类比法

完全依靠现有资料及设计者的经验估算轴的直径，结果比较可靠，同时又缩短了设计周期，因而较为常用；但这种方法也存在一定的盲目性。抗扭强度估算轴的直径在进行轴的结构设计前，先对所设计的轴按抗扭强度条件初步估算轴的最小直径。轴的结构设计基本完成之后，再对轴进行全面的受力分析及强度、刚度核算。抗扭强度估算轴的直径轴的扭转强度条件为:实心轴的直径为：

抗扭强度估算轴的直径轴的材料Q235，20354540Cr,35SiMn,42SiMn,405MnB,[τ]MPa12~2020~3030~4040~52C160~135135~118118~107107~97抗扭强度估算轴的直径轴的材料Q235，20354540Cr,35SiMn,42SiMn,405MnB,[τ]MPa12~2020~3030~4040~52C160~135135~118118~107107~97如果轴段上有键槽时，应把算得的直径增大，单键增大3％～5%，双键增大8％～10%