第九章 轴和联轴器

第九章 轴、联轴器、离合器内容：轴的分类和材料，轴的结构设计和强度计 算；联轴器和离合器的类型、特点及应用 重点：轴的结构设计

§1一 . 轴的功用

轴

支承旋转零件并传递运动和动力 二. 轴的分类心轴(弯矩M 0,转矩T = 0) 转轴(弯矩M 0,转矩T 0) 传动轴(弯矩M = 0,转矩T 0) 1

1按载荷性质分类

传动轴 转轴

心轴 转动心轴 固定心轴

2 .按轴线形状分

直轴 曲轴 挠性轴

3 .按截面形状分

空心轴

实心轴

阶梯轴:

曲轴：

二、轴的设计内容、特点和步骤1.内容：强度、刚度、振动稳定性、结构设计 2.特点：三边：边计算、边画图、边修改 三结合：估算与精算、计算与画图、轴的设计与轴上零件的设计 3.步骤：选材 初定轴径 结构设计 精确验算(强度校核)

轴的材料和结构一、轴的材料1.碳素钢 35、45、50… 2.合金钢 20Cr、 40Cr… 常用材料及力学性能 (表9-1)

二、轴的结构1.满足强度、刚度的要求; 2.满足工艺性要求: 轴上零件要有准确的工作位置、 便于装拆和调整； 轴应有良好的制造工艺、应力集 5 中少，轴的受力状态好。

(一)轴的外形结构阶梯轴 轴颈、轴头、轴身

(二)轴上零件的 定位和固定方法轴向、周向轴肩、套筒、轴端挡圈

圆螺母

弹簧挡圈 键联接 花键联接 销联接 过盈联接

设计时应注意: 为便于装拆→ 阶梯轴→轴肩→dmin在最外端、必有定位轴环

轴承定位轴肩(套筒)不能过高(以便拆卸) 轴长 应略短于 轮毂宽度 (保证零件固定) 安装标准件轴段直径， 应套其内径标准

非定位轴肩→便于装配 h=(0.5 ~ 1)mm

定位轴肩→零件定位 h =3~5 mm

(a)滚动轴承 (b)联轴器 (c)密封件 轴肩圆角r < 轮毂孔圆角R(倒角C)(为保证轴上零件与轴肩贴合)

1、零件的轴向定位 1)轴肩和轴环

要求r轴<R孔或r轴<C孔

错误

正确

要求轴肩高度<滚动轴承内圈高度 错 误 正 确

2)套筒

3)轴用圆螺母

4)轴端挡圈当用轴肩、轴环、套 筒、圆螺母、轴端挡圈 2 进行零件的轴向定位时， 2 为保证轴向定位可靠， 要求L轴<L毂

③②

④

③

④

II 正确

III

III

正确

错误

1

5)轴承端盖

轴承端盖与机座间加垫 片，以调整轴的位置① ② ③

I

II II

6)弹性挡圈

7)锁紧挡圈、紧定螺钉或销 I

(三) 应力集中、 制造工艺、受力状态1) 2) 3) 4) 轴肩处要有过渡圆角 键槽应位于同一母线上 螺纹退刀槽 砂轮越程槽1 2

同一轴上键槽位于圆柱同一母线上，且取相同尺寸

①

②

③

④

I

II

III

三. 轴结构设计步骤1.拟定轴上零件装配方案→不同的结构

较好

2.估算轴的最小

直径(1)类比法：参考同类型已有机器的轴的结构合 尺寸，经分析对比，确定所设计的轴的直径。 (2)经验公式计算： 对一般减速器，可采用经验公式来估算轴的直径。 高速输入轴的直径d可按与其相联的电动机轴的直径 D估算，d=(0.8~1.2)D,各级低速轴的直径d可 按同级齿轮传动中心距a估算， d=(0.3~0.4)a

(3) 只计转矩→按扭转强度T T T T 3 WT 0.2d d 3 T 9.55 10 3 p P 3 3 C 0.2 T 0.2 T n n6

说明： ①轴上有单键，直径增大4 % ;有双键,直径增大10 % ②P-传递的功率(kw); n-轴的转速(r/min); d-轴的直径(mm) ; C-系数→表(9-2)

3.确定轴的各段直径及长度1)由外向内定各段直径 2)由内向外定各段长度

4.确定轴上零件周向固定及结构要素

两端轴承盖与箱体之间无调整垫片； 轴承与齿轮之间无定位轴套、装齿轮的轴段长度过长； 齿轮与轴之间无键联接； 轴肩过高，难以拆卸轴承； 轴颈过长，轴承装拆不方便；无退刀槽。 轴承盖与轴之间无间隙，且无密封件； 联轴器无定位轴肩； 键过长(应短于轮毂长度)。

轴系结构改错

四处错误

正确答案

三处错误

正确答案

两处错误

1.左侧键太长， 套筒无法装入 2.多个键应位于 同一母线上

四

轴的计算

轴的工作能力主要取决于强度和刚度， 高速轴还要校核振动稳定性。 轴的强度计算、轴的刚度计算(略)一、轴的强度计算1.按扭矩计算 应用条件： (1)轴只传递转矩，不承受弯矩(或很小的弯矩) (2) 弯矩未知，按扭矩作初步计算。

2.按弯扭复合强度计算(当量弯矩)应用条件：已知轴承位置以及作用在轴上的载荷性质、大 小、方向和作用点。 步 骤：绘制受力计算简图，计算所有力引起的弯矩，合 成弯矩M;计算扭矩，合成当量弯矩MV。 合成弯矩

M

2 2 M 垂直 M 水平

校正系数

见P236:当量弯矩

M V M 2 ( T ) 23

不变的转矩 0.3 脉动的转矩 0.6

设计公式 d

MV 0.1[σ 1b ]

对称的转矩 1[ -1b]见表9-3

轴上有单键，直径增大4 % ;有双键,直径增大10 %