一、主要內容1.軸的分類和材料；軸的結構設計；軸的設計計算；4.軸轂聯接。

學習指導第十三章軸及軸轂聯接二、重點和難點1.軸的結構設計；

2.軸的強度計算。

第一節軸的分類和材料

一、軸的用途與分類

1、功用：

1）支承回轉零件；

2）傳遞運動和動力。2、分類：

1）按承載情況分：

轉軸——扭矩和彎矩;

心軸——只受彎矩

;轉軸傳動軸——主要受扭矩。

心軸a)軸固定式b)軸旋轉式傳動軸2）按軸線形狀分

(1)直軸：b）階梯軸

a

）光軸(2)曲軸：

(3)鋼絲軟軸

碳素鋼

——合金鋼——注意：①采用合金鋼并不能提高軸的剛度。

②軸的熱處理和表面強化可提高軸的疲勞強度。

二、軸的材料

3.球墨鑄鐵——常用45鋼（正火、調質），價格適中，對應力集中的敏感性較低。常用40Cr、40CrNi、3Cr13，對應力集中較敏感，但價格較高。

常用QT400，對應力集中敏感性較低、耐磨性好，具有良好的吸振性。

第二節軸的結構設計

一、軸的設計要求

1)軸和軸上零件要有準確的工作位置，定位可靠；

2)軸上的零件應可靠固定，并能傳遞必要的載荷；

3)軸上的零件應便于裝拆和調整；

5)軸的受力要均勻，有利于提高軸的強度和剛度。4)軸應具有良好的制造工藝性；

二、軸的結構設計

1.便于制造安裝1)軸一般做成中間粗兩端細的階梯軸；

2)為了減小應力集中，應有過渡圓角和軸端倒角；

3)需磨削加工的軸段，應有砂輪越程槽；需切制螺紋的軸段，應有退刀槽；

4)軸上相鄰直徑處的倒角、圓角、砂輪越程槽的寬度、螺紋退刀槽的寬度應盡可能采用相同的尺寸。

1)軸向固定

(1)軸肩和軸環

2.軸上零件的固定軸肩圓角半徑r應小于相配件圓角R，軸肩高度h應大于R。軸肩圓角r應小于相配件倒角C

1，軸肩高度h應大于C

1。(2)套筒

(3)圓螺母

(4)軸端擋圈

(5)彈性擋圈

(6)緊定螺釘

2)周向固定

為了傳遞運動和轉矩,或因某些需要,軸上零件還需有周向固定。三、各軸段的直徑和長度的確定1、各軸段長度

1)箱體內壁位置的確定；2)軸承座端面位置的確定；

3)軸承在軸承座孔中位置的確定。2、各軸段直徑確定

1)按扭矩估算軸段直徑dmin

;2)按軸上零件安裝、定位要求確定各段軸徑，經驗值。

注意：①與標準零件相配合軸徑應取標準值；②同一軸徑軸段上不能安裝三個以上零件。第三節軸的設計計算

一、軸的強度計算轉軸的強度計算一般的過程是：先按轉矩進行軸徑的初估，確定軸的最小直徑；再根據所得的直徑進行結構設計，確定軸的結構尺寸；3.最后按軸的當量彎矩進行校核計算。注：心軸和傳動軸可看成是轉軸的特例，同轉軸的設計方法相同。1.按轉矩初估軸徑強度條件

設計公式

放大軸徑：一個鍵槽：3~5%

二個鍵槽：7~10%軸上有鍵槽時：取標準值≤≥2.按當量彎矩校核軸徑條件：已知支點、扭距，彎矩

步驟：

1)作軸的空間受力簡圖；求水平面支反力、

，作水平面彎矩圖。求垂直平面內支反力、，作垂直平面內的彎矩圖；4)作扭矩圖；

3)作合成彎矩圖（）；5)作當量彎矩圖（）；

6)校核

危險截面軸的強度。設計公式

≤≥二、軸的剛度計算

撓度

；偏轉角

；扭轉角

≤≤≤第四節軸轂聯接

一、鍵聯接的類型、特點及應用

1.平鍵聯接

平鍵的兩側面是工作表面，工作時靠鍵與鍵槽側面的擠壓來傳遞轉矩。鍵的上表面和輪轂的鍵槽底面之間留有間隙。

1）普通平鍵

2）薄型平鍵

鍵高約為普通平鍵的60%~70%。圓頭、方頭、單圓頭用于薄臂結構、空心軸等徑向尺寸受限制的聯接。

3）導向平鍵與滑鍵——用于動聯接，即軸與輪轂間有相對軸向移動的聯接。特點：裝拆方便，對零件對中性無影響，容易制造，作用可靠，多用于高精度聯接。但只能圓周固定，不能承受軸向力。

2、半圓鍵聯接

軸槽用與半圓鍵形狀相同的銑刀加工，鍵能在槽中繞幾何中心擺動，鍵的側面為工作面，工作時靠其側面的擠壓來傳遞扭矩。

優點：工藝性好，裝配方便，適用于錐形軸與輪轂的聯接。缺點：軸槽對軸的強度削弱較大。只適宜輕載聯接。

特點：適用于低速輕載、精度要求不高。對中性較差，力有偏心。不宜高速和精度要求高的聯接，變載下易松動。鉤頭只用于軸端聯接，如在中間用鍵槽應比鍵長2倍才能裝入。且要罩安全罩。

3、楔鍵聯接

4、切向接聯接

工作原理：靠工作面與軸及輪轂相擠壓來傳遞扭矩。

二、平鍵聯接的強度計算

1、鍵的選擇鍵的選擇包括鍵的類型和尺寸的選擇兩方面。鍵的截面尺寸b*h根據軸的直徑由標準查得。鍵的長度L按軸上零件的輪轂寬度而定，一般略小于輪轂寬度。2、鍵的失效形式和強度計算失效形式：壓潰（靜聯接—鍵、軸、轂中較弱者）、磨損（動聯接）、鍵的剪斷（較少）。

擠壓強度為：

≤花鍵聯接由具有多個沿周向均布的凸齒的外花鍵和有對應凹槽的內花鍵組成。齒的側面是工作面。花鍵按其齒型分為矩形花鍵和漸開線花鍵兩種。三、花鍵聯接

1、矩形花鍵矩形花鍵聯接按新標準為內徑定心，定心精度高，定心穩定性好，配合面均要研磨，磨削消除熱處理后變形，應用廣泛。2、漸開線花鍵定心方式為齒形定心，當受載時，齒上的徑向力能自動定心，有利于各齒均載，應優先采用。

三角形花鍵——齒數較多，齒較小，對軸強度削弱小。適于輕載、直徑較小時及軸與薄壁零件的聯接應用較少。

四、銷聯接

圓柱銷——不能多于裝拆（否則定位精度下降）。圓錐銷——1：50錐度，可自鎖，定位精度較高，允許多于裝拆，且便于拆卸。特殊型式銷——螺紋錐銷、開尾錐銷（右圖）彈性銷、開口銷、槽銷等多種形式。

五、過盈聯接

利用兩個被聯接件本身的過盈配合來實現，一為包容件，另一為被包容件。

裝配方法：1）壓入法——利用壓力機將被包容件壓入包容件中，由于壓入過程中表面微觀不平度的峰尖被擦傷或壓平，因而降低了聯接的緊固性。2）溫差法——加熱包容件，冷卻被包容件。可避免擦傷聯接表面，聯接牢固。典型習題例1：兩級展開式斜齒圓柱齒輪減速器的中間軸如圖所示。尺寸和結構如圖，已知中間軸轉速，傳遞功率有關齒輪參數為：齒輪2右旋。圖中A、D為角接觸軸承的載荷作用中心。齒輪3右旋，要求：若軸的材料為45鋼(正火)，試按彎扭合成理論驗算截面Ⅰ和截面Ⅱ的強度。【解】計算齒輪受力2、軸的空間受力簡圖3、垂直面(xz平面)受力圖、彎矩計算4、垂直面(xz平面)受力圖、彎矩圖5、垂直面(xy平面)受力圖、彎矩