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第四十五讲 下一讲 学时：2学时 课题： 第十六章 轴系零、部件 16.1 轴 16.1.1 轴的功用及分类 16.1.2 轴的常用材料及热处理 16.1.3 轴的结构设计 目的任务：了解轴的功用、分类及常用材料及热处理，掌握轴的结构设计方法 重点: 轴的结构设计 难点：轴的结构设计应考虑的问题 教学方法：多媒体（拆装演示） 16.1 轴 16.1.1轴的功用及分类 1.轴的功用 轴是组成机器的重要零件之一。轴的主要功用是支承旋转零件（例如齿轮、蜗轮等）、传递运动和动力。 2.轴的分类 按轴承受的载荷不同,可将轴分为转轴，心轴和传动轴三种。 心轴工作时仅承受弯矩而不传递转矩，如自行车轴（图16-1）。
转轴工作时既承受弯矩又承受转矩，如减速器中的轴（图16-2）。
传动轴则只传递转矩而不承受弯矩，如汽车中联接变速箱与后桥之间的轴（图16-3）。
根据轴线的形状的不同，轴又可分为直轴、曲轴和挠性钢丝轴。曲轴和挠性钢丝轴属于专用零件。 直轴按外形不同又可分为光轴和阶梯轴。光轴形状简单，应 力集中少，易加工，但轴上零件不易装配和定位，常用于心轴和传动轴。阶梯轴各轴段截面的直径不同，这种设计使各轴段的强度相近，而且便于轴上零件的装拆和固定，因此阶梯轴在机器中的应用最为广泛。直轴一般都制成实心轴，但为了减少重量或为了满足有些机器结构上的需要，也可以采用空心轴。
16.1.2 轴的常用材料及热处理 轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件。 锻件的内部组织均匀，强度较好，重要的轴、大尺寸或阶梯尺寸变化较大的轴，应采用锻制毛坯。 对直径较小的轴，可直接用圆钢加工。 由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故轴采用碳钢制造最广泛，其中最常用的是45号钢。 不重要或低速轻载的轴以及一般传动的轴也可以使用Q235、Q275等普通碳钢制造。 合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴的耐磨性，以及处于高温条件下工作的轴，常采用合金钢。 高强度铸铁和球墨铸铁由于容易作成复杂的形状，而且价廉，吸振性和耐磨性好，对应力集中的敏感性较低，故常用于制造外形复杂的轴。 轴的常用材料及其主要力学性能见表16-1。 16.1.3 轴的结构设计 轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。 轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装零件的类型、尺寸、数量以及和轴联接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。 由于影响轴的结构的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。设计时，必须针对不同情况进行具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的位置；轴上零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。(例减速器轴的设计)
1.轴的组成
轴的结构和形状取决于下面几个因素：(1)轴的毛坯种类：(2)轴上作用力的大小及其分布情况；(3)轴上零件的位置、配合性质及其联接固定的方法；(4)轴承的类型、尺寸和位置；(5)轴的加工方法、装配方法以及其他特殊要求。可见影响轴的结构与尺寸的因素很多，设计轴时要全面综合的考虑各种因素。 轴的强度与工作应力的大小和性质有关。在选择轴的结构和形状时应注意以下几个方面。 1)使轴的形状接近于等强度条件。 2)尽量避免各轴段剖面突然改变以降低局部应力集中。 3)改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。 4)改进轴上零件的结构也可以减小轴上的载荷。 2.轴上零件的轴向定位及固定 轴向固定(轴肩、轴环、螺母、套筒及轴端挡圈定位等)
轴肩定位 3.轴上零件的周向定位及固定 为了满足机器传递运动和转矩的要求，轴上零件除了需要轴向定位外，还必须有可靠的周向定位。 常用的周向定位及固定方法有键、花键、销、过盈配合及紧定螺钉（图16-10）等。在图16-5中，齿轮与轴之间的周向固定采用了平键联接。 4.轴的结构工艺性 轴的结构应便于加工与装配。形状力求简单，阶梯轴的级数尽可能少，而且各段直径不易相差太大。 轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴段应有退刀槽。 轴上各圆角、倒角、砂轮越程槽及退刀槽等尺寸尽可能统一，同一轴上的各个键槽应开在同一母线位置上（参见图16-5）。 为便于装配，轴端应有倒角。轴肩高度不能妨碍零件的拆卸。 对于阶梯轴一般设计成两端小中间大的形状，以便于零件从两端装拆。
思考题 试指出图中结构不合理的地方，并予以改正。
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