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第十一章圆轴设计及轴毂联接

轴的功用——轴是用来支承做回转运动或摆
动的机械零件，同时传递运动和动力。轴是
组成机器的重要零件。
§11.1轴的概述
轴的分类
根据轴的受力和变形分：
心轴——只承受弯矩而不承受扭矩的轴。
传动轴——只承受扭矩而不承受弯矩的轴。
转轴——既承受扭矩又承受弯矩的轴。
根据轴线的形状分：
直轴——有光轴和阶梯轴之分；又有实心轴和空心
轴之分。
曲轴——指其轴线为折线的轴。
挠性轴——挠性构件制成的轴。
§11.1轴的概述

轴的材料
主要是碳素钢和合金钢。
碳素钢和合金钢的比较：
碳素钢价格低廉，对应力集中不敏感，热处理后可提高其耐磨性
和抗疲劳强度，应用最广；
例45钢调质或正火。
合金钢具有更高的机械性能和优越的热处理性能，多用于重载、
重要和有特殊要求的传动轴。但对应力集中敏感，价格相对较高。
35CrMoA：很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限
抗拉强度σb(MPa)：≥985(100)
屈服强度σs(MPa)：≥835(85)
伸长率δ5(%)：≥12
硬度：≤229HB
应用：用作在高负荷下工作的重要结构件，如车辆和发动机的传动件；汽轮发电机的转
子、主轴、重载荷的传动轴，大断面零件。
§11.1轴的概述

轴设计的主要问题
是轴的选材、结构、强度、刚度和稳定性。
一般情况，轴的工作能力取决于它的强度，任
何轴都必须满足强度基本要求。
§11.2圆轴的扭转及其内力计算

扭转的基本概念
受力特点
变形特点：横截面绕轴线相对转
动。
圆轴扭转的内力P
M9549
外力偶矩n
扭矩P____功率，单位kW；
扭矩图n____转速，单位转/分。
§11.3横截面剪应力及扭转强度计算

圆轴扭转时横截面上的应力

扭转变形后，轴的横截面仍保持平面，其形状和大小不变，
半径仍为直线——圆轴扭转的平截面假设。
结论：
横截面上只有切应力，没有正应力；
横截面上任一点切应力与半径垂直。
§11.3横截面剪应力及扭转强度计算

圆轴横截面上的应力
Mn

I
而最大切应力发生在轴的表面：

MM
nmaxnmax
maxR
IWn

式中：Wn为轴的抗扭截面系数。
§11.3横截面剪应力及扭转强度计算

常用圆轴横截面Ip、Wp公式
实心圆截面
44
空心圆截面Ipd0.1d
32

Wd30.2d3
p16d


ID4(14)0.1D4(14)
p32d
3434
WpD(1)0.2D(1)
16D
§11.3横截面剪应力及扭转强度计算

圆轴扭转的变形

转角φTl
n
GI
单位扭转角θp

Tn
Tl(rad/m)
n
GIp
GIp
Tn180
(˚/m)
GIp
§11.3横截面剪应力及扭转强度计算

圆轴扭转的强度和刚度计算
扭转强度条件M
nmax
扭转刚度条件max[]
Wn

Mn
max[](式中：[]单位为rad/m)
GI

Mn180
或：max[](式中：[]单位为º/m)
GI
§11.4弯扭组合变形的强度计算

MFl
弯曲正应力：Z
WZWZ
M
扭转剪应力：T
Wn
§11.4弯扭组合变形的强度计算

按第三、四强度理论的弯扭组合强度条件

2222
MzMTMz0.75MT
eq3[]eq4[]
WZWZ

式中：MZ＿＿危险截面上的弯矩；

MT＿＿该截面上扭矩；

WZ＿＿抗弯截面系数。
§11.5转轴的设计与校核

轴的最小直径
按抗扭强度来进行轴径
的初步计算M
nmax[]
轴上有键槽应放大(一maxW
个键槽放大5%)n
轴径应为标准值

P
或：dC3
n轴环轴肩轴身

轴的结构设计
轴的结构名称

教材图11.5.2(b)更正
§11.5转轴的设计与校核

轴上零件的轴向定位和固定

轴向定位方法：平键2
1轴肩和轴环
2套筒和圆螺母
3弹性挡圈
4紧定螺钉
5轴端挡圈
6圆锥面
§11.5转轴的设计与校核

轴上零件的轴向定位和固定

轴向定位方法：
1轴肩和轴环
2套筒和圆螺母
3弹性挡圈
4紧定螺钉轴肩和轴环要求：
轴肩的圆角半径r要小于轴上零件的R及C；
5轴端挡圈1
轴肩、环高h=(0.07~0.1)dmm，环宽b=1.4h；
6圆锥面
注意：与滚动轴承配合处的h、r应根据轴承要求确定。
§11.5转轴的设计与校核

轴上零件的轴向定位和固定

轴向定位方法：
1轴肩和轴环
2套筒和圆螺母
3弹性挡圈
4紧定螺钉
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