轴、联轴器、离合器
一, 轴的功用
支承旋转零件并传递运动和动力
§ 1 轴
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
二, 轴的分类
1按载荷性质分类 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）
转轴
心轴
传动轴
转动心轴固定心轴
2,按轴线形状分
3,按截面形状分
直轴
空心轴
曲轴
挠性轴
实心轴
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
中少，轴的受力状态好 。
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 10-1）
（一）轴的外形结构
（二）轴上零件的
定位和固定方法
阶梯轴
轴颈、轴头、轴身
轴向、周向
轴肩、套筒、轴端挡圈
弹簧挡圈
圆螺母
键联接 花键联接 销联接 过盈联接
定位轴肩 → 零件定位
h ＝ 3~5 mm
非定位轴肩 → 便于装配
h=(0.5 ～ 1)mm
?为便于装拆 → 阶梯轴 → 轴肩 → dmin在最外端、必有定位轴环
设计时应注意,
?轴承定位轴肩 (套筒 )不能过高 (以便拆卸 )
?轴长 轮毂宽度
?安装标准件轴段直径，
(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 )
应略短于 (保证零件固定 )
应套其内径标准
＜
(为保证轴上零件与轴肩贴合 )
（三） 应力集中,制造工艺、受力状态
1) 轴肩处要有过渡圆角
2) 键槽应位于同一母线上
3) 螺纹退刀槽
4) 砂轮越程槽
合理设计零件
位置及结构，以改善轴
的受力状态。
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
? ?
? ? ? ?
333
6
3
3
2.0
1055.9
2.0
2.0
n
P
C
n
pT
d
d
T
W
T
TT
T
T
T
??
?
??
???
??
??
说明：
①轴上有单键，直径增大 4 % ;有双键,直径增大 10 %
② P－传递的功率 (kw) ; n－轴的转速 (r/min) ;
d－轴的直径 (mm) ； d1－空心轴的内径 ；
C－系数 → 表 (10-2)
2.估算轴的最小直径 （只计转矩 → 按扭转强度）
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
当量弯矩
设计公式
22
水平垂直 MMM ??
22 )( TMM
V ???
3
][1.0 1bσ ??
VMd
?校正系数
见 P258和 表 10-3
或：不变的转矩 ??0.3
脉动的转矩 ??0.6
对称的转矩 ??1
[?-1b]见表 10-3
轴上有单键，直径增大 4 % ;有双键,直径增大 10 %
§ 2 联轴器和离合器
联轴器和离合器主要是用于轴与轴间的联接，
使两根轴一起旋转并传递扭矩。
联轴器联接的两根轴，必须停车后，经拆卸后才能
将两轴分开。
离合器联接的两轴，在工作时能很方便的将两轴
分离和接合。
两者的区别：
联轴器和离合器均已标准化了，应用
时根据需要选用。
类型？型号？
联轴器
刚性
挠性
凸缘联轴器
套筒联轴器
夹壳联轴器
盘销联轴器
滑块联轴器
万向联轴器
弹性套柱销联轴器
弹性圆盘联轴器
金属弹性元件挠性联轴器
一、联轴器的类型、特点及应用
传递的转矩大、运转可靠、寿命长；对冲击载荷较敏感、
要求两轴对中。适用于两轴严格对中的场合。
具有缓冲、吸振性；强度低、寿命短。适用于频繁启动、
高速及双向运转的场合。
无弹性元件
有弹性元件
套筒联轴器
凸缘联轴器
夹壳联轴器
滑块联轴器
万向联轴器
盘销联轴器
金属弹性元件挠性联轴器
弹性套柱销联轴器
弹性圆盘联轴器
二,联轴器的选择
1.根据工作条件确定类型
对中性？转速? 转矩？ 载荷平稳性？ …
2.由轴径 d、转矩 T、转速 n 确定型号
TKT Aj ??
计算转矩 =工作情况系数 ?名义转矩
原则 ][TTC ?
][nn ?
三、离合器 的基本类型、特点及应用
牙嵌离合器
摩擦离合器
自动离合器
安全离合器
磁粉离合器
定向离合器
单盘式离合器
片式离合器离合器
牙嵌离合器
单盘式离合器
片式离合器
摩擦式安全离合器
剪销安全联轴器 拉杆安全联轴器
剪破式联轴器
一, 轴的功用
支承旋转零件并传递运动和动力
§ 1 轴
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
二, 轴的分类
1按载荷性质分类 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）
转轴
心轴
传动轴
转动心轴固定心轴
2,按轴线形状分
3,按截面形状分
直轴
空心轴
曲轴
挠性轴
实心轴
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
中少，轴的受力状态好 。
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 10-1）
（一）轴的外形结构
（二）轴上零件的
定位和固定方法
阶梯轴
轴颈、轴头、轴身
轴向、周向
轴肩、套筒、轴端挡圈
弹簧挡圈
圆螺母
键联接 花键联接 销联接 过盈联接
定位轴肩 → 零件定位
h ＝ 3~5 mm
非定位轴肩 → 便于装配
h=(0.5 ～ 1)mm
?为便于装拆 → 阶梯轴 → 轴肩 → dmin在最外端、必有定位轴环
设计时应注意,
?轴承定位轴肩 (套筒 )不能过高 (以便拆卸 )
?轴长 轮毂宽度
?安装标准件轴段直径，
(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 )
应略短于 (保证零件固定 )
应套其内径标准
＜
(为保证轴上零件与轴肩贴合 )
（三） 应力集中,制造工艺、受力状态
1) 轴肩处要有过渡圆角
2) 键槽应位于同一母线上
3) 螺纹退刀槽
4) 砂轮越程槽
合理设计零件
位置及结构，以改善轴
的受力状态。
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
? ?
? ? ? ?
333
6
3
3
2.0
1055.9
2.0
2.0
n
P
C
n
pT
d
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T
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???
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说明：
①轴上有单键，直径增大 4 % ;有双键,直径增大 10 %
② P－传递的功率 (kw) ; n－轴的转速 (r/min) ;
d－轴的直径 (mm) ； d1－空心轴的内径 ；
C－系数 → 表 (10-2)
2.估算轴的最小直径 （只计转矩 → 按扭转强度）
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
当量弯矩
设计公式
22
水平垂直 MMM ??
22 )( TMM
V ???
3
][1.0 1bσ ??
VMd
?校正系数
见 P258和 表 10-3
或：不变的转矩 ??0.3
脉动的转矩 ??0.6
对称的转矩 ??1
[?-1b]见表 10-3
轴上有单键，直径增大 4 % ;有双键,直径增大 10 %
§ 2 联轴器和离合器
联轴器和离合器主要是用于轴与轴间的联接，
使两根轴一起旋转并传递扭矩。
联轴器联接的两根轴，必须停车后，经拆卸后才能
将两轴分开。
离合器联接的两轴，在工作时能很方便的将两轴
分离和接合。
两者的区别：
联轴器和离合器均已标准化了，应用
时根据需要选用。
类型？型号？
联轴器
刚性
挠性
凸缘联轴器
套筒联轴器
夹壳联轴器
盘销联轴器
滑块联轴器
万向联轴器
弹性套柱销联轴器
弹性圆盘联轴器
金属弹性元件挠性联轴器
一、联轴器的类型、特点及应用
传递的转矩大、运转可靠、寿命长；对冲击载荷较敏感、
要求两轴对中。适用于两轴严格对中的场合。
具有缓冲、吸振性；强度低、寿命短。适用于频繁启动、
高速及双向运转的场合。
无弹性元件
有弹性元件
套筒联轴器
凸缘联轴器
夹壳联轴器
滑块联轴器
万向联轴器
盘销联轴器
金属弹性元件挠性联轴器
弹性套柱销联轴器
弹性圆盘联轴器
二,联轴器的选择
1.根据工作条件确定类型
对中性？转速? 转矩？ 载荷平稳性？ …
2.由轴径 d、转矩 T、转速 n 确定型号
TKT Aj ??
计算转矩 =工作情况系数 ?名义转矩
原则 ][TTC ?
][nn ?
三、离合器 的基本类型、特点及应用
牙嵌离合器
摩擦离合器
自动离合器
安全离合器
磁粉离合器
定向离合器
单盘式离合器
片式离合器离合器
牙嵌离合器
单盘式离合器
片式离合器
摩擦式安全离合器
剪销安全联轴器 拉杆安全联轴器
剪破式联轴器
