第 1讲：轴及其联接
1、轴的功用、类型、特点及应用
2、轴的结构设计。
3、轴的强度计算 (本科 )
轴的概述
一、轴的用途与分类
1、功用,1）支承回转零件；
2）传递运动和动力
2、分类：
按承载情况分：
转轴 —— 既受弯矩又受转矩的轴 (图 a1)；
传动轴 —— 主要受转矩，不受弯矩或弯矩很小的轴 (图 b1)。
心轴 —— 只受弯矩
根据轴工作时是否转动，心轴又可：
转动心轴,工作时轴承受弯矩，且轴转动
固定心轴,工作时轴承受弯矩，且轴固定 (图 c1)。
幻灯片 28
图 c2
按轴线形状分
直轴：
各轴段轴线为同一直线。直轴按外形不同又可分为：
阶梯轴, 特点与光轴相反，常用于转轴
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 (图 7-3左 )
曲轴,各轴段轴线不在同一直线上，主要用于有往复式
运动的机械中，如内燃机中的曲轴 (图 17-2)。
空心轴和钢丝软轴：
由多组钢丝分层卷绕而成，具有良好挠性，可将回转
运动灵活地传到不开敞的空间位置。 (图 17-2)。
二、轴的材料及其选择
碳素钢 —— 常用 45#,正火调质
合金钢 —— 对应力集中较敏感 。
注意：①采用合金钢并不能提高轴的刚度。
② 轴的热处理和表面强化可提高轴的疲劳强度。
表 17-1
轴的材料种类很多，选择时应主要考虑如下因素：
1、轴的强度、刚度及耐磨性要求；
2、轴的热处理方法及机加工工艺性的要求；
3、轴的材料来源和经济性等。
三、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：
1、轴在机器中的安装位置及形式；
2、轴上安装零件的类型、尺寸、数量以及和轴联接的方法；
3、载荷的性质、大小、方向及分布情况；
4、轴的加工工艺等。
轴的结构应满足：
1、轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；
2、轴上的零件应便于装拆和调整；
3、轴应具有良好的制造工艺性等。
轴的结构设计
（一） 轴上零件的布置
轴上零件的合理布置可改善轴的受力状况，提
高轴的强度和刚度
1、改善轴上的弯矩分布 图 17-5
2、改善轴上的转矩分配 图 17-6
3、改变应力状态 图 17-7
（二）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
定位轴肩的
高度 h一般取为
h=(0.07～ 0.1)d
2、套筒
3、轴用圆螺母
错
误
正
确
要求轴肩高度 <滚动轴承内圈高度
当用轴肩、轴环、套
筒、圆螺母、轴端挡圈
进行零件的轴向定位时，
为保证轴向定位可靠，
要求 L轴 <L毂
4、轴端挡圈
错误正确 正确
① ② ③ ④
I II III
I II III
1 2
① ② ③ ④
I II III
I II III
1 2
5）轴承端盖
6）弹性挡圈 7）锁紧挡圈、紧定螺钉或销
轴承端盖与机座间加
垫片，以调整轴的位置 ① ② ③ ④
I II III
I II III
1 2
8）圆锥面（ +挡圈、螺母 ）
（三）零件的周向定位
1、键 2、花键
3、成形联接
4、过盈联接
过盈联接是利用零件间的过盈量来实现联接的。过
盈联接既能实现周向固定传递转矩，又能实现轴向固定
传递轴向力。其结构简单，定心性能好，承载能力大，
受变载和冲击载荷的能力好。常用于某些齿轮、车轮、
飞轮等的轴毂联接。其缺点是承载能力取决于过盈量的
大小，对配合面加工精度要求较高，装拆也不方便。
弹性环联接 —— 利用锥面贴合并挤紧在轴毂之间用摩擦力传
递扭矩, 有过载保护作用 （ 如图 ） 。
弹性环的材料为高碳钢或高碳合金钢 （ 65,70,55Cr2、
60Cr2） 并经热处理 。 锥角一般为 12.5~17°, 另外要求内, 外
环锥面配合良好 。
特点：可传递较大扭矩和轴向力，无应力集中，对中性好，
但加工要求较高，应用受限制。
5、紧定螺钉、销
（四）减小轴的应力集中
轴的结构应尽量避免形状的突然变化，以免产生应
力集中。如直径过渡处应尽可能用轴肩圆角来代替环形
槽，并尽可能采用较大的圆角半径
（五）轴的结构工艺性
1）轴肩圆角 r
2）轴端倒角
3）砂轮越程槽
4）螺纹退刀槽
1.6
设计轴时，要使轴的结构便于加工、测量、装拆
和维修
5）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
I II III
1 2
（ 六 ） 各轴段的直径和长度的确定
1、各轴段直径确定
1) 按扭矩估算轴段直径 d min
2) 按轴上零件安装、定位要求确定各段轴径，
经验值
注意：①与标准零件相配合轴径应取标准植
② 同一轴径轴段上不能安装三个以上零件。
2、各轴段长度
① 各轴段与其上相配合零件宽度相对应
② 转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。
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
一, 按扭转强度条件计算
用于：①只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算
② 结构设计前按扭矩初估轴的直径 dmin
强度条件
][
2.0
1055.9
3
6
T
T
T d
n
P
W
T ?? ????
设计公式
303
6
][
1055.95
n
PA
n
Pd
T
????
?
放大轴径：一个键槽,3~5%
二个键槽,7~10%
取标准植
轴上有键槽时：
轴的强度计算
1、轴的功用、类型、特点及应用
2、轴的结构设计。
3、轴的强度计算 (本科 )
轴的概述
一、轴的用途与分类
1、功用,1）支承回转零件；
2）传递运动和动力
2、分类：
按承载情况分：
转轴 —— 既受弯矩又受转矩的轴 (图 a1)；
传动轴 —— 主要受转矩，不受弯矩或弯矩很小的轴 (图 b1)。
心轴 —— 只受弯矩
根据轴工作时是否转动，心轴又可：
转动心轴,工作时轴承受弯矩，且轴转动
固定心轴,工作时轴承受弯矩，且轴固定 (图 c1)。
幻灯片 28
图 c2
按轴线形状分
直轴：
各轴段轴线为同一直线。直轴按外形不同又可分为：
阶梯轴, 特点与光轴相反，常用于转轴
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 (图 7-3左 )
曲轴,各轴段轴线不在同一直线上，主要用于有往复式
运动的机械中，如内燃机中的曲轴 (图 17-2)。
空心轴和钢丝软轴：
由多组钢丝分层卷绕而成，具有良好挠性，可将回转
运动灵活地传到不开敞的空间位置。 (图 17-2)。
二、轴的材料及其选择
碳素钢 —— 常用 45#,正火调质
合金钢 —— 对应力集中较敏感 。
注意：①采用合金钢并不能提高轴的刚度。
② 轴的热处理和表面强化可提高轴的疲劳强度。
表 17-1
轴的材料种类很多，选择时应主要考虑如下因素：
1、轴的强度、刚度及耐磨性要求；
2、轴的热处理方法及机加工工艺性的要求；
3、轴的材料来源和经济性等。
三、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：
1、轴在机器中的安装位置及形式；
2、轴上安装零件的类型、尺寸、数量以及和轴联接的方法；
3、载荷的性质、大小、方向及分布情况；
4、轴的加工工艺等。
轴的结构应满足：
1、轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；
2、轴上的零件应便于装拆和调整；
3、轴应具有良好的制造工艺性等。
轴的结构设计
（一） 轴上零件的布置
轴上零件的合理布置可改善轴的受力状况，提
高轴的强度和刚度
1、改善轴上的弯矩分布 图 17-5
2、改善轴上的转矩分配 图 17-6
3、改变应力状态 图 17-7
（二）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
定位轴肩的
高度 h一般取为
h=(0.07～ 0.1)d
2、套筒
3、轴用圆螺母
错
误
正
确
要求轴肩高度 <滚动轴承内圈高度
当用轴肩、轴环、套
筒、圆螺母、轴端挡圈
进行零件的轴向定位时，
为保证轴向定位可靠，
要求 L轴 <L毂
4、轴端挡圈
错误正确 正确
① ② ③ ④
I II III
I II III
1 2
① ② ③ ④
I II III
I II III
1 2
5）轴承端盖
6）弹性挡圈 7）锁紧挡圈、紧定螺钉或销
轴承端盖与机座间加
垫片，以调整轴的位置 ① ② ③ ④
I II III
I II III
1 2
8）圆锥面（ +挡圈、螺母 ）
（三）零件的周向定位
1、键 2、花键
3、成形联接
4、过盈联接
过盈联接是利用零件间的过盈量来实现联接的。过
盈联接既能实现周向固定传递转矩，又能实现轴向固定
传递轴向力。其结构简单，定心性能好，承载能力大，
受变载和冲击载荷的能力好。常用于某些齿轮、车轮、
飞轮等的轴毂联接。其缺点是承载能力取决于过盈量的
大小，对配合面加工精度要求较高，装拆也不方便。
弹性环联接 —— 利用锥面贴合并挤紧在轴毂之间用摩擦力传
递扭矩, 有过载保护作用 （ 如图 ） 。
弹性环的材料为高碳钢或高碳合金钢 （ 65,70,55Cr2、
60Cr2） 并经热处理 。 锥角一般为 12.5~17°, 另外要求内, 外
环锥面配合良好 。
特点：可传递较大扭矩和轴向力，无应力集中，对中性好，
但加工要求较高，应用受限制。
5、紧定螺钉、销
（四）减小轴的应力集中
轴的结构应尽量避免形状的突然变化，以免产生应
力集中。如直径过渡处应尽可能用轴肩圆角来代替环形
槽，并尽可能采用较大的圆角半径
（五）轴的结构工艺性
1）轴肩圆角 r
2）轴端倒角
3）砂轮越程槽
4）螺纹退刀槽
1.6
设计轴时，要使轴的结构便于加工、测量、装拆
和维修
5）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
I II III
1 2
（ 六 ） 各轴段的直径和长度的确定
1、各轴段直径确定
1) 按扭矩估算轴段直径 d min
2) 按轴上零件安装、定位要求确定各段轴径，
经验值
注意：①与标准零件相配合轴径应取标准植
② 同一轴径轴段上不能安装三个以上零件。
2、各轴段长度
① 各轴段与其上相配合零件宽度相对应
② 转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。
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
一, 按扭转强度条件计算
用于：①只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算
② 结构设计前按扭矩初估轴的直径 dmin
强度条件
][
2.0
1055.9
3
6
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设计公式
303
6
][
1055.95
n
PA
n
Pd
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放大轴径：一个键槽,3~5%
二个键槽,7~10%
取标准植
轴上有键槽时：
轴的强度计算
