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轴及轴毂联接

§1概述

机器上所安装的旋转零件，例如带轮、齿轮、联轴器和离合器等都必须

用轴来支承，才能正常工作，因此轴是机械中不可缺少的重要零件。本章将

讨论轴的类型、轴的材料和轮毂联接，重点是轴的设计问题，其包括轴的结

构设计和强度计算。结构设计是合理确定轴的形状和尺寸，它除应考虑轴的

强度和刚度外，还要考虑使用、加工和装配等方面的许多因素。

一、轴的分类

按轴受的载荷和功用可分为：

1.心轴：只承受弯矩不承受扭矩的轴，主要用于支承回转零件。如.车辆轴

和滑轮轴。

2.传动轴：只承受扭矩不承受弯矩或承受很小的弯矩的轴,主要用于传

递转矩。如汽车的传动轴。

3.转轴：同时承受弯矩和扭矩的轴，既支承零件又传递转矩。如减速

器轴。

二、轴的材料

主要承受弯矩和扭矩。轴的失效形式是疲劳断裂，应具有足够的

强度、韧性和耐磨性。轴的材料从以下中选取：

1.碳素钢

优质碳素钢具有较好的机械性能，对应力集中敏感性较低，价格

便宜，应用广泛。例如：35、45、50等优质碳素钢。一般轴采用45

钢，经过调质或正火处理；有耐磨性要求的轴段，应进行表面淬火及

低温回火处理。轻载或不重要的轴，使用普通碳素钢Q235、Q275等。

2.合金钢

合金钢具有较高的机械性能，对应力集中比较敏感，淬火性较好，

热处理变形小，价格较贵。多使用于要求重量轻和轴颈耐磨性的轴。

例如：汽轮发电机轴要求，在高速、高温重载下工作，采用27Cr2Mo1V、

38CrMoAlA等。滑动轴承的高速轴，采用20Cr、20CrMnTi等。

3.球墨铸铁

球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感低，价格低廉，使

用铸造制成外形复杂的轴。例如：内燃机中的曲轴。

三、设计轴的要求

轴的设计一般应解决轴的结构和承载能力两方面的问题。具体的说，轴

的设计步骤有：

（1）选择轴的材料；（2）初步估算轴的直径；（3）进行轴的结构设计；

（4）精确校核（强度、刚度、振动等）；（5）绘制零件的工作图

§10—2轴的结构设计

如教材图10-6所示为一齿轮减

速器中的的高速轴。轴上与轴承配

合的部份称为轴颈，与传动零件配合的部份称为轴头，连接轴颈与轴头的非

配合部份称为轴身，起定位作用的阶梯轴上截面变化的部分称为轴肩。

轴结构设计的基本要求有：

(1)轴和轴上的零件有准确定位和固定；

(2)轴上零件便于调整和装拆；

(3)良好的制造工艺性；

(4)形状、尺寸应尽量减小应力集中；

一、便于轴上零件的装配

轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装位置及形式，轴上零件的布置和

固定方式，受力情况和加工工艺等。为了便于轴上零件的装拆，将轴制成阶梯

轴，中间直径最大，向两端逐渐直径减小。近似为等强度轴。

二、保证轴上零件的准确定位和可靠固定

轴上零件的轴向定位方法主要有：轴肩定位、套筒定位、圆螺母定位、轴

端挡圈定位和轴承端盖定位。

1.轴向定位的固定

①轴肩或轴环：如教材图10-7所示。轴肩

定位是最方便可靠的定位方法，但采用轴肩定位

会使轴的直径加大，而且轴肩处由于轴径的突变

而产生应力集中。因此，多用于轴向力较大的场

合。定位轴肩的高度h=(0.07—0.1)d，d为与零件相配处的轴径

尺寸。要求rR或rC

轴孔轴孔

②套筒和圆螺母定位套筒用于轴上两零件的距离较小，结

构简单，定位可靠。圆螺母用于轴上两零件距离较大，需

要在轴上切制螺纹，对轴的强度影响较大。

③性挡圈和紧定螺钉这两种固定的方法，常用于轴向力较小的场合。

④轴端挡圈圆锥面：轴端挡圈与轴肩、圆锥面与轴端挡圈联合使用，

常用于轴端起到双向固定。装拆方便，多用于承受剧烈振动和冲击

的场合。

2.周向定位和固定

轴上零件的周向固定是为了防止零件与轴发生相对转动。常用的固定方式

有：（1）键联接（2）过盈配合联接（3）圆锥销联