轴
?轴的功用和类型
?轴的材料
?轴的结构设计
?轴的强度计算
?轴的刚度计算
?轴的临界转速的概念
?掌握熟悉轴上零件的轴向和周向定位方法和特点，明确轴的结构设计中应注意的问题。重点及难点：轴上零件的轴向和周向定位方法和特点。
轴的功用
轴是组成机器的重要零件之一，用于安装传动零件（如齿轮、凸轮、带轮等），使其有确定的工作位置，支撑轴上做回转运动的零件，传递运动和动力，并通过轴承支承在机架或机座上。
按轴的形状分：
?光轴：形状简单，易加工，轴上应力集中源少，但轴上零件不易装配和定位。
?阶梯轴：特点与光轴相反，能满足定位和装配方便的需要。
?空心轴：可装设待加工棒料、工件夹头，或输送润滑油、冷却液。重量轻、刚度大。一般情况下，直轴做成实心轴，需要减重时做成空心轴。
按轴的形状分：
?直轴
?曲轴：各轴段轴线不在同一直线上，用于往复运动与旋转运动相互转换，主要用于内燃机中。
?挠性钢丝轴：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。易弯曲，可将动力传递到任何位置；也用于被驱动装置有振动的场合，能缓和冲击。
按承受载荷分：
?心轴：只承受弯矩而不传递扭矩的轴。
?传动轴：只传递扭矩，不受弯矩或受很小弯矩的轴。
?转轴：传递扭矩又承受弯矩的轴。
分析1：图示各轴属于何种类型轴？
Ⅰ轴―传动轴
Ⅱ轴―转轴
Ⅲ轴―转轴
Ⅳ轴―心轴（扭矩由滚筒承担）
分析2：自行车各轴属于何种类型轴？
前轮轴―心轴
角蹬轴―转轴
后轮轴―心轴（或转矩较小的转轴）
轴的材料
碳素钢——常用45钢，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。
轴的结构设计
轴的结构设计：根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。
工作能力计算：轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算。
设计任务：定出轴的合理外形和全部结构尺寸。
轴的结构形式应便于加工和装配轴上零件，并且生产率高，成本低。一般地说,轴的结构越简单,工艺性越好。因此,在满足使用要求的前提下,轴的结构形式应尽量简化。
设计要求
1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；（制造安装）
2.轴和轴上零件要有准确的工作位置；（定位）
3.各零件的位置要牢固而可靠地保持；（固定）
4.使轴受力合理；
5.有利于节约原材料和减轻重量。
设计要点:
?为便于轴上零件装拆，常将轴做成阶梯形直径从轴端逐渐向中间增大；轴段端部应有倒角以便安装；轴的阶梯应尽可能少，减少加工工时、节约材料。
?磨削轴段留出砂轮越程槽，车螺纹轴段留出退刀槽。
?为了去掉毛刺，便于装配，轴端应制出45°倒角
?为减少加工时换刀时间及装夹工件时间，同一轴上多个单键联接时，键宽尽可能统一，并设计在同一加工直线上，键槽应布置在同一母线上，以便一次装夹后就能加工。
?同轴度要求高或长径比大(L/D4)时，两端开设中心孔。—中心孔的连线作为统一基准。
?圆角半径、倒角尺寸、环形切槽宽度等应尽可能统一，减少刀具品种、节省换刀时间，便于加工和检验。加工精度和表面精糙度应定得合理，既要满足功能要求又要控制成本。
?装配工艺性：轴的结构应便于轴上零件的装配！
?零件经过轴段的直径略小于装配轴段的直径，便于装配通过；也可采用不同尺寸公差留出装配通过间隙；
?在装配的装入端设导向锥面，圆锥面应延长到键槽直边处，以便装配时轮毂上键槽与键对中。
?当采用过盈配合联接时。配合轴段的零件装入端，常加工成导向锥面。若还附加键连接，则键槽的长度应延长到锥面处，便于轮毂上键槽与键对中。
?轴颈：与轴承相配的部分；轴头：与轮毂相配的部分；轴身：连接轴颈与轴头部分
?轴肩或轴环：实现轴上零件定位和固定而专门加工出的一段轴身。其中尺寸单向变化的是轴肩，双向变化的为轴环。轴肩分为定位轴肩和过渡轴肩。
便于零件的装配，减少配合表面的擦伤的措施：
1.在配合段轴段前应采用较小的直径；
2.配合段前端制成锥度；
3.配合段前后采用不同的尺寸公差。
为了便于轴上零件的拆卸，轴肩高度不能过大。
确定各轴段长度时，应尽可能使结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配或调整空间。轴的各段长度主要是根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的空隙来确定的。为了保证轴向定位可靠，与齿轮和联轴器等零件相配合部分的轴段长度一般应比轮毂长度短2～3mm。
下图所示轴系的装配方案是：齿轮、套筒、右端轴承、轴承端盖、半联轴器依次从轴的右端向左安装，左端只装轴承及其端盖。
轴的各段直径和长度：轴的各段直径和长度由结构设计和强度计算相结合定出。还应满足的其他要求。
1）与滚动轴承相配合的部分称为轴颈，如③、⑦段，其直径必须符合滚动轴承的内径标准系列。
2）与一般零件（如齿轮、带轮、联轴器等）相配合的部分称为轴头，如①、④段，其直径按配合关系设计，尽量取标准直径系列。
3）轴上螺纹、花键部分的直径必须符合相应的标准。
4）轴的直径变化所形成的阶梯处称为轴肩或轴环。某些轴肩起固定零件作用，按轴向固定要求设计，①②、④⑤、⑥⑦；而另一些轴肩只起过渡作用，尺寸宜小一些，②③、③④。
5）为使轴上零件轴向固定可靠，轴头长度应比零件轮毂宽度小1～2毫米，①、④。所有的尺寸形状都是有误差的
6）轴颈长度一般等于轴承的宽度，③、⑦。
7）轴上转动零件之间、转动与固定零件之间须有适当的空间，以避免运动干涉，如齿轮与箱体、带轮与端盖。
轴上零件的轴向定位
作用：为了保证轴上零件有确定的轴向位置，防止零件沿轴向移动并传递轴向力，轴上零件必须沿轴向的轴上固定。应考虑零件所受轴向力的大小，轴的制造，轴上零件装拆的难易程度，对轴强度的影响，工作可靠性等因素。
常用的固定方法有：
1.轴肩和轴环
2.套筒（轴套）
3.圆螺母和圆锥面
4.弹性/锁紧挡圈
5.轴端挡圈/挡板
6.紧定螺钉
1）轴肩：阶梯轴上截面变化处叫轴肩。
轴肩和轴环，是由定位面和过渡圆角组成的。利用轴肩定位是最方便可靠的方法，但会使轴的直径加大，多用于轴向力较大的场合，应用较多。
为保证零件端面能靠紧定位面，轴肩（环）圆角半径r必须小于零件毂孔的圆角半径R或倒角高度C；轴肩（环）高度h应大于C和R，为了有足够的强度来承受轴向力，通常h=（0.07-0.1）d、轴环宽度b≥1.4h。
2）套筒（轴套）定位：常用于轴的中间轴段，对两个相距较近零件起相对固定作用。与轴肩或轴环合用，使零件双向固定；可承受较大的轴向力。
?结构简单，定位可靠，一般用于轴上两个零件之间的定位，对轴的强度没有削弱。较常采用。
?两零件间距较大时，套筒不宜过长，不宜采用套筒定位，以免增大套筒质量材料用量。
?因套筒与轴的配合较松，如轴的转速较高时，也不宜采用套筒定位。
?为使轴上零件定位可靠，应使轴段长度比零件毂长短2-3mm
3）圆螺母
?定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力；
?轴上螺纹处有较大应力集中，会降低轴的强度，故一般用于固定轴端的零件及轴上相邻两零件间距较大场合。常用于零件与轴承距离较远处，避免用长套筒；或固定轴端零件。
?一般用细牙螺纹，有标准。可采用双螺母或圆螺母加止动垫圈防松。
?可用圆螺母与轴肩、轴环等组合实现零件在轴上的双向定位和固定。
注意：采用套筒、圆螺母等方法固定轴上零件时，为保证固定可靠，应使：与轮毂相配的轴段长度比轮毂宽度短2～3mm。
4）弹性挡圈：使用于轴向力不大的场合，轴上沟槽会引起应力集中，削弱轴的强度。
常用于轴承或小轴向力零件的轴向固定。多与轴肩联合使用，结构简单紧凑，拆装方便，但只能承受较小的轴向力，需在轴上开环形槽而削弱了轴的强度。
5）轴端挡板：用于固定轴端零件，能承受较大的轴向力。轴端压板与轴肩或圆锥面相结合，可使轴端零件得到轴向定位与双向固定。其结构简单，装拆方便。为防止压板转动，可采用止动垫片或双螺钉将压板固在轴端。
6）紧定螺钉：紧定螺钉多用于光轴上零件的固定。
适用于轴向力很小，转速低的场合。锁紧挡圈用紧定螺钉固定在轴上，装拆方便，但不能承受大的轴向力。
7）圆锥面：多用于轴端零件固定，能承受冲击载荷，装拆方便，对中程度高；锥面加工困难，轴向定位准确性较差；常与轴端挡圈联合使用。
轴上零件的周向定位
周向定位：轴上传递转矩的零件，还须与轴作周向固定，防止轴上零件与轴发生相对转动，以传递转矩。常用方法有：键、花键联接，过盈配合、紧定螺钉。
周向固定方式的选择要根据传递转矩的大小和性质、轮毂与轴的对中精度要求、加工的难易程度等因素来决定。
常用的固定方法有：
1）键连接；
2）紧定螺钉连接、销钉连接；
3）过盈配合连接
羊台子巷32号