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机械设计基础：第 311–320 页

机械设计基础 课堂笔记
广。
• 曲轴：专用轴，用于发动机等。
• 挠性轴（软轴）：由细钢丝制成，轴线可任意弯曲，非常灵活。
例
牙科医疗器械中使用的柔性轴即属于挠性轴。
空心轴
• 在强度满足要求的前提下，做成空心结构以减轻重量。
轴的材料
• 碳素钢：分优质碳素钢和普通碳素钢，应用广泛。
• 合金钢：用于重要、高速、重载的轴。
注意
合金钢对应力集中敏感性较大，且价格较贵。选用时应根据具体应用场合，参
考书中常用轴材料及其机械性能表。
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机械设计基础 课堂笔记
轴设计的基本要求
• 保证轴上零件有可靠的工作位置（轴向、周向固定） 。
• 保证装配、拆装方便。
• 满足工作能力要求：强度、刚度计算，必要时进行稳定性（防共振）计算。
轴结构设计的目的与要求
• 目的：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。
• 主要要求（4 点） ：
– 便于加工（制造安装要求）
– 轴上零件有准确的工作位置（定位要求）
– 结构工艺性好，加工方便、节省材料
– 满足强度要求
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机械设计基础 课堂笔记
轴上零件的装配顺序（以阶梯轴为例）
• 轴上零件：齿轮、带轮、轴承、轴承端盖、套筒、键、轴端挡圈、调整垫片等。
• 装配顺序：
1. 将键放入键槽，齿轮从左侧装入，靠右侧轴环（轴肩）轴向定位。
2. 装套筒，对齿轮左侧进行轴向固定。
3. 从两端装入滚动轴承。
4. 将轴及轴上零件放入箱体轴承座。
5. 装调整垫片（调整轴承间隙） 、轴承端盖，并用螺栓（内六角）与箱体连接。
6. 装带轮（键连接实现周向固定） ，右侧用轴肩、左侧用轴端挡圈定位。
注意
齿轮的轴向定位只能一侧用轴肩/轴环， 另一侧用套筒等。 若两侧都用轴肩， 齿
轮将无法装入。
例
减速器装配中，齿轮从左侧装入顶到轴环，左侧用套筒固定；带轮右侧靠轴肩、
左侧靠轴端挡圈定位。
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机械设计基础 课堂笔记
11 月 19 日
第 15 章轴（第 1/3 部分） ：轴的类型、材料与结构设计
轴的类型
• 按受载情况分类：
– 转轴：既受转矩又受弯矩（如自行车中间轴）
– 固定心轴：只受弯矩不受转矩（如自行车前轴、后轴）
• 按轴线形状分类：直轴、曲轴、柔性轴等
例
自行车的前轴和后轴是固定心轴，中间轴是转轴（既受转矩也受弯矩） 。
轴的材料
• 轴的材料选择与上节课内容衔接，课件已提供电子版
• 常用材料为碳素钢和合金钢，通过热处理改善性能
轴的结构设计概述
• 阶梯轴中，轴上零件通过套筒实现轴向定位，保证齿轮有准确的工作位置
• 齿轮通过键实现周向固定
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机械设计基础 课堂笔记
• 通过轴肩/轴环和套筒实现轴向固定
• 轴及轴上零件装入箱体，两侧装滚动轴承
• 轴承端盖与箱体用螺钉连接
• 带轮与轴通过键连接，右侧用轴肩定位，左侧用轴端挡圈定位
• 调整垫片用于调整滚动轴承与轴之间的轴承间隙
注意
轴颈处（与轴承配合处）要求粗糙度较高，需进行磨削加工；磨削处需留 砂轮
越程槽， 有螺纹处需留退刀槽。 两者含义类似， 都是为刀具/砂轮留出足够的越
程空间，保证根部也能加工到位。
轴肩与轴环
• 轴肩（shoulder）和轴环用于轴向定位，是最简便、最可靠、最常用的定位方式
• 定位轴肩的高度有要求，一般取整（见教材 246 页）
• 非定位轴肩：用于轴上零件装拆方便（见教材 244 页，图 15.8 中轴段 2 和 3 之
间）
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例
阶梯轴中：
• 轴段 1 和 2 之间：对带轮进行轴肩定位
• 轴环 5：对齿轮进行定位
• 轴段 6 和 7 之间：对滚动轴承内圈进行轴向定位
注意
非定位轴肩：当相邻两轴段公称直径相等但需装不同零件（如毛毡圈密封圈与
轴承）时，设计一个非定位轴肩便于轴承装拆。有时两段公称直径相等，但公
差带不同。
套筒
• 套筒与轴配合不宜过紧
• 转速过高时会产生较大离心力，引起冲击和振动
• 套筒不能用于高速场合
注意
套筒定位不适用于高速旋转场合，因离心力会导致冲击和振动。
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圆螺母
• 圆螺母可实现轴向定位，定位可靠，能承受较大轴向力
• 双螺母：实现摩擦防松
• 圆螺母与止动垫片：实现机械防松
• 轴上需加工外螺纹与螺母配合
注意
轴上螺纹一般设在圆截面处，且常为锥形（圆锥面）而非柱状。圆锥面定位的
轴与轮毂之间无径向间隙，拆装方便，但圆锥面加工工作量较大、较麻烦。
例
圆锥面 + 螺母实现轴向定位，键连接实现周向定位。
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挡圈加紧定螺钉
• 兼顾轴向固定和周向固定（此处无键连接）
• 紧定螺钉受力不能太大
• 不能用于高速场合
注意
挡圈加紧定螺钉受力小，不能用于高速场合。
弹性挡圈
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• 分轴用弹性挡圈和孔用弹性挡圈，结构不同
• 轴用弹性挡圈嵌入轴上的槽中，对轴上零件实现轴向固定
• 标准：GB 894-2017
• 受力不能大，用于轴向力较小的场合
• 孔用弹性挡圈嵌入箱体基座加工出的槽中
注意
弹性挡圈受力小，仅适用于轴向力较小的场合。
轴端挡圈
• 用螺钉固定，实现对轴上零件的轴向固定
• 轴上零件需两侧都进行轴向固定
• 可与圆锥面配合使用实现轴向固定
例
带轮右侧用轴肩定位，左侧用轴端挡圈定位。
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圆锥销
• 圆锥销在键连接、销连接中已讲过
• 兼顾轴向定位和周向定位
轴承端盖（轴端端盖）
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