轴的结构设计，几张表帮你搞掂！

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一、轴的常用材料及其主要力学性能

注：1．表中所列疲劳极限数值，均按下式计算σ-1≈0.27(σb+σs)，τ-1≈0.156(σb+σs)。

2．其他性能，一般可取τs≈(0.55～0.62)σs，σo≈1.4σ-1，τo≈1.5τ-1。
3．球墨铸铁σ-1≈0.36σb，τ-1≈0.31σb。
4．许用静应力[σ+1]= σb /[n]b，许用疲劳应力[σ-1]=σ-1/[n]-1。
5．选用[σ-1]值时，重要零件取较小值，一般零件取较大值。

二、轴上零件轴向固定方法及特点

固定方法	简图	特点
轴肩、轴环、轴伸		结构简单，定位可靠，可承受较大轴向力。常用于齿轮、链轮、带轮、联轴器和轴承等定位为保证零件紧靠定位面，应使r＜c1或r＜R。轴肩高度a应大于R或c1，通常取 a＝（0.07～0.1）d 轴环宽度b≈1.4a 与滚动轴承相配合处的a与r值应根据滚动轴承的类型与尺寸确定（见滚动轴承篇）圆柱轴伸见GB/T 1569－1990
套筒		结构简单，定位可靠，轴上不需开槽、钻孔和切制螺纹，因而不影响轴的疲劳强度。一般用于零件间距较小场合，以免增加结构重量。轴的转速很高时不宜采用
锁紧挡圈		结构简单，不能承受大的轴向力，不宜用于高速。常用于光轴上零件的固定。螺钉锁紧挡圈的结构尺寸见GB/T 884－1986
圆锥面		能消除轴与轮毂间的径向间隙，装拆较方便，可兼作周向固定，能承受冲击载荷。多用于轴端零件固定，常与轴端压板或螺母联合使用，使零件获得双向轴向固定圆锥形轴伸见GB/T 1570－1990
圆螺母		固定可靠，装拆方便，可承受较大轴向力。由于轴上切制螺纹，使轴的疲劳强度降低。常用双圆螺母或圆螺母与止动垫圈固定轴端零件，当零件间距较大时，亦可用圆螺母代替套筒以减小结构重量圆螺母和止动垫圈的结构尺寸见GB/T 810－1988，GB/T 812－1988及GB/T 858－1988
轴端挡圈		适用于固定轴端零件，可承受剧烈振动和冲击载荷螺栓紧固轴端挡圈的结构尺寸见GB/T 892－1986（单孔）及 JB/ZQ 4349－1986（双孔）
轴端挡板		适用于心轴和轴端固定，见JB/ZQ 4748－1986
弹性挡圈		结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力，常用于固定滚动轴承轴用弹性挡圈的结构尺寸见GB/T 894.1－1986
紧定螺钉		适用于轴向力很小，转速很低或仅为防止零件偶然沿轴向滑动的场合。为防止螺钉松动，可加锁圈紧定螺钉同时亦起周向固定作用紧定螺钉用孔的结构尺寸见GB/T 71－1985

三、轴上零件周向固定方法及特点

固定方法	简图	特点
平键		制造简单，装拆方便，对中性好。用于较高精度、高转速及受冲击或变载荷作用下的固定联接中，还可用于一般要求的导向联接中齿轮、蜗轮、带轮与轴的联接常用此形式平键剖面及键槽见GB/T1096－1979 导向平键见GB/T1097－1979
楔键		能传递转矩，同时能承受单向轴向力。由于装配后造成轴上零件的偏心或偏斜，故不适于要求严格对中、有冲击载荷及高速传动联接楔键及键槽见GB/T 1563～1565－1979
切向键		可传递较大的转矩，对中性差，对轴的削弱较大，常用于重型机械中一个切向键只能传递一个方向的转矩，传递双向转矩时，需用两个互成120°，见GB/T 1974－1980
花键		有矩形、渐开线及三角形花键之分承载能力高、定心性及导向性好，制造困难，成本较高。适于载荷较大，对定心精度要求较高的滑动联接或固定联接三角形齿细小，适于轴径小、轻载或薄壁套筒的联接，见GB/T 1144－2001
滑键		键固定在轮毂上，键随轮毂一同沿轴上键槽作轴向移动常用于轴向移动距离较大的场合
半圆键		键在轴上键槽中能绕其几何中心摆动，故便于轮毂往轴上装配，但轴上键槽很深，削弱了轴的强度用于载荷较小的联接或作为辅助性联接，也用于锥形轴及轮毂联接，见GB/T 1098～1099－1979
圆柱销		适用于轮毂宽度较小(如l/d＜0.6)，用键联接难以保证轮毂和轴可靠固定的场合。这种联接一般采用过盈配合，并可同时采用几只圆柱销。为避免钻孔时钻头偏斜，要求轴和轮毂的硬度差不能太大
圆锥销		用于固定不太重要，受力不大但同时需要轴向固定的零件，或作安全装置用。由于在轴上钻孔，对强度削弱较大，故对重载的轴不宜采用。有冲击或振动时可采用开尾圆锥销。
过盈配合		结构简单对中性好，承载能力高，可同时起周向和轴向固定作用，但不宜用于常拆卸的场合。对于过盈量在中等以下的配合，常与平键联接同时采用，以承受较大的交变、振动和冲击载荷

四、降低轴上应力集中的主要措施举例

结构名称	简图	措施	结构名称	简图	措施
圆角		加大圆角半径r/d＞0.1 减小直径差D/d＜1.15～1.2	圆角		加大圆角半径，设中间环
圆角		加内凹圆角	圆角		加退刀圆角
键槽		底部加圆角	花键		增大花键直径
		用圆盘铣刀			增大花键直径
		用圆盘铣刀			花键加退刀槽
横孔		盲孔改成通孔	横孔		孔上倒角或滚珠辗压
横孔		压人弹性小的衬套	过盈配合		轮毂上开卸载槽
过盈配合		轴上开卸载槽并辊压			减小轮毂端部厚度
		增大配合处直径
		增大配合处直径	说明	Kσ──弯曲时的有效应力集中系数

五、圆柱型轴伸结构尺寸（摘自GB/T1569-1990）

注：

1．直径大于630～1250mm的轴伸直径和长度系列可参见原标准附录A，本表未摘录。

2．本表适用于一般机器之间的联接并传递转矩的场合。
3. 本表的单位是mm。

d		L
基本尺寸	极限偏差	长系列	短系列
6	j6	16	—
7	j6	16	—
8	j6	20	—
9	j6	20	—
10	j6	23	20
11	j6	23	20
12	j6	30	25
14	j6	30	25
16	j6	40	28
18	j6	40	28
19	j6	40	28
20	j6	50	36
22	j6	50	36
24	j6	50	36
25	j6	60	42
28	j6	60	42
30	j6	80	58
32	k6	80	58
35	k6	80	58
38	k6	80	58
40	k6	110	82
42	k6	110	82
45	k6	110	82
48	k6	110	82
50	k6	110	82
55	m6	110	82
56	m6	110	82
60	m6	140	105
63	m6	140	105
65	m6	140	105
70	m6	140	105
71	m6	140	105
75	m6	140	105
80	m6	170	130
85	m6	170	130
90	m6	170	130
95	m6	170	130
100	m6	210	165
110	m6	210	165
120	m6	210	165
125	m6	210	165
130	m6	250	200
140	m6	250	200
150	m6	250	200
160	m6	300	240
170	m6	300	240
180	m6	300	240
190	m6	350	280
200	m6	350	280
220	m6	350	280
240	m6	410	330
250	m6	410	330
260	m6	410	330
280	m6	470	380
300	m6	470	380
320	m6	470	380
340	m6	550	450
360	m6	550	450
380	m6	550	450
400	m6	650	540
420	m6	650	540
440	m6	650	540
450	m6	650	540
460	m6	650	540
480	m6	650	540
500	m6	650	540
530	m6	800	680
560	m6	800	680
600	m6	800	680
630	m6	800	680

六、滑动轴承的向心轴颈结构尺寸


代号	名称	说明
d a b r、r1 l	轴颈直径轴肩（环）高度轴环宽度圆角半径轴颈长度	由计算确定，并按GB/T 321－1980圆整为标准直径 a≈（0.07～0.1）d，d+2a最好圆整为整数值 b≈1.4a 按零件倒角倒圆半径标准取 l=l0+k+e+c l0由轴承工作能力的需要定，e和k分别由热膨胀量和安装误差确定，e按标准取，对于固定轴轴颈l=l0

七、滑动轴承的止推轴颈结构尺寸


代号	名称	说明	代号	名称	说明
D0	轴直径	计算确定	b	轴环宽度	b＝（0.1～0.15）d
d	轴直径	计算确定	K	轴环距离	K＝（2-3）b
d0	止推轴颈直颈	计算确定	l1	止推轴颈长度	由计算和推力轴承结构确定
d1	空心轴颈内颈	d1=（0.4～0.6）d0	n	轴环数	n≥1由计算和推力轴承结构确定
d2	轴环外颈	d2=（1.2～1.6）d	r	轴环根部圆角半径	按标准GB/T 6403.4-1986选取

机械设计的内容讲解到此结束，欢迎各位进行补充。

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来源：非标机械专栏

振动疲劳 SolidWorks 材料传动螺栓

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首次发布时间：2024-03-06