軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軸系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)第一節(jié)軸一、軸的功用和分類1、功用：支承其他回轉(zhuǎn)件，承受轉(zhuǎn)矩與彎矩，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。1）按所受載荷特點(diǎn)分三種：

心軸：只承受彎矩;如傳動(dòng)軸：只承受轉(zhuǎn)矩;如轉(zhuǎn)軸：同時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)矩;如2.軸的分類

直軸，曲軸；光軸，階梯軸；空心軸，實(shí)心軸；剛性軸，撓性軸。重點(diǎn)：階梯軸例汽車軸2）按軸的結(jié)構(gòu)形狀分：階梯軸曲軸：撓性鋼絲軸轉(zhuǎn)軸：機(jī)器中最常見的軸，通常簡(jiǎn)稱為軸。工作時(shí)既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩。例：減速器中的軸心軸：用來支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件，只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩。例：車輛軸和滑輪軸，圖中為自行車的前輪軸。自行車的前輪軸傳動(dòng)軸：主要用于傳遞轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩，或所承受的彎矩很小的軸。例：汽車中聯(lián)接變速箱與后橋之間的軸。傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸：軸頸:軸和軸承配合部分;軸頭:軸上裝輪轂的部分;軸身:聯(lián)接軸頭和軸頸的部分.二、軸的材料軸的功用，主要承受彎矩和扭矩。軸的失效形式是疲勞斷裂，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、韌性和耐磨性。軸的常用材料是：碳素鋼和合金鋼等。在一般工作溫度下，各種碳鋼和合金鋼的彈性模量相差不大，故在選擇鋼的種類和熱處理方法時(shí)，所依據(jù)的主要是強(qiáng)度和耐磨性，而不是軸的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度等。1、碳素鋼：碳素鋼比合金鋼價(jià)格低廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，可通過熱處理改善其綜合性能，加工工藝性好，故應(yīng)用最廣；一般用途的軸，多用含碳量為0.25～0.5%的優(yōu)質(zhì)碳素鋼，尤其是45號(hào)鋼。對(duì)于不重要或受力較小的軸也可用Q235、Q275等碳素結(jié)構(gòu)鋼。2、合金鋼：

具有比碳鋼更好的機(jī)械性能和淬火性能，但對(duì)應(yīng)力集中比較敏感，且價(jià)格較貴；多用于對(duì)強(qiáng)度和耐磨性有特殊要求的軸。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金鋼，經(jīng)滲碳淬火處理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl等合金鋼，有良好的高溫機(jī)械性能，常用于在高溫、高速和重載條件下工作的軸。3、球墨鑄鐵球墨鑄鐵吸振性和耐磨性好，對(duì)應(yīng)力集中敏感低，價(jià)格低廉，使用鑄造制成外形復(fù)雜的軸。例如：內(nèi)燃機(jī)中的曲軸。對(duì)于形狀復(fù)雜的軸，如曲軸、凸輪軸等，也采用球墨鑄鐵或高強(qiáng)度鑄造材料來進(jìn)行鑄造加工，易于得到所需形狀，而且具有較好的吸振性能和好的耐磨性，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性也較低。

軸的材料及選擇

合理的軸系結(jié)構(gòu)必須滿足下列基本要求：1）軸和軸承在預(yù)期壽命內(nèi)不失效；2）軸上零件在軸上準(zhǔn)確定位與固定，以及軸系在箱體上的可靠固定；3）軸系結(jié)構(gòu)有良好的工藝性；4）好的經(jīng)濟(jì)性。

軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軸上零件的軸向定位方法取決于零件所承受的軸向載荷大小。常用的軸向定位方法有以下幾種。1）軸肩與軸環(huán)定位2）套筒定位3）圓螺母定位4）彈性擋圈定位5）緊定螺釘固定三、軸向零件的軸向定位和固定1）軸肩與軸環(huán)定位

優(yōu)點(diǎn)：方便可靠、不需要附加零件，能承受的軸向力大；缺點(diǎn)：會(huì)使軸徑增大，階梯處形成應(yīng)力集中，階梯過多將不利于加工。用途：這種方法廣泛用于各種軸上零件的定位。注意要點(diǎn)：為了保證零件與定位面靠緊，軸上過渡圓角半徑應(yīng)小于零件圓角半徑或倒角，一般定位高度取為（0.07～0.1）d，軸環(huán)寬度b=1.4h

。2）套筒定位

簡(jiǎn)化軸的結(jié)構(gòu)，減小應(yīng)力集中，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定位可靠。多用于軸上零件間距離較小的場(chǎng)合。3）圓螺母定位固定可靠，可以承受較大的軸向力，能實(shí)現(xiàn)軸上零件的間隙調(diào)整。4）彈性擋圈定位

結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單、裝拆方便，但受力較小，且軸上切槽會(huì)引起應(yīng)力集中，常用于軸承的定位5）緊定螺釘固定

緊定螺釘多用于光軸上零件的固定，并兼有周向固定的作用。適用于軸向力小，轉(zhuǎn)速低的場(chǎng)合四、軸上零件的周向定位

運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，為了傳遞轉(zhuǎn)矩或避免與軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，零件在軸上必須周向固定。

軸上零件的周向定位方法主要有鍵聯(lián)接（平鍵、半圓鍵、楔鍵等）、花鍵聯(lián)接、彈性環(huán)聯(lián)接、過盈配合聯(lián)接、銷聯(lián)接、成型聯(lián)接等等。a)平鍵制造簡(jiǎn)單、裝拆方便。用于傳遞轉(zhuǎn)矩較大，對(duì)中性要求一般的場(chǎng)合b)花鍵承載能力高，定心好、導(dǎo)向性好。適用于傳遞轉(zhuǎn)矩較大，要求導(dǎo)向性良好的場(chǎng)合。c)過盈配合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定心好、承載能力高。常與平鍵聯(lián)合使用，以承受大的交變、振動(dòng)和沖擊載荷。

d)銷聯(lián)接

用于固定不太重要、受力不大，但同時(shí)需要周向或軸向固定的零件。

機(jī)器中的軸的位置是靠軸承來定位的。當(dāng)軸工作時(shí)，既要防止軸向竄動(dòng)，又要保證軸承工作受熱膨脹時(shí)的影響（不致受熱膨脹而卡死），軸承必須有適當(dāng)?shù)妮S向固定措施。

常用的軸向固定措施有兩種:五、軸系的軸向固定1）雙支撐單向固定（兩端固定式）

這種方法是利用軸肩和端蓋的擋肩單向固定內(nèi)、外圈，每一個(gè)支撐只能限制單方向移動(dòng)，兩個(gè)支撐共同防止軸的雙向移動(dòng)。

這種安裝主要用在兩個(gè)對(duì)成布置的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承的情況，同時(shí)考慮溫度升高后軸的伸長(zhǎng)，為使軸的伸長(zhǎng)不致引起附加應(yīng)力，在軸承蓋與外圈端面之間留出熱補(bǔ)償間隙c＝0.2～0.4mm（如圖b）。

游隙的大小是靠端蓋和外殼之間的調(diào)整墊片增減來實(shí)現(xiàn)的。這種支撐方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝，適用于工作溫度不高變化的短軸。2）單支撐雙向固定式（一端固定、一端游動(dòng)）

對(duì)于工作溫度較高的長(zhǎng)軸，受熱后伸長(zhǎng)量比較大，應(yīng)該采用一端固定，而另一端游動(dòng)的支撐結(jié)構(gòu)。

作為固定支撐的軸承，應(yīng)能承受雙向載荷，故此內(nèi)、外圈都要固定（如左端圖）。作為游動(dòng)支撐的軸承，則其內(nèi)圈應(yīng)固定（如右端圖）。若使用的是可分離型的圓柱滾子軸承等，則其內(nèi)、外圈都應(yīng)固定。六、軸系的調(diào)整1.軸承游隙的調(diào)整和軸承的預(yù)緊

恰當(dāng)?shù)妮S承游隙是維持良好潤(rùn)滑的必要條件。一些軸承在制造時(shí)已確定了游隙；一些軸承裝配時(shí)通過移動(dòng)軸承套圈位置來調(diào)整游隙。

移動(dòng)軸承套圈，調(diào)整軸承游隙的方法有以下四種：

1、用增減軸承蓋與機(jī)座間墊片厚度進(jìn)行調(diào)整；

2、用調(diào)整螺釘壓緊或放松壓蓋使軸承外圈移動(dòng)進(jìn)行調(diào)整；

3、用帶螺紋的端蓋調(diào)整；

4、用圓螺母調(diào)整軸承內(nèi)圈調(diào)整游隙。預(yù)緊的定義：對(duì)某些可調(diào)游隙的軸承，為提高旋轉(zhuǎn)精度和剛度，常在安裝時(shí)施加一定的軸向作用力（預(yù)緊力）消除軸承游隙，并使內(nèi)、外圈和滾動(dòng)體接觸處產(chǎn)生微小彈性變形。

預(yù)緊的方法有：一般采用移動(dòng)軸承套圈的方法；對(duì)一些支承的軸承組合，還可用金屬墊片或磨窄外圈等方法獲得預(yù)緊。2、軸系位置的調(diào)整

在初始安裝或工作一段時(shí)間后，軸系的位置和預(yù)定位置可能會(huì)出現(xiàn)一些偏差，為使軸上零件具有準(zhǔn)確的工作位置，必須對(duì)軸系位置進(jìn)行調(diào)整。圖示錐齒輪軸系的兩軸承均安裝在套杯3中，增減1處墊片可使套杯相對(duì)箱體移動(dòng)，從而調(diào)整軸向位置；增減2處墊片則可用來調(diào)整軸承游隙。3關(guān)于軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9、外套筒與箱體之間應(yīng)有調(diào)整墊，以便調(diào)整錐齒輪的嚙合間隙；1234567891、軸段過長(zhǎng)，錐齒輪軸向定位不好，應(yīng)比齒輪轂孔長(zhǎng)度短1~3mm；2、鍵與鍵槽頂面不相碰，應(yīng)畫兩條線；3、軸套應(yīng)做成擋油環(huán)；4、外套筒擋邊太高，不便軸承拆卸。5、軸段精加工面過長(zhǎng)，且整個(gè)軸沒有軸向固定，這可是一個(gè)大問題。解決辦法是套筒改為軸肩；6、外套筒內(nèi)孔精加工面過長(zhǎng)，中間應(yīng)有槽；7、軸承透蓋的孔與軸擦碰；8、透蓋與外套筒之間應(yīng)有調(diào)整墊，以便調(diào)整軸承的軸向游隙；找錯(cuò)修改后的軸系圖軸系立體圖軸系立體圖軸系主視圖軸系各零件立體圖圓錐滾子軸承30208圓錐滾子軸承可承受徑向和軸向的聯(lián)合載荷。由外圈、內(nèi)圈、保持架和一組滾子組成。因其滾子為圓錐形，因此而得名。這是一種可分離型軸承，可離分為外圈和內(nèi)組件（由內(nèi)圈、滾子和保持架組成），內(nèi)組件不可以再分離。同一型號(hào)的外圈和內(nèi)組件是可以互換的。外圈內(nèi)組件

圓錐滾子軸承內(nèi)圈的大端擋邊稱為大擋邊。大擋邊為錐面，滾子的大端面為球面。在載荷作用下，內(nèi)圈大擋邊和滾子大端面接觸應(yīng)力很大，是所有工作表面中最易疲勞、磨損失效之處。一直以來，內(nèi)圈大擋邊和滾子大端面均為等徑球面，工作時(shí)二者為面接觸，無法形成油楔，故潤(rùn)滑狀態(tài)不佳。1990年代后，將其中之一——內(nèi)圈擋邊改為錐面，使二者的接觸變?yōu)榫€接觸，可形成楔形腔，改善了潤(rùn)滑條件。三圓錐的錐頂不重合，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生“干涉”，如果沒有擋邊的阻擋，滾子會(huì)在滾道上“爬”。錐頂重合于軸承回轉(zhuǎn)軸線

內(nèi)圈滾道、滾子和外圈滾道這三個(gè)圓錐面的錐頂必須重合于軸承回轉(zhuǎn)軸線上——說著玩的！

有趣的是，設(shè)計(jì)方面的一些錯(cuò)誤反倒會(huì)使人們受到啟發(fā)。比如，這類軸承設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤，催生了一種超越離合器，用于洗衣機(jī)的甩干等場(chǎng)合。歪打正著，難怪說失敗是成功的媽！七、軸的結(jié)構(gòu)工藝性由于階梯軸接近于等強(qiáng)度，而且便于加工和軸上零件的定位和拆裝，所以實(shí)際上的軸多為階梯形.1、關(guān)于軸的形狀：階梯軸2、關(guān)于軸的有關(guān)尺寸為了能選用合適的圓鋼和減少切削用量，階梯軸各軸段的直徑不宜相差過大，一般取為5~10MM。為了便于切削加工，一根軸上的圓角應(yīng)盡可能取相同的半徑；退刀槽取相同的寬度；倒角尺寸相同；若需開鍵槽的軸段直徑相差不大時(shí)，應(yīng)盡可能采用相同寬度的鍵槽，一根軸上各鍵槽應(yīng)開在同一母線上，以減少換刀次數(shù)。3.軸的結(jié)構(gòu)工藝性1）軸肩圓角r2）軸端倒角

3）砂輪越程槽

4）螺紋退刀槽

5）同一軸上鍵槽位于圓柱同一母線上，且取相同尺寸同一根軸上所有圓角半徑和倒角的大小應(yīng)盡可能一致，以減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù)。為便于加工定位，軸的兩端面上應(yīng)做出中心孔。

完畢1)圓角半徑和倒角為使軸上零件容易裝拆，軸端和各軸段端部都應(yīng)有45°的倒角。

2)軸端倒角軸上磨削的軸段應(yīng)設(shè)有砂輪越程槽，以便磨削時(shí)砂輪可以磨削到軸肩的端部。3)砂輪越程槽軸上車螺紋的軸段應(yīng)設(shè)有螺紋退刀槽，以保證螺紋牙均能達(dá)到預(yù)期的高度。

4)螺紋退刀槽軸上沿長(zhǎng)度方向開有幾個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)將鍵槽安排在軸的同一母線上。

5)鍵槽軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)

錯(cuò)誤

正確兩處錯(cuò)誤1.左側(cè)鍵太長(zhǎng)，套筒無法裝入2.多個(gè)鍵應(yīng)位于同一母線上軸系結(jié)構(gòu)改錯(cuò)八、提高軸的疲勞強(qiáng)度和軸系剛度的措施減少應(yīng)力集中和提高軸的質(zhì)量是提高軸的疲勞強(qiáng)度的主要措施。常見方法有：

1）避免軸截面尺寸發(fā)生急劇變化

2）直徑突變處應(yīng)平滑過渡、制圓角提高表面質(zhì)量的方法：

1）降低表面粗造度

2）表面強(qiáng)化處理

a）

b）噴丸

c）滲碳淬火低溫回火

d）滲氮

e）高頻感應(yīng)加熱淬火

軸系的剛度主要取決于軸的剛度和支承剛度。提高軸的剛度：合理設(shè)計(jì)各軸段截面尺寸、采用空心軸。提高軸的支承剛度：選用剛性較大的軸承、支承出的箱座采用加強(qiáng)肋、合理布置軸承。九、軸承的潤(rùn)滑與密封1、潤(rùn)滑保證良好的潤(rùn)滑是維護(hù)保養(yǎng)軸承的主要手段。潤(rùn)滑可以降低摩擦阻力，減輕磨損。同時(shí)，還具有降低接觸應(yīng)力、緩沖吸振及防腐蝕等作用。

常用滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑劑為潤(rùn)滑脂和潤(rùn)滑油兩種。

具體選擇可按速度因數(shù)Dmn來決定(Dm為軸承的平均直徑；n為軸承的轉(zhuǎn)速)。Dmn間接反映了軸頸圓周速度，當(dāng)Dmn<2×105～3×105mmr/min時(shí)，一般采用脂潤(rùn)滑；超過這一范圍宜采用油潤(rùn)滑。2、