第4章轴系的结构设计

1、 合理的轴系结构必须满足下列基本要求： 1）轴和轴承在预期寿命内不失效； 2）轴上零件在轴上准确定位与固定，以及轴系 在箱体上的可靠固定； 3）轴系结构有良好的工艺性； 4）好的经济性。 第四章第四章 轴系的结构设计轴系的结构设计 轴颈轴颈 图 12-30 轴环轴环 轴头轴头 轴上零件的轴向定位方法取决于零件所承受的轴 向载荷大小。常用的轴向定位方法有以下几种。 1）轴肩与轴环定位 2）套筒定位 3）圆螺母定位 4）弹性挡圈定位 5）紧定螺钉固定 一、轴向零件的轴向定位和固定 1）轴肩与轴环定位 优点：方便可靠、不需要附加零件，能承受的轴向 力大； 缺点：会使轴径增大，阶梯处形成应力集中，阶梯

2、 过多将不利于加工。 用途：这种方法广泛用于各种轴上零件的定位。 注意要点注意要点：为了保证零件与定位面靠紧，轴上过 渡圆角半径应小于零件圆角半径或倒角，一般定一般定 位高度取为（位高度取为（0.070.1）d ，轴环宽度，轴环宽度b = 1.4h 。 2）套筒定位 简化轴的结构，减小应力集中，结构简单、定位 可靠。多用于轴上零件间距离较小的场合。 3）圆螺母定位 固定可靠，可以承受较大的轴向力，能实现轴上零 件的间隙调整。 4）弹性挡圈定位 结构紧凑、简单、装拆方便，但受力较小，且轴上 切槽会引起应力集中，常用于轴承的定位 5）紧定螺钉固定 紧定螺钉多用于光轴 上零件的固定，并兼有 周向固定

3、的作用。适用 于轴向力小，转速低的 场合 二、轴上零件的周向定位 运转时，为了传递转矩或避免与轴发生相对转动， 零件在轴上必须周向固定。 轴上零件的周向定位方法主要有键联接（平键、 半圆键、楔键等）、花键联接、弹性环联接、过 盈配合联接、销联接、成型联接等等。 a)平键 制造简单、装拆方便。用 于传递转矩较大，对中性 要求一般的场合 b)花键 承载能力高，定心好、 导向性好。 适用于传递转矩较大， 要求导向性良好的场 合。 c)过盈配合 结构简单、定心好、承 载能力高。常与平键联 合使用，以承受大的交 变、振动和冲击载荷。 d)销联接 用于固定不太 重要、受力不大， 但同时需要周向 或轴向固定

4、的零 件。 机器中的轴的位置是靠轴承来定位的。 当轴工作时，既要防止轴向窜动，又要保证轴承工 作受热膨胀时的影响（不致受热膨胀而卡死），轴承 必须有适当的轴向固定措施。 常用的轴向固定措施有两种: 三、轴系的轴向固定 1）双支撑单向固定（两端固定式）双支撑单向固定（两端固定式） 这种方法是利用轴肩和端盖的挡肩单向固定内、外 圈，每一个支撑只能限制单方向移动，两个支撑共 同防止轴的双向移动。 这种安装主要用在两个对成布置的角接触球轴承或 圆锥滚子轴承的情况，同时考虑温度升高后轴的伸长， 为使轴的伸长不致引起附加应力，在轴承盖与外圈端 面之间留出热补偿间隙c0.20.4mm（如图b）。 游隙的大小

5、是靠端盖和外壳之间的调整垫片增减来 实现的。 这种支撑方式结构简单，便于安装，适用于工作 温度不高变化的短轴。 2）单支撑双向固定式（一端固定、一端游动）单支撑双向固定式（一端固定、一端游动） 对于工作温度较高的长轴，受热后伸长量比较大， 应该采用一端固定，而另一端游动的支撑结构。 作为固定支撑的轴承， 应能承受双向载荷，故 此内、外圈都要固定 （如左端图）。作为游 动支撑的轴承，则其内 圈应固定（如右端图）。 若使用的是可分离型的 圆柱滚子轴承等，则其 内、外圈都应固定。 四、轴系的调整 1.轴承游隙的调整和轴承的预紧 恰当的轴承游隙是维持良好润滑的必要条件。 一些轴承在制造时已确定了游隙；

6、一些轴承装 配时通过移动轴承套圈位置来调整游隙。 移动轴承套圈，调整轴承游隙的方法有以下四 种： 1、用增减轴承盖与机座间垫片厚度进行调整； 2、用调整螺钉压紧或放松压盖使轴承外圈移动进 行调整； 3、用带螺纹的端盖调整； 4、用圆螺母调整轴承内圈调整游隙。 预紧的定义： 对某些可调游隙的轴承，为提高旋转精度和 刚度，常在安装时施加一定的轴向作用力（预紧 力）消除轴承游隙，并使内、外圈和滚动体接触 处产生微小弹性变形。 预紧的方法有： 一般采用移动轴承套圈的方法；对一些支承 的轴承组合，还可用金属垫片或磨窄外圈等方法 获得预紧。 2、轴系位置的调整 在初始安装或工作一段时间后，轴系的位置和预

7、定位置可能会出现一些偏差，为使轴上零件具有准 确的工作位置，必须对轴系位置进行调整。 图示锥齿轮轴系的两轴 承均安装在套杯3中，增 减1处垫片可使套杯相对 箱体移动，从而调整轴 向位置； 增减2处垫片则可用来 调整轴承游隙。 3 五、轴系结构的工艺性 1、轴的结构工艺性 保证工作条件下，满足下列要求： 1）形状简单、减少阶梯数； 2）同轴的过渡圆角保持一致； 3）同轴多单键，键宽相同、并在同一母 线上。 2、轴系结构的装配工艺性 为了便于装配，轴端应加工出倒角（一般为 45），以免装配时把轴上零件的孔壁擦伤。 六、提高轴的疲劳强度和轴系刚度的措施 减少应力集中和提高轴的质量是提高轴的疲劳 强度

8、的主要措施。常见方法有： 1）避免轴截面尺寸发生急剧变化 2）直径突变处应平滑过渡、制圆角 3）避免在轴上开槽、孔及螺纹 4）过盈配合时在轮毂上制出卸载槽 提高表面质量的方法： 1）降低表面粗造度 2）表面强化处理 a）碾压 b）喷丸 c）渗碳淬火 d）渗氮 e）高频感应加热淬火 轴系的刚度主要取决于轴的刚度和支承刚度。 提高轴的刚度：合理设计各轴段截面尺寸、采 用空心轴。 提高轴的支承刚度：选用刚性较大的轴承、支 承出的箱座采用加强肋、合理布置轴承。 七、轴承的润滑与密封 1 1、润滑、润滑 保证良好的润滑是维护保养轴承的主要手 段。润滑可以降低摩擦阻力，减轻磨损。同时， 还具有降低接触应力、缓冲吸振及防腐蚀等作用。 常用滚动轴承的润滑剂为润滑脂和润滑油两种。 具体选择可按速度因数Dmn来决定(Dm为轴承的平 均直径；n为轴承的转速)。Dmn间