机械设计__机械系统的装配结构设计

1、第第7.1章轴系的结构设计章轴系的结构设计肖丽英肖丽英一一.轴的结构轴的结构二二.轴上的零件组成及其结构、尺寸轴上的零件组成及其结构、尺寸 轴上零件包括：轴上零件包括：传动件传动件、支承零件、紧固件、调整件、支承零件、紧固件、调整件、 润滑零件、密封零件等润滑零件、密封零件等三三.轴系设计应实现：轴系设计应实现：轴上零件的固定（周向、轴向）轴上零件的固定（周向、轴向）轴上支承零件的选型及其与机架的固定方式轴上支承零件的选型及其与机架的固定方式轴上零件的润滑与密封轴上零件的润滑与密封轴向零件的定位与调整方式轴向零件的定位与调整方式传动系统轴系结构设计的主要内容传动系统轴系结构设计的主要内容第第7

2、.1章轴系结构设计章轴系结构设计7.1.1轴的结构设计轴的结构设计7.1.2轮的结构设计轮的结构设计7.1.3轴系的结构轴系的结构 设计设计7.1.1轴的结构设计轴的结构设计1、轴的结构设计要求、轴的结构设计要求满足强度、刚度、耐磨性要求满足强度、刚度、耐磨性要求轴和轴上零件有确定的定位，并固定可靠轴和轴上零件有确定的定位，并固定可靠良好的加工工艺良好的加工工艺轴上零件的位置方便安装轴上零件的位置方便安装/拆卸和调整拆卸和调整 7.1.1轴的结构设计轴的结构设计2、轴的设计步骤、轴的设计步骤按传递扭矩，初估最小轴径按传递扭矩，初估最小轴径按空间和布局要求设计结构草图：按空间和布局要求设计结构草

3、图：选轴承，初定轴上零件的安装位置及其与轴结合选轴承，初定轴上零件的安装位置及其与轴结合部分的尺寸，进行强度、刚度等校核部分的尺寸，进行强度、刚度等校核细化结构，确定轴系及轴上零件的固定、定位细化结构，确定轴系及轴上零件的固定、定位方式、轴承的润滑、密封等方式、轴承的润滑、密封等 7.1.1轴的结构设计轴的结构设计3、轴的设计应注意的问题、轴的设计应注意的问题提高轴强度提高轴强度/刚度的措施刚度的措施改善轴的结构工艺改善轴的结构工艺提高轴系的刚度的措施提高轴系的刚度的措施改善滚动轴承轴系结构工艺性改善滚动轴承轴系结构工艺性7.1.1轴的结构设计轴的结构设计3、轴的设计应注意的问题、轴的设计应注

4、意的问题提高轴强度的措施提高轴强度的措施u合理安排轴上的载荷传递路线合理安排轴上的载荷传递路线u改善轴上零件结构改善轴上零件结构u减小应力集中减小应力集中u提高轴表面的品质提高轴表面的品质提高轴强度的措施提高轴强度的措施 1TT +T1T+TT+TT21221TT2T121T12T1 1、合理安排轴上的载荷传递路线、合理安排轴上的载荷传递路线图图7-1 7-1 合理安排轴上载荷合理安排轴上载荷 合理合理 提高轴强度的措施提高轴强度的措施 2 2、改善轴上零件结构、改善轴上零件结构 图图7-37-3滑轮装置滑轮装置合理合理 提高轴强度的措施提高轴强度的措施 改变零件结构设计方案改变零件结构设计方

5、案 图图7-27-2改变轴上零件的结构设计方案改变轴上零件的结构设计方案合理合理 提高轴强度的措施提高轴强度的措施 改变动力输入点的位置改变动力输入点的位置 图图7-47-4动力输入位置改变动力输入位置改变合理合理减小应力集中减小应力集中 提高轴强度的措施提高轴强度的措施 图图7-8 7-8 减小轴应力集中的结构减小轴应力集中的结构 7.1.1轴的结构设计轴的结构设计3、轴的设计应注意的问题、轴的设计应注意的问题轴上零件的定位和固定轴上零件的定位和固定较大轴向载荷较大轴向载荷轴肩与轴环轴肩与轴环、圆螺母圆螺母、套筒套筒、端盖端盖、销钉销钉、轴端轴端挡圈挡圈、紧定套紧定套较小轴向载荷较小轴向载荷

6、轴用弹性挡圈轴用弹性挡圈、孔用弹性挡圈孔用弹性挡圈紧定螺钉紧定螺钉、螺纹环、止动环螺纹环、止动环P239表表7-1轴肩与轴环轴肩与轴环h=0.07d+(12)mmb1.4hrRh圆螺母圆螺母轴肩-圆螺母 圆螺母和止动垫圈止动垫圈套筒套筒轴肩-套筒定位 端盖端盖 销钉销钉图7-12销钉定位 轴端档圈轴端档圈轴端档圈固定 紧定套紧定套紧定套固定 轴用弹性档圈轴用弹性档圈轴肩-弹性档圈定位 孔用弹性档圈孔用弹性档圈 紧定螺钉紧定螺钉紧定螺钉固定 螺纹环、止动环螺纹环、止动环7.1.1轴的结构设计轴的结构设计3、轴的设计应注意的问题、轴的设计应注意的问题轴结构的工艺性轴结构的工艺性阶梯轴：方便轴上零件

7、的固定和定位，区分不同的加阶梯轴：方便轴上零件的固定和定位，区分不同的加工面，方便轴上零件的拆卸工面，方便轴上零件的拆卸u倒角、圆角、砂轮越程槽倒角、圆角、砂轮越程槽 、键槽、键槽 等等改善轴的结构工艺改善轴的结构工艺轴的结构应保证走上零件的正确固定和定位，轴的结构应保证走上零件的正确固定和定位，同时轴的结构工艺合理同时轴的结构工艺合理1、轴的装卡：顶尖孔、轴的装卡：顶尖孔2、轴上的键槽应在同一母线上、轴上的键槽应在同一母线上3、轴的圆角尽量统一、轴的圆角尽量统一4、有配合的轴段不要太长、有配合的轴段不要太长5、与轮毂配合的轴段应比轮毂稍短、与轮毂配合的轴段应比轮毂稍短6、轴端有倒角、轴端有倒

8、角7、精度和粗糙度、精度和粗糙度 7.1.17.1.1轴的结构设计轴的结构设计7.1.2轮体的结构设计轮体的结构设计1概述概述2轮（带轮、链轮、齿轮）的结构设计轮（带轮、链轮、齿轮）的结构设计3轮毂的结构设计轮毂的结构设计7.1.2轮体的结构设计轮体的结构设计轮的功能轮的功能 在轴与轴之间传递运动和动力在轴与轴之间传递运动和动力轮结构的基本组成轮结构的基本组成 轮缘、轮辐、轮毂轮缘、轮辐、轮毂轮结构设计应满足的要求轮结构设计应满足的要求1）相对位置关系；相对位置关系；2 2）强度和寿命）强度和寿命3 3）轮具有合理的刚度和精度；）轮具有合理的刚度和精度；4 4）具有良好的制造、安装、调整及运输

9、等操作的工艺性；）具有良好的制造、安装、调整及运输等操作的工艺性；5 5）经济性。）经济性。Ld ad wd 轮缘轮缘轮辐轮辐轮毂轮毂轮辐的典型结构轮辐的典型结构轮轴一体轮轴一体圆柱齿轮：圆柱齿轮：m)5 . 22(圆锥齿轮（小端）：圆锥齿轮（小端）：m6 . 1实心结构实心结构mmda160腹板式结构腹板式结构mmda500mmda500组装式：组装式：大尺寸轮辐，可节省贵金属大尺寸轮辐，可节省贵金属轮辐式结构轮辐式结构7.1.2轮体的结构设计轮体的结构设计蜗杆：分度圆直径较小时蜗杆：分度圆直径较小时7.1.2轮体的结构设计轮体的结构设计图图7-10带轮带轮结构结构盘式盘式腹板式腹板式孔板式

10、孔板式轮辐式轮辐式7.1.2轮体的结构设计轮体的结构设计图图7-11链轮结构链轮结构腹板式腹板式焊接式焊接式装配式装配式7.1.2轮体的结构设计轮体的结构设计图图7-12锻造齿轮结构锻造齿轮结构7.1.2轮体的结构设计轮体的结构设计图图7-12锻造齿轮结构锻造齿轮结构7.1.2轮体的结构设计轮体的结构设计图图7-13铸造齿轮结构铸造齿轮结构7.1.2轮体的结构设计轮体的结构设计图图7-13铸铸造齿轮结造齿轮结构构7.1.2轮体的结构设计轮体的结构设计图图7-14组组合齿轮结合齿轮结构构7.1.2轮体的结构设计轮体的结构设计图图7-15焊焊接齿轮结接齿轮结构构7.1.2轮体的结构设计轮体的结构设

11、计a铣制蜗杆铣制蜗杆 b铣制或车制蜗杆铣制或车制蜗杆 图图7-16蜗杆结构蜗杆结构7.1.2轮体的结构设计轮体的结构设计图图7-17蜗轮结蜗轮结构构7.1.2轮体的结构设计轮体的结构设计轮毂的作用轮毂的作用 轮通过轮毂与轴的接触实现轴与轮的轴向、周向、径轮通过轮毂与轴的接触实现轴与轮的轴向、周向、径向定位并传递载荷向定位并传递载荷轮毂宽度的确定轮毂宽度的确定 L=(0.81.2)d 保证径向定位精度、侧向稳定性和承载能力。保证径向定位精度、侧向稳定性和承载能力。轮毂厚度的确定轮毂厚度的确定 dw=(1.61.8)d 保证联接的强度。保证联接的强度。轮毂孔与轴的配合轮毂孔与轴的配合一般选用较紧的

12、配合，具体公差可查阅手册一般选用较紧的配合，具体公差可查阅手册轮毂的端面设计轮毂的端面设计 为保证轴向定位精度，要求与轴线的垂直度为保证轴向定位精度，要求与轴线的垂直度和较小的粗糙度。和较小的粗糙度。Ld awd d 7.1.2轮体的结构设计轮体的结构设计轮的结构设计主要考虑轮子的大小选择相轮的结构设计主要考虑轮子的大小选择相应的结构应的结构7.1.3轴系的结构设计轴系的结构设计轴系的结构设计要求：轴系的结构设计要求：轴上零件保持相对位置关系轴上零件保持相对位置关系轴上零件实现正确的运动轴上零件实现正确的运动良好的润滑良好的润滑滚动轴承支撑形式滚动轴承支撑形式滚动轴承轴系结构装配示意图滚动轴承

13、轴系结构装配示意图 滚动轴承轴系结构设计滚动轴承轴系结构设计1、滚动轴承轴系的轴向固定、滚动轴承轴系的轴向固定2、滚动轴承及轴上零件的轴向固定和定位、滚动轴承及轴上零件的轴向固定和定位3、轴承间隙及轴系的轴向位置的调整、轴承间隙及轴系的轴向位置的调整4、滚动轴承的配合、滚动轴承的配合1、滚动轴承轴系的轴向固定、滚动轴承轴系的轴向固定轴向定位、周向固定轴向定位、周向固定固定固定：针对工作而言，保持工作中轴上零件与轴：针对工作而言，保持工作中轴上零件与轴作为一个构件运转。作为一个构件运转。定位定位:针对装配而言，无需任何测量便可使轴上的针对装配而言，无需任何测量便可使轴上的零件准确地安装到位。零件

14、准确地安装到位。轴系轴向定位的方法轴系轴向定位的方法两端单向固定两端单向固定(300500mm,温升不大的轴温升不大的轴)一端固定、一端游动（长轴，温升大的轴）一端固定、一端游动（长轴，温升大的轴）两端游动两端游动两端单向固定（双支点单向固定）两端单向固定（双支点单向固定） 要求：轴的伸长量小特点：结构简单、安装方便两端单向固定（双支点单向固定）两端单向固定（双支点单向固定）a)a)角接触轴承正安装角接触轴承正安装 b) b) 角接触轴承反安装角接触轴承反安装两端单向固定两端单向固定角接触轴承正、反装的对比角接触轴承正、反装的对比一端固定、一端游动（单支点双向固定）一端固定、一端游动（单支点双

15、向固定）当轴的伸长量大时：细长轴；跨距大；温升大特点：防止轴承被卡死一端固定、一端游动一端固定、一端游动一端固定、一端游动一端固定、一端游动两端游动两端游动人字齿轮的轴人字齿轮的轴滚动轴承轴系固定注意：滚动轴承轴系固定注意：支承的同心度支承的同心度 同心度：同心度：两孔一次镗出；采用调心轴承两孔一次镗出；采用调心轴承支承的刚度支承的刚度 刚性：刚性：跨距尽量小，悬臂短；跨距尽量小，悬臂短；支承座加筋、加厚；支承座加筋、加厚；轴承的安装形式轴承的安装形式 滚动轴承的预紧滚动轴承的预紧轴承间隙的调整及轴系的轴向位置的调整轴承间隙的调整及轴系的轴向位置的调整调整内容：轴承间隙、轴系的轴向位置调整内容

16、：轴承间隙、轴系的轴向位置调整目的：保证轴系正确工作调整目的：保证轴系正确工作调整的方法：垫片、螺纹等调整的方法：垫片、螺纹等轴承间隙调整轴承间隙调整图图7-25 7-25 调整垫片调整轴承间隙调整垫片调整轴承间隙轴承间隙调整轴承间隙调整图图7-26 7-26 调整环调整轴承间隙调整环调整轴承间隙轴承间隙调整轴承间隙调整图图7-277-27可调压盖可调压盖调整轴承间隙调整轴承间隙目的：提高旋转精度、刚度，减小振动。目的：提高旋转精度、刚度，减小振动。 即安装时消除游隙，使轴承中保即安装时消除游隙，使轴承中保持一定轴向力。持一定轴向力。轴承的预紧轴承的预紧图图7-287-28轴向预紧方法轴向预紧

17、方法 滚动轴承的预紧滚动轴承的预紧23)(CF滚动轴承的预紧滚动轴承的预紧滚动轴承的预紧滚动轴承的预紧图图7-297-29滚动轴承的预紧滚动轴承的预紧7-377-37改善圆锥齿轮支承刚度的结构改善圆锥齿轮支承刚度的结构 轴系轴向位置的调整轴系轴向位置的调整滚动轴承的配合和拆卸滚动轴承的配合和拆卸工作间隙：工作间隙：工作间隙的大工作间隙的大小对轴承受力、旋转精度、轴小对轴承受力、旋转精度、轴承寿命及温升有影响承寿命及温升有影响滚动轴承配合的特点滚动轴承配合的特点 轴承内圈与轴的配合采用轴承内圈与轴的配合采用基基孔孔制，滚动轴承外圈与孔的制，滚动轴承外圈与孔的配合采用配合采用基轴基轴制制 比一般基

18、孔制的基准孔所形比一般基孔制的基准孔所形成的配合更紧成的配合更紧装配图的配合只须标与轴承装配图的配合只须标与轴承配合的孔或轴的公差配合的孔或轴的公差与轴承配合与轴承配合 的表面应有形的表面应有形位公差要求位公差要求滚动轴承的公差带及与轴和轴承孔的配合滚动轴承的公差带及与轴和轴承孔的配合 内圈公差带外圈公差带K7J6N6M6K6M7P6N7P7H7H6J7G7H8内圈公差带外圈公差带K7J6N6M6K6M7P6N7P7H7H6J7G7H8a)轴与滚动轴承内圈的配合（基轴制） b)轴承孔与滚动轴承外圈的配合（基孔制） 滚动轴承的配合滚动轴承的配合滚动轴承配合的选择滚动轴承配合的选择 载荷的大小和方

19、向载荷的大小和方向 轴承工作温度轴承工作温度 轴承的固定形式轴承的固定形式 轴承的装拆条件轴承的装拆条件 轴承精度等级轴承精度等级 滚动轴承配合的标注滚动轴承配合的标注滚动轴承的拆卸滚动轴承的拆卸图图7-31 7-31 滚动轴承的拆卸滚动轴承的拆卸 滚动轴承轴系结构实例滚动轴承轴系结构实例图图7-31滚动轴承轴系结构实例滚动轴承轴系结构实例图图7-31改善支撑改善支撑轴承的合理设计、安装轴承的合理设计、安装图图7-367-36锥齿轮轴系结构锥齿轮轴系结构 a) a) 正安装正安装 b) b) 反安装反安装 提高轴系的刚度的措施提高轴系的刚度的措施FrFr正确安装：正确安装： 正装（面对面）正装

20、（面对面） 反装（背靠背反装（背靠背) )FrFr刚度好刚度好刚度好刚度好提高轴系的刚度的措施提高轴系的刚度的措施改善支撑改善支撑2、提高轴承支座的刚度、提高轴承支座的刚度提高轴系的刚度的措施提高轴系的刚度的措施改善支撑改善支撑3、选择刚度大的轴承、选择刚度大的轴承 相对刚度图7-40 常用滚动轴承刚度比较 提高轴系的刚度的措施提高轴系的刚度的措施4 4、滚动轴承预紧、滚动轴承预紧提高轴系的刚度的措施提高轴系的刚度的措施图图7-287-28改善支撑改善支撑5、合理配置精度、合理配置精度提高滚动轴承轴系刚度提高滚动轴承轴系刚度机床前、后轴承偏心量对主轴前端旋转精度的影响机床前、后轴承偏心量对主轴

21、前端旋转精度的影响 aLLL121bLL21L1 L2ab2L 1L1、加工工艺性、加工工艺性轴上的滚动轴承尺寸尽量相同轴上的滚动轴承尺寸尽量相同减小加工面2、装配工艺性、装配工艺性避免配合面同时装入避免配合面同时装入轴端的倒角、引导锥方便装拆方便装拆方便滚动轴承的拆卸方便滚动轴承的拆卸方便套杯的拆卸方便套杯的拆卸方便粘圈的拆卸方便粘圈的拆卸改善滚动轴承轴系结构工艺性改善滚动轴承轴系结构工艺性改善滚动轴承轴系结构工艺性改善滚动轴承轴系结构工艺性1、加工工艺性、加工工艺性同一轴上滚动轴承的尺寸尽量相同同一轴上滚动轴承的尺寸尽量相同图图7-46 7-46 简化镗孔工艺的箱体孔结构简化镗孔工艺的箱体孔结构 abcd改善滚动轴承轴系结构工艺性改善滚动轴承轴系结构工艺性1、加工工艺性、加工工艺性同一轴上滚动轴承的尺寸尽量相同同一轴上滚动轴承的尺寸尽量相同简化镗孔工艺的箱体孔结构简化镗孔工艺的箱体孔结构 减小加工面改善滚动轴承轴系结构工艺性改善滚动轴承轴系结构工艺性2、安装工艺性、安装工艺性避免配合面同时装入避免配合面同时装入改善滚动轴承轴系结构工艺性改善滚动轴承轴系结构工艺性2、安装工艺性、安装工艺性倒角引导锥改善滚动