《机械原理与机械设计 （下册） 第4版》 课件 第26章-轴系及轮类零件的结构设计

第二十六章轴系及轮类零件的结构设计第一节轮类零件的结构设计轮类零件的结构设计一、轮类零件的结构腹板式轮辐式实心式轮缘：实现特定传动功能的部分；轮毂：与轴连接的部分；腹板/轮辐：连接轮缘与轮毂的部分。盘状结构1轮类零件的结构设计二、轮类零件结构设计的基本要求1.轮缘的设计

为可靠传递运动、动力，轮缘部分应具有足够的强度、刚度；对于腹板/轮辐式轮类零件，合理确定轮缘的厚度。2.腹板/轮辐的设计

实心式：较小直径。

腹板式：中等直径，锻造毛坯；轻量化、制造工艺、动力学性能、材料价格等；整体式、组合式；合理确定腹板的厚度。

轮辐式：较大直径，铸造毛坯；合理确定轮辐的数目、截面形状/尺寸。内容/任务合理确定轮缘、腹板/轮辐、轮毂的结构形式及相关尺寸。要求(通用尺寸设计规范推荐的经验公式)2轮类零件的结构设计3.轮毂的设计(1)轴向宽度为确保径向定位精度与承载能力，宽度不宜过小；一般根据轴的直径确定。(2)径向厚度为确保轴毂连接强度与承载能力，应具有一定厚度；常根据轴的直径确定。3(3)相对位置通常轮毂与轮缘和腹板对称布置，特殊工况亦可合理偏置。(4)轮毂端面的设计三、常用轮类零件的通用尺寸表26－1轮类零件的结构设计4轮类零件的结构设计5轮类零件的结构设计6轮类零件的结构设计7轮类零件的结构设计8轮类零件的结构设计9轮类零件的结构设计1011第二节轴的结构设计轴的结构设计具体任务：根据工作条件和要求，确定轴的合理外形和各部分具体尺寸。基本要求：轴上零件具有确定工作位置，且固定可靠；轴上零件便于安装、拆卸和调整；轴的制造工艺性良好。一、轴上零件的布置方案12轴的结构设计二、轴上零件的固定和轴的外形设计1.轴上零件的定位与固定

定位：保证零件在轴上有确定的工作位置；固定：零件受力时，不与轴发生相对运动。轴的形状、轴上零件的装拆方向与顺序不同。尽可能减少零件数目，缩短零件装配路线长度、改善轴的受力情况13周向固定：键、花键、销以及过盈连接等（轴毂连接）；轴向固定：轴肩/轴环、套筒、轴端挡圈、圆锥面、圆螺母、轴用/孔用弹性挡圈、锁紧挡圈、轴承端盖、轴承座/套杯凸肩等。轴的结构设计14轴的结构设计15轴的结构设计2.轴的外形设计

根据轴上零件的布置方案与装拆要求，合理确定轴的结构形状，即轴的阶梯位置和数量。

16三、各轴段直径和长度的确定轴的结构设计1.各轴段的直径

根据初估直径，逐段确定阶梯轴各轴段直径。1)定位轴肩高度要合理。过高，则轴段直径增加过多，且不易保证轴肩端面与轴线的垂直度，导致定位零件偏斜；过低，则固定不可靠。

滚动轴承定位轴肩及座孔凸肩高度，必须满足轴承拆卸要求。

17轴的结构设计2)仅为零件装拆方便设置的轴肩高度不宜过大。3)与零件有配合关系的轴段直径，应尽可能采用推荐的标准直径。2.各轴段的长度

根据轴上零件的轴向尺寸及有关零件间的相互位置要求确定。18轴的结构设计四、轴的结构工艺性为选用合适的毛坯圆钢并减少切削加工量，各轴段直径不宜相差太大；为便于装配，轴端应加工45

（30、60）倒角；过盈配合零件，装入端常加工出导向锥面；砂轮越程槽、退刀槽；标准件规格尺寸相同，圆角、倒角、越程槽、退刀槽等尺寸尽可能一致；同一轴上的各个键槽应开在同一母线位置上。19轴的结构设计五、提高轴的强度与刚度的措施1.改进轴上零件的布置方案，减小轴的载荷。2.改进轴上零件的结构，减小轴的载荷。203.减小应力集中，提高轴的疲劳强度。循环应力作用，应避免/减小应力集中，特别是合金钢；避免轴剖面尺寸剧烈变化，增大轴肩圆角半径、凹切圆角、肩环、卸载槽。4.改善轴的表面质量，提高轴的疲劳强度。提高表面粗糙度；表面强化处理（辗压、喷丸、渗碳淬火、渗氮、高频感应加热淬火等）。轴的结构设计21一般设计流程

①估算轴的最小直径；②确定零件在轴上的布置方案；③完成轴的外形设计；④确定各轴段的直径和长度；⑤细化轴的结构(圆角/倒角/越程槽/退刀槽/配合公差/表面强化处理)。与轴强度校核及轴承寿命计算交替进行，逐步完善。

①按当量弯矩法校核时，可在各轴段直径和长度确定后进行，同时计算轴承寿命，进而决定是否需改进轴的结构设计。②按安全因数法校核时，应在细化轴的结构完成之后进行。轴的结构设计22轴的结构设计例题23第三节滚动轴承的组合结构设计滚动轴承的组合结构设计内容：(1)轴系支点的轴向固定；(2)滚动轴承组合结构的调整；(3)轴承与相关零件的配合；(4)提高轴系的支承刚度。一、轴系支点轴向固定的结构形式轴向力传递路线；适宜工况（轴的长度、工作温度）。要求：工作中，轴系（轴及轴上零件）应始终保持正确的工作位置。1.必须将轴向力传递到机座上，避免轴的轴向窜动；2.必须保证轴的自由伸缩（热变形），避免轴承摩擦力矩过大甚至卡死。典型结构形式：

1.两端单向固定；

2.一端固定、一端游动；

3.两端游动。24滚动轴承的组合结构设计1.两端单向固定结构1.两轴承套圈均采用单侧轴向固定，且内、外圈定位面彼此相对；2.两支点各限制轴系一个方向的轴向移动；3.向心角接触轴承，调整垫片组厚度，保留适当游隙，补偿轴的热变形。25滚动轴承的组合结构设计优点：结构简单，安装/调整方便，应用广泛；缺点：热补偿作用有限，仅适用于温度变化不大的短轴（跨距≤400mm）。热补偿间隙26滚动轴承的组合结构设计2.一端固定、一端游动结构1.固定端轴承：内、外圈两侧面均轴向固定，传递轴向力，限制轴的双向移动；2.游动端轴承：不传递轴向力，随轴移动，适应轴的热变形；为防止轴承脱落，不可分离型轴承的内圈两侧面均轴向固定。27滚动轴承的组合结构设计固定端：向心角接触轴承，成对使用，反向安装于同一支点；游动端：可分离型轴承，外圈两侧面亦需轴向固定，防止其脱落。套杯28滚动轴承的组合结构设计固定端：组合结构，双向轴向力由两个单向推力球轴承承担（轴向载荷大）。特点：结构复杂，但工作稳定性好，适于轴较长或工作温度较高的场合。29滚动轴承的组合结构设计3.两端游动结构特点：两支点均不限制轴的移动。30滚动轴承的组合结构设计二、滚动轴承组合结构的调整1.轴系轴向位置的调整蜗轮中间平面通过蜗杆轴线两轮节锥顶点重合31滚动轴承的组合结构设计改变大端盖与箱体间调整垫片厚度，调整蜗轮轴系的轴向位置。32滚动轴承的组合结构设计改变套杯与箱体间调整垫片厚度，调整锥齿轮轴系的轴向位置。套杯正安装33滚动轴承的组合结构设计改变套杯与箱体间调整垫片厚度，调整锥齿轮轴系的轴向位置。反安装套杯34滚动轴承的组合结构设计2.轴承游隙的调整（向心角接触轴承）改变套杯与轴承端盖间调整垫片厚度，调整两角接触球轴承的游隙。35滚动轴承的组合结构设计改变套杯与轴承端盖间调整垫片厚度，调整两角接触球轴承的游隙。36滚动轴承的组合结构设计利用圆螺母调整两圆锥滚子轴承的游隙。37滚动轴承的组合结构设计利用螺钉、压板，调整圆锥滚子轴承的游隙。嵌入式端盖压板38滚动轴承的组合结构设计三、滚动轴承与相关零件的配合1.轴承内圈与轴颈的配合应采用基孔制；2.轴承外圈与轴承(机)座孔的配合应采用基轴制；3.轴承内径具有公差带较小的负偏差，故其与轴颈配合时，较一般圆柱面的基孔制配合略紧；4.转速越高、载荷越大或工作温度越高的场合，应取较紧的配合；5.游动座圈应取较松的配合；6.载荷方向不变时，静止座圈应比转动座圈的配合松一些。7.装配图中，只标注轴颈与轴承(机)座孔直径的公差带，轴承内、外径的公差带不必标注。39滚动轴承的组合结构设计三、提高轴系刚度的措施1.提高轴承座的刚度2.合理安排轴承的组合方式（成对使用，反向安装，相同型号）√(1)同一支点√目的：提高轴的旋转精度，减少振动和噪声，改善传动零件的工作性能，保证轴承寿命。40滚动轴承的组合结构设计(2)不同支点√√41滚动轴承的组合结构设计3.轴承的预紧预紧：安装轴承时，用一定的方法产生并保持一定的预紧力，以消除游隙，并使滚动体与套圈产生一定的弹性预变形。角接触球轴承42滚动轴承的组合结构设计注意：预紧可提高轴系回转精度与刚度，但预紧力必须严格控制，以免预紧力过大，导致摩擦力矩增大过多，影响轴承寿命。常用预紧方法加金属垫片磨窄套圈内、外套筒43滚动轴承的组合结构设计例题26-244滚动轴承的组合结构设计45滚动轴承的组合结构设计46滚动轴承的组合结构设计47滚动轴承的组合结构设计48滚动轴承的组合结构设计49滚动轴承的组合结构设计50滚动轴承的组合结构设计51滚动轴承的组合结构设计作业：26-452圆锥号D1D2L1L2L3L447031