机械设计中轴系的结构方案设计

机械设计中轴系的结构方案设计

　　在机械设备制造过程中，轴是关键的零部件之一，它不仅支撑着轴上零件、传递运动与动力的重要部件，也在非常大的程度上影响着机器设备的工作能力与工作质量。如果轴失效，便有可能产生严重的后果，所以轴的设计至关重要。以下是小编整理的机械设计中轴系的结构方案设计，欢迎阅读。

　　设计过程：

　　轴系结构的设计没有固定的标准，它根据轴上载荷方向、大小与分布情况，轴上零部件的布置与固定方法，及轴的加工与装配方法等进行灵活决定的，以轴上零部件装拆方便、固定牢靠、定位准确等来衡量轴结构的设计好坏。因此在设计轴的结构时，一般可以先拟定好几种不同方案通过相互比较后再加以取舍。轴的结构设计应包括定出轴的合理外形与全部尺寸。在满足刚度、强度与装配、加工等要求的条件下，轴的结构应该设计的越简单越好。轴的结构取决于：轴在机器中安装的位置以及形式;轴上安装零部件的类型、数量、尺寸以及联接方法;载荷的性质、方向、大小及分布情况;轴加工的工艺等。轴系是没有标准结构形式的，设计时一定要针对不同情况而进行具体的分析。但是，无论何种具体的条件，轴的结构都应该满足：轴及装在轴上的零部件要有精准的工作位置;轴上的零部件应该便于装拆与调整;轴应该具有良好的制造工艺性能等。

　　（一）拟定轴上零部件的装配方案

　　所谓的装配方案，就是指预定出轴上的主要零部件的装配方向、顺序以及相互关系。进行轴的结构设计的前提条件便是拟定轴上零部件的装配方案，它确定了轴的基本形式。在拟定装配方案时，原则上应设计几个方案，然后进行分析比较后再进行选择。

　　（二）轴上零件的定位

　　一般为了防止轴上零部件受力时发生沿轴向或者周向的相对运动，轴上零部件除了要有空转或游动的要求外，都需要进行轴向以及周向定位，用以保证工作位置的准确性。

　　1.零件在轴上的轴向定位

　　轴上零部件的轴向定位一般是以套筒、轴肩、圆螺母、轴端挡圈以及轴承端盖等来确保的。零部件在轴上的轴向定位方法，主要是取决于它所到的受轴向力大小。此外，还应该考虑轴的制造以及轴上零件拆装的难易程度以及对轴强度的影响与工作可靠性等因素。

　　2.零件的周向定位

　　周向定位目的是为了防止轴上零部件与轴发生相对转动。一般常用的周向定位零部件有键、销、花键、紧定螺钉及过盈配合等，而紧定螺钉用在传力不大处。

　　（三）各轴段直径与长度的确定

　　在零部件的定位与装拆方案确定以后，轴的形状也大致确定了。各轴段所需要的直径与轴上载荷大小有关，可以按轴所受的扭矩来初步计算出轴所需要的直径。将初步计算出的直径，用来作为承受扭矩的轴段的最小直径编，然后再按轴上零部件的装配方案及定位要求，逐一来确定各段轴的直径。应有配合一定要求的轴段，应该尽量采用标准的直径;为了拆装方便，并且减少配合表面擦伤，在配合轴段前应该采用较小直径;为了确保与轴作过盈配合的零部件易于装配，一般相配轴段的压入端应该制出锥度;或者在同一轴段的两个部位采用不一样的尺寸公差;确定各轴段长度时主要是根据轴上配合零部件的毅孔位置、长度、轴承端盖的厚度、轴承宽度等因素确定;应尽量使结构紧凑，同时还要确保零件所需的装配以及调整空间。

　　（四）提高轴的强度的常用措施

　　轴上零部件的结构、工艺与安装布置等对轴的强度有非常大影响，为了提高轴的承载能力，机器的质量和减小轴的尺寸，降低制造成本，应该充分考虑：应合理去布置轴上零部件以减轻轴的载荷;通过改进轴上零部件的结构用以减轻轴的载荷;通过改进轴的结构用以减轻应力集中的影响;通过改进轴的表面质量用以增强轴的疲劳强度。

　　（五）轴系设计的具体案例分析

　　轴承的支点结构设计无疑是轴系支点结构设计中至关重要的环节，现以滚动轴承轴系支点结构的设计为例，具体设计时应该注意以下几个方面：

　　第一，支点结构的设计。这里应注意，需按照支点的结构来选择好轴承类型及轴承内圈、外圈的轴向固定方式，其主要方式有两种，一种是两端单向固定。在这种支点结构中可采用的轴承类型一般有角接触轴承、深沟球轴承，轴承的内、外圈的固定方式为对角固定。二是一端固定而另一端游动。在这种支点结构中可采用的轴承类型分为两种情况：固定端方面可以采用一对角接触轴承、深沟球轴承，其内、外圈应该分别双向固定，外圈可以分别用套杯凸肩及轴承端盖双向固定、内圈可用轴上零件、轴肩（或套筒）及圆螺母双向固定，这一端便可以保证轴承组合的双向定位;游动端方面可以采用向心圆柱滚子轴承、深沟球轴承，应该注意到：由于游动端不可能承受轴向力，当采用了不同类型的轴承时，其固定及定位的方式是不一样的。

　　第二，支点结构的调整。首先是轴向的间隙调整，在两端单向的固定轴系结构中，两端应该留有一定量的轴向间隙，可以用调整的方式来实现。对于可调间隙的向心推力轴承，可以调整轴承内圈、外圈的相对位置来取得需要的轴承间隙。对于不可以调整间隙的轴承（例如向心球的轴承），可以在装配的时候通过调整，使的固定端盖和轴承外圈端面间留有一定量的间隙，用以容许轴系的热伸长。用于固定轴承端盖一般分为嵌入式与外装式（法兰式）两种。其次是轴系位置的调整，有些轴系的轴向位置需调整，例如，锥齿轮传动一般要求两锥齿轮的顶点重合，从而需要大小锥齿轮无法来调整其轴向位置。锥齿轮普遍是悬臂安装，故而常将整个轴系安装在一个套杯内从而形成一个独立的组件。为了调整其中的轴向位置，应该在轴承的端盖处以及套杯的凸缘处分别加上垫片，通过增加、减少垫片用来调整轴承的间隙以及轴系轴向的位置，进而使这两个锥齿轮得到准确无误的啮合位置。同样的，蜗杆传动中，蜗轮主平面一定要通过蜗杆轴线才能够保证传动的正确啮合，在设计中应该使蜗轮轴系相应的轴向位置可以调整，为此，应该在箱体间与轴承端盖加装垫片，垫片的厚度用来调整蜗轮轴向的位置，从而确保传动正确无误的啮合。最后是轴承的预紧。对于一些可调游隙的轴承通常为成对并列安装（反装或正装）的向心角接触轴承，为提高轴系运转的精度及轴承刚度需要的预紧。轴承预紧可以采用金属隔离环，或者通过在轴承的内圈、外圈之间加入不同厚度的调整环的办法加以实现。

　　第三，滚动轴承润滑及密封。当齿轮采用了油润滑，而滚动轴承采用了脂润滑，应在齿轮及轴承之时间安装挡油环，用以防止齿轮油冲入轴承进而将润滑脂冲掉，或者使其变质失效。这可以通过在轴外伸端的端盖轴孔内装置密封件来实现，其中端盖通孔的直径一般较轴径大 1mm左右。因轴系结构设计的可靠性对于整个设备的运行以及可靠性起着非常重要的作用，轴系结构设计重点便是结构设计，下一步应该加上强度的设计，为了保证其能有足够的工作能力，在必要时还要进行振动稳定性计算、刚度计算等。

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