第十八章 轴系部件的结构设计
轴系部件结构分析
轴系部件结构分析知识要点一、轴结构应满足的要求(1)要装在轴上的零件，要能牢固而可靠地相对固定(轴向或周向固定)(2)便于加工和减少应力集中(3)轴上零件要便于装拆二、分析结构的几个方面其结构是否合理，主要考虑：(1)轴上零件的轴向、周向固定；(2)轴上零件的装拆；(3)轴的加工工艺性和减少应力集中等。
(4)轴承和轴的外伸端；三、分析结构的大致步骤：(1)从整体上看懂图中轴系结构的组成，了解传动件、轴承、端盖、箱体等件的分布情况；(2)按图从左到右(或从右到左)据轴结构的三个要求详细分析轴的各部分结构。
四、轴系结构常见错误(1)与轴支撑的转动件相关的问题：①轴上零件无双向轴向定位、固定。
②轴上零件无周向固定。
(2)与轴承相关的问题：①轴承要有双向轴向固定，并要能调整轴承游隙。
②定位轴承内圈的定位件（如轴肩轴环、轴套等）高度超过轴承内圈高度，不利于轴承装拆。
(3)与定位件相关的问题：①用轴套定位时，装零件的轴段长度超过零件轮毂长。
②用轴端挡圈定位时，装零件的轴段长度超过零件轮毂长；少防松装置；③用圆螺母定位时，螺纹大径超过零件的孔径；少退刀槽，少防松装置；④键过长。
有多处键联接时，键槽没有安排在同一直线上。
(4)与轴外伸端相关的问题：①端盖与轴间无间隙，引起动、静件相碰。
②外伸端无密封。
(5)与工艺有关的问题：①箱体、端盖、轴精加工面过大。
②轴直径不按中间大，两端小的结构安排，零件无法装拆；③轴承用脂润滑时无挡油环；④用6、7号轴承时，安装方向没相对应。
练习1.下图为一输出轴的结构草图，要求轴上斜齿轮与轴向采用H7/r6配合，齿轮内孔径为￠65，宽度为80mm, 选用轴承内孔口圆角r1.5，内孔径为∮69mm，试回答下列问题；(1)轴段L1的直径为_______mm ，长度为________ mm (75，78，80)。
(2)为保证该轴能传递大载荷，承受冲击，齿轮和轴间应采用_________和______作周向固定。
轴系结构课件
按所受载荷特点分三种： 心 轴： 只承受弯矩; 如：惰轮轴 传动轴：只承受转矩; 较少，如万向轴 转 轴：同时承受弯矩和转矩;大部分轴
按轴的结构形状分： 直轴，曲轴，光轴，阶梯轴，挠性轴 培养能力：2D转3D能力，善于使用剖视图发现问题和解决问题
曲轴实际上是曲柄滑块机构，把曲柄和轴做为一体，当活塞做 上下运动，曲轴做旋转运动，多个曲柄表示多缸发动机。搭配 滑动轴承使用
只能轴向定位：套筒、轴承 、轴肩、卡簧（易变性，能承受 的轴向力较小）、轴端挡圈
只能径向定位：键、花键 两个方向都可以定位： 紧定螺丝（使用方便，90度分布两个受力不大，400w以下电 机速比4以下，可替代键槽） 固定环 涨紧套
一般皮带轮，齿轮、链轮都 开的有键槽，和轴上的键槽 配合。
也有自带涨紧套的，拆卸方 便，调节方便。
柔性：
利用联轴器中的弹性元件的变形，来补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减 振的能力。 非标中最常用的联轴器： 伺服或步进电机：双膜片、单膜片、沟槽式 三相交流电机、单相调速电机：十字形、爪型也可以使用膜片式和沟槽式，
键：平键、花键、半圆键、楔键、切向键
非标设计一般轴直径为12、15（轻载）16、 20 （中载） 22、25（重 载）
键槽长度一般为宽度的3倍到9倍之间，如果用来导向的话可以适当选 择长一点的。
一般轴的直径选择好的话，键尺寸也就固定了，不需要校核。
联轴器
联轴器：p785 用来把主动轴和从动轴联接在一起， 以传递运动与转矩，机器停止运转 后才能接合或分离的一种装置。
2D到3D的转化，轴系结构机械手册中一般都是2D剖视图，要有2D到3D转 化的能力
碳素钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过热处理改善 其综合性能，加工工艺性好，故应用最广；一般用途的轴，多用含碳量 为0.25～0.5%的优质碳素钢，尤其是45号钢。
轴系结构
实验四轴系结构创意组合一、概述任何回转机械都具有轴系结构，因而轴系结构设计是机器设计中最丰富、最需具有创新意识的内容之一，轴系性能的优劣直接决定了机器的性能与使用寿命。
由于轴承的类型很多，轴上零件的定位与固定方式多样，具体轴系的种类很多。
概括起来主要有：(1)两端单向固定结构；(2)一端双向固定、一端游动结构；(3)两端游动结构(一般用于人字齿轮传动中的一根轴系结构设计)。
如何根据轴的回转转速、轴上零件的受力情况，决定轴承的类型；再根据机器的工作环境决定轴系的总体结构；轴上零件的轴向定位与固定、周向的固定来设计机器的轴系，是机器设计的重要环节。
为了设计出适合于机器的轴系，有必要熟悉常见的轴系结构，在此基础上才能设计出正确的轴系结构，为机器的正确设计提供核心的技术支持。
二、实验目的1．熟悉和掌握轴的结构与其设计，弄懂轴及轴上零件的结构形状及功能、工艺要求和装配关系。
2．熟悉并掌握轴及轴上零件的定位与固定方法。
3．熟悉和掌握轴系结构设计的要求与常用轴系结构。
4．了解轴承的类型、布置、安装及调整方法，以及润滑和密封方式。
三、实验设备和工具1．模块化轴段，用其可组装成不同结构形状的阶梯轴。
2．轴上零件：齿轮、蜗杆、带轮、联轴器、轴承、轴承座、端盖、套杯、套筒、圆螺母、轴端挡圈、止动垫圈、轴用弹性挡圈、孔用弹性挡圈、螺钉、螺母等。
3．工具：扳手、游标卡尺、内外卡钳、300mm钢板尺、铅笔、三角板等。
四、实验内容与要求1．从轴系结构设计实验方案表中选择设计实验方案号。
2．进行轴的结构设计与滚动轴承组合设计。
每组学生根据实验方案规定的设计条件和要求，确定需要哪些轴上零件，进行轴系结构设计。
解决轴承类型选择，轴上零件的固定、装拆、轴承游隙的调整、轴承的润滑、密封、轴的结构工艺性等问题。
3．绘出轴系结构设计装配草图，并应使设计结构满足轴承组合设计的基本要求，即采用何种轴系基本结构。
4．考虑滚动轴承与轴、滚动轴承与轴承座的配合选择问题。
轴系部件结构设计
轴系部件结构设计本文介绍了轴系部件结构设计的重要性，以及本文的目的和结构安排。
轴系部件结构设计是机械工程领域中重要的设计任务之一。
轴系部件是指连接和传递动力的轴、轴承、联轴器等部件。
它们的结构设计直接影响到机械设备的性能、寿命和可靠性。
良好的轴系部件结构设计能够保证机械设备的正常运转。
首先，合理设计的轴可以实现传递动力和承载负荷的功能；其次，优化设计的轴承能够减少能量损失和机械设备的故障率；还有，恰当选择的联轴器可以实现动力传递的可靠性和高效性。
本文的目的在于深入探讨轴系部件结构设计的关键要素和原则，并提供相关的设计指导。
首先，我们将介绍轴系部件结构设计的基本原则和考虑因素；然后，我们将详细讨论轴的设计要点和注意事项；接着，我们将重点介绍轴承的选择和安装方法；最后，我们将讨论联轴器的选型和安装步骤。
通过阅读本文，读者将了解到轴系部件结构设计的重要性，并可以获得实用的设计指导，以提升机械设备的性能和可靠性。
参考文献请注意，本文引言部分未引用任何内容，其信息为创造性生成）本部分将介绍轴系部件的不同分类和各自的功能。
轴系部件包括轴承、齿轮、连接件等，它们在机械系统中起着重要的作用。
1.轴承轴承是轴系部件中的重要组成部分，它用于支撑轴的旋转运动并减少摩擦。
根据结构和用途的不同，轴承可以分为滚动轴承和滑动轴承。
滚动轴承采用滚动体（如球、柱体、圆锥体）和轴承座的结构，适用于高速转动、小摩擦、高精度要求的场景。
滑动轴承则采用润滑剂在轴和轴承之间形成薄膜，减少摩擦力，适用于低速大负荷的场景。
2.齿轮齿轮是一种通过齿的啮合传递力和运动的机构，常用于机械传动系统中。
齿轮根据齿的形状和用途可以分为直齿轮、斜齿轮、蜗杆齿轮等。
直齿轮是最常见的齿轮形式，它的齿面与轴线平行，适用于传递旋转运动和转矩的工况。
斜齿轮的齿面与轴线倾斜，可以传递更大的力和转矩。
蜗杆齿轮用于角度传动，具有较高的传动比和安全性。
3.连接件连接件用于连接轴系部件和其他机械部件，保证它们协同工作。
轴的结构设计课件
球墨铸铁容易获得复杂的形状，而且吸振性好，对应 力集中敏感性低，适用于制造外形复杂的轴，如曲轴和凸 轮轴等。
轴的结构设计
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五、轴的设计
类比法
根据轴的工作条件，选择与其相似的轴进行类比及结 构设计，画出轴的零件图。
设计计算法
开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的位置及支点情 况，无法确定轴的受力情况，只有待轴的结构设计基本完 成后，才能对轴进行受力分析及强度计算。因此，一般在 进行轴的结构设计前先按纯扭转受力情况对轴的直径进行 估算。然后进行轴的结构设计后，再按弯扭合成的理论进 行轴危险截面的强度校核。
强度不够，则必须重新修改轴的结构。 （5）绘制轴的零件工作图
轴的结构设计
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六、轴毂联接
轴毂联接主要是用来实现轴和轮毂之间的周向固定并 用来传递运动和扭矩，有些可承受少量轴向力。
轴毂连接
键连接 花键连接
松键连接 紧键连接
过盈配合连接
销连接
平键连接 半圆键连接
楔键连接 切向键连接
轴的结构设计
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（一）键联接
1.轴上零件的轴向定位与固定 常用的轴向固定方法有：轴肩（轴环）、圆螺母（止
动片）、套筒、弹性挡圈、紧定螺钉、轴端挡圈定位等。
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轴肩（轴环）
特点：结构简单，定位可靠 ，可承受较大的轴向力 应用：齿轮、带轮、联轴器、 轴承等的轴向定位
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圆螺母
特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力 由于切制螺纹使轴的疲劳强度下降
轴的结构设计
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2.轴上零件的周向固定
为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动， 轴和轴上零件必须可靠地沿周向固定（连接）。常用的周 向固定方法有：销、键、花键、过盈配合和成形联接等， 其中以键和花键联接应用最广。
轴的结构设计
轴的结构设计
轴的结构设计是指在机械设备中使用的轴的形状、尺寸、材料、加工工艺等方面的设计。
轴是一种常见的机械零件，用于传递旋转运动和承受力矩。
在轴的结构设计中，需要考虑以下几个方面：
1. 轴的形状和尺寸：根据传递的力矩和转速要求，确定轴的直径、长度、几何形状等。
轴的形状可以是圆柱形、圆锥形、轮廓复杂的曲线形等。
2. 轴的材料：选择合适的材料，以满足轴的强度、刚度和耐磨性等要求。
常用的轴材料有结构钢、合金钢、不锈钢等。
3. 轴的加工工艺：确定轴的加工工艺，包括车削、磨削、冷挤压等。
根据轴的尺寸和形状，选择合适的加工方法，以保证轴的精度和表面质量。
4. 轴的键槽和轴承座设计：考虑轴与其他部件的连接方式和承载情况，设计合适的键槽形状和尺寸，以及轴承座的布局和结构。
5. 轴的表面处理：根据使用环境和要求，对轴进行表面处理，如镀铬、钝化、渗碳等，以提高轴的耐磨性和防腐蚀性。
总之，轴的结构设计需要兼顾轴的强度、刚度、耐磨性、轴与
其他部件的连接方式等方面的要求，以保证轴在工作过程中的可靠性和寿命。
机械设计课程设计轴系部件设计说明书
机械 设计 大作 业课程名称： 设计题目： 机械设计 轴系部件设计机械设计大作业 轴系部件设计说明书题目：行车驱动装置的传动方案如下图所示。
室内工作、工作平稳、机器成批生产，其他数据见下表。
电动机工作 功率 2.2 电动机满载转速 工作机得转速 第一级传动比 轴承座中心 高 H/mm 200方 案 5.4.1最短工作年限 10 年 1 班940603.2一选择轴的材料因为传递功率不大，轴所承受的扭矩不大，故选择 45 号钢，调质处理。
二初算轴径对于转轴，按扭转强度初算直径式中P——轴传递的功率； C——由许用扭转剪应力确定的系数； n——轴的转速，r/min。
由参考文献[1] 表 10.2 查得 输出轴所传递的功率：，考虑轴端弯矩比转矩小，故取带 轴承 齿轮。
输出轴的转速：代入数据，得考虑键的影响，将轴径扩大 5%，。
三结构设计为了方便轴承部件的装拆， 减速器的机体采用剖分式结构。
取机体的铸造壁厚 δ=8mm，1. 轴承部件机体结构形式及主要尺寸机体上的轴承旁连接螺栓直径 ， 所需要的扳手空间，轴承座内壁至坐孔外端面距离 ， ，为保证装拆螺栓 取 L=48 mm。
2．轴的结构设计本设计方案是有 8 个轴段的阶梯轴，轴的径向尺寸（直径）确定，以外伸轴径 、 为 基础，考虑轴上零件的受力情况、轴上零件的装拆与定位固定、与标准件孔的配合、轴的 表面结构及加工精度等要求，逐一确定其余各轴段的直径；而轴的轴向尺寸（长度）确定， 则考虑轴上零件的位置、配合长度、支承结构情况、动静件间的距离要求等因素，通常从 与传动件的轴段开始，向两边展开。
（1） 联轴器及轴段①和轴段⑧ 本设计中，轴段①和轴段⑧为轴的最小尺寸 。
因此，轴段①和轴段⑧与联轴器 的设计同时进行。
为了补偿联轴器所连接的两轴的安装误差，隔离振动，选用弹性柱销联轴器。
由参考文献[1] 表 13.1 查得 ，则计算转矩带 轴承 齿轮由参考文献[2] 表 13.1 可以查得 GB/T 5014-2003 中的 LX3 型弹性柱销联轴器符合要求。
轴系结构设计
轴系结构设计轴系结构设计是一种机械设计的重要内容，也是机械装配的基础。
轴系结构是由轴承、联轴器及其他元件组成的动态结构，主要是将机械设备的运动传递到其他部件，并对机械设备的运动进行合理的传动。
在轴系结构中，轴承主要用于支撑轴的转动，联轴器用于将动力传递到轴上，而其他元件则具有固定和定位的作用。
轴系结构设计应考虑轴承、联轴器及其他元件之间的相互关系，以便满足机械设备的运行要求。
在设计时，应该考虑轴承、联轴器及其他元件的尺寸、数量、材料等因素，以确保轴系结构能够正常运行，并且能够满足机械设备的负载、振动、噪声等要求。
轴系结构的设计需要考虑机械设备的运动特性、转速及负载特性。
在设计过程中，应根据机械设备的运动特性，确定轴承、联轴器及其他元件的尺寸、数量、材料等参数。
例如，在高转速情况下，应使用更小尺寸的轴承，以减少摩擦力；在高负载情况下，应使用更大尺寸的轴承，以获得更高的承载能力。
轴系结构的设计还应考虑其结构设计的安全性。
这也是轴系结构设计的重要考量因素，包括检查轴承、联轴器及其他元件的材料是否合格，以及轴系结构的布置是否合理，以避免发生破坏性故障。
此外，轴系结构设计还应考虑机械设备的振动及噪声特性，以及其他质量要求。
通常情况下，在轴系结构设计过程中，应采取适当的措施，如选用合适的轴承、联轴器及其他元件，以降低机械设备的振动及噪声，提高其质量。
轴系结构设计是机械设备的重要内容，也是机械装配的基础。
轴系结构的设计应考虑轴承、联轴器及其他元件的尺寸、数量、材料等参数，以满足机械设备的运行要求；同时也应考虑轴系结构的安全性、振动及噪声特性及其他质量要求。
轴系结构设计是一项技术性工作，需要仔细研究，以确保机械设备的正常运行。
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第十八章
轴系部件的结构设计
本章主要内容
第一节概述
第二节滚动轴承支承的结构设计第三节轴承部件的润滑与密封
本章基本要求
1、掌握滚动轴承与轴的位置尺寸及固定方式
2、掌握滚动轴承与机架的固定方式的确定
3、掌握轴承部件的润滑与密封形式
4、掌握轴承部件的定位与调整方法
本章重点难点
轴及滚动轴承轴系结构设计(结构图）
第一节概述轴承轴
轴系零部件
组成：
支承传动零件的旋转
传递运动和动力
作用:
一般原则
（明确、简单、安全）
功能要求
加工工艺性要求轴系部件结构
设计应满足
装配要求
标准化要求第一节概述
轴系部件结构设计的要求经济性要求
第一节概述轴系部件结构设计的主要内容
确定支承零件与轴的位置尺寸及固定方式确定支承零件与机架的固定方式
确定支承部件的润滑与密封形式确定定位与调整方法
一、滚动轴承在支承（轴系）结构中的配置
要求轴、轴承及轴上零件位置正确；防止轴向窜动；热膨胀后不卡死。
适用于工作温度变化不大，轴的支承跨距较小的情况。
两端轴承各限制一个方向的轴向移动，从而实现轴的轴向固定。
（一）两端单向固定
图18－1
两端单向固定配置支承方案之一图18－2 两端单向固定配置支承方案之二
一、滚动轴承在支承（轴系）结构中的配置
（二）一端双向固定，另一端游动
适用于跨距较大、工作温度高、
轴的热伸长较大的情况。
图18－4一端双向固定，另一端游动支
承方案之一
图18－3 一端双向固定，另一端游动支承方案之一
一、滚动轴承在支承（轴系）结构中的配置
（二）一端双向固定，另一端游动
（三）两端游动
人字齿轮中的一根应采用两端游动支承结构。
当轴的载荷较大时，双向固定的一端可采用深沟球轴承和推力球轴承的组合结构。
也可采用角接触球轴承和
圆锥滚子轴承的组合结构。
图18－6 一端双向固定，另一端游动支
承方案之四
图18－5 一端双向固定，另一端游动
支承方案之三
内圈轴向固定的常用方法：
1）采用轴肩；2）采用轴用弹性挡圈；3）采用圆螺母和止动垫圈；
4）采用轴端挡圈；5）采用紧定衬套、止动垫圈和圆螺母。
适用于光轴上轴向力和转速都不大的情况。
图18 －7 滚动轴承的内圈轴向固定方法
a）轴用弹性挡圈b）圆螺母和止动垫圈c）轴端挡圈d）紧定衬套、止动垫圈和圆螺母
外圈轴向固定的常用方法：
1）采用孔用弹性挡圈，适用于轴向力且轴承装置尺寸不宜过大的情况；2）采用轴向弹性挡圈，适用于带有止动槽的深沟球轴承和外壳不便设凸阶的剖分式结构的情况；
3）采用轴承盖，适用于转速较高和轴向力较大的情况；
4）采用螺纹环，适用于不便采用轴承盖，且转速高和轴向力大的情况。
a）孔用弹性挡圈b）轴向弹性挡圈c）轴承盖d）螺纹环
图18－8 滚动轴承的外圈轴向固定方法
三、轴承游隙及轴上零件位置的调整
轴承间隙的调整：
1）靠增减轴承盖下的调整垫片来调整（图18－5）
2）利用轴承盖上的调整螺钉和外圈压盖来调整（图18－9
）
图18－5 一端双向固定，另一端游动支承
方案之三图18－9 采用调整螺钉和外圈压盖来
实现轴承间隙的调整
三、轴承游隙及轴上零件位置的调整（续）
轴承间隙的调整：
3）齿轮轴靠圆螺母来调整，但会削弱轴的强度(图18－10a)。
图18－10a 两种小锥齿轮支承结构
第二节滚动轴承支承的结构设计
三、轴承游隙及轴上零件位置的调整
轴上零件位置的调整
靠增减套杯端面与外壳之间垫片的数量，来调整锥齿轮或蜗杆的轴向位置。
图18－10b 两种小锥齿轮支承结构
四、提高轴系支承的刚度
轴安装轴承的外壳或轴承座
轴承装置的其他受力零件
必须保证足够的刚度
轴上零件的位置合理布置轴承，有利于提高轴系支承的刚度。
预紧的方式可以增强轴承的轴向刚度，并提高其旋转精度。
常用的预紧方法如图18－11
所示（见下页）
四、提高轴系支承的刚度（续）
图18 －11 滚动轴承常用的预紧方法
五、滚动轴承的配合与装配
滚动轴承的配合
内圈与轴—基孔制；
基准制
外圈与孔—基轴制。
滚动轴承配合和它的基准面偏差
见表18－12
图18 －12 滚动轴承配合和它的基准面偏差
五、滚动轴承的配合与装配
滚动轴承的装配
图18 －13 小型轴承的安装
图18 －14 采用液力加压装置安装轴承图18 －15 轴承的拆卸工具
第三节
轴承部件的润滑与密封一、滑动轴承的润滑4)(22ρ
πB d D Q -=3
m k p v =根据k 值选择润滑方式
油量的计算：边界润滑条件下，轴承间隙中保持的油量为
循环供油方式润滑的滑动轴承，高速条件下的供油量为
DB
q )15.0~06.0(=DB q )006.0~003.0(=低速条件下的供油量为
二、滚动轴承的润滑
由dn值选择润滑方式
选择润滑剂种类：
润滑脂－转速、温度不高的情况下采用
润滑油－高速、高温条件下采用
油润滑的润滑方式: 滴油润滑
浸油润滑
压力喷油润滑油雾润滑
三、导轨的润滑
四、支承部件的密封设计
密封导轨常用的润滑方式及其特点，见表18－1
（一）毡圈密封
图18 －16 毡圈密封
四、支承部件的密封设计（续）（二）密封圈密封图18 －17 密封圈1 －轴 2 －壳体 3 －密封圈
图18 －18 O 型密封圈的“胶料挤出”现
象的发生及防止
a ）“胶料挤出”现象的产生
b ）加装挡环防止“胶料挤出”现象的产生图18 －19 密封圈转动扭曲损坏及防止
a ）密封圈的转动扭曲
b ）采用矩形密封圈
c ）采用X
形密封圈
四、支承部件的密封设计（三）唇形密封
图18 －21 J 形骨架型唇形密封
图18 －20 O形密封圈密封位置改变a）径向位置密封b
）端面位置密封
第三节轴承部件的润滑与密封
四、支承部件的密封设计
（三）唇形密封（续）
图18 －22 不同类型流体介质的密封结构图18 －23 聚四氟乙烯（PTFE）材料制
成的皮碗密封
第三节
轴承部件的润滑与密封四、支承部件的密封设计（续）
（四）迷宫密封图18 －26
滚动轴承的组合密封
图18 －24 间隙密封
图18 －25
曲路密封。