齿轮与轴系零件结构设计
机械设计
轴一、典型例题例15-1图1为轴上零件的两种布置方案，功率由齿轮A输入，齿轮1输出扭矩T1，齿轮2输出扭矩T2，且T1＞T2。
试比较两种布置方案各段轴所受的扭矩是否相同?a b例15-1 图1答：各轴段所受转矩不同，如例15-1图2所示。
方案a：T max = T1，方案b：T max = T1+ T2。
a b例15-1 图2例15-2图3分析图a）所示传动装置中各轴所受的载荷（轴的自重不计），并说明各轴的类型。
若将卷筒结构改为图b）、c）所示，分析其卷筒轴的类型。
题15-2图3答：Ⅰ轴：只受转矩，为传动轴；Ⅱ轴：除受转矩外，因齿轮上有径向力、圆周力等，还受弯矩，是转轴；Ⅲ轴：不受转矩，只受弯矩，是转动心轴；Ⅳ轴：转矩由卷筒承受，轴不受转矩，只受弯矩，是转动心轴；卷筒结构改为图b，Ⅴ轴仍不受转矩，只受弯矩，轴不转动，是固定心轴；卷筒结构改为图c，Ⅵ轴除了受弯矩外，在齿轮和卷筒之间轴受转矩，是转轴；例15-3图4为轴系零件的结构装配图，请指出结构设计中的错误。
先在错误之处用一根第2：轴的左端伸出太长第3：轴承与轴之间不能用键，是靠两者的紧配合来传递扭矩第4：轴肩太高，轴承不能拆卸第5：齿轮与轴之间无键联接第6：轴段长度应该小于零件宽度，使齿轮的轴向定位可靠第7：轴承长距离打入、压出不合理，应使轴承外一段轴径减小第8：轴承端盖与轴之间无密封装置第9：带轮左侧无轴肩作轴向固定第10：带安装在带轮上的位置不对，使带的两侧没有全部与轮槽侧面接触例15-4 试分析例15-4图6所示轴系结构中的错误，并加以改进。
图中齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。
例15-4 图6存在问题分析：1．轴承的轴向固定、调整，轴向力传递方面错误1）轴系采用全固式结构，两轴承反装不能将轴向力传到机架，应该为正装。
2）全固式结构中，轴左端的弹性挡圈多余，应去掉。
3）端盖处没有调整垫片，不能调整轴承游隙。
2．转动零件与固定零件接触，不能正常工作方面错误1）轴右端的联轴器不能接触端盖，用端盖轴向定位更不行。
轴系组装实验报告
实验者： [姓名]同组者： [姓名]班级： [班级]日期： [日期]一、实验目的1. 熟悉轴系结构设计的基本原理和方法。
2. 掌握轴、轴承、齿轮等轴上零件的结构形状、功能及装配关系。
3. 理解轴系组装过程中的注意事项，提高实际操作能力。
4. 通过实验，验证轴系结构设计的合理性和可靠性。
二、实验原理轴系是机械设备中重要的传动部件，其主要由轴、轴承、齿轮等零件组成。
轴系组装实验旨在通过实际操作，使学生掌握轴系结构设计的基本原理和装配方法，提高学生的实际操作能力。
三、实验内容1. 轴的结构设计：轴是轴系中的主要零件，其结构设计主要包括轴的直径、长度、键槽、轴肩等。
轴的结构设计应满足以下要求：- 轴的直径应满足强度、刚度和耐磨性要求。
- 轴的长度应满足轴上零件的装配和拆卸要求。
- 轴肩的设计应保证轴上零件的定位和固定。
2. 轴承组合设计：轴承是轴系中的支撑零件，其组合设计主要包括轴承的类型、尺寸、安装方式、润滑和密封等。
轴承组合设计应满足以下要求：- 轴承类型的选择应满足轴系的工作条件。
- 轴承尺寸的选择应满足轴系的工作载荷和转速。
- 轴承的安装方式应保证轴承的可靠性和拆卸方便。
- 轴承的润滑和密封应保证轴承的长期稳定工作。
3. 轴系组装：轴系组装是将轴、轴承、齿轮等轴上零件按照设计要求进行装配的过程。
轴系组装应满足以下要求：- 轴系组装应符合设计图纸的要求。
- 轴系组装应保证轴上零件的定位和固定。
- 轴系组装应保证轴系的可靠性和稳定性。
四、实验步骤1. 轴的结构设计：根据轴系的工作条件，设计轴的直径、长度、键槽、轴肩等结构参数。
2. 轴承组合设计：根据轴系的工作条件，选择轴承的类型、尺寸、安装方式、润滑和密封等。
3. 轴系组装：- 将轴插入轴承座，调整轴承的位置，使其符合设计要求。
- 将齿轮等轴上零件安装在轴上，调整其位置和固定方式。
- 检查轴系组装的间隙和紧固情况，确保轴系组装的可靠性和稳定性。
4. 实验数据记录：记录轴的直径、长度、键槽、轴肩等结构参数，轴承的类型、尺寸、安装方式、润滑和密封等，以及轴系组装的间隙和紧固情况。
轴系零部件结构分析与应用 轴上零件的定位与固定
轴上零件的定位和固定
键
周 向 固 定
花键
弹性环
轴上零件的定位和固定
销
周 向 固 定
成形联接
过盈配合
小结
1Байду номын сангаас 轴肩（轴环）固定
套筒
2. 套筒固定
弹性挡圈
3. 圆螺母固定
4. 轴端挡圈固定
5. 轴用弹性挡圈固定
6. 紧定螺钉固定
①
②
7.轴承盖
I
③
④
8.锁紧挡圈
II
9.圆锥面固定
Q
不合理
合理
要求r轴<R孔或r轴<C孔 要求轴肩高度<滚动轴承内圈
高度
2）套筒
轴 向 固 定
注意：L轴<L毂-（2 ～ 3)mm
特点：定位可靠，装拆方便，可承受较大的轴向力 应用：常用于轴的中部距离较短、转速不高的场合
3）轴用圆螺母
双圆螺母
轴 向 固 定
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。 应用：常用于轴的中部和端部。
阶梯轴
轴上零件的定位和固定
定位：指零件在轴上安装到位 （位置准确）
固定：指工作时零件与轴之间相对 位置保持不变（位置不动）
轴向固定 周向固定
轴肩或轴环定位
阶梯轴
轴肩 轴环
轴肩或轴环定位
阶梯轴
定轴位肩轴肩 非定位轴肩
1）轴肩和轴环
轴 向 固 定
特点：能承受较大的轴向力 应用：常用于齿轮、链轮等轴向定位
4）轴端挡圈
注意：L轴<L毂-（2～3)mm
轴 向 固 定
应用：用于固定轴端零件， 可以承受振动和冲击。
轴装配图分析例
例1：试分析下图中齿轮、轴、轴承部件组合设计的错误结构，并改正之。
齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。
解:此轴承组合设计有以下四个方面的错误：一、转动件与静止件接触：1轴与端盖接触错误；2套筒与轴承外圈接触错误；二、轴上零件未定位、未固定：3套筒顶不住齿轮（过定位）；4联轴器轴上未定位要增加一轴肩。
5联轴器周向未定位，要增加一平键。
6卡圈多余三、工艺不合理：加工：7精加工面过长且装拆轴承不便；8联轴器孔未打通9箱体端面加工面与非加工面没有分开安装：10轴肩过高，无法拆卸轴承；11键过长，套简无法装入调整：12无垫片，无法调整轴承游隙四、润滑和密封问题：13齿轮用油润滑，轴承用脂润滑而无挡油盘；14缺密封件改正后的正确结构见如下“正确图解”。
上面联轴器上仍有一错误原因：联轴器左端未轴向定位；左轴端应短于联轴器左端面，便于有效定位。
例题2：轴系零件结构改错：不考虑圆角和铸造斜度，轴系中有11处错误，不计重复错误，指出10处错误者满分；例如：精加工面过长且装拆轴承不便。
图中标出的数字序号为错误所在。
按上述范例依次用文字指出结构不合理及错误的原因。
答：1.安装轮毂的第一段轴应制有定位轴肩； 2.键槽过长安装上的键与轴承端盖干涉；3.轴承端盖的加工面与非加工面没有区分开；4.在轴与轴承端盖孔之间缺少密封圈；5.在轴与轴承端盖孔之间应留有间隙；6.在轴承端盖与箱体轴承孔端面缺少调整垫片；7.在轴与齿轮孔间缺少周向定位的键联接；8.套筒顶不住齿轮（过定位），即齿轮右端面应与轴台阶处有间隙；9.套筒过高，轴承无法拆卸；10.轴承安装反了； 11.轴过长且与轴承端盖相碰。
蜗杆受力分析齿轮受力分析。
机械设计：轴系设计方案
7.参考文献------------------------------------------------------8
1.设计题目及要求
图示二级斜齿圆柱齿轮减速器，已知中间轴Ⅱ的输入功率P＝40kW，转速nⅠ＝100r/min，齿轮2的分度圆直径d２＝688mm，螺旋角β２＝12°50′，齿轮3的分度圆直径d３＝170mm，螺旋角β３＝10°29′。本设计报告要求完成：
3.4.3.校核薄弱截面---------------------------------------6
3.5.轴的安全系数校核计算-----------------------------------6
4.轴承的选型与校核---------------------------------------------7
传递到轴系部件上的转矩为：
计算齿轮2有关系数：
圆周力:
径向力:
轴向力:
计算齿轮3有关系数：
圆周力:
径向力:
轴向力:
3.4.2绘制轴受力图
我们可以根据上一步的齿轮受力结果绘制节点受力简图，后根据节点受力简图即可方便得到轴的分段弯矩公式，最后利用Excel表格的x-y坐标图工具由弯矩公式求得水平与垂直两方向的弯矩图，如下图4.2.1，4.2.2。
[2]机械设计手册/闻邦椿主编-机械工业出版社
[3]机械工程师设计手册-电子版/北京英科宇科技开发中心
本例中轴键主要用于在扭转方向固定齿轮与轴，考虑到减速器需要良好的对中性，并且应该能够适应变载荷受力情况，普通型平键可以满足设计需求。参阅GB/T 1096-2003标准，为保证键连接的强度，选用尺寸为28×16的键较为适宜，最终得到初步设计结果。
组合轴系结构设计实验
组合轴系结构设计实验（设计性实验）一、实验目的：1.了解轴和轴承部件结构。
2.掌握不同转速、载荷、的传动零件轴系结构的设计方法。
3.加深理解轴上零件的安装固定润滑密封的各种方法。
二、实验设备：组合式轴系结构设计实验箱本实验箱内共有传动零件、连接零件、密封件、润滑零件、轴承等8类40 种100多件零件。
具体见下表：三、实验步骤：1.根据实验指导书上提供的原始条件（如齿轮类型、载荷、转速、结构要求等）、自行选择合适的传动零件。
2.根据轴系结构设计的思路进行模拟设计及装配。
①确定传动零件的轴上固定方法、支撑方式、润滑方式。
②根据设计思路选择合适的零件组装成轴系结构。
50③将组装好的轴系结构交指导老师检查。
3.在装配好的基础上绘制出轴系部件装配图。
(至少完成五种组合轴系结构图)四、实验内容、原始条件：* 该实验为考核性实验，要求学生在规定的时间内自行完成实验内容要求，方法步骤自定。
五、实验结果分析讨论1.轴作成阶梯形状的目的主要是和。
2.轴外伸端轴承内圈的轴向定位方法有、外圈轴向定位方法有，他与轴采用配合。
3.轴承型号7204属于类型，轴承周向定位方法是，它采用作润滑剂，其密封方式是，轴承轴向间隙用调整。
4.齿轮与其配合的轴采用配合，周向用固定。
5.齿轮的轴向定位方法是，而周向的定位方法是，他的轮毂宽度B与配合的轴的长度L要满足条件，齿轮内孔倒角C1与配合轴肩处的圆角R1要满足的条件。
6.轴系部件在箱体上采用定位，用和固定，其位置调整用。
51。
轴系装配图
八、轴上零件装配过程
装轴承2并到位——顶至挡套
九、徒手绘图回顾 画直线
画圆
九、徒手绘图回顾
九、徒手绘图回顾 画椭圆
九、徒手绘图回顾 在坐标纸上徒手绘图
九、徒手绘图回顾 小圆四点
大圆八点
装配图规定画法： 两个零件的接触面获配合面画一条线
十、拓展
零件在轴上的固定方法
• 轴向固定：
二、普通平键
1、结构画法
二、普通平键
2、相关参数
L
b
d d-t
t 为轴上键槽深度， b、t、L可按轴径d从标准中查出。
二、普通平键
3、查表定参数
P506: 键、销，表 键（1）：
由Φ =40，查表得 b = 12 h=8 R= 6 t =5 t1 = 3.3
二、普通平键
键（2）：
由Φ =25，查表得 b=8 h=7 R=4 t=4 t1 = 3.3
三、滚动轴承
1、类型
代号 轴承类型
0 双列角接触轴承 1 调心球轴承 2 调心滚子轴承和推力调心滚子轴承 3 圆锥滚子轴承 4 双列深沟球轴承 5 推力球轴承 6 深沟球轴承 7 角接触轴承 8 推力圆柱滚子轴承 N 圆柱滚子轴承 U 外球面球轴承 QJ 四点接触球轴承
三、滚动轴承
2、代号解析
轴承代号 6206 6——类型代号（深沟球轴承）。 2——尺寸系列（02）代号。 06——内径代号（内径尺寸=内径代号×5）
– 轴肩、轴环、挡环、螺母、套筒
– 轴肩：定位面、内圆角r，
–
r<轴倒角C or 外圆角R
– 轴环：a=(0.07~0.1)d , b=1.4a
十、拓展
轴向固定：
十、拓展
第一节确定齿轮和箱体轴承座的位置
剖分式箱体，轴承座内端面为箱体内壁。 轴承座宽度B=δ+C1+C2+5~8mm，*图4-1。 δ见*表4-1，C1、C2见*表4-2。
油面 箱底内面
齿顶 >30~50
Δ1
B5~8 C2 C1δh （圆整）δΔ1
...
第二节轴承类型选择 及其在箱体座孔中位置的确定
一、确定轴承在箱体座孔中的轴向位置 1.脂润滑：*图5-3（a） 轴承内侧端面与箱体内壁的距离8~12mm。 2.油润滑：*图5-4（a） 轴承内侧端面与箱体内壁的距离0~3mm。
第一节确定齿轮及箱体轴承座的位置
一、确定齿轮的位置
1. 估算减速器轮廓尺寸：*表5-1。 2. 确定齿轮中心线位置：确定三个视图的位置、 标题栏、明细表的位置、技术要求、技术特性 的标注位置后，画出各视图中齿轮的中心线位 置。 *图5-1。
表5-1视图大小估算表
3.画出齿轮的轮廓线：先在俯视图上画出各齿轮的 分度圆、齿顶圆和齿轮的宽度。再在主视图上画出 分度圆和齿顶圆。
注意：
1.先主后次：先画主要零件，齿轮、带轮、轴、轴 承等。
2.先内后外：先画内部传动件，后画箱体、附件等。
3.先粗后精：先画中心线、轮廓线、后画圆角、倒 角、螺纹等精细结构。剖面线最后画。
二、轴承型号的选择 1.直齿圆柱齿轮减速器：一般用60000型。
2.斜齿圆柱齿轮减速器：一般用70000型或 30000型。
3.两支点宜选同一型号的轴承，尺寸系列初 选02，再根据计算结果作必要的调整。
今天开始画图：
1.确定视图位置； 2.在俯视图上画出两轴中心线和齿轮；
3.在主视图上画出两轮中心线，画出两分 度圆，箱盖内、外壁，箱座内、外壁； 4.在俯视图上画出轴系。 …………………
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机械设计大作业题目齿轮及轴系零件设计
机械工程及自动化学院
机械设计制造及其自动化专业 08 年级 1 班设计者志强
指导教师亮
完成日期 2010年11月24日
一．目的
1、掌握齿轮及轴系零件结构设计的方法
2、培养独立设计能力
3、学会查阅有关手册及设计资料
二．题目及方案
1、题目：齿轮及轴系零件设计
2、设计方案：
项目
输出轴转
速（r/min）输出轴功
率（kW）
大齿轮齿
数Z2
大齿轮模
数m n
大齿轮螺
旋角β
（左旋）
大齿轮宽
度B
小齿轮齿
数Z1
设计方案155 4.5 107 3 9°22 80 23 三．结构简图：
（五）初步设计轴的结构
1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，I-II 轴段右端需制出一轴肩，由密封圈处轴径标准值系列：25,28,30,32,35,38,40,42,45,48,50,55,60⋅⋅⋅⋅⋅⋅可得： 取 d 45mm II III -=
2）II-III 轴段右端的轴肩为非定位轴肩，由轴承标准系列综合考虑，
取50mm III IV d -=
由于两个轴承成对，故尺寸相同， 所以d 50III IV VII VIII d mm --== 因为轴承宽度B=20mm, 所以，VII-VIII L =20mm
3）半联轴器与轴配合的毂孔长度1L 112mm =，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故I-II L 长度应比1L 略短一些，
取I-II L 110mm =
4）由齿轮孔轴径及III-IV 轴段右端轴肩考虑，该轴肩为非定位轴肩，
各轴段长度和半径：
d 45mm II III -=
50mm
III IV d
-=
d 50III IV VII VIII d mm
--==
VII-VIII L =20mm
I-II L 110mm =
IV-V =52d mm
60mm V VI d -=
3）求弯矩M
①求水平支反力和弯矩H M t 3H123F 1704.4350.7
F =
852.21550.750.7
L N L L ⋅⨯==++
所以H2F =852.215N
H1H2H12M M =F L =852.21550.7=43207.3N mm =⋅⨯⋅ ②求垂直面支反力和弯矩V M 32V123F 2628.7450.7281.15325.342
F =
136.6650.750.7
r a L F d N L L ⋅-⋅⨯-⨯==-++
V2r 1F =F 628.74(136.66)765.4N V F -=--=
H1F =852.215N
H2F =852.215N
H1H2M M =43207.3N mm
=⋅
V1F 136.66N =-
V2F 765.4N =
V1M =-6928.662N mm
⋅
V2M =38805.78N mm
⋅
1M =43759.3N mm ⋅。