轴的结构设计及计算.ppt

3.2课题二：轴3.2.5轴的设计3.2.5.1轴的结构设计轴径向尺寸的确定
为了便于轴上零件的装拆，常将轴做成阶梯形，它的直径从轴端逐渐向中间增大。齿轮、套筒、左端滚动轴承、轴承端盖和联轴器可按顺序从左端装拆，右端轴承从右端装拆。因而，为了便于装拆齿轮，轴段④的直径应比轴段③略大一些；为了便于左端滚动轴承的装拆，轴段③的直径应比轴段②略大一些。其中轴段①，②，③，⑦的径向尺寸必须符合轴承、联轴器和密封圈内径的标准系列和技术要求（相应标准查《机械设计手册》）。轴径向尺寸的确定
齿轮用轴环⑤和套筒作轴向固定，用平键作圆周方向的固定。为使套筒能顶住齿轮，应使轴段④的长度l4小于齿轮轮毂宽度b。装在轴段③上的滚动轴承，用套筒和轴承盖固定其轴向位置。装在轴段⑦上的滚动轴承用轴肩和轴承盖固定其轴向位置。轴承内圈在圆周方向上的固定是靠内圈与轴之间的配合实现的。轴的结构设计的要求
轴应便于加工，具有良好的工艺性；
轴上零件位置合理并易于拆装和调整；
轴上零件的轴向、周向定位准确，固定可靠；
尽量减少应力集中，有利于提高轴的强度和刚度。(1)便于轴上零件的装
轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力情况和加工工艺等。为了便于轴上零件的装拆，将轴制成阶梯轴，中间直径最大，向两端逐渐直径减小。近似为等强度轴。(2)保证轴上零件的准确定位和可靠固定
①轴向定位的固定
(a)轴肩或轴环
为保证轴上零件紧靠定位面，轴肩和轴环的的圆角半径R必须小于相配零件的倒角C1或圆角R1。轴肩高度h必须大于R1，一般h=(0.07d+3)~(0.1d+5)mm或h≈(2~3)C1。轴环的宽度b=1.4h。安装滚动轴承处轴肩的圆角半径和高度查阅轴承安装标准来确定。非定位轴肩可取h≈1.5~2mm。3.2.5.1轴的结构设计(2)保证轴上零件的准确定位和可靠固定
①轴向定位的固定
(b)套筒和圆螺母
当轴上零件距离较近时采用套筒作相对固定。套筒定位可简化轴的结构，减少轴径的变化，减少轴的应力集中。
当套筒太长时，可采用圆螺母作轴向固定。此时须在轴上加工螺纹，将会引起较大的应力集中，轴段横截面面积减小，影响轴的疲劳寿命。圆螺母定位(2)保证轴上零件的准确定位和可靠固定
①轴向定位的固定
(c)弹性挡圈和紧定螺钉
这两种固定方法结构简单，只能承受较小的轴向力，或用于仅仅为了防止零件偶然轴向移动的场合。弹性挡圈固定(2)保证轴上零件的准确定位和可靠固定
①轴向定位的固定
(d)轴端挡圈、圆锥面
轴端挡圈与轴肩、圆锥面联合使用，常用于轴端起到双向固定，锥面配合能保证较高的同轴度。装拆方便，多用于轴上零件与轴段同轴度要求较高或轴承受剧烈振动和冲击的场合。
用套筒、螺母和轴端挡圈作轴向固定时，轴上零件的轴段长度应比零件的轮毂长度短2～3mm，以保证压紧零件，防止串动。轴端压板轴上零件的轴向定位和固定方法3.2.5.1轴的结构设计3.2.5.1轴的结构设计(2)保证轴上零件的准确定位和可靠固定（3）轴的加工和装配工艺性好
轴的形状要力求简单，阶梯数应尽可能少。
轴颈、轴头的直径应取标准值。直径的大小由与之相配合的零件的内孔
决定。
为了便于轴上零件的装配，轴端应加工出45°倒角，与零件过盈配合时，
轴的装入端常需加工出导向圆锥面。
轴身尺寸应取以mm为单位的整数，最好取为偶数或5的整数倍。
轴上各段的键槽、圆角半径、倒角、中心孔等尺寸应尽可能统一，以利于
加工和检验。
轴上沿长度方向开有几个键槽时，应将键槽安排在轴的同一母线上。
轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴段应有退刀槽。
键槽的布置（4）改善轴的结构、受力情况，减少应力集中，改善表面质量

轴大多在变应力下工作，结构设计时应改善轴的受力状况或
改善轴的结构，以减少应力集中。

轴截面尺寸变化处会造成应力集中，所以对于阶梯轴，相邻两
段轴径变化不宜过大，一般在5～l0mm左右；在轴径变化处应平
缓过渡，制成圆角，圆角半径尽可能取大些。
改变轴上零件的布置，有时可以减小轴上的载荷。改进轴上零件的结构也可以减小轴上的载荷。尽量避免各轴段剖面突然改变而引起的局部应力集中，提高轴的疲劳强度。过盈配合时轴的结构形式
(a)增大配合处轴径；(b)轴上开减载槽；(c)毂端开减载槽（4）改善轴的结构、受力情况，减少应力集中，改善表面质量

采用定位套筒代替圆螺母和弹性挡圈使零件轴向固定，可避免
在轴上制出螺纹、环形槽等，能有效地提高轴的疲劳强度。

轴的表面质量对轴的疲劳强度影响很大。因轴工作时，最大应
力发生在轴的表面处，另一方面，由于加工等原因，轴表而易产
生微小裂纹，引起应力集中，因此轴的破坏常从表面开始。减小
轴的表面粗糙度，或采用渗碳、高频淬火等方式进行表面强化处
理，均可以显