轴系结构设计

小白进阶篇—电机选型案例集

目的：掌握轴系零件设计规范并计算校核轴的强度

课程内容：

1.轴的分类

按所受载荷特点分三种：

心轴：只承受弯矩;

传动轴：只承受转矩;

转轴：同时承受弯矩和转矩;

按轴的结构形状分：

直轴，曲轴，光轴，阶梯轴，挠性轴。

2.轴的材料

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。

合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集中比较敏感，且价格较贵；

多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳淬火处理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl等合金钢，有良好的高温机械性能，常用于在高温、高速和重载条件下工作的轴。

球墨铸铁吸振性和耐磨性好，对应力集中敏感低，价格低廉，使用铸造制成外形复杂的轴。例如：内燃机中的曲轴。对于形状复杂的轴，如曲轴、凸轮轴等，也采用球墨铸铁或高强度铸造材料来进行铸造加工，易于得到所需形状，而且具有较好的吸振性能和好的耐磨性，对应力集中的敏感性也较低。

3.轴的结构设计

合理的轴系结构必须满足下列基本要求：

1）轴和轴承在预期寿命内不失效；

2）轴上零件在轴上准确定位与固定，以及轴系在箱体上的可靠固定；3）轴系结构有良好的工艺性；

4）好的经济性。

轴肩与轴环定位

优点：方便可靠、不需要附加零件，能承受的轴向力大；

缺点：会使轴径增大，阶梯处形成应力集中，阶梯过多将不利于加工。用途：这种方法广泛用于各种轴上零件的定位。

注意要点：

为了保证零件与定位面靠紧，轴上过渡圆角半径应小于零件圆角半径或倒角，一般轴肩定位高度取为（0.07～0.1）d ，轴环宽度b =1.4h 。

套筒定位

简化轴的结构，减小应力集中，结构简单、定位可靠。

多用于轴上零件间距离较小的场合。

螺母定位

固定可靠，可以承受较大的轴向力，能实现轴上零件的间隙调整。

弹性挡圈定位

结构紧凑、简单、装拆方便，但受力较小，且轴上切槽会引起应力集中，常用于轴承的定

位。

张紧套定位

张紧套定位方便与调试

紧定螺钉固定

紧定螺钉多用于光轴上零件的固定，并兼有周向固定的作用。适用于轴向力小，转速低的

场合。

轴上零件的周向定位

运转时，为了传递转矩或避免与轴发生相对转动，零件在轴上必须周向固定。轴上零件的

周向定位方法主要有键联接（平键、半圆键、楔键等）、花键联接、弹性环联接、过盈配合

联接、销联接、成型联接等等。

平键制造简单、装拆方便。用于传递转矩较大，对中性要求一般的场合。

花键承载能力高，定心好、导向性好。适用于传递转矩较大，要求导向性良好的场合。

销链接用于固定不太重要、受力不大，但同时需要周向或轴向固定的零件。

轴的轴向定位

机器中的轴的位置是靠轴承来定位的。当轴工作时，既要防止轴向窜动，又要保证轴承工作受热膨胀时的影响（不致受热膨胀而卡死），轴承必须有适当的轴向固定措施。

1）双支撑单向固定（两端固定式）

这种方法是利用轴肩和端盖的挡肩单向固定内、外圈，每一个支撑只能限制单方向移动，两个支撑共同防止轴的双向移动。

这种安装主要用在两个对成布置的角接触球轴承或圆锥滚子轴承的情况，同时考虑温度升高后轴的伸长，为使轴的伸长不致引起附加应力，在轴承盖与外圈端面之间留出热补偿间隙c＝0.2～0.4mm（如图b）。

游隙的大小是靠端盖和外壳之间的调整垫片增减来实现的。

这种支撑方式结构简单，便于安装，适用于工作温度不高变化的短轴。

2）单支撑双向固定式（一端固定、一端游动）

对于工作温度较高的长轴，受热后伸长量比较大，应该采用一端固定，而另一端游动的支撑结构。

作为固定支撑的轴承，应能承受双向载荷，故此内、外圈都要固定（如左端图）。作为游动

支撑的轴承，则其内圈应固定（如右端图）。若使用的是可分离型的圆柱滚子轴承等，则其内、外圈都应固定。

轴系结构设计找错

正确的轴系结构