轴系组件设计
轴系结构设计与分析实验报告
轴系结构设计与分析实验报告
一、实验目的
1)深入了解轴系部件的结构形式、轴上零件的结构形状、工业要求装配关系及其
作用；
2)熟悉掌握轴、轴上零件的固定（周向固定、轴向固定）及定位方法；
3)了解轴承的类型、布置安装及密封方式调整方法。
二、实验结果
1）绘制直齿圆柱齿轮轴系结构装配简图（轴系7）
a)该轴系所选择的轴承类型是调心球轴承轴承的润滑方式为油润滑，采用
皮碗密封；适用于重（冲击载荷）（重、中等、轻）载荷高速度的场合。
b)说明齿轮如何实现轴向固定、周向固定；
齿轮9：由于齿轮与轴的径向尺寸相差不大，故采用一体化固接方式。
轴承8：外圈与轴端密封压盖2、内圈与轴肩实现轴向固定；内圈与轴的配合、外圈与轴承座的配合实现周向固定。
轴承8：外圈与端盖13、内圈与轴肩实现轴向固定；内圈与轴的配合、外圈与轴承座的配合实现周向固定。
结构15:紧定螺钉11联接同时实现轴向固定与周向固定。
c)该轴系能否承受轴向载荷？如果能在图中标出该轴系能承受的轴向载荷的方向；如果有轴向载荷，该轴向载荷能否很大？
调心球轴承主要承受径向载荷，也可承受不大的、任意方向的轴向载荷。
轴向载荷会使滚子变成单列，影响轴承寿命，因此轴向载荷不能过大，或应尽量避免轴向载荷。
d)该轴系结构如何对轴上零件进行轴向调整？
旋转螺旋结构15使轴移动从而产生轴向运动，从而对轴上零件进行轴向调整。
第5章 主轴组件设计
第5章 主轴组件设计
5.2.4 主轴主要精度指标 主轴的精度直接影响到主轴组件的旋转精度。主轴设计的技 术要求主要包括主轴各配合表面的尺寸公差、形位公差、表面粗 糙度、表面硬度等内容，并应在主轴零件图上标注准确、合理。 ① 前支承轴承轴颈的同轴度约5μm左右。
② 轴承轴颈需按轴承内孔―实际尺寸‖配磨，过盈量为1~5μm。
③ 锥孔与轴承轴颈的同轴度为3~5μm，与锥面的接触面积不小于 80%，且大端接触较好。 ④ 装NN3000K 型调心圆柱滚子轴承的1:12锥面，与轴承内圈接 触面积不小于85%。
第5章 主轴组件设计
5.3 主轴内部刀具自动夹紧机构
加工中心主轴系统应具备自动松开和夹紧刀具功能。刀具自动夹紧
机构安装在主轴内部，刀柄l由卡爪2夹持，碟形弹簧5通过拉杆4、卡爪2， 在内套3的作用下将刀柄拉钉拉紧。换刀时，要求松开刀柄，此时将主 轴上端汽缸的上腔通压缩空气，活塞7带动压杆8及拉杆4向下移动，同 时压缩碟形弹簧5，当拉杆4下移到使抓刀爪2的下端移出内套3时，卡爪
作性能。常用的主轴轴承有滚动轴承和滑动轴承。
第5章 主轴组件设计
相对于滑动轴承，滚动轴承有以下优点：
在转速和载荷变化很大的情况下滚动轴承仍能稳定工作，而动压滑动
轴承在低速时难以形成具有足够压力的油膜； 滚动轴承能在零间隙，甚至负间隙（预紧到有一定过盈量）的条件下 工作，对提高旋转精度和刚度有利，而滑动轴承则必须有一定间隙才能 正常工作； 滚动摩擦系数小，发热少； 滚动轴承容易润滑，可以用脂润滑，装填一次用到修理时才更换，若 用油时所需油量也远比滑动轴承小；
用于刀具的周向定位。
第5章 主轴组件设计
a)车床；b)铣床和加工中心；c)外圆磨床；d)内圆磨床； e)钻、镗床；f)组合机床 主轴端部结构
哈工大机械设计-轴系部件设计
一、概述ﻩ11、任务来源ﻩ错误!未定义书签。
2、技术要求ﻩ错误!未定义书签。
二、结构参数设计ﻩ错误!未定义书签。
１、受力分析及轴尺寸设计ﻩ错误!未定义书签。
２、轴承选型设计、寿命计算..............................................错误!未定义书签。
3、轴承结构设计...................................................................错误!未定义书签。
三、精度设计ﻩ错误!未定义书签。
轴颈轴承配合ﻩ错误!未定义书签。
四、总结.........................................................................................错误!未定义书签。
Ｈａrbin Iｎstitｕtｅof Technｏｌogy课程设计说明书课程名称：机械设计ﻩ设计题目：轴系部件设计院系：航天学院自动化班级：ﻩ111０4１04 ﻩ设计者：学号: 11１0410４2０ﻩ指导教师:ﻩﻩ设计时间： 20１3年1２月1０日哈尔滨工业大学机械设计作业任务书一、概述1、任务来源:老师布置的大作业课题：轴系的组合结构设计。
2、题目技术要求：一钢制圆轴,装有两胶带轮A和B,两轮有相同的直径D=360mm，重量为P=1KＮ，A轮上胶带的张力是水平方向的，B轮胶带的张力是垂直方向的，它们的大小如图所示。
设圆轴的许用应力 []=8０ＭPａ,轴的转速n=9６0r／ｍin，带轮宽ｂ＝60mm，寿命为500０0小时。
设计要求：1.按强度条件求轴所需要的最小直径；２。
选择轴承的型号(按受力条件及寿命要求）；3.按双支点单向固定的方法，设计轴承与轴的组合装配结构，画出装配图（3号图纸）4。
从装配图中拆出轴，并画出轴的零件图(3号图纸）5．设计说明书１份二、结构参数设计1选择材料，确定许用应力通过已知条件和查阅相关的设计手册得知，该传动机所传递的功率属于中小型功率。
轴系部件设计与分析实验
06 注意事项
合理的轴系结构应满足下述要求： 1、轴上零件定位准确、固定（轴向、周向）
可靠； 2、轴上零件装拆方便，轴的加工工艺性良
好； 3、轴承的固定、润滑及密封方式应符合给
定的设计条件，轴承间隙调整方便； 4、轴受力合理，尽量减少应力集中。
国家工科机械基础教学基地
National basic teaching base for engineering machinery
国家工科机械基础教学基地
National basicneering machinery
04 实验步骤
3 按方案要求组装轴系部件； 4 用铅笔绘制草图； 5 测量非标准件所需尺寸； 6 将各部件装入箱中，工具放在桌面上，实验结束
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轴系布置简图
轴承固定方式 两端固定
传动件 直齿轮
润滑 方式
密封 方式
轴承 端盖
油润滑 橡胶圈 凸缘式
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05 实验方案及轴系部件装配图示例
轴系布置简图 轴承固定方式 两端固定
05 实验方案及轴系部件装配图示例
轴系布置简图
轴承固定方式 两端固定
传动件
润滑 方式
密封 方式
轴承 端盖
斜齿轮 脂润滑 毛毡 凸缘式
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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。
第2章 机械系统设计(7轴系部件)
图8-3 整体式向心滑动轴承
2 机械系统设计—轴系部件
3、自动调心式 若轴承的宽径比 l/d 较大，当轴的弯曲变形或轴孔倾 斜时，易造成轴颈与轴瓦端部的局部接触，引起剧烈的磨损 和发热。因此，当 l/d >1.5时，宜采用自动调心轴承(图8-4)， 这种轴承的特点是：轴瓦外表面做成球面形状，与轴承盖和 轴承座的球状内表面相配合，球面中心通过轴颈的轴线。因 此轴瓦可以自动调位以适应轴颈在轴弯曲时产生的偏斜。
2 机械系统设计—轴系部件
2 机械系统设计—轴系部件
滑动轴承概述
用于支撑旋转零件(转轴，心轴等 的装置通称为轴承 的装置通称为轴承。 用于支撑旋转零件 转轴，心轴等)的装置通称为轴承。 转轴 按其承载方向分为： 按其承载方向分为： 径向轴承： 径向轴承：轴承上的反作用力与轴心线垂直的轴 承称为径向轴承； 承称为径向轴承； 推力轴承： 推力轴承：轴承上的反作用力与轴心线方向一致 的轴承称为推力轴承。 的轴承称为推力轴承。 按轴承工作时的摩擦性质分为： 按轴承工作时的摩擦性质分为： 滑动轴承和滚动轴承。 滑动轴承和滚动轴承。
2 机械系统设计—轴系部件
在选择轴承时，一般的选择流程如图下 在选择轴承时，一般的选择流程如图下:
确定轴承形式及组合
确定尺寸及精度
确定安装尺寸
确定配合及内部间隙
确定最终轴承规格
确定润滑及密封
2 机械系统设计—轴系部件
三、提高轴系性能的措施
1．提高轴系旋转精度 ．
轴承(如主轴 的旋转精度中的径向跳动主要由 轴承 如主轴)的旋转精度中的径向跳动主要由： 如主轴 的旋转精度中的径向跳动主要由： 被测表面的几何形状误差； ①被测表面的几何形状误差； ②被测表面对旋转轴线的偏心； 被测表面对旋转轴线的偏心； 旋转轴线在旋转过程中的径向漂移等因素引起。 ③旋转轴线在旋转过程中的径向漂移等因素引起。 轴系轴端的轴向窜动主要由： 轴系轴端的轴向窜动主要由： 被测端面的几何形状误差； ①被测端面的几何形状误差； ②被测端面对轴心线的不垂直度； 被测端面对轴心线的不垂直度； 旋转轴线的轴向窜动等三项误差引起。 ③旋转轴线的轴向窜动等三项误差引起。
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。
第9章 主轴组件设计
2 .60°接触角双向推力向心球轴承 这种轴承的优点是制造精度高， 这种轴承的优点是制造精度高， 允许转速高，温升较低， 允许转速高，温升较低，抗振性高 于推力球轴承8000型，装配调整简 型 于推力球轴承 单，精度稳定可靠。与双列圆柱滚 精度稳定可靠。 子轴承相配套，用于承受轴向载荷。 子轴承相配套，用于承受轴向载荷。 3.单列圆锥滚子轴承 普通单列圆锥滚子轴承（7000型），能同时承受径向和轴向载荷， 普通单列圆锥滚子轴承（7000型），能同时承受径向和轴向载荷，承载 能同时承受径向和轴向载荷 能力和刚度较高，价格便宜，支承简单，间隙调整方便。可用于中速、中载、 能力和刚度较高，价格便宜，支承简单，间隙调整方便。可用于中速、中载、 一般精度的主轴组件。 一般精度的主轴组件。 4.双列圆锥滚子轴承 通双列圆锥滚子轴承（2697100型 通双列圆锥滚子轴承（2697100型）能够同时承受径向载荷和双向轴向载 承载能力、刚度及抗振能力较高，适用于中速、径向载荷大， 荷，承载能力、刚度及抗振能力较高，适用于中速、径向载荷大，轴向载荷 中等、一般精度的机床主轴组件。 中等、一般精度的机床主轴组件。 此外，角接触球轴承、单向推力球轴承、滚针轴承及滚锥轴承等， 此外，角接触球轴承、单向推力球轴承、滚针轴承及滚锥轴承等，可根 据结构选取。 据结构选取。
∆α 端面跳动∆α 轴向窜动∆o ∆r 径向跳动∆r ∆o
2.刚度 刚度：是指其在外界载荷的作用下抵抗变形的能力。 刚度：是指其在外界载荷的作用下抵抗变形的能力。通常以主轴前端产 生单位弹性变形时，在变形方向上所加的作用力的大小来表示， 生单位弹性变形时，在变形方向上所加的作用力的大小来表示， 比值越大，说明刚度越好。 比值越大，说明刚度越好。如图所示 F／ 微米） K= F／δ（牛/微米）
第3章 主轴组件设计[4页]
![第3章 主轴组件设计[4页]](https://img.taocdn.com/s3/m/4ffea44ba9956bec0975f46527d3240c8447a140.png)
第3章主轴组件设计3.1 主轴组件的基本要求是什么？它们对加工精度有何影响？答：1) 旋转精度: 瞬时旋转中心线相对于理想旋转中心线在空间位置上的偏差，，其范围就为主轴的旋转精度，主轴组件的旋转精度是指专机在空载低速转动时，在主轴前端定位面上的测得的径向圆跳动、端面圆跳动和轴向窜动值的大小。
2) 静刚度: 是指在外加载荷作用下抵抗变形的能力。
3) 抗振性: 是指机器工作时主轴组件抵抗振动、保持主轴平稳运转的能力。
4) 热变形: 是指机器工作时，因各相对运动处的摩擦和搅油等耗损而发热造成的温差，使主轴组件在形状和位置上产生的畸变。
5) 耐磨性: 是指长期地保持其原始制造精度的能力，即精度的保持性。
由于各类机械装备的工艺特点的不同，主轴组件所传递的转速、承受的工作载荷等工作条件各异，故对主轴组件的要求也各有侧重，决不能强求一律。
3.2 主轴的轴向定位有几种？各有什么特点，适用何种场合？答：主轴的轴向定位，主要由推力轴承来实现。
推力轴承的配置型式有三种：1) 前端定位推力轴承安排在前支承处。
主轴发热后向后伸长，轴前端的轴向精度较高，但前支承结构复杂（表3.3序号1、2和5）。
2) 后端定位推力轴承安排在后支承处。
主轴受热后向前伸长，影响轴前端的轴向位置精度和刚度，但这种结构便于轴承间隙调整（表3.3序号3）.3) 两端定位推力轴承分别安排在前后支承处。
支承结构简单，发热量小，但主轴受热，产生变形，会改变轴承间隙，影响主轴的旋转精度（表3.3序号4、7和8）。
3.3 选择主轴材料的依据是什么？答：主轴材料的选择应根据耐磨性和热处理后变形的大小等来考虑。
因此，无需从强度、刚度角度来考虑主轴材料的选择。
3.4 为什么数控车床的前轴承常采用三联轴承组合，如何布置？为什么？答：如图3.9f所示。
数控车床主轴的前支承常采用三联轴承组合安装，即前两轴承为同向组合，接触线朝前（大口朝外），后轴承与之背靠背（反装），则支承点应在前面第一个轴承的接触线与轴线交点处，这样可以增加主轴的前支承支承宽度，缩短主轴前端悬伸量a。
机械制造装备设计介绍第三章主轴组件设计介绍
主轴组件设计 滚动轴承
3．轴承的精度选择 轴承的精度，应采用P2、P4、P5级和SP、UP级。
SP、UP级轴承的旋转精度相当于P4、P2，内外圈的 尺寸精度比旋转精度低一级，相当于P5、P4级。这 是因为轴承的工作精度主要取决于旋转精度，主轴 支承轴颈和箱体轴承孔可按一定配合要求配作，适 当降低轴承内外圈的尺寸精度可降低成本。
主轴组件设计
4．温升与热变形
主轴组件工作时，轴承的摩擦形成热源，切削
热和齿轮啮合热的传递，导致主轴部件温度升高，
产生热变形。主轴热变形可引起轴承间隙变化，轴
心位置偏移，定位基面的形状尺寸和位置产生变化；
润滑油温度升高后，粘度下降，阻尼降低；因此主
轴组件的热变形，将严重影响加工精度。
室温不是20οC时，温升Tt的许可值按下式计
主轴组件设计 主轴精度
轴承精度 公差名称 直径φ公差
圆度t、圆柱度t1
倾斜度t2 跳动t3 同轴度t4 Ra D、d≤80
D、d≤250
P5
P4 (SP)
Js5 或 k5
Js4
P2 (UP)
Js3
P5
Js5① H5②
P4 (SP) Js5① H5②
P2 (UP) Js4① H4②
IT3/2 IT2/2 IT1/2 IT3/2 IT2/2 IT1/2
主轴组件设计 滚动轴承
切削力方向随主轴的旋转同步变化的主轴，主 轴支承轴颈的某一条线或点间接地跟半径方向上的 外圈滚道表面对应的线或点接触，影响主轴旋转精 度的因素为轴承内圈的径向圆跳动、滚动体的圆度 误差、外圈的径向圆跳动。由于轴承内圈滚道直径 小，且滚道外表面磨削精度高，因而误差较小，主 轴旋转精度主要取决于外圈的径向圆跳动，即外圈 滚道表面相对于轴承外径轴线的同轴度；
轴系部件的选择与设计
目录轴系部件的选择与设计 (1)1.轴系设计的基本要求 (1)（1）旋转精度、刚度、抗振性、热变形 (1)（2）机床主轴传动齿轮空间布置比较 (1)2.轴系(主轴)用轴承的类型与选择 (2)（1）标准滚动轴承； (2)（2）深沟球轴承； (2)（3）双列向心短圆柱滚子轴承； (2)（4）圆锥滚子轴承； (2)（5）推力轴承。
(2)3.提高轴系性能的措施 (5)（1）提高轴系的旋转精度 (5)（2）提高轴系组件的抗振性 (5)轴系部件的选择与设计1.轴系设计的基本要求轴系由轴及安装在轴上的齿轮、带轮等传动部件组成，有主轴轴系和中间传动轴轴系。
轴系的主要作用是传递转矩及精确的回转运动，它直接承受外力(力矩)。
对于中间传动轴系一般要求不高。
而对于完成主要作用的主轴轴系的旋转精度、刚度、热变形及抗振性等的要求较高。
（1）旋转精度、刚度、抗振性、热变形旋转精度是指在装配之后，在无负载、低速旋转的条件下轴前端的径向跳动和轴向窜动量。
轴系的刚度反映了轴系组件抵抗静、动载荷变形的能力。
轴系的振动表现为受迫振动和自激振动两种形式。
其振动原因有轴系组件质量不匀引起的动不平衡、轴的刚度及单向受力等；它们直接影响旋转精度和轴承寿命。
轴系的受热会使轴伸长或使轴系零件间隙发生变化，影响整个传动系统的传动精度、旋转精度及位置精度。
又由于温度的上升会使润滑油的粘度发生变化，使滑动或滚动轴承的承载能力降低。
（2）机床主轴传动齿轮空间布置比较机床主轴传动齿轮空间布置比较2.轴系(主轴)用轴承的类型与选择（1）标准滚动轴承；（2）深沟球轴承；（3）双列向心短圆柱滚子轴承；（4）圆锥滚子轴承；（5）推力轴承。
双列向心短圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、双列推力球轴承图1）配套应用例上图为其配套应用实例，双列向心短圆柱滚子轴承的径向间隙调整，是先将螺母6松开、转动螺母1,拉主轴7向左推动轴承内圈，利用内圈胀大以消除间隙或预紧。
这种轴承只能承受径向载荷。
第三章 主轴组件设计解析
■ δa1、 δa2 可根据δa 计算得到 ■ 同 理 δb1、 δb2 也可根据δb计算得到
■ 一般情况下δ1等于δa1、δb1、δc1的均方根值 ■ δ2等于δa2、δb2、 δc2的均方根值
■ 据此，可算出δc1和δc2
■ 主轴的第⑶项公差就是根据2倍的δc1、 δc2 值
确定的
■ 4、短锥C对轴径A、B的径向圆跳动 ■ 短锥C是卡盘的定心轴颈。精度检验标准规
■ 二、轴承精度
■ 主轴轴承的精度主要采用P2、P4、P5 级
■ （B、C、D）相当于ISO 2、4、5 级
■ 此外，又规定了SP级和UP级作为补充
■ 结构对精度的影响：
■ a、向心轴承用于切削力方向固定的主轴， 对径向旋转精度影响最大的是“成套轴承的 内圈径向跳动” Kia
■ b、如用于切削力方向随主轴旋转而变化的 主轴，对轴承径向旋转精度影响最大的是 “成套轴承的外圈径向跳动” Kea
■ 轴瓦除了径向摆动外，也可轴向摆动
■ 轴瓦与球头螺钉接触面积要大于 80% 以保 证接触刚度
■ 轴承间隙靠螺钉调整 ■ 缺点是综合刚度低于固定多油楔轴承
■ 二、液体静压轴承
■ 静压轴承的油膜压 强由外界液压泵供 给
■ 油膜厚度对轴径和 轴承孔的圆度误差 起均化作用
■ 1、工作原理
■ 如图
■ 2、节流器
■ 型号：NN3000K(3182100) ■ NNU4900K（4382900）
■ 特点：内孔为 1:12 的锥 孔与主轴的锥形轴颈相配 合，只承受径向力
■ 间隙的调整： ■ 轴向移动内圈 ■ 适用场合： ■ 载荷较大、刚度要求较高，
中等转速
■ 2、双向推力角接触球轴承 ■ 型号：234400（2268100） ■ 特点：可承受双向的轴向载荷 ■ 它与双列圆柱滚子轴承配套使用
轴系零部件【优质PPT】
2021/10/10
1
• 研究对象：主要是机器内部传动的各种零部件： 轴、轴承、联轴器、离合器及各种联接件；
• 研究内容： 1.轴的类型、结构和强度计算
2.滚动轴承的类型选择、尺寸选择和组合设计
3.联轴器和离合器制动器的类型及选择.各种联接件 的种类、结构特点及应用；
• 重点：轴、轴承
• 根据轴上零件的轴向尺寸、各零件的相互位置关 系以及零件装配所需的装配和调整空间，确定轴 的各段长度。
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需要注意的问题：
• 1）轴上与标准零件相配合的直径应取为标准值， 非配合轴段允许为非标准值，但最好取为整数；
• 2）与滚动轴承相配合的直径，必须符合滚动轴 承的内径标准；
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轴的材料及选择
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三、轴的结构设计
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轴的结构设计
➢轴的结构组成； ➢轴结构决定因素； ➢结构设计的几个方面。
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结构要求： ①轴和轴上零件要有准确、牢固的
工作位置 ②轴上零件装拆、调整方便 ③轴应具有良好的制造工艺性等 ④尽量避免应力集中
➢ 为了便于切削加工，一根轴上的圆角应尽可能取 相同的半径；
➢ 退刀槽取相同的宽度； ➢ 倒角尺寸相同； ➢ 若需开键槽的轴段直径相差不大时，应尽可能采
用相同宽度的键槽，一根轴上各键槽应开在同一 母线上，以减少换刀次数。
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①
②
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③
④
⑤
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3.轴的结构工艺性
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；
轴系零件与结构设计
（1）向心轴承 向心轴承是主要用于承受径向 负荷的滚动轴承，其公称接触角为00～450。向 心轴承按公称接触角的不同又可分为
径向接触轴承：公称接触角为00的向心轴承。 向心角接触轴承：公称接触角为00<α≤450的 向心轴承。 （2）推力轴承 推力轴承是主要用于承受轴向 负荷的滚动轴承，其公称接触角为450～900 。 推力轴承按公称接触角的不同，又可分为 轴向接触轴承：公称接触角为900的推力轴承。 推力角接触轴承：公称接触角为450<α<900的 推力轴承。
F O
O'
有油槽 油槽
无油槽
为了使润滑油能够很好地分布到轴瓦的整个工作 表面，在轴瓦的非承载区要开设油沟和油孔。
常见的油沟形式有轴向的、周向的和斜向的三种。 为了使油在整个接触表面上均匀分布，油沟沿轴向 应有足够的长度，通常取为轴瓦宽度的80%左右， 但不能开通，以免油从轴瓦端部漏掉，起不到应有 的润滑作用。
剖分式径向滑动轴承
特点：
1）安装方便 2）间隙可调
调 心 式 滑 动 轴 承
调隙式径向滑动轴承
4 3
5 2
1
1
1-轴瓦 2-轴 3、5-螺母 4-轴承座
2.推力滑动轴承
普通推力滑动轴承由轴承座和轴颈 组成。轴颈结构形式有实心式、空心 式、单环式和多环式等几种，因而推 力轴承的工作表面可以是轴的端面或 轴的环形平面。
保持架多用低碳钢冲压制成，也可以采用铜合 金、铝材或塑料等制造。
四、滚动轴承的基本类型
按国家标准，滚动轴承有十三种类型，每种类型的轴承 都各自具有不同的结构和性能，适用于不同负荷、转速或 其他工作要求。常用的滚动轴承有0、1、2、3、5、6、7、 N等八类，它们的结构特点和性能应很好地掌握，以便能 正确选用。同时还要了解它们的结构图及简图的画法，以 便能正确表达。
轴系零件设计（下）
轴系零件设计（下）01轴的结构组成总结不易，希望老铁们多多支持！轴头：轴上与旋转零件配合的轴段轴颈：轴上与轴承配合的轴段轴身：轴上连接轴头与轴颈的非配合部分轴肩（或轴环）：为了轴向固定零件所加工的阶梯02轴上结构的功能03轴向定位方式04周向定位方式05各轴段直径的确定1，各轴段所需的直径与轴上载荷大小有关。
初步求出的直径作为承受扭矩的轴段的最小直径，然后再按轴上零件的装配方案和定位要求，从最小直径处逐一确定各段轴的直径。
2，轴的各段配合直径d应符合标准尺寸（GB/T 2822—2005），而与滚动轴承、联轴器、油封等标准件配合的轴径应符合标准件的直径系列。
06各轴段长度的确定1，为保证和传动件轴向固定，轴与传动件轮毂相配部分的长度一般比轮毂长度短1—3mm。
2，考虑转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。
07轴的结构工艺性1，为了便于轴上零件的装拆，一般轴都做成从轴端逐渐向中间增大的阶梯状。
2，装零件的轴端应有倒角，需要磨削的轴端有砂轮越程槽，车螺纹的轴端应有退刀槽；为便于加工，应使轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽、退刀槽和越程槽等尺寸一致。
3，同一轴上不同轴段的键槽应设置在轴的同一母线上，减少加工装夹次数。
4，为了便于轴上零件的装配和去除毛刺，轴及轴肩端部一般均制出45°的倒角。
过盈配配合轴段的装入端常加工出半锥角为30°的导向锥面。
5，若各轴段具有较高同轴度，在轴两端开设中心孔。
6，若滚动轴承的轴向定位采用定位轴肩，则在定位轴肩处应设置砂轮越程槽；非定位轴肩是为了加工和装配方便而设置，一般取为1~2mm。
7，滚动轴承内圈的定位轴肩或定位套筒的定位高度必须低于轴承内圈端面的高度。
轴系组件设计
作业三轴系组件设计一、任务书题目1 斜齿圆柱齿轮传动输出轴的轴系组件设计(图5)注：滚动轴承寿命为10000h，工作温度小于120℃，有轻微冲击。
图5 斜齿圆柱齿轮轴系结构2．工作量(1)输出轴的轴系组件装配图一张。
(2)设计计算说明书一份，主要内容包括：输出轴的设计计算，轴承类型选择和寿命计算，以及其它必要的计算。
二、设计指导1．轴和齿轮的结构轴和齿轮的结构设计参考主教材中的有关章节。
对于小圆锥齿轮，当齿根圆与轴径接近时，可将齿轮与轴制成一体，但要注意齿轮轴的装拆问题。
轴承正装的小圆锥齿轮轴系结构如图7所图7 小圆锥齿轮轴系结构示。
图a 是齿轮轴结构。
这种结构当齿轮外径比套杯孔大时，轴承和套筒是在套杯内进行安装，很不方便。
因此，如果用正装结构，只有当小圆锥齿轮外径比套杯孔小时，才能采用齿轮轴结构，这时可在套杯外先将轴承和套筒装在齿轮轴上后，一起装入套杯。
图b 是齿轮与轴分开的结构。
这种结构轴承安装方便。
轴承反装的小圆锥齿轮轴系结构由于装配和调整都比较麻烦，因此本作业要求采用正装结构。
2．滚动轴承的组合、固定和调整对于斜齿圆柱齿轮传动和圆锥齿轮传动，轴上受到径向力和轴向力，因此，需采用向心推力轴承，支承方式通常为两支承各单向固定结构。
滚动轴承支承的结构形式参考主教材。
滚动轴承的外圈以及轴系的轴向固定采用轴承端盖。
轴承端盖有凸缘式和嵌入式两种，本作业要求采用凸缘式端盖，其结构尺寸参考机械设计手册。
向心推力轴承是可调间隙轴承，在安装时，其间隙可通过在轴承端盖与箱体间加装调整垫片组进行调整(参看图5)。
调整垫片由多片厚度不同(例如0.1mm 、0.2mm 和0.5mm)的软钢(08F)片或黄铜片组成，使用时可根据需要组成合适的厚度。
为了保证圆锥齿轮的正确啮合，装配时两齿轮的锥顶必须重合，因此要调整大、小齿轮的轴向位置。
对于悬臂安装的小圆锥齿轮轴系，为了便于调整，小圆锥齿轮轴通常放在套杯里，在套杯凸缘端面与箱体之间，用加减调整垫片(参看图6)的办法来调整小圆锥齿轮的轴向位置。
轴系组件设计说明书
3.1.2按照弯扭合成强度条件计算
轴所受的载荷是从轴上的零件传来的，根据计算简图，分别按水平面和垂直面计算各力产生的玩具，并按计算结果分别作出水平面上的弯矩 图和垂直面上的弯矩 图；然后按下式计算总弯矩并作出M图
由式子（15-5）可知
拟定 ，根据（表15-4）则
符合上式子
3.1.3按照疲劳强度条件进行精确校核
查公式（3-12）可知
法向应力
扭转切应力
设计安全系数
S=1.3~1.5，用于材料均匀，载荷与应力计算精确
S=1.5~1.8，用于材料不均匀，计算精确度较低时
S=1.8~2.5，用于材料均匀性及计算精确度很低，或者轴的直径大于200mm时
3.1.4按照静强度条件进行校核
危险截面静强度的计算安全系数
注：
（1）输出轴的轴系组件装配图一张
（2）设计计算说明书一份，主要内容包括：输出轴的设计计算，轴承类型选择和寿命计算，以及其他必要的计算
3．设计计算
3.1输出轴设计计算
3.1.1按照扭转强度条件计算
输出轴上的转矩
因已知低速级大齿轮的分度圆直径为
而
先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为Q235A，于是得
，用于高塑料材Leabharlann （ ）制成的刚轴，用于中等塑料材料（ ）制成的刚轴
，用于低塑料材料刚轴
，用于铸造轴
3.2轴承过盈配合处校核
按照输出轴设计计算过程，同理可得
3.3校核平键
机械设计大作业
说明书
设计题目：轴系组件设计
机械与自动控制院（系）
机械设计制造及其自动化专业
班级：12机制2学号：2012330300073
轴系部件设计
机械设计大作业说明书题目：轴系部件设计学院：机电工程与自动化学院专业：机械类班级：SZ1603101姓名：陆伟建学号：SZ160310104目录一．大作业任务书 (4)二．设计内容 (4)1. 选择轴的材料 (4)2. 按扭转强度估算轴径 (4)3. 轴的结构设计 (5)3.1轴承机构及轴向固定方式 (5)3.2选择滚动轴承类型 (5)3.3键连接设计 (5)3.4各轴段直径设计 (5)3.5各轴段长度设计 (6)4．轴的受力分析 (6)4.1轴的受力简图 (7)4.2计算支撑反力 (7)4.3轴的弯矩图 (8)4.4轴的转矩图 (9)5．校核轴的强度 (9)6. 轴的安全系数校核计算 (10)7. 校核键连接的强度 (11)8. 校核轴承寿命 (11)8.1计算当量动载荷 (11)8.2轴承寿命校核 (12)9. 轴上其他零件设计 (12)9.1轴上键连接的设计 (12)9.2轴承座结构设计 (12)9.3轴承端盖设计 (12)三、参考文献 (13)一、大作业任务书带式运输机的传动方案如图1所示，机械工作平稳、单向回转、成批生产，其他数据见表1。
图1表1二、设计内容1.选择轴的材料通过已知条件和查阅相关的设计手册得知，该传动机所传递的功率属于中型功率。
因此轴所承受的扭矩不大，对质量及结构尺寸无特殊要求。
故选用常用材料45号钢，并进行调质处理。
2.按扭转强度估算轴径对于转轴，扭转强度初算轴径，查参考文献[2]表10.2得C=103～126，考虑轴端弯矩比转矩小，故取C=106，则18.6mm式中：P——轴的传递功率，由已知得P=2.42KW；n——轴的转速，由已知得n=470r/min；C ——由许用扭转剪应力确定的系数由于考虑到轴的最小直径处要安装大带轮或小齿轮有键槽存在，故将其扩大为1.05倍，得d 1≥ ×1.05=18.6×1.05=19.53mm ，按标准GB/T 2822-2005的R a 20圆整后取d 1=22mm 。
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机械设计大作业说明书
设计题目：轴系组件设计
院（系）专业
班级学号：
学生姓名：
指导教师：
完成日期：
1.设计数据
输出轴的转速为150r/min,输出功率为 2.51kw,a=80mm,c=100mm,滚动轴承寿命为10000h，工作温度小于，有轻微冲击。
斜齿轮参数为，，, 压力角, 螺旋角, 左旋；采用腹板式齿轮。
轴系结构见参考文献[3]。
2.输出轴上转矩及齿轮上的力
输出轴上的转矩T：
大齿轮的分度圆直径为：
3.轴的材料选择
因为所需传递功率不大，无特殊要求，选用45号钢，调质处理。
4.初算最小轴径
按扭转强度取
考虑有一个键槽影响，加大5%
5.轴的结构设计
采用阶梯轴、两端固定，在轴输出端。
5.1连轴器的选择
联轴器的计算转矩，取
根据,选择联轴器。
查手册,选弹性柱销连轴器型，得到半连轴器的孔径为mm，长度mm，轴段长度取mm。
安装无特殊要求。
5.2拟定轴上的零件的装配
轴上各段各标号如图1
图 1轴的各段标注
5.3确定轴各段直径
其余轴段di的确定，由外向内依次按标准件取。
为满足半联轴器的轴向定位要求，1,2连段之间需制出一轴肩，故取第2段直径;2,3连段之间需制出一轴肩，故取第3段直径;第4段与大齿轮装配故取第4段直径；4,5连段之间需制出一轴肩，故取第5段直径; 取第段直径; 第7段与第3段直径相同取。
6和7之间留一退刀槽，大约2mm。
3,4和4,5,和5,6之间圆角为2，其余为1。
5.4确定轴各段长度
初选轴承。
因为轴承同时受轴向力和径向力，选用角接触球轴承。
更具第3段直径选取7211AC，轴承宽度为21mm。
轴段的确定，从齿轮开始，由内向外依次确定。
使齿轮和壳的间隙为。
第4段轴长略小于齿宽b,取;第5段取，; 第6段取，;第7段取，;第3段取；其中挡油圈的长为20mm；取第2段长；第1段根据联轴器长度可以选取为。
6.轴上零件的周向定位
初选联轴器和第1段的键,,；第4段和大齿轮的连接键选,,。
为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性。
故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样，半联轴器与轴的连接配合为；轴承与轴的配合使用过渡配合，轴的公差为m6。
毡圈选
7.轴的安全校核计算
7.1轴的简图
轴的各截面标号如图2，其中B、D为滚动轴承中线处，C为齿轮中心线处。
图 2各截面标号
7.2轴的受力分析
根据轴的弯矩图和扭矩图，参考文献[2]图15-24。
可以看出截面C是轴的危险截面。
画出弯矩图和扭矩图如图3
图 3弯矩图和扭矩图
可以计算出C处的，及和M的值。
,,,,总弯矩，，T=160
7.2校核轴的强度
针对危险截面做弯扭合成强度校核计算，以单项旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取；轴材料为45钢，调质处理，可以查得。
故安全。
7.3校核轴的疲劳强度
截面A、Ⅱ、Ⅰ、B只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均消弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面A、Ⅱ、Ⅰ、B无需校核。
C处应力最大，Ⅲ、Ⅳ处处过盈配合引起的应力集中最严重，但Ⅳ处没有受扭转作用，故不用校核此处。
C处虽然应力最大，但应力不集中（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），而且这里轴的直径最大，故截面C也不必校核。
Ⅵ、Ⅴ处显然更不用校核。
因此该轴只需校核截面Ⅲ左右两侧即可。
截面Ⅲ左侧
抗弯截面系数
抗扭截面系数
截面Ⅲ左侧的弯矩
截面Ⅲ上的扭矩
截面上的弯曲应力
截面上的扭转切应力
轴为45钢，调质处理。
可查的。
轴上由于轴肩而形成的理论应力集中系数。
轴材料的敏性系数为
故有效应力集中系数为
尺寸系数；扭转尺寸系数；轴按磨削加工，得表面质量系数；轴未经表面强化处理，即，可以得综合系数为
碳钢的特性系数取，。
于是可得安全系数
故安全。
截面右侧Ⅲ
抗弯截面系数
抗扭截面系数
截面Ⅲ右侧的弯矩
截面Ⅲ上的扭矩
截面上的弯曲应力
截面上的扭转切应力
轴上由于过盈配合，，取
轴按磨削加工，得表面质量系数；
可以得综合系数为
碳钢的特性系数取，。
于是可得安全系数
故安全。
7.4按静强度条件进行校核
由于无过大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性故不用校核。
8.滚动轴承寿命验算
左边轴承为1，右边轴承为2；根据受力分析,，，，
,。
可得轴承2为‘放松’，只受其本身的派生的轴向力
以轴承1为准计算轴承的当量载荷，有轻微冲击取。
；
；
7211AC可以查得基本额定静载荷C=60.5KN
故合格。
9.键的校核
根据普通平键连接的强度条件,轻微冲击取
故合格。
10.轴承盖设计
采用的都为凸缘式轴承盖，右端为闷盖，左端为透盖。
图查看文献[1]9-9。
各参数如下：
,,,,,,,,。
毡圈查看文献[1]16-9参数如下：
,,,,,
11.设计小结
了解了轴系结构基本形成，熟悉了轴、轴承和轴上构架的结构、功能和工艺要求。
掌握了轴系零部件的定位和配合方式。
熟悉了轴承的寿命验算和轴的强度校核。
参考资料
[1]王昆，何小柏，汪信远.机械设计课程设计高等教育出版社，1995.76~166
[2]濮良贵，陈国定,吴立言.机械设计第九版.西北工大学，2013,303~379
[3]李育锡.机械设计作业集.西北工业大学机械原理及机械零件教研室,2012.43。