轴系的结构设计-初级

45.0
47.5 50.0 53.0 56.0 60.0 63.0 67.0 71.0 75.0 80.0 85.0 90.0 95.0 100.0
45
48 50 53 56 60 63 67 71 75 80 85 90 95 100
355
375 400 425 450 475 500 530 560 600 630 670 710 750 800
毡封油圈 (用半粗羊毛制造)
认识几个不起眼的零件——
轴承端盖的结构 密 封 垫
密封垫是与透盖、端盖一起使用的， 它的作用有两个，一是以其弹性变形填补 零件结合面的不平整，阻止减速器箱体内 的润滑油泄漏；二是用增减密封垫的层数， 来调节滚动轴承的轴向间隙（也叫“游 隙”）。
轴 的 设 计
前面，我们见到了一些轴系结构设计方 面的例子，获得了一些经验。但是，如何完
注：这里的圆锥轴承是正装（面对面）的，采用这种安装方式可以使部件 的结构变得简单一些，但最好采用背靠背的反装方式。
资料：轴承的正装与反装
支承的方式和跨距对轴的强度和刚度都有很大的影响，如图所示表示了常见的两种轴系 结构。 方案a的轴系中，轴承采用正安装（面对面）方式，结构简单，安装、调整方便，但是 悬臂端较长，使轴的刚度变差，适合于传动零件在两轴承之间的场合。一般机器中多采用正安 装；方案b中的采用反安装（背对背）方式使支点位置外移，悬臂端刚度增大，此方式轴系刚 度较好，而且可承受倾覆力矩。但结构复杂，装拆、调整不便，在轴受热伸长时，轴承的游隙 会增大。适合于传动零件位于轴的外伸端的场合。轴承正安装的轴系刚度不如反安装高。
整的设计轴呢？
让我们试试吧！
一、了解轴上零部件，设想轴的结构
端 盖 密封垫 箱 体
轴
轴
设同 置一 在轴 同上 一有 方几 位个 母键 线槽 上时 。， 它 们 应
承
挡油环 齿 轮
挡油环 轴 箱 承 体
密封垫 透 盖 毡封油圈 联轴器
各种拆 ！
各零部件的名 称及用途？
把拆下的零件归类放好， 否则你要花许许多多的时间 去找寻它们。 失落的零件总是喜欢跑 到隐蔽的角落藏身，这个问 题一直困扰着人类。
2、各轴段直径的计算与确定方法
符 号 d1 d2 确 定 方 法 及 说 明 d1按许用扭转应力进行估算(公式：
d1≥C 3 P n
)，并圆整为标准直径。如果
选用联轴器，d1应符合联轴器标准的孔径。 d2= d1+2a，a为定位轴肩高度，通常取a =3～10mm，d2 应尽可能符合密封 件标准孔径要求，以便采用标准密封圈。 此轴段安装轴承，故d3必须符合滚动轴承的内径系列。为便于轴承安装， 此轴段应与d2段形成自由轴肩，因此d3= d2 +1～5mm，然后圆整到轴承的 内径系列。 d4 = d3 +1～5mm（自由轴肩），d4 与齿轮毂孔配合，应圆整为标准直径。 d5 = d4 +2a，a为定位轴肩高度，通常取 a =3～10mm。 d6 = d5 ，因为同一轴上的滚动轴承最好选取同一型号。
挡油环的结构
返回
返回
标准尺寸（直径、长度、高度）
1.0 mm～10.0 mm
R R10 1.00 1.25 R20 1.00 1.12 1.25 1.40 1.80 2.00 2.24 2.50 3.15 4.00 5.00 6.30 8.00 10.0 2.50 2.80 3.15 3.55 4.00 4.50 5.00 5.60 6.30 7.10 8.00 8.0 10.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.5 1.2 R’ 10 1.0 R’ R‘20 1.0 1.1 1.2 1.4 1.8 2.0 2.2 2.5 2.8 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 7.0 8.0 80.0 100.0 63.0 50.0 40.0 31.5 25.0 12.5 R10 10.0 R R20 10.0 11.2 12.5 14.0 18.0 20.0 22.4 25.0 28.0 31.5 35.5 40.0 45.0 50.0 56.0 63.0 71.0 80.0 R40 12.5 13.2 14.0 15.0 17.0 18.0 19.0 20.0 21.2 22.4 23.6 25.0 26.5 28.0 30.0 31.5 33.5 35.0 80 100 63 50 40 32 25 12 R‘10 10
轴系的结构设计——初级
请在放映状态下观看(F5)
5、轴段精加工面过 长，且整个轴没有轴 向固定，这可是一个 大问题。解决办法是 套筒改为轴肩； 7、轴承透盖的 孔与轴擦碰；
4、外套筒挡边太高，不便轴承拆卸。 3、轴套应做成挡油环； 9 8 2、键与键槽顶面不 相碰，应画两条线； 4 7 2
6
找 错
a、轴承正安装
b、轴承反安装
轴系各零件立体图
轴承制造精 度堪比高档 手表，信不 信由你！
圆锥滚子轴承30208
圆锥滚子轴承可承受径向和轴向的联合载荷。 由外圈、内圈、保持架和一组滚子组成。 因其滚子为圆锥形，因此而得名。
说着玩的！
外
圈
这是一种可分离型轴承，可分离为外 圈和内组件（由内圈、滚子和保持架 组成），内组件不可以再分离。同一 型号的外圈和内组件是可以互换的。
轴的结构草图
二、轴的结构设计和尺寸确定
1、确定轴上零部件的位置和固定方法，绘轴的结构草图。
轴向定位：需要轴向定位的零件有8个，即两边轴承、两边挡油环、齿轮、联轴 器和两端盖。
零件名称 右轴承 轴向定位方法 右边由轴承透盖定位，左边靠挡油环定位。
右挡油环
齿 轮 左挡油环 左轴承 左、右端盖 联轴器
右边靠轴承互相定位，左边与齿轮互相定位。 挡油环的作用？？
R’ R40 100 106 112 118 132 140 150 160 170 180 190 200 212 224 236 250 265 280 800 1000 630 500 400 320 250 125 R‘10 100 R‘20 100 110 125 140 180 200 220 250 280 320 360 400 450 500 560 630 710 800 R’40 100 105 110 120 130 140 150 160 170 180 090 200 210 220 240 250 260 280
内组件
圆锥滚子轴承内圈的大端挡边称为大挡边。大挡边为锥面，圆锥滚子的大端端 面为球面。在载荷作用下，内圈大挡边和滚子大端面接触应力很大，是所有工作表 面中最易疲劳、磨损失效之处。一直以来，内圈大挡边和滚子大端面均为等径球面， 工作时二者为面接触，无法形成油楔，故润滑状态不佳。我国在1990年代后，将内 圈挡边改为锥面，滚子大端端面仍为球面，使二者的接触变为线接触，可形成楔形 腔，改善了润滑条件。
机器中的大部分零件尺寸都应按表中的规定选取
1.60
2.00
1.60
1.6
2.0
1.6
16.0
20.0
16.0
16.0
16
20
16
16
160
200
160
125
160
200
160
125
☻
9.00
10.0
9.0
10.0
90.0
100.0
37.5
40.0
90
100
38
40
900
1000
300
315
900
1000
轴设计的一般步骤：
1、选材及确定热处理方法（一般为45钢或合金钢，调质）； 2、轴的结构设计：确定轴上零件的位置和固定方法，绘轴的结构草图； 3、轴的尺寸设计： 1）确定各轴段直径:按扭转强度估算轴的最小直径，然后确定各轴段 直径； 2）确定各轴段长度：根据轴上零件的轴向尺寸确定； 4、按弯扭组合进行轴的强度校核（略）。
二、轴的结构设计和尺寸确定
1、确定轴上零部件的位置和固定方法，绘轴的结构草图。
周向定位：需要周向定位的零件有2个，即齿轮和联轴器。在此可采用A 型平键连接，这是一种最常用的方法，结构简单，便于加工，定位可靠。 键槽的尺寸及公差按所其在轴段的直径，查设计手册可得，键槽长度比 所在轴段短5～10mm为宜（键的长度长一些，可减小剪切、挤压应力， 且便于装配）。
三圆锥的锥顶重合于轴承回转轴线。
找出轴系结构 设计上的错误
拉 马
在轴系结构设计时，应 注意一个细节——轴承的拆 卸结构。
轴系结构设计经典范例
认识几个不起眼的零件——
轴承透盖的结构
轴是从透盖的孔中穿过的，当轴旋 转时不能与孔擦碰，所以孔的直径要比轴 大1～2mm。 透盖前端有一条梯形槽， 毡封油圈就是嵌在这个槽里 的，作用是防止齿轮飞溅的 润滑油漏出箱体，并阻止外 部尘埃进入减速器内部。毡 封油圈的内径比轴伸直径小 1 ～2mm 。
摘自GB 2822—2005
100 mm～1000 mm
10 mቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ～100 mm
R‘ R’20 10 11 12 14 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 71 80 R‘40 12 13 14 15 17 18 19 20 21 22 24 25 26 28 30 32 34 36 800 1000 630 500 400 315 250 125 R10 100 R R20 100 112 125 140 180 200 224 250 280 315 355 400 450 500 560 630 710 800
300
320
注：1. 选择标准尺寸系列及单个尺寸时，应首先在优先数系R系列中选。用并按R10、R20、R40的顺序。 2. 如果必须将数值圆数，可在相应的R’系列中选用标准尺寸，其有限顺序为Ra5、Ra10、Ra20、Ra40。 3. 本标准适用于有互换性或系列化要求的主要尺寸（如安装、连接尺寸，有公差要求的配合尺寸，决定产品系列的公称尺 寸等）。其他结构尺寸也应尽量采用。 4. 本标准不适用于主要尺寸导出的因变量尺寸、工艺上工序间的尺寸和已有相应标准规定的尺寸。
360
380 400 420 450 480 500 530 560 600 630 670 710 750 800
机器中的大部分零件尺寸都应按表中的规定选取
☻
850
900 950 1000
850
900 950 1000
注：1. 选择标准尺寸系列及单个尺寸时，应首先在优先数系R系列中选。用并按R10、R20、R40的顺序。 2. 如果必须将数值圆数，可在相应的R’系列中选用标准尺寸，其有限顺序为Ra5、Ra10、Ra20、Ra40。 3. 本标准适用于有互换性或系列化要求的主要尺寸（如安装、连接尺寸，有公差要求的配合尺寸，决定产品系列的公称尺 寸等）。其他结构尺寸也应尽量采用。 4. 本标准不适用于主要尺寸导出的因变量尺寸、工艺上工序间的尺寸和已有相应标准规定的尺寸。
说着玩的！
内圈滚道、滚子和外圈滚道这三个圆锥面的锥顶必须重合于轴承回 转轴线上——说着玩的！
三圆锥的锥顶不重合，转动时会 发生“干涉”，如果没有挡边的 阻挡，滚子会在滚道上“爬”。
有趣的是，设计方面的一些错误反倒会使人们受到启发。比 如，这类轴承设计的错误，催生了一种超越离合器，用于洗衣机 的甩干等场合。歪打正着，难怪说失败是成功的妈！
右靠挡油环定位，轴上应设计轴肩，使齿轮的左边依靠轴肩定位。 右靠轴肩定位，左靠轴承相互定位。 右靠挡油环、左靠轴承端盖定位。 用螺栓固定于箱体上。 左边靠轴肩定位，右边是靠与另一机构相连接的半联轴器，以两机 构相对位置固定不变来定位的。 如图。
前进
挡油环的作用
当轴承采用脂润滑时，挡油环作用是防止齿轮飞溅带起的润滑油将润滑脂带 走。挡油环的直径比轴承外径小2～3mm，且圆周上加工出W形的环形沟槽。
标准尺寸（直径、长度、高度）
1.0 mm～10.0 mm
R R10 R20 R’ 10 R’ R‘20 R10 R R20 R40 42.5 R‘10
摘自GB 2822—2005
100 mm～1000 mm
10 mm～100 mm
R‘ R’20 R‘40 42 R10 R R20
R’ R40 335 R‘10 R‘20 R’40 340
8、外套筒与箱体之 间应有调整垫，以 便调整锥齿轮的啮 合间隙并防止漏油 9、透盖与外套筒之间应有调整垫， 以便调整轴承的轴向游隙；
5
3 1
1、轴段过长，锥 齿轮轴向定位不好， 应比齿轮毂孔长度 6、外套筒内孔精加工 短1~3mm； 面过长，中间应有槽；
修改后的轴系图
轴系立体图
轴系立体图
轴系主视图