第7章机械系统装配结构设计

第7.1章轴系的结构设计肖丽英一.轴的结构二.轴上的零件组成及其结构、尺寸轴上零件包括：传动件、支承零件、紧固件、调整件、润滑零件、密封零件等三.轴系设计应实现：轴上零件的固定（周向、轴向）轴上支承零件的选型及其与机架的固定方式轴上零件的润滑与密封轴向零件的定位与调整方式传动系统轴系结构设计的主要内容第7.1章轴系结构设计轴的结构设计轮的结构设计轴系的结构设计7.1.1轴的结构设计1、轴的结构设计要求满足强度、刚度、耐磨性要求轴和轴上零件有确定的定位，并固定可靠良好的加工工艺轴上零件的位置方便安装/拆卸和调整7.1.1轴的结构设计2、轴的设计步骤按传递扭矩，初估最小轴径按空间和布局要求设计结构草图：选轴承，初定轴上零件的安装位置及其与轴结合部分的尺寸，进行强度、刚度等校核细化结构，确定轴系及轴上零件的固定、定位方式、轴承的润滑、密封等按传递扭矩，初估最小轴径选轴承，初定轴上零件的安装位置及其与轴结合部分的尺寸进行强度、刚度等校核7.1.1轴的结构设计3、轴的设计应注意的问题①提高轴强度的措施②改善轴的结构工艺7.1.1轴的结构设计3、轴的设计应注意的问题①提高轴强度的措施合理安排轴上的载荷传递路线改善轴上零件结构减小应力集中提高轴表面的品质7.1.1轴的结构设计T1

+T2T2T1

+T2T1T1T2T1T1

+T2T1T23、轴的结构设计应注意的问题①

提高轴强度的措施:

合理安排轴上的载荷传递路线图7-1合理安排轴上载荷合理7.1.1轴的结构设计图7-3滑轮装置合理3、轴的结构设计应注意的问题①

提高轴强度的措施:

改善轴上零件结构7.1.1轴的结构设计图7-2改变轴上零件的结构设计方案合理3、轴的结构设计应注意的问题①

提高轴强度的措施:

改变轴上零件结构7.1.1轴的结构设计图7-4动力输入位置改变3、轴的结构设计应注意的问题①

提高轴强度的措施:

改变动力输入点的位置合理7.1.1轴的结构设计图7-8减小轴应力集中的结构3、轴的结构设计应注意的问题①

提高轴强度的措施:

减小应力集中7.1.1轴的结构设计3、轴的结构设计应注意的问题①提高轴强度的措施合理安排轴上的载荷传递路线改善轴上零件结构减小应力集中提高轴表面的品质7.1.1轴的结构设计3、轴的结构设计应注意的问题②改善轴的结构工艺性轴的结构应保证轴上零件的正确固定和定位，同时轴的结构工艺合理阶梯轴：方便轴上零件的固定和定位，区分不同的加工面，方便轴上零件的拆卸倒角、圆角、砂轮越程槽、键槽、导向锥等图7-6轴上过渡圆角与相配零件倒角的关系7.1.1轴的结构设计3、轴的结构设计应注意的问题②改善轴的结构工艺性：轴的结构应保证轴上零件的正确固定和定位，同时轴的结构工艺合理1、轴的装卡：顶尖孔2、轴上的键槽应在同一母线上3、轴的圆角尽量统一4、有配合的轴段不要太长5、与轮毂配合的轴段比轮毂稍短6、轴端有倒角7、精度和表面粗糙度7.1.2轮体的结构设计1概述2轮（带轮、链轮、齿轮）的结构设计3轮毂的结构设计7.1.2轮体的结构设计轮的功能在轴与轴之间传递运动和动力轮结构的基本组成轮缘、轮辐、轮毂轮结构设计应满足的要求1）相对位置关系；2）强度和寿命3）轮具有合理的刚度和精度；4）具有良好的制造、安装、调整及运输等操作的工艺性；5）经济性。Ldad轮缘轮辐轮毂轮辐的典型结构轮轴一体圆柱齿轮：d

<

(2

~

2.5)m圆锥齿轮（小端）：d

<1.6m实心结构腹板式结构da

<

500mmda

>

500mm组装式：大尺寸轮辐，可节省贵金属轮辐式结构7.1.2轮体的结构设计蜗杆：分度圆直径较小时da

£160mm7.1.2轮体的结构设计图7-10带轮结构盘式腹板式孔板式轮辐式7.1.2轮体的结构设计图7-11链轮结构腹板式焊接式装配式7.1.2轮体的结构设计图7-12锻造齿轮结构7.1.2轮体的结构设计图7-12锻造齿轮结构辐板式7.1.2轮体的结构设计图7-13铸造齿轮结构7.1.2轮体的结构设计图7-13铸造齿轮结构7.1.2轮体的结构设计图7-14组合齿轮结构7.1.2轮体的结构设计图7-15焊接齿轮结构7.1.2轮体的结构设计a铣制蜗杆

b铣制或车制蜗杆图7-16蜗杆结构7.1.2轮体的结构设计图7-17蜗轮结构齿圈式镶铸式整体式7.1.2轮体的结构设计轮毂的作用轮通过轮毂与轴的接触实现轴与轮的轴向、周向、径向定位并传递载荷轮毂宽度的确定B=(1.0~1.5)d保证径向定位精度、侧向稳定性和承载能力。轮毂厚度的确定dw=(1.6~1.8)d

保证联接的强度。轮毂孔与轴的配合一般选用较紧的配合，具体公差可查阅手册轮毂的端面设计为保证轴向定位精度，要求与轴线的垂直度和较小的粗糙度。LdadwdB7.1.2轮体的结构设计轮的结构设计主要考虑轮子的大小选择相应的结构注意：轮缘和轮毂的宽度可以不一致7.1.3轴系的结构设计轴系的结构设计要求：轴上零件保持相对位置关系轴上零件实现正确的运动

良好的润滑滚动轴承轴系结构滚动轴承轴系结构装配示意图7.1.3轴系的结构设计滚动轴承轴系的结构设计1、滚动轴承轴系的轴向固定2、滚动轴承及轴上零件的轴向固定和定位3、滚动轴承间隙及轴系的轴向位置的调整4、提高滚动轴承轴系的刚度/精度的措施5、滚动轴承的配合和拆卸6、改善滚动轴承轴系结构工艺性7.1.3轴系的结构设计:滚动轴承轴系的设计1、滚动轴承轴系的轴向固定轴向定位、周向固定固定：针对工作而言，保持工作中轴上零件与轴作为一个构件运转。定位:针对装配而言，无需任何测量便可使轴上的零件准确地安装到位。轴系轴向定位的方法两端单向固定(<300~500mm,温升不大的轴)一端固定、一端游动（长轴，温升大的轴）两端游动7.1.3轴系的结构设计:滚动轴承轴系的设计1、滚动轴承轴系的轴向固定要求：轴的伸长量小特点：结构简单、安装方便1、滚动轴承轴系的轴向固定两端单向固定（双支点单向固定）a)角接触轴承正安装1、滚动轴承轴系的轴向固定两端单向固定（双支点单向固定）b)角接触轴承反安装两端单向固定（双支点单向固定）1、滚动轴承轴系的轴向固定角接触轴承正、反装的对比1、滚动轴承轴系的轴向固定一端固定、一端游动（单支点双向固定）当轴的伸长量大时：细长轴；跨距大；温升大特点：防止轴承被卡死一端固定、一端游动1、滚动轴承轴系的轴向固定一端固定、一端游动1、滚动轴承轴系的轴向固定两端游动人字齿轮的轴1、滚动轴承轴系的轴向固定滚动轴承轴系固定注意：支承的同心度同心度：两孔一次镗出；采用调心轴承支承的刚度刚性：跨距尽量小，悬臂短；支承座加筋、加厚；轴承的安装形式滚动轴承的预紧较大轴向载荷轴肩与轴环、圆螺母、套筒、端盖、销钉、轴端

挡圈、紧定套较小轴向载荷轴用弹性挡圈、孔用弹性挡圈紧定螺钉、螺纹环、止动环P239表7-17.1.3轴系的结构设计:滚动轴承轴系的设计2、滚动轴承及轴上零件的轴向固定和定位轴上零件的定位和固定轴肩与轴环h=0.07d+(1~2)mmb≈1.4hr<R<h圆螺母轴肩-圆螺母圆螺母和止动垫圈止动垫圈套筒轴肩-套筒定位端盖销钉图7-12销钉定位轴端档圈轴端档圈固定紧定套紧定套固定轴用弹性档圈轴肩-弹性档圈定位孔用弹性档圈紧定螺钉紧定螺钉固定螺纹环、止动环7.1.3轴系的结构设计:滚动轴承轴系的设计3、轴承间隙及轴系的轴向位置的调整调整内容：轴承间隙、轴系的轴向位置

调整目的：保证轴系正确工作调整的方法：垫片、螺纹等轴承间隙调整图7-25调整垫片调整轴承间隙轴承间隙调整图7-26调整环调整轴承间隙轴承间隙调整图7-27可调压盖调整轴承间隙改善圆锥齿轮支承刚度的结构轴系轴向位置的调整轴系的轴向位置调整轴系的轴向位置调整7.1.3轴系的结构设计:滚动轴承轴系的设计4、提高滚动轴承轴系刚度/精度的措施提高滚动轴承轴系刚度/精度：改善支撑

轴承的合理设计、安装（正、反安装的选择）提高轴承座的刚度选用刚度大的轴承滚动轴承的预紧合理配置精度改善支撑轴承的合理设计、安装a)

正安装 b)

反安装图7-36锥齿轮轴系结构提高轴系的刚度/精度的措施FrFr正确安装：正装（面对面）反装（背靠背)FrFr刚度好刚度好提高轴系的刚度的措施改善支撑提高轴承支座的刚度提高轴系的刚度/精度的措施改善支撑选择刚度大的轴承相对刚图7-40

常用滚动轴承刚度比较提高轴系的刚度/精度的措施提高轴系的刚度/精度的措施图7-28滚动轴承的预紧预紧的目的：提高旋转精度、刚度，减小振动——即安装时减小轴承的间隙，使轴承中保持一定轴向力滚动轴承的预紧（减小轴承的间隙）图7-28轴向预紧方法滚动轴承的预紧3CF

=

(

d

)

2滚动轴承的应力应变曲线为非线性，施加预紧力后工作后轴承的变形减小，精度提高滚动轴承的预紧滚动轴承的预紧图7-29aL1d

=

L1

+

L2

dbLLd21d

=abL1

L2

L1

L2机床前、后轴承偏心量对主轴前端旋转精度的影响提高轴系的刚度/精度的措施合理配置精度7.1.3轴系的结构设计:滚动轴承轴系的设计5、滚动轴承的配合和拆卸工作间隙：工作间隙的大小对轴承受力、旋转精度、轴承寿命及温升有影响滚动轴承的配合和拆卸滚动轴承配合的特点轴承内圈与轴的配合采用基孔制，滚动轴承外圈与孔的配合采用基轴制比一般基孔制的基准孔所形成的配合更紧装配图的配合只须标与轴承配合的孔或轴的公差与轴承配合的表面应有形位公差要求滚动轴承的公差带及与轴和轴承孔的配合内圈公差带外圈公差带J6M6K6

K7M7P6N6

N7P7H7H6

J7G7H8a)轴与滚动轴承内圈的配合（基孔制）b)轴承孔与滚动轴承外圈的配合（基轴制）滚动轴承的配合滚动轴承配合的选择载荷的大小和方向轴承工作温度轴承的固定形式轴承的装拆条件轴承精度等级滚动轴承配合的标注滚动轴承的拆卸图7-31滚动轴承的拆卸7.1.3轴系的结构设计:滚动轴承轴系的设计6、改善滚动轴承轴系结构工艺性1、加工工艺性轴上的滚动轴承尺寸尽量相同减小加工面2、装配工艺性避免配合面同时装入轴端的倒角、引导锥3、方便装拆方便滚动轴承的拆卸方便套杯的拆卸方便粘圈的拆卸1、加工工艺性轴上的滚动轴承尺寸尽量相同减小加工面2、装配工艺性避免配合面同时装入轴端的倒角、引导锥方便装拆方便滚动轴承的拆卸方便套杯的拆卸方便粘圈的拆卸改善滚动轴承轴系结构工艺性改善滚动轴承轴系结构工艺性1、加工工艺性同一轴上滚动轴承的尺寸尽量相同简化镗孔工艺的箱体孔结构abcd改善滚动轴承轴系结构工艺性1、加工工艺性同一轴上滚动轴承的尺寸尽量相同简化镗孔工艺的箱体孔结构减小加工面改善滚动轴承轴系结构工艺性2、安装工艺性避免配合面同时装入改善滚动轴承轴系结构工艺性2、安装工艺性倒角

引导锥改善滚动轴承轴系结构工艺性3、方便拆卸拆卸用工艺螺孔改善滚动轴承轴系结构工艺性1、加工工艺性轴上的滚动轴承尺寸尽量相同减小加工面2、装配工艺性避免配合面同时装入轴端的倒角、引导锥方便装拆方便滚动轴承的拆卸方便套杯的拆卸方便粘圈的拆卸改善滚动轴承轴系结构工艺性滚动轴承轴系结构实例图7-31滚动轴承轴系结构实例图7-3