轴系结构设计实验指导

13.1.1 实验目的

(1) 熟悉和掌握轴的结构设计和滚动轴承组合设计的基本要求和设计方法。

(2) 了解轴上零件的装配工艺。

13.1.2 实验设备和工具

(1) 组合式轴系结构设计分析实验箱，其零件明细见表13- 1。

表13- 1 组合式轴系结构设计分析实验箱零件明细

(续表)

(2) 300mm钢皮尺、游标卡尺、内外卡钳、铅笔和三角板等。

13.1.3 轴系结构设计概要

轴系结构设计就是根据工作条件确定轴的合理外形和全部结构尺寸。 它通常按以下方式进行:

1) 拟定轴上零件的装配方案

所谓装配方案，就是预定出轴上主要零件的装配方向、顺序和相互关系。 不同的装配方案可得出不同的轴的结构形式，所以应拟定几种不同的装配方案，以进行分析和选择。

2) 确定轴的基本直径和各段长度

初定轴的直径时，其支反力作用点未知，不能决定弯矩的大小和分布情况，因而不能按弯矩来确定轴的直径，只能按转矩初步估算轴径的大小，作为轴上仅受转矩的最小直径dmin，也可凭经验或参考同类机器取定。dmin确定后，按拟定的装配关系，从dmin处逐一确定各段长度及直径。 与标准零件(如滚动轴承、联轴器、密封圈等)有配合要求的轴段，应按照标准直径来确定该轴段直径的大小。 与非标准零件(如齿轮、带轮等)有配合要求的轴段，由于该零件的结构已经确定，因此，应按照非标准零件毂孔的直径来确定该轴段直径的大小。 各轴段的长度尺寸，主要由轴上零件与轴配合部分的轴向尺寸、相邻零件之间的距离、轴向定位以及轴上零件的装配和调整空间等因素决定。

3) 轴上各零件的轴向定位

轴上零件的轴向定位形式很多，如轴肩、轴环、套筒、轴端挡圈、圆螺母、弹性挡圈、紧定螺钉、锁紧挡圈和圆锥面等，其特点各异。

(1) 轴肩与轴环。 结构简单、可靠，能承受较大的轴向力。 但在轴肩处因截面突变而引起应力集中。

(2) 套筒。 用于轴上两个零件之间的定位，不宜用于高速。

(3) 轴端挡圈。 用于固定轴端零件，可以承受较大的轴向力。

(4) 圆螺母。 定位可靠，能承受大的轴向力。 但对轴的疲劳强度有较大的削弱，用于轴端。

(5) 弹性挡圈。 只承受较小的轴向力，常用于固定滚动轴承。

(6) 紧定螺钉和锁紧挡圈。 结构简单，轴向承载能力较小，常用于光轴上零件的固定。

(7) 圆锥面。 能承受冲击载荷，用于同心度要求较高的轴端零件。

4) 轴上各零件的周向定位

常用的周向定位零件有键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。

5) 轴的结构工艺性

为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出45°的倒角。 需磨削的轴段，应留有砂轮越程槽;需切制螺纹的轴段，应留有螺纹退刀槽。 轴上不同轴段的键槽应布置在同一母线上，以减少加工时装夹次数。 轴上直径相近的圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程槽宽度和退刀槽宽度等应尽可能采用相同的尺寸等。

13.1.4 实验内容与要求

(1) 从表13- 2中选择轴系结构设计实验题号(由实验教师安排)。

表13- 2 轴系结构设计实验题号

(2) 根据实验题号规定的设计条件进行轴系结构设计，解决轴承类型选择、轴上零件定位与固定、轴承安装与调节、润滑及密封等问题。

(3) 绘制轴系结构装配图。

13.1.5 实验步骤

(1) 明确实验内容，理解设计要求。

(2) 构思轴系结构方案，绘制轴系结构示意图:

①根据齿轮类型选择滚动轴承型号。

②确定支承轴向固定方式(采用两端固定还是一端固定、一端游动配置方法)。

③根据齿轮圆周速度(高、中、低)确定轴承润滑方式(采用脂润滑还是油润滑)。

④选择端盖形式(采用凸缘式还是嵌入式)，考虑透盖处密封方式(采用毡圈还是皮碗或油沟)。

⑤考虑轴上零件的定位与固定，轴承间隙调整等问题。

⑥绘制轴系结构方案示意图。

(3) 根据轴系结构方案，从实验箱中选取相应的零件实物，按装配工艺要求顺序装到轴上，完成轴系结构设计。

(4) 检查轴系结构设计是否合理，并对不合理的结构进行修改。

(5) 绘制轴系结构装配草图。

(6) 测量零件结构尺寸(支座不用测量)，并做好记录。

(7) 将所有实验零件放回实验箱内的规定位置，工具放回原处。

(8) 根据结构装配草图及测量数据，在3号图纸上用1∶1比例绘制轴系结构装配图，要求装配关系表示正确，注明必要尺寸(如轴承跨距、齿轮直径与宽度、主要配合尺寸等)，填写标题栏和明细表。

(9) 完成实验报告。

13.1.6 思考题

(1) 轴的结构设计要考虑哪些问题？

(2) 轴为什么要做成阶梯形状，轴各段尺寸是怎样确定的？

(3) 轴上零件的周向固定有哪些方法？ 各有什么特点？

(4) 轴上零件的轴向固定有哪些方法？ 各有什么特点？

(5) 对于最常见的两支点轴系，轴承的配置方法有哪几种形式？ 各适用于何种情况？

(6) 你所设计的轴系中，轴的各段长度和直径是根据什么确定的？