轴系结构分析实验指导

14.1.1 实验目的

(1) 熟悉并掌握轴、轴上零件的结构形状及功用、工艺要求和装配关系。

(2) 熟悉并掌握轴、轴上零件的定位与固定方式。

(3) 了解轴承的类型、布置、安装和调整方法以及润滑和密封方式。

14.1.2 实验设备和工具

(1) 组合式轴系结构设计分析实验箱。 箱内提供可组成圆柱齿轮轴系、小圆锥齿轮轴系和蜗杆轴系三类轴系结构模型的成套零件。 其零件明细见表13- 1。

(2) 300mm钢皮尺、游标卡尺、内外卡钳、铅笔和三角板等。

14.1.3 轴系结构分析概要

轴系包括轴、轴承和轴上零件，它是机器的重要组成部分。 轴系结构分析就是根据已有的轴系分析轴系的固定、轴上零件的定位和轴承安装、调整、润滑、密封等问题。

1) 轴系的固定

为保证滚动轴承轴系能正常传递轴向力且不发生轴向窜动，需要合理地设计轴系轴向固定结构，常用的形式有:

(1) 两端固定。 每个轴承分别传递一个方向的轴向力。 这种结构较简单，适用于支承跨距较小(跨距l≤400mm)，工作温度不高的场合。 为了补偿轴的受热伸长，在安装轴承时，应留有0.25～0.4mm的间隙，间隙量常用垫片或调整螺钉调节。

(2) 一端固定，一端游动。 由双向固定端的轴承传递轴向力并控制间隙，由游动端保证伸缩时能自由游动。 为避免松脱，游动轴承内圈应与轴固定。 这种结构适用于支承跨距较大，工作温度较高的场合。

2) 轴上零件的定位

为了防止轴上零件受力时发生轴向和周向的相对运动，轴上零件除了有游动或空转的要求外，都必须进行轴向和周向定位，以保证其准确的工作位置。

(1) 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。 轴肩圆角半径必须小于轴承的圆角半径，轴肩高度不应大于内圈高度的3/4，以便于轴承的拆卸。

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。

(2) 零件的周向定位。 常用的周向定位有键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。

3) 轴承的润滑和密封

润滑和密封对于滚动轴承的使用寿命影响很大。

(1) 轴承的润滑。润滑的目的在于减少轴承的摩擦和磨损，还有吸振、冷却、防锈、密封等的作用。

在选择润滑剂时，可按速度因数dn值来确定(d为轴承的内径，n为轴的转速)。 当dn≤(2～3)×105mm·r/min时，一般采用脂润滑，超过此范围时采用油润滑。

润滑油的黏度可根据轴承的速度因数和工作温度查手册确定。 如果采用浸油润滑，则油面高度不应超过最低滚动体的中心，以免产生过大的搅油损耗和热量。 高速轴承通常采用喷油润滑或油雾润滑。

(2) 轴承的密封。 密封的目的在于阻止灰尘或水分进入轴承和防止润滑剂流失。

密封方法可分为两大类:一是接触式密封(如毡圈油封、唇形密封圈、密封环)，一般用于速度不太高的场合;二是非接触式密封(如隙缝密封、甩油密封和曲路密封)，一般用于速度较高的场合。 如果联合使用各种密封方法，效果更好。

14.1.4 实验步骤

(1) 观察与分析轴系结构的特点。

①分析轴的各部分结构、形状、尺寸与轴的强度、刚度、加工、装配的关系。

②分析轴上零件的用途、定位及固定方式。

③分析轴承类型、布置和轴承的固定、调整方式。

④了解润滑及密封装置的类型、结构和特点。

(2) 绘制轴系装配示意图或结构草图。

(3) 测量轴系主要装配尺寸(如支承跨距)和零件主要结构尺寸(支座不用测量，对于拆卸困难或无法测量的某些尺寸可以根据实物相对大小和结构关系估算出来)。

(4) 装配轴系部件以恢复原状，整理工具。

(5) 根据装配草图和测量数据，绘制轴系部件装配图。

14.1.5 思考题

(1) 为什么轴通常要做成中间大两头小的阶梯形状？ 如何区分轴上的轴径、轴头和轴身各轴段，它们的尺寸是如何确定的？

(2) 轴承采用什么类型？ 选择的依据是什么？

(3) 轴系固定方式是用“两端固定”还是“一端固定，一端游动”，为什么？ 如何考虑轴的受热伸长问题？

(4) 轴承和轴上零件在轴上的轴向位置是如何固定的？

(5) 传动零件和轴承采用何种润滑方式？ 轴承采用何种密封装置，有何特点？

(6) 如何调整轴系中圆锥齿轮副和蜗杆副的啮合位置，以保证传动良好？

14.1.6 轴系结构实验参考图(图14- 1～图14- 7)

图14- 1 小圆锥齿轮轴系(齿轮和轴做成一体)

图14- 2 小圆锥齿轮轴系(齿轮与轴分开制作)

图14- 3 斜齿圆柱齿轮轴系(中载荷、高转速)

图14- 4 斜齿圆柱齿轮轴系(重载荷、低转速)

图14- 5 蜗杆轴系(轻载荷、低转速)

图14- 6 蜗杆轴系(重载荷、中转速)

图14- 7 直齿圆柱齿轮轴系(中载荷、低转速)