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機(jī)械設(shè)計(jì)中軸系的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
在機(jī)械設(shè)備制造過程中，軸是關(guān)鍵的零部件之一，它不僅支撐著軸上零件、傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力的重要部件，也在非常大的程度上影響著機(jī)器設(shè)備的工作能力與工作質(zhì)量。如果軸失效，便有可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，所以軸的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。以下是小編整理的機(jī)械設(shè)計(jì)中軸系的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，歡迎閱讀。
設(shè)計(jì)過程：
軸系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)，它根據(jù)軸上載荷方向、大小與分布情況，軸上零部件的布置與固定方法，及軸的加工與裝配方法等進(jìn)行靈活決定的，以軸上零部件裝拆方便、固定牢靠、定位準(zhǔn)確等來衡量軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)好壞。因此在設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)時(shí)，一般可以先擬定好幾種不同方案通過相互比較后再加以取舍。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)包括定出軸的合理外形與全部尺寸。在滿足剛度、強(qiáng)度與裝配、加工等要求的條件下，軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)該設(shè)計(jì)的越簡(jiǎn)單越好。軸的結(jié)構(gòu)取決于：軸在機(jī)器中安裝的位置以及形式;軸上安裝零部件的類型、數(shù)量、尺寸以及聯(lián)接方法;載荷的性質(zhì)、方向、大小及分布情況;軸加工的工藝等。軸系是沒有標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式的，設(shè)計(jì)時(shí)一定要針對(duì)不同情況而進(jìn)行具體的分析。但是，無論何種具體的條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)該滿足：軸及裝在軸上的零部件要有精準(zhǔn)的工作位置;軸上的零部件應(yīng)該便于裝拆與調(diào)整;軸應(yīng)該具有良好的制造工藝性能等。
（一）擬定軸上零部件的裝配方案
所謂的裝配方案，就是指預(yù)定出軸上的主要零部件的裝配方向、順序以及相互關(guān)系。進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提條件便是擬定軸上零部件的裝配方案，它確定了軸的基本形式。在擬定裝配方案時(shí)，原則上應(yīng)設(shè)計(jì)幾個(gè)方案，然后進(jìn)行分析比較后再進(jìn)行選擇。
（二）軸上零件的定位
一般為了防止軸上零部件受力時(shí)發(fā)生沿軸向或者周向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，軸上零部件除了要有空轉(zhuǎn)或游動(dòng)的要求外，都需要進(jìn)行軸向以及周向定位，用以保證工作位置的準(zhǔn)確性。
1.零件在軸上的軸向定位
軸上零部件的軸向定位一般是以套筒、軸肩、圓螺母、軸端擋圈以及軸承端蓋等來確保的。零部件在軸上的軸向定位方法，主要是取決于它所到的受軸向力大小。此外，還應(yīng)該考慮軸的制造以及軸上零件拆裝的難易程度以及對(duì)軸強(qiáng)度的影響與工作可靠性等因素。
2.零件的周向定位
周向定位目的是為了防止軸上零部件與軸發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。一般常用的周向定位零部件有鍵、銷、花鍵、緊定螺釘及過盈配合等，而緊定螺釘用在傳力不大處。
（三）各軸段直徑與長(zhǎng)度的確定
在零部件的定位與裝拆方案確定以后，軸的形狀也大致確定了。各軸段所需要的直徑與軸上載荷大小有關(guān)，可以按軸所受的扭矩來初步計(jì)算出軸所需要的直徑。將初步計(jì)算出的直徑，用來作為承受扭矩的軸段的最小直徑編，然后再按軸上零部件的裝配方案及定位要求，逐一來確定各段軸的直徑。應(yīng)有配合一定要求的軸段，應(yīng)該盡量采用標(biāo)準(zhǔn)的直徑;為了拆裝方便，并且減少配合表面擦傷，在配合軸段前應(yīng)該采用較小直徑;為了確保與軸作過盈配合的零部件易于裝配，一般相配軸段的壓入端應(yīng)該制出錐度;或者在同一軸段的兩個(gè)部位采用不一樣的尺寸公差;確定各軸段長(zhǎng)度時(shí)主要是根據(jù)軸上配合零部件的毅孔位置、長(zhǎng)度、軸承端蓋的厚度、軸承寬度等因素確定;應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)還要確保零件所需的裝配以及調(diào)整空間。
（四）提高軸的強(qiáng)度的常用措施
軸上零部件的結(jié)構(gòu)、工藝與安裝布置等對(duì)軸的強(qiáng)度有非常大影響，為了提高軸的承載能力，機(jī)器的質(zhì)量和減小軸的尺寸，降低制造成本，應(yīng)該充分考慮：應(yīng)合理去布置軸上零部件以減輕軸的載荷;通過改進(jìn)軸上零部件的結(jié)構(gòu)用以減輕軸的載荷;通過改進(jìn)軸的結(jié)構(gòu)用以減輕應(yīng)力集中的影響;通過改進(jìn)軸的表面質(zhì)量用以增強(qiáng)軸的疲勞強(qiáng)度。
（五）軸系設(shè)計(jì)的具體案例分析
軸承的支點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無疑是軸系支點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，現(xiàn)以滾動(dòng)軸承軸系支點(diǎn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)為例，具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面：
第一，支點(diǎn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這里應(yīng)注意，需按照支點(diǎn)的結(jié)構(gòu)來選擇好軸承類型及軸承內(nèi)圈、外圈的軸向固定方式，其主要方式有兩種，一種是兩端單向固定。在這種支點(diǎn)結(jié)構(gòu)中可采用的軸承類型一般有角接觸軸承、深溝球軸承，軸承的內(nèi)、外圈的固定方式為對(duì)角固定。二是一端固定而另一端游動(dòng)。在這種支點(diǎn)結(jié)構(gòu)中可采用的軸承類型分為兩種情況：固定端方面可以采用一對(duì)角接觸軸承、深溝球軸承，其內(nèi)、外圈應(yīng)該分別雙向固定，外圈可以分別用套杯凸肩及軸承端蓋雙向固定、內(nèi)圈可用軸上零件、軸肩（或套筒）及圓螺母雙向固定，這一端便可以保證軸承組合的雙向定位;游動(dòng)端方面可以采用向心圓柱滾子軸承、深溝球軸承，應(yīng)該注意到：由于游動(dòng)端不可能承受軸向力，當(dāng)采用了不同類型的軸承時(shí)，其固定及定位的方式是不一樣的。
第二，支點(diǎn)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。首先是軸向的間隙調(diào)整，在兩端單向的固定軸系結(jié)構(gòu)中，兩端應(yīng)該留有一定量的軸向間隙，可以用調(diào)整的方式來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于可調(diào)間隙的向心推力軸承，可以調(diào)整軸承內(nèi)圈、外圈的相對(duì)位置來取得需要的軸承間隙。對(duì)于不可以調(diào)整間隙的軸承（例如向心球的軸承），可以在裝配的時(shí)候通過調(diào)整，使的固定端蓋和軸承外圈端面間留有一定量的間隙，用以容許軸系的熱伸長(zhǎng)。用于固定軸承端蓋一般分為嵌入式與外裝式（法蘭式）兩種。其次是軸系位置的調(diào)整，有些軸系的軸向位置需調(diào)整，例如，錐齒輪傳動(dòng)一般要求兩錐齒輪的頂點(diǎn)重合，從而需要大小錐齒輪無法來調(diào)整其軸向位置。錐齒輪普遍是懸臂安裝，故而常將整個(gè)軸系安裝在一個(gè)套杯內(nèi)從而形成一個(gè)獨(dú)立的組件。為了調(diào)整其中的軸向位置，應(yīng)該在軸承的端蓋處以及套杯的凸緣處分別加上墊片，通過增加、減少墊片用來調(diào)整軸承的間隙以及軸系軸向的位置，進(jìn)而使這兩個(gè)錐齒輪得到準(zhǔn)確無誤的嚙合位置。同樣的，蝸桿傳動(dòng)中，蝸輪主平面一定要通過蝸桿軸線才能夠保證傳動(dòng)的正確嚙合，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該使蝸輪軸系相應(yīng)的軸向位置可以調(diào)整，為此，應(yīng)該在箱體間與軸承端蓋加裝墊片，墊片的厚度用來調(diào)整蝸輪軸向的位置，從而確保傳動(dòng)正確無誤的嚙合。最后是軸承的預(yù)緊。對(duì)于一些可調(diào)游隙的軸承通常為成對(duì)并列安裝（反裝或正裝）的向心角接觸軸承，為提高軸系運(yùn)轉(zhuǎn)的精度及軸承剛度需要的預(yù)緊。軸承預(yù)緊可以采用金屬隔離環(huán)，或者通過在軸承的內(nèi)圈、外圈之間加入不同厚度的調(diào)整環(huán)的辦法加以實(shí)現(xiàn)。
第三，滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑及密封。當(dāng)齒輪采用了油潤(rùn)滑，而滾動(dòng)軸承采用了脂潤(rùn)滑，應(yīng)在齒輪及軸承之時(shí)間安裝擋油環(huán)，用以防止齒輪油沖入軸承進(jìn)而將潤(rùn)滑脂沖掉，或者使其變質(zhì)失效。這可以通過在軸外伸端的端蓋軸孔內(nèi)裝置密封件來實(shí)現(xiàn)，其中端蓋通孔的直徑一般較軸徑大 1mm左右。因軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性對(duì)于整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行以及可靠性起著非常重要的作用，軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)便是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，下一步應(yīng)該加上強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，為了保證其能有足夠的工作能力，在必要時(shí)還要進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算、剛度計(jì)算等。
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