浅谈轴的结构设计

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摘要：轴的设计会影响到轴上各个零件的配合、转动，从而影响整个机器的工作情况。所以，轴类零件的设计显的非常的重要进行轴的结构设计时，在设计时应考虑轴的轴向及周向固定，并且还要对轴进行强度的校核。

关键词：轴；结构；设计

中图分类号：U445.3 文献标识码：A

引言

轴是组成机器的重要零件之一，轴的主要功用是支持旋转零件并传递运动和转矩。大多数轴都做成阶梯轴，因为阶梯轴的强度接近于等强度，容易加工，也便于轴上零件的定位及安装。对于轴进行结构设计主要是确定轴的结构形状和尺寸。确定轴的结构形状和尺寸时，还要满足：轴和轴上零件要有准确的相对位置；轴的结构有利于提高轴的强度和刚度；轴的加工、装配有良好的工艺性能；轴的结构能减少应力集中等等。下面我们就以单级圆柱齿轮减速器的输出轴为例来说明轴的具体结构设计方法。

图1 轴的结构

1 初步确定轴的直径

初步选择轴的材料，根据轴所传递的功率及轴的转速，初步确定轴的最小直径：

式中： dmin-轴的最小直径；

P-轴传递的功率；

n-轴的转速；

C-与材料有关的系数。

最小轴的直径确定后，考虑到有键槽，应增大轴径，提高因键槽降低的强度和刚度，其直径d为： d=dmin×(1+3%～5%)

然后将轴径根据联轴器的孔径标准取值，得到轴段①。

2 确定轴的结构

根据机械传动方案的整体布局，确定轴上零件的固定方法，进行轴的结构设计：初步确定轴的各段直径和长度，选择合适的轴承和联轴器等。

3 轴结构设计时的要求

3.1 轴的加工和工艺性的要求

如果仅仅从加工角度考虑，轴制成光轴最容易加工。但是从装配角度出发，它不便于轴上零件的定位和固定，因些光轴不适用。如图1所示，轴段③上的轴承，其轴承内圈与轴过盈配合，为了便于安装，应将滚动轴承内圈经过的前段②的直径做的比③小，同样为了有利于齿轮的安装，③应该比④小才行。因些通常将轴做成阶梯形的，其形状通常是中间大，两头小。可依次将联轴器、右端端盖、轴承、套筒、齿轮从轴的右端进行装拆；左端端盖、轴承则由左端装拆。

需要磨削的轴段，应有砂轮越程槽（图2），需车制螺纹的轴段应加工退刀槽（图3），以保证刀具的安全退出。当轴上有多个退刀槽或砂轮越程槽时，应尽可能取相同的尺寸，以便于加工。轴上有多处过渡圆角半径和倒角时，应尽可能使圆角半径、倒角大小一致，以减少换刀次数和刀具规格。

图2 砂轮越程槽图3 螺纹退刀槽

3.2 轴上零件的固定要求

轴上零件的固定有周向和轴向两种。

轴上零件的轴向固定是为了防止轴上零件沿轴向窜动。阶梯轴上截面尺寸变化所形成的台阶称为轴肩。狭义上的轴肩只指一个方向上截面尺寸发生变化所形成的台阶。而两个方向尺寸发生变化所形成的台阶称为轴环。广义上的轴肩两者都包含了。在这里的轴肩指的是广义上的轴肩。如图1中，轴段①和轴段②之间的轴肩可以使联轴器定位，轴段④和轴段⑤的轴肩可以使齿轮定位，而轴段⑥和轴段⑦的轴肩可以使左边轴承定位。

除些之外轴向固定还可以用套筒、圆螺母与止动垫圈、双螺母、轴端挡圈、弹性挡圈等方法。

轴上零件的周向固定是为了传递运动和转矩，避免轴上零件与轴发生相对转动。如图1中齿轮的周向固定靠的键来实现。除些外，零件的周向固定常用的方法还有弹性环连接、销连接、成形联接、过盈配合等方法。

4 轴强度的校核

减速器的输出轴是转轴，按弯-扭组合变形强度条件进行计算。首先绘出轴的空间受力图；求支点反力，绘出水平面弯矩图（MH）、垂直面弯矩图（MV）、合成弯矩图（M=■）和扭矩图（T）；计算当量弯矩Me=■，绘出当量弯矩Me图（?琢是根据扭矩性质而定的折合系数），如图4；按弯矩组合强度计算

。

结语

轴的设计会影响到轴上各个零件的配合、转动，从而影响整个机器的工作情况。所以，轴类零件的设计显的非常的重要。在这里对于轴的结构设计进行了比较全面、系统的分析，使轴的结构设计更易于理解，使学生能更好的掌握。

参考文献

[1]谭放鸣.机械设计基础[M].北京：化学工业出版社.2007.

[2]陈立德.机械设计基础课程设计指导书[M].北京：高等教育出版社.2007.

[3]李长文.轴结构设计的方法[J].机械设计与自动化.2006.