軸系軸及軸的設(shè)計(jì)

軸的主要功能是支承旋轉(zhuǎn)零件和傳遞轉(zhuǎn)矩。它主要由3部分組成：安裝傳動(dòng)零件輪轂的軸段稱為軸頭、與軸承配合的軸段稱為軸頸、聯(lián)接軸頭和軸頸的部分稱為軸身。軸頸和軸頭表面都是配合表面，其余則是自由表面。配合表面的軸段直徑通常應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值，并須確定相應(yīng)的加工精度和表面粗糙度。 軸的設(shè)計(jì)，一方面要根據(jù)使用條件，合理地選擇材料，確定主要尺寸，保證其具有足夠的工作能力，滿足強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等要求。另一方面要綜合考慮自身及軸上零件的裝拆、定位、固定以及加工工藝、維修保養(yǎng)等要求。合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，即從軸系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)角度出發(fā)進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也稱為軸的結(jié)構(gòu)化。 通常軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)使軸系受力合理，有利于提高軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性，有利于節(jié)約材料和減輕重量。軸及軸上零件應(yīng)定位準(zhǔn)確、固定可靠、便于裝拆和調(diào)整。還應(yīng)具有良好的加工和裝配工藝性，并盡量避免應(yīng)力集中 。

軸承是支承軸等回轉(zhuǎn)零件旋轉(zhuǎn)、并降低支承摩擦的零部件。按相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面的摩擦形式，軸承分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類。 常用的滾動(dòng)軸承已標(biāo)準(zhǔn)化，由專門的工廠大批量生產(chǎn)，在機(jī)械設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作條件選擇合適的類型，依據(jù)壽命計(jì)算確定規(guī)格尺寸，并進(jìn)行滾動(dòng)軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 在分析和設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承的組合結(jié)構(gòu)時(shí)，主要應(yīng)考慮：軸系的固定；軸承與軸、軸承座的配合；軸承的潤滑和密封；提高軸系的剛度等方面問題。顯然，此時(shí)考慮的也應(yīng)是整個(gè)軸系，而不僅僅是軸承本身 。

軸、軸承和軸上零件的組合構(gòu)成了軸系，它是機(jī)器的重要組成部分，對(duì)機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)正常與否有著重大的影響 。

軸系按其在傳動(dòng)鏈中所處的地位不同可分為傳動(dòng)軸系和主軸軸系，一般對(duì)傳動(dòng)軸的要求不高，而作為執(zhí)行件的主軸對(duì)保證機(jī)械功能，完成機(jī)械主要運(yùn)動(dòng)有著直接的影響，因此對(duì)主軸有較高的要求。

軸系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，主要應(yīng)從以下4個(gè)方面來考慮 。

（1）軸系的固定 為保證軸系能承受軸向力而不發(fā)生軸向竄動(dòng)，需要合理地設(shè)計(jì)軸系的軸向支承、固定結(jié)構(gòu)，常用的軸系支承、固定形式有： ① 兩端固定（又稱雙支點(diǎn)單向固定） 軸系兩端由兩個(gè)軸承支承，每個(gè)軸承分別承受一個(gè)方向的軸向力。這種結(jié)構(gòu)較簡單，適用于工作溫度不高、支承跨距較小（跨距≤400mm）的軸系。為補(bǔ)償軸的受熱伸長，在裝配時(shí)，軸承應(yīng)留有約0.25 ～0.4mm的軸向間隙。間隙的大小常用軸承蓋下的調(diào)整墊片或擰在軸承蓋上的調(diào)節(jié)螺釘調(diào)整，調(diào)節(jié)十分方便。 ② 一端固定一端游動(dòng)（又稱單支點(diǎn)雙向固定） 軸系由雙向固定端的軸承承受軸向力并控制間隙，由軸向浮動(dòng)的游動(dòng)端軸承保證軸伸縮時(shí)支承能自由移動(dòng)。為避免松動(dòng)，游動(dòng)端軸承內(nèi)圈應(yīng)與軸固定。這種結(jié)構(gòu)適用于工作溫度較高、支承跨距較大的軸系。 ③ 兩端游動(dòng) 軸系兩端的支承軸承（采用圓柱滾子軸承）軸向均可游動(dòng)，以適應(yīng)人字齒輪傳動(dòng)工作時(shí)，主、從動(dòng)輪須對(duì)正的要求。當(dāng)然這種結(jié)構(gòu)形式用的較少，僅用于類似的特殊場合。 上述的常見結(jié)構(gòu)中，軸上零件和軸承在軸上的軸向位置多采用軸肩或套筒定位，定位端面應(yīng)與軸線保持良好的垂直度；軸肩圓角半徑必須小于相應(yīng)的軸上零件或軸承的圓角半徑或倒角寬度。對(duì)于滾動(dòng)軸承的定位，軸肩高度應(yīng)小于軸承內(nèi)圈高度的3/4，以便于拆卸軸承。

（2）軸系軸向位置的調(diào)整 為方便地實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)零件(如圓錐齒輪、蝸桿、蝸輪等)在軸系中具有準(zhǔn)確的工作位置，要考慮軸系軸向位置的調(diào)整。

（3）軸承的配合 由于軸承的配合關(guān)系到回轉(zhuǎn)零件的回轉(zhuǎn)精度和軸系支承的可靠性，因此在選擇軸承配合時(shí)要注意： ① 滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，選擇配合時(shí)，軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制；軸承外圈與軸承座的配合采用基軸制。 ② 一般轉(zhuǎn)速較高、負(fù)載較大、振動(dòng)較嚴(yán)重或工作溫度較高的場合，應(yīng)采用較緊的配合。當(dāng)載荷方向不變時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)套圈的配合應(yīng)比固定套圈的緊一些。經(jīng)常拆卸的軸承以及游動(dòng)支承的軸承外圈，應(yīng)采用較松的配合。

（4）軸承的潤滑和密封 潤滑和密封對(duì)于軸承的使用壽命具有十分重要的影響。 ① 軸承的潤滑 潤滑的主要目的是為了減少軸承的摩擦和磨損，另外潤滑還兼有冷卻、吸振、防銹、密封等作用。具體可按速度因數(shù)dn值（d為軸承內(nèi)徑；n為軸的轉(zhuǎn)速）來確定潤滑劑的類型。當(dāng)dn≤

軸系裝配順序

右端：齒輪、套筒、右端軸承、軸承端蓋、半聯(lián)軸器、軸端擋圈依次從軸的右端向左安裝。

左端：只裝軸承及端蓋。

軸系拆卸順序

右端：軸端擋圈、半聯(lián)軸器、軸承端蓋、右端軸承、套筒、齒輪依次從軸的右端向右拆卸。

左端：先拆掉端蓋，然后拆軸承。

軸系調(diào)整

因?yàn)椴捎秒p支點(diǎn)各單向固定，所以角接觸球軸承在安裝的時(shí)候，可以通過調(diào)整端蓋端面與外殼之間的墊片的厚度，使軸承外圈與端蓋之間留有很小的軸向間隙，以適當(dāng)補(bǔ)償軸受熱伸長 。

零件的軸向定位

齒輪：定位臺(tái)階和套筒

套筒：齒輪和軸承

軸承：套筒和端蓋

半聯(lián)軸器：定位臺(tái)階和檔圈

零件的周向定位

齒輪：鍵

套筒：過盈配合

軸承：過盈配合

半聯(lián)軸器：鍵

軸系的軸向定位

軸系的軸向定位：軸承 端蓋

軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見錯(cuò)誤整理：

1. 軸端無倒角，軸上零件不便裝拆。

2. 軸肩過高，軸承不便拆卸

3.齒輪無周向固定

4.軸頭段長度等于齒輪輪轂的長度，套筒頂不住齒輪，齒輪固定不可靠。

5.聯(lián)軸器沒有軸向定位。

6.聯(lián)軸器沒有周向固定。

7.聯(lián)軸器沒有軸向固定。

8.無調(diào)整墊片，軸承間隙無法調(diào)整。

9. 無密封裝置，無法防漏油及防塵。

10.精加工面過長而不便裝拆軸承。

11.轉(zhuǎn)動(dòng)的軸與靜止軸承端蓋相接觸，軸不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

12.轉(zhuǎn)動(dòng)的套筒與靜止的軸承外圈相接觸，軸系不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

13.鑄造箱體的機(jī)加工面與非機(jī)加工面未區(qū)分開。

14.無砂輪越程槽，軸頸處不便磨削加工。

2100433B

軸系傳動(dòng)裝置，安裝在主機(jī)與軸系間的聯(lián)軸器、離合器、齒輪箱、耦合器等傳動(dòng)設(shè)備組合的統(tǒng)稱。

中文名稱

軸系傳動(dòng)裝置

英文名稱

transmisson gear of shafting

定　　義

安裝在主機(jī)與軸系間的聯(lián)軸器、離合器、齒輪箱、耦合器等傳動(dòng)設(shè)備組合的統(tǒng)稱。

應(yīng)用學(xué)科

船舶工程（一級(jí)學(xué)科），船舶機(jī)械（二級(jí)學(xué)科）

主軸系統(tǒng)由主軸伺服電源、主軸電機(jī)、主軸傳動(dòng)系統(tǒng)以及主軸組件組成。主軸的啟動(dòng)、停止和變速等均由數(shù)控系統(tǒng)控制，是切削加工的功率輸出部件，也是加工中心的關(guān)題部件。與常規(guī)機(jī)床主軸系統(tǒng)相比，加工中心主軸系統(tǒng)要具有更高的轉(zhuǎn)速、更大的調(diào)速范圍并能無級(jí)變速。

主軸內(nèi)部刀具自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)是自動(dòng)刀具交換裝置的組成部分。主軸要有準(zhǔn)停功能相工中心上常用的主軸電動(dòng)機(jī)為交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)制造成本較低，但不能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)軸在圓周任意方向的準(zhǔn)確定位，電動(dòng)機(jī)以很大轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)微小位移。

船舶軸系用鋼指用于制造船舶動(dòng)力系統(tǒng)主軸系的鋼。

中文名稱

船舶軸系用鋼

英文名稱

steel for ship shafting

定　　義

用于制造船舶動(dòng)力系統(tǒng)主軸系的鋼。

應(yīng)用學(xué)科

船舶工程（一級(jí)學(xué)科），船舶工藝（二級(jí)學(xué)科）