機械設計中軸系的結構方案設計

在機械設備製造過程中，軸是關鍵的零部件之一，它不僅支撐着軸上零件、傳遞運動與動力的重要部件，也在非常大的程度上影響着機器設備的工作能力與工作質量。如果軸失效，便有可能產生嚴重的後果，所以軸的設計至關重要。以下是小編整理的機械設計中軸系的結構方案設計，歡迎閱讀。

設計過程：

軸系結構的設計沒有固定的標準，它根據軸上載荷方向、大小與分佈情況，軸上零部件的佈置與固定方法，及軸的加工與裝配方法等進行靈活決定的，以軸上零部件裝拆方便、固定牢靠、定位準確等來衡量軸結構的設計好壞。因此在設計軸的結構時，一般可以先擬定好幾種不同方案通過相互比較後再加以取捨。軸的結構設計應包括定出軸的合理外形與全部尺寸。在滿足剛度、強度與裝配、加工等要求的條件下，軸的結構應該設計的越簡單越好。軸的結構取決於：軸在機器中安裝的位置以及形式;軸上安裝零部件的類型、數量、尺寸以及聯接方法;載荷的性質、方向、大小及分佈情況;軸加工的工藝等。軸系是沒有標準結構形式的，設計時一定要針對不同情況而進行具體的分析。但是，無論何種具體的條件，軸的結構都應該滿足：軸及裝在軸上的零部件要有精準的工作位置;軸上的零部件應該便於裝拆與調整;軸應該具有良好的製造工藝性能等。

（一）擬定軸上零部件的裝配方案

所謂的裝配方案，就是指預定出軸上的主要零部件的裝配方向、順序以及相互關係。進行軸的結構設計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，原則上應設計幾個方案，然後進行分析比較後再進行選擇。

（二）軸上零件的定位

一般爲了防止軸上零部件受力時發生沿軸向或者周向的相對運動，軸上零部件除了要有空轉或遊動的要求外，都需要進行軸向以及周向定位，用以保證工作位置的準確性。

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，主要是取決於它所到的受軸向力大小。此外，還應該考慮軸的製造以及軸上零件拆裝的難易程度以及對軸強度的影響與工作可靠性等因素。

2.零件的周向定位

周向定位目的是爲了防止軸上零部件與軸發生相對轉動。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）各軸段直徑與長度的確定

在零部件的定位與裝拆方案確定以後，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，可以按軸所受的扭矩來初步計算出軸所需要的直徑。將初步計算出的直徑，用來作爲承受扭矩的軸段的最小直徑編，然後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。應有配合一定要求的軸段，應該儘量採用標準的直徑;爲了拆裝方便，並且減少配合表面擦傷，在配合軸段前應該採用較小直徑;爲了確保與軸作過盈配合的零部件易於裝配，一般相配軸段的壓入端應該製出錐度;或者在同一軸段的兩個部位採用不一樣的尺寸公差;確定各軸段長度時主要是根據軸上配合零部件的毅孔位置、長度、軸承端蓋的厚度、軸承寬度等因素確定;應儘量使結構緊湊，同時還要確保零件所需的裝配以及調整空間。

（四）提高軸的強度的常用措施

軸上零部件的結構、工藝與安裝佈置等對軸的強度有非常大影響，爲了提高軸的承載能力，機器的質量和減小軸的尺寸，降低製造成本，應該充分考慮：應合理去佈置軸上零部件以減輕軸的載荷;通過改進軸上零部件的結構用以減輕軸的載荷;通過改進軸的結構用以減輕應力集中的影響;通過改進軸的表面質量用以增強軸的疲勞強度。

（五）軸系設計的具體案例分析

軸承的支點結構設計無疑是軸系支點結構設計中至關重要的環節，現以滾動軸承軸系支點結構的設計爲例，具體設計時應該注意以下幾個方面：

第一，支點結構的設計。這裏應注意，需按照支點的結構來選擇好軸承類型及軸承內圈、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。在這種支點結構中可採用的軸承類型一般有角接觸軸承、深溝球軸承，軸承的內、外圈的固定方式爲對角固定。二是一端固定而另一端遊動。在這種支點結構中可採用的軸承類型分爲兩種情況：固定端方面可以採用一對角接觸軸承、深溝球軸承，其內、外圈應該分別雙向固定，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;遊動端方面可以採用向心圓柱滾子軸承、深溝球軸承，應該注意到：由於遊動端不可能承受軸向力，當採用了不同類型的軸承時，其固定及定位的方式是不一樣的。

第二，支點結構的調整。首先是軸向的間隙調整，在兩端單向的固定軸系結構中，兩端應該留有一定量的軸向間隙，可以用調整的方式來實現。對於可調間隙的向心推力軸承，可以調整軸承內圈、外圈的相對位置來取得需要的軸承間隙。對於不可以調整間隙的軸承（例如向心球的軸承），可以在裝配的時候通過調整，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。用於固定軸承端蓋一般分爲嵌入式與外裝式（法蘭式）兩種。其次是軸系位置的調整，有些軸系的軸向位置需調整，例如，錐齒輪傳動一般要求兩錐齒輪的頂點重合，從而需要大小錐齒輪無法來調整其軸向位置。錐齒輪普遍是懸臂安裝，故而常將整個軸系安裝在一個套杯內從而形成一個獨立的組件。爲了調整其中的軸向位置，應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、減少墊片用來調整軸承的間隙以及軸系軸向的位置，進而使這兩個錐齒輪得到準確無誤的齧合位置。同樣的，蝸桿傳動中，蝸輪主平面一定要通過蝸桿軸線才能夠保證傳動的正確齧合，在設計中應該使蝸輪軸系相應的軸向位置可以調整，爲此，應該在箱體間與軸承端蓋加裝墊片，墊片的厚度用來調整蝸輪軸向的位置，從而確保傳動正確無誤的齧合。最後是軸承的預緊。對於一些可調遊隙的軸承通常爲成對並列安裝（反裝或正裝）的向心角接觸軸承，爲提高軸系運轉的精度及軸承剛度需要的預緊。軸承預緊可以採用金屬隔離環，或者通過在軸承的內圈、外圈之間加入不同厚度的調整環的辦法加以實現。

第三，滾動軸承潤滑及密封。當齒輪採用了油潤滑，而滾動軸承採用了脂潤滑，應在齒輪及軸承之時間安裝擋油環，用以防止齒輪油衝入軸承進而將潤滑脂沖掉，或者使其變質失效。這可以通過在軸外伸端的端蓋軸孔內裝置密封件來實現，其中端蓋通孔的直徑一般較軸徑大 1mm左右。因軸系結構設計的可靠性對於整個設備的運行以及可靠性起着非常重要的作用，軸系結構設計重點便是結構設計，下一步應該加上強度的設計，爲了保證其能有足夠的工作能力，在必要時還要進行振動穩定性計算、剛度計算等。