軸系結(jié)構(gòu)實驗講稿

軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計試驗一、試驗目的熟悉并駕馭軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計中有關(guān)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計、滾動軸承組合設(shè)計的基本方法。二、試驗內(nèi)容與要求1．依據(jù)下表選擇試驗題號進行具體安排如下（按學號）:1－6號題號212－16號題號417－21號題號522－26號題號627－32號題號733－38號題號839－44號題號945－48號題號1049－54號題號117－11號題號32．進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計與滾動軸承組合設(shè)計3．組裝軸系部件依據(jù)軸系結(jié)構(gòu)方案，從試驗箱中選取合適零件并組裝成軸系部件、檢查所設(shè)計組裝的軸系結(jié)構(gòu)是否正確。4．繪制軸系結(jié)構(gòu)草圖。依據(jù)試驗題號的要求，進行軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計，解決軸承類型選擇，軸上零件定位固定，軸承安裝與調(diào)整、潤滑及密封等問題。5．測量零件結(jié)構(gòu)尺寸（支座不用測量），并作好記錄。6．將全部零件放入試驗箱內(nèi)的規(guī)定位置，交還所借工具。7．繪制軸系結(jié)構(gòu)裝配圖。8．寫出試驗報告。三、試驗步驟（具體舉例說明）：實驗題號已知條件齒輪類型載荷轉(zhuǎn)速其它條件1小直齒輪小低示意圖直齒輪606070聯(lián)軸器滾動軸承滾動軸承（－）構(gòu)思軸系結(jié)構(gòu)方案1、依據(jù)已知條件選擇滾動軸承型號實驗題號已知條件齒輪類型載荷轉(zhuǎn)速其它條件1小直齒輪小低

軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)：1.載荷大小：當承受較大載荷時，應(yīng)選用線接觸的滾子軸承。球軸承是點接觸，故適用于輕載荷和中載荷。2.載荷方向：①當承受純軸向載荷時，通常選用推力軸承;②當承受純徑向載荷時，通常選用向心球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承;3.載荷性質(zhì)：當有徑向沖擊載荷時，應(yīng)選用滾子軸承或螺旋滾子軸承。當同時承受徑向及軸向載荷時，應(yīng)區(qū)分不同狀況選取軸承類型。a.以徑向載荷為主的可選用向心球軸承；b.軸向載荷和徑向載荷都較大的可選用角接觸球軸承和圓錐滾子軸承；c.軸向載荷比徑向載荷大很多或要求軸向變形較小的可選用推力軸承和向心軸承的組合結(jié)構(gòu)，以便分別承受徑向和軸向載荷。注：圖中⊙表示垂直于紙面對外，表示垂直于紙面對里。Fr1

Fr2

Ft1

Ft2

n2n1Ft1

Fr2

n1n2Ft2

Fr1

（1）直齒圓柱齒輪受力分析（《機械設(shè)計》教材P96圖6.6。如上圖可知直齒輪受圓周力Ft和徑向力Fr兩個分力作用。（2）依據(jù)齒輪類型選擇滾動軸承型號（《機械設(shè)計教材P339～P342表13.2。）符合已知條件①受圓周力Ft和徑向力Fr兩個分力作用；②轉(zhuǎn)速低的滾動軸承有：能承受較大的徑向負荷和單向的軸向負荷。極限轉(zhuǎn)速較低。內(nèi)、外圈可分別，故軸承游隙可在安裝時調(diào)整，通常成對運用，對稱安裝適用于轉(zhuǎn)速不太高、軸的剛性較好的場合302303313320322323329330331332

02031320222329303132

3333333333

圓錐滾子軸承

特性組合代號尺寸系列代號類型代號結(jié)構(gòu)簡圖、承受負荷方向軸承類型P339表13.2滾動軸承的主要類型、尺寸系列代號及其特性主要承受徑向負荷，也可同時承受少量的雙向軸向負荷，工作時內(nèi)外圈軸線允許偏斜8~16。摩擦阻力小、極限轉(zhuǎn)速高，結(jié)構(gòu)簡潔，價格便宜．應(yīng)用最廣泛。但承受沖擊負荷實力較差：適用于高速場合，在高速時可用來代替推力球軸承。17371819（0）0（1）0（0）2（0）3（0）4

666666666

深溝球軸承

特性組合代號尺寸系列代號類型代號結(jié)構(gòu)簡圖、承受負荷方向軸承類型NN30

30

NN

雙列只能承受徑向負荷，不能承受軸向負荷。承受負荷能力比同尺寸的球軸承大，尤其是承受沖擊負荷能力大，極限轉(zhuǎn)速較高。對軸的偏斜敏感，允許外圈與內(nèi)圈的偏斜度較?。?’~4’），故只能用干剛性較大的軸上，并要求支承座孔很好地對中。雙列圓柱滾子軸承比單列軸承承受負荷的能力更高。這類軸承的外圈、內(nèi)圈可以分離，還可以不帶外圈或內(nèi)圈。N10N2N22N3N23N4

10（0）222（0）323（0）4

NNNNNN

外圈無擋邊圓柱滾子軸承特性組合代號尺寸系列代號類型代號結(jié)構(gòu)簡圖、承受負荷方向軸承類型特性組合代號尺寸系列代號類型代號結(jié)構(gòu)簡圖、承受負荷方向軸承類型比較后選用圓錐滾子軸承較為合適。能承受較大的徑向負荷和單向的軸向負荷。極限轉(zhuǎn)速較低。內(nèi)、外圈可分別，故軸承游隙可在安裝時調(diào)整，通常成對運用，對稱安裝適用于轉(zhuǎn)速不太高、軸的剛性較好的場合302303313320322323329330331332

02031320222329303132

3333333333

圓錐滾子軸承

2、確定滾動軸承的配置（《機械設(shè)計》教材P317～P318。為了使軸及軸上零件在機器中有確定的位置，或能承受軸向載荷，防止軸向竄動以及軸受熱膨脹后不致將軸承卡死等，必需考慮軸承的合理配置。常用軸承配置方法有三種，即：兩支點單向固定、單支點雙向固定和兩端游動支承。a.兩支點單向固定（兩端固定）利用軸肩頂住軸承內(nèi)圈、軸承端蓋頂住軸承外圈，每個支點各限制軸系單個方向軸向移動，兩個支承組合使軸系位置固定。Fr為補償軸的受熱伸長，在一端軸承蓋與外圈端面之間應(yīng)留有間隙a=0.25~0.40mm。這種配置結(jié)構(gòu)簡潔，安裝便利，適用于溫度變更不大的短軸，一般工作溫度下的短軸（跨距L≤400mm）常接受。a兩支點單向固定b.單支點雙向固定（一端固定，一端游動）左端軸承為固定支承，其內(nèi)、外圈均作雙向固定，可承受雙向軸向載荷；右端軸承為游動支承，以便當軸熱脹冷縮時，軸承能在孔中自由游動，當軸較長或工作溫度較高時，軸的伸縮量大，宜接受。

L

作為補償軸的熱膨脹的游動支承，若運用的是內(nèi)外圈不行分別型軸承，只需固定內(nèi)圈，其外圈在座孔內(nèi)應(yīng)可以軸向游動。游動支承動畫演示若運用的是可分別型的圓柱滾子軸承或滾針軸承，則內(nèi)外圈都要固定，如圖所示。c.兩端游動對于人字齒輪軸，由于人字齒輪本身的相互軸向限位作用，軸承內(nèi)外圈的軸向緊固應(yīng)設(shè)計成只保證其中一根軸相對機座有固定的軸向位置，而另一根軸上的兩個軸承都必需是游動的，以防止齒輪卡死或人字齒的兩側(cè)受力不勻整。依據(jù)已知條件及示意圖尺寸，可確定該軸系結(jié)構(gòu)接受兩支點單向固定的配置。6060703、依據(jù)齒輪圓周速度（高、中、低）確定滾動軸承潤滑方式（脂潤滑、油潤滑）（《機械設(shè)計》教材P239～P240。

滾動軸承的潤滑劑可以是潤滑脂、潤滑油或固體潤滑劑。一般狀況下，軸承接受潤滑脂潤滑，但在軸承旁邊已經(jīng)具有潤滑油源時（如變速箱內(nèi)原來就有潤滑齒輪的油），也可接受潤滑油潤滑。具體選擇可按速度因數(shù)dn值來定。d代表軸承內(nèi)徑（mm）；n代表軸承轉(zhuǎn)速（r/min），dn值間接地反映了軸頸的圓周速度，當dn＜(1.5~2)×105mm·r/min時，一般滾動軸承可接受潤滑脂潤滑，超過這一范圍宜接受潤滑油潤滑。依據(jù)已知條件是載荷小且轉(zhuǎn)速低，所以確定選用潤滑脂潤滑。4、選擇軸承端蓋形式并考慮端蓋處的密封方式（《機械設(shè)計》教材P241～P244。

①軸承端蓋是用來對軸承部件進行軸向固定和承受軸向載荷的，并起密封作用。軸承端蓋有嵌入式和螺釘固定式（凸緣式）兩種，前者結(jié)構(gòu)簡潔，尺寸較小，且安裝后使安裝后使箱體外表比較平整美觀，但密封性能較差，不便于調(diào)整，故多適用于成批生產(chǎn)。（留意：若軸承用油潤滑時端蓋上要有缺口，以便順當導入潤滑油）②密封的目的是防止灰塵、水分等進入軸承，并阻擋潤滑劑的流失。密封方法圖例說明接觸式密封

在軸承蓋上開出梯形槽，將矩形剖面的毛氈圈，放置在梯形槽中與軸接觸，對軸產(chǎn)生一定的壓力進行密封。這種密封結(jié)構(gòu)簡單，但摩擦較嚴重，主要用于v<4~5m/s脂潤滑場合

在軸承蓋中放置密封圈，密封圈用皮革、耐油橡膠等材料制成，有的帶金屬骨架，有的沒有骨架。密封圈與軸緊密接觸而起密封作用。圖

a

密封唇朝里，目的是防漏油，圖

b密封唇朝外，目的是防灰塵、雜質(zhì)進入一般適用用于v<10m/s的場合毛氈圈密封密封圈密封（a）（b）表10.2常用的滾動軸承密封方法密封方法圖例說明非接觸式密封（這類密封沒有與軸直接接觸摩擦，多用于速度較高的場合）在軸與軸承蓋的通孔壁間留0.1~0.3mm的極窄縫隙，并在軸承蓋上車出溝槽，在槽內(nèi)填滿油脂，以起密封作用。這種形式結(jié)構(gòu)簡單，多用于v<5~6m/s的場合

將旋轉(zhuǎn)的和固定的密封零件間的間隙制成迷宮（曲路）形式，縫隙間填入潤滑脂以加強潤滑效果。這種方法對脂潤滑和油潤滑都很有效，尤其適用于環(huán)境較臟的場合。圖a為徑向曲路，徑向間隙不大于0.1~0.2mm；圖b為軸向曲路，因考慮到軸受熱后會伸長，間隙應(yīng)取大些，=1.5~2mm

δ間隙密封迷宮式密封密封方法圖例說明混合密封

把毛氈和迷宮組合一起密封，可充分發(fā)揮各自優(yōu)點，提高密封效果，多用于密封要求較高的場合

由于已知條件轉(zhuǎn)速較低，且接受脂潤滑，綜合以上密封方法的優(yōu)缺點，確定接受接觸式密封毛氈圈密封。5、考慮軸上零件的定位與固定，軸承間隙調(diào)整等問題。（《機械設(shè)計》教材P316～P321）為了防止零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件除了有游動或空轉(zhuǎn)的要求外，都必需進行軸向和周向定位，以保證其精確的工作位置。（1）軸上零件的軸向定位①軸肩和軸環(huán)接受軸肩會使軸的直徑加大，且因截面突變而引起應(yīng)力集中，因此軸肩多用于軸向力較大的場合。軸肩和軸環(huán)的圓角半徑r必需小于軸上零件轂孔端部的圓角半徑R或倒角C，即r<R或r<C，定位軸肩的高度a=(0.07~0.1)d，d為零件相配處的軸徑尺寸。非定位軸肩是為了加工和裝配便利而設(shè)置的，其高度沒有嚴格的規(guī)定，一般取為1~2mm。軸環(huán)寬度b一般可取b1.4a。軸肩的尺寸要求:r<C或r<RDdrRDdC1rhhRCDdrDdrb②套筒套筒定位一般用于軸上兩個零件之間的定位。套筒定位結(jié)構(gòu)簡潔、定位牢靠，軸上不需開槽、鉆孔和切制螺紋，因而不影響軸的疲憊強度。用套筒定位時，應(yīng)使裝零件的軸頭長度比輪轂寬度短（2~3）mm，以保證軸向定位牢靠。如兩零件的間距較大時，不宜接受套筒定位，以免增大套筒的質(zhì)量及材料用量。BLl1l2B-l1=2~3mm，(B+L)-(l1+l2)=2~3mm③圓螺母圓螺母作軸上零件的軸向固定，可承受大的軸向力，但軸上螺紋處有較大的應(yīng)力集中，會降低軸的疲憊強度，故一般用于固定軸端的零件，為防止松脫，常用雙螺母（a）或圓螺母加止退墊圈防松（b）。雙圓螺母(a)(b)止退墊圈④軸端擋圈軸端擋圈適用于軸端零件的固定，可承受較大的軸向力。⑤彈性擋圈接受彈性擋圈定位結(jié)構(gòu)簡潔緊湊，但只能承受很小的軸向力，常用于滾動軸承或光軸上零件的軸向定位。⑥緊定螺釘用緊定螺釘固定軸上零件結(jié)構(gòu)簡潔，但只能承受很小的軸向力。⑦軸承端蓋軸承端蓋用螺釘或榫槽與箱體聯(lián)接而使?jié)L動軸承的外圈得到軸向定位。在一般狀況下，整根軸的軸向定位也常利用軸承端蓋來實現(xiàn)。2．軸上零件的周向定位周向定位的目的是限制軸上零件與軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。常用的周向定位零件有鍵、花鍵、銷、緊定螺釘以及過盈協(xié)作等。綜合以上選擇，得出初步的方案如下：軸承類型圓錐滾子軸承①②軸承的配置方案兩支點單向固定軸承的潤滑方式脂潤滑③軸承端蓋形式凸緣式（無缺口）④軸承的密封方式毛氈圈密封⑤（二）依據(jù)軸系結(jié)構(gòu)方案示意圖和以上的初步方案從試驗箱中選取合適零件并組裝成軸系部件、檢查所設(shè)計組裝的軸系結(jié)構(gòu)是否正確。（裝配完成后可請指導老師檢查是否正確）